第7章 砂型铸造工艺

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7.3.2 铸造收缩率
由于合金在冷却过程中要发生固态收缩(线收缩)，这将使 铸件各部分尺寸小于模样原来的尺寸，因此，为了使铸件冷却后 的尺寸与铸件图示尺寸一致，则需要在模样或芯盒上加上其收缩 的尺寸。
加大的这部分尺寸，一般用铸造收缩率来表示。
K＝［（L模样­L铸件）/L模样］×100%
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7.3.3 拔模斜度
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确定下列铸件的铸造工艺方案。要求： 1、在单件、小批生产和大量生产两种条件分析最 佳方案； 2、按所选择的最佳方案绘制铸造工艺图： （包括浇注位置、分型面、拔模斜度、铸造圆角、型芯及型芯头 等）。
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7.4 铸件的结构设计
在进行铸件结构的设计时，除了要保证铸件的工作性能和力学性能 要求外，还必须考虑铸造生产的工艺性，使合理的铸件结构与生产工艺 相适应，以提高生产率和经济效益。
铸造工艺图的绘制
型
砂型铸造的工艺设计
浇注位置的选择 分型面的选择
工
工艺参数的确定
艺
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金属型铸造
熔模铸造
压力铸造
特种铸造
低压铸造 陶瓷型铸造
离心铸造
消失模铸造
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7.1 造型方法的选择
砂型铸造基本工艺过程程序框图
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7.1.1 常见的造型方法
在砂型铸造中，造型和造芯是最基本的工序。根据造型生产方法 的特点，通常分为手工造型和机器造型两大类。
分型面的选择原则：
1、应保证模样能顺利从铸型中取出 2、应尽量减少分型面的数量
3、应尽量使分型面是一个平直的面
4、应尽量使型芯和活块的数量减少
5、应使铸件的全部或大部分置入下箱
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7.3 铸造工艺参数选择
铸造方案确定之后，还必须选定铸件的机械加工余量、收缩 率和拔模斜度等工艺参数。
加工余量
工艺参数
为了在造型和制芯时便于起模而不致损坏砂型和砂芯，凡垂直 于分型面的立壁，在制造模型时，必须留出一定的倾斜度，此斜度 称为拨模斜度。
缩孔
为使砂型便于从模样内腔中取出，内壁的拔模斜度应比外壁大。
7.3.4 铸造圆角
制造模型和设计铸件时，壁的连接和转角处都要做成圆弧过渡， 称为铸造圆角。
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7.3.5 型芯及其固定
一、铸件的重要工作面、主要的加工面应朝下或侧立放置。
因为铸件的上表面容易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷，组织也不如下 表面致密。
上 中
中 下
不合理
上 中
中 下 合理 20
二、铸件的大平面应朝下，以免形成夹渣和夹砂等缺陷。
上 上
下 下
不合理
合理
三、应将铸件薄而大的平面放在下部、侧面或倾斜位置，以利于合金 液填充铸型。
(a)、(b)、(c)外冷铁型式；(d)内冷铁型式
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7.3.7 铸造工艺图的绘制及工艺分析举例
工艺流程：
1、首先应了解合金品种、生产批量及铸件质量要求等；
2、分析铸件结构，以便确定铸件的浇注位置，同时，分析铸件分型 面的选择方案；
3、在此基础上，依据选定的工艺参数，用红、蓝色笔在零件图上绘 制铸造工艺图（包括型芯的数量和固定、冷铁、浇冒口等），为制造 模样、编写铸造工艺卡等奠定基础；
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三箱造型
当铸件结构具有两个较大截面，采用一个分型面无法起模时，可选两个 大截面为分型面，用三个砂箱制造铸型。模样从中间小截面处分开，用定位 销连接。中箱高度应与模样的相应高度相适应。
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活块造型
当铸件侧面仅有局部凸起妨碍起模时，则将局部凸起部分做成活块，并 采用适当的定位措施。取木模时，活块留在砂型内，将其从侧面取出。
（c）型芯撑的应用
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7.3.6 浇注系统、冒口和冷铁
一、浇注系统
浇注系统是引导金属液进入铸型的一系列通道的总称，由浇口 杯(外浇口)、直浇道、横浇道和内浇道等部分组成。
二、冒口
冒口的作用，主要是在铸件凝固期间进行补缩，还用于调节铸 件各部分的冷却速度。
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二、冷铁
（1）可以减少冒口的数量和尺寸，提高金属利用率； （2）在铸件难以设置冒口的厚实部位，设置冷铁同样可防止产 生缩孔和缩松； （3）在铸件的适当部位安放冷铁可控制铸件的凝固顺序，增加冒口 的有效补缩距离； （4）使用冷铁可消除局部热应力，防止裂纹的产生。
首先要考虑零件有几
绘
种可能的分型方案
绘 分型面的选择
制 方
浇注位置的选择
法
铸型分型面选择
图 浇注位置画法(上和下) 要 领 工艺参数定性给出即可
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铸造工艺图中工艺符号及其表示方法
