1、第一章 铸 造 了解铸造生产的安全技术；了解砂型铸造的生产过程。了解型砂（芯）的基本组成及其主要性能。掌握手工造型的工艺方法。掌握分型面和浇注系统的组成和作用。了解特种铸造的基本知识。学习目标 铸造是将熔融的金属液浇入具有和零件形状相适应的铸型空腔内，待其冷却凝固后获得一定形状和性能的金属件的方法。铸造的两个基本过程为填充铸型和冷却凝固。铸造的成形方法主要分为砂型铸造和特种铸造。砂型铸造的生产工序主要包括制模、配砂、造型（芯）、合型、熔炼、浇注、落砂清理和检验。其生产工艺过程如图1-1：1.1 概 述图1-1 砂型铸造的工艺过程砂型是由型砂制成的。型砂的质量直接影响着铸件的质量，型砂质量不好会
2、使铸件产生气孔、砂眼、粘砂和夹砂等缺陷。1.2 型 砂1.2.1 型砂的组成型砂主要是由原砂、黏结剂、附加物和适量的水混合而成的。原砂：是型砂的主体，主要由耐高温的SiO2组成。黏结剂：包括膨润土、黏土、水泥、水玻璃等。附加物：包括煤粉、锯木屑、滑石粉、细石英砂、固化剂等。1.2.2 对型砂性能的要求 型砂在铸造过程中要经受捣实、搬运、高温金属液的冲刷等，因此，要求型砂必须具备强度好、透气性好、可塑性强、耐火性好、有退让性。1.2.3 型砂的制备 型砂的制备过程是：首先将新砂、旧砂、黏结剂和附加物等加入混砂机中进行搅拌干混23 min，然后加水湿混57 min，性能符合要求后从出砂口卸砂，最后
3、再堆放45 h，使型砂中的水分均匀混合。1.3 造 型 造型是用型砂及模样等工艺装备制造铸型的过程，是制造铸件最主要的工序。造型分为手工造型和机器造型。1.3.1 铸 型 铸型是依据零件形状用造型材料（制造铸型和型芯的材料）制成的。铸型按照造型材料的不同，分为砂型铸型（简称砂型）和金属型铸型。铸型由上、下砂型、型腔（形成铸件形状的空腔）、浇注系统和砂箱等部分组成，如图1-2。图1-2 铸型示意图1.3.2 手工造型 手工造型是由人工用造型工具制造砂型的方法。手工造型操作灵活，工艺装备简单，但生产效率低，劳动强度大，适于单件小批量生产。手工造型常用的造型方法如下：1、整模造型 整模造型是用整体模
4、样进行造型的方法。以图1-3所示的零件，来讲解整模造型的操作步骤和操作要求。1）造型前准备工作在造型前，我们应首先根据铸件的工艺要求准备好型砂、底板、模样、芯盒、砂箱和必要的造型工具，然后才能开始造型。图1-3 铸造零件2）操作步骤及要求 安放平板、模样及砂箱，如图1-4所示：填砂和紧实：图1-4 安放平板模样及下砂箱图1-5 填砂、紧实并刮去多余的型砂 翻型并放置上砂箱：撒防粘模材料并填砂舂紧：如图1-7 修整上砂箱并做出定位记号：如图1-8图1-6 翻转下砂型并放置上砂箱图1-7 撒分型砂、填砂并舂紧图1-8 取出浇口棒并做出定位符号 开箱并起模，如图1-9所示：修型并合型：将上砂型合并在
5、下砂型上，放置适当重量的压铁，如图1-10（a）和（b）所示。铸件浇注保温后从砂箱中取出，如图1-10（c）所示。（a）（b）（c）图1-9 开上砂箱并起模图1-10 修型并合型（1）模样的放置（2）舂砂（3）撒分型砂注意模样的起模方向应留出浇口棒的安放位置应使铸件的重要加工面处在浇注位置的底面或侧面应留出30100 mm的吃砂量。砂型下部要比上部紧实度高。下砂型要比上砂型紧实度高。砂型型腔的紧实度要高，以抵抗熔融金属液的压力。为了使上、下砂箱不粘在一起，常在分型面上撒一层分型砂。注意模样表面的分型砂，特别是模样凹角处所撒的分型砂一定要清扫干净，否则将影响铸件表面质量。3）操作要点2、分模造型
