机械制造工艺教案第一章2-4节-09-04-15

1．粘土砂
以粘土作粘结剂的型(芯)砂 称为粘土砂。常用的粘土为膨润 土和高岭土。粘土砂应保持一定 的水份。型砂中应添加一定数量 的煤粉或其他附加物。
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1.2 砂型机器造型铸造工艺
2．水玻璃砂
用水玻璃作粘结剂的型(芯)砂称为水玻璃砂。也称为化 学硬化砂。 化学硬化砂与粘土砂相比具有型砂的强度高、透气性好、 流动性好，易于紧实，铸件缺陷少，内在质量高。造型(芯) 周期短,耐火度高，适合于生产大型铸铁件及所有铸钢件。
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1.2 砂型机器造型铸造工艺
四、铸造工艺参数的确定 2．加工余量 加工余量是指在铸件的加工面上留出的准备切削除的金属 层厚度。
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1.2 砂型机器造型铸造工艺
四、铸造工艺参数的确定 3．起模斜度 为了方便取模，在垂直于分型面的立壁上所增加的斜度称 起模斜度(见图3-28)，一般用角度或宽度a表示。 模样越高，斜度取值越小，内壁斜度比外壁斜度大，手工 造型比机器造型的斜度大。
机械制造工艺基础
主讲教师：周世权
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1.2 砂型机器造型铸造工艺 Sand Mold Casting Process of Machine molding
-型砂和芯砂-造型和制芯；下芯并合型；金属液浇 入铸型中，冷却凝固，经落砂清理和检验-铸件的工艺过程。
一、型砂和芯砂
原砂、粘结剂、水及其他附加物(如煤粉、重油、木 屑等)按一定比例混制而成。根据粘结剂的种类不同，可分 为粘土砂、水玻璃砂、树脂砂等。
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1.2 砂型机器造型铸造工艺
五、铸造工艺图的绘制
铸造工艺图是在零件图上用规定的符号表示铸造工艺内容的 图形，是制造模样和铸型、进行生产准备和铸件检验的依据， 是铸造生产的基本工艺文件。 现以前轮毂（见图3-30）为例，说明绘制铸造工艺图的步骤：
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五、铸造工艺图的绘制
图3-30
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五、铸造工艺图的绘制 1.分析铸件质量要求和结构工艺性
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1.2 砂型机器造型铸造工艺
机械化铸造车间，以造型机为核心，配以其他机械，如翻 箱机、合箱机、压铁机、落砂机等辅助设备和砂处理及运 输系统组成的机械化、自动化程度较高的铸造生产流水线。 图3-18所示为一条造型生产线示意图，上、下箱造型机为 两台微震压实造型机，该生产线效率为130～150型/小时。
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一、熔模铸造
制作蜡模组——将单个蜡模粘结在蜡制的浇注系统上，成 为蜡模组。 涂挂涂料——用石英粉与水玻璃或钢玉粉硅酸乙酯水解液 制成涂料，将蜡模组浸泡在耐火涂料中，使其涂挂均匀。 撒砂——将涂挂好涂料的蜡模组表面撒一层石英砂。 硬化——用氯化铵溶液制成硬化液，将撒好砂的蜡模组放 入硬化液中硬化10-几10秒钟。 重复涂挂涂料——撒砂——硬化数次，便在蜡模表面结成 所需厚度的硬壳； 脱蜡——将结好壳的蜡模组放人85-95℃的热水或蒸气中， 熔去蜡模组，便得到无分型面的型壳。 型壳烘干焙烧——将脱蜡后的型壳先经过200℃左右的烘 干，再加热到850℃左右焙烧，以便除去水分，残余蜡料，提 高型壳强度。
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五、铸造工艺图的绘制
7．绘制铸造工艺图
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7．铸造工艺实例
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本节课程小结
1. 型砂和芯砂：原砂，粘结剂和水分；粘土砂，水玻璃砂 和树脂砂。
2. 造型方法：手工造型：整模，分模，活块，假箱，三箱 等；单件小批量生产。机器造型：两箱整模和分模，型 板（有模型，浇注系统），大批大量生产。
3. 铸件浇注位置：重要加工面？大平面？薄壁部分？壁厚 不均匀？分型面的选择：应便于起模，简化造型工艺。 全部或大部分放在同一个砂箱内。尽量减少型芯和活块 的数量。 4. 铸造工艺参数：收缩率，加工余量，起模斜度，圆角， 芯头。 5. 铸造工艺图的绘：质量要求和结构工艺性，选择造型方 法，浇注位置和分型面，确定工艺参数，设计型芯，设 计浇、冒口系统，绘制铸造工艺图。
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1.2 砂型机器造型铸造工艺
