第9章 砂型鑄造

金屬材料及工藝（第二版）鑄造篇之砂型鑄造主講：將液體金屬澆入用型砂搗實(shí)成的鑄型中，待凝固冷卻后，將鑄型破壞，取出鑄件的鑄造方法稱為砂型鑄造。砂型鑄造是傳統(tǒng)的鑄造方法，它適用于各種形狀、大小及各種常用合金鑄件的生產(chǎn)。套筒的砂型鑄造過(guò)程如圖7.0.1所示，主要工序包括制造模樣型芯盒、制備造型材料、造型、制芯、合型、熔煉、澆注、落砂、清理與檢驗(yàn)等。圖8.0.1套筒的砂型鑄造過(guò)程8.1造型材料制造鑄型的材料稱為造型材料。它通常包括原砂、黏結(jié)劑、水及其他附加物(如煤粉、木屑、重油等)按一定比例混制而成。根據(jù)黏結(jié)劑的種類不同，可分為黏土砂、水玻璃砂、樹脂砂等。造型材料的質(zhì)量直接影響鑄件的質(zhì)量，據(jù)統(tǒng)計(jì)，鑄件廢品率約50％以上與造型材料有關(guān)。為保證鑄件質(zhì)量，要求型砂應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度、良好的可塑性、高的耐火性和一定的透氣性、退讓性等。芯砂處于金屬液體的包圍之中，工作條件更加惡劣，所以對(duì)芯砂的基本性能要求更高。8.1.1造型材料的種類1．黏土砂以黏土作黏結(jié)劑的型(芯)砂稱為黏土砂。常用的黏土為膨潤(rùn)土和高嶺土。黏土在與水混合時(shí)才能發(fā)揮黏結(jié)作用，因此必須使黏土砂保持一定的水分。此外，為了防止鑄件粘砂，還需在型砂中添加一定數(shù)量的煤粉或其他附加物。根據(jù)澆注時(shí)鑄型的干燥情況可將其分為濕型、表干型及干型3種。濕型鑄造具有生產(chǎn)效率高、鑄件不易變形，適合于大批量流水作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于生產(chǎn)中、小型鑄鐵件，而大型復(fù)雜鑄鐵件則采用干型或表干型鑄造。到目前為止，黏土砂依然是鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的砂種，但它的流動(dòng)性差，造型時(shí)需消耗較多的緊實(shí)力。用濕型砂生產(chǎn)大件，由于澆注時(shí)水分的遷移，容易在鑄件的表面形成夾砂、脹砂、氣孔等缺陷；而使用干型則生產(chǎn)周期長(zhǎng)、鑄型易變形，同時(shí)也增加能源的消耗。2．樹脂砂