6、 分模造型是用分块模样进行造型的方法，其造型过程与整模造型相比，增加了放、取上半模样的两个操作。其特点是将模样分为两半，分模面是模样的最大截面，铸件型腔位于两个砂箱内。以图1-11所示的套筒零件为例来讲解分模造型的工艺过程。图1-11 套筒零件1）操作步骤及要求 造芯：造下型：如图1-12所示。图1-12 造下型 造上型：如图1-13所示。开箱并起模：如图1-14所示。图1-13 造上砂型图1-14 打开上砂型并起模图1-15 开浇道并下芯（a）合型 （b）带有浇注系统的铸件图1-16 合型和带有浇注系统的铸件 开浇道并下芯：如图1-15所示。合型：最后按标记将上砂型合并在下砂型上，如图1-1
7、6（a）所示。如图1-16（b）所示为带有浇注系统的铸件。检查模样配合是否严密。检查砂芯的干燥程度和表面质量，如有损坏，应经过修补、刷涂料、烘干后再使用。若砂箱上没有定位装置，一定要特别细心地对正定位记号，以防错箱。操作要点1233、挖砂造型 挖砂造型是需对分型面进行挖修后才能取出模样的造型方法。挖砂造型的模样多为整体的，铸型的分型面是不平分型面。挖砂造型的操作技术要求较高，生产效率较低。挖砂造型主要适用于形状较复杂的铸件的单件生产。以图1-17（a）所示手轮零件为例来讲解挖砂造型的工艺过程。图1-17（a）零件图1）操作步骤 造下型：如图1-17（b）所示。翻转下型并挖修分型面：如图1-17
8、（c）和图1-17（d）所示。图1-17 （b）造下型 图1-17（d）挖修分型面 图1-17 （c）翻转下型 造上型：如图1-17（e）所示。开箱、起模并合型：如图1-17（f）所示。图1-17 （e）造上型图1-17 （g）带浇注系统的铸件图1-17 （f）开箱、起模并合型 挖砂时，一定要使所挖的分型面与模样的凸点封闭，连线构成的平面或曲面相连接，这样不仅利于起模，还不易形成铸造缺陷。分型面应修得光滑平整，挖砂部位的坡度应适当。由于下砂型挖掉了一部分型砂，分型面不再是一个平面。因此，在上砂型中形成了一个吊砂，所以在开型和合型时一定要仔细，以防损坏型腔。操作要点1234活块模造型 活块模造型
9、是采用带有活块的模样进行铸造的方法。模样上可拆卸或者能活动的部分称为活块。活块模造型的特点。模样主体可以是整体的，也可以是分开的。对工人的操作技术要求较高，操作较麻烦，生产效率较低。活块模造型适用于具有无法直接起模的铸件，如带有凸台等结构的铸件。以图1-18（a）所示零件为例来讲解活块模造型的工艺过程。图1-18（a）零件图1）操作步骤活块模造型的工艺过程与整模造型相似，但有以下几点不同之处。采用带有销钉的活块模造型时，当模样被型砂固定后，应将固定活块的销钉及时取出，否则模样将无法拔出，如图1-18（e）所示。（e）造下型并拔出销钉（b）铸件（c）用销钉连接的活块（d）燕尾连接的活块 起模时，
10、应先取出模样的主体部分，再用弯曲的取模针取出活块，如图1-18（f）和图1-18（g）所示。图1-18（f）取出模样主体 图1-18 （g）取出活块图1-18 活块模造型 造型前应检查活块与模样主体的定位是否准确，配合的松紧程度是否适当。若太紧则活块脱离模样主体时，起模困难；太松则活块容易错位，影响铸件质量。舂砂至活块时，应注意不要使活块错位。连接活块的销钉不要过早取出，以免舂砂时活块错位。起模后要将活块与模样及时按照规定安装好，切勿将活块丢弃。操作要点12345假箱造型 当批量生产挖砂造型的铸件时，为避免重复挖砂，可采用假箱造型。如图1-19所示，先做一个假箱（半个铸型）以代替底板，接着在假
