液態(tài)成形(砂型鑄造)

2023/12/311第一章金屬液態(tài)成形§1.1金屬液態(tài)成形工藝基礎(chǔ)§1.2砂型鑄造

§1.3特種鑄造§1.4常用合金鑄件生產(chǎn)及鑄造方法的選擇§1.5與液態(tài)成形相關(guān)的新工藝、新技術(shù)簡(jiǎn)介2023/12/312第一章金屬液態(tài)成形§1.2砂型鑄造

一、砂型鑄造造型（造芯）方法二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)三、鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)§2砂型鑄造2023/12/313§2砂型鑄造一、砂型鑄造造型（造芯）方法

制造砂型的工藝過(guò)程稱為造型。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。（一）手工造型

2023/12/314§2砂型鑄造鑄型種類鑄型特征主要特點(diǎn)適用范圍濕型砂（濕型）以粘土作粘結(jié)劑，不經(jīng)烘干可直接進(jìn)行澆注的砂型生產(chǎn)周期短、效率高，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，設(shè)備投資和能耗低；但鑄型強(qiáng)度低、發(fā)氣量大，易于產(chǎn)生鑄造缺陷單件或批量生產(chǎn)，尤其是大批量生產(chǎn)。廣泛用于鋁合金、鎂合金和鑄鐵件干砂型（干型）經(jīng)過(guò)烘干的高粘土含量（粘土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12％～14％）的砂型鑄型強(qiáng)度和透氣性較高，發(fā)氣量小，故鑄造缺陷較少；但生產(chǎn)周期長(zhǎng)，設(shè)備投資較大、能耗較高，且難于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化單件、小批生產(chǎn)品質(zhì)要求較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的中、大型鑄件表面烘干型澆注前用適當(dāng)方法將型腔表層（厚15～）進(jìn)行干燥的砂型兼有濕砂型和干砂型的優(yōu)點(diǎn)單件、小批生產(chǎn)中、大型鋁合金鑄件和鑄鐵件自硬砂型常用水玻璃或合成樹脂作粘結(jié)劑，靠砂型自身的化學(xué)反應(yīng)硬化，一般不需烘烤，或只經(jīng)低溫烘烤鑄型強(qiáng)度高、能耗低，生產(chǎn)效率高，粉塵少；但成本較高，有時(shí)易產(chǎn)生粘砂等缺陷單件或批量生產(chǎn)各類鑄件，尤其是大、中型鑄件常用砂型的主要特點(diǎn)和適用范圍2023/12/315§2砂型鑄造一、砂型鑄造造型（造芯）方法（一）手工造型

操作方便靈活、適應(yīng)性強(qiáng)，模樣生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間短；生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，鑄件質(zhì)量不易保證。只適用于單件小批量生產(chǎn)。

按砂箱特征：兩箱、三箱、地坑、脫箱

按模樣特征：整模、挖砂、假箱、分模、活塊、刮板等2023/12/316§2砂型鑄造模樣是整體的，多數(shù)情況下，型腔全部在下半型內(nèi)，上半型無(wú)型腔。造型簡(jiǎn)單，鑄件不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)型缺陷鑄件最大截面在一端，且為平面。兩箱造型2023/12/317§2砂型鑄造鑄型由上、中、下三部分組成，中型的高度須與鑄件兩個(gè)分型面的間距相適應(yīng)。三箱造型費(fèi)工，應(yīng)盡量避免使用三箱造型2023/12/318§2砂型鑄造在車間地坑內(nèi)造型，用地坑代替下砂箱，只要一個(gè)上砂箱，可減少砂箱的投資大型鑄件單件生產(chǎn)時(shí),降低鑄型高度,便于澆注操作。但造型費(fèi)工，而且要求操作者的技術(shù)水平較高。地坑造型2023/12/319§2砂型鑄造模樣是整體的，但鑄件的分型面是曲面。為了起模方便，造型時(shí)用手工挖去阻礙起模的型砂。每造一件，就挖砂一次，費(fèi)工、生產(chǎn)率低。挖砂造型2023/12/3110§2砂型鑄造

用刮板代替模樣造型。可大大降低模樣成本，節(jié)約木材，縮短生產(chǎn)周期。但生產(chǎn)率低，要求操作者的技術(shù)水平較高.

