金工实习(铸造部分)

《金工实习》铸造教案 1

铸造部分

目 录

第一节 铸造基础知识 (指导人员用) .................................... 3

一、铸造生产概述 ................................................. 3 二、铸造生产常规工艺流程 ......................................... 3 第二节 砂型铸造工艺 ................................................. 4 一、型砂和芯砂的制备 ............................................. 4 二、型砂的性能 ................................................... 4

三、铸型的组成 ................................................... 5 四、浇冒口系统 ................................................... 5 五、模样和芯盒的制造 ............................................. 6 第三节 合金的熔炼 ................................................... 8 一、铝合金的熔炼 ................................................. 8

二、铸铁的熔炼 ................................................... 9 第四节 造 型 (实践操作用) ......................................... 11 一、手工造型 .................................................... 11

二、制芯 ........................................................ 14 三、合型 ........................................................ 15 四、造型的基本操作 .............................................. 15 五、合金的浇注 .................................................. 17 六、机器造型 .................................................... 18 第五节 铸造工艺设计 ................................................ 20 一、分型面 ...................................................... 20

二、型芯 ........................................................ 21 三、铸造工艺参数 ................................................ 21 四、模样的结构特点 .............................................. 21 第六节 铸件常见缺陷的分析 .......................................... 23 铸工实习安全技术守则 ............................................ 24 第七节 铸工概论(金工老师用) ........................................ 25 一、铸造的辉煌历史 .............................................. 25 二、铸造的分类 .................................................. 25 第八节 特种铸造 .................................................... 26 一、压力铸造 .................................................... 26

2 《金工实习》铸造教案 二、实型铸造 .................................................... 27 三、离心铸造 .................................................... 27 四、低压铸造 .................................................... 28 五、熔模铸造 .................................................... 29 六、垂直分型无箱射压造型 ........................................ 30 七、金属型铸造 .................................................. 30 八、多触头高压造型 .............................................. 31 九、真空密封造型 ................................................ 32 第九节 铸造工艺图的绘制 ............................................ 33 一、铸造工艺图 .................................................. 33

二、浇注位置 .................................................... 33 三、分型面 ...................................................... 33 四、机械加工余量和铸孔 .......................................... 33 五、拔模斜度 .................................................... 34 六、铸造圆角 .................................................... 34 七、型芯、芯头及芯座 ............................................ 34 八、铸造收缩率 .................................................. 34 九、铸造工艺图的绘制 ............................................ 34 十、模样图的绘制 ................................................ 34 十一、铸型装配图的绘制 .......................................... 35 十二、铸件图的绘制 .............................................. 36 十三、模样、型腔、铸件和零件之间的尺寸与空间的关系 .............. 36 十四、铸造技术的发展趋势 ........................................ 36

《金工实习》铸造教案 3

第一节 铸造基础知识

（指导人员用）

一、铸造生产概述

铸造是熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法。铸件一般是毛坯，经切削加工等才成为零件。零件精度要求较低和表面粗糙度，参数值允许较大的零件，或经过特种铸造的铸件也可直接使用。 铸造生产方法很多，常见有两类：

(1) 砂型铸造 用型砂紧实成型的铸造方法。型砂来源广泛，价格低廉，且砂型铸造方法适应性强，因而是目前生产中用得最多、最基本的铸造方法。 (2) 特种铸造 与砂型铸造不同的其它铸造方法，如熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造和离心铸造等。 铸造生产具有以下优点：

(1) 可以制成外形和内腔十分复杂的毛坯，如各种箱体、床身、机架等。 (2) 适用范围广，可铸造不同尺寸、重量及各种形状的工件；也适用于不同材料，如铸铁、铸钢、非铁合金。铸件重量可以从几克到二百吨以上。

(3) 原材料来源广泛，还可利用报废的机件或切屑；工艺设备费用小，成本低。 (4) 所得铸件与零件尺寸较接近，可节省金属的消耗，减少切削加工工作量。 但铸件也有力学性能较差，生产工序多，质量不稳定，工人劳动条件差等缺点。随着铸造合金、铸造工艺技术的发展，特别是精密铸造的发展和新型铸造合金的成功应用，使铸件的表面质量、力学性能郡有显著提高，铸件的应用范围日益扩大。 铸件广泛用于机床制造、动力、交通运输、轻纺机械、冶金机械等设备。铸件重量占机器总重量的40％～85％。