11、箱上造下型，然后翻转下型造上型。由于假箱只起底板作用，只用于造型，不参加合型浇注，故称为假箱。图1-19 手轮的假箱造型（a）模样放在假箱上（b）造下型（c）翻转下型，造上型6刮板造型 刮板造型是用一块和铸件截面形状相一致的模板（又称刮板）来代替模样进行操作的造型方法。刮板造型的工艺过程为：先安装刮板支架和刮板，刮板位置应当用水平仪校正，以保证刮板轴与分型面垂直。造型时将刮板绕着固定的中心轴旋转，在型砂中刮出所需的型腔。（a）零件图（b）刮板图1-20 大带轮的刮板造型过程（c）芯头模样 如图1-20（d）所示为在砂箱内刮制下型，如图1-20（e）所示为在砂箱内刮制上型，然后用上、下芯头模样分
12、别压制出上、下芯座。在上、下型分型面上分别画出通过轴心的两条相互垂直的直线，将直线引至箱边做出记号，作为合型的定位线。最后安放芯头，合箱，如图1-20（f）所示。图1-20（e）刮制上型图1-20 （f）下芯并合型特点：刮板造型模样简单，节省制模材料，但是造型操作复杂，生产效率低，仅适用于大、中型旋转体铸件的单件生产。（d）刮制下型图1-20 大带轮的刮板造型过程7三箱造型 用三个砂箱制造型腔的过程称为三箱造型。其适用于某些形状复杂，具有两端截面大，而中间截面小的铸件。如图1-21所示为带轮的三箱造型过程。（a）零件图（b）模样图1-21 带轮的三箱造型过程（c）造中型（d）造下型三箱造型特点
13、：模样必须是分开的，以便从中型内取出模样。中型上下两面都是分型面，且中箱高度应与中型模样高度相近。操作复杂，生产效率低，且难以用机器造型。三箱造型适用于铸造形状复杂，且具有两个分型面的单件小批量生产的铸件。图1-21 带轮的三箱造型过程（e）翻转下型和中型（f）造上型（g）开箱并起模（h）下芯并合型1.3.3 机器造型 机器造型是用机械全部或者部分完成造型操作的方法。与灵活多变的手工造型相比，机器造型生产效率高，铸件质量好，劳动强度低。图1-22 振压式造型机的工作过程 （a）填砂 图1-22 振压式造型机的工作过程 （b）振动紧砂1振压式造型机造型 振压式造型机是具有振实、压实和起模装置的机
14、器，如图1-22所示为振压式造型机的工作过程。填砂：如图1-22（a）所示。振击：如图1-22（b）所示。压实：如图1-22（c）所示。起模：如图1-22（d）所示。（c）压实顶部型砂 （d）起模图1-22 振压式造型机的工作过程2造型生产线 大批量生产时，为了提高生产效率，一般采用各种铸型输送装置，将造型机和铸造工艺过程中各种辅助设备连接起来，组成机械化或自动化的造型系统，称为造型生产线，如图1-23所示。图1-23 造型生产线示意图 由图1-23所示可知，造型生产线的工艺流程是：造型机分别造好上、下型，下型翻转后，由落箱机送到铸型输送机的平台上，手工下芯，由合箱机合上型。然后由压铁机将压铁
15、放在铸型上，接着铸型被运送到浇注段处浇注。浇筑完成后进入冷却室。冷却后压铁机取走压铁，铸型经捅箱机被送至落砂机上。落砂后，旧砂和铸件分别运到砂处理和清理工部，空砂箱被送回至造型机旁。1.4 造 芯 为获得铸件的内腔或局部外形，用芯砂或其他材料制成的安放在型腔内部的铸型组元称型芯。绝大部分型芯是用芯砂制成的，又称砂芯。砂芯必须具有比砂型更高的强度、透气性、耐高温性和退让性等。1.4.1 芯 砂芯砂的种类主要有黏土砂、水玻璃和树脂砂等，特点如下：黏土砂：强度低，需加热烘干，溃散性差，应用日益减少。但一般的砂芯可用黏土砂制备。水玻璃砂：主要用在铸钢件芯砂中。树脂砂：由于快干自硬、强度高、溃散性好，被
