铸造工艺及型砂培训教材-定稿

第二篇铸造工艺设计

第一部分基本知识

第一章基本知识

1.1 识图知识

一、正投影的基本概念

1．投影法日光照射物体，在地上或墙上产生影子，这种现象叫做投影。一组互相平行的投影线垂直通过投影面得到的投影称为正投影。正投影的投影图能表达物体的真实形状，如图1-1所示。

2．三视图的形成及投影规律

（1）三视图的形成如图1-2a所示，将物体放在三个互相垂直的投影面中，然后分别向三个投影面作正投影，得到的三个图形称为三视图。三个视图的名称分别称为：主视图，向正前方投影，在正面（V）上所得到的视图；

俯视图，由上向下投影，在水平面（H）上所得到的视图；

左视图，由左向右投影，在侧面（W）上所得到的视图。

在三个投影面上得到物体的三视图后，须将空间互相垂直的三个投影展开摊平在一个平面上。展开投影面时规定：正面保持不动，将水平面和侧面按图1-2b中箭头所示的方向旋转90度，如图1-2c。为使图形清晰，再去掉投影轴和投影面线框，就成为常用的三视图了，如图1-2d。

（2）投影规律

1）视图间的对应关系从三视图中可以看出：主视图反映了物体的长度和高度；俯视图反映了物体的长度和宽度；左视图反映了物体的高度和宽度。由此可以得出如下投影规律：主视图、俯视图中相应投影的长度相等，并且对正；

主视图、左视图中相应投影的高度相等，并且平齐；

俯视图、左视图中相应投影的宽度相等。

归纳起来，即：“长对正、高平齐、宽相等”，如图1-3所示。

2）物体与视图的方位关系物体各结构之间，都具有六个方向的相互位置关系。如图1-4所示，三视图所表示的方位关系如下：

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主视图反映物体的上、下、左、右位置关系；

俯视图反映物体的前、后、左、右位置关系；

左视图反映物体的前、后、上、下位置关系；

注意：俯视图与左视图中，远离主视图的一方为物体的前方；靠近主视图的一方为物体的后方。即以主视图为准，在俯视图和左视图中存在“近后远前”的方位关系。

以上是看图和画图最基本的投影规律。

二、简单零件剖视和剖面的表达方法

1．剖视图为表达零件内部结构，用一假想剖切平面剖开零件，移开观察者与剖切平面之间部分，对剩下部分进行投影所得到的图形称为剖视图。

（1）全剖视图用一个剖切平面将零件完全切开所得到的剖视图称全剖视。

如图1-5a所示，一外形为长方体的模具零件，中间有一T形槽。用一水平面沿零件的水平槽完全切开，在俯视图画出的就是全剖视，如图1-5b所示。

全剖视的标注，一般应在剖视图上方用字母标出剖视图的名称“×－×”，在相应视图上用剖切符号表示剖切位置，用箭头表示投影方向（有时箭头可省略），并注上同样的字母，如图1-5中俯视图。当剖切平面通过零件对称平面，且剖视图按投影关系配置、中间又无其

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他视图隔开时，可省略标注，如图1-5中左视图。

（2）半剖视图以对称中心线为界，一半画成剖视，另一半画成视图，称为半剖视图。如图1-6所示的俯视图为半剖视，其剖切方法如立体图所示。半剖视图既充分地表达了零件的内部形状，又保留了零件的外部形状，所以当零件内外形状都比较复杂时常采用这种表示方法。

半剖视图的标注规定与全剖视图相同。

（3）局部剖视图用剖切平面剖开零件的某一局部，所得的剖视图，称为局部剖视图。图1-7所示零件的主视图采用了局部剖视图画法。

局部剖视既能把零件局部的内部形状表达清楚，又能保留零件的某些外形，其剖切范围可根据需要而定，是一种方便灵活的表达方法。

局部剖视以波浪线为界，波浪线不应与轮廓线重合（或用轮廓线代替），也不能超出轮廓线。

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2．剖面图假想用剖切平面将零件的某处切断，仅对断面投影得到的图形，称为剖面图。

