1、金属工艺学,主讲教师：李 建 辉 联系电话：13617656978 电子信箱：ljh_,冶金与材料工程学院LJHCQUST,金属热加工工艺,金属液态凝固成形（铸造）,金属固态塑性成形（锻压）,金属连接成形（焊接）,热加工工艺,手工造型机器造型,熔模铸造 金属型铸造 压力铸造 低压铸造 离心铸造 消失模铸造,铸造,砂型铸造,特种铸造,砂型铸造工艺上一般不受铸件的形状、大小及复杂程度的限制，应用最为广泛，目前我国砂型铸件约占全部铸件总量的80%以上。,第二节 砂型铸造工艺,砂型铸造,基本工艺过程,制作模样,配制型砂,制作芯盒,制作芯砂,砂型,铸型,凝固、落砂、清理、检验,铸件,型芯,烘干,造型,下
2、芯,浇注,液态金属,选配炉料,熔炼,造芯,砂型铸造概念 用型砂紧实成型的铸造方法称为砂型铸造。,第二节 砂型铸造工艺,砂型铸造工艺实例,轴承砂型铸造工艺,轴套砂型铸造工艺,砂型铸造工艺实例,砂型铸造特点,砂型铸造是应用最广泛的一种铸造方法，一般不受零件形状、大小及复杂程度限制。,型砂及芯砂是制造铸型和型芯的造型材料,它主要由原砂、粘结剂、附加物和水混制而成。铸造工艺图：在零件图上用各种工艺符号及参数表示出铸造工艺方案的图形，是指导铸造生产的基本工艺文件。,特点： 工艺适应性强铸件尺寸精度低生产率低、劳动条件差,第二节 砂型铸造工艺,* 铸造工艺图,铸造工艺图一般包括有：浇注位置、分型面、芯子的
3、数量、形状、尺寸及固定方法、加工余量、浇注系统、拔模斜度、冒口、冷铁尺寸及布置等。,第二节 砂型铸造工艺,用造型混合料及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型。造型是砂型铸造的最基本工序，通常分为手工造型和机器造型两大类。 （一）手工造型 手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序。手工造型操作灵活、适应性广、工艺装备简单、成本低，但其铸件质量差、生产率低、劳动强度大、技术水平要求高，所以手工造型主要用于单件小批生产，特别是重型和形状复杂的铸件。1. 手工造型方法分类 根据砂型的不同特征，手工造型方法可分为：两箱造型、三箱造型、地坑造型等；根据模样的不同特征，手工造型方法可分为：整模造型、分模
4、造型、挖砂造型、假箱造型、刮板造型等。2. 各种手工造型方法的主要特征及其适用范围,* 造型方法的选择,两箱造型 是造型的最基本方法，铸型由成对的上型和下型构成，操作简单。适用于各种生产批量和各种大小的铸件。,两箱造型,造型方法的选择,三箱造型 铸型由上、中、下三型构成。中型高度需与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型操作费工。主要适用于具有两个分型面的单件、小批生产的铸件。,三箱造型,造型方法的选择,地坑造型 利用车间地面砂床作为铸型的下箱，仅用或不用上箱即可造型，因而减少了造砂箱的费用和时间，但造型费工、生产率低，要求工人技术水平高。适用于砂箱不足，或生产要求不高的中、大型铸件，如砂箱、压
5、铁、炉栅、芯骨等。,地坑造型,造型方法的选择,挖砂造型 模样是整体的，但铸件分型面为曲面。为便于起模，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂、其造型费工、生产率低，工人技术水平要求高。用于分型面不是平面的单件、小批生产铸件。,挖砂造型,造型方法的选择,刮板造型 用刮板代替实体模样造型，它可降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，工人技术水平要求高。用于有等载面或回转体的大、中型铸件的单件、小批生产、如带轮、铸管、弯头等。,刮板造型,造型方法的选择,（二）机器造型 机器造型是指用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序。机器造型铸件尺寸精确、表面质量好、加工余量小，但需要专用设备，投资较大，适
