金屬工藝學(xué)砂型鑄造學(xué)校報(bào)告

砂型鑄造學(xué)習(xí)報(bào)告 張 璐 礦業(yè)工程系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 1203 班 20121804342 鑄造簡(jiǎn)介 定義 是將液態(tài)金屬在重力或外力作用下填充到型腔中 待其冷卻凝固后 獲得所需形狀和尺寸的毛坯或零件的方法 優(yōu)點(diǎn) 1 適應(yīng)性廣 工藝靈活性大 材料 大小 形狀幾乎不受限制 2 最適合制造形狀復(fù)雜的箱體 機(jī)架 閥體 泵體 缸體等 3 成本較低 鑄件與最終零件的形狀相似 尺寸相近 主要缺點(diǎn)有 鑄件組織疏松 晶粒粗大 內(nèi)部常有縮孔 縮松 氣孔等缺 產(chǎn)生 導(dǎo)致鑄件力學(xué)性能 特別是沖擊性能較低 鑄造從造型方法分 可分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類(lèi) 目前最常用和最 基本的造型方法是砂型鑄造 砂型鑄造 定義 將液態(tài)金屬用砂型緊實(shí)成的鑄型中 待其冷卻后 將鑄型破壞 取 出鑄件的鑄造方法稱(chēng)為鑄造 砂型鑄造是傳統(tǒng)的鑄造方法 它適用于各種形狀 大小及各種常有合金鑄件的生產(chǎn) 一 主要工藝包括 制造模樣 制備造型材料 造型 制芯 合型 熔煉 澆注 落砂 清理與檢驗(yàn)等 一 砂型 鑄型 用型砂 金屬或其他耐火材料制成 包括形成鑄件形狀的空腔 型 心和澆冒口系統(tǒng)的組成整體 砂型 用型砂制成的鑄型 砂型的制作是砂型鑄 造工藝過(guò)程的主要工序 二 造型材料 型砂用的是粘土砂 成分包括原砂 石英質(zhì)硅砂 粘土 膨潤(rùn)土 普通粘 土 水 附加物 煤粉 木屑等 砂型鑄造所用鑄型一般由外砂型和型芯組 合而成 為了提高鑄件的表面質(zhì)量 常在砂型和型芯表面刷一層涂料 涂料的 主要成分是耐火度高 高溫化學(xué)穩(wěn)定性好的粉狀材料和粘結(jié)劑 另外還加有便 于施涂的載體 水或其他溶劑 和各種附加物 砂型鑄造中所用的外砂型按型 砂所用的粘結(jié)劑及其建立強(qiáng)度的方式不同分為粘土濕砂型 粘土干砂和化學(xué)硬 化砂型 3 種 粘土濕砂型 以粘土和適量的水為型砂的主要粘結(jié)劑 制成砂型后直接在 濕態(tài)下合型和澆注 型 芯 砂的性能要求 1 可塑性 型砂在外力作用下成形 外力消除后仍能保持其形狀的性能 2 強(qiáng) 度 抵抗外力破壞的能力 3 耐火性 型砂在高溫熔融金屬的作用下不軟化 不熔融燒結(jié)及不粘附在 鑄件表面的性能 4 透氣性 5 退讓性 鑄件冷卻收縮時(shí) 砂型與型芯的體積可以被壓縮的性能 三 模樣和芯盒 1 模樣 由木材 金屬或其他材料制成 用來(lái)形成鑄型型腔的工藝裝備 模 樣是按照根據(jù)零件圖樣要求繪制的鑄造工藝圖樣制造的 2 芯盒 制造型芯或其他類(lèi)耐火材料芯所用的裝備 鑄造工藝參數(shù)是指鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí) 需要確定的某些工藝數(shù)據(jù) 這些工藝 數(shù)據(jù)一般與模樣和芯盒有關(guān) 同時(shí)也與造型 造芯 下芯及合型的工藝過(guò)程有 關(guān) 選擇不當(dāng)會(huì)影響鑄件的精度 生產(chǎn)率和成本 按工藝圖制作時(shí)要注意點(diǎn)以下幾點(diǎn) 1 加工余量 指為了保證逐漸加工面尺寸和兩件精度 在鑄件工藝設(shè)計(jì) 時(shí)預(yù)先增加而在機(jī)械加工時(shí)切去的金屬層厚度 加工量過(guò)大 會(huì)浪費(fèi)金屬和加 工工時(shí) 過(guò)小則達(dá)不到加工要求 影響產(chǎn)品質(zhì)量 加工余量取決于鑄件生產(chǎn)批 量 合金的種類(lèi) 鑄件的大小 加工面與基準(zhǔn)面之間的距離及加工面在澆注時(shí) 