刮板造型2023/12/3111§2砂型鑄造鑄件上有妨礙起模的小凸臺(tái)、肋條等。制模時(shí)將此部分作成活塊，在主體模樣起出后，從側(cè)面取出活塊。單件小批生產(chǎn)帶有突起部分的鑄件。活塊造型2023/12/3112一、砂型鑄造造型（造芯）方法（二）機(jī)器造型

大批量生產(chǎn)，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，勞動(dòng)條件好，鑄件尺寸精度高、表面質(zhì)量好，加工余量小。§2砂型鑄造2023/12/3113一、砂型鑄造造型（造芯）方法（二）機(jī)器造型

1.緊砂方法

以壓縮空氣作為動(dòng)力緊實(shí)型砂，基本方式：壓實(shí)、震實(shí)、震壓、拋砂等基本方式。2.起模方法

從型砂中取出模樣，使砂箱內(nèi)留下完整的型腔。

頂箱、漏箱和翻轉(zhuǎn)§2砂型鑄造2023/12/3114圖1-15震壓造型機(jī)的工作過(guò)程

填砂

→震擊緊砂

→輔助壓實(shí)

→起模

§2砂型鑄造2023/12/3115一、砂型鑄造造型（造芯）方法（二）機(jī)器造型

3.工藝特點(diǎn)

采用模板進(jìn)行兩箱造型。

模板：是將模樣、澆注系統(tǒng)沿分型面與底板聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體的專用模具。造型后，底板形成分型面，模樣形成鑄型空腔?！?砂型鑄造2023/12/3116一、砂型鑄造造型（造芯）方法（三）造芯

用途：制作空心或外壁內(nèi)凹的鑄件，或鑄件具有影響起模的外凸時(shí)，經(jīng)常要用到型芯，制作型芯的工藝過(guò)程稱為造芯。

注意：為了提高型芯的剛度和強(qiáng)度，需在型芯中放入芯骨；為了提高型芯的透氣性，需在型芯的內(nèi)部制作通氣孔；為了提高型芯的強(qiáng)度和透氣性，一般型芯需烘干使用?！?砂型鑄造2023/12/3117二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)

目的：

獲得合格鑄件；

減小鑄型制造的工作量；

降低鑄件成本。在砂型鑄造的生產(chǎn)準(zhǔn)備過(guò)程中，必須制訂出合理的鑄造工藝方案，并繪制出鑄造工藝圖。

§2砂型鑄造2023/12/3118二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)

鑄造工藝：在零件圖中用各種工藝符號(hào)表示出鑄造工藝方案的圖形，包括：澆注位置；分型面；型芯的數(shù)量、形狀、固定方法及下芯次序；加工余量；起模斜度；收縮率；澆注系統(tǒng)；冒口；冷鐵的尺寸和布置等。工藝圖：指導(dǎo)模樣設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、鑄型制造和鑄件檢驗(yàn)的基本工藝文件。依據(jù)鑄造工藝圖，結(jié)合所選造型方法，可繪制出模樣圖及合箱圖?！?砂型鑄造2023/12/3119支座的鑄造工藝圖、模樣圖及合箱圖a)零件圖

b)鑄造工藝圖（左）和模樣圖（右）c)合箱圖§2砂型鑄造2023/12/3120二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（一）澆注位置的選擇

澆注位置：澆注時(shí)鑄件在鑄型中所處的位置。選擇原則：1．鑄件的重要加工面應(yīng)朝下或位于側(cè)面

圖1-20所示為車床床身鑄件的澆注位置方案。由于床身導(dǎo)軌面是重要表面，不允許有明顯的表面缺陷，而且要求組織致密，因此應(yīng)將導(dǎo)軌面朝下澆注?！?砂型鑄造2023/12/3121圖1-16車床床身的澆注位置

§2砂型鑄造重要加工面應(yīng)朝下或位于側(cè)面澆注位置是指澆注時(shí)鑄件在鑄型中所處的位置。保證導(dǎo)軌面質(zhì)量均勻2023/12/3122圖1-16卷?yè)P(yáng)筒的澆注位置

側(cè)面要求高§2砂型鑄造2023/12/3123二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（一）澆注位置的選擇

2．鑄件的大平面應(yīng)朝下

型腔的上表面除了容易產(chǎn)生砂眼、氣孔、夾渣等缺陷外，大平面還常容易產(chǎn)生夾砂缺陷。因此，對(duì)平板、圓盤類鑄件的大平面應(yīng)朝下。§2砂型鑄造2023/12/3124二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（一）澆注位置的選擇

3．面積較大的薄壁部分置于鑄型下部或使其處于垂直或傾斜位置可以有效防止鑄件產(chǎn)生澆不足或冷隔等缺陷?！?砂型鑄造2023/12/3125二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（一）澆注位置的選擇

