材料成形工艺学第三章-砂型铸造课件.ppt

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1、 第三章第三章 砂型铸造砂型铸造 铸造方法：铸造方法：砂型铸造砂型铸造 特种铸造（特种铸造（熔模、金属型、消失模熔模、金属型、消失模 等等）等等）砂型铸造特点：砂型铸造特点：适用于各种形状、大小、批量铸件；适用于各种形状、大小、批量铸件；适用于各种合金铸件的生产。适用于各种合金铸件的生产。n掌握砂型铸造是合理选择铸造方法和正确设计铸件的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。基础。为了获得健全的铸件、减少制造铸型的工作量、降低铸件为了获得健全的铸件、减少制造铸型的工作量、降低铸件成本成本,必须合理地制订必须合理地制订铸造工艺方案铸造工艺方案,并绘制出并绘制出铸造工艺图。铸造工艺图。

2、铸造工艺图：铸造工艺图：是在零件图上用各种是在零件图上用各种工艺符号工艺符号及参数及参数 表示出铸造工艺方案的图形。表示出铸造工艺方案的图形。其中包括其中包括:浇注位置浇注位置,铸型分型面铸型分型面,型芯的数量、型芯的数量、形状、尺寸及其固定方法形状、尺寸及其固定方法,加工余量加工余量,收缩率收缩率,浇注系统浇注系统,起模斜度起模斜度,冒口和冒口和 冷铁的尺寸和布置等。冷铁的尺寸和布置等。支架的零件图、铸造工艺图、模样图及合箱图支架的零件图、铸造工艺图、模样图及合箱图一、手工造型一、手工造型 特点：特点：操作灵活，大小铸件均可适应操作灵活，大小铸件均可适应 生产率低生产率低 对工人技术水平要求

3、较高对工人技术水平要求较高 铸件的尺寸精度及表面质量较差铸件的尺寸精度及表面质量较差 方法：方法：两箱、三箱、刮板、地坑等两箱、三箱、刮板、地坑等压环及其分型面压环及其分型面1.单件、小批生产单件、小批生产 采用刮板-地坑造型,由于铸件的尺寸较大,又属回转体2.成批生产成批生产实体模两箱造型,简化了造型和合箱操作,(左图）型砂紧实度较为均匀,铸件的表面质量得到提高。不同生产条件下，造型方法不同生产条件下，造型方法也不同也不同 二、机器造型二、机器造型(造芯造芯)1.机器造型机器造型(造芯造芯)基本原理基本原理 是将是将紧砂紧砂和和起模起模等主要工序实现机械化。等主要工序实现机械化。造型机种类造

4、型机种类:以压缩空气驱动的以压缩空气驱动的震压震压式式(微震压实、高压）微震压实、高压）射压射压造型造型 顶杆起模式震压造型机的工作过程顶杆起模式震压造型机的工作过程:(1)填砂填砂(图中图中a):(2)震击紧砂震击紧砂(图中图中b):(3)辅助压实辅助压实(图中图中c):(4)起模起模(图中图中d):特点：特点：型砂紧实度不高，噪声大，生产率低，劳动条件差型砂紧实度不高，噪声大，生产率低，劳动条件差微震压实、高压造型机微震压实、高压造型机 射压造型机的工作原理：射压造型机的工作原理：射砂射砂 压实压实 紧实型砂紧实型砂射压造型机的工作原理射压造型机的工作原理特点特点：射砂造型所形成的是一串射

5、砂造型所形成的是一串无砂箱无砂箱的的垂直分型垂直分型的铸型。的铸型。生产率高，用于大量生产率高，用于大量小型小型简单件简单件的生产。的生产。2.机器造型工艺特点机器造型工艺特点 采用模板进行两箱造型采用模板进行两箱造型 模板：模板：是将模样、浇注系统沿分型面与模底是将模样、浇注系统沿分型面与模底 板联接成一整体的专用模具。板联接成一整体的专用模具。造型后，模底板形成分型面，模样形成铸型空腔，造型后，模底板形成分型面，模样形成铸型空腔，而模底板的厚度并不影响铸件的形状与尺寸。而模底板的厚度并不影响铸件的形状与尺寸。不能紧实中箱，故不能进行三箱造型不能紧实中箱，故不能进行三箱造型 (2)铸件的大平