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衬套的零件图、铸造工艺图、铸件图
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7.2.1 浇注位置的选择
浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。
在选择浇注位置时应考虑下列原则：
1
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 • 石墨形态对铸铁性能的影响 • 铸铁的石墨化以及影响石墨化因素 • 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； • 铸钢件的生产
2
第七章
主要内容
5、避免铸件收缩受阻。
缺陷分析：当采用直线形偶
数轮辐时，因收缩不一致产
生的内应力过大使轮辐产生
裂纹。而奇数轮辐可通过轮
缘的微量变形自行减缓内应
力。同理，弯曲的轮辐可借
1、合理设计铸件壁厚
铸件的壁厚越大，越有利于液态合金充填型腔。但是随着壁厚的增加，铸件心 部的晶粒越粗大，而且凝固收缩时没有金属液的补充，易产生缩孔、缩松等缺陷； 过薄，易产生浇不足或冷隔缺陷。
缩孔
(a）不合理结构
(b）合理结构
砂型铸造铸件最小壁厚的设计
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2、壁厚应尽可能均匀
铸件各部分壁厚若相差过大，将在局部厚壁处形成金属积聚的热节，导 致铸件产生缩孔、缩松等缺陷。
一、手工造型
各种手工造型方法的特点和适用范围
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整模造型
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分模造型
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挖砂造型
分型面一般都是平面，当分型面为阶梯形或曲面时，则需要通过挖砂来将 分型面露出，以便于起模。挖砂造型费时费力，仅适合单件生产。
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假箱造型
当分型面不是单一平面且生产批量较大时，为避免挖砂，预先制备好强度较 高的半个铸型来适应其分型面。由于该铸型只用于造型，不参与浇注，故称为 假箱。生产中让可采用木材或金属制成成型底板来代替假箱。
机器造型的特点
生产效率高，产品质量稳定
震压式造型、抛砂造型、无箱挤压
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15
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7.2 浇注位置和分型面的选择
铸造工艺图：在零件图上用各种工艺符号及参数表示出铸 造工艺方案的图形。
图中应表示出铸件的浇注位置、分型面、铸造工艺参数（机械加 工余量，拔模斜度，铸造收缩率，型芯的数量、形状及固定方法和浇 注系统等。
上
上
下
下
不合理
合理
21
四、若铸件周围表面质量要求高，应进行立铸，以便于补缩。应将厚 的部分放在铸型上部，以便安置冒口，实现顺序凝固。
双排链轮的浇注位置
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7.2.2 铸件分型面的确定原则
铸型分型面是指铸型组元间的接合面。 分型面的选择原则如下：
1 应保证模样能顺利从铸型中取出
2 应尽量减少分型面的数量
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如下图所示支座，材料为HT150，大批量生产。
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（1）方案Ⅰ 沿底板中心线分型，即采用分开模造型。
其优点是底面上110mm凹槽铸出，轴孔下芯方便，轴孔内凸台不妨碍起模。 其缺点是底板上四个凸台必须采用活块，同时铸件易产生错型缺陷，飞翅清 理的工作量大。此外，若采用木模样，加强筋处过薄，木模样易损坏。
在砂型铸造生产中，为了形成铸件的内腔形状或为了简化 模型的外形，以制出铸件上妨碍起模的凸台、凹槽等，经常使 用型芯。
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型芯的各种形式
型芯是依靠型芯头来定位和排气的。型芯头的形状和尺寸对铸型
装配的工艺性和稳定性有很大的影响。一般的型芯头可分为垂直芯头 和水平芯头两大类。
(a）垂直型芯
(b）水平芯头
圆角、型芯及型芯头）
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浇注位置的选择原则：
1、铸件的重要工作面、主要的加工面应朝下或侧立放置。 2、铸件的大平面应朝下，以免形成夹渣和夹砂等缺陷。 3、应将铸件薄而大的平面放在下部、侧面或倾斜位置，以利于 合金液填充铸型。 4、若铸件周围表面质量要求高，应进行立铸，以便于补缩。应将 厚的部分放在铸型上部，以便安置冒口，实现顺序凝固。
可见，方案Ⅱ、Ⅲ的优点多余方案Ⅰ。但在不同生产批量下，具体方 案可选择如下：
（1）单件、小批量生产 由于轴孔直径较小、无须铸出，而手工 造型便于进行挖砂和活块造型，选方案Ⅱ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。同时采用方案Ⅲ从110mm凹槽底面分型，以降低模板制造 费用。
合理
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（3）垂直分型面上的不加工表面最好有结构斜度。 （4）应避免封闭内腔。