2．分型面的选择原则：
（1）应便于起模，简化造型工艺。 图3-24所示起重臂采用平面分型，可以避免挖砂造型， 提高生产率。 图3-25所示绳轮铸件在大批量生产时加一个环状型芯， 使三箱造型改为两箱造型，简化了操作，提高了生产率和 铸件精度，利于采用机器造型。
图3-24
图3-18造型生产线示意图
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1.2 砂型机器造型铸造工艺
3．机器造芯
热芯盒射芯机制 芯采用射砂方式 填砂和紧砂。射 砂紧实原理是将 芯砂悬浮在压缩 空气的气流中， 以高速射人芯盒 中而紧实。如图 3-19所示：
图3-19
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1.2 砂型机器造型铸造工艺
3．壳芯机制芯
采用吹砂方式填砂和紧实。壳芯机的工作过程如图3-20所 示。其主要缺点是酚醛树脂的价格昂贵，固化时间长，生 产效率较热芯盒法低，制芯时有臭味产生。
2.选择造型方法
铸件重136N，材料为球墨铸铁QT400-15，大批量生产， 故选择机器造型(芯)。若生产量很少可用手工造型(芯)
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五、铸造工艺图的绘制
3．选择浇注位置和分型面 浇注位置有两种方案：一是轮毂(轴线)呈垂直位置，
两轴承孔表面处于直立状态，利于金属液体充型和补缩，
使铸件质量稳定。二是轮毂呈水平位置，虽方便造型和下 芯，但两轴承孔的上表面易产生气孔、渣孔、缩孔等缺陷。 故此方案不合理，应选择方案一，并使法兰盘朝上。 分型面选在法兰盘的上平面处，使铸件大部分位于下 箱，便于保证铸件的尺寸精度，合型前便于检查壁厚是否 均匀、型芯是否稳固，同时使浇注位置与造型位置一致。
图3-20
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1.2 砂型机器造型铸造工艺 三、铸件浇注位置和分型面的选择
铸件的浇注位置是指 浇注时铸件在铸型内 所处的位置，分型面 是指两半铸型相互接 触的表面。一般情况 下，应先保证铸件质 量选择浇注位置，后 简化造型工艺决定分 型面。
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1.2 砂型机器造型铸造工艺
1．浇注位置的选择原则
(1)铸件的重要加工面应处于型腔底面或侧面。因为浇注时 气体、夹杂物易漂浮在金属液上面，下面金属质量纯净，结 构致密。图3-21所示为床身导轨面朝下，图3-22所示为卷筒 内、外圆表面侧立。
前轮毂装于拖拉机前轮中央，和前轮一起做旋转运动并 支撑拖拉机。两内孔(90和100)装有轴承，是加工要求最 高的表面，不允许有任何铸造缺陷。 前轮毂结构为带法兰盘的圆套类零件。铸件主要壁厚为 14mm，法兰盘厚度19mm。法兰盘和轮毂本体相交处形成厚实 的热节区。法兰盘上五个35mm、厚度为34mm的凸台，也是 最厚实的部分。
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1.2 砂型机器造型铸造工艺
2.机器造型
机器造型是用造型机和模板等设备 生产砂型和砂芯的工艺过程。 震压造型： 这种方法所用机器结构简单，价格 低廉，但造型时噪声大，压实比压较低， 为0.150.4Mpa,型砂紧实度不够高,铸 件质量和生产率不能满足日益增长的要 求。 微震压实造型机：即在对型砂压实 的同时进行微震，提高了铸型的紧实度。
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复习思考题
1.机器造型与手工造型相比具有哪些优点?具体有哪些方法? 简述震压造型机的工作过程。 2.确定下图所示铸件的铸造工艺方案，要求如下: 按大批量生产条件分析最佳方案； 按所选方案确定浇注位置、分型面、分模面
(轴承座零件图)
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(双联齿轮零件图)
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3．试确定下图所示铸件的分型面
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一、熔模铸造
填砂浇注——将焙烧后的型壳置人砂箱中，四周填砂， 即可进行浇注，待金属冷凝后，敲掉型壳，便获得带浇铸 系统的一组铸件。如图1-33所示
图1-33
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一、熔模铸造
2．熔模铸造的特点和适用范围 熔模铸造的优点: (1)铸件尺寸精度高(可达CT4CT7)，表面粗糙度低(Ra1.6 6.3um)，可实现少、无切削加工。 (2)适合于各种合金的铸造，特别是高熔点和难以切削加工 的合金。如高合金钢、耐热合金等。 (3)可铸出形状复杂的薄壁铸件，如铸件上的凹槽（＞3mm 宽）、小孔（φ≥2.5mm）均可直接铸出。 熔模铸造的缺点：工序繁多，生产周期长，铸件成本高， 适用于大量生产的25kg以下的高熔点、难以切削加工的合 金铸件。 应用：在航空、船舶、汽车、拖拉机、汽轮机、仪表、工 模具和机床等制造行业中得到了广泛的应用。