6、面应朝下铸件的大平面应朝下：夹砂、夹渣夹砂、夹渣(3)铸件薄壁部分应置于铸铸件薄壁部分应置于铸型下部或使其处于垂直或型下部或使其处于垂直或倾斜位置：倾斜位置：浇不足、冷隔浇不足、冷隔(4)厚的部分放在铸型的上厚的部分放在铸型的上部或侧面部或侧面,以便在铸件厚以便在铸件厚壁处直接安置冒口：壁处直接安置冒口：缩孔缩孔 二二.分型面选择原则分型面选择原则(1)应使造型工艺简化应使造型工艺简化。分型面平直、数量少分型面平直、数量少,避免活避免活块、型芯，应尽量块、型芯，应尽量使铸型只有一个分型面使铸型只有一个分型面成批成批：图示分型面。：图示分型面。平直、分开模平直、分开模单件单件：整体模。挖砂：整体

7、模。挖砂或假箱造型或假箱造型避免活块的示例避免活块的示例：按图中方案按图中方案,凸台必须采用四凸台必须采用四个活块方可制出，而下部两个活块个活块方可制出，而下部两个活块的部位甚深，取出困难。的部位甚深，取出困难。改用方案改用方案时时,可省去活块，仅在可省去活块，仅在A处稍加挖砂即可。处稍加挖砂即可。避免不必要的型芯避免不必要的型芯：按图中方案按图中方案，分开模造型分开模造型,其上、下内腔均需采用其上、下内腔均需采用型芯。型芯。改用图中方案改用图中方案,采用整模造型采用整模造型,则上、下内腔均可由砂则上、下内腔均可由砂垛形成，省掉了型芯。垛形成，省掉了型芯。（2）应尽量使铸件全部或大部置于同一砂

8、箱）应尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱,以保证铸件的精度以保证铸件的精度(3)为便于造型、下芯、合箱和检验铸件的壁厚为便于造型、下芯、合箱和检验铸件的壁厚,应尽量使型腔及主要型芯位于下箱。应尽量使型腔及主要型芯位于下箱。图图2-35为一机床支柱的两个分型方案。可以看出为一机床支柱的两个分型方案。可以看出,方方案案的型腔大部分及型芯位于下箱的型腔大部分及型芯位于下箱,这样便可减少上箱的这样便可减少上箱的高度高度,故较为合理。故较为合理。3工艺参数的选择工艺参数的选择一、机械加工余量和铸孔一、机械加工余量和铸孔 机械加工余量：机械加工余量：在铸件上为切削加工而加大的尺寸。在铸件上为切削加工而加大的

9、尺寸。取决于：取决于：铸件的生产批量、铸件的生产批量、合金的种类、合金的种类、铸件的大小铸件的大小加工面与基准面的距离及加工面在浇注时的位置加工面与基准面的距离及加工面在浇注时的位置 铸孔：铸孔：对于需加工的孔：大孔对于需加工的孔：大孔铸出铸出小孔小孔不铸出不铸出对于不要求加工的孔：铸出对于不要求加工的孔：铸出考虑：加工、材料、热节四、型芯头四、型芯头芯头的形状和尺寸芯头的形状和尺寸,对型芯装配的工艺性和稳定性对型芯装配的工艺性和稳定性有很大影响。有很大影响。垂直型芯垂直型芯水平型芯水平型芯4 综合分析举例综合分析举例特种铸造特种铸造：砂型铸造以外的铸造方法砂型铸造以外的铸造方法 （熔模、金属

10、型、离心、压力熔模、金属型、离心、压力等）等）特点：特点：1）铸件精度和表面质量高铸件精度和表面质量高 2）改善合金铸造性能改善合金铸造性能 3）提高劳动生产率提高劳动生产率 4）改善劳动条件和降低铸造成本改善劳动条件和降低铸造成本 第四章第四章 特种铸造特种铸造1.蜡模制造蜡模制造压型制造压型制造：图：图a压型：压型：制造单个蜡模的专用模具制造单个蜡模的专用模具制造方法：制造方法：切削加工、浇注切削加工、浇注材料：材料：钢、铜、铝、易熔合金钢、铜、铝、易熔合金、塑料、石膏塑料、石膏蜡模的压制蜡模的压制：图：图b、图、图c23个大气压力下个大气压力下,将蜡料将蜡料压压入到压型内入到压型内蜡模组

