《金工實訓與技能訓練》課件第8章

模塊八鑄造項目一砂型鑄造項目二特種鑄造

一、實訓目的和要求

實訓目的：

(1)了解鑄造的工藝過程、特點、應用及其在機械制造中的地位和作用。了解型砂、芯砂的組成、性能要求，以及型砂對鑄件質(zhì)量的影響。

(2)了解常用的手工造型方法。

(3)了解澆注速度和澆注溫度對鑄件質(zhì)量的影響，以及常見鑄件缺陷特征及產(chǎn)生的主要原因。

(4)了解常見特種鑄造的基本知識。

(5)了解常用造型工具的名稱并能正確使用。

二、安全操作規(guī)程

(1)實習時，必須按規(guī)定穿戴好勞動保護用品。

(2)未經(jīng)實習指導人員許可，不準擅自動用任何電器設備、電閘、開關(guān)和操作手柄，以免發(fā)生安全事故。

(3)實習中，如有異常現(xiàn)象或發(fā)生安全事故，應立即拉下電閘或關(guān)閉電源開關(guān)，停止實習，保留現(xiàn)場并及時報告指導人員，待查明事故原因后方可再進行實習。

(4)造型時，不要用嘴吹型砂，以免砂粒飛入眼中。

(5)出鐵水時，不準加料，不能用濕的或冷鐵桿攪動鐵水或扒渣。

(6)抬運澆包時，動作要協(xié)調(diào)。抬包時，若發(fā)生金屬液體飛濺，應保持冷靜，抬包雙方應同時慢慢地放包，切不可單獨摔掉澆包，否則會發(fā)生更大的工傷事故。

(7)澆注時，澆包內(nèi)鐵水不能過滿，澆包要對準鐵槽，人不能站在澆注的正面，不能垂直去看冒口是否澆滿，以免鐵水飛濺傷人。

(8)清理鑄件時，應避免澆冒口飛出傷人。

(9)砂箱、砂型等應平穩(wěn)放置，防止其倒塌傷人。

(10)不準在吊車下行走或停留，不準踩踏或站在沒有澆注的鑄型或已澆注但未凝固的鑄型砂箱上，以免碰傷、砸傷和燒傷。

項目一砂型鑄造

砂型鑄造是指用型砂緊實成型的鑄造方法。砂型鑄造的生產(chǎn)過程如圖8-1所示。其主要工序為：制造模樣和芯盒，制備型砂和芯砂，造型和造芯，合型，熔化金屬及澆注，落砂后鑄件，表面清理及質(zhì)量檢驗等。圖8-1砂型鑄造的生產(chǎn)過程

任務引入

如圖8-2所示的模樣，按要求完成造型工序。

圖8-2模樣

相關(guān)知識

整模造型的模樣是一個整體，通常型腔全部放在一個砂箱內(nèi)，分型面為平面。

1．型砂與芯砂

型砂與芯砂是用來制造砂型的主要材料，其質(zhì)量對鑄造生產(chǎn)過程及鑄件質(zhì)量有很大影響。據(jù)統(tǒng)計，鑄件廢品中約有50%以上與其有關(guān)。因此，要合理選用和配置型(芯)砂，嚴格控制其性能。

(1)型(芯)砂應具備的性能。

①強度。型(芯)砂抵抗外力破壞的能力稱為強度。強度過低，在造型、搬運、合型過程中，易引起塌箱、砂眼等缺陷；強度過高，會阻礙鑄件收縮，引起鑄件產(chǎn)生較大的鑄造應力甚至裂紋，同時使鑄型透氣性變差。強度大小取決于砂粒粗細、水分、黏結(jié)劑含量及型砂緊實度等。砂粒愈細，黏結(jié)劑愈多，緊實度愈高，則其強度愈高。

②耐火度。型(芯)砂在高溫金屬液作用下，不軟化、不熔融的性能稱為耐火度。耐火度差，鑄件表面易產(chǎn)生黏砂缺陷，增加了鑄件清理和切削加工的難度。耐火度主要取決于砂中SiO2的含量。砂中SiO2的含量高而雜質(zhì)少時，其耐火度好。

③透氣性。緊實后的型砂透過氣體的能力稱為透氣性。在高溫金屬液的作用下，砂型和砂芯會產(chǎn)生大量氣體，金屬液的冷卻、凝固也將析出氣體。型(芯)砂的透氣性若不好，鑄件內(nèi)極易形成氣孔等缺陷。通常，砂粒愈細，水分和黏結(jié)劑含量愈多，緊實度過高，則型(芯)砂的透氣性愈差。

④退讓性。鑄件凝固后冷卻收縮時，型(芯)砂是否易被壓縮的性能稱為退讓性。退讓性差，鑄件收縮時受到的阻力增大，易產(chǎn)生較大應力，甚至造成變形、裂紋。退讓性主要取決于黏結(jié)劑及附加物的含量。

