d制上篇3 金工课件砂型铸造

1、1,机械设计制造及其自动化专业主干课程,第3章 常用铸造方法 The Common Used Casting Ways,3.1 砂型铸造 Casting With Sand Model,2,3.1 砂型铸造,型砂铸造特点：,1废品率较高，生产过程难以控制； 2铸件力学性能较差， 3砂型铸造铸件精度较差。,优点：1具有较强的适应性,2铸件成本低 原材料：来源广、价格低、投资少、易生产 铸 件：机械加工量相对较小，成本低,缺点：,用型砂作出与要铸造的零件结构相一致的铸型空腔，将液态合金浇铸到与要生产的零件尺寸、结构相仿的铸型空腔，待冷却后得到零件的方法。,3,第3章 砂型铸造,砂型铸造造型材料,型

2、砂及芯砂是制造砂型和型芯的造型材料。,型砂和芯砂的组成： 1，砂子：一般取自海、河等地，铸造用砂应控制： 化学成分：一般使用含石英（Si02)为85-97%的天然石英砂，石英的熔点为1713 0C,粒度与形状：一般铸铁件生产多用55-150号的砂子；高熔点合金大件生产用55号以上的粗砂。低熔点有色合金则用更细的砂子。 形状一般以圆形为好。,2，粘接剂：用来粘接砂粒的材料。,4,第3章 砂型铸造,2，粘接剂：用来粘接砂粒的材料。 粘土：使用时须用水湿润，方能粘接砂粒。 分类：普通粘土；用于干型（芯）砂。 膨润土：用于湿型（芯）。 特点：价格低，可重复使用，应用广泛。,水玻璃：是硅酸钠（Na0mS

3、i02)的水溶液.在加热或吹C02时生成硅酸凝胶硬化，使砂子粘接在一起。 特点：为无机化学粘接剂，用其粘接的砂型不需烘干，硬化快，生产周期短，易于实现机械化。 缺点是浇铸后结成硬块，难以清理。,5,第3章 砂型铸造,有机粘接剂：,粘接机理：有机粘接剂在加热或催化剂作用下，能迅速产生化学反应，将砂粒粘接。,特点：金属液浇铸后，有机粘接剂会烧掉并丧失强度，易于清除残砂。,分类：桐油；用于制造复杂型芯的芯砂粘接 剂。需烘干。 合脂；粘接性比油类略低。 合成树脂：主要为酚醛树脂等，生产 率高，可迅速硬化。,6,第3章 砂型铸造,3，附加物：为改善型（芯）砂的某些性能而加入的材料。,分类： 防粘砂材料：

4、煤粉，重油。不完全燃烧，可产生隔离气体。 增加型（芯）砂空隙率材料：锯木屑。烧掉后产生空隙。,4， 涂料和扑粉：可提高铸件表面质量。铸铁用石墨， 铸钢用石英粉。,型（芯）砂的性能 为防止铸件产生粘砂，夹砂，砂眼，气孔和裂纹等缺陷，型砂应具有以下性能：,7,第3章 砂型铸造,1，透气性：可防止气体积存在铸件内。空隙率是由砂型中的空隙大小、数量决定的。,2，强度：可保证砂型不变形和破坏。,3，耐火性：在高温下不熔化，不粘接的性能为耐火性。石英（SiO2）含量越高，耐火性越好。,4，退让性：可铸件凝固收缩时，型砂能被压缩体积的性能。用干型生产大件时，可加入木屑能增加退让性。,5，耐用性（回用性）。,