4．易產(chǎn)生縮孔的鑄件，應(yīng)將厚大部分放在分型面附近的上部或側(cè)面

以便在鑄件厚壁處直接安置冒口，使之實(shí)現(xiàn)自下而上的定向凝固。

§2砂型鑄造2023/12/3126二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（一）澆注位置的選擇

5．應(yīng)盡量減少型芯數(shù)量，且便于安放、固定和排氣

§2砂型鑄造2023/12/3127二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（二）鑄型分型面的選擇

鑄型分型面的選擇恰當(dāng)與否會(huì)影響鑄件質(zhì)量，使制模、造型、造芯、合箱或清理等工序復(fù)雜化，甚至還可增大切削加工的工作量。

分型面的選擇原則：1．便于起模，使造型工藝簡(jiǎn)化

1）分型面應(yīng)選在鑄件最大截面處§2砂型鑄造2023/12/3128二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（二）鑄型分型面的選擇

分型面的選擇原則：1．便于起模，使造型工藝簡(jiǎn)化

（2）分型面應(yīng)盡量平直§2砂型鑄造2023/12/3129圖1-21起重臂的分型面圖示分型面為一平面，可采用較簡(jiǎn)便的分模造型；如果選用彎曲分型面，則需采用挖砂或假箱造型§2砂型鑄造2023/12/3130二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（二）鑄型分型面的選擇

分型面的選擇原則：1．便于起模，使造型工藝簡(jiǎn)化

（3）應(yīng)盡量減少分型面數(shù)量§2砂型鑄造2023/12/3131二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（二）鑄型分型面的選擇

分型面的選擇原則：1．便于起模，使造型工藝簡(jiǎn)化

（4）避免不必要的活塊和型芯§2砂型鑄造2023/12/3132二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（二）鑄型分型面的選擇

2．盡量使鑄件全部或大部置于同一砂箱以保證鑄件精度§2砂型鑄造2023/12/3133二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（二）鑄型分型面的選擇

3．盡量使型腔及主要型芯位于下型

便于造型、下芯、合箱和檢驗(yàn)鑄件壁厚§2砂型鑄造2023/12/3134二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（三）工藝參數(shù)的確定

在鑄造工藝方案初步確定之后，還必須選定鑄件的機(jī)械加工余量、起模斜度、收縮率、型芯頭尺寸等具體參數(shù)。1.加工余量和最小鑄出孔加工余量：為切削加工而加大的尺寸?！?砂型鑄造2023/12/3135二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（三）工藝參數(shù)的確定1.加工余量和最小鑄出孔

數(shù)值取決于：批量、合金種類、大小、加工面與基準(zhǔn)面之間的距離及澆注位置等。機(jī)器造型：鑄件精度高，余量可減??；手工造型：誤差大，余量應(yīng)加大。鑄鋼表面粗糙，余量應(yīng)大；非鐵合金表面光潔，余量應(yīng)小。尺寸大或加工面與基準(zhǔn)面間的距離大，誤差大，余量也大。朝上表面產(chǎn)生缺陷的機(jī)率大，其余量應(yīng)比底面和側(cè)面大?！?砂型鑄造2023/12/3136二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（三）工藝參數(shù)的確定

1.加工余量和最小鑄出孔

鑄件的孔、槽：較大的孔、槽應(yīng)當(dāng)鑄出，以減少切削加工工時(shí)，節(jié)約金屬材料，并可減小鑄件上的熱節(jié)；較小的孔則不必鑄出，用機(jī)加工較經(jīng)濟(jì)。對(duì)于零件圖上不要求加工的孔、槽以及彎曲孔等，一般均應(yīng)鑄出?！?砂型鑄造2023/12/3137二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（三）工藝參數(shù)的確定2.起模斜度

為了使模樣（或型芯）易于從砂型（或芯盒）中取出，凡垂直于分型面的立壁，制造模樣時(shí)必須留出一定的傾斜度。

在鑄造工藝圖上，加工表面上的起模斜度應(yīng)結(jié)合加工余量直接表示出，而不加工表面上的斜度（結(jié)構(gòu)斜度）僅需用文字注明即可?！?砂型鑄造2023/12/3138圖1-27起模斜度

§2砂型鑄造2023/12/3139二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（三）工藝參數(shù)的確定3.收縮率鑄件冷卻后的尺寸比型腔尺寸略為縮小，為保證鑄件的應(yīng)有尺寸，模樣尺寸必須比鑄件放大一個(gè)該合金的收縮率。鑄造收縮率K：

§2砂型鑄造2023/12/3140二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（三）工藝參數(shù)的確定4.

