铸造实训讲义

铸工实训所谓铸造，就是将金属熔炼成符合一定要求的液体浇进铸型里，经冷却凝固、清理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造是金属成形的一种最主要方法，铸造是现代装备制造工业的基础工艺之一，是毛坯和零件的主要供应来源。以下几个例子是我国古代劳动人民在铸造领域的辉煌成就：我国铸造技术的发展我国铸造技术已有6000千年的历史，2500年以前（公元前513年）就铸出了270KG的铸铁刑鼎，我国商朝制造的铜钺具有铁刃，据考证那时的铁刃是用陨铁锻造而成，然后镶铸上铜背。自周朝末年开始有了铸铁，秦、汉以后我国农田耕作大都使用了铁制农具。如耕地的犁、锄、镰、锛、锹等。到了宋朝已使用铸造铁炮和铸造地雷。从商朝起就已创造了灿烂的青铜文化，所谓“钟鸣鼎食”，成了当时贵族权势和地位的标志。1978年湖北省随县出土的曾侯乙墓青铜器重达10吨，其中64件的一套编钟，分八组，包括附件在内用铜达5吨。钟面铸有变体龙纹和花卉纹饰，有的细如发丝，钟上共铸错金铭文2800多字，标记音名、音律。每钟发两音，一为正鼓音，一为右鼓音。整套编钟音域宽达五个半八度，可演奏各类乐曲，音律准确和谐，音色优美动听。铸造工艺水平极高。现存于北京大钟寺内的明永乐大钟，铸于明永乐18年（公元1418-1422年），全高6.75米，钟口外径3.3米，钟唇厚0.185米，重46.5吨。据考证钟体铸型为泥范，芯分七段。先铸成钟钮，然后在使钟钮与钟体铸接成一体。化学成分分析结果为w（CU）=80.54%，w（Sn）=16.4%。钟体内外铸满经文，共约227000余字，声音优雅悦耳，距钟15-20km都能听见。是世界上罕见的铸造古钟。“魔镜”青铜剑武当山金顶曾侯乙编钟曾侯乙尊盘永乐大钟•铸造特点1.可生产形状非常复杂的零件：铸造方法几乎不受零件大小、厚薄和形状复杂程度的限制，最适合生产形状复杂，特别是内腔复杂的零件。如箱体、阀体、叶轮、发动机气缸体、螺旋桨等。2.铸件尺寸、质量和生产批量及合金种类不受限制：可以生产铸铁、铸钢、铝合金、铜合金、锌合金、镁合金及钛合金等。对脆性合金的成型，铸造是唯一可行、不可替代的加工方法。3.成本低廉、综合经济性能好：铸件在一般机器中约占40-80%，铸件成本占总成本25-30%。原因是材料来源广泛、动力消耗低、废旧金属利用及可实现机械化。铸造分类：通常分为砂型铸造和特种铸造砂型铸造一般工艺过程：根据零件图—制作模样和芯盒—混砂—造型、造芯烘干—熔炼浇注—落砂清理—检验砂型铸造工艺过程示意图造型材料的构成及要求：一、砂型铸造主要使用的材料：1.原砂：以石英砂应用最广，主要成分是SiO2，密度2.65g/cm3,熔点17130C，颗粒直径为0.02-3.35mm的矿物质；分沉积砂、砂岩砂和人造硅砂。沉积砂是天然颗粒状砂子，是岩石变质风化而成，又分为风积砂、河砂、海砂和湖砂。硅砂岩压固破碎是砂岩砂；石英岩破碎是人造硅砂，破碎困难但纯度高、耐火度高。常用内蒙大林砂、江西湖口砂。2.黏结剂：用来黏结砂粒的材料。常用的有黏土、水玻璃、树脂、油脂及水泥等。3.附加物：用来改善型（芯）砂的某些性能而加入的材料。如煤粉、重油、锯木屑、焦炭粉等。