1、第三章 砂型铸造 第三章 砂型铸造主要内容： 31造型方法的选择 如何将设计的 3.1 造型方法的选择 3.2 砂型铸造的工艺设计 如何将设计的 零件变成铸件？ 怎样生产出合 3.2 砂型铸造的工艺设计 3.3 3.3 铸件的结构设计 铸件的结构设计（第 （第4 4章） 章） 怎样生产出合 格铸件?整模造型 分模造型 手工造型 活块造型 三箱造型 挖砂造型 液 砂型铸造 挖砂造型 刮板造型 震压造型 液 态 成 机器造型 微震压实造型 射压造型 抛砂造型 成 型 砂型铸造的工艺设计 铸造工艺图的绘制 分型面的选择 抛砂造型 金属型铸造 工 艺 砂型铸造的结构设计 分型面的选择 工艺参数的确定
2、浇注位置的确定 熔模铸造 压力铸造 低压铸造 特种铸造 陶瓷型铸造 离心铸造 消失模铸造 种铸造3.1 砂型铸造 将液态金属浇入砂型，冷却后形成铸件。 型（芯）砂通常是由石英砂、粘土（或其它粘结材料）和水 按一定比例混制而成的。型（芯）砂要有一定的强度，透气 按 定比例混制而成的。型（芯）砂要有 定的强度，透气 性、耐火性和退让性。 砂型铸造是目前最常用最基本的铸造方法，价格低廉，操作 方便灵活。不受铸造合金种类、铸件形状和尺寸的限制，并 适合于各种生产规模。 适合于各种生产规模。（一）砂型铸造工艺过程 零件图 铸造 工 艺图 铸造 艺图 型砂 芯盒 模样 芯盒 芯砂 型 芯 铸型 熔化 浇
3、型 芯 铸型 合 箱 浇 注 合 箱 冷却 凝固 落砂 、 清理 落砂 、 清理 检验 铸件砂型铸造的工艺过程（ 二 ）造型材 料 制作砂型和型芯的材料称为造型材料，即 型砂和芯砂 。 构成：型砂和芯砂主要是由硅砂、粘结剂和水 按一 定比例 而 成 。 定比例 成 型砂要求：“一强三性”，即 定的强度 透气性 耐火性和 一 定的强度 ，透气性 、耐火性和 退让性。 型砂 型砂强度检测仪 手工造型 （三）造型方法的选择 适用于单件 小批量生产 1）按模样特征分：整模造型、分模造型、活块造型、刮板造 、 手工造型 适用于单件、 小批量生产 型、假箱造型、挖砂造型、实物造型等。 2 ） 按砂箱特征分
4、： 两箱造型 三箱造型 地坑造型 脱箱造 2 ） 按砂箱特征分： 两箱造型、 三箱造型 、 地坑造型、 脱箱造 型等。手工造型 a）直浇道棒；b）捣砂锤；c）通气针；d）起模针； a）直浇道棒；b）捣砂锤；c）通气针；d）起模针； e）墁刀：修平面及挖沟槽用；f）秋叶：修凹的曲面用； g）砂勾：修深的底部或侧面及钩出砂型中散砂用；h）皮老虎 g）砂勾：修深的底部或侧面及钩出砂型中散砂用；h）皮老虎齿轮坯整模两箱造型过程 a)造下砂型 b)造上砂型 c)开外浇口、扎气孔 d)起出模样 e)合型 f)带浇口铸件 特点 ： 模样是整体 ，分型面为平面 ， 铸型型腔位于半个铸型内 特点 ： 模样是整体
5、 ，分型面为平面 ， 铸型型腔位于半个铸型内 适用：铸件最大截面在端部，且为平面铸件整模造型分模造型过程 )铸件图 b)模样 )造下型 d)造下型 )铸型 a)铸件图 b)模样 c)造下型 d)造下型 e)铸型 特点：模样沿最大截面分为两半，型腔位于两个半箱内 适用：铸件最大截面在中部（或圆形）的铸件分模造型活块造型 过程 特点：铸件上有妨碍起模的小凸台、肋板等，制模时将其作为活动部 分。起模时，先起出主模，再从侧面取出活块。造型费时，操作要求高。 适用：单件、小批量、带有突出部分不易起模的铸件。活块造 型 活块造挖砂造型过程 特点：模样虽是整体的，但铸件的分型面为曲面；造型时挖掉阻碍起 模的
6、型砂；造型费工时，生产率低。 适用：单件、小批量、分型面不是平面的的铸件。挖砂造型假箱造型三箱造型 过程 特点：铸件两端截面尺寸大于中间截面尺寸，需用三箱造型；模样是 分开的 中型上 下两面都是分型面 两边分别起模 分开的 ， 中型上 、 下两面都是分型面 ， 两边分别起模 。 适用：单件、小批量、具有两个分型面的铸件。三箱造型 三箱造型刮板造型 特点：用一个与铸件轮廓形状相同的刮板代替模样，刮制出型腔的造 型方法 。 型方法 适用：单件、小批量生产的尺寸较大且为回转体的铸件。刮板造型常用手工造型方法的特点和应用范围 造型方法 特点 应用范围 造型方法 特点 应用范围 整模造型 整体模，分型面