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（5）尽量不用和少用型芯。
不合理
型芯
不合理
合理
自带型芯
合理
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（6）型芯要便于固定、排气和清理。
49
50
51
7.4.2 合金铸造性能对铸件结构的要求
在设计铸件结构时，除了考虑造型工艺等方面的要求外，同时也必须满 足合金铸造性能的要求，否则铸件质量就不能保证。
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刮板造型(芯)
对大、中型具有等截面或回转体铸件造型时，为简单起见不用模样，采用 一个与铸件或砂芯截面形状一致的木板（称为刮板）代替模样，根据砂型型 腔或砂芯表面形状，引导刮板做旋转、直线或曲线运动，以形成型腔成为型 芯。
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二、机器造型
机器造型的实质
将填砂、紧实、和起模等 主要工序实现机械化
5
应使铸件的全部或大部分置入下箱
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
合理
不合理
合理 不合理
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上次课内容的回顾
• 常用的造型方法
按砂箱特征分：两箱造型、三箱造型 按模样特征分：整模造型、分模造型、活块造型、挖砂造型、假 箱造型、刮板造型
• 浇注位置的选择原则 • 分型面的选择原则 • 铸造工艺参数选择（加工余量、收缩率、拔模斜度、铸造
2）铸件尺寸—— 铸件愈大，误差加大，其加工余量也应加大。 3）加工面位置 —— 浇注时朝上的表面缺陷多，其加工余量应比底
面和侧面大。
4）造型方法 —— 机器造型时，铸件精度高，余量应比手工造型小。 铸件上的孔、槽是否需要铸出，不仅要考虑工艺上的可能性，尤其 应结合铸件的批量分析其必要性。
通常，较大的孔、槽应当铸出，以减少机械加工余量和减少铸件上的热节。 较小的孔、槽，特别是中心线位置有精度要求的孔，由于铸孔位置准确性差， 其误差虽经扩孔也难纠正，因此，留待直接机械加工较为经济合理。
(a）壁厚不均匀
（b）壁厚均匀
3、铸件壁的连接方式要合理
(l）铸件壁之间的连接应有结构圆角
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（2）铸件壁厚不同的部分进行连接时，应力求平缓过渡，避免截面突变，以 减小应力集中，防止产生裂纹。
（3）连接处避免集中交叉和锐角。
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4、避免铸件上的出现大平面，因为大平面不利于液态金属的 充填，易产生浇不足、冷隔等缺陷。
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（2）方案Ⅱ 沿底面分型，铸件全部位于下箱，为铸出110mm凹槽必须采用 挖砂造型。
方案Ⅱ克服了方案Ⅰ的缺点，但轴孔内凸台妨碍起模，必须采用2个活块或 下型芯。
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（3）方案Ⅲ 沿110mm凹槽底面分型。 其优缺点与方案Ⅱ类同，仅将挖砂造型改用分开模造型或假箱造型，以适
应不同的生产条件。
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1 7.1 造型方法的选择
砂型铸造
本章重难点
2 7.2 浇注位置和分型面的选择 3 7.3 铸造工艺参数的选择 4 7.4 铸件的结构设计
1、砂型铸造的工艺 设计
2、如何将设计的零 件变成铸件？怎样 生产出合格铸件？
3
整模造型
分模造型
手工造型
活块造型
砂型铸造
三箱造型 挖砂造型
液
机器造型
刮板造型
态
成
7.4.1 铸造工艺对铸件结构的要求
铸件的结构设计，应尽量使制模、造型、制芯、装配、合箱和清理 等过程简化，以便保证铸件质量、节约工时、降低成本，并为铸件的机 械化生产创造条件。
（1）尽量避免铸件起模方向存有外部侧凹，以便于起模。
不合理
合理
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（2）凸台和筋条结构应便于起模。
不合理
合理
不合理
合理
不合理
3 应尽量使分型面是一个平直的面
4 应尽量使型芯和活块的数量减少
5
应使铸件的全部或大部分置入下箱
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2 应尽量减少分型面的数量
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采用砂芯而不采用多箱造型
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3 应尽量使分型面是一个平直的面 4 应尽量使型芯和活块的数量减少
不合理
合理 起重臂的分型面
不合理
合理 接头分型面采用自带砂芯代替砂芯
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收缩率
拔模斜度
铸造圆角 型芯及型芯头
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7.3.1 机加工余量和最小铸孔
设计铸造工艺图时，为铸件预先增加要切去的金属层厚 度，称为机加工余量（RMA）。
机加工余量取决于合金的品种、铸造方法、铸件的大小。
1）合金品种—— 铸钢件的表面粗糙，其加工余量应比铸铁大；有
色合金价格昂贵，而铸件表面较光洁，其加工余量应比铸铁小。