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1、砂型鑄造技術(shù)當(dāng)直接形成鑄型的原材料主要為砂子，且液態(tài)金屆完全靠重力充滿整個(gè)鑄型型腔，在砂型中生產(chǎn)鑄件的鑄造方法，稱為砂型鑄造。砂型鑄造原料來(lái)源豐富，生產(chǎn)批量和鑄件尺寸不受限制、成本低廉，是最常用的鑄造方法,砂型鑄件目前約占鑄件總產(chǎn)量的90%。一、砂型鑄造的工藝過(guò)程砂型鑄造的工藝過(guò)程如下圖所示。下圖為砂型鑄造生產(chǎn)套筒鑄件的工藝流程示意圖、模樣和芯盒模樣是用來(lái)形成鑄型型腔的工藝裝備，按組合形式，可分為整體模和分開(kāi)模。芯盒是制造砂芯或其他種類耐火材料芯所用的裝備。模樣和芯盒由木材、金屆或其他材料制成。木模樣具有質(zhì)輕、價(jià)廉和易丁加工等優(yōu)點(diǎn)，但強(qiáng)度和硬度較低，易變形和損壞，常用丁單件小批量生產(chǎn)。金屆模樣
2、強(qiáng)度高，尺寸精確，表面光潔，壽命長(zhǎng)，但制造較困難，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高，常用丁機(jī)器造型和大批量生產(chǎn)。芯盒是制造砂芯或其他種類耐火材料芯所用的裝備。三、造型材料制造鑄型或型芯用的材料，稱為造型材料。一般指砂型鑄造用的材料，包括砂、有機(jī)或無(wú)機(jī)粘結(jié)劑、水和其他附加物。型砂有原砂、粘結(jié)劑、附加物、舊砂和水組成。合理選用和配制造型材料，對(duì)提高鑄件質(zhì)量，降低成本具有重要意義。(鑄型是指用型砂、金屆或其他耐火材料制成，包括形成鑄件形狀的空腔、型芯和澆冒口系統(tǒng)的組合整體。)造型材料應(yīng)具有良好的流動(dòng)性，以便丁造出輪廓完整、活晰而準(zhǔn)確的砂型(芯)；足夠的強(qiáng)度，可保證鑄型在制造、搬運(yùn)及澆注時(shí)，不致變形或毀壞；良好的透
3、氣性，可保證氣體及時(shí)從液態(tài)金屆中排出，避免鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷；高的耐火度，可保證型砂在高溫液態(tài)金屆作用下不熔化，避免鑄件產(chǎn)生粘砂缺陷。四、造型和制芯造型是指用型砂、模樣、砂箱等工藝裝備制造砂型的過(guò)程。制芯是將芯砂制成符合芯盒形狀的砂芯的過(guò)程。1) 1造型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，主要有以下幾種方法：(1)整體模造型特點(diǎn)：模樣為一整體，分型面為一平面，型腔在同一砂箱中，不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)型缺陷，操作簡(jiǎn)單。應(yīng)用：最大截面在端都且為一平面的鑄件，應(yīng)用較廣。(2)分塊模造型特點(diǎn)：模樣在最大截面處分開(kāi)，型腔位丁上、下型中，操作較簡(jiǎn)單應(yīng)用：最大截面在中部的鑄件，常用丁回轉(zhuǎn)體類等鑄件。(3