的位置等 采用機(jī)器造型 鑄件精度高 余量可減小 手工造型誤差大 余量 應(yīng)加大 鑄鋼件因收縮大 表面粗糙 余量應(yīng)加大 非鐵合金鑄件價(jià)格昂貴 且表面光潔 余量應(yīng)比鑄鐵小 鑄件的尺寸愈大或加工面與基準(zhǔn)面之間的 距離越大 尺寸誤差也越大 故余量也應(yīng)隨之加大 澆注時(shí)鑄件朝上的表面因 產(chǎn)生缺陷的概率較大 其余量應(yīng)比底面和側(cè)面大 其大小根據(jù)鑄件尺寸公差和 加工余量等級(jí)來(lái)確定 一般小型鑄件的加工余量為 2 6mm 2 收縮余量 指為了補(bǔ)償鑄件收縮 模樣比鑄件圖樣增大的數(shù)值 鑄造 收縮率 K 表達(dá)式為 K L 模 L 件 L 件 100 L 模 模樣或芯盒工作面的尺寸 mm L 件 鑄件的尺寸 mm 3 起模斜度 指為使模樣容易從鑄型中取出或型芯自芯盒中脫落 在鑄 造工藝上加工余量直接表示出來(lái) 而不加工表面上的斜度 結(jié)構(gòu)斜度 僅需文 字注明即可 模樣越高 斜度取值越小 內(nèi)壁斜度比外壁斜度大 手工造型比 機(jī)器造型的斜度大 平行于起模方向在模樣或芯盒壁上的斜度 一般為 0 5 3 4 為保證型芯在鑄型中定位 固定和排氣 在模樣和型芯上都要設(shè)計(jì)出 型芯頭 型芯頭可分為垂直芯頭和水平芯頭兩大類(lèi) 四 造型 造型是指用型砂及模樣等工藝裝備制造鑄型的過(guò)程 造型是砂型鑄造最基 本的工序 通常分為手工造型和機(jī)器造型兩大類(lèi) 造型方法的選擇是否合理 對(duì)鑄件質(zhì)量和成本有著很大影響 手工造型是全部用手工或手動(dòng)工具完成的造型工具 手工造型的特點(diǎn)是操 作方便靈活 適應(yīng)性強(qiáng) 模樣生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間短 但生產(chǎn)效率低 勞動(dòng)強(qiáng)度大 鑄件質(zhì)量不敢保證 只適用于單件或小批量生產(chǎn) 各種常用手工造型的方法的特點(diǎn)及適用范圍如下 按砂箱特征區(qū)分 兩箱造型 主要特點(diǎn) 造型由上型和下型組成 造型 起模 修模等操作比較方便 是造型最基本的方法 適用于各種生產(chǎn)批量 各 種大 中 小鑄件 三箱造型 主要特點(diǎn) 鑄型由上中下三部分組成 中型的 高度須與鑄件兩個(gè)分型面的間距相適應(yīng) 三箱造型費(fèi)工 應(yīng)盡量避免適用 主 要用于單件 小批量生產(chǎn)具有兩個(gè)分型面的鑄件 地坑造型 主要特點(diǎn) 在車(chē) 間地坑內(nèi)造型 用地坑代替下砂箱 只要一個(gè)上砂箱 可減少砂箱的投資 但 造型費(fèi)工 而且要求操作者的技術(shù)水平較高 按模樣特征分為整模造型 挖砂 造型 假箱造型 分模造型 活塊造型和刮板造型 型砂和芯砂是用來(lái)制造砂型和型芯的主要材料 其質(zhì)量對(duì)鑄造生產(chǎn)過(guò)程及 鑄件質(zhì)量有很大影響 據(jù)統(tǒng)計(jì) 鑄件廢品中約有 50 以上與其有關(guān) 因此 合 理合理選用和配制型砂和芯砂很重要 型砂分為粘土砂 水玻璃砂 油砂 樹(shù) 脂砂 砂型是由上砂型 下砂型 型腔 形成鑄件形狀的空腔 砂芯 澆注系統(tǒng) 和砂箱組成 五 制芯 制造型芯的過(guò)程 是為了獲得鑄件的內(nèi)孔或局部外形 用芯 砂或其他材料制成的安放在型腔內(nèi)部的鑄型組元 在實(shí)習(xí)中練習(xí)的是較簡(jiǎn)單的 零件 并沒(méi)制作芯 六 澆注系統(tǒng)和冒口 澆注系統(tǒng)是為填充型腔和冒口而開(kāi)設(shè)于鑄型中的一系列通道 通常由澆口 杯 直澆道 橫澆道和內(nèi)澆道組成 其作用 保證熔融的金屬平穩(wěn) 均勻 連 續(xù)地充滿(mǎn)型腔 阻止熔渣 氣體和砂粒隨熔融金屬進(jìn)入型腔 控制逐漸冷凝收 