7、为平面，铸型简单，铸件不会 产生错箱缺陷。 铸件最大截面在一端，且为 平面 分模造型 模样沿最大截面分为两半，型腔位于上、下两 个砂箱内，造型方便，但制作模样较麻烦。 最大截面在中部，一般为对 称性铸件 整体模 分型面是曲面造型时需挖去阻碍起模 单件小批量生产模样薄 分 挖砂造型 整体模，分型面是曲面造型时需挖去阻碍起模 的型砂。造型麻烦、生产率低。 单件小批量生产模样薄，分 模后易损坏或变形的铸件 假箱造型 利用特制的假箱或型板进行造型，自然形成曲 面分型 可免去挖砂操作 造型方便 成批生产需要挖砂的铸件 箱造型 面分型。可免去挖砂操作，造型方便。 活块造型 将模样上妨碍起模的部分，作成活动
8、的活块， 便于造型起模，造型和制作模样都麻烦。 单件小批量生产带有突起部 分的铸件 刮板造型 用特制的刮板代替实体模样造型，可显著降低 模样成本。但操作复杂，要求工人技术水平高。 单件小批量生产等截面或回 转体大、中型铸件 铸件两端截面尺寸比中间部分大 采用两箱造 单件小批量生产具有二个分 三箱造型 铸件两端截面尺寸比中间部分大，采用两箱造 型无法起模时，铸型可由三箱组成，关键是选 配高度合适的中箱。造型麻烦，容易错箱。 单件小批量生产具有二个分 型面的铸件 在地面以下的砂坑中造型 般只用上箱 可 生产批量不大的大 中型铸 地坑造型 在地面以下的砂坑中造型，一般只用上箱，可 减少砂箱投资。造型
9、劳动量大，要求工人技术 较高。 生产批量不大的大、中型铸 件可节省下箱、机器造型 机器造型使用机器来完成填砂、紧实和起模等造型的 器造 使完砂 紧实 操作过程，是现代化铸造车间的基本造型方法。 适用于中、小型铸件的成批、大批量生产。 1)生产效率高 1)生产效率高; 2)铸型质量好（紧实度高而均匀 型腔轮廓清晰）; 2)铸型质量好（紧实度高而均匀、型腔轮廓清晰）; 3)设备和工艺装备费用高，生产准备时间较长。按紧实方式不同 机器造型分为 （1）机器造型分类 按紧实方式不同，机器造型分为 震实造型、压实造型、震压造型和抛砂造型 中小型铸件多以震压造型方法 大型铸件多以抛砂造型方法 大型铸件多以抛
10、砂造型方法 1-工作台 2-模样 3-砂箱 4-辅助框 5-压板 6-压板架 压实造型工作示意图1）震压造型 是利用震动和撞击力对型砂紧实 a)填砂 b)振击紧砂 c)辅助压实d)起模 震压造型机的工作过程震压造型机的工作演示微震压实造机的紧砂原理是在型砂压实的同时进行微震， 微震压实造型 所以其紧实度比震压造型的高而且均匀。高压造型 高压造型机的压头采用液体加压，每个小压头的行程可随模型的 高度自行调节，使砂型各部位的紧实度均匀，且在压实的同时还可 进行微震，它制得的砂型紧实度高、能获得表面粗糙度低、尺寸精 度高的铸件 且噪音小 生产率高。 度高的铸件、且噪音小，生产率高。2）抛砂造型 利用
11、抛砂头内高速旋转的叶片将传送带的型砂呈团状以3060m/s的速度高 利用 砂头内高速 转的叶片将传送带的型砂呈团状 / 的速度高 速抛入砂箱，使型砂表逐层紧实，同时完成填砂和紧实两个工序。3）射压造型 射砂和压实复合方法紧实型砂。（2）起模方式 常用的起模方式有顶箱起模、顶箱漏模和翻转起模 a)顶箱起模 b)顶箱漏模 )顶箱起模 )顶箱漏模 机器造型的起模方法（3）机器造型的工艺特点 通常是采用模板进行两箱 造型。模板是将模样、浇 造型 模板是将模样、浇 注系统沿分型面与模底板 联成一体的专用模具。 造型后，模底板形成分型 面，模样形成铸型空腔， 而模底板的厚度不影响铸 而模底板的厚度不影响铸
