砂型鑄造的造型工藝

鑄 造 生 產(chǎn) 常 規(guī) 工 藝 流 程 清 理落 砂澆 注合 型型 砂 配 制 合 金 溶 煉模 樣 制 作芯 盒 制 作 造 型制 芯 檢 驗芯 砂 配 制 型 砂 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 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 處 的 環(huán) 境 惡 劣 ， 所 以 芯 砂 性 能 要 求 比 型 砂 高 ，同 時 芯 砂 的 粘 結(jié) 劑 (粘 土 、 油 類 等 )比 型 砂 中 的 粘 結(jié) 劑的 比 重 要 大 一 些 ， 所 以 其 透 氣 性 不 及 型 砂 ， 制 芯 時 要做 出 透 氣 道 (孔 )； 為 改 善 型 芯 的 退 讓 性 ， 要 加 入 木 屑等 附 加 物 。 有 些 要 求 高 的 小 型 鑄 件 往 往 采 用 油 砂 芯 (桐 油 +砂 子 ，經(jīng) 烘 烤 至 黃 褐 色 而 成 )。 (二 )型 砂 的 性 能 型 砂 的 質(zhì) 量 直 接 影 響 鑄 件 的 質(zhì) 量 ， 型 砂 質(zhì) 量 差 會 使鑄 件 產(chǎn) 生 氣 孔 、 砂 眼 、 粘 砂 、 夾 砂 等 缺 陷 。 良 好 的 型 砂應(yīng) 具 備 下 列 性 能 ： 透 氣 性 型 砂 能 讓 氣 體 透 過 的 性 能 稱 為 透 氣 性 。高 溫 金 屬 液 澆 入 鑄 型 后 ， 型 內(nèi) 充 滿 大 量 氣 體 ， 這 些 氣 體必 須 由 鑄 型 內(nèi) 順 利 排 出 去 ， 否 則 將 使 鑄 件 產(chǎn) 生 氣 孔 、 澆不 足 等 缺 陷 。 鑄 型 的 透 氣 性 受 砂 的 粒 度 、 粘 土 含 量 、 水分 含 量 及 砂 型 緊 實 度 等 因 素 的 影 響 。 砂 的 粒 度 越 細 ， 粘土 及 水 分 含 量 越 高 ， 砂 型 緊 實 度 越 高 ， 透 氣 性 則 越 差 。 強 度 型 砂 抵 抗 外 力 破 壞 的 能 力 稱 為 強 度 。 型 砂必 須 具 備 足 夠 高 的 強 度 才 能 在 造 型 、 搬 運 、 合 箱 過 程 中不 引 起 塌 陷 ， 澆 注 時 也 不 會 破 壞 鑄 型 表 面 。 型 砂 的 強 度也 不 宜 過 高 ， 否 則 會 因 透 氣 性 、 退 讓 性 的 下 降 使 鑄 件 產(chǎn)生 缺 陷 。 耐 火 性 指 型 砂 抵 抗 高 溫 熱 作 用 的 能 力 。 耐 火性 差 ， 鑄 件 易 產(chǎn) 生 粘 砂 。 型 砂 中 SiO2含 量 越 多 ， 型 砂顆 粒 就 越 大 ， 耐 火 性 越 好 。 可 塑 性 指 型 砂 在 外 力 作 用 下 變 形 ， 去 除 外 力后 能 完 整 地 保 持 已 有 形 狀 的 能 力 。 可 塑 性 好 ， 造 型 操 作方 便 ， 制 成 的 砂 型 形 狀 準(zhǔn) 確 、 輪 廓 清 晰 。 退 讓 性 指 鑄 件 在 冷 凝 時 ， 型 砂 可 被 壓 縮 的 能力 。 退 讓 性 不 好 ， 鑄 件 易 產(chǎn) 生 內(nèi) 應(yīng) 力 或 開 裂 。 型 砂 越 緊實 ， 退 讓 性 越 差 。 