由于芯砂在澆注時會被高溫金屬液沖刷和包圍，因此對芯砂的強度、耐火度、透氣性、退讓性的要求更高。除滿足上述性能要求外，芯砂還應具備吸濕性小、發(fā)氣量少以及易于落砂清理等性能。

(2)型(芯)砂的組成。

型砂和芯砂通常是由砂粒(含SiO2)、黏結(jié)劑、附加物及水等混合制成，其結(jié)構(gòu)如圖8-3所示。為保證型(芯)砂的性能要求，應對其原材料進行合理的選用。

①原砂(新砂)。原砂多為天然砂，主要成分為石英(SiO2)，并含有少量泥粉和雜質(zhì)。為降低成本，對已用過的舊砂，經(jīng)磁選及篩選，除去鐵豆、砂團、木片等雜物后，仍可混入型砂中使用。

圖8-3型砂結(jié)構(gòu)示意圖

②黏結(jié)劑。黏結(jié)劑是指能使砂粒相互黏結(jié)的物質(zhì)。常用的黏結(jié)劑為黏土，黏土又分為普通黏土和膨潤土。膨潤土的黏結(jié)性優(yōu)于普通黏土。濕型(不經(jīng)烘干可直接進行澆注的砂型)型砂多用膨潤土，而干型(經(jīng)過烘干的砂型)型砂多用普通黏土。

③附加物。附加物是指除黏結(jié)劑以外，加入的能改善型(芯)砂性能的物質(zhì)。常用的附加材料有煤粉和鋸木屑。煤粉可以防止鑄件黏砂，提高其表面質(zhì)量；鋸木屑可以改善型(芯)砂的透氣性和退讓性。

(3)型(芯)砂的制備。

鑄造合金不同，鑄件大小不同，對型(芯)砂的性能要求均不相同。為保證性能要求，型(芯)砂應選用不同的原材料，按不同的比例配制。配制好的型(芯)砂必須經(jīng)過檢驗，合格后才能使用。型(芯)砂的性能可用專門的儀器來測定，也可憑手測檢驗。合格的型(芯)砂用手測法檢驗的結(jié)果，如圖8-4所示。

圖8-4手測法檢測型砂

2．砂型制造的工具、模具

(1)模樣和芯盒。

模樣是指由木材、金屬或其他材料制成，用來形成鑄型型腔及獲得鑄件外形的模具。芯盒是用來制造獲得鑄件內(nèi)腔的型(芯)砂的模具。

(2)造型工具及輔具。

造型工具及輔具包括砂箱、造型工具、修型工具等。圖8-5為手工造型常用工具及用具。

圖8-5手工造型常用工具及用具

3．澆注系統(tǒng)

澆注系統(tǒng)是指為填充型腔和冒口而開設于鑄型中的一系列通道。其作用是保證金屬液平穩(wěn)、無沖擊地充滿型腔，同時能夠除渣和調(diào)節(jié)鑄件的凝固順序，以避免鑄件產(chǎn)生夾渣、砂眼、澆不到、縮孔、氣孔等缺陷。

澆注系統(tǒng)通常由外澆口(澆口盆)、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道組成(見圖8-6)。

圖8-6澆注系統(tǒng)的組成

4．常用的手工造型方法

手工造型常用的造型方法有整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活塊造型、三箱造型、刮板造型、地坑造型、組芯造型等。

任務實施

1．準備

(1)配置型砂—新砂10%～20%，舊砂80%～90%，另加膨潤土2%～3%，煤粉2%～3%，水4%～5%。

(2)砂箱及工具準備—選擇大小尺寸合適的砂箱及相關(guān)的造型工具。

2.造型步驟(見圖8-7)

圖8-7整模造型

(1)造下型。如圖8-7(a)所示，將模樣安放在底版上，放好下砂箱；撒上厚度約20mm的面砂，用手將模樣周圍的砂塞緊；再加入填充砂，型砂錘實后，用刮砂板刮去多余型砂(見圖8-7(b))；翻轉(zhuǎn)下型，用鏝刀修光分型面。

(2)造上型。如圖8-7(c)所示，套上上砂箱，放上澆口棒，加填充砂，舂緊后刮去多余型砂；用通氣針扎出通氣孔；拔出澆口棒，在直澆道上部挖出外澆口。若砂箱上沒有定位裝置，則應在上、下砂型打開之前，在砂箱壁上做出合型線或打上記號。

(3)起模、修型。將上砂型拿下，在下砂型上挖出內(nèi)澆道；然后用毛筆沾水，將模樣邊緣潤濕，將起模針釘在模樣的重心上，用小錘前后左右輕輕敲打起模針下部，使模樣和砂型之間松動，再輕輕敲打模樣的上方并將模樣垂直向上提起(見圖8-7(d))。起模后，型腔如有損壞，可使用鏝刀、砂勾、秋葉等修型工具進行修型。

(4)合型。如圖8-7(e)所示，合型前應用手風箱吹去多余砂粒，并在分型面上鋪撒涂料；合型時應使上砂型保持水平下降，并按定位裝置或合型線定位。必要時，合型后，可再將上砂型吊起來，檢查合型時有無壓壞的部位。