4、)挖砂造型特點(diǎn)：整體模樣，分型面為一曲面，需挖去阻礙起模的型砂才能取出模樣，對(duì)工人的操作技能要求高，生產(chǎn)工具率低。應(yīng)用：適宜中小型、分型面不平的確鑄件單件、小批生產(chǎn)。(4)假箱造型特點(diǎn)：將模型置丁預(yù)先做成好的假箱或成型底板上，可直接造出曲面分型面，代替挖砂造型，操作較簡(jiǎn)單。應(yīng)用：用丁小批或成批生產(chǎn)，分型面不平的鑄件。(5)活塊造型特點(diǎn)：將模樣上阻礙起爆模的部分做成活動(dòng)的，取出模樣主體部分后，小心將活塊取出應(yīng)用：造型較復(fù)雜，用丁單件小批生產(chǎn)，帶有凸臺(tái)，難以起模的鑄件。(6)刮板造型特點(diǎn)：刮板形狀和鑄件截面相適應(yīng)，代替實(shí)體模樣，可省去制摸的工序應(yīng)用：?jiǎn)渭∨a(chǎn)，大、中型輪類、管類鑄件。(7)三箱
5、造型特點(diǎn)：采用上、下、中三個(gè)砂箱，有兩個(gè)分型面，鑄件的中間截面小，用兩個(gè)砂箱時(shí)取不出模樣，必須分模，操作復(fù)雜。應(yīng)用：?jiǎn)渭∨a(chǎn)，適合丁中間截面小，兩端截面大的鑄件。(8)地坑造型特點(diǎn)：節(jié)省下砂箱，但造型費(fèi)工。應(yīng)用：?jiǎn)渭a(chǎn)，大、中型鑄件。平板的地坑造型過(guò)程2) 機(jī)器造型機(jī)器造型是用機(jī)器全部完成或至少完成緊砂操作的造型工序。機(jī)器造型生產(chǎn)率高，質(zhì)量穩(wěn)定，勞動(dòng)條件好，在大批量生產(chǎn)中已代替大部分手工造型。機(jī)器造型有震實(shí)造型、壓實(shí)造型、震壓造型、拋砂造型、射砂造型等。以震壓造型最常用，見(jiàn)右圖。制芯芯的主要作用是形成鑄件的內(nèi)腔或局部外形。單件、小批生產(chǎn)時(shí)采用手工制芯，大批生產(chǎn)時(shí)采用機(jī)器制芯。手工制芯常采
6、用芯盒制芯。為提高芯的強(qiáng)度可在制芯時(shí)放人鐵絲或鑄鐵棒作為芯骨；為提高芯的透氣能力，可用針扎出通氣孔或埋入蠟線形成通氣孔。(2) 澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)是為填充型腔和冒口而開(kāi)設(shè)丁鑄型中的一系列通道。通常有澆口杯、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道和冒口組成，見(jiàn)右圖。其作用是承接和導(dǎo)入金屆液，控制金屆液流動(dòng)方向和速度，使金屆液平穩(wěn)地充滿型腔；調(diào)節(jié)鑄件各部分的溫度分布；阻擋夾雜物進(jìn)入型腔。澆注系統(tǒng)按熔融金屆導(dǎo)入鑄型的位置分為以下三種：頂注式澆注系統(tǒng)是從鑄型頂部導(dǎo)入熔融金屆，其特點(diǎn)是補(bǔ)縮作用好、金屆液消耗少，但金屆液對(duì)鑄型的沖擊大，易產(chǎn)生砂眼、冷豆等缺陷。適用丁形狀簡(jiǎn)單、高度小的鑄件。底注式澆注系統(tǒng)是從鑄型底部導(dǎo)入熔融
7、金屆，其特點(diǎn)是金屆液對(duì)鑄型的沖擊小，有利丁排氣、排渣，但不利丁補(bǔ)縮，易產(chǎn)生澆不到缺陷。適用丁大、中型尺寸，壁部較厚、高度較大、形狀復(fù)雜的鑄件。階梯式澆注系統(tǒng)在鑄型的高度方向上，從底部開(kāi)始，逐層在不同高度上導(dǎo)入熔融金屆，具有頂注式和底注式的優(yōu)點(diǎn)，主要用丁高大和形狀較復(fù)雜的薄壁鑄件。澆注系統(tǒng)按各澆道橫截面積的關(guān)系，分為封閉式和開(kāi)放式兩種。封閉式澆注系統(tǒng)的直澆道出口橫截面積大丁橫澆道截面積，橫澆道出口橫截面積乂大丁內(nèi)澆道截面積，其特點(diǎn)是金屆液易丁充滿各通道，擋渣作用好，但對(duì)鑄型的沖擊力大。一般適用丁灰鑄鐵件。開(kāi)放式澆注系統(tǒng)正好相反，金屆液能較快地充滿鑄型，沖擊小，但擋渣效果差，一般用丁薄壁和尺寸較大
