砂型铸造的造型工艺

铸 造 生 产 常 规 工 艺 流 程 清 理落 砂浇 注合 型型 砂 配 制 合 金 溶 炼模 样 制 作芯 盒 制 作 造 型制 芯 检 验芯 砂 配 制 型 砂 结 构 示 意 图 1-砂 粒 2-空 隙3-附 加 物 4-粘 土 膜 芯 砂 由 于 需 求 量 少 ， 一 般 用 手 工 配 制 。 型 芯 所 处 的 环 境 恶 劣 ， 所 以 芯 砂 性 能 要 求 比 型 砂 高 ，同 时 芯 砂 的 粘 结 剂 (粘 土 、 油 类 等 )比 型 砂 中 的 粘 结 剂的 比 重 要 大 一 些 ， 所 以 其 透 气 性 不 及 型 砂 ， 制 芯 时 要做 出 透 气 道 (孔 )； 为 改 善 型 芯 的 退 让 性 ， 要 加 入 木 屑等 附 加 物 。 有 些 要 求 高 的 小 型 铸 件 往 往 采 用 油 砂 芯 (桐 油 +砂 子 ，经 烘 烤 至 黄 褐 色 而 成 )。 (二 )型 砂 的 性 能 型 砂 的 质 量 直 接 影 响 铸 件 的 质 量 ， 型 砂 质 量 差 会 使铸 件 产 生 气 孔 、 砂 眼 、 粘 砂 、 夹 砂 等 缺 陷 。 良 好 的 型 砂应 具 备 下 列 性 能 ： 透 气 性 型 砂 能 让 气 体 透 过 的 性 能 称 为 透 气 性 。高 温 金 属 液 浇 入 铸 型 后 ， 型 内 充 满 大 量 气 体 ， 这 些 气 体必 须 由 铸 型 内 顺 利 排 出 去 ， 否 则 将 使 铸 件 产 生 气 孔 、 浇不 足 等 缺 陷 。 铸 型 的 透 气 性 受 砂 的 粒 度 、 粘 土 含 量 、 水分 含 量 及 砂 型 紧 实 度 等 因 素 的 影 响 。 砂 的 粒 度 越 细 ， 粘土 及 水 分 含 量 越 高 ， 砂 型 紧 实 度 越 高 ， 透 气 性 则 越 差 。 强 度 型 砂 抵 抗 外 力 破 坏 的 能 力 称 为 强 度 。 型 砂必 须 具 备 足 够 高 的 强 度 才 能 在 造 型 、 搬 运 、 合 箱 过 程 中不 引 起 塌 陷 ， 浇 注 时 也 不 会 破 坏 铸 型 表 面 。 型 砂 的 强 度也 不 宜 过 高 ， 否 则 会 因 透 气 性 、 退 让 性 的 下 降 使 铸 件 产生 缺 陷 。 耐 火 性 指 型 砂 抵 抗 高 温 热 作 用 的 能 力 。 耐 火性 差 ， 铸 件 易 产 生 粘 砂 。 型 砂 中 SiO2含 量 越 多 ， 型 砂颗 粒 就 越 大 ， 耐 火 性 越 好 。 可 塑 性 指 型 砂 在 外 力 作 用 下 变 形 ， 去 除 外 力后 能 完 整 地 保 持 已 有 形 状 的 能 力 。 可 塑 性 好 ， 造 型 操 作方 便 ， 制 成 的 砂 型 形 状 准 确 、 轮 廓 清 晰 。 退 让 性 指 铸 件 在 冷 凝 时 ， 型 砂 可 被 压 缩 的 能力 。 退 让 性 不 好 ， 铸 件 易 产 生 内 应 力 或 开 裂 。 型 砂 越 紧实 ， 退 让 性 越 差 。 