1、1铸造教案一 教学目的及要求1. 了解铸造生产工艺过程及其特点；2. 了解砂型的结构，了解零件、模样和铸件之间的关系；3. 能正确采用常用工具进行简单的整模两箱造型、分模两箱造型及挖砂造型，并浇注一种铸件；4. 了解常见铸件缺陷及其产生原因；5. 了解常用的特种铸造方法及其特点。二、教学进程（总时间 1.5 天）单元 内 容 进行方式 具体内容和要求 时 间 备 注1铸造生产过程及特点；2铸造训练内容及要求；3铸造训练安全注意事项。1 铸造基本知识讲解示范1造型材料的组成、性能要求及配制过程；2手工造型用砂箱、模样、工具等使用方法；3铸型的组成和作用，造型方法及注意事项。80 分钟学生独立操作
2、 轴瓦座整模两箱造型方法 100 分钟讲解示范1 分模两箱造型方法；2 型芯作用及造芯方法。学生独立操作 套筒分模两箱造型方法150 分钟根据学生专业和时间适当安排讲解示范 挖砂造型方法2 考核件加工学生独立操作 手轮的挖砂造型方法210 分钟2示范与操作浇注考核件；学生进行铸件落砂、清理；在师傅指导下进行铸件缺陷分析。3 总结 理论课 1砂型铸造理论知识；2特种铸造基础知识。90分钟三、教具1 各种砂型铸造方法挂图及熔化炉挂图；2 砂型铸造和特种铸造实物；3 砂型铸造的造型工具、造芯工具、修型工具； 4 混砂设备辗轮式混砂机一台；5 金属熔化设备20KW 电阻式坩埚炉和 15KW 硅碳棒坩埚
3、炉各一台。铸造讲授内容一、 铸造生产工艺过程、特点及应用铸造是熔炼金属，制造铸型，并将熔融的金属浇入铸型，经冷却凝固后获得具有一定形状和性能的铸件的方法。铸件是用铸造方法获得的金属制品。铸造生产工艺具有如下特点：1、铸造生产适应性强铸件尺寸和质量不受限制，铸件形状可以非常复杂，特别是可以获得具有复杂内腔的铸件，适于铸造生产的金属材质范围广，生产批量不受限制。2、铸造生产成本低铸造生产使用的原材料来源广泛，价格便宜，铸件形状、尺寸与零件相近，节省大量的金属材料和加工工时，废金属回收利用方便，因此铸造生产成本低廉。铸造是一种古老的生产金属件的方法，也是现代工业生产制取金属制品的必不可少的重要方法。
4、在一般机器中铸件占总质量的 4080%。铸件一般作为毛坯用，经过切削加工后才能成为零件。现在一些特种铸造方法，可以直接铸出某些零件，是少无切屑加工的重要发展方向。铸造按生产方式不同，可分为砂型铸造和特种铸造。砂型铸造是用型砂紧实制成铸型生产铸件的铸造方法。砂型铸造是目前生产中最基本的而且是用得最多的铸造方法。用砂型铸造生产的铸件，约占铸件总产量 80以上。同学们实习的铸造方法就是砂型铸造。砂型铸造的生产配制型砂3过程如图 1 所示，其中制作铸型和熔炼金属是核心环节。对大型铸件的铸型和型芯在合箱前还要进行烘干。图 1二、砂型的制造1 型砂的性能要求和组成型砂是按一定比例配成的造型材料，是制作砂型
5、铸造用铸型的主要材料之一。1）对型砂的性能要求配制好的型（芯）砂应具有粘性和可塑性，可在外力作用下舂紧并塑造成砂型。浇注时型砂与高温液体金属接触，承受高温金属液流的冲刷及烘烤，因此，型砂应具有较高的强度和耐火性，以保证砂型不被冲坏和不被烧熔，避免产生冲砂、粘砂等缺陷。型砂还应具有透气性，使浇注时产生的气体能顺利地从砂粒间的孔隙排出型外，以防止产生气孔缺陷。此外，型砂还应具有退让性，以保证铸件冷却收缩时，不致因阻碍收缩使铸件产生裂纹。型砂的质量直接影响铸件的质量。在铸件废品中约 50%废品的产生与型砂质量有关，因此要对型砂质量进行控制。2）型砂的组成为了满足型砂的性能要求，型砂由原砂、粘结剂、水
