武汉理工大学,金属工艺学第7章砂型铸造工艺

1、1,2,铸铁件生产 碳在铁碳合金中的存在形式有：渗碳体和石墨 白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁 铸铁的优点 石墨形态对铸铁性能的影响 铸铁的石墨化以及影响石墨化因素 灰口铸铁件的生产： 灰铸铁的孕育处理；球墨铸铁件的生产；可锻铸铁件的生产； 铸钢件的生产,上次课内容的回顾,3,第七章 砂型铸造,主要内容,4,手工造型,金属型铸造 熔模铸造 压力铸造 低压铸造 陶瓷型铸造 离心铸造 消失模铸造,液态成型工艺,砂型铸造,特种铸造,整模造型 分模造型 活块造型 三箱造型 挖砂造型 刮板造型,机器造型,砂型铸造的工艺设计,铸造工艺图的绘制 浇注位置的选择 分型面的选择 工艺参数的确定,5,7.1 造型方法

2、的选择,砂型铸造基本工艺过程程序框图,6,7.1.1 常见的造型方法,在砂型铸造中，造型和造芯是最基本的工序。根据造型生产方法的特点，通常分为手工造型和机器造型两大类。,一、手工造型,各种手工造型方法的特点和适用范围,7,整模造型,8,分模造型,9,挖砂造型,分型面一般都是平面，当分型面为阶梯形或曲面时，则需要通过挖砂来将分型面露出，以便于起模。挖砂造型费时费力，仅适合单件生产。,10,假箱造型,当分型面不是单一平面且生产批量较大时，为避免挖砂，预先制备好强度较高的半个铸型来适应其分型面。由于该铸型只用于造型，不参与浇注，故称为假箱。生产中让可采用木材或金属制成成型底板来代替假箱。,11,三箱

3、造型,当铸件结构具有两个较大截面，采用一个分型面无法起模时，可选两个大截面为分型面，用三个砂箱制造铸型。模样从中间小截面处分开，用定位销连接。中箱高度应与模样的相应高度相适应。,12,活块造型,当铸件侧面仅有局部凸起妨碍起模时，则将局部凸起部分做成活块，并采用适当的定位措施。取木模时，活块留在砂型内，将其从侧面取出。,13,刮板造型(芯),对大、中型具有等截面或回转体铸件造型时，为简单起见不用模样，采用一个与铸件或砂芯截面形状一致的木板（称为刮板）代替模样，根据砂型型腔或砂芯表面形状，引导刮板做旋转、直线或曲线运动，以形成型腔成为型芯。,14,机器造型的实质,机器造型的特点,将填砂、紧实、和起

4、模等 主要工序实现机械化,生产效率高，产品质量稳定,震压式造型、抛砂造型、无箱挤压,二、机器造型,15,16,17,7.2 浇注位置和分型面的选择,铸造工艺图：在零件图上用各种工艺符号及参数表示出铸造工艺方案的图形。,图中应表示出铸件的浇注位置、分型面、铸造工艺参数（机械加工余量，拔模斜度，铸造收缩率，型芯的数量、形状及固定方法和浇注系统等。,首先要考虑零件有几种可能的分型方案,浇注位置的选择,铸型分型面选择,绘制方法,绘图要领,分型面的选择,浇注位置画法(上和下),工艺参数定性给出即可,18,铸造工艺图中工艺符号及其表示方法,19,衬套的零件图、铸造工艺图、铸件图,20,7.2.1 浇注位置

5、的选择,浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。,在选择浇注位置时应考虑下列原则：,一、铸件的重要工作面、主要的加工面应朝下或侧立放置。,因为铸件的上表面容易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷，组织也不如下表面致密。,21,二、铸件的大平面应朝下，以免形成夹渣和夹砂等缺陷。,三、应将铸件薄而大的平面放在下部、侧面或倾斜位置，以利于合金液填充铸型。,22,四、若铸件周围表面质量要求高，应进行立铸，以便于补缩。应将厚的部分放在铸型上部，以便安置冒口，实现顺序凝固。,双排链轮的浇注位置,23,7.2.2 铸件分型面的确定原则,铸型分型面是指铸型组元间的接合面。,分型面的选择原则如下：,24,25,采用砂芯

