材料加工通用工艺

材料加工通用工艺

材料加工通用工艺

机器造型——紧砂、起模主要工序实现机械化 大批量生产，机械化，流水线生产 （1）紧砂方式

压实式、 震实式、震压式、抛砂式、射压式 （图3-5）震压式（中小型铸件） （图3-6）抛砂式（重大件） （2）起模方式

顶箱式——四根顶杆顶住砂箱四角，徐徐上升（图3-7） 漏模式——有筋条或较深凹、凸形状，起模困难砂型（图7-8） 翻转式——180°翻转（图3-9） （3）工艺特点

采用模板造型（图3-10）a）、b）——定位销精度高 不适合三箱造型及活块造型，（可通过外型芯改善） 5．机器造芯

震压式造芯机（参见图3-5）

射芯机（图3-11）—— 小型芯（不到1秒钟） [注]砂型成形的特点

应用最广泛、最灵活

单件、小批量手工造型、成批大量机器造型

可浇注低熔点非铁金属，也可浇注高熔气铁水、钢水 成型件尺寸、形状均可

但—型只能浇注一次，生产率低

冷却速度慢，铸件晶粒不细密——影响机械性能 二、壳型铸造 三、金属型铸造 亦称“硬模铸造”

可重复使用，“永久型铸造” 1．材料及结构

材料——金属型材质熔点高于浇入液态合金的温度 如：浇注Sn、Zn、Mg低溶气合金——灰铸铁 浇注Al、Cu——用合金铸铁或钢

金属型结构——保证铸件（连同浇、冒口）能从金属型中顺利取出

整体式，水平分型式，垂直分型式，复合分型式（图3-14） [注]：浇注系统多采用底注或侧注式 型芯——金属型芯 砂芯 2．铸造工艺

为保护铸件质量，提高使用寿命，采取下列措施

（1）加强排气（图3-16） （2）喷刷涂料 耐火材料+粘结剂

（3）预热，并控制温度（120~350℃）

（4）及时开型（无退让性，内应力较大→开裂）减少内应力

3．特点及适用范围

“一型多铸”，铸件质量好，机械性能↑，劳动条件好 但成本高，周期长，不适合单件、小批生产，不宜形状复杂、薄型、大型铸件，使用范围受限制

——适用于Cu、Al、Mg等非铁合金大批生产 四、熔模铸造

熔模铸造，或“失蟆铸造”

浇入由蜡模熔失后形成的中空型腔成型。 1．基本工艺过程 （图3-17）

蜡模制造→结壳→脱蜡→熔化→浇注 制造压型→压制→装配蜡模组 2．特点及适用范围 精密成型工艺 五、气化模铸造

用聚苯乙烯发泡的气化模代替木模，用干砂（树脂砂、水玻

璃）代替普通型砂造型，浇注—气化模燃烧、气化、消失而形成铸件 六、陶瓷型铸造

精密铸造（砂型、熔模基础） 1．基本工艺过程 （图3-19）

2．特点及适用范围——厚大的精密铸件 §3-2 外力作用下的铸造成形 离心力作用 压力作用 一、离心铸造

铸型高速回转，靠离心力充型，凝固 1．离心铸造的基本类型 立式离心铸造（图3-20） 卧式离心铸造（图3-21） 成型件的离心铸造（图3-22） 2．特点及适用范围 二、压力作用下的铸造成形

压力铸造（压铸） 高压作用（300～700大气压） 低压铸造——介于金属型与压力之间（低压作用0.2～0.7大气压）

挤压铸造（挤铸）

[注]：几种铸造方法的比较 铸造方法 比较项目 砂型 金属型 熔模 压力 低压 陶瓷型 适用金属 任意 不限制 非铁合金为主 不限制 以铸钢为主

铝、锌、镁等低熔合金 非铁合金为主， 黑色金属也可 不限制 以铸钢为主 适用铸件大小 任意

中、小铸件为主

以小铸件为主（<25kg） 一般<10 kg 中型也可 中、小铸件为主 大、中铸件为主 批量 不限制 大批大量

一般成批大量小批量也可 大批、大量 成批大量 单件、小批 铸件尺寸公差mm 100±1.0 100±0.4 100±0.3 100±0.3 100±0.4 100±0.35 表面粗糙度 粗糙

