陕西科技大学——材料成型第二章(第二部分)

②铸件宽大平面应朝下
因为在浇注过程中，熔融金属对型腔上表面的强烈辐射 ，容易使上表面型砂急剧地膨胀而拱起或开裂，在铸件表 面造成夹砂结疤缺陷
③面积较大的薄壁部分应置于铸型下部或垂直
将薄壁部分置于铸型上部，易产生浇不足、冷隔等缺陷。改 置于铸型于下部后，可避免出现缺陷。
④易形成缩孔的铸件，较厚部分置于上部或侧面
②拔（起）模斜度 为了使模样（或型芯）便于从砂型中取出，凡垂直于分型面
的立壁在制造模样时，必须留出一定的倾斜度β，此倾斜度称为 起模斜度。
◆β大小取决于立壁的高度、造型方法、模样材料等因素， 通常为15`～3°。立壁越高，斜度越小；机器造型应比手工造型 小，而木模应比金属模斜度大，内壁比外壁大。
③收缩余量：
外冷铁 放置在型腔壁上的金属块称为外冷铁。
（五） 浇注系统
浇注系统是引导金属液流入型腔的一系列通道的总称。 作用：确保液态金属能够平稳而合理地充满型腔。
浇口杯
接纳、引入金属，减轻金属 液对铸型的冲击。
组成 直浇道
引入金属，提供压力头以克 服流动阻力充满型腔
横浇道 引入金属、阻撇熔渣
内浇道
引入金属、控制金属液的充 型速度和流动方向→调控温 度场和凝固顺序，在某种情 况下还有一定的补缩作用。
主要作用：在铸件凝固收缩过程中，提供由于收缩所需要补给 的金属液，对铸件进行补缩，防止产生缩孔、缩松等缺陷。
冒口
明冒口 普通冒口
暗冒口
特种冒口
保温冒口 发热冒口 大气压力冒口 易割冒口
冷铁是在型腔上安放的金属。 主要作用：增大铸件某些厚大部位的冷却速度。
内冷铁 放置在型腔内，浇注后与铸件熔合为一体的 金属块
综合分析举例 由支座的零件图可知，没有特殊质量要求的表面，在制定工 艺方案时，不必考虑浇注位置要求，主要着眼于工艺上的简化。 ◆三种分型方案分析可知
1、单件、小批生产： 因手工造型便于进行 挖砂和活块造型，因此， 方案2分型较为经济。
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 。型芯安放稳固，凸台可避免活块，全部在下箱，因此，方案3适 宜。
面达到要求。清理内容主要包括：切除浇冒口、清 除砂芯和粘砂。
清砂 在落砂后除去铸件表面粘砂的操作称为清砂。
铸件浇冒口、飞翅和毛刺的去除
铸件热处理
• 一般铸件清理后，还要进行热处理以便清除内应 力或消除白口。
• 清除内应力一般采用低温退火：把铸件加热到 550～600℃，保温2～4小时后，随炉缓慢冷却。
• ② 具有透气性，便于铸型中的气体逸出； • ③ 具有耐火性，以便高温金属液注入是不会软化； • ④ 具有退让性，可以减少逐渐收缩时的阻力。 • 由此可以减小铸件产生缺陷的可能：如塌箱、砂眼、
气孔、粘砂、内应力、裂纹等。
砂型和型芯
• 砂型可以获得毛坯铸件的外形，加入型芯可获得 毛坯内腔形状。型芯也可用于形成复杂外形的铸 件。
浇注
• 把液态金属浇入铸型的过程。浇注工序对铸件质 量影响很大，如果操作不当常引起浇注不足、冷 隔、跑火、夹渣、和缩孔等缺陷。
落砂
• 将铸件从砂型中取出来称为落砂。落砂温度对铸件 质量也有很大影响，温度太高时落砂会时铸件冷速 加快而产生白口、变形和裂纹。温度太低落砂又会 影响生产率。
清理 • 落砂后的铸件必须经过清理工序，才能使铸件外表
三、砂型铸造
什么是砂型铸造？
• 以型砂和芯 砂为造型材料 制成铸型，液 态金属在重力 下充填铸型来 生产铸件的铸 造方法。
• 主要工序：制造模型和芯盒、备砂、造型造芯、烘干、合 箱、熔化、浇注、落砂、 清理、检验。
砂型铸造的工艺过程
砂型铸造造型材料的性能要求
• ① 应具有一定的强度，以便能承受金属液的冲刷力以 及其他外力；
因为铸件上部凝固速度慢，晶粒较粗大，易在铸件上部形成 砂眼、气孔、渣孔等缺陷。铸件下部的晶粒细小，组织致密， 缺陷少，质量优于上部。 • 机床床身导轨和铸造锥齿轮的锥面都是主要的工作面，浇注时 应朝下。
卷扬筒的浇注位置方案
因为卷扬筒的圆周表面质量要求高，不允许存有明显的 铸造缺陷。
若采用卧铸，圆周的朝上表面的质量难以保证； 若采用立铸，由于全部圆周表面均处于侧立位置，其质 量均匀一致，较易获得合格铸件。