（1）移出剖面画在视图轮廓之外的剖面称移出剖面，如图1-8所示。

移出剖面的轮廓线用粗实线画出，断面上画出剖面符号。移出剖面应尽量配置在剖切平面的延长线上，布置不允许时也可画在其他位置。

移出剖面标注一般应用剖切符号表示剖切位置，用箭头指明投影方向，并注上字母；在剖面图上方用同样的字母标出相应的名称“×－×”，也可根据剖面图是否对称及其配置的位置不同作相应的省略。

（2）重合剖面画在视图轮廓之内的剖面称重合剖面，如图1-9所示。

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重合剖面的轮廓线用粗实线绘制。当视图中的轮廓线与重合剖面的图形重叠时，视图中的轮廓线仍应连续画出，不可间断。

当重合剖面图形不对称时，重合剖面的标注，需用箭头标注投影方向，如图1-9a所示。

三、常用零件的规定画法及代号

在机器中广泛应用的螺栓、螺母、键、销、滚动轴承、齿轮、弹簧等零件称为常用件，其中有些常用件的整体结构和尺寸已标准化，称为标准件。

1．螺纹的规定画法

（1）外螺纹（图1-10）外螺纹的牙顶（大径）及螺纹终止线用粗实线表示；牙底（小径）用细实线表示，并画到螺杆的倒角或倒圆部分。在垂直于螺纹轴线方向的视图中，表示牙底的细实线圆只画约3/4圈，此时不画螺杆端面倒角圆。

（2）内螺纹如图1-11所示；在螺孔作剖视时，牙底（大径）为细实线，牙顶（小径）及螺纹终止线为粗实线；不作剖视时牙底、牙顶和螺纹终止线皆为虚线；在垂直于螺纹轴线方向的视图中，牙底画成约3/4圈的细实线，不画螺纹孔口的倒角。

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（3）内、外螺纹连接国标规定，在剖视图中表示螺纹连接时，其旋合部分应按外螺纹的画法表示，其余部分仍按各自的画法，如图1-12所示。

2．螺纹标记为区别螺纹的种类及参数，应在螺纹图样上按规定格式进行标记，以表示该螺纹的牙型、公称直径、螺距、公差带等。

一般完整的标记由螺纹代号、螺纹公差带代号和旋合长度代号组成，中间用“—”分开。

例如：

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在标注螺纹标记时应注意：

（1）普通螺纹旋合长度代号用字母S（短）、N（中）、L（长）或数值表示。中等旋合长度一般不加标注。

（2）单线螺纹和右旋螺纹用得十分普遍，故线数和旋向均省略不注。左旋螺纹应标注“左”字，梯形螺纹为左旋时用符号“LH”表示。

（3）粗牙普通螺纹对每一个公称直径，其螺距只有一个，故不必标注螺距。

四、简单装配图的识读

识读装配图要求了解装配体的名称、性能、结构、工作原理、装配关系，以及各主要零件的作用和结构、传动路线和装拆顺序。

现以支顶（图1-13）的装配图为例,对照支顶立体图（图1-14），说明识读装配图的方法和步骤：

1．概括了解看标题栏与明细表，了解部件名称、性能、工作原理、零件种类，以及各装配尺寸和技术要求等，对部件的总体情况有个初步的认识。

支顶，从名称联想到是用于支撑工作，以进行划线或检验的一种工具。由图可知，起重高度为110—150mm，外形尺寸φ90与110；支顶由四种零件装配而成，其中螺栓是标准件。

2．深入分析

（1）分析部件进一步了解部件的结构情况，弄清由哪些零件组成，零件之间采用何种配合或连接方式等。

图1-13给出支顶的两个基本视图，主视图用全剖视表示，由于图形上方未注剖视名称，可知主视图是剖切平面剖切支顶的前后对称平面而得的剖视图。联系俯视图可以看出，除装有螺栓的凸耳结构外，就其总体看来，支顶是回转体。从主视图及零件序号（名称），可以看出支顶的结构组成及各零件相互位置。

零件间的螺纹连接有：螺栓M10、顶杆M14与顶座连接。配合尺寸Sφ28H9/d9表示：顶碗的球面尺寸为φ28，基本偏差代号为H，9级公差，并为基准件；顶杆的球面尺寸为φ28，基本偏差代号为d，9级公差，装配后是间隙配合。

