第2章2.3砂型铸造工艺

2020/5/14金属工艺学多媒体课件1WuhanUniversityofTechnology金属工艺学机电工程学院金工学部张崧METALTECHNOLOGY2020/5/14金属工艺学多媒体课件2上次课内容的回顾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：铸造工艺性，切削加工性，耐磨，减震，缺口敏感低铸件基体对铸铁性能的影响：F；F+P；P石墨形态对铸铁性能的影响：形状，大小，分布铸铁的石墨化：对基体的影响；对石墨大小和分布的影响影响石墨化因素：化学成分；冷却速度－壁厚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;蠕墨铸铁件的生产；铸钢件的生产；铜、铝合金铸件的生产2020/5/14金属工艺学多媒体课件32.3砂型铸造工艺主要内容：砂型铸造的造型方法：手工造型和机械造型砂型铸造的工艺设计重点内容：砂型铸造的工艺设计铸造工艺图的绘制分型面的选择工艺参数的确定浇注位置的确定如何将设计的零件变成铸件？怎样生产出合格铸件2020/5/1442.3砂型铸造工艺手工造型液态成型工艺砂型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整模造型砂型铸造的工艺设计铸造工艺图的绘制分型面的选择工艺参数的确定浇注位置的确定造型(芯)材料粘土砂水玻璃砂树脂砂油砂2020/5/1452.3.1砂型铸造-手工造型活块造形分模造型刮板造型(芯)2020/5/14金属工艺学多媒体课件6手工造型综述手工造型时紧砂和起模是用手工来进行的。适应性强，成本低，但铸件质量较差，生产率低。主要用于单件、小批生产。常用的有：整模造型分模造型活块造型三箱造型刮板造型挖砂造型假箱造型2020/5/14金属工艺学多媒体课件7整模造型整模造型的特点：模样是整体的，铸型的型腔一般只在下箱(或上箱)，整个模样能从分型面方便地取出。整模造型操作简便，型腔不受上下砂箱错位的影响，所得型腔的形状和尺寸精度较好。适用于外形轮廓上有一个平面可作分型面的简单铸件，如齿轮坯、轴承、皮带、轮罩等2020/5/14金属工艺学多媒体课件8分模造型分模造型的特点：铸件的最大截面不在端部而在中部，因而木模沿最大截面以平面分成两半型，实施分模两箱造型。适用于形状较复杂的铸件。广泛用于有孔或带有型芯的铸件：套筒、水管、阀体、箱体、曲轴、立柱等2020/5/14金属工艺学多媒体课件9挖砂造型挖砂造型特点：当铸件最大截面在中部，且模样又不便以平面分成两半时，只能将模样做成整模，造型时挖掉防碍起模的砂子，形成曲面分型，称为挖砂造型。挖砂造型操作麻烦，生产率低，要求操作技术水平高，仅适用于单件小批量生产。2020/5/14金属工艺学多媒体课件10假箱造型假箱造型特点：以成型模板替代挖砂，提高了生产效率。适用于不宜分模造型的曲面分型的小批量手工造型。2020/5/14金属工艺学多媒体课件11三箱造型三箱造型特点：为方便取模而多设置一个分型面，仅适用于手工造型。2020/5/1412刮板造型上砂型带轮刮板刮板木桩下砂型a)刮制下型b)刮制上型c)合箱刮板造型过程图刮板造型特点：用与铸件截面相适应的刮板代替实体模样造型的方法称为刮板造型。可以降低模样成本，缩短生产准备时间，但操作技能要求高，铸件尺寸精度较低，生产率低。只适用于单件小批生产尺寸较大的回转体铸件如：皮带轮、齿轮毛坯等。2020/5/14金属工艺学多媒体课件13模样主体活块a)造下箱b)造上箱c)起出模样主体d)起活块e)合箱活块造型活块造型特点：将模样上妨碍起模的部分，做成活动的模块，称为活块活块，用销式燕尾将其与模样的主体连接，起模时须先取出模样主体，然后取出活块。活块造型要求操作技能较高，生产率低，活块易错位而影响铸件尺寸精度。活块造型只适用于单件小批量铸件的生产。2020/5/14142.3.2砂型铸造-机器造型机器造型的实质机器造型的特点将填砂、紧实、和起模等主要工序实现机械化生产效率高，产品质量稳定类型：震压式造型、抛砂造型、无箱挤压与手工造型区别：没有手工造型灵活，只能两箱造型。对于妨碍起模的外型轮廓只能使用砂芯成型。2020/5/14金属工艺学多媒体课件15震压造型机原理2020/5/14金属工艺学多媒体课件16高压多触头微震造型机原理2020/5/14金属工艺学多媒体课件17射压造型机工作过程示意图2020/5/14金属工艺学多媒体课件18抛砂机工作过程示意图2020/5/14金属工艺学多媒体课件19铸造工艺图的绘制工艺参数的确定分型面的选择浇注位置的确定2.3.3砂型铸造的工艺设计计设要点2020/5/14金属工艺学多媒体课件202.3.3.1铸造工艺图的绘制首先要考虑这个零件有几种可能的分型方案对浇注位置的选择铸型分型面选择绘制方法分型面的画法浇注位置画法(上和下)工艺参数的画法不铸出孔的画法－砂芯的画法铸造工艺图——是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工艺文件2020/5/14金属工艺学多媒体课件21铸造工艺图实例零件图铸造工艺图铸件图2020/5/14金属工艺学多媒体课件222.3.3.2分型面的选择选择原则分型面——指铸型中相互结合的表面应保证模样能顺利的从铸型中取出1应尽量减少分型面的数量2应尽量使分型面是一个平直的面3应使铸件的全部或大部分置入同一砂箱4应使铸件的全部或大部分置入下箱5应尽量使型芯和活块的数量减少62020/5/14金属工艺学多媒体课件23A.