在 型 砂 中 加 入 木 屑 等 物 可 以 提 高 退 讓性 在 單 件 小 批 生 產(chǎn) 的 鑄 造 車 間 里 ， 常 用 手 捏 法 來粗 略 判 斷 型 砂 的 某 些 性 能 ， 如 用 手 抓 起 一 把 型 砂 ， 緊捏 時 感 到 柔 軟 容 易 變 形 ； 放 開 后 砂 團 不 松 散 、 不 粘 手 ，并 且 手 印 清 晰 ； 把 它 折 斷 時 ， 斷 面 平 整 均 勻 并 沒 有 碎裂 現(xiàn) 象 ， 同 時 感 到 具 有 一 定 強 度 ， 就 認 為 型 砂 具 有 了合 適 的 性 能 要 求 ， 如 圖 所 示 。型 砂 濕 度 適 當(dāng) 時 手 放 開 后 可 看 出 折 斷 時 斷 隙 設(shè) 有 碎 裂 狀可 用 手 捏 成 砂 團 清 晰 的 手 紋 同 時 有 足 夠 的 強 度 (三 )鑄 型 的 組 成 鑄 型 是 根 據(jù) 零 件 形 狀 用 造 型 材 料 制 成的 ， 鑄 型 可 以 是 砂 型 ， 也 可 以 是 金 屬 型 。砂 型 是 由 型 砂 （ 型 芯 砂 ） 做 造 型 材 料 制 成的 。 它 是 用 于 澆 注 金 屬 液 ， 以 獲 得 形 狀 、 尺 寸 和 質(zhì) 量 符 合 要 求 的 鑄 件 。 1-分 型 面 2-上 型 3-出 氣 孔4-澆 注 系 統(tǒng) 5-型 腔 6-下 型7-型 芯 8-芯 頭 芯 座 鑄 型 一 般 由 上 型 、下 型 、 型 芯 、 型 腔 和 澆注 系 統(tǒng) 組 成 ， 如 右 圖 所示 。 鑄 型 組 元 間 的 接 合面 稱 為 分 型 面 。 鑄 型 中造 型 材 料 所 包 圍 的 空 腔部 分 ， 即 形 成 鑄 件 本 體的 空 腔 稱 為 型 腔 。 液 態(tài)金 屬 通 過 澆 注 系 統(tǒng) 流 入并 充 滿 型 腔 ， 產(chǎn) 生 的 氣體 從 出 氣 口 等 處 排 出 砂型 。 (四 )澆 冒 口 系 統(tǒng) 澆 注 系 統(tǒng) 澆 注 系 統(tǒng) 是 為 金 屬 液 流 入 型 腔而 開 設(shè) 于 鑄 型 中 的 一 系 列 通 道 。 其 作 用 是 ： 平 穩(wěn) 、 迅 速 地 注 入 金 屬 液 ； 阻 止 熔 渣 、 砂 粒 等 進 入 型 腔 ； 調(diào) 節(jié) 鑄 件 各 部 分 溫 度 ， 補 充 金 屬 液 在 冷卻 和 凝 固 時 的 體 積 收 縮 。 正 確 地 設(shè) 置 澆 注 系 統(tǒng) ， 對 保 證 鑄 件 質(zhì) 量 、降 低 金 屬 的 消 耗 量 有 重 要 的 意 義 。 若 澆 注 系 統(tǒng) 不 合 理 ， 鑄 件 易 產(chǎn) 生 沖 砂 、 砂眼 、 渣 孔 、 澆 不 到 、 氣 孔 和 縮 孔 等 缺 陷 。 典 型 的 澆 注 系 統(tǒng) 由 外 澆 口 、 直 澆 道 、 橫 澆道 和 內(nèi) 澆 道 四 部 分 組 成 ， 如 下 圖 所 示 。 對 形 狀 簡 單 的 小 鑄 件 可 以 省 略 橫 澆 道 。 典 型 澆 注 系 統(tǒng) 外 澆 口 其 作 用 是 容 納 注 入 的 金 屬 液 并 緩 解 液 態(tài)金 屬 對 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 ） 。 直 澆 道 它 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 金 屬 液 的 靜 壓 力 大 小 和 改 變 金屬 液 的 流 動 速 度 ， 從 而 改 變 液 態(tài) 金 屬 的 充 型 能 力 。 