5、芯砂除以上要求外，还由于浇铸时被金属液包围之中，故应多有以下性能：,8,第3章 砂型铸造,1，吸湿性低：砂芯干燥后不易吸湿，则浇铸时不易产生气体。,2，发气性小：不易产生气孔。,3，出砂性好：型腔内的型砂易被清除。,型砂（芯砂）的配制,必须保证型砂（芯砂）的各组分按比例配制，才能保证一定的性能。一般小型铸件的型砂比例为：新砂2-20%，旧砂98-80%，另加粘土8-10%，水4-8%，煤粉2-5%。,9,第3章 常用的造型方法,掌握各种铸造的基本方法和特点 材料因素：铸型耐热性 铸件大小：铸型尺寸，熔炉能力等 尺寸精度与表面粗糙度：铸型精度,常用的造型方法学习目的：,10,第3章 常用的造型方

6、法,1，砂型结构,11,第3章 常用的造型方法,造型的任务就是获得质量合格的砂型。,完整合格的砂型应包括以下部分： 1，恰当的分型面，以方便制造时取出模型获得清晰的型腔。2，足够的砂层厚度，以承受金属液流的压力。3，合理的金属液进入型腔的通道，即合理的浇铸系统。4，良好的气体逸出通道，通气孔应畅通。,12,第3章 常用的造型方法,30-400mm,10mm,30-100mm,30-100mm,30-400mm,13,第3章 常用的造型方法,3.3 砂型铸造方法 砂型铸造方法主要有手工造型和机器造型两大类。 手工造型是用手工或手动工具完成紧砂、起模、修型的工序。其特点是：(1)操作灵活，可按铸件

7、尺寸、形状、批量与现场生产条件灵活地选用具体的造型方法；(2)工艺适应性强；(3)生产准备周期短；(4)生产效率低；(5)质量稳定性差，铸件尺寸精度、表面质量较差；(6)对工人技术要求高，劳动强度大。主要应用于单件、小批生产或难以用造型机械生产的形状复杂的大型铸件生产中。,14,第3章 常用的造型方法,3.3.1 手工造型,1, 整模造型,概念：就是用一个整体模型造型，其特点是型腔全部位于一个砂型中，分型面为平面。,特点：操作简单，得到的型腔形状和尺寸精度较好。,适用：工件的外形轮廓的顶端（一面）有一最大截面的铸件，如轴承座等件。,造型过程：请看光盘录像,15,第3章 常用的造型方法,2, 分

8、模造型,概念：型腔一般分为两部分。造型时将木模型从最大平面处分开为两部分，并使两半模型分别在两个砂箱中造型，称为分模造型。,特点：分模面和分型面重合，操作较简单，应用最广。,适用：适用于有孔的铸件及工件最大截面位于工件中部的工件，如阀体，箱体等。,造型过程：请看光盘录像,16,第3章 常用的造型方法,3, 挖砂造型,概念：当铸件的最大截面位于其外形的中部，而模型又不便于分模（如分模面太薄或不是平面时），则只能将模型作成整模，造型时挖掉妨碍起模的砂子，以露出最大分型面，称为挖砂造型。,特点：生产率低，每造一次型，须挖砂一次；要求操作水平高。易使外形表面不能光滑连接，尺寸精度不易保证。,适用：适用

9、于单件、小批生产。,17,第3章 常用的造型方法,造型过程：请看光盘录像,假箱造型,如挖砂造型生产数量较多时，可用成型底板代替平面底板，可省去挖砂操作。 如生产数量不太多，但又希望提高生产率时，可作成一个与成型底板避免形状一致的砂型代替成型底板，称为假箱造型。,18,第3章 常用的造型方法,4, 活块造型,概念：铸件上妨碍起模的凸台等外凸部位，常作成与主体模型活动连接的活块。造型时先取出模型主体，然后再从侧面将活块取出。这种采用带有活块的模型进行造型的方法称为活块造型。,一般要求活块的厚度小于模型的厚度，否则不易取出活块。,造型过程：请看光盘录像,19,第3章 常用的造型方法,5, 三箱造型,