以合成樹脂做黏結(jié)劑的型(芯)砂稱為樹脂砂。目前國(guó)內(nèi)鑄造用的樹脂黏結(jié)劑主要有酚醛樹脂、尿醛樹脂和糠醇樹脂3類。但這3類樹脂的性能都有一定的局限性，單一使用時(shí)不能完全滿足鑄造生產(chǎn)的要求，常采用各種方法將它們改性，生成各種不同性能的新樹脂砂。目前用樹脂砂制芯(型)主要有4種方法：殼芯法、熱芯盒法、冷芯盒法和溫芯盒法。各種方法所用的樹脂及硬化形式都不一樣。與濕型黏土砂相比，型芯可直接在芯盒內(nèi)硬化，且硬化反應(yīng)快，不需進(jìn)爐烘干，大大提高了生產(chǎn)效率；制芯(造型)工藝過(guò)程簡(jiǎn)化，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化；型芯硬化后取出，變形小，精度高，可制作形狀復(fù)雜、尺寸精確、表面粗糙度低的型芯和鑄型。由于樹脂砂對(duì)原砂的質(zhì)量要求較高，樹脂粘結(jié)劑的價(jià)格較貴，樹脂硬化時(shí)會(huì)放出有害氣體，對(duì)環(huán)境有污染，所以樹脂砂只用在制作形狀復(fù)雜、質(zhì)量要求高的中、小型鑄件的型芯及殼型(制芯)時(shí)使用。3．水玻璃砂用水玻璃做黏結(jié)劑的型(芯)砂稱為水玻璃砂。它的硬化過(guò)程主要是化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，并可采用多種方法使之自行硬化，因此也稱為化學(xué)硬化砂。化學(xué)硬化砂與黏土砂相比，具有型砂強(qiáng)度高、透氣性好、流動(dòng)性好等特點(diǎn)，易于緊實(shí)，鑄件缺陷少，內(nèi)在質(zhì)量高；造型(芯)周期短，耐火度高，適合于生產(chǎn)大型鑄鐵件及所有鑄鋼件。當(dāng)然，水玻璃砂也存在一些缺點(diǎn)，如退讓性差，舊砂回用較復(fù)雜等。針對(duì)這些問(wèn)題，人們正在進(jìn)行大量的研究工作，以逐步改善水玻璃砂的應(yīng)用情況。目前國(guó)內(nèi)用于生產(chǎn)的化學(xué)硬化砂有二氧化碳硬化水玻璃砂、硅酸二鈣水玻璃砂、水玻璃石灰石砂等，而其中尤以二氧化碳硬化水玻璃砂用得最多。8.1.2型砂與芯砂的配制1．型(芯)砂常用的配比型(芯)砂組成物需按一定比例配制，以保證一定的性能。型(芯)砂有多種配比方案，下面舉兩例，供參考。小型鑄鐵件濕型型砂的配比：新砂10%～20%，舊砂80%～90%；另加膨潤(rùn)土2%～3%，煤粉2%～3%，水分4%～5%。中、小型鑄鐵件芯砂的配比：新砂40%，舊砂60%；另加粘土5%～7%，紙漿2%～3%，水分7.5%～8.5%。2．型(芯)砂的制備型(芯)砂的混制工作是在混砂機(jī)中進(jìn)行的，目前工廠常用的是碾輪式混砂機(jī)?；焐肮に囀牵喊幢壤龑⑿律?、舊砂、粘土、煤粉等加入混砂機(jī)中先進(jìn)行干混約2～3min，混拌均勻后再加入水或液體黏結(jié)劑(水玻璃、桐油等)，濕混約l0min，即可打開(kāi)出砂口出砂?；熘坪玫男蜕皯?yīng)堆放2～4h，使水分分布得更均勻，這一過(guò)程叫調(diào)勻。型砂在使用前還需進(jìn)行松散處理，使砂塊松開(kāi)，空隙增加。配好的型(芯)砂需經(jīng)性能檢驗(yàn)后方可使用。對(duì)于產(chǎn)量大的專業(yè)化鑄造車間，常用型砂性能試驗(yàn)儀檢驗(yàn)，單件小批量生產(chǎn)時(shí)，可用手捏檢驗(yàn)法：用手抓一把型(芯)砂，捏成團(tuán)后把手掌松開(kāi)，如果砂團(tuán)不松散也不粘手，手印清楚，掰斷時(shí)斷面不粉碎，則可認(rèn)為砂中黏土與水分含量適宜，如圖8.1.1所示。(a)型砂濕度適當(dāng)時(shí)可用手捏成沙團(tuán)(b)手放開(kāi)后看到清晰的指紋

(c)折斷時(shí)斷面沒(méi)有碎裂型砂且有足夠強(qiáng)度圖8.1.1手捏法檢驗(yàn)型砂8.2造型和造芯方法造型是指用型砂及模樣等工藝裝備制造鑄型的過(guò)程。造型是砂型鑄造最基本的工序，通常分為手工造型和機(jī)器造型兩大類。造型方法選擇是否合理，對(duì)鑄件質(zhì)量和成本有著很大影響。表3

砂型鑄造方法及應(yīng)用范圍造型方法特點(diǎn)應(yīng)用范圍手工造型用手工或手動(dòng)工具完成緊砂、起模、修型工序，其特點(diǎn)為：1.操作靈活，可按鑄件尺寸、形狀、批量與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件靈活地選用具體的造型方法2.工藝適應(yīng)性強(qiáng)3.生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短4.生產(chǎn)效率低5.質(zhì)量穩(wěn)定性差，鑄件尺寸精度、表面質(zhì)量較差6.對(duì)工人技術(shù)要求高，勞動(dòng)強(qiáng)度大

單件、小批量鑄件或難以用造型機(jī)械生產(chǎn)的形狀復(fù)雜的大型鑄件

機(jī)器造型采用機(jī)器完成全部操作，至少完成緊砂操作的造型方法，效率高，鑄型和鑄件質(zhì)量好，但投資較大大量或成批生產(chǎn)的中小鑄件

8.2.1手工造型手工造型是全部用手工或手動(dòng)工具完成的造型工序。手工造型特點(diǎn)是操作方便靈活、適應(yīng)性強(qiáng)，模樣生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間短。但生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，鑄件質(zhì)量不易保證，因此只適用于單件或小批量生產(chǎn)。