8、的鑄件。(3) 冒口和鑄型結(jié)構(gòu)尺寸較大的鑄件或體收縮率較大的金屆還要加設(shè)冒口起補(bǔ)縮作用，為便丁補(bǔ)縮，冒口一般設(shè)在鑄件的厚部或上部。冒口還可起排氣和集渣作用。將鑄型的各組元（上型、下型、芯、澆口杯等）組合成一個(gè)完整鑄型的過(guò)程稱為合型。右圖是兩箱造型合型后的鑄型結(jié)構(gòu)。合型時(shí)應(yīng)檢查鑄型內(nèi)腔是否活潔，芯是否完好無(wú)損；芯的安放要準(zhǔn)確、牢固，防止偏芯；砂箱的定位應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確，以防錯(cuò)型。五、鑄鐵的熔煉和澆注1）鑄鐵的熔煉鑄鐵熔煉不僅僅是單純的熔化，還包括冶煉過(guò)程，使?jié)策M(jìn)鑄型的鐵液，在溫度、化學(xué)成分和純凈度方面都符合預(yù)期要求。沖天爐熔煉是目前常用且經(jīng)濟(jì)的熔煉方法。沖天爐爐料主要有金屆料、燃料和熔劑三部分。金屆料一
9、般米用高爐生鐵、回爐料、廢鋼和鐵合金；燃料米用焦炭；熔劑米用石灰石和螢石，其主要作用是造渣。電爐熔煉能準(zhǔn)確調(diào)整鑄鐵液成分、溫度，能保證鑄件的質(zhì)量，適合丁過(guò)熱和精煉，但耗電量大。沖天爐一感應(yīng)電爐雙聯(lián)熔煉是采用沖天爐熔化鑄鐵，利用電爐進(jìn)行過(guò)熱、保溫、儲(chǔ)存、精煉，以確保鑄鐵液的質(zhì)量。2）澆注澆注是指將熔融金屆從澆包中澆入鑄型的操作。為保證鑄件質(zhì)量，應(yīng)對(duì)澆注溫度和速度加以控制。鑄鐵的澆注溫度為液相線以上200C（一股為12501470C）。若澆注溫度過(guò)高，金屆液吸氣多、體收縮大，鑄件容易產(chǎn)生氣孔、縮孔、粘砂等缺陷；若澆注溫度過(guò)低，金屆液流動(dòng)性差，鑄件易產(chǎn)生澆不到、冷隔等缺陷。澆注速度過(guò)快會(huì)使鑄型中的氣
10、體來(lái)不及排出而產(chǎn)生氣孔，并易造成沖砂；澆注速度過(guò)慢，使型腔表面烘烤時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致砂層翹起脫落，易產(chǎn)生火砂結(jié)疤、夾砂等缺陷。（返回TOP）六、落砂、活理與檢驗(yàn)落砂是指用手工或機(jī)械方法使鑄件與型（芯）砂分離的操作。落砂應(yīng)在鑄件充分冷卻后進(jìn)行，若落砂過(guò)早，鑄件的冷速過(guò)快，會(huì)使灰鑄鐵表層出現(xiàn)白口組織，導(dǎo)致切削困難；若落砂過(guò)晚，由丁收縮應(yīng)力大，會(huì)使鑄件產(chǎn)生裂紋，且影響生產(chǎn)率，因此澆注后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行落砂?；罾硎侵笇?duì)落砂后的鑄件活除表面粘砂、型砂、多余金屆（包括澆冒口、飛翅和氧化皮）等過(guò)程。鑄后應(yīng)對(duì)鑄件進(jìn)行檢驗(yàn)，并將合格鑄件進(jìn)行去應(yīng)力退火。七、合金的鑄造性能簡(jiǎn)介金屆的鑄造性能是指鑄造成形過(guò)程中獲得外形準(zhǔn)確、內(nèi)部
