第1章铸造A详解

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(5)芯头 芯头是指模样上的突出部分,它在型内形成芯座(铸 型中专为放置型芯头的空腔),以放置芯头。对于型芯来说芯头是 型芯的外伸部分,不形成铸件轮廓,只是落入芯座内,用以定位和 支承型芯(图1-4)。
(6)分型面 分型面是指铸型组元间的接合面(图1-4)。选择 分型面时应考虑以下几个方面:使分型面具有最大水平投影尺寸; 尽量满足浇注位置的要求;造型方便;起模容易。
成形后的型芯一般都需要烘干,烘芯的目的是提高型芯的强度 和透气性,减少型芯的发气量。若需要增加型芯的强度,则可在造 芯时在型芯内放置芯骨。芯骨是一种放入型芯中用以加强或支持型 芯并有一定形状的金属构架。若需要增加型芯的透气性,除对型芯 扎通气孔外,还可在型芯中埋放通气蜡线(蜡质线绳),型芯烘干 时焚化,成为排气通道。型芯表面一般都要刷上涂料,用以提高型 芯表层的耐火度、保温性、化学稳定性,使型芯表面光滑,并提高 其抵抗高温熔融金属的侵蚀能力。
2、机器造型和自动化造型
用机器全部地完成或至少完成紧砂操作的造型工序称为机器 造型。紧砂是使砂箱(芯盒)内型(芯)砂提高紧实度的操作。 所有造型工序基本不需人力完成的造型过程称为自动化造型。机
器造型和自动化造型可提高生产率,改善劳动条件,提高铸件精
c a b
度和表面质量,但设备、工艺装备等投资较大,适用于大批量生 产和流水线生产。
图1-1 砂型铸造工艺过程
2、特种铸造 一般称砂型铸造以外的其他铸造方法为特种铸 造。常用的特种铸造有:金属型铸造、压力铸造、 离心铸造、熔模铸造等。
§1-2 砂型的制作
一、砂型 用型砂、金属或其他耐火材料制成,包括形成铸件形状的空腔、 型芯和浇冒口系统的组合整体称为铸型。 用型砂制成的铸型称为砂型。砂型用砂箱支撑时,砂箱也是铸 型的组成部分。 砂型的制作是砂型铸造工艺过程中的主要工序。制造砂型即使 用造型材料,借助模样和芯盒造型造芯,以实现铸件的外形和内形 的要求。 二、造型材料
五、造芯
制造型芯的过程称造芯。是为获得铸件的内孔或局部外形,用 芯砂或其他材料制成的安放在型腔内部的铸型组元。造芯可分手工 造芯和机器造芯。常用手工造芯的方法为芯盒造芯。芯盒通常由两 半组成,图1-8为芯盒造芯的示意图。手工造芯主要应用于单件、 小批量生产中。机器造芯是利用造芯机来完成填秒、紧砂和取芯的, 生产效率高,型芯质量好,适用于大批量生产。
第一章 铸 造
§ 3- 1 概 述
一、铸造的特点
将熔融金属浇注、压射或吸人铸型型腔中,待其凝固后而得到一定形 状和性能铸件的方法称为铸造。 铸造所得到的金屑工件或毛坯称为铸件。 铸造具有以下优点: (1)可获得复杂外形及内腔的铸件,如各种箱体、床身、机架、汽缸 体等。 (2)铸件尺寸与重量几乎不受限制,小至几毫米、几克,大至十几米、 几百吨的铸件均可铸造。 (3)可铸造任何金属和合金铸件。 (4)铸件成本低廉。铸造用的原材料来源广泛,还可利用报废零件和 废金属材料,且生产设备较简单,投资少。 (5)铸件的形状、尺寸与零件很接近,因而减小了切削加工的工作量, 可节省大量金属材料。
( 1 )铸造生产工序繁多,工艺过程较难控制, 因此铸件易产生缺陷。
(2)铸件的尺寸均一性差,尺寸精度低。
( 3 )和相同形状、尺寸的锻件相比,铸件的 内在质量差,承载能力不及锻件。
( 4 )工作环境差,温度高,粉尘多,而且劳 动强度大。 铸造的缺点使其应用受到一定限制。
二、铸造的分类
根据生产方法的不同,铸造可分为砂型铸造和特种铸造两大 类。 1、砂型铸造 砂型铸造是用型砂紧实成形的铸造方法。由于砂型铸造简便易 行,原材料来源广,成本低,见效快,因而在目前的铸造生产中仍 占主导地位,用砂型铸造生产的铸件,约占铸件总重量的90%。 砂型铸造可分为湿砂型(不经烘干可直接进行浇注的砂型)铸 造和干砂型(经烘干的高黏土砂型)铸造两种。砂型铸造的工艺过 程一般由造型(制造砂型)、造芯(制造砂芯)、烘干(用于干砂 型铸造)、合型(合箱)、浇注、落砂、清理及铸件检验等组成。 图1-1所示为齿轮毛坯的砂型铸造工艺过程。