1.兩箱造型兩箱造型是鑄造中最常用的一種造型方法，其特點(diǎn)是方便靈活，適應(yīng)性強(qiáng)。

1）整模造型這種造型的特點(diǎn)是采用整體模樣。模樣截面由大到小，放在一個(gè)砂箱內(nèi)，可一次從砂型中取出，造型比較方便。動(dòng)畫9為軸蓋鑄件整模造型操作順序，從中可知鑄件截面是由底面到頂面逐漸縮減的，故可采用兩箱整模造型（見(jiàn)視頻4）。動(dòng)畫9手工整模造型教學(xué)視頻4整模造型242）分模造型分模造型的特點(diǎn)就是當(dāng)鑄件截面不是由大到小逐漸遞減時(shí)，將模樣在最大水平截面處分開(kāi)，使其能在不同的鑄型或分型面上順利起出。最簡(jiǎn)單的分模造型即為兩箱分模造型。如動(dòng)畫10，視頻5所示。動(dòng)畫10手工分模造型25教學(xué)視頻5

兩箱分模造型263）挖砂造型

分型面是一個(gè)曲面的鑄件起模時(shí)，覆蓋在模樣上面的型砂會(huì)阻礙模樣的起出，須將覆蓋其上的砂挖去，才能正常起模。這種造型方法稱為挖砂造型(見(jiàn)動(dòng)畫11)。挖砂造型生產(chǎn)效率很低，但對(duì)操作人員的技術(shù)要求較高，它只適用于單件少量生產(chǎn)的小型鑄件。當(dāng)鑄件的生產(chǎn)數(shù)量較多時(shí)，可采用假箱造型代替挖砂造型。動(dòng)畫11挖砂造型274）假箱造型假箱造型是利用預(yù)制的成形底板或假箱來(lái)代替挖砂造型中所挖去的型砂（見(jiàn)動(dòng)畫11，視頻6）。教學(xué)視頻6挖砂造型和假箱造型動(dòng)畫12

假箱造型282.三箱造型

當(dāng)鑄件兩端截面尺寸比中間部分大，必須采用分開(kāi)模造型，動(dòng)畫13所示為一槽輪鑄件，如采用兩箱造型則無(wú)法取出模樣，故應(yīng)采用三箱造型。三箱造型有兩個(gè)分型面，且分型面一般為平面，只能手工造型。而且造型時(shí)工藝操作比較麻煩，只適應(yīng)于單件小批生產(chǎn)（見(jiàn)視頻7）。動(dòng)畫13三箱造型29教學(xué)視頻7

三箱造型30由于三箱造型的中箱高度與中箱模樣的高度相等，故中箱的通用性較差。并且由于機(jī)器造型不能采用三箱造型，在大批生產(chǎn)時(shí)，往往采用外型芯環(huán)，從而使槽輪鑄件的三箱造型變?yōu)閮上湓煨停ㄒ?jiàn)動(dòng)畫14）。動(dòng)畫14

變?nèi)湓煨蜑閮上湓煨?13.其他手工造型方法

1）活塊造型

為了方便造型，將模樣上有妨礙起模的部分做成活塊，這樣的造型方法稱為活塊造型（如視頻8所示）。教學(xué)視頻8活塊造型322）刮板造型用和鑄件截面相適應(yīng)的木板代替模樣，而且分型面為平面的造型方法稱刮板造型（如視頻9所示）。教學(xué)視頻9刮板造型338.2.2

機(jī)器造型機(jī)器造型就是用機(jī)器進(jìn)行緊砂和起模。根據(jù)緊砂和起模的方式不同，有各種不同種類的造型機(jī)。

1.震壓式造型震壓式造型是通過(guò)振動(dòng)壓實(shí)、緊實(shí)型砂的。在加砂過(guò)程中先采用振動(dòng)，增加型砂底部的緊實(shí)度，再經(jīng)過(guò)壓實(shí)，增加上部緊實(shí)度。震壓式造型機(jī)緊砂原理和起模方式見(jiàn)視頻10。教學(xué)視頻10震壓造型及起模方式341）氣動(dòng)微震壓實(shí)造型

震壓式造型的型砂緊實(shí)度較低，不能滿足要求較高的鑄件生產(chǎn)，氣動(dòng)微震壓實(shí)造型機(jī)逐漸成為鑄造生產(chǎn)的主流設(shè)備。氣動(dòng)微震壓實(shí)造型是采用振動(dòng)(頻率150～500Hz，振幅25～80mm)—壓實(shí)—微振(頻率400～3000Hz，振幅5～10mm)緊實(shí)型砂的。氣動(dòng)微振壓實(shí)造型機(jī)緊砂原理見(jiàn)動(dòng)畫15。動(dòng)畫15

氣動(dòng)微振壓實(shí)造型352）氣動(dòng)微振壓實(shí)造型的特點(diǎn)

