铸造工艺装备设计

第六章 铸造工艺装备设计
铸造工艺装备是造型、造芯及合箱过程中所使用的模具 和装置的总称。
包括模样、模板、模板框、砂箱、砂箱托板、芯盒、烘 干板(器)、砂芯修整磨具、组芯及下芯夹具、量具及检验样 板、套箱、压铁等。此外，芯盒及烘干器的钻模和修整标准 也属于铸造工艺装备。
无论是手工造型或机器造型，也无论是单件小批生产或 成批大量生产，工艺装备都是必不可少的。
Lm Lj Ly 1 K
（100+2×2.5）×（1+1%）=106.05≈106.1 （50－2×2.5）×（1+1%）+2×0.25=45.95≈46 （50－2×2.5）×（1+1%）=45.55≈45.5 ——砂芯尺寸
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二、模板
一般模板由模底板、模样、浇冒系统模、加热元件、定 位元件等组成。在组合快换模板系统中，还包括有模板框及 其定位、固定元件。
1．对模板的要求
模板尺寸应符合造型机的要求，模底板和砂箱、各模样 之间应有准确的定位，模板应有足够的强度、刚度和耐磨性， 制作容易，使用方便，尽量标准化。
2．模板种类
常用模板种类见表3-6-4。实例见图3-6-6、7、8。
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类型
表3-6-4 模板结构的分类
特
点
材质
应用机器
适用范围
垂直分型 用模板
（2）尺寸偏差
对于 大量生产 的定型产 品， 金属 模样(芯盒) 工作表面 尺寸偏差 要求见表 3-6-2。
表 3-6-2
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（3）分模面平面度 金属模分模面平面度要求见表3-6-3。
表3-6-3
（4）模样在模底板上的装配偏差： 在保证上、下模样的装配相对位移偏差不大于0.1mm
条件下： 模样在模底板上的位置偏差规定为： 单面模板≤0.7mm 双面模板≤0.5mm。
于组织管理、生产平衡
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3．模底板结构
单面模底板的典型结构见图3-6-7。 ●模底上应有与砂箱定位用
的定位销；
●同造型机连接用的突耳；
●供运输用的吊轴或手把；
●顶杆起模用的通道等。
●翻转式造型机用的模板上 还应有固定砂箱用的机构或突耳 等。
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通常模底板外廓和砂箱一致。模底板的高度、壁厚和肋 的有关尺寸可参见有关设计手册。
按是否装配
整铸式 特 点：模样与模底板整铸在一起 使用范围：简单的小双面模板
装配式
特 点：模样平装在模底板上 平装式
使用范围：一般模样的模板
嵌入式 特 点：模样嵌装在模底板上表面 使用范围：特殊需要时
选定模样结构后，即可依铸造工艺确定模样的外形。
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嵌入式模样：
模样部分表面凹入分型面以下
分型面以上模样过薄，加工、固定困难
取出模样，直接浇注。模样遇金属液气化烧去。 单件生产的中、大模样，一般由泡沫板粘合，加工成需要
的形状。 大批量的中、小模 ，一般直接发泡成型。
特点：使用泡沫塑料模能简化造型，节约砂芯，铸件尺寸精度 高，易实现机械比、自动化生产。但模样只能用一次， 春砂时模样易变形。
应用范围：多用于不春砂的实型造型法、磁力造型的中、小 铸件和单件生产的中、大型铸钢件。
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（5）粗糙度
模样工作表面的粗糙度应不低于Ra1.6， 分模面上一般为Ra3.2～1．6， 定位销孔取Ra1.6～0.8， 固定螺钉孔在Ra6.3～3.2。
（6）浇冒口模的偏差
1）尺寸偏差
内浇道模对有箱造型为±0.3mm， 对无箱造型为±0.15mm。
其余部位对有箱造型为±0.7mm， 对无箱造型为±0.5mm。
很小的模样，为便于加工、定位和固定等。 分型面通过模样圆角
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(2) 壁厚及加强肋 应尽量减轻模样质量，除
了薄小模样以外，都应制成空 心结构。平均轮廓尺寸大于 150mm 的 模 样 ， 内 部 设 加 强 肋 。
依模样大小和使用要求来布 置加强肋，肋距150～400mm， 厚度为0.8～1.0倍的模样壁厚。
普通机器用铸 铝、塑料。高 压造型用铸钢、 铸铁
Z145A造型机，射压高 压造型机，水平分型无 箱造型机
成批、大量生 产的小件
两半模样分别装在上、下模板上的称 铸铁、铸钢
为单面模板，模板直接固定在造型机工
顶杆式 作台上
顶杆式模板：造型机起模顶杆直接顶
起砂箱实现起模。模板上留有顶杆孔
普
水 平
通 单
顶框式
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（4）塑料模样 材料： 大多为环氧树脂玻璃钢结构。 特点：制造、修理简便，表面光洁，不吸潮，变形小，轻 巧耐磨，寿命长，成本为金属模的20％～50％。但 寻热性差，不能加热。不宜在型砂周转快、砂温高 的流水线上应用，硬化剂有毒性。 适用范围：多用于成批生产的中小模佯。
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（5）聚苯乙烯泡沫塑料模(消失模) 聚苯乙烯泡沫塑料可直接发泡制成模样或板材，造型后不
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图 3-6-10
5．设计模板图的注意事项
（1）模样和浇冒口模的位置、尺寸是否符合铸造工艺图 的要求，吃砂量(表3-6-5)是否合适。
（2）上、下模板上的模样布局、方向、尺寸标注等是否 一致，能否满足合箱要求。
（3）根据造型机的具体要求，验算模板高度应低于起模 高度等。
（4）直浇道的位置，合箱后应靠近浇注平台一侧。 （5）各种螺钉、定位元件位置是否合适?装卸方便否?