6、及附加物按一定比例混制而成。（1）原砂 一般采自海、河或山地，但并非所有的砂子都能用于铸造，铸造用砂应控制。化学成分 原砂的主要成份是石英和少量的杂质（钠、钾、钙、铁等的氧化物） 。石英的化学成份是二氧化硅（SiO 2） ，它的熔点高达 1700。砂中 SiO2含量越高，其耐火性越好。铸造用砂 SiO2含量为 85-97%。粒度与形状：砂粒愈大，耐火性和透气性越好。砂粒的形状可分为圆形、多角形和尖角形。一般湿型砂多采用颗粒均匀的圆形或多角形的天然石英砂或石英长石砂。高熔点金属铸件应选用粗砂，以保证耐火性。（2）粘接剂：用来粘结砂粒的材料称为粘接剂，如：水玻璃、桐油、干性植物油、树脂和粘土等。前
7、几种粘结性比粘土好，但价格贵，且来源不广，因此除特殊要求的型砂，一般不用。粘土价廉且资源丰富，有一定的粘接强度，用得较多。粘土又分为普通粘土和膨润土。湿型砂制造样模制造芯盒配制芯砂造芯造型合箱 浇注 落砂清理 检验金属熔炼4普遍采用粘接性较好的膨润土，而干型多采用普通粘土。（3）附加物：为改善型砂的某些性能而加入的材料称为附加物，常用的有：煤粉、油、木屑等。3）混砂过程型砂的组成物按一定比例配制，以保证其性能。型砂的性能好坏不仅决定于其配比，还与配砂的工艺操作有关，如加料次序、混碾时间等。混碾时间愈长的型砂性能愈好，但时间太长影响生产。目前工厂一般采用碾轮式混砂机进行混砂。混砂工艺过程是先将新
8、砂、粘土和旧砂依次加入混砂机中，先干混 5 分钟，混拌均匀后加一定量的水进行湿混约 10 分钟，即可打开混砂机碾盘上的出砂口出砂。已配好的型砂必须通过性能检验后才能使用。产量大的铸造车间常用型砂试验仪检验，小批量生产的车间多用手捏砂团的办法检验。手捏砂团检验是在型砂混好后用手抓一把，捏成砂团。当手放开后砂团可见清晰手纹。把砂团折断，断面比较平整，同时有一定的强度。这样的型砂就可以使用了。在砂型铸造中，型砂用量很大。生产一吨合格的铸件大约需 45 吨型砂，其中新砂为0.51 吨。为了降低成本，在保证质量的前提下，应尽量回收利用旧砂。2铸型的组成铸型是用金属或其他耐火材料制成的组合整体，是金属液凝
9、固后形成铸件的地方。以两箱砂型铸造为例，典型的铸型如图 2 所示，它由上砂型、下砂型、浇注系统、型腔、型芯和通气孔组成。型砂被舂紧在上、下砂箱中，连同砂箱一起，称为上砂型（上箱）和下砂型（下箱） 。取出模样后砂型中留下的空腔称为型腔。上、下砂型的分界面称为分型面，一般位于模样的最大截面上。型芯是为了形成铸件上的孔或局部外形，用芯砂制成。型芯上用来安放和固定型芯的部分称为型芯头，型芯头放在砂型的型芯座中。图 2浇注系统是为了将熔融金属填充入型腔而开设于铸型中的一系列通道。金属液从外浇口浇入，经直浇道、横浇道、内浇道而流入型腔。因此，浇注系统包括外浇口、直浇道、横浇道、内浇道。型腔最高处开出气孔，
