1、第二章铸造实训,工程训练实训指导书（热钳技术分册）,沈阳航空工业学院工程训练中心,目 录 2.1 铸造概述 2.2 砂型铸造 2.3 特殊铸造 2.4 铝合金的熔炼,第二章 铸造实训,第二章 铸造实训,2.1 铸造概述 铸造是零件毛坯成形的基本方法。将熔融的金属液体浇入一定的型腔中，凝固后获得一定形状和性能的毛坯的成形方法称为铸造。 铸造方法有砂型铸造和特种铸造两大类。其中砂型铸造应用最广泛。主要在于其具有如下的特点： (1)可以生产出形状复杂、特别是具有复杂内腔的毛坯和零件。 (2)工艺灵活性大，几乎能铸造各种合金任何形状的零件，铸件尺寸壁厚0.51米和质量几克几百吨不受限制。 (3)原材料
2、来源广泛，价格低廉，还可直接利用废旧金属料重熔。铸造设备的投资少，见效快，成本低。,第二章 铸造实训,但铸造生产工序繁多，工艺过程难以控制，易产生气孔、缩松、缩孔、夹杂及裂纹等缺陷，且铸件晶粒粗大，其力学性能低于锻件；另外，特别是普通砂型铸造，仍然存在劳动条件差、生产率低的普遍问题。 新技术、新发明的不断涌现促进了铸造技术的发展，铸造生产的现代化将为制造业的不断进步与发展奠定了可靠的基础。,第二章 铸造实训,2.2 砂型铸造 砂型铸造是一种将液体金属浇入到砂质铸中，待其冷却、凝固后，将砂型破坏取出铸件的铸造方法。,2.1.1砂型铸造工艺过程和型砂的组成及性能一、砂型铸造的基本工艺 砂型铸造的工
3、艺过程一般包括制模 配砂 造型芯 烘干 下型芯、合箱 熔化金属 浇注 清理 检验。如图所示。,第二章 铸造实训,二、型砂的组成 型砂主要由原砂、粘结剂、水和附加物配制而成。 1. 原砂 主要以石英砂为主，其颗粒坚硬，耐火度高，含SiO2量越高越好，粒度大，较均匀，形状圆形，透气性好；反之形状多棱多角，颗粒细小，不均匀，则透气性差，不采用。铸造用砂要求原砂中的SiO2含量在85%以上。 2. 粘结剂 主要起粘结作用，加入后可以使型砂具有一定的可塑性和强度。,第二章 铸造实训,型砂可以分为两大类： (1)粘土类 包括白泥、澎润土等，它主要用于型芯的粘结剂。粘土和水按一定比例配置混合后成胶体，以薄膜
4、形式覆盖在砂粒表面，把砂粒粘结起来，并使其各砂粒间具有一定的缝隙，这样型砂不仅有了塑性，便于造型，而且制成的铸型还具有一定的强度和良好的透气性。 (2)有机化合物 主要是型芯砂的粘结剂，由于型芯是在铸型型腔当中，浇注后四周被金属液包围，因此，型芯砂应具有比型砂更好的透气性、可塑性、强度、耐火性等。,第二章 铸造实训,另外，无机化合物根据需要也是型芯砂的粘结剂，如水、玻璃、纸浆废液、糖浆、糊精。 3. 附加物 型芯砂需要具有某种特殊性能而加入的少量其它物质。为了提高铸件表面光洁度，在型砂中加入钎粉、煤粉；为了提高铸型的透气性、可让性，在干型中加锯末，焦碳。 4. 水 主要起稀释作用。水影响砂型的
5、强度、透气性、可塑性及发气量，应严格控制其比例。,第二章 铸造实训,三、型芯砂的性能 1. 强度 指型芯砂在制造、搬运及浇注时，不至于破坏的能力。 2. 透气性 指型芯由于本身各砂粒间存在的空隙所具有让气体通过的能力。 当液体金属浇入铸型后，在高温作用下，铸型中的水份和有机物的蒸发分解、燃烧产生大量的气体，在液体金属的凝固过程中，将熔化时吸入的气体大量排出。当金属充满铸型时，铸型空腔存在的气体和浇注时随金属液卷入型腔的气体也全部都排出，所以，如果砂型的透气性不好，导致气体不能顺利排出，就会产生气孔。,第二章 铸造实训,3. 可塑性 指型芯砂在外力作用下，能形成一定形状，当外力去掉后，仍能保持此