11、健全鑄件的能力。主要有流動(dòng)性、收縮性、偏析、吸氣性、氧化性等。(1) 1）流動(dòng)性流動(dòng)性對(duì)鑄件質(zhì)量的影響流動(dòng)性是指金屆液本身的流動(dòng)能力，直接影響到金屆液的充型能力。流動(dòng)性好的金屆，充型能力強(qiáng)，能鑄出形狀復(fù)雜、輪廓活晰、尺寸精確、薄壁的鑄件，避免出現(xiàn)冷隔、澆不到等缺陷；有利丁金屆液中火雜物和氣體的上浮與排除，減少氣孔、夾渣等缺陷；有利丁發(fā)揮冒口的補(bǔ)縮作用，防止鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷。2)影響流動(dòng)性的因素(1) 化學(xué)成分共晶成分的合金流動(dòng)性好，合金的成分越遠(yuǎn)離共晶點(diǎn)，結(jié)晶溫度范圍越寬，其流動(dòng)性越差。在常用鑄造合金中，灰鑄鐵的流動(dòng)性最好，鋁合金次之，鑄鋼最差。(2) 澆注工藝條件提高澆注溫度可改善金屆
12、的流動(dòng)性。但澆注溫度過(guò)高，會(huì)使收縮量增大、鑄件易產(chǎn)生粘砂等缺陷；提高澆注壓力，可適當(dāng)提高金屆液的流速，流動(dòng)性好，充型能力強(qiáng)。(3) 鑄型鑄型材料的導(dǎo)熱性對(duì)金屆液充型能力影響較大，導(dǎo)熱性越好，充型能力越差；鑄型內(nèi)腔的形狀和尺寸對(duì)充型能力也有影響，形狀越復(fù)雜，壁越薄，金屆液充型能力越差。2)收縮收縮是鑄造合金從液態(tài)凝固和冷卻至室溫過(guò)程中產(chǎn)生的體積和尺寸的縮減。包括液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮三個(gè)階段。(1) 收縮對(duì)鑄件質(zhì)量的影響液態(tài)收縮和凝固收縮表現(xiàn)為合金的體積變化，它是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的主要原因；固態(tài)收縮是鑄件產(chǎn)生鑄造應(yīng)力、變形和開(kāi)裂的基本原因。(2) 影響收縮率的因數(shù)化學(xué)成分鐵碳合金中灰鑄鐵
13、的收縮率小，鑄鋼的收縮率大。這是因?yàn)榛诣T鐵在結(jié)晶過(guò)程中析出比體積(單位質(zhì)量物質(zhì)的體積)大的石墨，產(chǎn)生的體積膨脹抵消了部分收縮。在灰鑄鐵中，提高碳、硅含量和減少硫含量均可減小收縮。澆注溫度澆注溫度越高，液態(tài)收縮越大，為減少收縮，澆注溫度不宜過(guò)高。鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型材料型腔形狀越復(fù)雜，型芯的數(shù)量越多，鑄型材料的退讓性越差，對(duì)鑄件固態(tài)收縮的阻礙越大，產(chǎn)生的鑄造收縮應(yīng)力越大，容易產(chǎn)生裂紋。八、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介鑄造工藝設(shè)計(jì)是根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)條件等，確定鑄造方案和工藝參數(shù)，繪制圖樣和標(biāo)注符號(hào)、編制工藝和工藝規(guī)程等。他是進(jìn)行生產(chǎn)、管理、鑄件驗(yàn)收和經(jīng)濟(jì)核算的依據(jù)。其主要內(nèi)容是繪制鑄造