10、以观察金属液是否浇满，也可排除型腔中的气体。被高温金属包围后型芯产生的气体则由型芯通气孔排出，而型砂中的气体及部分型腔中的气体则由通气孔型芯出气孔 铸型出气孔 浇注系统型芯型腔下砂型分型面砂箱上砂型5排出。有的铸件为了避免产生缩孔缺陷，应在铸件厚大部分或最高部分加有补缩冒口。3手工造型方法制作砂型的方法分为手工造型和机器造型两种类型。后者制作的砂型型腔质量好，生产效率高，但只适用于成批或大批量生产条件。手工造型具有机动、灵活的特点，应用仍较为普遍。手工造型是全部用手工或手动工具制作铸型的造型方法。根据铸件结构、生产批量和生产条件，可采用不同的手工造型方案。手工造型根据模样特征分整模造型、分模造
11、型、活块造型、挖砂造型、假箱造型和刮板造型等；手工造型根据砂箱特征分两箱造型、三箱造型等。两箱造型是铸造中最常用的一种造型方法，其特点是方便灵活，适应性强。当零件的最大截面在端部，并选它作为分型面时，采用整体模样，模样截面由大到小，放在一个砂箱内，可一次从砂箱中取出，则采用整模两箱造型方法。当铸件截面不是由大到小逐渐递减时，将模样在最大水平截面处分开，模样分成两半，使其能在不同的砂型中顺利取出，就是分模两箱造型。1）造型工具及辅助工具（1） 砂箱 砂箱一般采用铸铁制造，常做成长方形框架结构。但脱箱造型的砂箱一般用木材制造，也可用铝做成。砂箱的作用是便于砂型的翻转、搬运和防止金属液将砂型冲垮等。
12、两箱造型中放在下面的叫下箱，放在上面的叫上箱。上下箱要配对，箱口要平，定位装置要准确。砂箱的尺寸应使砂箱内侧与模样和浇口及顶部之间应留有 30100mm 距离，称为吃砂量。吃砂量大小应视模样大小而定。如果砂箱选择过大，耗费型砂、增多舂砂工时、增大劳动强度；砂箱过小，模样周围舂不紧，在浇注时易于跑火。（2） 底板底板是一块具有一个光滑工作面的平板，造型时用来托住模样，砂箱和型砂。底板可用硬木，铝合金或铸铁制成。（3）造型工具 铁锹（小锹） 用来混和型砂、铲起型砂送入砂箱。 砂冲子 用来舂实型砂，砂冲子一头尖一头平。舂砂时应先用尖头，最后用平头。 刮板 由平直的木板或铁板制成。在型砂舂实后，用来刮
13、去高出砂箱的型砂。 通气孔针 又叫气眼针，用来在砂箱上扎出通气孔眼。通气针的直径为 2-10 毫米，其值随砂型大小而选定。 起模针和起模钉 用来取出砂型中的模样。工作端为尖锥形的是起模针，用于取出较小的木制模样；工作端为螺纹的是起模钉，用于取出较大的模样。 掸笔 用来润湿型砂，以便于起模和修型，或用于对狭小孔腔涂刷涂料。 修型工具 常用的修型工具有刮刀（墁刀） 、提钩、压勺、竹片梗、圆头、圈圆、法兰梗等。2）造型操作的一般顺序6以轴瓦座的模样为例，说明造型操作的一般顺序：（1） 造型准备清理工作场地，备好型砂，备好模样、芯盒、所需工具及砂箱。（2） 安放造型用底板、模样和砂箱放稳底板，清除板上
14、的散砂，按考虑好的方案将模样放在底板上的适当位置。套上砂箱，并把模样放在箱内的适当位置处。如果模样容易粘住型砂，造成起模困难时，要撒上一层防粘材料。（3）填砂和紧实填砂时必须将型砂分次加入。先在模样表面撒上一层面砂，将模样盖住，然后加入一层背砂。对于小砂箱每次加砂厚度为 50-70mm，过多舂不紧，过少也舂不实且浪费工时。第 1 次加砂时用手将模样按住，并用手将模样周围的砂塞紧，以免舂砂时模样在砂箱内移动位置，或造成模样周围砂层不紧，致使起模时损坏砂型。舂砂是一项技术较强的操作，这在湿型浇注时尤为重要。它对铸件的质量和生产效率影响很大。舂砂的目的是使砂型具有一定硬度（紧实度） ，在搬运、起模、