16、广泛应用，特别适用于大批量生产的复杂砂芯中。1.4.2 造芯工艺在造芯工艺中，应采取相应措施，来保证型芯的性能要求。放芯骨：砂芯中应放入芯骨以提高强度，如图1-24（a）和图1-24（b）所示。开通气道：砂芯中必须做出贯连的通气道，以提高砂芯的透气性，如图1-24（c）所示刷涂料：大部分砂芯表面要刷一层涂料，以提高耐高温性能，防止铸件粘砂。烘干：烘干以去除型芯中的水分，来提高其强度和透气性。图1-24 芯骨（a）铁丝芯骨（b）铸铁芯骨（c）带吊环的芯骨和通气道1.4.3 制芯方法 砂芯一般用芯盒制成，芯盒的空腔形状和铸件的内腔相适应。根据芯盒的结构，手工制芯方法通常分为整体式芯盒制芯、对开式芯
17、盒制芯和可拆式芯盒制芯三种。整体式芯盒制芯：用于制作形状简单的中、小型砂芯。其制作过程如图1-25所示。图1-25 整体式芯盒制芯（a）舂砂、刮平（b）放烘芯板（c）翻转、取芯对开式芯盒制芯：用于制造形状复杂的中、大型砂芯。其制作过程如图1-26所。图1-26 对开式芯盒制芯可拆式芯盒制芯：用于圆形截面的较复杂砂芯。其制作过程如图1-27所示。图1-27 可拆式芯盒制芯1.5 合 型 合型（又称合箱）是指将上型、下型、砂芯、浇口棒等组合成一个完整铸型的操作过程。合型的主要工作包括：铸型的检验、装配和铸型的紧固。1.5.1 铸型的检验、装配 在合型前应检验铸型是否已达到铸造的工艺要求。检验合格后
18、，再平稳、准确地合上上型。1.5.2 铸型的紧固 为了避免由于抬箱力（上箱受到的金属液压力和砂芯受到的金属液浮力的合力）而造成的缺陷，装配好的铸型需要紧固。紧固铸型时应注意用力均匀、对称。1.6 合金的熔炼和浇注 合金的熔炼和浇注是生产铸件的主要工序之一，对铸件质量有很大影响，若控制不当，会使铸件因成分和机械性能不合格而报废。1.6.1 铸造合金的种类 用于铸造的金属种类有铸铁、铸钢、铸铝、铸铜等，其中铸铁件应用最多，占铸件总质量的80%左右。1铸铁：铸铁主要由含碳量2.11%的铁、碳和硅组成的合金。2铸钢：铸钢包括碳钢和合金钢两大类。3铸造有色合金：常用于铸造的有色合金包括铝合金、铜合金等。
19、1.6.2 合金的熔炼 合金的熔炼是铸造的必要过程之一。合金熔炼好坏直接影响铸件质量的好坏。合金的熔炼过程中应注意：优质：是指合金熔融液温度高、化学成分合格、非金属夹杂物和气体含量少。低耗：是指燃料、电力、熔炼原材料耗费少，金属烧损少。高效：是指熔化速度快。由于冲天炉操作方便，可连续熔炼，生产效率高，投资少，因此，目前冲天炉是最主要的熔炼设备。1冲天炉的构造 冲天炉是由炉体、火花捕集器、前炉、加料系统和送风系统等五部分组成，如图1-28所示。图1-28 冲天炉的构造2冲天炉的熔炼过程 在熔炼金属时，冲天炉是利用对流原理进行的。熔炼时，热炉气自下而上运动，冷炉料自上而下移动。两股逆向流动的物、气
20、之间进行着热量交换和冶金反应，最终将金属炉料熔化成符合要求的熔融金属液。1.6.3 浇 注 浇注是指将熔融的金属液浇入铸型的操作。浇注工艺不当会引起浇不到、冷隔、砂眼、冲砂和缩孔等缺陷 1浇注系统 浇注系统是指铸型中开设的引进熔融金属液的通道。其浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成，如图1-29所示。2浇注前准备工作 准备浇包：浇包是在炉前承接熔融金属液的容器，目的是将熔融金属液运到铸型处进行浇注。烘干用具：避免因挡砂钩、浇包等潮湿引起金属液的飞溅。图1-29 浇注系统3.浇注工艺 浇注温度：应根据合金种类、铸件大小及形状确定合理的浇注温度。浇注速度：应根据铸件大小、形状来确定合理的浇