二、型芯砂应具备的性能1.强度：是指型（芯）砂抵抗外力破坏的能力。强度不足易使铸型发生掉砂、塌箱、冲砂、砂眼和夹砂等，强度过高会影响型（芯）砂的透气性和退让行。2.透气性：是指型砂砂粒间空隙通过气体的能力。透气性差铸件内部易产生气孔、呛火、浇不到等缺陷。透气性太高会使型砂疏松，铸件会出现表面粗糙和机械粘砂等缺陷。3.耐火性：是指型（芯）砂抵抗高温热作用的能力。耐火性差，铸件表面易产生黏砂。4.退让性：是指型（芯）砂随着铸件冷凝可被压缩的能力。退让性差，铸件易产生内应力、变形和裂纹等缺陷。5.可塑性：是指型（芯）砂在外力作用下能形成一定的形状，外力去除后仍能保持已有形状的能力。可塑性好，易造型，且砂型形状准确、轮廓清晰。三、型芯砂的配制小型铸铁件的型砂比例：新砂2-20%，旧砂98-80%，黏土8-10%，水4-8%，煤粉2-5%。造型方法：一、手工造型方法：1、整模造型：用一个整体模型造型的过程，分型面为平面且型腔全部位于下砂箱内。2、分模造型：将模型的最大截面处分成两半，用销钉和销钉孔定位的模型。带销钉的一半为上半模，带销钉孔的一半为下半模。用下半模造好下型后，放入上半模造上型，其分模面就是分型面。3、挖砂造型：若铸件的最大截面处为曲面，与不便于将模型分开时，则采用挖砂造型。4、活块造型：将模型侧面妨碍起模的凸起部分做成活动的模块，称作活块，并用销钉孔或燕尾槽与本体相连的模型。造型时，先取出主体，然后将活块从侧面取出。5、刮板造型：利用与铸件截面形状相适应的特制刮板刮出砂型型腔的造型方法。特点是节约了模样材料和加工时间。适用于生产回转体或等截面大中型铸件。整模造型示意图分模造型挖砂造型活块造型刮板造型二、手工制芯：型芯是砂型的一部分，用来形成铸件的内腔或组成铸件的外形，孔洞及铸件外形的凹凸部分。在芯盒中制作，由芯砂、芯骨等组成。芯盒分类：整体式、对开式、组合式、刮板式。芯骨的固定形式：垂直式、水平式、悬挂式。型芯的排气：扎通气孔、埋草绳蜡线、放焦炭、烘干、埋排气管等。造芯工艺（1）放芯骨：提高芯子强度。小型芯用钢丝制成芯骨、大中型芯用铸铁制成芯骨。（2）开通气道：提高透气性。在型芯中用通气针扎出气孔，或在型芯中放入焦炭、埋蜡线等。（3）型芯表面刷涂料：以提高耐火性、防止粘砂保证铸件内表面质量。铸铁型芯刷石墨涂料，铸钢刷石英粉涂料，有色金属型芯刷滑石粉涂料。造型工艺1、分型面；上砂型与下砂型的接触面，在铸造工艺图上用箭头表示，并写上“上”，“下”字样分型面选取原则：①尽量选取在铸件的最大截面处，便于起模和造型②应简单平直，数量尽可能少，便于简化造型，减少错箱③铸件全部或大部位于同一砂箱，减少型芯、活块数量，利于型芯的定位排气2、浇注系统：外浇口：承接金属液并起缓冲和集渣作用。有漏斗形或者盆式，使金属液平稳流入直浇道。直浇道：利用高度使液体产生静压力和流速，保证液态金属充满型腔。直横相交处做成大的球窝，返回后流入。横浇道：分配金属液，起到挡渣、缓冲作用。梯形截面内浇道：控制金属液流入型腔的方向和流速，调节铸件各部的冷却速度。截面多为扁梯形或矩形。浇注系统示意图底铸式示意图铸型铸型是用型砂、金属材料或其他耐火材料制成的，主要由上型（上箱）、下型（下箱）、浇注系统、型腔、型芯、冒口和通气孔组成。