在 型 砂 中 加 入 木 屑 等 物 可 以 提 高 退 让性 在 单 件 小 批 生 产 的 铸 造 车 间 里 ， 常 用 手 捏 法 来粗 略 判 断 型 砂 的 某 些 性 能 ， 如 用 手 抓 起 一 把 型 砂 ， 紧捏 时 感 到 柔 软 容 易 变 形 ； 放 开 后 砂 团 不 松 散 、 不 粘 手 ，并 且 手 印 清 晰 ； 把 它 折 断 时 ， 断 面 平 整 均 匀 并 没 有 碎裂 现 象 ， 同 时 感 到 具 有 一 定 强 度 ， 就 认 为 型 砂 具 有 了合 适 的 性 能 要 求 ， 如 图 所 示 。型 砂 湿 度 适 当 时 手 放 开 后 可 看 出 折 断 时 断 隙 设 有 碎 裂 状可 用 手 捏 成 砂 团 清 晰 的 手 纹 同 时 有 足 够 的 强 度 (三 )铸 型 的 组 成 铸 型 是 根 据 零 件 形 状 用 造 型 材 料 制 成的 ， 铸 型 可 以 是 砂 型 ， 也 可 以 是 金 属 型 。砂 型 是 由 型 砂 （ 型 芯 砂 ） 做 造 型 材 料 制 成的 。 它 是 用 于 浇 注 金 属 液 ， 以 获 得 形 状 、 尺 寸 和 质 量 符 合 要 求 的 铸 件 。 1-分 型 面 2-上 型 3-出 气 孔4-浇 注 系 统 5-型 腔 6-下 型7-型 芯 8-芯 头 芯 座 铸 型 一 般 由 上 型 、下 型 、 型 芯 、 型 腔 和 浇注 系 统 组 成 ， 如 右 图 所示 。 铸 型 组 元 间 的 接 合面 称 为 分 型 面 。 铸 型 中造 型 材 料 所 包 围 的 空 腔部 分 ， 即 形 成 铸 件 本 体的 空 腔 称 为 型 腔 。 液 态金 属 通 过 浇 注 系 统 流 入并 充 满 型 腔 ， 产 生 的 气体 从 出 气 口 等 处 排 出 砂型 。 (四 )浇 冒 口 系 统 浇 注 系 统 浇 注 系 统 是 为 金 属 液 流 入 型 腔而 开 设 于 铸 型 中 的 一 系 列 通 道 。 其 作 用 是 ： 平 稳 、 迅 速 地 注 入 金 属 液 ； 阻 止 熔 渣 、 砂 粒 等 进 入 型 腔 ； 调 节 铸 件 各 部 分 温 度 ， 补 充 金 属 液 在 冷却 和 凝 固 时 的 体 积 收 缩 。 正 确 地 设 置 浇 注 系 统 ， 对 保 证 铸 件 质 量 、降 低 金 属 的 消 耗 量 有 重 要 的 意 义 。 若 浇 注 系 统 不 合 理 ， 铸 件 易 产 生 冲 砂 、 砂眼 、 渣 孔 、 浇 不 到 、 气 孔 和 缩 孔 等 缺 陷 。 典 型 的 浇 注 系 统 由 外 浇 口 、 直 浇 道 、 横 浇道 和 内 浇 道 四 部 分 组 成 ， 如 下 图 所 示 。 对 形 状 简 单 的 小 铸 件 可 以 省 略 横 浇 道 。 典 型 浇 注 系 统 外 浇 口 其 作 用 是 容 纳 注 入 的 金 属 液 并 缓 解 液 态金 属 对 砂 型 的 冲 击 。 小 型 铸 件 通 常 为 漏 斗 状 （ 称 浇 口 杯 ） ，较 大 型 铸 件 为 盆 状 （ 称 浇 口 盆 ） 。 直 浇 道 它 是 连 接 外 浇 口 与 横 浇 道 的 垂 直 通 道 。改 变 直 浇 道 的 高 度 可 以 改 变 金 属 液 的 静 压 力 大 小 和 改 变 金属 液 的 流 动 速 度 ， 从 而 改 变 液 态 金 属 的 充 型 能 力 。 