（2）分析主要零件利用“三等”关系，特别是根据剖面线的方向与间隔的明显标志，自装配图中分离出主要零件。然后，综合零件在各视图中的表达，推想出该零件的结构形状。若将一个部件的一两个主要零件的结构形状看清弄懂后，再看其余零件及整个部件的结构形状，就容易理解了。

如图1-13中的顶座，它的内外轮廓在主视图中反映得比较明显，联系俯视图可知，它是由下部空心的圆锥台、带槽的圆柱体底板及右上角的凸耳三个主要几何要素组成。顶座的中央有上下穿通的螺孔M14。通过零件的对称平面将凸耳铣切成两半，并将螺孔M14的左侧上半部分切开。细看俯视图，螺栓M10穿过凸耳前部的光孔，直接旋入后部的螺孔内。

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顶杆、顶碗的结构形状，由读者自行分析。

3．归纳总结对支顶的装配图来说，零件结构形状的分析，仍是在局部的范围内进行的。为了全面认识装配图，还要了解支顶的功能、支顶中的各零件的作用，以及支顶的拆卸或装配过程等。

（1）支顶的工作情况将顶座放在工作台上，把工件放在顶碗上，松动螺栓，用扳手扳动顶杆的六方部，调整到工件所需的高度后，再旋紧螺栓固定顶杆位置，使支顶支承住工件，以便对工件上划线或检验。

（2）支顶的拆卸过程卸下螺栓，将顶杆自顶座的螺孔中卸去，再将顶碗自顶杆上拆除，支顶便全部拆卸成零件。

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1.2 机械传动知识

一、机械传动的基本知识

1．机器和机构

（1）机器机器就是人工的物体组合，它的各部分之间具有一定的相对运动，并能用来作出有效的机械功或进行能量转换。

（2）机构在机器中具有传递运动或转变运动形式（如转动变为移动）的部分称为机构。如机器中的带传动机构、齿轮传动机构等。机构是机器的重要组成部分。

通常所说的机械，是机构和机器的总称。

2．动副

（1）低副两构件之间作面接触的运动副称为低副。如轴与滑动轴承、铰链连接、滑块与导轨、螺母与螺杆等。

（2）高副两构件作点或线接触的运动副称为高副。如滚动轴承、凸轮机构和齿轮机构啮合等。

高副的显著特点是它能传递较复杂的运动；但因为是点或线接触，在承受载荷处压力较高，因此组成高副的构件易磨损，寿命短。

低副由于是面接触，承受载荷处的压力较低，因此低副比高副的承载能力大。另外，低副的接触表面一般都是圆柱面和平面，容易制造和维修。但是，低副不能传递较复杂的运动，而且滑动摩擦损失比高副大，效率低，因此在机器及机构中常用滚动轴承来代替滑动轴承，用滚动导轨来代替滑动导轨。

二、带传动

1．平型带传动的形式及使用特点

(1)平型带传动形式平型带传动有下面几种形式，见表1—1。

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表1—1 常用平型带的传动形式

2）叉式传动用于两轴轴线平行且旋转方向相反的场合。

3）半交叉式传动用于两轴轴线互不平行且不共面的场合。

(2) 平行带传动的特点

1）结构简单。适于两轴中心距较大的场合。

2）富有弹性。具有减震、传动平稳、无噪声等特点。

3）过载时可产生打滑，因此能防止薄弱零部件的损坏，起到安全保护作用。

4）外廓尺寸较大，效率较低，且不能保持准确的传动比。

（3）传动比平型带传动比的计算依据是带轮的转速与其直径成反比，即：

i12=n1/n2=D1/D2

通常平型带传动采用的传动比为i12≤5。

2．角带的传动特点与型号三角带是一种没有接头的环状带，通常几根同时使用。三角待与平型带相比的主要特点是传动功率大（在相同条件下，约为平型带的三倍）。因为平型带的工作面是内表面，而三角带的工作面是两个侧面。

按国家标准，三角带的剖面尺寸共分为O、A、B、C、D、E、F七种型号，但线绳结构的三角带，目前只生产O、A、B、C四种型号，O型三角带的截面积最小，F型的截面积最大。三角带的截面积愈大，则传递的功率愈大。

三角带具有一定的厚度，为制造与测量的方便，以其内周长作为标准长度L0，但是在传动计算和设计时，则要用计算长度L，即三角带中性层的长度。计算长度L与标准长度L0相差一个修正值△L，即：