应保证模样能顺利从铸型中取出（1）2020/5/14金属工艺学多媒体课件24A.应保证模样能顺利从铸型中取出（2）2020/5/14金属工艺学多媒体课件25B.应尽量减少分型面的数量注意:机器造型只能一个分型面外轮廓使用砂芯成型2020/5/14金属工艺学多媒体课件26若分型面是一曲面，则必须用挖砂造型D.应尽量使型芯和活块的数量减少C.应尽量使分型面是一个平直的面机器造型2020/5/14金属工艺学多媒体课件27E.应使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱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主要砂芯位于下箱便于砂型的稳定2020/5/14金属工艺学多媒体课件282.3.3.3工艺参数的确定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2020/5/14金属工艺学多媒体课件29加工余量孔的铸出：要考虑铸出的可能性、必要性、和经济性。一般大孔用下芯的方式铸出，而小孔则用机加工完成。铸出孔尺寸大小受铸件批量大小、铸型种类、造型方法等约束,设计差表。铸造收缩率铸件在凝固和冷却过程中会发生收缩而造成各部分体积和尺寸缩小。为使铸件的实际尺寸符合图样要求，在制作模样和芯盒时，模样和芯盒的制造尺寸应比铸件放大一个该合金的收缩率。合金收缩率的大小取决于铸造合金的种类及铸件的结构、尺寸等因素。通常灰铸铁的铸造收缩率是0.7%~1.0%，铸钢的铸造收缩率为1.3%~2.0%凡注明切削加工的表面均需留出加工余量2020/5/14金属工艺学多媒体课件30拔模斜度为了在造型和制芯时便于起模，以免损坏砂型和型芯，在模样、芯盒的起模方向留有一定的斜度铸造圆角应力集中，冲刷沙眼，粘砂不同转角处的热节制造模型和设计铸件，壁的连接和转角处都要圆弧过渡，称为铸造圆角。分型面处不得作成圆角。铸造圆角的大小应和铸件壁厚，表面的最小边尺寸和夹角的大小相适应。零件使用不需圆角但铸造工艺需要圆角。2020/5/14金属工艺学多媒体课件31型芯及型芯头型芯是铸型的一个重要的组成部分，型芯的功用是形成铸件的内腔,孔洞和形状复杂阻碍起模部分的外形型芯种类2020/5/14金属工艺学多媒体课件32型芯头型芯头:是型芯的定位、支撑和排气的部分设计时需考虑：保证定位准确、能承受砂芯自身重量和液态合金的冲击、浮力等外力的作用，浇注时砂芯内部产生的气体能顺畅引出铸型等2020/5/14金属工艺学多媒体课件332.3.3.4浇注位置的选择原则铸件的浇注位置:指浇注时铸件在铸型中所处的位置.铸件铸件铸件浇铸位置的选择直接关系铸件质量a.重要工作面、主要加工面朝下或侧立：避免气孔，夹杂，缩孔且下部致密，晶粒细小；b.大平面朝下：避免夹渣和夹砂；c.薄壁大平面朝下或倾斜：避免浇不足或冷隔；d.厚大部位位于上部：便于补缩；e.考虑型芯：自带砂芯，型芯安装、固定、检查、排气。自带砂芯2020/5/14金属工艺学多媒体课件34铸件的重要工作面、主要的加工面应朝下或侧立放置.应将铸件薄而大的平面放在下部、侧面或倾斜位置.应将铸件的厚大部分放在上部或侧面.2020/5/14金属工艺学多媒体课件352.3.4造型材料型砂的组成:原砂–含有一定量的SiO2的圆形或多角形的新砂.粘结剂–膨润土、普通粘土(白泥、高岭土Al2O3）水玻璃、油、树脂等.附加物–煤粉、木屑、重油等.水–4%左右.粘土砂：由砂、粘土、水和附加物混合而成，适应性很强，回用性好，应用最广。常用粘土型粘结剂为膨润土、普通粘土(白泥、高岭土）。水玻璃砂：以水玻璃（Na2SiO3的水溶液）为粘结剂。造型后吹入CO2，1～3分钟砂型硬化。型砂强度高不需烘干，但浇注后结成硬块，退让性差。油砂：以植物油及代用品合脂为粘结剂。铸型烘干时形成坚固的粘结薄膜，型砂强度高，浇注后被烧掉，退让性和溃散好。一般用于性能要求较高的型芯。树脂砂：以合成树脂为粘结剂的型（芯）砂。来源广，价格低，常用来代替油砂制造型芯。近年也见用于成形要求高的铸件型砂。型砂分类（以粘结剂分类）2020/5/14金属工艺学多媒体课件36型砂应具备的主要性能1）强度型砂在承受外力时抵抗破坏的能力。强度不足时，会造成塌箱、冲砂和砂眼等缺陷。2）透气性型砂能使气体透过的能力。透气性不好，不利于气体排出，易形成气孔。3)耐火性型砂在高温金属液的作用下不软化、不熔化的能力。型砂耐火性不足时，砂粒将被烧融而粘在铸件表面形成粘砂缺陷。4)退让性型砂具有随着铸件的冷却收缩而被压缩其体积的能力。退让性愈好，铸件收缩受到的机械阻力愈小，铸造内应力减小。2020/5/14金属工艺学多媒体课件373.3.5浇注系统是引导金属液进入铸型的一系列通道的总称.锯齿横浇道的档渣作用常用浇铸系统2020/5/14金属工艺学多媒体课件38常用的浇注系统