二、铸造生产常规工艺流程

模样制作 芯盒制作

芯砂配制造型 合型 制芯 浇注 落砂 清理 检验 型砂配制 合金溶炼 铸件

4 《金工实习》铸造教案 第二节 砂型铸造工艺

一、型砂和芯砂的制备

砂型铸造用的造型材料主要是用于制造砂型的型砂和用于制造砂芯的芯砂。通常型砂是由原砂(山砂或河砂)、粘土和水按一 定比例混合而成，其中粘土约为9％，水约为 6％，其余为原砂。有时还加入少量如煤粉、 植物油、木屑等附加物以提高型砂和芯砂的性 能。紧实后的型砂结构如图2-1所示。

芯砂由于需求量少，一般用手工配制。型 芯所处的环境恶劣，所以芯砂性能要求比型砂 高，同时芯砂的粘结剂(粘土、油类等)比型砂 中的粘结剂的比重要大一些，所以其透气性不 及型砂，制芯时要做出透气道(孔)；为改善型 芯的退让性，要加入木屑等附加物。有些要求 高的小型铸件往往采用油砂芯(桐油+砂子，经 烘烤至黄褐色而成)。

二、型砂的性能

型砂的质量直接影响铸件的质量，型砂质量差会使铸件产生气孔、砂眼、粘砂、夹砂等缺陷。良好的型砂应具备下列性能：

①透气性 型砂能让气体透过的性能称为透气性。高温金属液浇入铸型后，型内充满大量气体，这些气体必须由铸型内顺利排出去，否则将使铸件产生气孔、浇不足等缺陷。

铸型的透气性受砂的粒度、粘土含量、水分含量及砂型紧实度等因素的影响。砂的粒度越细，粘土及水分含量越高，砂型紧实度越高，透气性则越差。

②强度 型砂抵抗外力破坏的能力称为强度。型砂必须具备足够高的强度才能在造型、搬运、合箱过程中不引起塌陷，浇注时也不会破坏铸型表面。型砂的强度也不宜过高，否则会因透气性、退让性的下降使铸件产生缺陷。

③耐火性 指型砂抵抗高温热作用的能力。耐火性差，铸件易产生粘砂。型砂中SiO2含量越多，型砂颗粒就越大，耐火性越好。

④可塑性 指型砂在外力作用下变形，去除外力后能完整地保持已有形状的能力。可塑性好，造型操作方便，制成的砂型形状准确、轮廓清晰。

⑤退让性 指铸件在冷凝时，型砂可被压缩的能力。退让性不好，铸件易产生内应力或开裂。型砂越紧实，退让性越差。在型砂中加入木屑等物可以提高退让性。

在单件小批生产的铸造车间里，常用手捏法来粗略判断型砂的某些性能，如用手抓起一把型砂，紧捏时感到柔软容易变形；放开后砂团不松散、不粘手，并且手印清晰；把它折断时，断面平整均匀并没有碎裂现象，同时感到具有一定强度，就

图2-1 型砂结构示意图 1-砂粒 2-空隙 3-附加物 4-粘土膜 《金工实习》铸造教案 5

认为型砂具有了合适的性能要求，如图2-2所示。

型砂湿度适当时 手放开后可看出 折断时断隙设有碎裂状 可用手捏成砂团 清晰的手纹 同时有足够的强度

图2-2 手捏法检验型砂

三、铸型的组成

铸型是根据零件形状用造型材料制成 的，铸型可以是砂型，也可以是金属型。 砂型是由型砂（型芯砂）做造型材料制成 的。它是用于浇注金属液，以获得形状、 尺寸和质量符合要求的铸件。

铸型一般由上型、下型、型芯、型腔 和浇注系统组成，如图2-3所示。铸型组 元间的接合面称为分型面。铸型中造型材 料所包围的空腔部分，即形成铸件本体的 空腔称为型腔。液态金属通过浇注系统流 入并充满型腔，产生的气体从出气口等处 排出砂型。

四、浇冒口系统

1. 浇注系统 浇注系统是为金属液流入型腔而开设于铸型中的一系列通道。其作用是：

①平稳、迅速地注入金属液；

②阻止熔渣、砂粒等进入型腔；

③调节铸件各部分温度，补充金属液在冷却和凝固时的体积收缩。

正确地设置浇注系统，对保证铸件质量、降低金属的消耗量有重要的意义。若浇注系统不合理，铸件易产生冲砂、砂眼、渣孔、浇不到、气孔和缩孔等缺陷。典型的浇注系统由外浇口、直浇道、横浇道和内浇道四部分组成，如图5-3所示。对形状简单的小铸件可以省略横浇道。