10、概念：当铸件具有两端截面大，中间截面小的外形轮廓时，需将模型从最小截面处分模，同时，将砂型从两个最大截面分型，为上、中、下三个砂型才能起模，这种造型方法即为三箱造型。上妨碍起模的凸台等外凸部位，常作成与主体模型活动连接的活块。造型时先取出模型主体，然后再从侧面将活块取出。这种采用带有活块的模型进行造型的方法称为活块造型。,特点：比两箱造型多出一个分型面，操作复杂生产率低，尺寸精度不易保证。,20,第3章 常用的造型方法,造型过程：请看光盘录像,适用：单件、小批生产，不能用于机器造型。,其它造型：刮板造型、地坑造型 请看光盘录像,21,第3章 常用的造型方法,3.3.2 机器造型 机器造型的实质

11、是用机器进行紧砂和起模，根据紧砂和起模的方式不同，有各种不同种类的造型机。随着现代化大生产的发展，机器造型已代替了大部分的手工造型，机器造型不但生产率高，而且质量稳定，劳动强度低，是成批大量生产铸件的主要方法。,机器造型的特点：1，铸件尺寸精度高。 2，生产率高（一般100-200型/小时）。 3，一次性投资费用大。,机器造型的适用范围：大量生产。,22,第3章 常用的造型方法,3.4 造型芯 型芯的作用：主要形成铸件的内腔，以及妨碍起模的凸台和凹槽。,对型芯的技术要求及工艺措施：因为型芯在铸造过程中被金属液流冲刷和包围，因此要求型芯必须有： 1，更好的强度 2，透气性 3，耐火性 4，退让性

12、 5，易于从铸件内清除,23,第3章 常用的造型方法,制型芯时应采取的工艺措施； 1，在型芯内放芯骨，以加强型芯的强度。 小型芯骨一般用铁丝、铁钉制造；大中型的芯骨一般用铸铁浇铸成与型芯相应的形状。 芯骨应伸入型芯头，但不能露出型芯表面，应有20-50mm的吃砂量，以免阻碍铸件收缩。大型芯骨还需作出吊环，以利吊运。,2，开通气道,为提高型芯的透气能力，应在型芯内部作出通气道，并使之与砂型上的通气孔贯通。,24,第3章 常用的造型方法,3，上涂料及烘干,为提高铸件内腔的表面质量，应在型芯与金属液接触的部位上涂料。铸铁件用石墨涂料，铸钢件用石英粉涂料。,烘干： 型芯烘干可增加透气性和强度。一般黏土

13、砂芯烘干温度为250-3500C，保温3-6小时；油砂芯烘干温度为200-2200C，保温1-2小时。,3.5 制芯方法 制芯方法分类,手工制芯 机器制芯,25,第3章 常用的造型方法,多数情况下用型芯盒制芯，芯盒的内腔形状与铸件的内腔形状对应。,1,对开式芯盒制芯,适用于对称形状的型芯，有垂直式和水平式两类。,过程： 1，清理芯盒 2，夹紧芯盒，分次加入芯砂捣紧 3，插入刷有泥浆水的芯骨 4，填砂，舂紧，刮平，扎通气孔 5，松开夹子，轻击芯盒，起出砂芯 6，上涂料,26,第3章 常用的造型方法,2, 整体式芯盒制芯（扣芯） 适用于制造中、小型芯。,3,可拆式芯盒制芯 适用于制造形状复杂的中、

14、大型型芯。制定后可拆开。,3.6 型芯的定位 型芯在砂型中的定位主要靠型芯头（简称芯头）。芯头是型芯上被加长或加大的一段。安放时需投入预先在模型上起模后留出的凹位上。 型芯的安放位置主要有：1，水平型芯 2，垂直型芯 3，吊芯 4，悬壁型芯等。,27,第3章 常用的造型方法,五：浇铸系统，冒口和冷铁,1、概念: 浇铸系统：金属液流进型腔的通道，称为浇铸系统。,浇铸系统的作用： ，平稳地将金属液充满型腔，避免冲坏型壁和型芯。 ，挡住熔渣进入型腔。 ， 调节铸件的凝固顺序。,浇铸系统的型式： 尺寸和流入铸型的位置，对获得合格铸件，减少金属的消耗有重要的意义。不合理的浇铸系统，会使铸件产生冲砂、砂眼