評分標準

整模造型評分標準如表8-1所示。

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任務二手工造型——分模造型

圖8-8分模造型模樣

任務引入如圖8-8所示的模樣，按要求完成造型工序。

任務實施

1.準備

(1)配置型砂—新砂10%～20%，舊砂80%～90%，另加膨潤土2%～3%，煤粉2%～3%，水4%～5%。

(2)砂箱及工具準備—選擇大小尺寸合適的砂箱及相關(guān)的造型工具。

2.造型步驟(見圖8-9)

(1)造下型。圖8-9(a)所示為用下半模樣造下型。方法和整模造型造下型方法相同。

(2)造上型。如圖8-9(b)所示，翻轉(zhuǎn)下型180°，放置上半模樣，撒分型砂，放置澆口棒，造上型。開外澆口如圖8-9(c)所示。方法和整模造型造上型方法基本相同。

(3)起模、修型、下芯、合型，如圖8-9(d)所示，方法與整模造型方法相似。關(guān)鍵是在合型時，應注意使上、下模型準確定位，否則鑄件會產(chǎn)生錯型缺陷。

圖8-9分模造型

3．操作注意事項

操作注意事項同整模造型。

評分標準

分模造型評分標準如表8-2所示。

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項目二特種鑄造

任務一熔模鑄造

熔模鑄造是指在易熔材料(如蠟料)制成的模樣上包覆若干層耐火涂料，待其干燥硬化后熔出模樣而制成殼型，殼型經(jīng)高溫焙燒后即可澆注的鑄造方法。熔模鑄造是精密鑄造方法之一。

任務引入

如圖8-10所示的啞鈴，材料為35#鋼，批量生產(chǎn)。根據(jù)要求及分析，現(xiàn)采取熔模鑄造方法進行生產(chǎn)。

圖8-10啞鈴

任務實施

1．準備

準備好生產(chǎn)所需的工具及設備；制備好生產(chǎn)所需的材料。

2．熔模鑄造的生產(chǎn)及工藝過程(見圖8-11)

(1)用鋼或銅合金等加工制成用來制造壓型的母模。

(2)利用母模制成壓制模樣的壓型。根據(jù)生產(chǎn)批量的大小，壓型可用鋼、鋁合金制成，也可用易熔合金、環(huán)氧樹脂、石膏等制成。

圖8-11熔模鑄造工藝過程

(3)制造模樣。將石蠟和硬脂酸混合物加熱至熔融狀態(tài)后壓入壓型，凝固后取出得到蠟模。當鑄件較小時，常將單個蠟模黏在預制好的蠟質(zhì)澆注系統(tǒng)上制成蠟模組。

(4)制造型殼。將蠟模組浸入涂料(石英粉加水玻璃黏結(jié)劑)中，取出后在其表面撒上一層石英砂，再放入硬化劑(如氯化銨溶液)中進行化學硬化。如此反復涂掛4～9層，得到厚度約5～10mm的堅硬型殼。然后將結(jié)殼后的蠟模組放入90～95℃的熱水中，使蠟模熔化并從澆口流出，從而得到中空的型殼。

(5)造型和焙燒。為加固型殼，防止型殼澆注時變形或破裂，可將其豎放在鐵箱中，周圍用干砂填緊，此過程稱為造型。對于強度高的型殼可不必填砂。為進一步排除型殼內(nèi)的水分、殘留蠟料及其他雜質(zhì)，提高其強度，還需將裝好型殼的鐵箱送入加熱爐內(nèi)，在900～950℃下焙燒。

(6)澆注。為提高金屬液的充型能力，應在型殼焙燒出爐后趁熱(650℃左右)進行澆注。冷卻凝固后清除型殼，便得到一組帶有澆注系統(tǒng)的鑄件。

評分標準

熔模鑄造啞鈴的評分標準如表8-3所示。

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任務二磁型鑄造

磁型鑄造是指用泡沫塑料制造模樣，采用鐵丸代替型砂，磁場代替黏結(jié)劑來制造鑄型的方法。它是一種實型鑄造(失模鑄造)。

任務引入

將上一任務的啞鈴，采用磁型鑄造的方法生產(chǎn)。

相關(guān)知識

1．磁型鑄造的工藝過程

磁型鑄造的工藝過程如圖8-12所示。將裝好泡沫塑料的模樣(氣化模)及鐵丸的砂箱推入磁丸機內(nèi)，接通電源后，在馬蹄形電磁鐵產(chǎn)生的磁場作用下，鐵丸被磁化而相互結(jié)合成型。將金屬液澆入磁型，模樣氣化消失，其留下的空腔被金屬液填充，待金屬液冷卻凝固后，切斷電源，磁場消失，鐵丸潰散，即可取出鑄件。

圖8-12磁型鑄造的工藝過程

2．磁型鑄造的特點

磁型鑄造的特點是