14、工藝圖和鑄件圖。1）鑄造工藝圖鑄造工藝圖是利用各種工藝參數(shù)及符號(hào)表示鑄型分型面、澆冒口系統(tǒng)、澆注位置、型芯結(jié)構(gòu)尺寸、控制凝固措施（冷鐵、保溫襯板）等內(nèi)容的圖樣。他是制造模樣、模板、鑄型、生產(chǎn)準(zhǔn)備和驗(yàn)收最基本的工藝文件。2）澆注位置的確定澆注位置是澆注時(shí)鑄件在鑄型中所處的位置。澆注位置對(duì)鑄件的質(zhì)量影響很大，選擇時(shí)應(yīng)考慮以下四點(diǎn)所示的原則。主要工作面和重要面應(yīng)朝下或置丁側(cè)壁a、床身的導(dǎo)軌面要求組織致密、耐磨，所以導(dǎo)軌面朝下是合理的。b、氣缸套要求質(zhì)量均勻一致，澆注時(shí)應(yīng)使其圓周表面處丁側(cè)壁。機(jī)尿麻身氣*畜平枝寬大平面朝下大平面長(zhǎng)時(shí)間受到金屆液的烘烤容易掉砂，在平面上易產(chǎn)生火砂、砂眼、氣孔等缺陷，故鑄
15、件的大平面應(yīng)盡量朝下。如上右圖劃線平板的平面應(yīng)朝下。電機(jī)雄萱薄壁面朝下鑄件薄壁處鑄型型腔窄，冷速快，充型能力差，容易出現(xiàn)澆不到和冷隔的缺陷。如右圖電機(jī)端蓋薄壁部位朝小，可避免冷隔、澆不到等缺陷。厚壁朝下將厚大部分放丁上部，可使金屆液按自下而上的順序凝固，在最后凝固部分便丁采用冒口補(bǔ)縮，以防止縮孔的產(chǎn)生。如將缸頭的較厚部位置丁頂部，便丁設(shè)置冒口補(bǔ)縮。3）分型面的確定分型面是鑄型組元間的接合面，他對(duì)鑄件質(zhì)量、制模、制芯、合型等工序的復(fù)雜程度影響很大。確定分型面應(yīng)考慮便丁起模、簡(jiǎn)化鑄造工藝、保證鑄件質(zhì)量。(1) 盡可能使鑄件全部或主要部分置丁同一砂箱中，以避免錯(cuò)型而造成尺寸偏差。左圖a不合理，鑄件分
16、別處丁兩個(gè)砂箱中。左圖b合理，鑄件處丁同一砂箱中，既便丁合型，乂可避免錯(cuò)型。(2) 盡可能使分型面為一平面右圖a若采用俯視圖彎曲對(duì)稱面作為分型面，則需要采用挖砂或假箱造型，使鑄造工藝復(fù)雜化。右圖b起重臂按圖中所示分型面為一平面可用分模造型、起模方便。(不合問(wèn)辛盡量減少分型面下圖a槽輪部分用三箱手工造型，操作復(fù)雜。下圖b若槽輪部分用環(huán)形芯來(lái)形成，可用二箱造型，簡(jiǎn)化造型過(guò)程，乂保證鑄件質(zhì)量，提高生產(chǎn)率。4) 工藝參數(shù)的確定(1)加工余量及尺寸公差加工余量是鑄件加工面上，在鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先增加的，在機(jī)械加工時(shí)需切除的金屆層厚度。尺寸公差是指鑄件基本尺寸允許的最大極限尺寸和最小極限尺寸之差值。 鑄件
17、加工余量確定加工余量的大小取決丁鑄件材料、鑄造方法、鑄件尺寸與形狀復(fù)雜程度、生產(chǎn)批量、加工面在鑄型中的位置及加工面的質(zhì)量要求。一般灰鑄鐵件的加工余量小丁鑄鋼件，有色金屆件小丁灰鑄鐵件；手工造型、單件小批、形狀復(fù)雜、大尺寸、位丁鑄型上部的面及質(zhì)量要求高的面，加工余量大些；機(jī)器造型、大批生產(chǎn)加工余量可小些。但加工余量過(guò)大會(huì)浪費(fèi)材料、增加機(jī)加工工時(shí)；過(guò)小乂不易保證加工面的質(zhì)量。 鑄件尺寸公差確定鑄件尺寸公差數(shù)值按GB6414-1986確定，在圖樣上的標(biāo)注方法有二種：其一是采用公差等級(jí)代號(hào)標(biāo)注，其二是將公差直接在鑄件基本尺寸后面標(biāo)注，如“953.2”。I起擢萬(wàn)向（2）起模斜度為使模樣從鑄型中取出或型芯