如 果 直浇 道 的 高 度 或 直 径 太 大 ， 会 使 铸 件 产 生 浇 不 足 的 现 象 。 为便 于 取 出 直 浇 道 棒 ， 直 浇 道 一 般 做 成 上 大 下 小 的 圆 锥 形 。 横 浇 道 它 是 将 直 浇 道 的 金 属 液 引 入 内 浇 道 的 水平 通 道 ， 一 般 开 设 在 砂 型 的 分 型 面 上 ， 其 截 面 形 状 一 般 是高 梯 形 ， 并 位 于 内 浇 道 的 上 面 。 横 浇 道 的 主 要 作 用 是 分 配金 属 液 进 入 内 浇 道 和 起 挡 渣 作 用 。 内 浇 道 它 是 直 接 与 型 腔 相 连 ， 并 能 调 节 金 属 液 流入 型 腔 的 方 向 和 速 度 、 调 节 铸 件 各 部 分 的 冷 却 速 度 。 内 浇道 的 截 面 形 状 一 般 是 扁 梯 形 和 月 牙 形 ， 也 可 为 三 角 形 。 冒 口 常 见 的 缩 孔 、 缩 松 等 缺 陷 是 由 于 铸 件冷 却 凝 固 时 体 积 收 缩 而 产 生 的 。 为 防 止 缩 孔 和缩 松 ， 往 往 在 铸 件 的 顶 部 或 厚 实 部 位 设 置 冒 口 。冒 口 是 指 在 铸 型 内 特 设 的 空 腔 及 注 入 该 空 腔 的金 属 。 冒 口 中 的 金 属 液 可 不 断 地 补 充 铸 件 的 收缩 ， 从 而 使 铸 件 避 免 出 现 缩 孔 、 缩 松 。 冒 口 是多 余 部 分 ， 清 理 时 要 切 除 掉 。 冒 口 除 了 补 缩 作用 外 ， 还 有 排 气 和 集 渣 的 作 用 。 （ 五 ） 模 样 和 芯 盒 的 制 造 模 样 是 铸 造 生 产 中 必 要 的 工 艺 装 备 。 对 具有 内 腔 的 铸 件 ， 铸 造 时 内 腔 由 砂 芯 形 成 ， 因 此 还要 制 备 造 砂 芯 用 的 芯 盒 。 制 造 模 样 和 芯 盒 常 用 的材 料 有 木 材 、 金 属 和 塑 料 。 在 单 件 、 小 批 量 生 产 时 广 泛 采 用 木 质 模 样和 芯 盒 ， 在 大 批 量 生 产 时 多 采 用 金 属 或 塑 料 模 样 、芯 盒 。 金 属 模 样 与 芯 盒 的 使 用 寿 命 长 达 10万 30万 次 ， 塑 料 的 使 用 寿 命 最 多 几 万 次 ， 而 木 质 的 仅1000次 左 右 。 为 了 保 证 铸 件 质 量 ， 在 设 计 和 制 造 模 样 和芯 盒 时 ， 必 须 先 设 计 出 铸 造 工 艺 图 ， 然 后 根 据 工 艺 图 的 形 状 和 大 小 ， 制 造 模 样 和 芯 盒 。 见 下 图 。 在 设 计 工 艺 图 时 ， 要 考 虑 下 列 一 些 问 题 ： 分 型 面 的 选 择 分 型 面 是 上 、 下 砂 型 的 分 界 面 ，选 择 分 型 面 时 必 须 使 模 样 能 从 砂 型 中 取 出 ， 并 使 造 型 方 便和 有 利 于 保 证 铸 件 质 量 。 拔 模 斜 度 为 了 易 于 从 砂 型 中 取 出 模 样 ， 凡 垂 直于 分 型 面 的 表 面 ， 都 做 出 0.5 4的 拔 模 斜 度 加 工 余 量 铸 件 需 要 加 工 的 表 面 ， 均 需 留 出 适 当的 加 工 余 量 。 