L= L0+△L

△L 值可查GB1171-74。

三角带的型号和标准长度都压印在胶带的外表面上，以供识别和选用。例如：“B2240”即表示B型三角带，标准长度为2240mm。

三、螺旋传动

所谓螺旋传动使用内、外洛维组成的螺旋副传动装置，传动运动和动力。螺旋传动可方便的把主动件的回转运动转变为从动件的直线往复运动。例如车床的走刀箱，借助开合螺母与长螺杆的啮合，实现其纵向直线往复运动，如图1—15所示；转动刨床刀架螺杆可使刨刀上下移动；转动铣床工作台丝杠，可使工作台作直线移动等。

螺旋传动与其它将回转运动转变为直线运动的传动装置（如曲柄滑块机构）相比，具有结构简单，工作连续、平稳，承载能力大，传动精度高等优点，缺点是在螺旋运动的同时，伴有较大的相对滑动，因而磨损大，效率低。

常用的螺旋传动由普通螺旋传动、差动螺旋传动和滚动螺旋传动等。

1．螺母位移螺母位移的传动，可以机床床鞍位移为例，如图1—16所示。螺杆1在机架3中可以转动而不能移动，螺母2与螺杆1啮合并与床鞍（工作台）4连接，螺母2

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只能移动而不能转动。当摇动手轮使螺杆1转动时，螺母2即可带动床鞍（工作台）4沿机架3的导轨而移动。螺杆每转一周，螺母带动床鞍位移一个导程。

螺母位移的传动，多应用于进给机构的传动中。

2．螺杆位移螺杆位移的传动，可以台式虎钳为例，如图1—17所示。螺杆1上装有活动钳口2并与螺母相啮合，螺母4与固定钳口3联接。当转动手柄时，螺杆1相对螺母4作螺旋运动，并带动活动钳口2一起位移。这样，活动钳口2相对固定钳口3可作合拢或张开的动作，从而夹紧或松开工件。

螺杆位移的传动，通常应用于千分尺、千斤顶、螺旋压力机等传动机构中。

3．螺旋传动时转速与位移的关系螺旋传动主要是把旋转运动变换为直线运动。不管是螺母位移或螺杆位移，其位移L和螺旋传动式的转速n之间的关系为：

L=nS

式中S——螺纹的导程，（mm）.(如螺纹线数为1，则可用螺距代入)。

n——螺杆（或螺母）转速（r/min）。

例1在图1-16所示的螺母位移机构中，螺纹的导程S=4mm，螺杆的转速n=50r/min。示球螺母每分钟带动床鞍（工作台）的位移L。

解已知S=4mm，n=50r/min，则螺母每分钟带动床鞍（工作台）的位移L，按上式计算为

L=nS=50×4=200mm/min

四、链传动

1．链传动的类型

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（1）链传动及其传动比链传动是由具有特殊齿形的主动链轮，通过链条带动具有特殊齿形的从动链轮传递运动和动力，如图1—18所示，它是由主动链轮3、链条2和从动链轮1组成的。

链传动的传动比，就是主动链轮的转速n1与从动链轮的转速n2之比，等于两链轮齿数Z1、Z2的反比。即

i12=n1/n2=Z1/Z2

（2）链传动的类型链传动的类型很多，按用途不同，可分为以下三类：

1）传动链在一般机械中用来传递运动和动力。

2）起重链用于起重机械中提升重物。

3）牵引链用于运输机械驱动输送带等。

4）链传动的应用特点当两轴平行，中心距较远，传递功率较大且平均传动比要求较准确，不宜采用带传动和齿轮传动时，可采用链传动。

链传动传动比一般控制在i12≤6（推荐采用i12=2～3.5），低速时i12可达10；两轴中心距a一般小于6m,最大中心距可达15m；传递的功率P＜100kw。

链传动与带传动、齿轮传动相比，具有下列特点：

（1）与齿轮传动比较，它可以在两轴中心相距较远的情况下传递运动和动力。

（2）能在低速、中载荷高温条件及尘土飞扬等不良环境中工作。

（3）与待传动比较，它能保证准确的平均传动比，传递功率较大，且作用在轴和轴承上的力较小。

（4）传递效率较高，一般可达0.95～0.97。

（5）链条的铰链磨损后，因节距较大易发生脱落现象。

（6）安装和维护要求较高。

五、齿轮传动

1．齿轮传动的应用特点齿轮传动是由齿轮副传递运动和力，如图1—19所示。当一对齿轮相互啮合时，主动轮O1的轮齿（1、2、3……），通过啮合点法向力F n的作用逐个的推动从动轮O2的轮齿（1’、2’、3’……），使从动轮转动，从而将主动轴的动力和运动传递给从动轴。