縮時(shí)所需補(bǔ)充的金屬溶液 補(bǔ)縮 冒口是在鑄型內(nèi)儲(chǔ)存供補(bǔ)縮鑄件用熔融金屬的空腔 除補(bǔ)縮外 冒口有時(shí) 還起排氣和集渣的作用 一般設(shè)在鑄件最高處或最厚處 在金工實(shí)習(xí)中用的是兩箱造型 分為大小兩種 大的約 40 厘米見(jiàn)方 7 8 公分高 小的約 25 厘米見(jiàn)方 6 7 厘米高 都是 5 毫米厚 且用來(lái)練習(xí) 的砂箱為鋁合金的 只有準(zhǔn)備用來(lái)最后做成零件的砂箱才是鐵質(zhì)的 分量上著 實(shí)差了不少 由于剛開(kāi)始沒(méi)弄明白起模斜度的作用 導(dǎo)致造型練習(xí)中好幾次起 模不成功 不是模具直接擺反了 就是沒(méi)有垂直向上提將周?chē)男螤羁牡袅藥?塊 假設(shè)作為是正式做零件的話(huà) 這個(gè)就白做了 即使是最后注進(jìn)鐵水 冷卻 成了型也會(huì)造成很大的加工余量 不合算 所以擺正模具 充分利用起模斜度 還是很重要的 二 鑄造工藝設(shè)計(jì) 鑄造工藝圖包括鑄件的澆注位置 鑄型分型面 鑄造工藝參數(shù) 支座的零 件圖 鑄造工藝圖及合型圖 1 鑄型分型面的選擇 1 為便于起模 分型面應(yīng)盡量選擇最大界面處 并力求采用平直面 2 應(yīng)盡量使鑄型只有一個(gè)分型面 以便采用工藝簡(jiǎn)便的兩箱造型 多一個(gè)分型面 鑄型就增加一些誤差 使鑄件的精度降低 有時(shí)可用型芯來(lái)減少型芯來(lái)降低分 型面 3 盡量使鑄件全部或大部置于同一砂箱內(nèi) 并使鑄件的重要加工面 工 作面 加工基準(zhǔn)面及主要型芯位于下型內(nèi) 這樣便于型芯的安放和檢驗(yàn) 還可 以使上型的高度降低 便于合箱 并可保證鑄件的尺寸精度 防治錯(cuò)箱 4 鑄 件的非加工面上 應(yīng)盡量避免有披縫 分型面的上述原則 對(duì)于某個(gè)具體的鑄 件來(lái)說(shuō)難以全部滿(mǎn)足 有時(shí)甚至相互矛盾 因此必須抓住主要矛盾 全面考慮 至于次要矛盾 應(yīng)從工藝措施上設(shè)法解決 2 鑄件澆注位置的選擇 鑄件的澆注位置是指澆注時(shí)鑄件在鑄型內(nèi)所處的空間位置 鑄件澆注時(shí)的 位置 對(duì)鑄件質(zhì)量 造型方法 砂箱尺寸 機(jī)械加工余量等都有很大的影響 在選擇澆注位置時(shí)應(yīng)以保證鑄件質(zhì)量為主 一般注意一下幾個(gè)原則 1 鑄件的 重要加工面應(yīng)處于型腔底或處于側(cè)面 因?yàn)闈沧r(shí)氣體 夾雜物易漂浮在金屬 液上面 下面的金屬質(zhì)量純凈 組織致密 如起重機(jī)卷?yè)P(yáng)筒的澆注位置方案 采用立體式澆注 由于全部圓周表面均處于側(cè)立位置 其質(zhì)量均勻一致 輕易 獲得合格的鑄件 2 鑄件的大平面應(yīng)朝下 由于在澆注過(guò)程中金屬液對(duì)型腔上 表面有強(qiáng)烈的熱輻射 鑄型因急劇熱膨脹和強(qiáng)度下降易拱起開(kāi)裂 從而形成砂 缺陷 如實(shí)習(xí)中圓盤(pán)狀模具有突出的一面剛開(kāi)始放置時(shí)應(yīng)朝向墊板 這樣當(dāng)把 這個(gè)做好的沙箱反過(guò)來(lái)到取模步驟時(shí) 有多個(gè)臺(tái)階的就向砂 取模相對(duì)好取 減少對(duì)砂箱的破壞 3 面積較大的薄壁部分置于鑄型下部或使其處于垂直或傾 斜位置 這樣有利于金屬的填充 可以有效防止鑄件產(chǎn)生澆不足或冷隔等缺陷 如箱蓋的合理澆注位置 他將鑄件的大面積薄壁部分防止鑄型下面 使其在較 高的金屬液壓下充滿(mǎn)鑄型 4 對(duì)于容易產(chǎn)生縮孔的鑄件 應(yīng)將大部分放在分型 面附近個(gè)上部或側(cè)面 以便鑄件厚壁處直接安置冒口 使之實(shí)現(xiàn)自下而上的定 向凝固 如上述的鑄鋼卷?yè)P(yáng)筒 澆注后端放在上部是合理的 反之 若后端在 下部 