收 缩 量 铸 件 冷 却 时 要 收 缩 ， 模 样 的 尺 寸 应 考 虑铸 件 收 缩 的 影 响 。 通 常 用 于 铸 铁 件 的 要 加 大 1 ； 铸 钢 件的 加 大 1.5 2 ； 铝 合 金 件 的 加 大 1 1.5 。 铸 造 圆 角 铸 件 上 各 表 面 的 转 折 处 ， 都 要 做 成 过渡 性 圆 角 ， 以 利 于 造 型 及 保 证 铸 件 质 量 。 芯 头 有 砂 芯 的 砂 型 ， 必 须 在 模 样 上 做 出 相 应 的芯 头 。 (a)造 下 砂 型 (b)刮 平 、 翻 箱 (c)造 上 型 、 扎 气 孔(d)起 箱 起 模 开 浇 口 (e)合 型 (f) 带 浇 口 的 铸 件齿 轮 整 模 造 型 过 程 (2)分 模 造 型 分 模 造 型 的 特 点 是 ： 模 样 是 分 开 的 ， 模 样的 分 开 面 （ 称 为 分 型 面 ） 必 须 是 模 样 的 最 大截 面 ， 以 利 于 起 模 。 分 模 造 型 过 程 与 整 模 造型 基 本 相 似 ， 不 同 的 是 造 上 型 时 增 加 放 上 模样 和 取 上 半 模 样 两 个 操 作 。 分 模 造 型 适 用 于 形 状 复 杂 的 铸 件 ， 如 套 筒 、管 子 和 阀 体 等 。 (a)造 下 型 (b)造 上 型 (c)开 箱 、 起 模 (d)开 浇 口 、 下 芯 (e)合 型 (f)带 浇 口 的 铸 件 (3)活 块 模 造 型 模 样 上 可 拆 卸 或 能 活 动 的 部 分 叫 活 块 。 当 模 样 上 有 妨 碍 起 模 的 侧 面 伸 出 部 分 (如小 凸 台 )时 ， 常 将 该 部 分 做 成 活 块 。 起 模 时 ，先 将 模 样 主 体 取 出 ， 再 将 留 在 铸 型 内 的 活 块单 独 取 出 ， 这 种 方 法 称 为 活 块 模 造 型 。 用 钉 子 连 接 的 活 块 模 造 型 时 ， 应 注 意 先 将活 块 四 周 的 型 砂 塞 紧 ， 然 后 拔 出 钉 子 。 零 件 图 铸 件 模 样(a)造 下 型 、 拔 出 钉 子 (b)取 出 模 样 主 体 (c) 取 出 活 块 活 块 造 型 1-用 钉 子 连 接 活 块 2-用 燕 尾 连 接 活 块 (4)挖 砂 造 型 当 铸 件 按 结 构 特 点 需 要 采 用 分 模 造 型 ， 但由 于 条 件 限 制 (如 模 样 太 薄 ， 制 模 困 难 )仍 做 成整 模 时 ， 为 便 于 起 模 ， 下 型 分 型 面 需 挖 成 曲 面或 有 高 低 变 化 的 阶 梯 形 状 (称 不 平 分 型 面 )， 这种 方 法 叫 挖 砂 造 型 。 零 件 图 (a)造 下 型 (b)翻 下 型 、 挖 修 分 型 面(c)造 上 型 、 敞 箱 、 (d)合 箱 (e)带 浇 口 的 铸 件 起 模 手 轮 的 挖 砂 造 型 过 程 (5)三 箱 造 型 用 三 个 砂 箱 制 造 铸 型 的 过 程 称 为 三 箱 造 型 。前 述 各 种 造 型 方 法 都 是 使 用 两 个 砂 箱 ， 操 作 简 便 、应 用 广 泛 。 但 有 些 铸 件 如 两 端 截 面 尺 寸 大 于 中 间截 面 时 ， 需 要 用 三 个 砂 箱 ， 从 两 个 方 向 分 别 起 模 。 