21、注速度。挡渣：在浇注前应向浇包内撒些草木灰、干砂或集渣剂，以便将熔池或者 浇包中的熔渣全部清除掉（即挡渣）。引气：在浇注前，砂型中会有一些气体，这时需在砂型出气孔处用燃烧物引燃，将砂型中的气体排除。1.7 铸件的落砂、清理、热处理和缺陷分析1.7.1 落 砂 从砂型中取出铸件的过程称为落砂。落砂时应注意铸件的温度。一般来讲，铸件落砂温度在400500之间，且在保证铸件质量的前提下尽早落砂。1.7.2 清 理 落砂后的铸件必须经过清理工序，才能使铸件外表面达到要求。清理工作主要包括以下几点：切除浇冒口、清除砂芯、清除粘砂、铸件的修整。1.7.3 铸件的热处理 铸件在冷却、凝固过程中，难免会出现组
22、织不均匀、晶粒粗大及热应力等缺陷，因此有些铸件在清理后还需要进行热处理。包括消除应力退火和消除白口退火。1.7.4 铸件的缺陷分析 由于铸造工序繁多，铸件缺陷类型很多，只有了解了缺陷形成机理，采取有效措施防止和消除缺陷，才能获得合格的铸件。铸件的常见缺陷及产生原因如表1-1所示。类别缺陷名称和特征产生原因空洞类气孔：铸件内部出现的空洞。孔壁光滑，孔内无异物。形状常为梨形、圆形和椭圆形 砂型紧实度过高 型砂太湿，起模和修模时刷水过多 砂芯未烘干或通气道堵塞缩孔：铸件厚壁处出现的形状极不规则且孔壁粗糙的孔洞 浇注系统或者冒口位置不正确，补缩不足 浇注温度过高，金属液收缩过大砂眼：铸件内部或者表面带
23、有砂粒的孔洞 型砂太干、韧性差、易掉砂 局部没舂紧，型腔、浇口内有散砂 合箱时砂型局部破坏 浇注系统不正确，冲坏砂型表1-1 铸件的常见缺陷及产生原因1.8 特种铸造 特种铸造是指除普通砂型铸造以外的其他铸造方法，如金属型铸造、压力铸造、离心铸造和熔模铸造等。由于特种铸造在提高铸件精度、降低铸件表面粗糙度、提高劳动生产效率、改善劳动条件和降低铸件成本等方面有其优势，所以，近年来特种铸造在我国发展迅速，方法也日益增多。1.8.1 金属型铸造 金属型铸造是指把金属液浇入金属铸型而获得铸件的方法。金属型铸造的优点有生产效率高；力学性能好；铸件的尺寸精度和表面质量好。金属型铸造的缺点有金属型成本高，加
24、工费用大；不宜生产形状复杂的铸件；易产生裂纹。表1-1 铸件的常见缺陷及产生原因类别缺陷名称和特征产生原因表面缺陷类粘砂：铸件表面黏附有一层砂粒和金属的机械混合物，或者粘附着一层砂子、黏土和金属氧化物相互作用形成的低熔点化合物 砂型舂得太松，型腔表面不紧致 浇注温度过高，金属液渗透力大 砂粒粗糙，砂粒间空隙较大夹砂：铸件表面有局部突起的长条疤痕，其边缘与铸件本体分离，并夹杂有一层型砂。多产生在大平板铸件的上型表面 型砂的热湿强度较低 表面石英砂受热膨胀拱起，与高水层分离直至开裂形状差错类偏芯：铸件内腔和局部形状位置偏差 砂芯变形 下型时放偏 砂芯没固定好，浇注时产生错位错箱：铸件的一部分与另一
25、部分在分型面处错开 合箱时上、下型错位 定位记号错位或者不准 造型时，上、下模样错位表1-1 铸件的常见缺陷及产生原因类别缺陷名称和特征产生原因裂纹冷隔类裂纹：铸件内部或者表面有裂纹 浇注系统开设不当，阻碍铸件收缩 铸件设计不合格，薄厚差别大 砂芯（型）退让性差，阻碍铸件收缩冷隔：铸件上有未完全融合的缝隙，边缘呈圆角 浇注温度过低 浇注速度过慢 远离浇口的铸件壁过薄残缺类未浇满：铸件残缺，轮廓不完整 浇注温度过低 浇注速度过慢 未开出气孔，金属液的流动受型内气体阻止1.8.2 压力铸造 压力铸造是将金属液在高压作用下高速充型，并在压力作用下凝固获得铸件的方法。其生产工艺过程如图1-30所示。压