Ra25~Ra12.5 Ra25~Ra3.2 Ra6..3~Ra1.6 Ra25~6.3 Ra25~Ra6.3 内部质量 结晶粗 结晶细 结晶粗

表层结晶细内部多有气孔 结晶细 结晶粗 加工余量 大 小

小或不加工 小或不加工 较小 小或不加工 生产率 低、中 中、高

低、中 最高 中 低 最小壁厚 3.0 铝合金2~3 铸铁4.0 通常0.7 0.5~1.0 一般2.0 1.0

第四章 铸造工艺设计 砂型铸造工艺设计

为获得好的铸件，减少工作量，降低成本——合理制订铸造工艺方案，绘制铸造工艺图。 §4-1 铸造工艺方案的确定

铸造工艺方案——①选择铸件的浇注位置及分型面 ②型芯的数量、形状及其固定方法

③确定工艺参数（加工余量、起模斜度、圆角、收缩率） ④浇冒口、冷铁形状、尺寸及其布置

铸造工艺图——在零件图上用各种工艺符号表示出铸造工

艺方案的图形

它是制造模样和铸型，进行生产准备和铸件检验的依据——基本工艺文件。

（图4-1） 圆锥齿轮的零件图，铸造工艺图及模样图 一、工艺符号及其表示方法（表4-1） 二、浇注位置及分型面的选择

浇注位置——浇注时铸件在砂型中所处的空间位置 分型面——砂箱间的接触表面 影响铸件质量、工艺的难易 1．浇注位置的选择原则 1）铸件的重要加工面应朝下

因为铸件的上表面易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷，组织不如下表面致密。

若难以朝下，则应尽力使其位于侧面。 若重要加工面有数个，则将较大的平面朝下

（如图4-2）c）由于车床床身导轨面是关键表面，将导轨面朝下（选（1））。 2）铸件的大平面应朝下

型腔的上表面除了易产生气孔、夹渣等缺陷外，大平面还常产生夹砂缺陷，故对平板、圆盘类铸件，大平面应朝下（如图4-2，a）选方案（1）。

3）为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷，应将面积

较大的薄壁部分置于铸型下部，或使其处于垂直或倾斜位置如（图4-2）b）油盘，选（1）。

4）对于容易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在分型面的上部或侧面——厚处直接安放冒口，实现自下而上的顺序凝固。如图（4-2）d，选（1）。 2．分型面的选择原则

在保证铸件质量的前提下，尽量简化工艺，节省人力物力。 （1）应便于起模，使造型工艺简化。

如尽量使分型面平直、数量少，避免不必要的活块和型芯等。 如（图4-3）三通铸件的分型面选择，（d）最优

（2）应尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件精度，

如图（4-5），摇臂铸件，选（a）

虽分型面为曲面（挖砂或成型底板），但大部分轮廓位于一箱之中，尺寸精度较好。

（3）为便于造型、下芯、合箱和检验铸件壁厚，应尽量使型腔及主要型芯位于下箱。但下箱型腔也不宜过深，尽量避免使用吊芯和大的吊砂。 [注]以上两种选择有密切关系

从工艺设计步骤——先定浇注位置，再选分型面，在定分型面时，应尽可能与浇注位置相一致。 三、砂芯形状，个数及分块

砂芯作用——形成铸件内腔或便于外形起模。 （图4-6）、（图4-7）砂芯分块 （图4-8），（图4-9） §4-2 工艺参数的确定 工艺方案确定后→工艺参数 一、机械加工余量和铸孔

机械加工余量——在铸件上为切削加工而加大的尺寸，称~ 余量过大——切削加工费工，且浪费材料；

余量过小，制品会因残留黑皮而报废，或因铸件表层过硬而加速刀具磨损。

加工余量应根据铸件生产批量、合金种类、造型方法、加工要求、铸件的形状、尺寸及浇注位置等来确定。 大量生产——机器造型，精度高，余量小 铸钢件——表面粗糙，余量比铸铁大 非铁合金——价贵，表面光滑，余量小 （表4-2） （表4-3）——说明