铸 件 图 模 样 (a)造 下 箱 (b)翻 箱 、 造 中 箱。 (c)造 上 箱 (d)依 次 取 箱 (e)下 芯 合 型带 轮 的 三 箱 造 型 过 程 (6)刮 板 造 型 尺 寸 大 于 500mm的 旋 转 体 铸 件 ， 如 带 轮 、 飞轮 、 大 齿 轮 等 单 件 生 产 时 ， 为 节 省 木 材 、 模 样 加工 时 间 及 费 用 ， 可 以 采 用 刮 板 造 型 。 刮 板 是 一 块 和 铸 件 截 面 形 状 相 适 应 的 木 板 。造 型 时 将 刮 板 绕 着 固 定 的 中 心 轴 旋 转 ， 在 砂 型 中刮 制 出 所 需 的 型 腔 ， 如 下 图 所 示 。 (a)皮 带 轮 铸 件 (b)刮 板(c)刮 制 下 型 (d)刮 制 上 型 (e)合 型皮 带 轮 铸 件 的 刮 板 造 型 过 程 (7) 假 箱 造 型 假 箱 造 型 是 利 用 预 制 的 成 形 底 板 或 假 箱 来 代 替 挖砂 造 型 中 所 挖 去 的 型 砂 ， 如 下 图 所 示 。 用 假 箱 和 成 形 底 板 造 型a) 假 箱 b)成 形 底 板1-假 箱 2-下 砂 型 3-最 大 分 型 面 4-成 形 底 板 (8) 地 坑 造 型 直 接 在 铸 造 车 间 的 砂 地 上 或 砂 坑 内 造 型 的方 法 称 为 地 坑 造 型 。 大 型 铸 件 单 件 生 产 时 ， 为 节 省 砂 箱 ， 降 低铸 型 高 度 ， 便 于 浇 注 操 作 ， 多 采 用 地 坑 造 型 。 下 图 为 地 坑 造 型 结 构 ， 造 型 时 需 考 虑 浇 注时 能 顺 利 将 地 坑 中 的 气 体 引 出 地 面 ， 常 以 焦 炭 、炉 渣 等 透 气 物 料 垫 底 ， 并 用 铁 管 引 出 气 体 。 地 坑 造 型 结 构 地 坑 造 型 (a) (b) (c) (d) (e)对 开 式 芯 盒 制 芯(a)准 备 芯 盒 (b)夹 紧 芯 盒 ， 分 次 加 入 芯 砂 、 芯 骨 ，舂 砂 (c)刮 平 、 扎 通 气 孔 (d)松 开 夹 子 ， 轻 敲 芯盒 (e)打 开 芯 盒 ， 取 出 砂 芯 ， 上 涂 料 右 图 为 起重 机 卷 扬 筒 的浇 注 位 置 方 案 。采 用 立 式 浇 注 ，由 于 全 部 圆 周表 面 均 处 于 侧立 位 置 ， 其 质量 均 匀 一 致 、较 易 获 得 合 格铸 件 单 件 小 批 量 生 产 的 小 铸 铁 件 的 加 工 余 量 为4.5 5.5mm； 小 型 有 色 金 属 铸 件 加 工 余 量 为3mm； 灰 铸 铁 件 的 加 工 余 量 值 可 参 阅 JB285480。 合 金 种 类 铸 造 收 缩 率自 由 收 缩 受 阻 收 缩灰铸铁 中 小 型 铸 件 1.0 0.9中 大 型 铸 件 0.9 0.8特 大 型 铸 件 0.8 0.7球 墨 铸 铁 1.0 0.8碳 钢 和 低 合 金 钢 1.6 2.0 1.3 1.7锡 青 铜 1.4 1.2无 锡 青 铜 2.0 2.2 1.6 1.8硅 黄 铜 1.7 1.8 1.6 1.7铝 硅 合 金 1.0 1.2 0.8 1.0