(1)緊實(shí)效果好?？稍趬簩?shí)同時(shí)進(jìn)行微振，具有促進(jìn)型砂流動(dòng)，獲得緊實(shí)度較高而且均勻的砂型（見(jiàn)動(dòng)畫16）效果。采用氣動(dòng)微振相當(dāng)于增加了30%～50%，甚至75%的壓實(shí)力。動(dòng)畫16砂型緊實(shí)度分布36

(2)工作適應(yīng)性強(qiáng)?？筛鶕?jù)鑄件形狀特點(diǎn)選擇不同的緊實(shí)方式，如型腔深窄、砂型緊實(shí)度要求高時(shí)采用預(yù)振加壓振方式；型腔深窄、砂型緊實(shí)度要求不高時(shí)采用預(yù)振加壓實(shí)方式；型腔平坦時(shí)采用壓振方式以提高生產(chǎn)率；鑄件不高、形狀簡(jiǎn)單時(shí)只用單純壓實(shí)方式以便消除振擊噪音。

(3)生產(chǎn)率較高。達(dá)到適宜的砂型緊實(shí)度所需的時(shí)間較短。

(4)對(duì)機(jī)器地基要求較低。該法的缺點(diǎn)是振擊噪音大，砂箱、模板的定位銷和銷套磨損較快。氣動(dòng)微振壓實(shí)造型通常是指比壓為0.15～0.4MPa的低壓造型。但氣動(dòng)微振也可與高壓、中壓壓實(shí)配合使用。目前，氣動(dòng)微振壓實(shí)造型已在中小鑄件生產(chǎn)中廣泛使用。其對(duì)型砂和工藝裝備的要求與一般機(jī)器造型相同。氣動(dòng)微振壓實(shí)造型的特點(diǎn)續(xù)：372.多觸頭高壓造型多觸頭高壓造型由許多可單獨(dú)動(dòng)作的觸頭組成。如動(dòng)畫17所示，當(dāng)壓實(shí)活塞向上推動(dòng)時(shí)，觸頭將型砂從余砂框壓入砂箱內(nèi)，而自身在多觸頭箱體的相互連通的油腔內(nèi)浮動(dòng)，以適應(yīng)不同形狀的模樣，使整個(gè)型砂得到均勻的緊實(shí)度。該設(shè)備通常也配備氣動(dòng)微振裝置，以增加工作適應(yīng)能力。多觸頭高壓造型輔機(jī)多，砂箱數(shù)量大，造價(jià)高，適用于各種形狀中小鑄件的大量或成批生產(chǎn)。動(dòng)畫17

多觸頭高壓造型383.垂直分型無(wú)箱造型

在造型、下芯、合型及澆注過(guò)程中，鑄型的分型面呈垂直狀態(tài)(垂直于地面)的無(wú)箱造型是垂直分型無(wú)箱造型。其工藝過(guò)程如動(dòng)畫18所示，由射砂壓實(shí)、起模Ⅰ、合型、起模Ⅱ，關(guān)閉造型室等過(guò)程所組成。它主要適用于大批量的中小鑄件的生產(chǎn)。動(dòng)畫18

垂直分型無(wú)箱造型391）垂直分型無(wú)箱造型工藝的優(yōu)點(diǎn)

(1)采用射砂填砂又經(jīng)高壓壓實(shí)，砂型硬度高且均勻。鑄件尺寸精確、表面光潔（見(jiàn)視頻11）。

(2)無(wú)需砂箱，節(jié)約了有關(guān)砂箱的一切費(fèi)用。

(3)一塊砂型兩面成形，既節(jié)約型砂，又提高生產(chǎn)效率。

(4)可使造型、澆注、冷卻、落砂等設(shè)備組成簡(jiǎn)單的直線系統(tǒng)，占地省。

2）垂直分型無(wú)箱造型工藝的缺點(diǎn)

(1)下芯不如水平分型時(shí)方便。下芯時(shí)間不允許超過(guò)7～8s，否則將大大降低造型機(jī)的生產(chǎn)效率。

(2)模板、芯盒及下芯框等工裝費(fèi)用高。40教學(xué)視頻11

射砂擠壓造型414.造型生產(chǎn)線

造型機(jī)具有很高的生產(chǎn)效率，如氣動(dòng)微振壓實(shí)造型機(jī)生產(chǎn)率大于100型/h，多觸頭高壓造型機(jī)生產(chǎn)率在140～240型/h，射壓造型機(jī)在無(wú)型芯的情況下生產(chǎn)率達(dá)200～360型/h。但造型機(jī)只能實(shí)現(xiàn)緊砂和起模的機(jī)械化和自動(dòng)化，只有其他輔助工序（如翻型、下芯、合型、壓鐵、澆注、落砂和砂箱運(yùn)輸?shù)龋┮矊?shí)行了機(jī)械化，才能發(fā)揮出造型機(jī)的效率。因此，在大批量生產(chǎn)時(shí)，均采用造型生產(chǎn)線來(lái)組織生產(chǎn)。即將造型機(jī)和其他輔機(jī)按照鑄造工藝流程，用運(yùn)輸設(shè)備將造型機(jī)與輔助工序有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，組成一套機(jī)械化、自動(dòng)化鑄造生產(chǎn)系統(tǒng)。428.2.3造芯