另：铸件的孔、槽是否铸出，不仅取决于工艺上的可能性，还须考虑其必要性。

一般，较大的孔、槽应铸出→减小加工工时，减小热节， 较小的孔、槽不必铸出→留待加工更经济。

不加工的特形孔、价格较贵的非铁金属铸孔——尽量铸出 （表4-4）铸件的最小铸出孔 二、起模斜度（拔模斜度）

为了使模型样（或型芯）易于从砂型（或芯盒）中取出，应在模样或芯盒的起模方向带有一定的斜度，此倾斜度称拔模斜度或铸造斜度。

（图4-10）起模斜度的形式 （图4-11）自带型芯的起模斜度

[注]：标注用角度α或宽度a表示 （表4-5） 三、铸造图角

防止在夹角处产生冲砂及裂纹

圆角半径约为相交两壁平均厚度的1/3~1/2. 四、铸造收缩率

由于合金的线收缩，铸件冷却后的尺寸将比型腔的尺寸小，为了保证铸件的应有尺寸，模样和芯盒的制造尺寸应比铸件大（线收缩率）。

收缩率的大小与合金的种类、铸件的结构、尺寸等有关。 通常：灰铸铁 0.7%~1.0% 铸造碳钢 1.3%~2.0% 铝硅合金 0.8%~1.2% 锡青钢 1.2%~1.4% 五、芯头及芯座 （图4-12） （图4-13） §4-3 浇、冒口系统 一、浇注系统

引导金属液流入铸型型腔的一系列通道的总称。 组成——浇口杯（外浇口） 直浇道

横浇道 （图4-14） 内浇道 1．尺寸的确定

2．常见浇注系统的类型 顶注式 （图4-15）a 分型面（中间）注入式 b 底注式 c 阶梯式 d

3．内浇道与铸件型腔连接位置的选择：①②③④⑤ 二、冒口

铸型中设置的一个储存金属液的空腔 作用——提供体收缩时所需的金属液。

对其进行补缩→防止产生缩孔、缩松等（冒口清除） 冒口的设置——铸件热节圆直径较大的部位 冒口尺寸的计算——比例法 （表4-6）（图4-18） 第五章 铸件的结构设计

铸件结构设计：保证其工作性能和力学性能要求、考虑铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求，铸件结构设计合理与否，对铸件的质量、生产率及其成本有很大的影响。

§5-1 铸件设计的内容 一.铸件的外形设计

铸件的外形必须力求简单、造型方便；加强肋的布置应有利于取模；尽量避免不必要的型芯和活块；应注意避免不必要的曲线和圆角结构；沿着起模方向的不加工表面，应给出结构斜度（表5－1）。 二．铸件的内腔设计

内腔必须力求简单、尽量少用或不用型芯；型芯在铸型中必须支撑牢固和便于排气、固定、定位和清理；为了固定型芯，以及便于清理型芯，应增加型芯头或工艺孔。 三．铸件壁厚设计

铸件壁厚应均匀，不应过厚或过薄；壁厚不均匀的铸件应有利于定向凝固。 （表5－2）

四．铸件壁（肋）间的连接设计

铸件内表面及外表面转角的连接处应为圆角，以免产生裂纹、缩孔、粘砂和掉砂缺陷（表5－4）；为了防止裂纹，应尽可能采用能够自由收缩或减缓收缩受阻的结构，如轮辐设计成弯曲形状；在铸件的连接或转弯处，应尽量避免金属的积聚和内应力的产生，厚壁与薄壁相连接要逐步过渡，并不能采用锐角连接，以防止出现缩孔、缩松和裂纹（表5－5）；对细长件或大而薄的平板件，为防止弯曲变形，应采用对称

或加肋的结构。

§5-2 结构设计时应考虑的其它方面 一．应用性能

二．不同铸造工艺的特殊性 三．结构的剖分与组合

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