型芯頭

垂直芯頭

水平芯頭圖1-28型芯頭的構(gòu)造a）垂直芯頭

b）水平芯頭

§2砂型鑄造2023/12/3141二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（四）鑄造工藝圖

鑄造工藝設(shè)計(jì)：生產(chǎn)之前，編制出生產(chǎn)工藝的技術(shù)文件。工藝設(shè)計(jì)主要是畫鑄造工藝圖、鑄件毛坯圖、鑄型裝配圖和編寫工藝卡片等，它們是生產(chǎn)的指導(dǎo)性文件，也是生產(chǎn)準(zhǔn)備、管理和鑄件驗(yàn)收的依據(jù)。

因此，鑄造工藝設(shè)計(jì)的好壞，對(duì)鑄件的質(zhì)量、生產(chǎn)率及成本起著決定性的作用?！?砂型鑄造2023/12/3142二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（四）鑄造工藝圖

§2砂型鑄造2023/12/3143二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（五）鑄造工藝設(shè)計(jì)實(shí)例分析

§2砂型鑄造2023/12/3144二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（五）鑄造工藝設(shè)計(jì)實(shí)例分析

方案1§2砂型鑄造2023/12/3145二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（五）鑄造工藝設(shè)計(jì)實(shí)例分析

方案2§2砂型鑄造2023/12/3146二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（五）鑄造工藝設(shè)計(jì)實(shí)例分析

方案3§2砂型鑄造2023/12/3147二、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)（五）鑄造工藝設(shè)計(jì)實(shí)例分析

鑄造工藝圖§2砂型鑄造2023/12/3148三、鑄件結(jié)構(gòu)工藝性

鑄件結(jié)構(gòu)：保證工作性能和力學(xué)性能要求、考慮鑄造工藝和合金鑄造性能對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求，鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理與否，對(duì)鑄件的質(zhì)量、生產(chǎn)率及其成本有很大的影響。（一）鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)使砂型鑄造工藝過(guò)程簡(jiǎn)化

1.鑄件的外形必須力求簡(jiǎn)單、造型方便

（1）盡量避免鑄件外表側(cè)凹，減少分型面§2砂型鑄造2023/12/3149§2砂型鑄造2023/12/3150三、鑄件結(jié)構(gòu)工藝性

（一）鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)使砂型鑄造工藝過(guò)程簡(jiǎn)化

1.鑄件的外形必須力求簡(jiǎn)單、造型方便

（2）盡可能使鑄件分型面平直§2砂型鑄造2023/12/3151三、鑄件結(jié)構(gòu)工藝性

（一）鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)使砂型鑄造工藝過(guò)程簡(jiǎn)化

1.鑄件的外形必須力求簡(jiǎn)單、造型方便（3）鑄件外表加強(qiáng)肋、凸臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)便于起模

§2砂型鑄造2023/12/31522023/12/3153三、鑄件結(jié)構(gòu)工藝性

（一）鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)使砂型鑄造工藝過(guò)程簡(jiǎn)化

1.鑄件的外形必須力求簡(jiǎn)單、造型方便（4）鑄件側(cè)壁應(yīng)具有結(jié)構(gòu)斜度§2砂型鑄造2023/12/3154§2砂型鑄造2023/12/3155三、鑄件結(jié)構(gòu)工藝性

（一）鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)使砂型鑄造工藝過(guò)程簡(jiǎn)化

2.鑄件的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單適用，避免不必要的復(fù)雜結(jié)構(gòu)

（1）應(yīng)盡量少用或不用型芯

§2砂型鑄造2023/12/3156三、鑄件結(jié)構(gòu)工藝性

（一）鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)使砂型鑄造工藝過(guò)程簡(jiǎn)化

2.鑄件的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單適用，避免不必要的復(fù)雜結(jié)構(gòu)（2）盡便于型芯的固定、排氣、定位和清理

§2砂型鑄造2023/12/3157§2砂型鑄造2023/12/3158三、鑄件結(jié)構(gòu)工藝性（二）鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)適應(yīng)合金鑄造性能的要求

縮孔、變形、裂紋、氣孔和澆不足等鑄件缺陷的產(chǎn)生，有時(shí)是由于鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠合理，未能充分考慮合金鑄造性能的要求所致。

1.鑄件的壁厚：每種鑄造合金都有其適宜的壁厚，不同鑄造合金所能澆注出鑄件的“最小壁厚”也不相同，主要取決于合金的種類和鑄件的大小?！?砂型鑄造2023/12/3159三、鑄件結(jié)構(gòu)工藝性（二）鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)適應(yīng)合金鑄造性能的要求

1.鑄件的壁厚：（1）鑄件的最小壁厚§2