1.型芯的作用

型芯是砂型的一部分，在制造中空鑄件或有妨礙起模的凸臺(tái)鑄件時(shí)，往往要采用型芯。型芯的作用見(jiàn)視頻12。教學(xué)視頻12型芯的作用642.型芯的形式常用的型芯有水平型芯、垂直型芯、懸臂型芯、懸吊型芯、引申型芯（便于起模）、外型芯（使三箱造型變?yōu)閮上湓煨停┑攘N（見(jiàn)動(dòng)畫37）。動(dòng)畫37

型芯的形式653.型芯的技術(shù)要求教學(xué)視頻13

型芯的技術(shù)要求664.型芯的制作教學(xué)視頻14

手工制芯教學(xué)視頻15

機(jī)器制芯型芯的制作分為手工制芯和機(jī)器制芯兩種，分別如視頻14、15所示。678.3鑄造工藝設(shè)計(jì)

在鑄造生產(chǎn)中，一般根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量及生產(chǎn)條件進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。大批量定型產(chǎn)品或特殊重要鑄件的工藝設(shè)計(jì)應(yīng)訂得細(xì)致些。而單件、小批量生產(chǎn)的一般性產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)則可簡(jiǎn)化。澆注位置與分型面的選擇密切相關(guān)。通常，分型面取決于澆注位置的選定，原則是既要保證質(zhì)量，又要簡(jiǎn)化造型工藝。但對(duì)質(zhì)量要求不很嚴(yán)格的支架類鑄件，原則上應(yīng)以簡(jiǎn)化造型工藝為選定分型面的標(biāo)準(zhǔn)。438.3.1

澆注位置與分型面的確定1.澆注位置的選擇原則澆注位置，即澆注時(shí)，鑄件在鑄型中所處的位置。

(1)鑄件的重要加工面或主要工作面應(yīng)朝下（見(jiàn)動(dòng)畫19），若難以做到朝下也應(yīng)盡量位于側(cè)面（因?yàn)榻饘僖旱谋戎卮笥谏啊⒃?。澆注時(shí)，砂眼氣泡和夾渣往往上浮到鑄件的上表面，所以上表面的缺陷通常比下部要多；由于重力的關(guān)系，下部的鑄件最終比上部要致密。因此，為了保證零件的質(zhì)量，重要的加工面應(yīng)盡量朝下或朝側(cè)面。對(duì)于體收縮大的合金鑄件，為放置冒口和毛坯整修方便，重要加工面或主要工作面可以朝上。動(dòng)畫19

澆注位置選擇原則144

(2)鑄件的大平面盡可能朝下，或采用傾斜澆注（見(jiàn)動(dòng)畫20）。鑄型的上表面除了容易產(chǎn)生砂眼、氣孔、夾渣外，大平面還極易產(chǎn)生夾砂缺陷。這是由于在澆注過(guò)程中，高溫的液態(tài)金屬對(duì)型腔上表面有強(qiáng)烈的熱輻射，型砂因急劇膨脹和強(qiáng)度下降而拱起或開(kāi)裂。拱起處或裂口浸入金屬液中，形成夾砂缺陷。同時(shí)鑄件的大平面朝下，也有利于排氣，減小金屬液對(duì)鑄型的沖刷力。動(dòng)畫20

澆注位置選擇原則2

45

(3)盡量將鑄件大面積的薄壁部分放在鑄型的下部或垂直、傾斜。這樣能增加薄壁處金屬液的壓強(qiáng)，提高金屬液的流動(dòng)性，防止薄壁部分產(chǎn)生澆不足或冷隔缺陷，如動(dòng)畫21所示。動(dòng)畫21

澆注位置選擇原則346

(4)熱節(jié)處應(yīng)位于分型面附近的上部或側(cè)面（見(jiàn)動(dòng)畫22）。容易形成縮孔的鑄件(如鑄鋼、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、黃銅)澆注時(shí)，應(yīng)把厚的部位放在分型面附近的上部或側(cè)面，以便安放冒口，實(shí)現(xiàn)定向凝固，進(jìn)行補(bǔ)縮。動(dòng)畫22