① 外浇口 其作用是容纳注入的金属液并缓解液态金属对砂型的冲击。小型铸件通常为漏斗状（称浇口杯），较大型铸件为盆状（称浇口盆）。

② 直浇道 它是连接外浇口

图2-3 铸型装配图 1-分型面 2-上型 3-出气孔 4-浇注系统 5-型腔 6-下型 7-型芯 8-芯头芯座

16 《金工实习》铸造教案 用木材、金属或其它材料制成的铸件原形统称为模样，它是用来形成铸型的型腔。用木材制作的模样称为木模，用金属或塑料制成的模样称为金属模或塑料模。目前大多数工厂使用的是木模。模样的外形与铸件的外形相似，不同的是铸件上如有孔穴，在模样上不仅实心无孔，而且要在相应位置制作出芯头。

２. 造型前的准备工作

① 准备造型工具，选择平整的底板和大小适应的砂箱。砂箱选择过大，不仅消耗过多的型砂，而且浪费舂砂工时。砂箱选择过小，则木模周围的型砂舂不紧，在浇注的时候金属液容易从分型面即交界面间流出。通常，木模与砂箱内壁及顶部之间须留有30～100mm的距离，此距离称为吃砂量。吃砂量的具体数值视木模大小而定。

② 擦净木模，以免造型时型砂粘在木模上，造成起模时损坏型腔。 ③ 安放木模时，应注意木模上的斜度方向，不要把它放错。

3. 舂砂

① 舂砂时必须分次加入型砂。对小砂箱每次加砂厚约50～70mm。加砂过多舂不紧，而加砂过少又费用工时。第一次加砂时须用手将木模周围的型砂按紧，以免木模在砂箱内的位置移动。然后用舂砂锤的尖头分次舂紧，最后改用舂砂锤的平头舂紧型砂的最上层。

② 舂砂应按一定的路线进行。切不可东一下、西一下乱舂，以免各部分松紧不一。

③ 舂砂用力大小应该适当，不要过大或过小。用力过大，砂型太紧，浇注时型腔内的气体跑不出来。用力过小，砂型太松易塌箱。同一砂型各部分的松紧是不同的，靠近砂箱内壁应舂紧，以免塌箱。靠近型腔部分，砂型应稍紧些，以承受液体金属的压力。远离型腔的砂层应适当松些，以利透气。

④ 舂砂时应避免舂砂锤撞击木模。一般舂砂锤与木模相距20～40mm，否则易损坏木模。

4. 撒分型砂

在造上砂型之前，应在分型面上撒一层细粒无粘土的干砂（即分型砂），以防止上、下砂箱粘在一起开不了箱。撒分型砂时，手应距砂箱稍高，一边转圈、一边摆动，使分型砂经指缝缓慢而均匀散落下来，薄薄地复盖在分型面上。最后应将木模上的分型砂吹掉，以免在造上砂型使，分型砂粘到上砂型表面，而在浇注时被液体金属冲下来落入铸件中，使其产生缺陷。

5. 扎通气孔

除了保证型砂有良好的透气性外，还要在已舂紧和刮平的型砂上，用通气针扎出通气孔，以便浇注时气体易于逸出。通气孔要垂直而且均匀分布。

6. 开外浇口

外浇口应挖成60°的锥形，大端直径约60～80mm。浇口面应修光，与直浇

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道连接处应修成圆弧过渡，以引导液体金属平稳流入砂型。若外浇口挖得太浅而成碟形，则浇注液体金属时会四处飞溅伤人。

7. 做合箱线

若上、下砂箱没有定位销，则应在上、下砂型打开之前，在砂箱壁上作出合箱线。最简单的方法是在箱壁上涂上粉笔灰，然后用划针画出细线。需进炉烘烤的砂箱，则用砂泥粘敷在砂箱壁上，用墁刀袜平后，再刻出线条，称为打泥号。合箱线应位于砂箱壁上两直角边最远处，以保证x和y方向均能定位，并可限制砂型转动。两处合箱线的线数应不相等，以免合箱时弄错。做线完毕，即可开箱起模。

8. 起模

① 起模前要用水笔沾些水，刷在木模周围的型砂上，以防止起模时损坏砂型型腔。刷水时应一刷而过，不要使水笔停留在某一处，以免局部水分过多而在浇注时产生大量水蒸汽，使铸件产生气孔缺陷。