(4)透气性 型砂透气性用紧实砂样的孔隙度表示。孔隙度越大,则透气性越好。 熔融金属浇入砂型后,在高温的作用下,砂型中会产生大量气体,熔融金属内部也会分 离出气体。如果透气性差,部分气体就会留在熔融金属内不能排出,导致铸件产生气孔 等缺陷。
(5)退让性 铸件冷却收缩时,砂型与型芯的体积可以被压缩的性能称为退让性。 退让性差时,铸件收缩时受到较大阻碍,会使铸件产生较大内应力,甚至产生变形或裂 纹等缺陷。 在铸造过程中,型芯被熔融金属包围,工作条件恶劣,因此,芯砂比型砂应具有更 高的强度、耐火性、透气性和退让性。
图1-10 带有浇冒口的铸件
1-浇口杯 2-直浇道 3-横浇道 4-内浇道
七、合型
将铸型的各个组元如上型、下型、型芯、浇口盆等组合成一 个完整铸型的操作过程称为合型(又称合箱)。合型前应对砂型 和型芯的质量进行检查,若有损坏,需要进行修理;为检查型腔 顶面与芯子顶面之间的距离需要进行试合型(称为验型)。合型
图1-2起模斜度图
图1-3 铸造圆角
图1-4 支座的铸型
1-上型 2-分型面 3-型芯 4--支座 型腔 5-芯头 6-下型
2、芯盒
制造型芯或其他种类耐火材料芯所用的装备称为芯盒。芯盒的 内腔与型芯的形状和尺寸相同。
四、造型
用造型混合料及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型。造 型可分为手工造型、机器造型和自动化造型。
造型材料是制造砂型和砂芯的材料,包括砂、黏土、有机或无 机粘结剂和其他附加物。
按一定比例配合的造型材料,经过混制,符合造型要求的混合 料称为型秒。按一定比例配合的造型材料,经过混制,符合造芯要 求的混合料称为芯砂。
型砂的性能
砂型在浇注和凝固过程中要承受熔融金属的冲刷、静压力和高温的作用,并要排出 大量气体,型芯则要承受凝固时的收缩压力,因此型(芯)砂应有以下几方面的性能要 求: (1)可塑性 型(芯)砂在外力作用下可以成形,外力消除后仍能保持其形状的性 能称为可塑性。可塑性好,易于成形,能获得型腔清晰的砂型,从而保证铸件具有精确 的轮廓尺寸。 (2)强度 型秒、芯砂抵抗外力破坏的能力称为型砂强度。型砂应具有足够的强度, 在浇注时能承受熔融金属的冲击和压力而不致发生变形和毁坏(如冲秒、塌箱等),从 而避免铸件产生夹砂、结疤、砂眼等缺陷。 (3)耐火性 型砂在高温熔融金属的作用下不软化、不熔融烧结及不粘附在铸件表 面上的性能称为耐火性。耐火性差会造成铸件表面粘砂,使清理和切削困难,严重时铸 件报废。
L

三、模样扣芯盒
1、模样
由木材、金属或其他材料制成,用来形成铸型型腔的工艺装备称为模样。 制造砂型时,使用模样可以获得与零件外部轮廓相似的型腔。模样是按照 零件图样要求绘制的铸造工艺图的。制造模样时要注意以下几点: (1)加工余量 加工余量是指为保证铸件加工面尺寸和零件精度,在铸 件工艺设计时预先增加而在机械加工时切去的金属层厚度。加工余量的大 小根据铸件尺寸公差等级和加工余量来确定。一般小型铸件的加工余置为 2~6mm。 (2)收缩余量 收缩余量是指为了补偿铸件收缩,模样比铸件图样尺寸 增大的数值。收缩余量与铸件的线收缩率和模样尺寸有关,铸件的线收缩 率可用下式表示:
有箱造型是用砂箱作为铸型组成 部分制造铸型的过程。砂箱是容纳和
图1-5 砂 箱
支承砂型的刚性框。
有箱造型分整体模造型和分开模造型。没有分模面的模样称为 整体模。造型时,型腔全部在半个铸型(通常为下型)内,另外半 个铸型(上型)为平箱,分型面为一平面。整体模造型方法简单, 适用于形状简单的铸件。图1-6所示为整体模造型的过程示图。 有分模面的模样称为分开模。通常为一个分模面,模样被分成 两部分,分别制造上型和下型。型腔位于上型和下型之中。分开模 造型有两箱造型和三箱造型,其中两箱分开模造型是应用最广泛的 一种有箱造型方法。图1-7所示为法兰管铸件的两箱分开模造型的 过程示图。
由于铸造具有上述优点,因此广泛应用于机械零 件的毛坯制造,在各种机械和设备中,铸件在整机重 量上占有很大的比例。
表2-1 各类机械工业中铸件重量比