6、形状的能力。如果型芯砂的可塑性好，就可使铸型能保持清楚的模型轮廓。 4. 耐火性 指型芯砂在承受高温作用下，不软化、不烧结的能力。如果耐火性不好，各砂粒易破碎，导致型芯砂透气不好。并且，型芯砂不能反复使用。 5. 可让性 指铸件在凝固冷却收缩时，铸型能被压坏而不阻碍收缩的能力。如果收缩不好，铸件受阻，产生内应力，就会使铸件产生变形及裂纹等缺陷。,第二章 铸造实训,2.1.2铸型的基本结构 制造合格的铸件，铸型是关键。铸型的质量直接影响铸件的质量。尽管铸型种类繁多，但它们的组成基本相同，如图为铸型的结构示意图。,第二章 铸造实训,一、浇冒口系统的组成与作用 浇冒口系统包括浇注系统和冒口。1. 浇
7、注系统 为了将金属液浇入到铸型而在砂型上开设的通道统称为浇注系统，它通常由外浇口、直浇口、横浇口和内浇口组成，如图所示。,第二章 铸造实训,二、冒口 铸型顶部或侧部的空腔，用以储存熔融金属液体在铸件凝固时补给的金属，主要起到排气、补缩、集渣和观察腔内液体的作用。,第二章 铸造实训,2.1.3常用砂型铸型方法 用造型混合料，按照模样形状制造铸型的过程叫做造型，是砂型铸造最基本的工序。按紧实型砂的方法，造型方法可分为手工造型和机械造型两大类。一、手工造型 手工造型是紧砂、起模用手工进行，其方法很多，主要介绍以下几种。1. 整箱造型 模样是整体构造，最大截面在模样一端且为平面，分型面与分模面多为同一
8、平面。整箱造型过程如图所示。,第二章 铸造实训,整箱造型过程示意图,第二章 铸造实训,模样被分成两半，分模面是模样的最大截面，型腔被分置在两个砂箱内，易产生因合箱误差而形成的错误。适用于形状较复杂且有良好对称面的铸件，如套筒、管子和阀体等。分模造型过程如图所示。,2. 分模造型,第二章 铸造实训,用三个砂箱制造铸型，中箱的高度与铸件两个分型面间距离相同，操作费工，需要中间砂箱。主要用于手工造型中单件小批量，具有两个分型的铸件。三箱造型过程如图所示。,2. 三箱造型,第二章 铸造实训,3. 刮板造型 用与零件截面形状相应的特制刮板，通过旋转、直线或曲线运动完成造型的方法。 此造型节省制模材料，降
9、低制模成本。但造型操作复杂，对工人的操作技术要求较高。对单件大尺寸铸件尤为适用。刮板造型过程如图所示。,刮板造型过程,第二章 铸造实训,其他的造型如挖砂造型、假箱造型、活块造型、地坑造型、活砂造型、劈箱造型、叠箱造型、对结构复杂和大批量生产的铸件采用的组芯造型、对中、小型铸件采用的脱箱造型等，都有其各自不同的使用条件，应合理选用。,第二章 铸造实训,二、机械造型 随着现代化大生产的发展，机械造型已代替了大部分的手工造型，它不但生产率高，而且质量稳定，是成批生产铸件的主要方法。机械造型的实质是用机器进行紧砂和起模，根据紧砂的起模方式的不同，有各种不同种类的造型机。 1. 气动微振压实造型机造型
10、气动微振压实造型机是采用振击(频率150500次/min，振幅25 80mm)压实微振(频率7001000次/min，振幅510mm)紧实型砂的。这种造型机噪音较小，型砂紧实度均匀和生产率高。,第二章 铸造实训,气动微振压实造型机紧砂原理图 此外，还有抛砂压实、橡皮膜压实和成型压头压实等。,第二章 铸造实训,2. 射压式造型机造型 射压式造型机是利用压缩空气将砂型快速射入射腔，并进行辅助压实、起模后以获得铸型的方法。如图所示。,射压式造型机工作原理,第二章 铸造实训,射压式这种方法依次射压的砂型可两面成型，合型后不用砂箱，不仅生产效率高，而且砂型紧实度大，型腔表面光洁，尺寸精确，并可使造型、浇