② 起模针位置要尽量与木模的重心铅锤线重合。起模前，要用小锤轻轻敲打起模针的下部，使木模松动，便于起模。

③ 起模时，慢慢将木模垂直提起，待木模即将全部起出时，然后快速取出。起模时注意不要偏斜和摆动。

9. 修型

起模后，型腔如有损坏，应根据型腔形状和损坏程度，正确使用各种修型工具进行修补。如果型腔损坏较大，可将木模重新放入型腔进行修补，然后再起出。

10. 合箱

合箱是造型的最后一道工序，它对砂型的质量起着重要的作用。合箱前，应仔细检查砂型有无损坏和散砂，浇口是否修光等。如果要下型芯，应先检查型芯是否烘干，有无破损及通气孔是否堵塞等。型芯在砂型中的位置应该准确稳固，以免影响铸件准确度，并避免浇注时被液体金属冲偏。合箱时应注意使上砂箱保持水平下降，并应对准合箱线，防止错箱。合箱后最好用纸或木片盖住浇口，以免砂子或杂物落入浇口中。

五、合金的浇注

把液体合金浇入铸型的过程称为浇注。浇注是铸造生产中的一个重要环节。浇注工艺是否合理，不仅影响铸件质量，还涉及工人的安全。

1．浇注工具

浇注常用工具有浇包(图4-11)、挡渣钩等。浇注前应根据铸件大小、批量选择合适的浇包，并对浇包和挡渣钩等工具进行烘干，以免降低金属液温度及引起液体金属的飞溅。

2．浇注工艺

(1)浇注温度 浇注温度过高，铁液在铸型中收缩量增大，易产生缩孔、裂纹及粘砂等缺陷；温度过低则铁液流动性差，又容易出现浇不足、冷隔和气孔等缺陷。

18 《金工实习》铸造教案 合适的浇注温度应根据合金种类和铸件的大小、形状及壁厚来确定。对形状复杂的薄壁灰铸铁件，浇注温度为1400℃左右；对形状较简单的厚壁灰铸铁件，浇注温度 为1300℃左右即可；而铝合金的浇注温度一般在700℃左右。

图4-11 浇包

(2)浇注速度

浇注速度太慢，铁液冷却快，易产生浇不足、冷隔以及夹渣等缺陷；浇注速度太快，则会使铸型中的气体来不及排出而产生气孔，同时易造成冲砂、抬箱和跑火等缺陷。铝合金液浇注时勿断流，以防铝液氧化。

(3)浇注的操作

浇注前应估算好每个铸型需要的金属液量，安排好浇注路线，浇注时应注意挡渣。浇注过程中应保持外浇口始终充满，这样可防止熔渣和气体进入铸型。

浇注结束后，应将浇包中剩余的金属液倾倒到指定地点。 (4)浇注时应注意事项

① 浇注是高温操作，必须注意安全，必须穿着白帆布工作服和工作皮鞋； ② 浇注前，必须清理浇注时行起的通道，预防意外跌撞； ③ 必须烘干烘透浇包，检查砂型是否紧固；

④ 浇包中金属液不能盛装太满，吊包液面应低于包口100mm左右，抬包和端包液面应低于包口60mm左右。

六、机器造型

手工造型生产率低，铸件表面质量差，要求工人技术水平高，劳动强度大，因此在批量生产中，一般均采用机器造型。

机器造型是把造型过程中的主要操作----紧砂与起模实现机械化。根据紧砂和起模方式不同，有气动微震压实造型、射压造型、高压造型、抛砂造型。 气动微震压实造型机是采用振击(频率150～500次/分，振幅25—80mm)——压实——微振(频率700～1000次／分，振幅5～l0mm)紧实型砂的。这种造型机噪音较小，型砂紧实度均匀，生产率高。气动微震压实造型机紧砂原理见图4-12。

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图4-11 震实造型机的工作原理 a)填砂 b)震击紧砂 c)辅助压实 d)起模

20 《金工实习》铸造教案 第五节 铸造工艺设计

铸造工艺设计包括选择及确定铸型分型面、砂型结构及铸造工艺参数等内容。 一、分型面

分型面是指上、下砂型的接合面，其表示方法如图5-1所示。短线表示分型面的位置，箭头和“上”、“下”两字表示上型和下型的位置。分型面的确定原则如下： ①分型面应选择在模样的最大截面处，以便于取模，挖砂造型时尤其要注意(图 5-la)。

②应尽量减少分型面数目，成批量生产时应避免采用三箱造型。

③应使铸件中重要的机加工面朝下或垂直于分型面，便于保证铸件的质量。因 为，浇注时液体金属中的渣子、气泡总是浮在上面，铸件的上表面缺陷较多，铸件的下表面和侧面质量较好(图5-1b)。

图5-1 分型面的确定原则示意图

④应使铸件全部或大部分在同一砂型内，以减少错箱、飞边和毛刺，提高铸件

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