机 械 类 别
%
机床、内燃机、重型机器 风机、压缩机 拖拉机 农业机械
汽车
70~90
60 ~ 80 50 ~ 70 40 ~ 70 20 ~ 30
铸造存在如下缺点:
(1)浇口杯 漏斗形外浇口,与直浇 道顶端连接,用以承接并导入熔融金属, 可单独制造,也可直接在铸型内形成,成 为直浇道顶部的扩大部分。浇口杯能缓和 熔融金属对铸型的冲击,并使熔渣、杂质 上浮,起到挡渣作用。 图1-9 浇注系统
1-浇口杯
3-横浇道
2-直浇道
4-内浇道
(2)直浇道 浇注系统中的垂直通道。通常带有一定的锥度。直 浇道的作用是调节熔融金属流入型腔的速度和压力。直浇道越高, 熔融金属的流速越快,压力越大;熔融金属越易于充满型腔的狭薄 部分。 (3)横浇道 浇注系统中的水平通道部分。其截面多为梯形。横 浇道用以分配熔融金属流入内浇道,同时亦起挡渣作用。横浇道一 般位于上型分型面处。 (4)内浇道 浇注系统中,引导液态金属进入型腔的部分。其截 面为梯形或半圆形。内浇道的作用控制熔融金属的流动速度和方向, 其尺寸和数量根据金属材料的种类、铸件的质量、壁厚大小各铸件 的外形而定。内浇道一般位于下型分型面处。 一般情形下,直浇道截面应大于横浇道截面,横浇道截面应大于 内浇道截面,以保证熔融金属充满浇道,并使熔渣浮集在横浇道上 部,起挡渣作用。 2、冒口 冒口是在铸型内储存供补缩铸件用熔融金属的空腔。除补缩外, 冒口有时还起排气和集渣的作用。冒口一般设置在铸件的最高处和 最厚处。图1-10为带有浇、冒口的法兰管于铸件,在铸件两端最高 处设有冒口。
式中


百度文库
L模 L铸件 L模
1000 0
——铸件线收缩率;
L模 、 L铸件——同一尺寸在模样与铸件上的长度,mm。
不同的铸造金属(或合金)其线收缩率不同。一般灰铸铁= 0.5~1%; 铸钢=1.6%~2.0%;青铜=1.4%;铝合金=1.0%~1.2%。
(3)起模斜度 起模斜度是指为使模样容易从铸型中取出或型芯 自芯盒中脱出,平行于起模方向在模样或芯盒壁上的斜度。起模斜 度可用倾斜角表示或用起模斜度使铸件增加或减少的尺寸表示(图1 0 -2)。起模斜度一般为 = 50 ~ 30 。 (4)铸造圆角 制造模样时,凡相邻两表面的交角,都应做成圆 角(图 1 - 3 )。铸造圆角的作用是:造型方便;浇注时防止铸型夹 角被冲坏而引起铸件粘砂;防止铸件因夹角处应力集中而产生裂纹。
图1-8 芯盒造芯示意图
a)芯盒的装配 b)取芯 1-型芯 2-芯盒 3-定位销 4-夹钳
六、浇注系统及冒口
1、浇注系统
浇注系统是为填充型腔和冒口而开设 于铸型中的一系列通道。通常由浇口杯、 直浇道、横浇道和内浇道组成(图1-9)。
浇注系统简称浇口,其作用是:保 证熔融金属平稳、均匀、连续地充满型腔; 阻止熔渣、气体和砂粒随熔融金属进人型 腔;控制铸件的凝固顺序;供给铸件冷凝 收缩时所需补充的金用熔液(补缩)。
时要保证铸型型腔几何形状和尺寸的准确及型芯的稳固。合型后,
上、下型应夹紧或在铸型上放且压铁,以防浇注时上型被熔融金 属顶起,造成抬箱、射箱(熔融金属流出箱外)或跑火(着火的
1、手工造型图1-5砂箱
全部用手工或手动工具完成的造型工序称为手工造型。手工造 型方法简便,工艺装备简单,适应性强,因此在单件或小批量生产, 特别是大型铸件和复杂铸件生产中应用广泛。但手工造型生产率低, 劳动强度大,铸件质量不稳定。 手工造型的方法很多,常见的有: 有箱造型、脱箱造型、地坑造型和刮
板造型等。
图1-6 整体模造型过程
a)造下型 b)刮平 c)造上型 d)起模 e)合型 e)带有浇口铸件 1-捣砂箱 2-砂箱 3-模底板 4-模样 5-刮板 6-记号 7-浇口棒 8-气孔针
图1-7 两箱分开模造型过程
a)铸件简图 b)模样 c)造下型 d)造上型、开浇冒口 e)下芯、合型并加压铁f )带有浇冒口的铸件 1-下半模样 2-下砂箱 3-模底板 4-浇田棒 5-冒口棒 6-上半模样 7-上砂箱 8-压铁
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