12、 件的形状与尺寸。 机器造型尽量避免活块，不能进行三箱造型 不能紧实中箱 不能紧实中箱3. 机器造芯 采用填砂和紧砂两个工 1）射芯机 填紧 序一并完成将砂型紧实； 铸件 寸精度高 铸件的尺寸精度高； 生产率高，易于实现自 动化； 也可用于造型 也可用于造型； 适合于中小铸件成批大 量的生产。2）壳芯机砂型铸造演示 砂型铸造演示浇 注 浇 注凝 固 凝 固3.2 砂型铸造的工艺设计 1 掌握浇注位置 分型面选择；铸造工艺参数确定；型芯设计； 1.掌握浇注位置、分型面选择；铸造工艺参数确定；型芯设计； 浇冒系统等有关知识。 设计要点 2.学会绘制简单铸件的铸造工艺图。 设计要点 铸 工 分 浇
13、铸 造 工 艺 工 艺 参 数 分 型 面 浇 注 位 置 艺 图 的 绘 数 的 确 面 的 选 置 的 确 绘 制 定 择 定铸造工艺设计的一般步骤 审 1.对零件图纸进行审核和进行铸造工艺性分析 2 选择铸造方法 2.选择铸造方法 3.确定铸造工艺方案 3.确定铸造 艺方案 4.绘制铸造工艺图 5.绘制铸件图 6.填写铸造工艺卡和绘制铸型装配图 7.绘制各种铸造工艺装备图纸3.2.1 铸造工艺图的绘制 铸造工艺图是在 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 分型方案 绘 分型面的选择 对浇注位置的选择 绘 制 方 浇注位置画法(上和下) 铸型分型面选择 方 法 工艺参数定
14、性给出即可铸造工艺图实例 分 型型 面的 选选 取至关 重重 要3.2.2 分型面的选择 分型面 指铸型中相互结合的面 分型面指铸型中相互结合的面 。 1、应尽量减少分型面的数量2、应尽量使分型面是一个平直的面 若分型面是一曲面，则必须用挖砂造型3、应避免不必要的型芯和活块，简化造型工艺4、应尽量使铸件全部或大部分置于下箱3.2.3 浇注位置的选择原则 铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置 铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置 。 1、铸件的重要工作面、主要的加工面应朝下或侧立放置。 C620床身浇注位置 圆锥齿轮浇注位置 气缸套的浇注位置2 、铸件的大平面应朝下 以免形成
15、夹渣和夹砂等缺陷 平板铸件 以免形成夹渣和夹砂等缺陷 。 平板铸件3、应将铸件薄而大的平面放在下部、侧面或倾斜位置 以利于合金液填充铸型 铝电机端盖浇 注位置 油盘浇注位置4、应将铸件的厚大部分放在上部或侧面 以获得组织致密，外形完整的铸件 链轮的浇注位 置( 铸钢) 5 、铸件圆周表面质量要求高，应进行立铸（三箱造型或平 作立浇） 卷扬筒的浇注 位 置3.2.4 工艺参数的确定 加工余量 工艺参数 收缩率 工艺参数 拔模斜度 铸造圆角 型芯及型芯头一、机械加工余量和最小铸孔 灰铸铁砂型铸造的机械加工余量 铸件最大 浇注时 加工面与基准面的距离(mm) 灰铸铁砂型铸造的机械加工余量 尺寸 ()
16、 浇注时 位置 50 50120 120260 260500 500800 8001250 120 顶面 底 侧面 3.54.5 25 35 4.04.5 30 35 底、侧面 2.53.5 3.03.5 120260 顶面 底、侧面 4.05.0 3.04.0 4.55.0 3.54.0 5.05.5 4.04.5 顶面 4560 5060 6070 6570 260500 顶面 底、侧面 4.56.0 3.54.5 5.06.0 4.04.5 6.07.0 4.55.0 6.57.0 5.06.0 500800 顶面 底、侧面 5.07.0 4.05.0 6.07.0 4.55.0 6.5