v 机器造型 Machine Molding 机器造型是将造型中紧砂和起模两道工序用机械代 替手工完成。与手工造型比机器造型的优点是生产 效率高、砂型质量好，铸件的精度和表面质量提高 并改善劳动条件。但设备的工艺装备费用高、生产 准备时间较长，只适用于中、小铸件的成批或大量 生产。
常用手工造型方法
为了补偿收缩，模样比铸件图纸尺寸增大的数值称收缩余量。 收缩余量的大小与铸件尺寸大小、结构的复杂程度和铸造合金 的线收缩率有关，常常以铸件线收缩率表示：
∑=(L模-L铸件)/ L模X100% ★通常灰铸铁的线收缩率为0.7％一1.0％ ★铸钢为1.6％－2.0％ ★铝硅合金为0.8％一1.2％
④铸造圆角 在设计和制造模型时，对相交壁的交角要做圆弧过渡，目 的是防止铸件交角处粘砂、缩孔以及由于应力集中而产生 裂纹等缺陷。 凝固特性 热节、充型
• 消除白口一般采用高温退火：把铸件加热到900 ～950℃，保温2～5小时后，随炉冷却。
v 砂型铸造方法 Sand Casting
v 手工造型 Hand Βιβλιοθήκη Baiduolding
手工造型具有工艺装备简单、经济，生产准备时 间短，操作灵活及适应性强等优点。但劳动强度 大，生产效率低，铸件质量差，对工人的操作技 能水平要求高。
落砂和清理
打碎型壳 落砂
去浇口、毛刺 清理
熔模铸造的特点及应用：
不同转 角处的
热节
⑤ 型芯头 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。 设置型芯头是为了使型芯定位、固定和排气以及 便于从铸件中清除型芯。型芯头的形状和尺寸，影响 型芯合箱时的工艺性和稳定性。型芯头分为垂直芯头 和水平芯头。
◆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。
◆型芯头的形状和尺寸，对型芯装配 的工艺和稳定性有很大影响。垂直型芯一 般都有上、下芯头。
◆芯头必须留一定的斜度。下芯 头 α= 5～10°上芯头α=6～15°。
水平芯头长度：取决于芯头直径 及型芯长度；
悬臂型：芯头必须加长； 型芯头与铸型型芯座之间应有1 ～4mm的间隙。
（四）冒口和冷铁
冒口是在铸型中设置的一个储存金属液的空腔。
熔模铸造的发展
史可以追溯到
4000年前，埃及
、中国和印度是
发
最早起源的国家
展
。
概
况
曾侯乙尊盘 (战国早期)
• 基本工艺过程
蜡模制造 结壳 脱蜡 焙烧、填砂造型和浇注
压型
耐火材料
浸涂料 热水法 加热900~950°C
高压粘蒸结汽剂法
焙烧
蜡模压制 撒砂 蜡模组装 硬化
化学硬化 干燥处理
600~700°C 浇注
主要芯位于下箱
①分型面应选择最大截面处
③分型面应尽量平直
平直分型面 可采用简便的分 模造型。 大批量生产
弯曲分型面 则需采用挖砂或 假箱造型。
单件小批
起重臂分型面的选择。
③尽量使铸件重要加工面或大部分加工面、加工基准面放在一 个砂型内，减少错箱、披缝和毛刺，提高铸件精度。
床身铸件，其顶部平面为加工基准面。 图中方案a在妨碍起模的凸台处增加了外部型芯，因采用整模造型使加工 面和基准面在同一砂箱内，铸件精度高，是大批量生产时的合理方案。 若采用方案b，铸件若产生错型将影响铸件精度，但在单件、小批生产条 件下，铸件的尺寸偏差在一定范围内可用划线来矫正，故在相应条件下方 案b仍可采用。
• 按砂箱特征分类:
• 两箱造型a
• 三箱造型b
• 地坑造型c
• 脱箱造型d
a
b
c
d
按模型特征分类:
整模造型
分模造型
活块造型
活块造型
用外砂芯 作出活块
挖砂造型
手轮的挖砂造型
假箱造型
带轮的刮板造型
导向刮板造型
带轮的三箱造型
用外砂芯将三箱改为两箱
2）机器造型 机器造型是将填砂、紧实和起模等主要工序实现了机械
对于容易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在铸型的上部 或侧面，以便在铸件厚壁处直接安置冒口，使之实现自下 而上的定向凝固。
⑤ 应尽量减少型芯的数量，要便于安放型芯、固定和排气
合理的： 不合理：
(二）分型面