15、、夹渣、浇不足、气孔和缩孔等缺陷。,28,第3章 常用的造型方法,、典型的浇铸系统 一般的浇铸系统包括：外浇口、直浇口、横浇口、内浇口。 、外浇口：形状为漏斗型或盒型（用于大件）,29,作用：缓冲来自浇包的液流，使之平稳流入直浇口。 、直浇口：形状为倒立锥形，上大下小。 作用：使金属液产生静压力，直浇口越高，金属液的填充压力越大，越易使金属液充满型腔的细薄部位。 、横浇口，截面形状为梯形。 作用：挡、集渣，减缓金属液流速度，使金属液平稳的分流至内浇口。 横浇口应开在内浇口的上面超出内浇口2030mm，、以利集渣。 4、内浇口：金属液直接流入型腔的通道成为内浇口。 形状为三角形或扁梯形，长度一般

16、为2025mm(小件),30,作用：控制金属液流入型腔的方向和速度，调节铸件各部分的冷却速度。 内浇口对铸件的质量影响很大，开设内浇口时应注意的要点： 1、不应开在铸件的重要部位（如重要加工面和定位基准面），因内浇口处金属液冷却慢，晶粒粗大，所以机械性能差。 2、内浇口的方向不要正对砂型壁和型芯，防止铸件产生冲沙及粘砂缺陷。 3、如为大平面薄壁铸件，特别是易氧化合金（易形成氧化膜表面，如铸钢，铸铝等）的薄壁复杂件，应多开内浇口，使金属液迅速，平稳的充满铸型，防止产生冷隔,31,和氧化夹渣缺陷。 4、内浇口的形状应考虑清理方便 薄壁铸件的内浇口与铸件连接处应带有缩颈，防止打掉内浇口时敲坏铸件。

17、5、应考虑对铸件凝固顺序的要求 壁厚相差不大，收缩小的合金铸件（如灰口铸铁件）其内浇口多开在薄壁处，以使铸件各部分同时凝固和收缩，有利于防止铸件变形和裂纹。 而壁厚相差较大，合金的收缩性又较大时（如铸钢，球墨铸铁等），其内浇口应开在厚壁处，使铸件有薄壁到厚壁进行顺序凝固和收缩，以防止铸件产生缩孔。,32,3、浇注系统各部分断面比 当各浇口断面比为 F直F横F内 时，称为封闭式浇铸系统。此时由于金属液可以很快的充满浇铸系统，可将熔渣挡在浇口中，铸件质量好，应用较广泛，但应防止金属液喷溅流入砂型。 生产中一般中、小型铸铁件时，F直:F横:F内=1.15 : 1.1 : 1 当浇口的断面比为 F直F

18、横F内 时，称为开放式浇铸系统。 特点：金属液能迅速平稳的充满型腔，但易带入气体和熔渣，应加强型外挡渣。,33,适于：大、中型铸件。 其他形式的浇铸系统。（压边浇口，简略浇口等 22） 4、冒口： 概念：由于浇铸金属会产生收缩，为了消除缩孔，一般在铸件的最高部位开设一个于铸件相连的存贮金属熔液的多余部分，即为冒口。 作用：存贮金属液，补缩，防止铸件产生缩孔。 位置：一般开在铸件厚壁处，最后凝固的部位，应比铸件晚凝固。,34,冒口分类 明冒口：与砂型外部相连的冒口，可看见，即为明冒口 优点：有利于型内气体的排除，可向冒口中加入补充金属液，使用较广泛。 缺点：消耗金属液多。 暗冒口:埋在型砂内的冒