6、而不采用多箱造型,26,起重臂的分型面,接头分型面采用自带砂芯代替砂芯,27,使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱,易于保证铸件的尺寸精度,28,常用的造型方法 按砂箱特征分：两箱造型、三箱造型 按模样特征分：整模造型、分模造型、活块造型、挖砂造型、假箱造型、刮板造型 浇注位置的选择原则 分型面的选择原则 铸造工艺参数选择（加工余量、收缩率、拔模斜度、铸造圆角、型芯及型芯头）,上次课内容的回顾,29,浇注位置的选择原则：,1、铸件的重要工作面、主要的加工面应朝下或侧立放置。,2、铸件的大平面应朝下，以免形成夹渣和夹砂等缺陷。,3、应将铸件薄而大的平面放在下部、侧面或倾斜位置，以利于合金液填充铸型

7、。,4、若铸件周围表面质量要求高，应进行立铸，以便于补缩。应将厚的部分放在铸型上部，以便安置冒口，实现顺序凝固。,分型面的选择原则：,1、应保证模样能顺利从铸型中取出,2、应尽量减少分型面的数量,3、应尽量使分型面是一个平直的面,4、应尽量使型芯和活块的数量减少,5、应使铸件的全部或大部分置入下箱,30,7.3 铸造工艺参数选择,铸造方案确定之后，还必须选定铸件的机械加工余量、收缩率和拔模斜度等工艺参数。,加工余量,收缩率,拔模斜度,铸造圆角,型芯及型芯头,工艺参数,31,7.3.1 机加工余量和最小铸孔,设计铸造工艺图时，为铸件预先增加要切去的金属层厚度，称为机加工余量（RMA）。,机加工余

8、量取决于合金的品种、铸造方法、铸件的大小。,1）合金品种 铸钢件的表面粗糙，其加工余量应比铸铁大；有色合金价格昂贵，而铸件表面较光洁，其加工余量应比铸铁小。,2）铸件尺寸 铸件愈大，误差加大，其加工余量也应加大。,3）加工面位置 浇注时朝上的表面缺陷多，其加工余量应比底面和侧面大。,4）造型方法 机器造型时，铸件精度高，余量应比手工造型小。,铸件上的孔、槽是否需要铸出，不仅要考虑工艺上的可能性，尤其应结合铸件的批量分析其必要性。,通常，较大的孔、槽应当铸出，以减少机械加工余量和减少铸件上的热节。较小的孔、槽，特别是中心线位置有精度要求的孔，由于铸孔位置准确性差，其误差虽经扩孔也难纠正，因此，留

9、待直接机械加工较为经济合理。,32,7.3.2 铸造收缩率,由于合金在冷却过程中要发生固态收缩(线收缩)，这将使铸件各部分尺寸小于模样原来的尺寸，因此，为了使铸件冷却后的尺寸与铸件图示尺寸一致，则需要在模样或芯盒上加上其收缩的尺寸。,加大的这部分尺寸，一般用铸造收缩率来表示。,K（L模样-L铸件）/L模样100%,33,7.3.3 拔模斜度,为了在造型和制芯时便于起模而不致损坏砂型和砂芯，凡垂直于分型面的立壁，在制造模型时，必须留出一定的倾斜度，此斜度称为拨模斜度。,为使砂型便于从模样内腔中取出，内壁的拔模斜度应比外壁大。,7.3.4 铸造圆角,制造模型和设计铸件时，壁的连接和转角处都要做成圆

10、弧过渡，称为铸造圆角。,缩孔,34,7.3.5 型芯及其固定,在砂型铸造生产中，为了形成铸件的内腔形状或为了简化模型的外形，以制出铸件上妨碍起模的凸台、凹槽等，经常使用型芯。,型芯的各种形式,35,型芯是依靠型芯头来定位和排气的。型芯头的形状和尺寸对铸型装配的工艺性和稳定性有很大的影响。一般的型芯头可分为垂直芯头和水平芯头两大类。,(a）垂直型芯 (b）水平芯头,（c）型芯撑的应用,36,7.3.6 浇注系统、冒口和冷铁,一、浇注系统,浇注系统是引导金属液进入铸型的一系列通道的总称，由浇口杯(外浇口)、直浇道、横浇道和内浇道等部分组成。,冒口的作用，主要是在铸件凝固期间进行补缩，还用于调节铸件

11、各部分的冷却速度。,二、冒口,37,二、冷铁,（1）可以减少冒口的数量和尺寸，提高金属利用率；,（2）在铸件难以设置冒口的厚实部位，设置冷铁同样可防止产生缩孔和缩松；,（3）在铸件的适当部位安放冷铁可控制铸件的凝固顺序，增加冒口的有效补缩距离；,（4）使用冷铁可消除局部热应力，防止裂纹的产生。,(a)、(b)、(c)外冷铁型式；(d)内冷铁型式,38,7.3.7 铸造工艺图的绘制及工艺分析举例,工艺流程：,1、首先应了解合金品种、生产批量及铸件质量要求等；,2、分析铸件结构，以便确定铸件的浇注位置，同时，分析铸件分型面的选择方案；,3、在此基础上，依据选定的工艺参数，用红、蓝色笔在零件图上绘制