11、装蜡模组装：图：图d一型多铸一型多铸双重收缩率双重收缩率石蜡、硬脂酸石蜡、硬脂酸2.型壳制造型壳制造它是在蜡模组上涂挂耐火材料它是在蜡模组上涂挂耐火材料,以制成具有一定强以制成具有一定强度的耐火型壳的过程。度的耐火型壳的过程。浸涂料浸涂料涂料：耐火材料涂料：耐火材料(如石英粉如石英粉)、粘结、粘结剂剂(如水玻璃等）组成的糊状混合物。如水玻璃等）组成的糊状混合物。这种涂料可使型腔获得光洁的面层。这种涂料可使型腔获得光洁的面层。撒砂撒砂它是使浸渍涂料后的蜡模组均匀地它是使浸渍涂料后的蜡模组均匀地粘附一层石英砂粘附一层石英砂,以增厚型壳。以增厚型壳。硬化硬化化学硬化、干燥化学硬化、干燥结成坚固的硬壳

12、结成坚固的硬壳1次：次：12mm46次：次：512mmNH4Cl 溶液溶液 SiO23脱蜡和造型脱蜡和造型脱蜡脱蜡：8595热水热水 造型造型：填砂：填砂4 4焙烧和浇注焙烧和浇注 焙烧焙烧：00 00 1000去除水分、残余蜡料、杂质去除水分、残余蜡料、杂质增加型壳强度增加型壳强度浇注浇注：600700防止浇不足、冷隔防止浇不足、冷隔5落砂和清理落砂和清理二二.熔模铸造的特点和适用范围熔模铸造的特点和适用范围 特点：特点：铸件的精度和表面质量高铸件的精度和表面质量高（无分型面、型（无分型面、型 腔干净光滑）腔干净光滑）可生产薄壁件可生产薄壁件（无需取模，趁热浇注。（无需取模，趁热浇注。0.3

13、mm）可生产高熔点合金铸件可生产高熔点合金铸件 铸件成本高铸件成本高 铸件不宜过大铸件不宜过大 适用范围：适用范围：汽轮机叶片汽轮机叶片 高熔点合金精密铸件的成批、大批生产高熔点合金精密铸件的成批、大批生产 形状复杂、难于切削加工的小零件形状复杂、难于切削加工的小零件 2 金属型金属型铸造铸造 金属型铸造：（永久型铸造）金属型铸造：（永久型铸造）将液态合金浇入金属铸型，以获得铸件的铸造方法。将液态合金浇入金属铸型，以获得铸件的铸造方法。一金属型构造一金属型构造构造：构造：按分型面分按分型面分整体式整体式垂直分型式（垂直分型式（便于开浇口、便于开浇口、取铸件取铸件）水平分型式水平分型式复合式复合

14、式材料：材料：金属型：金属型：（铸铁、铸钢）（铸铁、铸钢）型芯：型芯：金属（用于有色金属（用于有色金属件）金属件）砂芯砂芯 二金属型铸造的工艺二金属型铸造的工艺 须严格控制工艺须严格控制工艺1喷刷涂料喷刷涂料 金属型的型腔和型芯表面必须喷刷涂料。金属型的型腔和型芯表面必须喷刷涂料。减缓铸件冷速、防止金属液对型壁冲刷、涂料有蓄气排气能减缓铸件冷速、防止金属液对型壁冲刷、涂料有蓄气排气能力，防止气孔力，防止气孔2金属型应保持一定的工作温度金属型应保持一定的工作温度 减缓铸型对浇入金属的激冷作用减缓铸型对浇入金属的激冷作用,减少铸件缺陷减少铸件缺陷 铸铁件为铸铁件为250350,非铁金属件非铁金属件

15、100250 3.适合的出型时间适合的出型时间 应使铸件凝固后应使铸件凝固后尽早出型尽早出型（铸件出型、抽芯困难，裂纹、（铸件出型、抽芯困难，裂纹、白口倾向大）白口倾向大）三、金属型铸造的特点和适用范围三、金属型铸造的特点和适用范围 特点：特点：“一型多铸一型多铸”,生产率高生产率高 铸件的精度和表面质量高铸件的精度和表面质量高 结晶组织致密结晶组织致密,铸件的力学性能得到显著提高铸件的力学性能得到显著提高 劳动条件得到显著改善劳动条件得到显著改善 成本高、生产周期长成本高、生产周期长 铸造工艺要求严格铸造工艺要求严格,否则容易出现浇不足、冷否则容易出现浇不足、冷 隔、裂纹、白口缺陷。隔、裂纹