15、浇注时不致损坏。但砂型不可舂的过硬，否则透气性下降，气体排出困难时易产生气孔。整个砂型的硬度应分布合理：1）箱壁和箱挡处的型砂要比模样处舂得硬些，这既不影响砂型的气体逸出，又可以防止砂型在搬运，翻转时塌箱。2）下型要比上型舂得硬些，这是因为金属液对型腔表面的压强是随深度成正比，越往下压强越大，如果砂型硬度不够，铸件会产生胀砂缺陷。舂砂时应按一定路线进行，一般按顺时针方向，以保证砂型各处紧实度均匀。并注意不要撞到模样上，以免损坏模样。用尖头砂冲将分批填入的型砂逐层舂实。然后填入高于砂箱的型砂，再用平头砂冲舂实。（4）修整和翻型和修整分型面用刮板刮去多余型砂，使砂箱表面和砂箱边缘平齐。如果是上砂型
16、，在砂型上用通气孔针扎出通气孔。将已造好的下砂箱翻转 180后，用刮刀将模样四周砂型表面（分型面）压平，撒上一层分型砂。撒砂时手应距离砂箱稍高，一边转圈一边摆动使分型砂从五个指缝中缓慢而均匀地撒下来。最后用皮老虎或掸笔刷去模样上的分型砂。（5）放置上砂箱、浇冒口模样并填砂紧实将上箱在下箱上放好，必要时在模样上撒上防粘材料。放好浇口棒，加入面砂，铸件如需补缩时，还要放上冒口棒。填上背砂，用尖头砂冲子舂实，再加上一层砂，用砂冲平头舂实。（6）修整上砂型型面，开箱，修整分型面用刮板刮去多余的型砂，用刮刀修光浇冒口处型砂。用通气孔针扎出通气孔，取出浇口棒并在直浇口上部挖一个倒喇叭口做为外浇口。没有定位
17、销的砂箱要用泥打上泥号，以防合箱时偏箱，泥号应位于砂箱壁上两直角边最远处，以保证 X，Y 方向均能准确定位。将上型翻转180放在底板上。扫除分型砂，用水笔沾些水，刷在模样周围的型砂上，以增加这部分型砂的强度，防止起模时损坏砂型。刷水时不要使水停留在某一处，以免浇注时因水多而产生大量水7蒸汽，使铸件产生气孔。（7）起模起模针位置尽量与模样的重心铅垂线重合。起模前用小锤轻轻敲打起模针的下部，使模样松动，以利于起模。然后将模样垂直拔出。（8）修型起模后，型腔如有损坏，可使用各种修型工具将型腔修好。修模时将修补处可用水润湿一下，将型砂填好。（9）挖砂开浇口浇口是将浇注的金属液引入型腔的通道。浇口开得好
18、坏，将影响铸件的质量。浇口通常是由外浇口、直浇道、横浇道、内浇道四部分组成。有些简单的小型铸件可省去横浇道和内浇道，由直浇道直接进入型腔。开浇口应注意以下几点：应使金属液能平稳地流入型腔，以免冲坏砂型和型芯。为了将金属液中的熔渣等杂质留在横浇道中，一般内浇道不要开在横浇道的尽头和上面。内浇道的数目，应根据铸件大小和壁厚而定。简单的小铸件可开一道，而大、薄壁件要多开几道。浇口要做得表面光滑，形状正确，防止金属液将砂粒冲入型腔中。在铸件厚大部分，为防止缩孔需要加冒口进行补缩。冒口的大小应视铸件的壁厚和材料而定。（10）合箱紧固合箱时应注意使砂箱保持水平下降，并且应对准合箱线，防止错箱。浇注时如果金
19、属液浮力将上箱顶起会造成跑火，因此要进行上下型箱紧固。用压箱铁紧固。用卡子或螺栓紧固。三 金属熔炼、浇注、落砂、清理、检验及铸件缺陷分析1熔炼金属在浇注之前还要熔炼金属。根据不同的金属材料采用不同的熔炼设备。对于铸铁件而言，常采用冲天炉进行熔炼，对于一些合金铸铁采用工频炉或中频炉熔炼。对于铸钢而言一般采用三相电弧炉进行熔炼，在一些中小型工厂近年来也采用工频炉或中频炉进行熔炼。对于铜、铝等有色金属一般采用坩埚炉或中频感应炉进行熔炼。同学们在铸造实习时熔化的铝合金就是采用坩埚炉熔化的。不管采用什么样的炉子熔炼金属材料，都要保证金属材料的化学成份和温度符合要求，这样才能获得合格的铸件。2浇注在获得合