26、力铸造的优点：可铸形状复杂铸件；机械性能高；精度和表面质量好；生产效率很高。压力铸造的缺点：设备投资大，压铸模制造费用较高。图1-30 卧式冷压室压铸的工艺过程1.8.3 离心铸造 离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型中，然后在离心力的作用下凝固成形的铸造方法。铸型在离心铸造机上可以绕垂直轴旋转，也可以围绕水平轴旋转，如图1-31所示。离心铸造的优点：铸件的机械性能较高；铸造圆形中空的铸件可不必用砂芯；提高了金属液的利用率。离心铸造的缺点：铸件的外表面质量较差。图1-31 离心铸造工艺过程1.8.4 熔模铸造 熔模铸造是用易熔材料（如蜡料）制成模样（称蜡模），在模样上包覆若干层耐火涂料，制成型壳，
27、熔去模样后，型壳经高温焙烧去掉杂质后放入砂箱内，填入干砂，然后进行浇注而获得铸件的方法，其原理如图1-32所示。熔模铸造的优点：精度高；可做出形状复杂、难于加工的铸件；可以铸造熔点很高的耐热合金铸件。离心铸造的缺点：工艺过程复杂，生产成本高；不能生产大型铸件。图1-32 熔模铸造的工艺过程1.8.5 各种铸造方法的比较 各种铸造方法均有优缺点，如表1-2所示。在实际生产中必须结合生产具体情况，如铸件的大小、形状、合金种类、生产批量、精度等来选择正确的铸造方法。表1-2 几种铸造方法的比较比较项目铸造方法砂型铸造金属型铸造压力铸造离心铸造熔模铸造适用的合金种类不限制以有色合金为主低熔点合金以铸铁
28、、铜合金为主以铸钢为主铸件大小、质量不限制以中、小铸件为主一般10 kg，也可以是中等铸件不限制25 kg生产批量不限制大批量大批量大批量不限制尺寸精度IT15IT14IT14IT12IT13IT11IT14IT11表面粗糙度/mm粗糙12.56.33.20.8内孔粗糙12.51.6加工余量大小没有或精加工内孔加工余量大小或没有生产效率低、中中、高最高中、高低、中应用举例各种铸件飞机、汽车、拖拉机、内燃机、摩托车的铝活塞、泵体等喇叭、电器、仪表、照相机零件等各种铁管、铜套、滑轮轴承等汽轮机叶片、刀具、机床零件等1.9 铸工综合实训 熟悉了铸造的工艺之后，请同学们尝试铸造图1-33所示的零件，材
29、料为铸铁。技术要求：铸件无裂纹、气孔及砂眼等缺陷。1工艺分析 根据零件形状结构和技术要求，我们将采取分模造型的方法来铸造零件，其中分模面是零件图中水平中心线所在的位置。2铸造步骤 熟悉零件图和铸造工艺图，准备好型砂、底板、模样、砂箱和必要的造型工具。配型砂。安放下半模样及下砂箱。如图1-34所示。填砂和舂实。修整和翻型。安放上半模样和上砂箱。如图1-35所示。图1-34 安放一半模样及下砂箱图1-35 安放上半模样和上砂箱 修整上砂箱并做出泥号。如图1-36所示 开箱并起模。如图1-37所示。修型并合型。如图1-38所示。熔炼铸铁并进行浇注。铸件浇注后须保温一段时间，然后再从砂箱中取出。检验铸件。检验铸件是否有裂纹、气孔及砂眼等缺陷。如果没有为合格产品；否则，为不合格产品。图1-36 修整上砂箱并做出泥号图1-37 开箱并起下砂型的模样 图1-38 修型并合型谢谢大家观看Thanks For Watching