分型面是指两半铸型相互接触的表面。除了消失模铸
造外，都要选择分型面。

一般说来，分型面在确定浇注位置后再选择。但是，
估计到铸件发生缺陷的可能
(一）浇注位置
浇注位置的选择原则：
• 铸件的重要加工面应朝下或位于侧面； • 铸件的大平面应朝下； • 面积较大的薄壁部分置于铸型下部或侧面； • （易缩孔）铸件厚大部分应放在上部或侧面； • 尽量减小型芯的数量，便于型芯的固定、检验和排
气。
① 铸件的重要加工面应朝下或位于侧面
设
计
要
点
铸造工艺 方案的确定
工艺参数 的确定
浇注系统 和冒口
铸造工艺 图的绘制
铸造工艺设计包括：
选择铸造方法或造型方法
铸件的浇注位置和分型面位置，型芯和芯头结构；
加工余量、收缩率和拔模斜度等工艺参数；
浇注系统、冒口和冷铁的布置等；
将所确定的工艺方案用文字和铸造工艺符号在零件
图上表示出来，绘制铸造工艺图。
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• 浇注位置：浇注时铸件在铸型中所处的空间位置； 可采用：立浇、卧浇、斜浇等浇注位置。
• 分型 面：是指两半铸型（上、下型）或多个铸型（多箱造 型）相互接触、配合的表面。 铸件的造型位置由分型面决定，而铸件的浇注位置 与造型位置通常是一致的。
• 浇注位置和分型面对铸件质量及铸造工艺都有很大影响。 • 选择原则：着眼于控制铸件的凝固顺序
④使型腔和主要芯位于下箱，便于下芯、合型和检查型腔尺寸。
（三）铸造工艺参数的确定
机械加工余量； 拔模斜度；
工艺参数
收缩率； 铸造圆角； 型芯及型芯头。
① 加工余量和最小铸出孔槽
在铸件上为切削加工而加大的尺寸称为机械加工余量。余量 过大，切削加工费工，且浪费金属材料；余量过小，制品会因残 余黑皮而报废，或者，因铸件表面层过硬而加速刀具磨损。
四、特种铸造
特种铸造是指砂型铸造之外的其他铸造方法。常用的特种铸造 方法有熔模铸造、金属型铸造、压力铸造和离心铸造等。
（一）熔模铸造
什么是熔模铸造？
熔模铸造又称"失蜡铸造"。通常是在蜡模表面涂上数层 耐火材料，待其硬化干燥后，将其中的蜡模熔去而制成 型壳，焙烧后进行浇注，而获得铸件的一种方法。由于 获得的铸件具有较高的尺寸精度和表面光洁度，故又称 "熔模精密铸造"。
◆铸孔原则：要考虑铸出的可能性、必要性、和经济性。
• 一般说来，较大的孔与槽应铸出，以节约金属、减少切削 加工工时，同时可以减小铸件的热节；较小的孔，尤其是
位置精度要求高的孔、槽则不必铸出，留待机加工反而更 经济。
◆影响加工余量的因素： 取决于铸件的生产批量、合金的种类、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等。 1、大批生产时，因采用机器造型，铸件精度高，故余量可 减小；反之，手工造型误差大，余量应加大。 2、铸钢件因表面粗糙，余量应加大；非铁合金铸件价格甚 贵，余量应比铸铁小。 3、铸件尺寸愈大或加工面与基准面的距离愈大，尺寸误差 愈大，故余量也应随之加大。 4、铸件的孔、槽是否铸出，不仅取决于工艺上的可能性， 还必须考虑其必要性。一般来说，较大的孔、槽应当铸出，但较 小的孔、槽则不必铸出，留待加工反而更经济。
分析各种分型面的利、弊之后，可能再次调整浇注位置。

在生产中浇注位置和分型面有时是同时确定的。

分型面的选择在很大程度上影响着铸件的质量、成本
和生产率。

分型面的选择要在保证铸件质量的前提下，尽量简化
工艺，节省人力物力。
原则： ①便于取模（确定分型面的最基本要求），分型面应
选择最大截面处 ②尽量减少分型面的数量，分型面应尽量平直 ③尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱内（精度） ④便于造型、下芯、合箱及检验壁厚，尽量使型腔和
化，并组成生产流水线。机器造型生产率高，铸型质量好， 铸件质量高，适用于中小型铸件的大批量生产。
造型生产线示意图
造型生产线
机器造型方法一 机器造型方法：震压造型、高压造型、抛砂造型。 1、震压造型工作原理
机器造型方法二
2、多触头高压造型
3、抛砂机
铸造工艺设计
支座的零件图、铸造工艺图、模样图及合型图