澆注位置選擇原則4

47(5)便于型芯的固定和排氣(見(jiàn)動(dòng)畫23)，這樣能減少型芯的數(shù)量。

動(dòng)畫23

澆注位置選擇原則5482.分型面的選擇原則分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。除了實(shí)型鑄造法外，都要選擇分型面。通常，分型面是在確定澆注位置后再選擇確定。但也可以在分析各種分型面的利、弊之后，再次調(diào)整澆注位置。在生產(chǎn)中澆注位置和分型面有時(shí)是同時(shí)確定的。分型面的選擇在很大程度上影響著鑄件的質(zhì)量(主要是尺寸精度)、成本和生產(chǎn)效率。因此，分型面的選擇要在保證鑄件質(zhì)量的前提下，盡量簡(jiǎn)化工藝，節(jié)省人力物力。49

(1)分型面應(yīng)設(shè)在鑄件最大截面處，以保證模樣從型腔中順利取出（見(jiàn)動(dòng)畫24）。這是分型面選擇最為重要的原則，否則會(huì)出現(xiàn)無(wú)法造型或無(wú)法取出模樣的情況，而且還會(huì)增加許多如加活塊、型芯等不必要的工作量，影響生產(chǎn)效率和鑄件質(zhì)量。動(dòng)畫24

分型面選擇原則1

50

(2)盡可能減少鑄件的分型面，盡量做到只有一個(gè)分型面（見(jiàn)動(dòng)畫25）。這是因?yàn)椋憾嘁粋€(gè)分型面多一份誤差，使精度下降；分型面多，造型工時(shí)大，生產(chǎn)率下降；機(jī)器造型只能兩箱造型，故分型面多，不能進(jìn)行大批量生產(chǎn)。動(dòng)畫25

分型面選擇原則251

(3)應(yīng)使型芯和活塊數(shù)量盡量減少。動(dòng)畫26為一側(cè)凹鑄件，是減少型芯和活塊的一個(gè)例子。動(dòng)畫26中的第一分型方案要考慮采用活塊造型或加外型芯才能鑄造；若采用動(dòng)畫26中的第二分型方案，則省去了活塊造型或加外型芯。動(dòng)畫26分型面選擇原則3

52(4)應(yīng)使鑄件全部或大部放在同一砂箱。動(dòng)畫27

分型面選擇原則4若不在同一砂箱，錯(cuò)型時(shí)易造成尺寸偏差，見(jiàn)動(dòng)畫27。53(5)應(yīng)盡量使加工基準(zhǔn)面與大部分加工面在同一砂箱內(nèi)以確保動(dòng)畫28

分型面選擇原則5鑄件的加工精度，見(jiàn)動(dòng)畫28。54(6)應(yīng)盡量使型腔及主要型芯位于下型，以便于造型、下芯、動(dòng)畫29

分型面選擇原則6合型及檢驗(yàn)。但下型型腔也不宜過(guò)深(否則不宜起模、按放型芯)，并力求避免吊芯和大的吊砂，見(jiàn)動(dòng)畫29。55(7)應(yīng)盡量使用平直分型面，以簡(jiǎn)化模具制造及造型工藝，避

動(dòng)畫30

分型面選擇原則7免挖砂，見(jiàn)動(dòng)畫30。56(8)應(yīng)盡量使鑄型總高度為最低

，這樣不僅節(jié)約型砂，而且還能減少勞動(dòng)量，對(duì)機(jī)器造型有較大的經(jīng)濟(jì)意義，見(jiàn)動(dòng)畫31。動(dòng)畫31

分型面選擇原則8578.3.2

澆注系統(tǒng)的確定

澆注系統(tǒng)是指液態(tài)金屬流入鑄型型腔的通道。

1.澆注系統(tǒng)的組成及作用

澆注系統(tǒng)一般包括外澆口、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道等，見(jiàn)動(dòng)畫32。

澆注系統(tǒng)的作用應(yīng)能平穩(wěn)地將金屬液引入鑄型，要有利于檔渣和排氣，并能控制鑄件的凝固順序。

(1)外澆口。其作用是容納注入的金屬液并緩解液態(tài)金屬對(duì)砂型的沖擊。小型鑄件通常為漏斗狀(稱澆口杯)，較大型鑄件為盆狀(稱澆口盆)。動(dòng)畫32