如 果 直澆 道 的 高 度 或 直 徑 太 大 ， 會 使 鑄 件 產(chǎn) 生 澆 不 足 的 現(xiàn) 象 。 為便 于 取 出 直 澆 道 棒 ， 直 澆 道 一 般 做 成 上 大 下 小 的 圓 錐 形 。 橫 澆 道 它 是 將 直 澆 道 的 金 屬 液 引 入 內(nèi) 澆 道 的 水平 通 道 ， 一 般 開 設(shè) 在 砂 型 的 分 型 面 上 ， 其 截 面 形 狀 一 般 是高 梯 形 ， 并 位 于 內(nèi) 澆 道 的 上 面 。 橫 澆 道 的 主 要 作 用 是 分 配金 屬 液 進 入 內(nèi) 澆 道 和 起 擋 渣 作 用 。 內(nèi) 澆 道 它 是 直 接 與 型 腔 相 連 ， 并 能 調(diào) 節(jié) 金 屬 液 流入 型 腔 的 方 向 和 速 度 、 調(diào) 節(jié) 鑄 件 各 部 分 的 冷 卻 速 度 。 內(nèi) 澆道 的 截 面 形 狀 一 般 是 扁 梯 形 和 月 牙 形 ， 也 可 為 三 角 形 。 冒 口 常 見 的 縮 孔 、 縮 松 等 缺 陷 是 由 于 鑄 件冷 卻 凝 固 時 體 積 收 縮 而 產(chǎn) 生 的 。 為 防 止 縮 孔 和縮 松 ， 往 往 在 鑄 件 的 頂 部 或 厚 實 部 位 設(shè) 置 冒 口 。冒 口 是 指 在 鑄 型 內(nèi) 特 設(shè) 的 空 腔 及 注 入 該 空 腔 的金 屬 。 冒 口 中 的 金 屬 液 可 不 斷 地 補 充 鑄 件 的 收縮 ， 從 而 使 鑄 件 避 免 出 現(xiàn) 縮 孔 、 縮 松 。 冒 口 是多 余 部 分 ， 清 理 時 要 切 除 掉 。 冒 口 除 了 補 縮 作用 外 ， 還 有 排 氣 和 集 渣 的 作 用 。 （ 五 ） 模 樣 和 芯 盒 的 制 造 模 樣 是 鑄 造 生 產(chǎn) 中 必 要 的 工 藝 裝 備 。 對 具有 內(nèi) 腔 的 鑄 件 ， 鑄 造 時 內(nèi) 腔 由 砂 芯 形 成 ， 因 此 還要 制 備 造 砂 芯 用 的 芯 盒 。 制 造 模 樣 和 芯 盒 常 用 的材 料 有 木 材 、 金 屬 和 塑 料 。 在 單 件 、 小 批 量 生 產(chǎn) 時 廣 泛 采 用 木 質(zhì) 模 樣和 芯 盒 ， 在 大 批 量 生 產(chǎn) 時 多 采 用 金 屬 或 塑 料 模 樣 、芯 盒 。 金 屬 模 樣 與 芯 盒 的 使 用 壽 命 長 達 10萬 30萬 次 ， 塑 料 的 使 用 壽 命 最 多 幾 萬 次 ， 而 木 質(zhì) 的 僅1000次 左 右 。 為 了 保 證 鑄 件 質(zhì) 量 ， 在 設(shè) 計 和 制 造 模 樣 和芯 盒 時 ， 必 須 先 設(shè) 計 出 鑄 造 工 藝 圖 ， 然 后 根 據(jù) 工 藝 圖 的 形 狀 和 大 小 ， 制 造 模 樣 和 芯 盒 。 見 下 圖 。 在 設(shè) 計 工 藝 圖 時 ， 要 考 慮 下 列 一 些 問 題 ： 分 型 面 的 選 擇 分 型 面 是 上 、 下 砂 型 的 分 界 面 ，選 擇 分 型 面 時 必 須 使 模 樣 能 從 砂 型 中 取 出 ， 并 使 造 型 方 便和 有 利 于 保 證 鑄 件 質(zhì) 量 。 