1、第三章 砂型鑄造,砂型鑄造是傳統(tǒng)的鑄造方法，由于適應于各種形狀、大小、批量及各種合金鑄件的生產，也是使用最廣的一種鑄造方法。 本章圍繞鑄造工藝方案的制定，介紹有關造型方法的選擇、澆注位置和分型面的選擇、工藝參數選擇等內容。,用于核反應堆的大型鑄件，重量達60多噸。,第一節(jié) 造型方法的選擇,造型是砂型鑄造最基本的工序，造型方法的選擇對鑄件質量和成本有著重要的影響。 根據自動化程度的不同，造型方法可分為: 手工造型 機器造型,一、手工造型,特點 (1)操作靈活，大小鑄件均可適用。 (2)對模樣要求不高（一般木模，刮板） (3)對砂箱要求不高 但是 (4)生產率低 (5)對工人的技術要求較高 (6)

2、鑄件的尺寸精度及表面質量較差,手工造型操作靈活，大小鑄件均適應；主要用于單件、小批量生產。,手工造型方法,壓環(huán)及其分型面,為了適應不同的鑄件和不同批量的生產，手工造型的具體工藝是多種多樣的。 圖221所示為壓環(huán)及其分型面。由于壓環(huán)的內徑大、高度小，這樣便可利用起模后形成的砂垛(即自帶型芯)制出鑄件的內腔，不需另制型芯。但在不同的生產條件下，采用的造型方法也將有所不同。,1單件、小批生產,由于鑄件的尺寸較大，又屬回轉體，故在單件、小批條件下壓環(huán)宜采用刮板一地坑造型(圖222)。 刮板造型雖較實體模樣造型費工，要求工人的技術水平高，但制造刮板可節(jié)省許多工時和木材，因而鑄件成本顯著降低。 地坑造型因

3、省去下箱，使砂箱的準備及運輸簡化，故在大、 中型鑄件生產中時常被采用。,2成批生產,在鑄件的生產批量較大、又缺乏機械化生產的條件下，上述壓環(huán)仍可采用手工造型。此時，由于均攤到每個鑄件上的模具費用較少，而造型工時對鑄件的成本影響變得顯著，故宜采用實體模樣(木?；蚪饘倌?進行兩箱造型，這不僅簡化了造型和合箱操作，還因型砂緊實度較為均勻，鑄件的表面質量得到提高。,二、機器造型,機器造型是指用機械設備實現緊砂和起模等主要工序的造型方法。 根據緊砂原理的不同，機器造型分為震壓造型、微震壓實造型、高壓造型、射砂造型和拋砂造型等。 其中，以壓縮空氣驅動的震壓式造型方法最為常見。,震壓造型,以壓縮空氣為動力；

4、通過震擊使砂箱下部的型砂在慣性力下緊實，上部松散的型砂再用壓頭壓實。 所以，震壓造型方法，型砂緊實度不高，造型表面粗糙，造型時噪聲較大,(1)填砂,打開砂斗門，向砂箱中放滿型砂。,(2)震擊緊砂,先使壓縮空氣從進氣口l進入震擊氣缸底部，活塞在上升過程中 關閉進氣口，接著又打開排氣口，使工作臺與震擊汽缸頂部發(fā)生一次震擊。如此反復進行震擊，使型砂在慣性力的作用下被初步緊實。,(3)輔助壓實,由于震擊后砂箱上層的型砂緊實度仍然不足，還必須進行輔助壓實。 此時，壓縮空氣從進氣口2進入壓實氣缸底部，壓實活塞帶動砂箱上升，在壓頭的作用下，使型砂受到壓實。,(4)起模,當壓縮空氣推動的壓力油進入起模油缸，四

5、根頂桿平穩(wěn)地將砂箱頂起，從而使砂型與模樣分離。,震壓式造型機特點,價格較低，生產率為每小時3060箱，目前主要用于一般機械化鑄造車間。 主要缺點是型砂緊實度不夠高、噪聲大、工人勞動條件差，且生產率不夠高。 在現代化的鑄造車間，一般震壓式造型機已逐步被其它先進造型機所取代。,微震壓實造型,型砂在壓實的同時進行微震，所以其緊實度比震壓造型機的高而且均勻。 震動頻率600800次min、振幅26 mm)。 因而型砂緊實度的均勻性和型腔表面質量均優(yōu)于震壓造型機，且噪聲較小。,高壓造型,高壓造型機采用液壓壓頭，每個小壓頭的行程可隨模型自行調節(jié)，砂型各部位的緊實度均勻，且在壓實的同時還可進行微震，使砂型緊