17、7.0 4.55.5 7.08.0 5.06.0 7.59.0 6.57.0 底 侧面 8001250 顶面 底、侧面 6.07.0 4.05.5 6.57.5 5.05.5 7.08.0 5.06.0 7.58.0 5.56.0 8.09.0 5.57.0 8.510 6.57.5 注：加工余量数值中下限用于大批大量生产，上限用于单件小批生产孔的铸出：要考虑铸出的可能性、必要性、和经济性。一 般大 用下芯的方式铸出 则用机 完成 般大孔用下芯的方式铸出，而小孔则用机加工完成。 最小铸孔 生产批量 最小铸出孔直径 灰口铸铁件 铸钢件 大量生产 成批生产 单件、小批生产 1215 1530 30
18、50 3050 50 注：对于零件上不要求加工的孔槽，无论大小均应铸出二、起模斜度 为了在造型和制芯时便于起模，以免损坏砂型和型芯，在模样、 芯盒的起模方向留有一定的斜度。 木模样外壁高40-100时，斜度 1 40 木模样外壁高100-160时，斜度 1 30 内壁起模斜度比外壁大三、铸造收缩率 铸件在凝固和冷却过程中会发生收缩而造成各部分体积和尺 寸缩小。 为保证铸件尺寸要求 需在模样(芯盒)上加大 个收缩的尺 为保证铸件尺寸要求，需在模样(芯盒)上加大一个收缩的尺 寸。加大的这部分尺寸称收缩量，一般根据铸造收缩率来定。 铸造收缩率定义如下： K(L模L件)/L件100% K(L模 L件)
19、/L件100% 式中： K为铸造收缩率；L模为模样尺寸；L件为铸件尺寸。 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。通常灰铸铁为0.71.0%，铸造碳钢为1.32.0%， 铝硅合金为0.81.2%，锡青铜为1.21.4%。四、型芯及型芯头 型芯作用：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。 型芯形式：水平型芯、垂直型芯、悬臂型芯、悬吊型芯、引申型 平 直 臂 吊 引申 芯（便于起模）、外型芯（使三箱造型变为两箱造型）等六种。型芯头 型芯头:是型芯的定位 支撑和排气的部分 型芯头:是型芯的定位、支撑和排气的部分。 设计
20、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 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。综合分析举例1(1)方案I 沿底板中心线分型，即采 沿底板中心线分型，即采 用分模造型。 优点 底面上110 凹槽容 优点：底面上110 mm凹槽容 易铸出，轴孔下芯方便， 轴孔 台 妨 起模 轴孔内凸台不妨碍起模。 缺点：底板上四个凸台必须 采用活块，同时，铸件易 产生错型缺陷，飞翅清理 的工作量大。此外，若采 用木模，加强筋处过薄， 用木模，加强筋处过薄， 木模易损坏。(2)方案 沿底面分型，铸件全部 位于下箱，
21、为铸出110 mm凹槽必须采用挖砂 造型。 特点：方案克服了方案 工的缺点 但轴孔内凸台 工的缺点，但轴孔内凸台 妨碍起模，必须采用两个 活块或下型芯 当采用活 活块或下型芯。当采用活 块造型时，30 mm轴孔难 以下芯。(3)方案 沿110 mm凹槽底面分 型。 型 特点：优缺点与方案 类同 仅是将挖砂造型 类同，仅是将挖砂造型 改用分模造型或假箱造 型 以适应不同的生产 型，以适应不同的生产 条件。 可以看出，方案 、 的优点多于方案I。 单件、小批生产 由于轴孔直径较小、勿 下 需铸出，而手工造型便 于进行挖砂和活块造型， 上 下 ， 此时依靠方案 分型较 为经济合理。 69 大批量生产 机器造型难以使用活 机器造型难以使用活 块，故应采用型芯制 出轴孔内凸台 下 出轴孔内凸台。 采用方案 从110凹 槽底面分型 以降低 上 下 槽底面分型，以降低 模板制造费用。 方型芯的宽度大于底 方型芯的宽度大于底 板，以便使上箱压住 该型芯，防止浇注时 该型芯，防止浇注时 上浮。若轴孔需要铸 出，采用组合型芯即 70 可实现。综合分析举例2