拔 模 斜 度 為 了 易 于 從 砂 型 中 取 出 模 樣 ， 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 鑄 件 需 要 加 工 的 表 面 ， 均 需 留 出 適 當(dāng)?shù)?加 工 余 量 。 收 縮 量 鑄 件 冷 卻 時 要 收 縮 ， 模 樣 的 尺 寸 應(yīng) 考 慮鑄 件 收 縮 的 影 響 。 通 常 用 于 鑄 鐵 件 的 要 加 大 1 ； 鑄 鋼 件的 加 大 1.5 2 ； 鋁 合 金 件 的 加 大 1 1.5 。 鑄 造 圓 角 鑄 件 上 各 表 面 的 轉(zhuǎn) 折 處 ， 都 要 做 成 過渡 性 圓 角 ， 以 利 于 造 型 及 保 證 鑄 件 質(zhì) 量 。 芯 頭 有 砂 芯 的 砂 型 ， 必 須 在 模 樣 上 做 出 相 應(yīng) 的芯 頭 。 (a)造 下 砂 型 (b)刮 平 、 翻 箱 (c)造 上 型 、 扎 氣 孔(d)起 箱 起 模 開 澆 口 (e)合 型 (f) 帶 澆 口 的 鑄 件齒 輪 整 模 造 型 過 程 (2)分 模 造 型 分 模 造 型 的 特 點 是 ： 模 樣 是 分 開 的 ， 模 樣的 分 開 面 （ 稱 為 分 型 面 ） 必 須 是 模 樣 的 最 大截 面 ， 以 利 于 起 模 。 分 模 造 型 過 程 與 整 模 造型 基 本 相 似 ， 不 同 的 是 造 上 型 時 增 加 放 上 模樣 和 取 上 半 模 樣 兩 個 操 作 。 分 模 造 型 適 用 于 形 狀 復(fù) 雜 的 鑄 件 ， 如 套 筒 、管 子 和 閥 體 等 。 (a)造 下 型 (b)造 上 型 (c)開 箱 、 起 模 (d)開 澆 口 、 下 芯 (e)合 型 (f)帶 澆 口 的 鑄 件 (3)活 塊 模 造 型 模 樣 上 可 拆 卸 或 能 活 動 的 部 分 叫 活 塊 。 當(dāng) 模 樣 上 有 妨 礙 起 模 的 側(cè) 面 伸 出 部 分 (如小 凸 臺 )時 ， 常 將 該 部 分 做 成 活 塊 。 起 模 時 ，先 將 模 樣 主 體 取 出 ， 再 將 留 在 鑄 型 內(nèi) 的 活 塊單 獨 取 出 ， 這 種 方 法 稱 為 活 塊 模 造 型 。 用 釘 子 連 接 的 活 塊 模 造 型 時 ， 應(yīng) 注 意 先 將活 塊 四 周 的 型 砂 塞 緊 ， 然 后 拔 出 釘 子 。 零 件 圖 鑄 件 模 樣(a)造 下 型 、 拔 出 釘 子 (b)取 出 模 樣 主 體 (c) 取 出 活 塊 活 塊 造 型 1-用 釘 子 連 接 活 塊 2-用 燕 尾 連 接 活 塊 (4)挖 砂 造 型 當(dāng) 鑄 件 按 結(jié) 構(gòu) 特 點 需 要 采 用 分 模 造 型 ， 但由 于 條 件 限 制 (如 模 樣 太 薄 ， 制 模 困 難 )仍 做 成整 模 時 ， 為 便 于 起 模 ， 下 型 分 型 面 需 挖 成 曲 面或 有 高 低 變 化 的 階 梯 形 狀 (稱 不 平 分 型 面 )， 這種 方 法 叫 挖 砂 造 型 。 零 件 圖 (a)造 下 型 (b)翻 下 型 、 挖 修 分 型 面(c)造 上 型 、 敞 箱 、 (d)合 箱 (e)帶 澆 口 的 鑄 件 起 模 手 輪 的 挖 砂 造 型 過 程 (5)三 箱 造 型 用 三 個 砂 箱 制 造 鑄 型 的 過 程 稱 為 三 箱 造 型 。前 述 各 種 造 型 方 法 都 是 使 用 兩 個 砂 箱 ， 操 作 簡 便 、應(yīng) 用 廣 泛 。 