6、實度提高且均勻，因而鑄件的尺寸精度和表面質量大大提高，且噪聲更小。 高壓造型機在汽車、拖拉機零部件等大批量生產中甚有發(fā)展前途,壓實力高，噪音小且生產率高，適用于型芯較多、形狀復雜的中小型鑄件大批量的生產,高壓造型機,射砂造型,射砂造型是采用射砂與壓實相結合的方法將型砂緊實。 該方法壓實力較高，鑄件尺寸精確，適用于形狀不大的中、小型鑄件的大批量生產,射砂造型機工作過程,（1）射砂,壓縮空氣使型砂從射砂頭射入造型室內(圖224a)，造型室由左右兩塊模板(又稱壓實板)組成。,（2）壓實,通過右模板(即右壓實板)水平施壓，以進行壓實 (圖224b)。,（3）合型,左模板向左移動，起模一定距離后向上翻起

7、，以讓出空間。 右模板前移、推出砂型，并與前一塊砂型合上，形成空腔 。,（4）復位,左右模板恢復原位，準備下一次射砂,機器造芯,機器造芯除可采用前述的震擊、壓實等緊砂方法外，最常用的是吹芯機或射芯機。 開始時，將芯盒9置于工作臺上，并向壓緊缸l0通入壓縮空氣，使芯盒上升，以便與底板6壓緊。射砂時，打開射砂閥2，使儲氣筒l中的壓縮空氣通過射砂筒4上的縫隙進入射砂筒內，于是型芯砂形成高速的砂流從射砂孔7射入芯盒，并將砂緊實，而空氣則從射砂頭上的排氣孔8排人大氣。 射砂緊實是將填砂與緊砂兩個工序同時完成，故生產率很高。射砂緊實不僅用于造芯，也開始用于造型。,造芯工藝的改進,近些年來，由于采用以合成樹

8、脂為粘結劑的樹脂砂來造芯，使機器造芯工藝發(fā)生了變革。此時，采用電熱的芯盒(或其它硬化措施)，使射入芯盒內的樹脂砂快速硬化，這不僅省去了型芯骨和烘干工序、降低了型芯成本，而且由于型芯是在硬化后才從芯盒中取出，因此，型芯變形小、精度高。,2. 機械造型的工藝特點,(1)生產率高。 (2)改善了勞動條件 (3)鑄件的尺寸精度及表面質量較高，加工余量相對較小。 但是 (4) 所需設備、模板、專用砂箱及廠房的投資較大。 (5)采用模板只能進行兩箱造型,圖226所示的輪形鑄件，由于輪的圓周面有側凹，在生產批量不大的條件下，通常采用三箱手工造型，以便分別從兩個分型面取出模樣。但在大批量生產條件下，由于采用機

9、器造型，故應改用圖中所示的環(huán)狀型芯，使鑄型簡化成只有一個分型面，這盡管增加了型芯的費用，但機器造型所取得的經濟效益可以補償而有余。,鑄造工藝方案的確定,鑄造工藝方案通常按以下步驟和原則進行 （1）選擇澆注位置 （2）確定分型面 （3）確定鑄造工藝參數 （4）畫鑄造工藝圖,第二節(jié) 澆注位置和分型面的選擇,澆注位置是指澆注時鑄型分型面所處的空 間位置。 鑄型分型面是指鑄型組元間的結合面。,1.澆注位置的選擇原則,鉗工平板,(1)鑄件的重要加工面應朝下 因為鑄件的上表面容易產生砂眼、氣孔、夾渣等缺陷，組織也不如下表面致密。如果這些加工面難以朝下，則應盡力使其位于側面。當鑄件的重要加工面有數個時，則應

10、將較大的平面朝下。,車床床身鑄件的澆注位置方案,由于床身導軌面是關鍵表面，不容許有明顯的表面缺陷，而且要求組織致密，因此通常都將導軌面朝下澆注。,起重機卷揚筒的澆注位置方案,因為卷揚筒的圓周表面質量要求高，不允許存有明顯的鑄造缺陷。若采用臥鑄，圓周的朝上表面的質量難以保證；反之，若采用立鑄，由于全部圓周表面均處于側立位置，其質量均勻一致，較易獲得合格鑄件。,(2)鑄件的大平面應朝下,鑄件的大平面若朝上，容易產生夾砂缺陷，這是由于在澆注過程中金屬液對型腔上表面有強烈的熱輻射，型砂因急劇熱膨脹和強度下降而拱起或開裂，于是鑄件表面形成夾砂缺陷。 因此，平板、圓盤類鑄件的大平面應朝下。,(3)面積較大