16、、白口缺陷。适用范围：适用范围：金属型铸造主要用于金属型铸造主要用于铜、铝合金铜、铝合金铸件的铸件的 大批量生产大批量生产如：如：铝活塞、气缸盖、油泵壳体、铜瓦、衬套、轻工业品等。铝活塞、气缸盖、油泵壳体、铜瓦、衬套、轻工业品等。3 压压力力铸造铸造压力铸造压力铸造：（压铸）：（压铸）在高压下（比压约为在高压下（比压约为5150MPa）将液态或半液）将液态或半液态合金快速地压入金属铸型中，并在压力下凝固，以态合金快速地压入金属铸型中，并在压力下凝固，以获得铸件的方法。获得铸件的方法。一、压力铸造的工艺过程一、压力铸造的工艺过程 铸型（压型）：铸型（压型）：由静型、动型组成。与垂直分型的金由静型

17、、动型组成。与垂直分型的金 属型相似。属型相似。压铸机：压铸机：由压射机构、合型机构组成。由压射机构、合型机构组成。卧式压铸机的工作过程：卧式压铸机的工作过程：（1）注入金属）注入金属 (a)（2）压铸）压铸 (b)（3）取出铸件）取出铸件 (c、d)二、压力铸造的特点和适用范围二、压力铸造的特点和适用范围优点：优点：（1）铸件的精度及表）铸件的精度及表 面质量较其它铸造方法均高。通面质量较其它铸造方法均高。通 常，不经机械加即可使用。常，不经机械加即可使用。（2）可压铸形状复杂的薄壁件，或直接铸出小孔、螺）可压铸形状复杂的薄壁件，或直接铸出小孔、螺 纹、齿轮等（参见表纹、齿轮等（参见表2-1

18、3）（3）铸件的强度和硬度都较高。）铸件的强度和硬度都较高。（4）生产率高）生产率高（5）便于采用镶铸）便于采用镶铸缺点：缺点：（1）设备投资大、压型费用高）设备投资大、压型费用高（2）压铸高熔点合金时，压型寿命很低，难以适应）压铸高熔点合金时，压型寿命很低，难以适应（3）铸件内部常有气孔和缩孔）铸件内部常有气孔和缩孔（速度极高）（速度极高）（4）不能热处理）不能热处理适用范围：适用范围：铝、镁、锌合金铝、镁、锌合金铸件的大批量生产。铸件的大批量生产。4常用铸造方法的比较常用铸造方法的比较 第五章第五章 铸件结构设计铸件结构设计n进行铸件设计时进行铸件设计时,不仅要保证其不仅要保证其力学性能力

19、学性能和和工工作性能作性能要求要求,还必须考虑还必须考虑铸造工艺铸造工艺和合金铸造和合金铸造性能对铸件结构的要求。性能对铸件结构的要求。n铸件的结构是否合理铸件的结构是否合理,即其结构工艺性是否良即其结构工艺性是否良好好,对铸件的质量、生产率及其成本有很大的对铸件的质量、生产率及其成本有很大的影响。影响。n本章介绍本章介绍砂型铸件砂型铸件对结构设计的主要要求。对结构设计的主要要求。1 铸件结构与铸造工艺的关系铸件结构与铸造工艺的关系 铸件结构应尽可能使铸件结构应尽可能使制模、造型、造芯、合箱和制模、造型、造芯、合箱和 清理过程清理过程简化简化,并为实现机械化生产创造条件并为实现机械化生产创造条

20、件 2 铸件结构与合金铸造性能的关系铸件结构与合金铸造性能的关系1.合理设计铸件的壁厚合理设计铸件的壁厚 壁厚选择原则：壁厚选择原则：既能保证铸件的力学性能，又能防止某些既能保证铸件的力学性能，又能防止某些 铸造缺陷（浇不足、冷隔、缩孔）的产生铸造缺陷（浇不足、冷隔、缩孔）的产生 铸件的壁厚铸件的壁厚 大于大于 “最小壁厚最小壁厚”铸件的铸件的“最小壁厚最小壁厚”：取决于合金的种类和铸件取决于合金的种类和铸件 的大小。的大小。2.铸件的壁厚应尽可能均匀铸件的壁厚应尽可能均匀若铸件各部分的壁厚差别过大，易若铸件各部分的壁厚差别过大，易产生缩孔、产生缩孔、缩松、热应力、薄厚联接处产生裂纹等缺陷。缩