图3-28
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1.2 砂型机器造型铸造工艺
四、铸造工艺参数的确定 4．铸造圆角
铸件上相邻两壁之间的交角，应设计成圆角，防止在尖角处产生冲砂 及裂纹等缺陷。圆角半径一般约为相交两壁平均厚度的1/3～1/2
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1.2 砂型机器造型铸造工艺
四、铸造工艺参数的确定 5．型芯头(tz158,tz163) 为了保证型芯在铸型中的定位、固定和排气，模样和 型芯都要设计出型芯头。它们之间的尺寸和形状要留有装 配用的芯头间隙，如图3-29所示。
3．树脂砂
以合成树脂作粘结剂的型(芯)砂称为树脂砂。酚醛树脂、 尿醛树脂和糠醇树脂三类。 对原砂的质量要求较高，价格较贵，树脂硬化时会放出 有害气体，对环境有污染，所以树脂砂常用于制作形状复杂 的、质量要求高的中、小铸件的型芯及壳型(芯)。
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1.2 砂型机器造型铸造工艺
二、造型方法 手工造型和机器造型两大类。手工造型主要用于单件小 批生产，机器造型主要用于成批大量生产。 1.手工造型 手工造型是工人通过模样、芯盒和砂箱等工装生产砂型 和砂芯的工艺过程。
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五、铸造工艺图的绘制
4.确定工艺参数 根据铸件的质量要求和生产条件，参照有关手册确定 (1)加工余量铸件底面为3m，顶面和侧面为4m。 (2)起模斜度铸件外壁斜度＝30，内壁斜度＝30。 (3)不铸出孔法兰盘上5个18小孔与其余小螺纹孔不铸。 (4)铸造收缩率取1％。 5.设计型芯 铸件内腔只需一个直立型芯，为保证型芯稳固、定位准 确，型芯上下均做出芯头。 6.设计浇、冒口系统 对于球铁件，可以采用压边冒口，以避免出现缩孔及缩 松缺陷。压边冒口放置于轮毂上部厚实处，压边宽度4m。铁 水由横浇道经过冒口进入型腔
(3)尽量减少型芯和活块的数量。
图3-27所示支座有两种工艺方案。 方案a)采用分模造型，轴孔下芯方便，但底板上四个凸台必 须采用活块，操作麻烦且容易产生错型缺陷。 方案b)采用整模造型， 铸件的重要工作面朝 下，利于保证铸件的 尺寸精度和质量。中 间下一个型芯，即可 成形轴孔，又避免了 取活块。操作简单， 适合于各种批量的生 产。
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1.2 砂型机器造型铸造工艺
四、铸造工艺参数的确定 主要工艺参数分述如下: 1．铸造收缩率 由于合金的线收缩，铸件冷却后的尺寸将比型腔的尺 寸小，为了保证铸件的应有尺寸，模样和芯盒的制造尺寸 应比铸件放大一个该合金的线收缩率。 式中： L模模样尺寸； L件铸件尺寸。 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。通常灰铸铁为0.7%～1.0%，铸造碳钢为1.3%～2. 0%，铝硅合金为0.8%～1.2%，锡青铜为1.2%～1.4%。
图3-25
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1.2 砂型机器造型铸造工艺
(2)尽量使铸件全部或大部分放在同一个砂箱内。 图3-26为一床身铸件，其顶部平面为加工基准面。 图中方案a)因易错型而影响铸件尺寸精度。 采用方案b)使加工面和基准面在同一个砂箱内，即不会错型 也能够保证铸件精度，适用于批量生产。
图3-26
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1.2 砂型机器造型铸造工艺
图3-21
图3-22
图3-23
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1.2 砂型机器造型铸造工艺
(2)铸件的大平面应尽量朝下。由于在浇注过程中 金属液对型腔上表面有强烈的热辐射，铸型因急 剧热膨胀和强度下降易拱起开裂，从而形成夹砂 缺陷。所以大平面应朝下，如图3-23所示。
图3-23
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1.2 砂型机器造型铸造工艺
(3)铸件的薄壁部分应放在铸型的下部或侧面，以 免产生浇不到或冷隔缺陷。 (4)对于合金收缩大、壁厚不均匀的铸件，应使厚 度大的部分朝上或置于分型面附近，以利于安放冒 口对该处补缩，如图3-22所示。
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1.3 特种铸造 Special Casting
一、熔模铸造 熔模铸造是用易熔材料(如石蜡)制成精确的模样,在 其表面涂敷耐火涂料制成壳型，熔去模样,经过焙烧 后即可浇注液态金属获得铸件的铸造方法,又叫消失 模铸造或精密铸造。
1.熔模铸造的工艺过程 压型——用来压制蜡模的金属 模型 制作蜡模——将50％石蜡和50 ％硬脂酸熔制的蜡料压入压型 中，冷却凝固后，开型取出蜡 件，修光分型面毛刺，得到蜡 模。