11、的薄壁部分置于鑄型下部或使其處于垂直或傾斜位置,為防止鑄件薄壁部分產生澆不足或冷隔缺陷，應將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。圖229為油盤鑄件的合理澆注位置。,(4)對于容易產生縮孔的鑄件，應使厚的部分放在鑄型的上部或側面，以便在鑄件厚壁處直接安置冒口，使之實現自下而上的定向凝固,鑄鋼卷揚筒，澆注時厚端放在上部是合理的；反之，若厚端放在下部，則難以補縮。,2.分型面的選擇原則,(1)應使造型工藝簡化 盡量使分型面平直、數量少，避免不必要的活塊和型芯等,圖230為一起重臂鑄件，圖中所示分型面為一平面，故可采用簡便的分開模造型。 如果采用頂視圖所示的彎曲分型面，則需采用挖砂

12、或假箱造型。 在大批量生產中應盡量采用圖中所示的分型面，這不僅便于造型操作，且模板的制造費用低。 單件、小批生產中，由于整體模樣堅固耐用、造價低，故也常采用彎曲分型面。,應盡量使鑄型只有一個分型面，以便采用工藝簡便的兩箱造型,四箱,三箱,兩箱,避免活塊,支架分型方案 按圖中方案1，凸臺必須采用四個活塊方可制出，而下部兩個活塊的部位甚深，取出困難。 當改用方案時，可省去活塊，僅在A處稍加挖砂即可。,選擇分型面時應盡量避免不必要的型芯。,型芯通常用于形成鑄件的內腔，有時還可用它來簡化鑄件的外形，以制出妨礙起模的凸臺、凹槽等。但制造型芯需要專門的芯盒、芯骨，還需烘干及下芯等工序，增加了鑄件成本。 圖

13、233為一底座鑄件。 若按圖中方案1分開模造型，其上、下內腔均需采用型芯。 圖中方案，采用整模造型，則上、下內腔均可由砂垛形成，省掉了型芯。,(2)應盡量使鑄件全部或大部置于同一砂箱，以保證鑄件的精度。,圖234為一床身鑄件，其頂部平面為加工基準面。圖中方案a在妨礙起模的凸臺處增加了外部型芯，因采用整模造型使加工面和基準面在同一砂箱內，鑄件精度高，是大批量生產時的合理方案。若采用方案b，鑄件若產生錯型將影響鑄件精度，但在單件、小批生產條件下，鑄件的尺寸偏差在一定范圍內可用劃線來矯正，故在相應條件下方案b仍可采用。,應使鑄件的全部或大部放在同一砂型中，以減少錯箱、飛邊毛刺，提高鑄件尺寸精度,管子

14、堵頭分型面位置的選擇實例,(3)為便于造型、下芯、合箱和檢驗鑄件的壁厚，應盡量使型腔及主要型芯位于下箱。,但型腔也不宜過深，并盡量避免使用吊芯和大的吊砂。 圖235為一機床支柱的兩個分型方案。 方案的型腔大部分及型芯位于下箱，這樣便可減少上箱的高度，故較為合理。,抓住主要矛盾、全面考慮,上述諸原則，對于具體鑄件來說多難以全面滿足，有時甚至互相矛盾。 例如，質量要求很高的鑄件(如機床床身、立柱、鉗工平板、造紙烘缸等)，應在滿足澆注位置要求的前提下考慮造型工藝的簡化。 沒有特殊質量要求的一般鑄件，則以簡化工藝、提高經濟效益為主要依據，不必過多地考慮鑄件的澆注位置。 機床立柱、曲軸等圓周面質量要求很

15、高、又需沿軸線分型的鑄件，在批量生產中有時采用“平作立澆”法，此時，采用專用砂箱，先按軸線分型來造型、下芯，合箱之后，將鑄型翻轉90度，豎立后進行澆注。,第三節(jié) 工藝參數的選擇,為了繪制鑄造工藝圖，在鑄造工藝方案初步確定之后，還必須選定鑄件的工藝參數。 機械加工余量 起模斜度 收縮率 型芯頭尺寸,一、機械加工余量和最小鑄孔,在鑄件上為切削加工而加大的尺寸稱為機械加工余量。 余量過大，切削加工費工，且浪費金屬材料；余量過小，制品會因殘留黑皮而報廢，或者，因鑄件表層過硬而加速刀具磨損。 機械加工余量的具體數值取決于鑄件的生產批量、合金的種類、鑄件的大小、加工面與基準面的距離及加工面在澆注時的位置等