21、松、热应力、薄厚联接处产生裂纹等缺陷。3.铸件壁的联接铸件壁的联接 (1)铸件的结构圆角铸件的结构圆角 铸件铸件壁间转角处壁间转角处一般应具有一般应具有结构圆角结构圆角。直角联接处形成了金属的积聚，直角联接处形成了金属的积聚，而内侧散热条而内侧散热条 件差，较易产生缩松和缩孔；件差，较易产生缩松和缩孔；在载荷的作用下在载荷的作用下,直角处的内侧产生应力集中，直角处的内侧产生应力集中，使内侧实际承受的应力较平均应力大大增加；使内侧实际承受的应力较平均应力大大增加；若采用直角联接，则因结晶的方向，在转角的若采用直角联接，则因结晶的方向，在转角的 分角线上形成整齐的分界面，在此分界面上集分角线上形成

22、整齐的分界面，在此分界面上集 中了许多杂质，使转角处成为铸件的薄弱环节。中了许多杂质，使转角处成为铸件的薄弱环节。(2)避免锐角联接避免锐角联接 减小热节和内应力减小热节和内应力(3)厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡 4.防裂筋的应用防裂筋的应用防止热裂。防止热裂。筋的方向必须与机械应力方向相一致筋的方向必须与机械应力方向相一致,而且筋的而且筋的厚度应为联接壁厚的厚度应为联接壁厚的1/41/3。（先凝固）。（先凝固）5.减缓筋、辐收缩的阻碍减缓筋、辐收缩的阻碍-自由收缩自由收缩 b,c合理合理 第二篇第二篇 复习题复习题1.什么是液态合金的充型能力什么是液态合金的充型能

23、力?它与合金的它与合金的流动性有何关系流动性有何关系?不同化学成分的合金为不同化学成分的合金为何流动性不同何流动性不同?为什么铸钢的充型能力比为什么铸钢的充型能力比铸铁差铸铁差?2.缩孔和缩松对铸件质量有何影响缩孔和缩松对铸件质量有何影响?为何缩为何缩孔比缩松较容易防止孔比缩松较容易防止?3.区分以下名词区分以下名词:缩孔和缩松缩孔和缩松 浇不足和冷隔浇不足和冷隔 出气口和冒口出气口和冒口 逐层凝固和定向凝固逐层凝固和定向凝固4.试用下图轨道铸件分析热应力的形成原试用下图轨道铸件分析热应力的形成原 因因,并用虚线表示出铸件的变形方向。并用虚线表示出铸件的变形方向。5.试从石墨的存在分析灰铸铁的

24、力学性能试从石墨的存在分析灰铸铁的力学性能 和其性能特征。和其性能特征。6.影响铸铁石墨化的主要因素是什么影响铸铁石墨化的主要因素是什么?为为什么铸铁的牌号不用化学成分来表示什么铸铁的牌号不用化学成分来表示?7.为什么球墨铸铁是为什么球墨铸铁是“以铁代钢以铁代钢”的好材的好材料料?球墨铸铁是否可以全部取代可锻铸球墨铸铁是否可以全部取代可锻铸铁铁?8.什么是熔模铸造什么是熔模铸造?9.金属型铸造有何优越性金属型铸造有何优越性?为什么金属型为什么金属型铸造未能广泛取代砂型铸造铸造未能广泛取代砂型铸造?10.什么是铸件的结构斜度什么是铸件的结构斜度?它与起模斜它与起模斜度有何不同度有何不同?图示铸件的结构是否合理图示铸件的结构是否合理?应应如何改正如何改正?11.图示铸件在大批量生产时图示铸件在大批量生产时,其结构有何其结构有何缺点缺点?该如何改进该如何改进?12.为什么铸件要有结构圆角为什么铸件要有结构圆角?图示铸件上图示铸件上哪些圆角不够合理哪些圆角不够合理?应如何修改应如何修改?13.为什么要规定铸件的最小壁厚为什么要规定铸件的最小壁厚?灰铸铁灰铸铁件的壁厚过大或局部过薄会出现哪些问件的壁厚过大或局部过薄会出现哪些问题题?