顶杆通过顶框实现造型机的起模。要求 模底板高度大于等于顶框高度
铸铁、铸钢
分面
模板上套装一块漏模板，其内孔形状和 铸铁、铸钢
型 模 漏模式 模样外廓一致。起模时漏板相对向上运
用板
动，顶起砂箱。用于起模困难的铸件
模 板
翻转式
紧砂后，砂型和模板一起翻转180°， 起模，砂型在下，模板在上，不易损坏 砂型。适于造下半型或中、大砂芯。要
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下固定法 优点：不损 害模样工作 表面； 缺点：钻孔 和安装不甚 方便。
3．模样(芯盒)的尺寸标注
（1）尺寸标注
模 样 与铸件有关的尺寸
(芯
凡与铸件有关的尺寸， 都应把铸件尺寸按铸造收缩 率加以放大。
盒)
的
如何计算？
尺
寸
有
两
按铸造工艺图上的尺寸
类 非关联尺寸
标注不加放铸造收缩宰。
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与铸件有关的尺寸，都应把铸件尺寸按铸造收缩率加以 放大。并准确到0.1mm。
高压造型用模样壁厚应比右 图所给的加大50％～100％。
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(3) 固定和定位孔
定位：用定位销（如图），位置应尽量在模样上矮而平的部位。两孔距离 尽量远，每块模样上至少设2块。
紧固：螺钉或螺栓。按0.8-1.0倍模样壁厚尺寸选用螺栓直径，均匀分布模 样四周。有上固定法和下固定法，如图。
上固定法 优点：便于选择 螺孔位置，钻孔 和装配方便。 缺点：破坏模样 工作表面，需用 塑料或铝等填平。
二、砂箱类型的选择
(1) 专用砂箱和通用砂箱
专用砂箱：专为某一复杂或重要铸件设计的砂箱。
通用砂箱：凡是模样尺寸合适的铸件均可使用的砂箱。
多为长方形。
(2) 依制造方法分为整铸式、焊接式和装配式 整铸式：用铸铁、铸钢或铸铝合金整体铸造而成的砂箱。 应用较广。 焊接式：用钢板或特殊轧材焊接成的砂箱。 也可用铸钢元件焊接而成。 装配式：由铸造的箱壁、箱带等元件， 用螺栓组装而成的砂箱。 用于单件、成批生产的大砂箱。
图3-6-1
菱苦土粉在混合料中起胶合剂之作用。卤水（MgCl2）为 硬化剂，锯末作为填充物，改善脆性及加工性。
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菱苦土模特点：制作简便，成本低，表面光洁，不吸潮，变 形小，易修理。但质量大，抗弯及耐冲击性 能较木模差，混合料不能回用，楞角、边缘 易损坏。
适用范围：单件小批的大中模样。
（3）金属模样 特点：表面光洁，尺寸精确，强度高，刚性大，使用寿命 长。但难加工，生产周期长，成本高。 适用范围：大量、成批生产的各种铸件。 材料：铸钢、铸铁、铸造铝合金、铸铜。
在近代高速造型自动线或半自动流水生产线中工艺装备 显得更加重要。它直接影响着铸件的精度、表面粗糙度及生 产率。
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§3.6.1 模样及模板
一. 模样
——制造型腔的模具
1．材质的选择
（1）木模 特点：具有轻便，容易加工，来源广，价格低廉的优点。 强度低，易吸潮而变形，精度低，寿命短。
适用范围：单件、小批生产的各种铸件，木模可做成各种结构 形式，如整体模、分开模、刮(车)板、骨架模，以 适应不同大小、形状和批量的铸件。
Lm பைடு நூலகம் Lj Ly 1 K
Lm——与铸件有关的模样尺寸 Lj——零件的尺寸； Ly——铸造工艺尺寸，如加工余量、拔模斜度、工艺补正量等尺寸之和。 “＋”号用于凸体尺寸，“－”号用于凹体尺寸； K—铸件的铸造收缩率(缩尺)。
非关联尺寸按铸造工艺图上的尺寸标注，不加放铸造收 缩率。
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是垂直分型无箱射压造型机的专用模板， 铸钢、铸铁 装在机前的称为反压模板，机后的称为 正压模板。依机器要求设计模板尺寸
国内常用的有ZZ415， ZZ416， DISAMATIC 2010，2013等型号
大量生产的小 铸件
双面模板
模板两面都有模样，同时造出上、下 砂型，主要用于无箱造型。有平面和折 面之分
铸铁、铸钢模 板。铸铝或铸 铁芯盒
求模板上设有卡紧砂箱的机构
Z145A、Z148B等造型 成批、大量生
机
产的小件
Z2410等造型机 各种普通造型机均可
成批、大量生 产的中件
各种批量、拔 模困难的铸件