用型砂制成的铸型称为砂型。冒口是供补缩铸件用的铸型空腔，内存液态金属。分明冒口和暗冒口。还具有观察、排气和集渣的作用。铸型装配示意图手工造型基本步骤：1.将模型擦拭干净2.放在砂箱内造下型3.翻转下型180°将模型最大截面处分型面修好4.放上箱撒分型砂，放浇口棒，造上型5.扎通气孔拔浇口棒，修好浇口处浇口，画定位线6.垂直向上搬开上型清理分型面7.开横内浇道，修好铸型，清理好型内砂粒8.在模样周边与砂型接触的地方刷适量的水，把起模针放在模型的重心处，用榔头四周敲击起模针使下部松动模型，先慢后快垂直取走模型。9.下好芯子10.合箱（起模时刷水的作用是提高型砂的强度和可塑性）熔化及浇注铸铁件生产的熔炼设备主要是冲天炉和、电炉、坩埚等。熔炼时，要严格按照要求加入各种合金的配比、熔炼温度、合金搅拌和除渣等。落砂清理及检验工序将凝固的铸件从砂型中取出，清理表面粘砂，铸件内部的芯砂，去除浇冒口及毛刺，检查外部尺寸及质量。铸造生产过程视频常见的铸造缺陷及产生的原因1.铸造气孔：型砂含水量过多；透气性差；砂芯烘干不良或排气道堵塞；浇注温度过低或浇注速度过快。2.砂眼：型（芯）砂强度不够或紧实度不够；合型时局部损坏；型腔内散砂未吹净；浇注系统不合理冲坏砂型。3.渣眼：浇注时挡渣不良；浇注系统挡渣不良；浇注温度过低；渣未上浮。4.缩孔：铸件结构不合理，浇注系统或冒口位置不对或冒口过小；浇注温度太高和金属的化学成分不合格收缩过大。5.粘砂：型砂耐火度不够；浇注温度过高；未刷涂料或涂料太薄。6.冷隔：浇注温度太低；浇注速度太慢或浇注过程中有断流；浇注系统位置开设不当；铸件结构不合理、壁太薄。7.裂纹：铸件结构不合理；壁厚相差太大；砂型和砂芯的退让性差；浇注位置不当或落砂太早；舂砂太紧；合金成分不对、收缩大。8.偏箱：合箱时，未对准记号。9.夹砂：铸件结构不合理；型砂粘土含水过多；浇注速度太慢、型砂受高温烘烤开裂翘起，铁水渗入开裂砂层。10.变形：铸件结构不合理，壁厚差过大；金属冷却时温度不均匀；打箱过早。气孔砂眼渣眼缩孔粘砂冷隔裂纹特种铸造及铸造生产新技术金属型铸造:将液态金属浇注到金属铸型而获得铸件的方法。熔模铸造:用易熔材料（蜡料）制成模样，在其表面涂挂耐火材料，形成硬壳，熔化模样经高温焙烧后浇注而获得铸件的方法。压力铸造:在高压下将液态金属以较高的速度充填金属型腔，并在一定压力下凝固而获得铸件的方法。离心铸造:将液态金属浇入绕水平、倾斜或立轴高速旋转的铸型中，在离心力的作用下充型、凝固而获得铸件的方法。金属型铸造示意图熔模铸造示意图压力铸造示意图离心铸造示意图铸造新技术1、计算机模拟仿真；人工智能和各种专家系统在铸造领域应用。2、铸造新技术：陶瓷铸造、实型铸造、磁性铸造、定向凝固、半固态铸造、快速凝固、悬浮铸造等等陶瓷铸造：陶瓷型铸造是在砂型和熔模铸造的基础上发展起来的一种新工艺，使用型腔内表面胶结一层陶瓷层来获得铸件的方法。实型铸造：用泡沫塑料制造的模样留在砂型内，浇注液态金属时，模样气化消失的一种失模制造方法。磁性制造：用泡沫塑料制造模型，用铁丸代替型砂在磁性机上造型，通电后产生磁场，将铁丸吸固后可获得铸件的方法，凝固后断电磁场消失。谢谢!马炳洲2017年3月于华清