澆注系統(tǒng)的組成58動(dòng)畫32

澆注系統(tǒng)的組成

(2)直澆道。是連接外澆口與橫澆道的垂直通道，改變直澆道的高度可以改變型腔內(nèi)金屬液的靜壓力從而改善液態(tài)金屬的充型能力。

(3)橫澆道。橫澆道是將直澆道的金屬液引入內(nèi)澆道的水平通道，一般開(kāi)在砂型的分型面上。橫澆道的主要作用是分配金屬液入內(nèi)澆道和隔渣。

(4)內(nèi)澆道。內(nèi)澆道直接與型腔相連，其作用是調(diào)節(jié)金屬液流入型腔的方向和速度，以及調(diào)節(jié)鑄件各部分的冷卻速度。59澆注系統(tǒng)的類型很多，根據(jù)金屬的種類和鑄件的形狀及內(nèi)澆道在鑄件上開(kāi)設(shè)的位置，可分為頂注式、底注式、中間注入式和分段注入式等幾種類型。1）頂注式澆注系統(tǒng)2.澆注系統(tǒng)的類型優(yōu)點(diǎn)是易于充滿型腔，型腔中金屬的溫度自下而上遞增，因而補(bǔ)縮作用好、簡(jiǎn)單易做、節(jié)省金屬材料。缺點(diǎn)是對(duì)鑄型沖擊較大，有可能造成沖砂和飛濺，而且會(huì)加劇金屬的氧化。所以這類澆注系統(tǒng)多用于重量輕，高度低和形狀簡(jiǎn)單的鑄件，見(jiàn)動(dòng)畫33。動(dòng)畫33

頂注式澆注系統(tǒng)602）底注式澆注系統(tǒng)與頂注式澆注系統(tǒng)相反，底注式澆注系統(tǒng)是從鑄件底部(下端面)注入型腔的（見(jiàn)動(dòng)畫34）。這類澆注系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是充型平穩(wěn)，動(dòng)畫34

底注式澆注系統(tǒng)排氣方便，不易沖壞型腔和引起飛濺，適宜于大、中型的鑄件。對(duì)易于氧化的合金，如鋁、鎂合金和某些銅合金也較適宜。這類澆注系統(tǒng)的缺點(diǎn)是不利于定向凝固，補(bǔ)縮效果差，充型速度慢，不適合復(fù)雜薄壁鑄件的充型。613）中間注入式澆注系統(tǒng)

如動(dòng)畫35所示，這是一種介于頂注和底注之間的注入方法，既降低了液流落下的高度，又使溫度的分布較為均勻，內(nèi)澆道處在分型面上，便于開(kāi)設(shè)和選擇部位。因此，這種澆注系統(tǒng)的應(yīng)用很廣。動(dòng)畫35

中注式澆注系統(tǒng)624）分段注入式澆注系統(tǒng)

分段注入式澆注系統(tǒng)亦稱階梯式澆注系統(tǒng)，是在鑄件高度上設(shè)二層或二層以上的內(nèi)澆道，它兼?zhèn)淞隧斪⑹?、底注式和中間注入式澆注系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)（見(jiàn)動(dòng)畫36）。動(dòng)畫36

分段注入式澆注系統(tǒng)638.3.3

主要工藝參數(shù)的確定

1.鑄件尺寸公差

鑄件尺寸公差取決于鑄件設(shè)計(jì)要求的精度、機(jī)械加工要求、鑄件大小和批量，采用的鑄造合金種類、鑄造設(shè)備及工裝、鑄造工藝方法等。鑄件尺寸公差(CT)等級(jí)分為16級(jí)，各級(jí)公差數(shù)值見(jiàn)GB6414-86。

鑄件尺寸公差的等級(jí)是由低向高逐步遞增。順序?yàn)椋?/p>

砂型手工造型→砂型機(jī)器造型及殼型鑄造→金屬型鑄造→→低壓鑄造→壓力鑄造→熔模鑄造。682.鑄件質(zhì)量公差

鑄件質(zhì)量公差是以占鑄件公稱重量的百分比為單位，允許鑄件重量變動(dòng)的數(shù)值范圍。它取決于鑄件公稱重量(包括機(jī)械加工余量和其他工藝余量)、生產(chǎn)批量、采用的鑄造合金種類及鑄造工藝方法等因素。鑄件質(zhì)量公差(MT)分為16級(jí)，各級(jí)公差數(shù)值見(jiàn)GB/T11351-89。鑄件質(zhì)量公差等級(jí)也由低向高逐步遞增，與尺寸公差的表示雷同。