12、铸造工艺图（包括型芯的数量和固定、冷铁、浇冒口等），为制造模样、编写铸造工艺卡等奠定基础；,39,如下图所示支座，材料为HT150，大批量生产。,40,（1）方案 沿底板中心线分型，即采用分开模造型。,其优点是底面上110mm凹槽铸出，轴孔下芯方便，轴孔内凸台不妨碍起模。,其缺点是底板上四个凸台必须采用活块，同时铸件易产生错型缺陷，飞翅清理的工作量大。此外，若采用木模样，加强筋处过薄，木模样易损坏。,41,（2）方案 沿底面分型，铸件全部位于下箱，为铸出110mm凹槽必须采用挖砂造型。,方案克服了方案的缺点，但轴孔内凸台妨碍起模，必须采用2个活块或下型芯。,42,（3）方案 沿110mm凹槽底

13、面分型。,其优缺点与方案类同，仅将挖砂造型改用分开模造型或假箱造型，以适应不同的生产条件。,43,可见，方案、的优点多余方案。但在不同生产批量下，具体方案可选择如下：,（1）单件、小批量生产 由于轴孔直径较小、无须铸出，而手工造型便于进行挖砂和活块造型，选方案较为经济。,（2）大批量生产 由于机器造型难以使用活块，故应采用型芯制出轴孔内凸台。同时采用方案从110mm凹槽底面分型，以降低模板制造费用。,44,确定下列铸件的铸造工艺方案。要求： 1、在单件、小批生产和大量生产两种条件分析最佳方案；,2、按所选择的最佳方案绘制铸造工艺图：（包括浇注位置、分型面、拔模斜度、铸造圆角、型芯及型芯头等）。

14、,45,7.4 铸件的结构设计,在进行铸件结构的设计时，除了要保证铸件的工作性能和力学性能要求外，还必须考虑铸造生产的工艺性，使合理的铸件结构与生产工艺相适应，以提高生产率和经济效益。,7.4.1 铸造工艺对铸件结构的要求,铸件的结构设计，应尽量使制模、造型、制芯、装配、合箱和清理等过程简化，以便保证铸件质量、节约工时、降低成本，并为铸件的机械化生产创造条件。,（1）尽量避免铸件起模方向存有外部侧凹，以便于起模。,不合理 合理,46,（2）凸台和筋条结构应便于起模。,不合理 合理,不合理 合理,不合理 合理,47,（3）垂直分型面上的不加工表面最好有结构斜度。,（4）应避免封闭内腔。,48,（

15、5）尽量不用和少用型芯。,不合理 合理,不合理 合理,49,（6）型芯要便于固定、排气和清理。,50,51,52,7.4.2 合金铸造性能对铸件结构的要求,在设计铸件结构时，除了考虑造型工艺等方面的要求外，同时也必须满足合金铸造性能的要求，否则铸件质量就不能保证。,1、合理设计铸件壁厚,铸件的壁厚越大，越有利于液态合金充填型腔。但是随着壁厚的增加，铸件心部的晶粒越粗大，而且凝固收缩时没有金属液的补充，易产生缩孔、缩松等缺陷；过薄，易产生浇不足或冷隔缺陷。,(a）不合理结构 (b）合理结构,缩孔,砂型铸造铸件最小壁厚的设计,53,2、壁厚应尽可能均匀,铸件各部分壁厚若相差过大，将在局部厚壁处形成

16、金属积聚的热节，导致铸件产生缩孔、缩松等缺陷。,(a）壁厚不均匀 （b）壁厚均匀,3、铸件壁的连接方式要合理,(l）铸件壁之间的连接应有结构圆角,54,（2）铸件壁厚不同的部分进行连接时，应力求平缓过渡，避免截面突变，以减小应力集中，防止产生裂纹。,（3）连接处避免集中交叉和锐角。,55,4、避免铸件上的出现大平面，因为大平面不利于液态金属的充填，易产生浇不足、冷隔等缺陷。,5、避免铸件收缩受阻。,缺陷分析：当采用直线形偶数轮辐时，因收缩不一致产生的内应力过大使轮辐产生裂纹。而奇数轮辐可通过轮缘的微量变形自行减缓内应力。同理，弯曲的轮辐可借轮辐本身的微量变形而防止裂纹。,56,7.4.3 不同铸造方法对铸件结构的要求,一、压铸件,(l）压铸件上应尽量避免侧凹和深腔，以保证压铸件从压型中顺利