11、注、冷却、落砂等设备组成简单的直线系统，占地省，易实现自动化。主要用于大批量生产形状较为简单的中、小型铸件。,第二章 铸造实训,2.3 特殊铸造 特殊铸造是一种不用砂或少用砂，采用特殊工艺设备使铸件成形，可获得表面光洁、尺寸精确和机械性能更高的铸件的方法。其是一种在铸型材料、浇注方式、金属充填铸型的形式及铸件的凝固条件等方面，区别不同砂型铸造的某些特殊方法。 2.3.1熔模铸造 将金属液浇入到一个完整的陶瓷壳铸型中，获得铸件的方法。 一、特点 1. 可以制造光洁度更高的铸件。 2. 保证尺寸精度可达到IT68级。 3. 能实现无切削，少切削。 4. 能够制造各种合金铸件。,第二章 铸造实训,二
12、、 工艺过程 1. 压型 制造腊模的铸型称为压型。它是由铝合金和碳钢板制成，也可用石膏和塑料。 2. 腊模 由石膏+硬脂酸各50%的混合腊料。也可用腊+塑料。 3. 壳型 模组表面涂挂涂料。它由石英粉、刚玉粉和粘结剂组成。 4. 脱腊 把壳型加热使其中腊模熔化后流出，一般在蒸气锅中脱腊，蒸气压力在15.5大气压815分钟。 5. 壳型焙烧与浇注 壳型高温焙烧是进一步除去残余腊料，提高壳型的温度目的在于改善浇注时合金的流动性。 6. 检验 壳型浇注后，敲碎外壳取出铸件，切除浇注系统，检查铸件，进行检验。,第二章 铸造实训,2.3.2压力铸造 在高温作用下，将金属液以较高的速度压入高精度的金属型腔
13、内，在压力作用下快速凝固，获得优质铸件的高效方法。 1. 特点 (1)由于液体金属是在高温、高压下，快速进入铸型，大大提高了金属液的填充能力，所以，可以产生各种复杂、壁薄的铸件。 (2)它是在高温、高压下结晶成型，因此它的组织比较细密，缺陷小，强度高，尺寸精确，光洁度高，绝大部分铸件不必加工即可以装配。 (3)生产效率高，每小时可以生产500件以上。此外，压铸机的设备昂贵，模具结构复杂，因此不适合单件、小批量生产，一般应用于有色金属小型复杂的零件、大批量生产。 2. 工艺过程 (1)合型与浇注 (2)压铸与冷却 (3)开型 (4)切除余料，取出铸件,第二章 铸造实训,2.3.3 其他的特殊铸造
14、 一、离心铸造是将液体金属浇入旋转的铸型中，在离心力的作用下成形，凝固而获得铸件。它具有如下特点： 1. 铸件是在离心力的作用下结晶凝固，所以组织更细密，无缩孔、气孔等缺陷，机械性能好。 2. 圆形空腔铸件，不必放型芯。 3. 不需要浇注系统，提高金属利用率。 二、低压铸造是利用气体压力将金属液压入铸型并在压力下结晶成形，凝固获得铸件的方法。 三、金属型铸造是将液体金属浇入铁或钢板制成的金属型中，获得铸件的方法。 四、壳型铸造是将液体金属浇入由型砂制成的两个薄而干燥的壳型中，获得铸件的方法。,第二章 铸造实训,2.4 铝合金的熔炼 一、铝合金熔炼时的特点 比重轻(2.52.88)，熔点低(660)，流动性好，铝合金熔化后极易氧化，氧化物Al2O3的比重与Al液接近，容易混入合金内，在铸件中形成夹渣。Al合金还特别容易吸气，特别是H2形成气孔。所以熔化时不能与燃料直接接触，必须放在坩埚内熔化，炉料需要去掉油污和氧化物，后期需要精炼。 二、 中间合金的配制中间合金是预先制好的熔点较低的合金。因为Cu、Si的熔点比Al高，如果一同加入，会使Al液的温度升的很高，这样熔炼出来的合金将严重的氧化和吸气，所以一般先与Cu和Si分别制成50%和12%的中间合金。,第二章 铸造实训,铸件的主要缺陷及产生原因如图所示。,第二章 铸造实训,