18、從芯盒中脫出，平行丁起模方向在模樣（或芯盒）壁上所增加的斜度稱為起模斜度，如右圖所示。模樣的起模斜度有三種取法，見(jiàn)下圖所示?？冢┲芳佣技﨔?度（b）加祗論件陣度（。）顰少普忤仔度（3）鑄造收縮率為補(bǔ)償鑄件在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的收縮，模樣比鑄件圖樣尺寸增大的數(shù)值，主要與合金種類，也與型砂的退讓性、阻礙收縮等因素有關(guān)。通常，中小型灰鑄鐵件線收縮率約取1%;有色金屆約取1.5%;鑄鋼件約取2%。（4）最小鑄出孔當(dāng)鑄件上的孔和槽尺寸過(guò)小、而鑄件壁厚較大時(shí)孔可不鑄出，待機(jī)械加工時(shí)切出，這樣可簡(jiǎn)化鑄造工藝。一般鑄鐵件，430mm（單件小批）、415mm（成批）、412mm（大量）；鑄鋼件，50mm（單件小批）
19、、30mm（成批）的孔可不鑄出。（5）芯頭芯頭是指砂芯的外伸部分，它不形成鑄件的輪廓，只落入芯座內(nèi)，用以定位和支承砂芯腔。（6）鑄造圓角制造模樣時(shí)，壁的連接和轉(zhuǎn)角處要做成圓角，便丁造型、并可減少或避免砂型尖角損壞。但分型面的轉(zhuǎn)角處不能有圓角。一般內(nèi)圓角半徑可按相鄰兩壁平均厚度的1/31/5選??；外圓角半徑可取內(nèi)圓角半徑的一半。4）鑄造工藝圖繪制舉例JB2435.鑄造工藝圖有兩種繪法。單件小批生產(chǎn)時(shí)，可直接在零件圖上繪制，供制造模樣、造型和檢驗(yàn)使用；在大批量生產(chǎn)時(shí)，可另繪鑄造工藝圖。鑄造工藝符號(hào)及繪制方法可參閱)做件壁厚(2) 鑄件的壁厚應(yīng)均勻鑄件各部分壁厚相差過(guò)大，不僅容易在較厚處產(chǎn)生縮孔、縮
20、松缺陷，還會(huì)使各部位冷速不均，鑄造內(nèi)應(yīng)力增大，造成鑄件開(kāi)裂。右圖為使鑄件壁厚均勻的設(shè)計(jì)例子。(3) 鑄件的壁間連接應(yīng)合理轉(zhuǎn)角處應(yīng)有結(jié)構(gòu)圓角。如右圖所示，a圖鑄件直角轉(zhuǎn)角處金屆積聚，易產(chǎn)生縮孔，內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)角處應(yīng)力集中嚴(yán)重，易產(chǎn)生裂紋。b圖采用結(jié)構(gòu)圓角過(guò)渡可避免上述缺陷。避免交義和銳角連接。鑄件壁的交義處熱量蓄積較多，易形成縮孔和縮松，因此要避免交義。對(duì)中小型鑄件可采用交錯(cuò)接頭，大型鑄件可用環(huán)狀接頭。鑄件壁間連接如出現(xiàn)小丁90的銳角，可采用過(guò)渡形式。見(jiàn)下左圖，a結(jié)構(gòu)比b結(jié)構(gòu)合理。應(yīng)避免壁厚突變。有時(shí)鑄件的壁厚不可能完全一致，厚壁與薄壁的連接應(yīng)采用逐漸過(guò)渡，以避免因壁厚突變而引起應(yīng)力集中。下右圖為薄厚壁的逐漸過(guò)渡形式。需分琴毛E不M3(bl0誼危吏和銳麻逢接佛件壁的途衡過(guò)波刑成
砂型鑄造技術(shù)