693.鑄件加工余量

鑄件需要加工的表面都要留有加工余量(MA)。加工余量數(shù)值根據(jù)選擇的鑄造方法、合金種類、生產(chǎn)批量和鑄件基本尺寸大小來(lái)確定，其等級(jí)由精到粗分為A、B、C、D、E、F、G、H和J共9個(gè)等級(jí)，與《鑄件尺寸公差》配套使用。鑄件頂面需比底面、側(cè)面的加工余量等級(jí)降級(jí)選用。鑄件機(jī)械加工余量數(shù)值見(jiàn)GB/T11350-89。標(biāo)注方法：如尺寸公差為10級(jí)，底、側(cè)面加工余量等級(jí)為G，頂面加工余量等級(jí)為H時(shí)，則標(biāo)注為：GB/T11350-89CT10MAH/G。704.鑄造收縮率鑄件由于凝固、冷卻后的體積收縮，其各部分尺寸均小于模樣尺寸。為保證鑄件尺寸要求，需在模樣(芯盒)上加大一個(gè)收縮的尺寸。加大的這部分尺寸稱收縮量，一般根據(jù)鑄造收縮率來(lái)定。鑄造收縮率定義如下：

K＝[(L模－L件)/L件]×100%

。式中：

K為鑄造收縮率；L模為模樣尺寸；L件為鑄件尺寸。鑄造收縮率主要取決于合金的種類，同時(shí)與鑄件的結(jié)構(gòu)、大小、壁厚及收縮時(shí)受阻礙情況有關(guān)。對(duì)于一些要求較高的鑄件，如果收縮率選擇不當(dāng)，將影響鑄件尺寸精度，使某些部位偏移，影響切削加工和裝配。715.鑄件模樣起模斜度

為了起模方便又不損壞砂型，凡垂直于分型面的壁上須留有起模斜度（見(jiàn)動(dòng)畫38）。起模斜度值見(jiàn)JB/T5105-91。

通常，為保證起模，在垂直于分型面的非加工表面設(shè)置的斜度稱為結(jié)構(gòu)斜度；在垂直于分型面的加工表面設(shè)置的斜度稱為拔模斜度。動(dòng)畫38

鑄件起模斜度726.最小鑄出孔(不鑄孔)和槽

鑄件中較大的孔、槽應(yīng)當(dāng)鑄出，以減少切削量和熱節(jié)，便于提高鑄件力學(xué)性能。較小的孔和槽不必鑄出，留待以后加工更為經(jīng)濟(jì)。表8.3.2為鑄件最小鑄出孔尺寸。當(dāng)孔長(zhǎng)與孔徑比（L/D）>4時(shí)，也為不鑄孔。當(dāng)正方孔、矩形孔或氣路孔的彎曲孔無(wú)法加工出時(shí)，原則上須鑄出，但最短加工邊須大于30mm。表8.3.2鑄件最小鑄出孔尺寸

73((單位：mm)生產(chǎn)批量

最小鑄出孔的直徑

灰鑄鐵件

鑄鋼件

大量生產(chǎn)12～15成批生產(chǎn)15～3030～50單件、小批量生產(chǎn)30～50507.鑄造圓角鑄件上相鄰兩壁之間的交角應(yīng)設(shè)計(jì)成圓角，防止在尖角處產(chǎn)生沖砂及裂紋等缺陷。圓角半徑一般為相交兩壁平均厚度的1/3～1/2。8.型芯頭為保證型芯在鑄型中的定位、固定和排氣，在模樣和型芯上都要設(shè)計(jì)出型芯頭。型芯頭可分為垂直芯頭和水平芯頭兩大類，如圖8.3.10所示。以上工藝參數(shù)的具體數(shù)值均可在有關(guān)手冊(cè)中查到。

(a)垂直芯頭(b)水平芯頭圖8.3.10型芯頭的構(gòu)造

8.3.4

鑄造工藝圖的制定

鑄造工藝圖是鑄造過(guò)程最基本和最重要的工藝文件之一，它對(duì)模樣的制造、工藝裝備的準(zhǔn)備、造型造芯、型砂烘干、合型澆注、落砂清理及技術(shù)檢驗(yàn)等都起著指導(dǎo)和依據(jù)的作用。鑄造工藝圖是利用紅、藍(lán)兩色鉛筆，將各種簡(jiǎn)明的工藝符號(hào)標(biāo)注在產(chǎn)品零件圖上。可從以下幾方面進(jìn)行分析：

(1)分型面和分模面。

(2)澆注位置、澆冒口的位置、形狀、尺寸和數(shù)量。

(3)工藝參數(shù)。

(4)型芯的形狀、位置和數(shù)目，型芯頭的定位和安裝方式。

(5)冷鐵的形狀、位置、尺寸和數(shù)量。

(6)其他。74圖2

異口徑管的鑄造工藝圖

鑄型之間兩相鄰的接觸面稱為分型面，分型面可以是平面、斜面和曲面。為方便造型，分型面最好采用平面。為簡(jiǎn)化工藝，分型面應(yīng)盡量選取最少,分型面的符號(hào)和線條用紅色上下箭頭表