6、合大批量生产。 1. 机器造型方法分类 常用的机器造型方法有：压实紧实、高压紧实、震击紧实、震压紧实、微震紧实、抛砂紧实、射压紧实、射砂紧实等。 2. 各种机器造型方法的主要特征及其适用范围,造型方法的选择,压实紧实 单纯借助压力紧实砂型，机器结构简单、噪声小，生产率高，消耗动力少，型砂的紧实度沿砂箱高度方向分布不均匀，上下紧实度相差很大。主要适用于成批生产高度小于200mm薄而小的铸件。,压实紧实,造型方法的选择,高压紧实 主要采用较高压实比压（一般在0.7-1.5 MPa）压实砂型。砂型紧实度高，铸件尺寸精度高，表面粗糙度Ra值小，废品率低，生产率高、噪声低、灰尘小、易于机械化、自动化、但
7、机器结构复杂、制造成本高。主要适用于需大量生产的中、小型铸件，如汽车、机械车辆、缝纫机等产品较为单一的制造业。,高压紧实,造型方法的选择,震压紧实 经过多次震击后再压实砂型。该方法生产率高，能量消耗少，机械磨损少，砂型坚实度较均匀，但噪声大。广泛用于成批生产中、小型铸件。,震压紧实,造型方法的选择,射压紧实 使压缩空气骤然膨胀，将型砂射入砂箱进行填砂和坚实，然后再进行压实。该方法生产率高，坚实度均匀，砂型型腔尺寸精确、表面光滑、工人劳动强度低、易于自动化、但造型机调整维修复杂。主要适用于大批量生产的形状简单的中、小型铸件。,射压紧实,射砂紧实 利用压缩空气将型（芯）砂高速射入砂箱或芯盒而进行紧
8、实。填砂、紧实两个工序同时完成，故生产率高，但用于造型，其坚实度不高、需进行辅助压实。广泛用于制芯、并开始用于造型。,造型方法的选择,机器造型的实质,机器造型的特点,将填砂、紧实、和起模等主要工序实现机械化,生产效率高，产品质量稳定,造型方法的选择,机器造型的生产特点,机器造型的工艺特点 基本形式模板两箱（造型机无法造出中型，不能进行三箱造型）； 运用环芯代替三箱。,造型方法的选择,适宜机器造型的工艺方案,浇注位置与分型面是铸造工艺图中的重要内容。,一、浇注位置和分型面的选择,所谓浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置；分型面则是指两半铸型相互接触的表面。浇注位置和分型面的选择二者密切相关。
9、通常情况下，分型面的选择取决于浇注位置的选择。对于浇注位置的选择，其总体原则是既要保证铸件质量（避免各种缺陷），又要简化造型工艺。,浇注位置选择原则,1. 重要加工面等应朝下或位于侧面；,浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置,铸件的重要加工面（机床导轨面）应朝下,保证卷筒周围质量均匀,一、浇注位置和分型面的选择,2. 大平面应朝下；,铸件的大平面尽可能朝下或采用倾斜浇注。铸型的上表面除了容易产生砂眼、气孔、夹渣外，大平面还常产生夹砂缺陷。同时也有利于排气、减小金属液对铸型的冲刷力。,一、浇注位置和分型面的选择,3. 大面积薄壁置于铸型下部或垂直、倾斜，有利于液态合金的充型，防止浇不足、冷隔
10、等缺陷；,大平面倾斜,大平面位于 铸型底部,一、浇注位置和分型面的选择,4. 容易形成缩孔的铸件（如铸钢、球墨铸铁），浇注时应把厚大的部位放在分型面附近的上部或侧面，以便安放冒口，实现顺序凝固，进行补缩。,一、浇注位置和分型面的选择,分型面选择原则,分型面是指两半铸型相互接触的表面。除了实型铸造法外，都要选择分型面。,1. 为便于起模，简化造型工艺，分型面一般选在铸件的最大截面处，同时考虑分型面形状和数目等。,一、浇注位置和分型面的选择,保证模样能从型腔中顺利取出，分型面设在铸件最大截面处。,一、浇注位置和分型面的选择,保证模样能从型腔中顺利取出，分型面设在铸件最大截面处。,一、浇注位置和分型