19、口 优点:散热面小,补缩效率比同等大小的明冒口高,可减少金属液的消耗. 5、冷铁： 概念：在铸造砂型内放置的，可使铸件加快冷却的铁块即为冷铁,明冒口 暗冒口,35,作用：加大铸件厚壁处的凝固速度，消除铸件的缩孔、裂纹，提高铸件的表面硬度与耐磨性。因此，冷铁可单独用在铸件上，难以设置冒口的部位，也可以与冒口配合使用，以减小冒口尺寸。 分类： 外冷铁：用钢和铸铁材料做成的与所需激冷的厚壁铸型相似的铁块，可代替激冷处的型砂与铸件表面接触。 特点：可重复使用。 内冷铁：起激冷作用的铁块，浇铸使与铸件熔合在一起。 特点：激冷作用大与外冷铁，浇铸后留存在工件的内部，不能重复使用。仅用在不重要的铸件上。,外

20、冷铁 内冷铁,36,37,38,39,40,41,42,43,3.1 砂型铸造,掌握各种铸造方法的特点 材料因素：铸型耐热性 铸件大小：铸型尺寸，熔炉能力等 尺寸精度与表面粗糙度：铸型精度,砂型铸造,砂型铸造是传统的铸造方法，它适于各种形状，大小及各种合金的铸件生产。掌握砂型铸造是合理选择铸造方法和正确设计铸件的基础。,砂型铸造的生产过程主要包括：制造模型和芯盒，配制型砂和芯砂，造型，造型芯，合箱，熔化金属，浇铸，落砂，清理及检验。,44,第3章 砂型铸造,2.3 砂型铸造工艺分析,在铸造生产中，一般根据产品的结构、技术要求、生产批量及生产条件进行工艺设计。大批量定型产品或特殊重要铸件的工艺设

21、计应订得细致些，单件、小批生产的一般性产品则可简化。 砂型铸造的特点： 可以制造形状复杂的毛坯或零件；,45,3.1 砂型铸造,铸造特点：,1废品率较高，生产过程难以控制； 2铸件力学性能较差， 3砂型铸造铸件精度较差。,优点：1具有较强的适应性,2铸件成本低 原材料：来源广、价格低、投资少、易生产 铸 件：机械加工量相对较小，成本低,缺点：,将液态合金浇铸到与要生产的零件尺寸、结构相仿的铸型空腔，待冷却后得到零件的方法。,46,2.1合金的铸造性能,液态金属充满铸型，获得尺寸精确、轮廓清晰的铸件，取决于充型能力。在液态合金充型过程中，一般伴随着结晶现象，若充型能力不足时，在型腔被填满之前，形

22、成的晶粒将充型的通道堵塞，金属液被迫停止流动，于是铸件将产生浇不足或冷隔等缺陷。,液态合金填充铸型的过程，称为充型。,液态合金充满铸型，获得尺寸精确、轮廓清晰的铸件的能力，称为充型能力。,充型能力,47,2.1合金的铸造性能,浇不足,液态合金的充型过程中，有时伴随着结晶现象，若充型能力不足，在型腔被填满之前，形成的晶粒将充型的通道堵塞，则不能获得完整的工件形状。,冷隔,虽然工件充型完整，但在某断面处可能是从两个方向充填的液态合金，在此断面上存在有未完全熔合的接缝，即冷隔现象。,48,2.1合金的铸造性能,铸件的浇不足与冷隔,49,2.1合金的铸造性能,表2-2 影响充型能力的因素和原因,50,2.1合金的铸造性能,一、合金的流动性,合金的流动性是指熔融金属的流动能力。它是影响熔 融金属充型能力的主要因素之一。,51,2.1合金的铸造性能,52,2.1合金的铸造性能,1.化学成分 纯金属和共晶成份合金流动性好，结晶温度范围宽的合金流动性差；Si、P可提高流动性，S可降低流动性