Z236（造芯机）、2310、 成批，大量生
2520等
产的中、大件，
中、大砂芯
模板装在模板框内或顶面。模板框固定 木、塑料、铸 各种水平分型的普通 小批、成批或
表 3-6-5 吃砂量的最小值
（mm）
模样高 8 10 15 25 30 35 40 50 60 70 90 120
吃砂量 15 18 20 24 26 28 32 35 38 40 45 50
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§3.6.2 砂 箱
设计内容： 选择类型和材质 确定砂箱尺寸 结构设计 定位及紧固
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2）装配偏差
当浇冒口模被分装在上、下模板上，并要求相应部分重合的条 件下，浇冒口模在模底板上的装配偏差要求不大±0.1mm。
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注意： 所标注尺寸应便于加工时测量。 例如图3-6-5c中的ø46mm就无法测量，应换算为ø39.9mm，
标注出下芯头顶部直径。
39.9
图 3-6-5
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尺寸“ 106.1”和“ 46” ？
材料：制模前木材应经干燥处理。 我国常用木种有红松、落叶松、白松、黄松、杉木、柏 木、桂木、银杏、柚本等。
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（2）菱苦土模(芯盒) 菱苦土模样（见图3-6-1）： 在骨架3、木板条2上层敷菱苦土混合料1，经过修光、硬
化而制成的。
菱苦土料配比：
混合料组成为菱苦土 (MgO)粉、卤水和锯末，以1： (1～2) ：(2～4)之体积比混 合均匀，在1～3h内用完。
快 普通式 在造型机工作台上。更换模板省时、省 铝、铁、钢等 造型机、高压造型机、 大量生产的中、
换
力
气冲造型机
小件
单
面
模板框内，可配置多块小模板块，可组 铸铝、铸铁、
气动微震造型机、高
模 板
组合式
合各种小铸件的生产，任意更换其中一 块或几块，实现多品种铸件的生产，便
铸钢
压造型机、气冲造型机 批量小，品 种多的小铸件
一、设计和选用砂箱的基本原则
1)满足铸造工艺要求。 2)尺寸和结构应符合造型机、起重设备、烘干设备要求。 3)有足够的强度和刚度，使用中保证不断裂或发生过大变
形。 4)对型砂有足够的附着力，使用中不掉砂或塌箱，但又要
便于落砂。 5)经久耐用，便于制造。 6)应尽可能标准化、系列化和通用化。
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（3）依造型方法及使用条件分为手工造型用砂箱，机器造型 用砂箱，高压造型用砂箱。
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三、砂箱结构
1．砂箱名义尺寸
砂箱名义尺寸是指分型面上砂箱内框尺寸(长度×宽度× 乘砂箱高度)。 确定：每型铸件数、铸件尺寸、浇注系统布置、吃（持）
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2.金属模的结构设汁
设计原则： 在满足铸造工艺要求的前提下，便于加工制造。 一般金属模应尽量采用机床加工，减少钳工量。
特别复杂、难于加工的模样，可采用陶瓷型铸造法、 电铸法等。 (1) 模样本体结构类型
模样本体结构可分为表3-6-1所列几种类型。
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模样本体结构:
整体式
按有无分模面
分开式
特 点：模样为一整体，无分模面 使用范围：极其简单的铸件 特 点：模样分成两半或多半 使用范围：各种铸件
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4．模板和砂箱的定位
直接定位法：定位销(套)直接安装在模底板上； 间接定位法：定位销(套)装在模板框上。
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配合精度：
大批大量生产：H8/h8 成批生产：H9/h9 单件小批生产：H10/h10
定位销尺寸： 按照砂箱名义尺
寸选用Φ20、Φ25、 Φ30、Φ35、Φ40。
模板和砂箱间 的定位元件实例见 图3-6-10。