但 有 些 鑄 件 如 兩 端 截 面 尺 寸 大 于 中 間截 面 時 ， 需 要 用 三 個 砂 箱 ， 從 兩 個 方 向 分 別 起 模 。 鑄 件 圖 模 樣 (a)造 下 箱 (b)翻 箱 、 造 中 箱。 (c)造 上 箱 (d)依 次 取 箱 (e)下 芯 合 型帶 輪 的 三 箱 造 型 過 程 (6)刮 板 造 型 尺 寸 大 于 500mm的 旋 轉(zhuǎn) 體 鑄 件 ， 如 帶 輪 、 飛輪 、 大 齒 輪 等 單 件 生 產(chǎn) 時 ， 為 節(jié) 省 木 材 、 模 樣 加工 時 間 及 費 用 ， 可 以 采 用 刮 板 造 型 。 刮 板 是 一 塊 和 鑄 件 截 面 形 狀 相 適 應(yīng) 的 木 板 。造 型 時 將 刮 板 繞 著 固 定 的 中 心 軸 旋 轉(zhuǎn) ， 在 砂 型 中刮 制 出 所 需 的 型 腔 ， 如 下 圖 所 示 。 (a)皮 帶 輪 鑄 件 (b)刮 板(c)刮 制 下 型 (d)刮 制 上 型 (e)合 型皮 帶 輪 鑄 件 的 刮 板 造 型 過 程 (7) 假 箱 造 型 假 箱 造 型 是 利 用 預(yù) 制 的 成 形 底 板 或 假 箱 來 代 替 挖砂 造 型 中 所 挖 去 的 型 砂 ， 如 下 圖 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 鑄 造 車 間 的 砂 地 上 或 砂 坑 內(nèi) 造 型 的方 法 稱 為 地 坑 造 型 。 大 型 鑄 件 單 件 生 產(chǎn) 時 ， 為 節(jié) 省 砂 箱 ， 降 低鑄 型 高 度 ， 便 于 澆 注 操 作 ， 多 采 用 地 坑 造 型 。 下 圖 為 地 坑 造 型 結(jié) 構(gòu) ， 造 型 時 需 考 慮 澆 注時 能 順 利 將 地 坑 中 的 氣 體 引 出 地 面 ， 常 以 焦 炭 、爐 渣 等 透 氣 物 料 墊 底 ， 并 用 鐵 管 引 出 氣 體 。 地 坑 造 型 結(jié) 構(gòu) 地 坑 造 型 (a) (b) (c) (d) (e)對 開 式 芯 盒 制 芯(a)準(zhǔn) 備 芯 盒 (b)夾 緊 芯 盒 ， 分 次 加 入 芯 砂 、 芯 骨 ，舂 砂 (c)刮 平 、 扎 通 氣 孔 (d)松 開 夾 子 ， 輕 敲 芯盒 (e)打 開 芯 盒 ， 取 出 砂 芯 ， 上 涂 料 右 圖 為 起重 機 卷 揚 筒 的澆 注 位 置 方 案 。采 用 立 式 澆 注 ，由 于 全 部 圓 周表 面 均 處 于 側(cè)立 位 置 ， 其 質(zhì)量 均 勻 一 致 、較 易 獲 得 合 格鑄 件 單 件 小 批 量 生 產(chǎn) 的 小 鑄 鐵 件 的 加 工 余 量 為4.5 5.5mm； 小 型 有 色 金 屬 鑄 件 加 工 余 量 為3mm； 灰 鑄 鐵 件 的 加 工 余 量 值 可 參 閱 JB285480。 合 金 種 類 鑄 造 收 縮 率自 由 收 縮 受 阻 收 縮灰鑄鐵 中 小 型 鑄 件 1.0 0.9中 大 型 鑄 件 0.9 0.8特 大 型 鑄 件 0.8 0.7球 墨 鑄 鐵 1.0 0.8碳 鋼 和 低 合 金 鋼 1.6 2.0 1.3 1.7錫 青 銅 1.4 1.2無 錫 青 銅 2.0 2.2 1.6 1.8硅 黃 銅 1.7 1.8 1.6 1.7鋁 硅 合 金 1.0 1.2 0.8 1.0