11、面的选择,应尽量使用平直分型面，以简化模型制造及造型工艺，避免挖砂。,挖砂造型 费时、费工，尽量避免。单件生产可用此法。,一、浇注位置和分型面的选择,一、浇注位置和分型面的选择,应尽量较少分型面数量。,分型面少容易保证铸件精度，并可简化造型工艺。绳轮铸件大批量生产时，为便于机器造型，可按(a)分型方案，采用环状型芯，将二个分型面减少为一个分型面。单件生产时采用手工造型，为减少工装的制造，可采用(b)分型方案。,三通分型面的确定,方案1 四箱造型,一、浇注位置和分型面的选择,应尽量较少分型面数量。,方案2 三箱造型,一、浇注位置和分型面的选择,三通分型面的确定,应尽量较少分型面数量。,方案3 两
12、箱造型,一、浇注位置和分型面的选择,三通分型面的确定,应尽量较少分型面数量。,支架的分型方案,（2）应避免不必要的型芯和活块，以简化造型工艺。,一、浇注位置和分型面的选择,选用方案I分型，上下两内腔均采用型芯。,若选用方案II分型，属于整模造型，上下两内腔均可有砂剁成形，省掉了型芯，简化工艺。,底座的分型方案,一、浇注位置和分型面的选择,（3）尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱，便于造型、合型，同时便于保证铸件精度。,方案a整模造型，铸件精度高，大批量生产的合理方案,方案b容易产生错箱影响铸件精度，小批量可考虑,床身的分型方案,一、浇注位置和分型面的选择,铸造工艺参数的确定,机械加工余量,收缩率
13、,起模斜度,铸造圆角,型芯及型芯头,铸造工艺参数,二、工艺参数的选择,1、收缩率,铸件在凝固以及冷却过程中会发生收缩而造成各部分体积和尺寸缩小。为了使铸件的实际尺寸符合图样要求，在制作模样和芯盒时，模样和芯盒的制造尺寸应比铸件放大一个该合金的收缩量。,合金收缩率的大小取决于铸造合金的种类及铸件的结构、尺寸等因素。灰铸铁的铸造收缩率一般为0.7%1.0%，铸钢的铸造收缩率为1.3%2.0%，铝合金的为0.8%1.2%，锡青铜为1.2%1.4%。,二、工艺参数的选择,2、机械加工余量,机械加工余量：为保证铸件加工表面的尺寸以及零件精度，在铸件工艺设计时预先增加而在机械加工时切去的金属层厚度。机械加
14、工余量数值的大小与生产批量、合金种类、铸件大小、加工面与基准面的距离及加工面在浇注时的位置等因素有关。过大费时费料，过小容易因残留黑皮而报废或因铸件表面过硬加速工具磨损。机械加工余量的具体数值应参照国家标准，根据加工余量等级（MA）和铸件尺寸公差等级（CT）配套使用选取。,二、工艺参数的选择,为了造型和制芯时便于起模，以免损坏砂型和型芯，在模样、砂芯的起模方向（垂直于分型面方向）必须留有一定的斜度，称为起模斜度。,起模斜度大小：应根据模壁高度、模样材料及造型方法综合确定。一般为153。模壁越高，斜度越小；机器造型比手工造型小。另外，为便于型砂从内腔中取出，铸孔的内壁起模斜度应比外壁大，通常为3
15、 10。,二、工艺参数的选择,3、起模斜度（拔模斜度）,4、最小铸出孔,孔的铸出：要考虑铸出的可能性、必要性、和经济性。一般大孔用下芯的方式铸出，而小孔则用机械加工完成。最小铸出孔的数值可参考相关经验数据。如有特殊要求，且无法实行机加工的孔如弯曲孔，则一定要铸出。,二、工艺参数的选择,5、型芯及型芯头,型芯 是铸件的一个重要的组成部分，型芯的功用是 形成铸件的内腔，孔洞和形状复杂阻碍起模部分的外形。,二、工艺参数的选择,型芯头：是型芯的定位、支撑和排气的部分。 设计时需考虑：保证定位准确、能承受砂芯自身重量和液态 合金的冲击、浮力等外力的作用，浇注时砂芯内部产生的气体能顺畅引出铸型等。,二、工艺参数的选择,铸造圆角,凝固特性 热节、充型,不同转角处的热节,二、工艺参数的选择,支撑座零件图,* 铸造工艺举例,铸造工艺举例,确定浇铸位置和分型面,铸造工艺举例,* 铸造工艺举例,确定浇铸位置和分型面,铸造工艺举例,* 铸造工艺举例,确定加工余量,铸造工艺举例,* 铸造工艺举例,确定拔模斜度,铸造工艺举例,* 铸造工艺举例,确定型芯,铸造工艺举例,* 铸造工艺举例,支架砂型铸造工艺,砂型铸造工艺实例,支座砂型铸造工艺,砂型铸造工艺实例,