16、。 大量生產時，因采用機器造型，鑄件精度高，故余量可減??； 手工造型誤差大，余量應加大。 鑄鋼件因表面粗糙，余量應加大； 非鐵合金鑄件價格甚貴，且表面光潔，所以余量應比鑄鐵小。 鑄件的尺寸愈大或加工面與基準面的距離愈大，鑄件的尺寸誤差也愈大，故余量也應隨之加大。 此外，澆注時朝上的表面因產生缺陷的機率較大其加工余量應比底面和側面大。表29列出了灰鑄鐵件的機械加工余量。,灰鑄鐵件的機械加工余量,鑄件的孔、槽,鑄件的孔、槽是否鑄出，不僅取決于工藝上的可能性，還必須考慮其必要性。 一般來說，較大的孔、槽應當鑄出，以減少切削加工工時、節(jié)省金屬材料，同時也可減小鑄件上的熱節(jié)。但較小的孔、槽則不必鑄出，留

17、待加工反而更經濟。 灰鑄鐵件的最小鑄孔(毛坯孔徑)推薦如下： 單件生產3050 mm 成批生產1520 mm 大量生產1215 mm。 零件圖上不要求加工的孔、槽，無論大小均應鑄出。,二、起模斜度,為了使模樣(或型芯)便于從砂型(或芯盒)中取出，凡垂直于分型面的立壁在制造模樣時必須留出一定的傾斜度(圖236)，此傾斜度稱為起模斜度。 起模斜度的大小取決于立壁的高度、造型方法、模樣材料等因素，通常為153。 立壁愈高，斜度愈?。粰C器造型應比手工造型小，而木模應比金屬模斜度大。 為使型砂便于從模樣內腔中脫出、以形成自帶型芯，內壁的起模斜度應比外壁大，通常為310。,三、收縮率,由于合金的線收縮，鑄

18、件冷卻后的尺寸將比型腔尺寸略為縮小，為保證鑄件應有的尺寸，模樣尺寸必須比鑄件放大一個該合金的收縮量。 在鑄件冷卻過程中其線收縮不僅受到鑄型和型芯的機械阻礙，同時還受到鑄件各部分之間的相互制約。 鑄件的實際線收縮率除隨合金的種類而異外，還與鑄件的形狀、尺寸有關。 灰鑄鐵為 0.71.0 鑄造碳鋼為 1.32.0 鋁硅合金為 0.81.2。,四、型芯頭,型芯頭的形狀和尺寸，對型芯裝配的工藝性和穩(wěn)定性有很大影響。垂直型芯一般都有上、下芯頭(圖237a)，但短而粗的型芯也可省去上芯頭。 芯頭必須留有一定的斜度。 下芯頭的斜度應小些(510)，上芯頭的斜度為便于合箱應大些(615)。 水平芯頭(圖237

19、b)的長度取決于型芯頭直徑及型芯的長度。懸臂型芯頭必須加長，以防合箱時型芯下垂或被金屬液抬起。 型芯頭與鑄型型芯座之間應有14 mm的間隙(S)，以便于鑄型的裝配。,第四節(jié) 綜合分析舉例,(1)方案I 沿底板中心線分型，即采用分開模造型。其優(yōu)點是底面上110 凹槽容易鑄出，軸孔下芯方便，軸孔內凸臺不妨礙起模。缺點是底板上四個凸臺必須采用活塊，同時，鑄件易產生錯型缺陷，飛翅清理的工作量大。此外，若采用木模，加強筋處過薄，木模易損壞。,(2)方案 沿底面分型，鑄件全部位于下箱，為鑄出110 mm凹槽必須采用挖砂造型。方案克服了方案工的缺點，但軸孔內凸臺妨礙起模，必須采用兩個活塊或下型芯。當采用活塊

20、造型時，30 mm軸孔難以下芯。,(3)方案 沿110 mm凹槽底面分型。其優(yōu)缺點與方案類同，僅是將挖砂造型改用分開模造型或假箱造型，以適應不同的生產條件。 可以看出，方案、的優(yōu)點多于方案I。但在不同生產批量下，具體方案可選擇如下：,(1)單件、小批生產 由于軸孔直徑較小、勿需鑄出，而手工造型便于進行挖砂和活塊造型，此時依靠方案分型較為經濟合理。 (2)大批量生產 由于機器造型難以使用活塊，故應采用型芯制出軸孔內凸臺。同時，應采用方案從110凹槽底面分型，以降低模板制造費用。圖239為其鑄造工藝圖，由圖可見，方型芯的寬度大于底板，以便使上箱壓住該型芯，防止?jié)沧r上浮。若軸孔需要鑄出，采用組合型芯即可實現。,二、C6140車床進給箱體,1分型面的選擇,方案 分型面在