20、格的金属液之后就可以进行浇注了。将熔融金属从浇包浇入铸型的过程称为浇注。浇注时应注意 1）浇注温度 2）浇注速度 3）估计好金属液的重量 4）挡渣 5）引气。3落砂、清理、检验浇注后经过一段时间的冷却，将铸件从砂箱中取出称为落砂。从铸件上清除表面粘砂和多余的金属（包括浇冒口、飞边、毛刺、氧化皮等）的过程称为清理。81）浇冒口的去除，对于铸铁等脆性材料用敲击法；对于铝、铜铸件常采用锯割来切除浇冒口；对于铸钢件常采用氧气切割、电弧切割、等离子体切割切除浇冒口。2）型芯的清除，可采用手工清除，用风铲、钢凿等工具进行铲削，也可采用气动落芯机、水力清砂等方法清除。铸件表面可采用风铲、滚筒、抛光机等进行清
21、理。对清理好的铸件要进行检验（1）表面质量检验（2）化学成份（3）力学性能（4）内部质量，采用超声波、磁粉探场、打压检查4常见的铸件缺陷铸造生产中，影响铸件质量的因素很多，常见的铸件缺陷有如下几种：1）孔洞类：有气孔、缩孔、缩松等；2）裂纹类：冷裂、热裂、冷隔等；3）表面类：夹砂、粘砂等；4）残缺类：浇不足等；5）形状尺寸类：变形、错型等；6）夹杂类：夹渣、砂眼等；7）铸件成分及性能类：包括化学成分、金相组织、力学性能不合格等。四、特种铸造与砂型铸造不同的其它铸造方法称为特种铸造。它能改变普通砂型铸造的铸件尺寸精度差、表面粗糙、力学性能低以及工人劳动条件差等不足。1熔模铸造熔模铸造亦称失蜡铸造
22、，是用易熔材料制成精确的模样，在其上涂挂耐火材料制成型壳，熔去模样得到中空的耐火型壳，型壳经焙烧后将熔融金属浇入，金属冷凝后敲掉型壳而获得铸件的一种铸造方法。其主要工艺过程如图所示。熔模铸造的优点是：熔模铸造的铸型无分型面，蜡模尺寸精确、表面光洁，所以铸件的尺寸精度较高，是一种少、无切屑加工的铸造方法，适于铸造高熔点、形状复杂及难以切削加工的零件。熔模铸造适于单件小批量生产，也可成批大量生产。目前，它在机械、动力、航空、汽车、拖拉机及仪表等部门有着广泛的应用。熔模铸造亦存在不足：其工序较多、生产周期长、成本较高，还不适于生产大型铸件，铸件质量一般不超过 25kg。2金属型铸造金属型铸造是将熔融
23、金属在重力下浇入金属铸型内，以获得铸件的一种铸造方法。金属型一般是用铸铁或耐热钢制成，可反复使用，所以又称为永久型。9由于熔融金属在金属型中冷凝成形，铸件的晶粒细小，力学性能得到了提高，尺寸也较精确，减少了加工余量，可节约金属材料和加工工时，并且金属型能反复使用，节约了造型工时，但金属型制造周期长，成本较高，铸件的壁厚、形状都受到一定的限制。目前，它多用于有色金属的大量生产中。3压力铸造压力铸造是将熔融金属在高压作用下高速充填金属铸型，并在压力下凝固形成铸件的一种铸造方法，简称压铸。它常用的压强为 570MPa，甚至高达 200MPa，充型速度为 5100m/s，充型时间仅 0.10.5s。压铸机的种类很多，工作原理基本相同，常采用的是冷室卧式压铸机。压铸是一种高效率铸造方法，特别适用于生产形状复杂的薄壁铸件，可直接铸出齿形，小孔及螺纹。铸件组织细密、尺寸精度高以及表面光洁，铸件上的许多面可不需要切削加工。它主要用于有色金属铸件的成批大量生产中。它不但在机械、汽车和航空工业中应用很普遍。而且在无线电、电器、仪表和轻工业部门也得到广泛的应用。