則難以補(bǔ)縮 3 工藝參數(shù)的確定 前文已經(jīng)描述了 4 鑄造工藝圖的繪制 為了獲得健全的合格鑄件 減少鑄型制造的工作量 監(jiān)督鑄件成本 在砂 型鑄造的生產(chǎn)準(zhǔn)備過(guò)程中 必須合理制定出鑄造工藝方案 并繪制出鑄造工藝 圖 鑄造工藝圖時(shí)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 技術(shù)要求 生產(chǎn)批量以及實(shí)際生產(chǎn)條 件 在零件圖中用各種工藝符號(hào) 文字和顏色 表示出鑄造工藝方案的圖形 其中包括鑄件的澆注位置 鑄型分型面 型芯的數(shù)量 形狀 固定方法及下芯 次序 加工余量 其模斜度 收縮率 澆注系統(tǒng) 冒口 冷鐵的尺寸和布置等 5 鑄造工藝設(shè)計(jì)的一般程序 鑄造工藝設(shè)計(jì)就是在生產(chǎn)鑄件之前 編制出控制該鑄件生產(chǎn)工藝的技術(shù)文 件 鑄造工藝設(shè)計(jì)主要是畫(huà)鑄造工藝圖 鑄型裝配圖和編寫(xiě)工藝卡片燈 他們 是生產(chǎn)的指導(dǎo)性文件 也是生產(chǎn)準(zhǔn)備 管理和鑄件驗(yàn)收的依據(jù) 鑄造工藝設(shè)計(jì) 的好壞對(duì)鑄件的質(zhì)量 生產(chǎn)成本起著決定性作用 一般大量生產(chǎn)的定型產(chǎn)品 特殊重要的單件生產(chǎn)的鑄件 鑄造工藝設(shè)計(jì)制 定的細(xì)致 內(nèi)容涉及較多 單件 小批量生產(chǎn)的一般性產(chǎn)品 鑄造生產(chǎn)工藝內(nèi) 容可以簡(jiǎn)化 在最簡(jiǎn)單的情況下 只需繪制一張鑄造工藝圖即可 三 鑄造缺陷 1 鑄造應(yīng)力 變形 裂紋 鑄造應(yīng)力隨著溫度的下降 鑄件會(huì)產(chǎn)生固態(tài)收縮 有些合金甚至還會(huì)因發(fā) 生固態(tài)相變而引起收縮或膨 這些收縮或膨脹若受到阻礙或因受到鑄件各部分 互相牽制 都將在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力 1 按鑄造應(yīng)力產(chǎn)生的原因分為熱應(yīng)力 機(jī)械應(yīng)力和相變應(yīng)力三種 他們是鑄 件產(chǎn)生變形和裂紋的根本原因 減小應(yīng)力的措施 在鑄造工藝上采取同時(shí)凝固原則 是減少和消除鑄造應(yīng) 力的重要工藝措施 同時(shí)凝固是指采取一些工藝措施 盡量減小鑄件各部位間 的溫度差 使鑄件各部分同時(shí)冷卻凝固 同時(shí)凝固的鑄件中心易出現(xiàn)縮松 影 響鑄件致密性 所以 同時(shí)凝固主要用于收縮較小的一般灰鑄鐵和球墨鐵件 壁厚均勻的薄壁鑄件 以及氣密性要求不高的鑄件等 2 鑄件的變形 具有殘余應(yīng)力的鑄件 其狀態(tài)處于不穩(wěn)定狀態(tài) 將自發(fā) 地進(jìn)行變形以減少內(nèi)應(yīng)力趨于穩(wěn)定狀態(tài) 顯然 只有原來(lái)受拉伸部分產(chǎn)生壓縮 變形 受壓縮部分產(chǎn)生拉伸變形 才能使鑄件中的殘余應(yīng)力減少或消除 鑄件 變形的結(jié)果將導(dǎo)致鑄件發(fā)生扭曲 采用反變形處理 在統(tǒng)計(jì)鑄件變形規(guī)律的基礎(chǔ)上 在模樣上預(yù)先做出相當(dāng) 于鑄件變形量的反變形量 以抵消鑄件的變形 進(jìn)行時(shí)效處理 自然時(shí)效 將 鑄件置于露天半年以上 使其緩慢發(fā)生變形 從而消除內(nèi)應(yīng)力 人工時(shí)效是將 鑄件加熱到 550 650 攝氏度取應(yīng)力退火 3 鑄件的裂紋 鑄造內(nèi)應(yīng)力超過(guò)金屬材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生 分為熱裂和 冷裂 防止前面的 使鑄件結(jié)構(gòu)合理