（1）传动比在图1—19中，设主动齿轮转速为n1，齿数为Z1，从动齿轮的转速为n2，齿数为Z2。若主动齿轮转过n1转时，其转过的齿数为Z1n1；若从动论跟着转过n2转，则转过的齿数为Z2n2。显然两轮转过的齿数应相等，即Z1n1= Z2n2。由此可得一对齿轮的传动比为

i12=n1/n2=Z1/Z2

以上公式说明一对齿轮传动比i12，就是从动齿轮与主动齿轮齿数之比。

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例2 有一对齿轮传动，一直主动齿轮转速n1=960r/min, 齿数Z1=20,从动齿数Z2=50。试计算传动比i12和从动轮转速n2。

解由上式可得

i12 =Z1/Z2=50/20=2.5

从动轮转速

n2= n1/ i12=960/2.5=384 r/min

（2）应用特点齿轮传动与摩擦轮传动、带传动合链轮传动等比较，有以下特点：

1）能保证瞬时传动比恒定，平稳性较高，传递运动准确可靠。

2）传递的功率和速度范围较大。

3）结构紧凑，工作可靠，可实现较大的传动比。

4）传动效率高，使用寿命长。

5）齿轮的制造、安装要求较高。

（3）渐开线齿轮啮合特性渐开线齿轮的轮廓由两条对称的件开线组成，如图1-20所示。渐开线齿轮具有以下啮合特性。

1）传动平稳传动平稳就是瞬时速比不变。两齿轮在啮合传动时，i12=w1/w2=r2＇/r1＇=常数，即传动比等于从动和主动齿轮的节圆半径之比，而齿轮加工后的节圆半径是不变的，所以能保持传动比恒定不变。

2）正确啮合条件要使一对渐开线齿轮各对齿依次正确啮合传动，就必须使它们的模数和压力角分别相等。即：

m1=m2=m

a1=a2=a

3）连续传动条件一对齿轮啮合传动时，当前一对轮齿还没有脱离啮合以前，后一对轮齿就进入啮合，否则齿轮传动就会中断，而产生冲击。连续传动条件为重叠系数εa>1。重叠系数εa表示了同时接触的轮齿对数。如εa=2，表示任意瞬间都有两对齿轮同时进入啮合传动，εa越大，表示同时进入啮合的轮齿对数越多，每堆轮齿分担的载荷也越小。

2．齿轮传动的常用类型根据齿轮轮齿的形态和两齿轮轴线的相互位置，可以分为如下几类：

（1）两轴线平行得直齿圆柱齿轮传动、斜齿轮圆柱齿轮传动和人字齿轮传动。

（2）两轴线相交的直齿圆锥齿轮传动。

（3）两轴线交错的螺旋齿轮传动。

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14 第二章 铸造基本原理及引出的基本问题

2.1 φ1000mm 实心球铸件的成形分析

1. 有铸、锻、焊的成形方法，但作如此大的零件，以铸造方法最可行。

2. 作出形状，要求有空腔。

3.

如何形成空腔呢? 模型

4. 分型面

6.发生收缩

7.补缩金属→冒口计算:

直观办法比例法→发展为比例法

形状不完备

取不出来

分模面引入金属液

引入金属液: 引入位置及尺寸计算 收缩

8.工装部分

1）模样

2）砂箱

2.2 由铸件成形引出的研究内容

1.如何把零件的形状作成空腔—造型方法

2.用什么材料形成型腔：

各种型砂的优缺点、适用范围、如何选

产地和研究单位在哪里？

3.浇注系统、冒口系统：属于工艺研究内容，也是目前计算机可以进行分析的内

容。

吊运

吃砂量

定位销孔

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第三章模砂控制与检测3.1潮模砂组成、性能及影响因素

3.2

原砂规格及选用

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3.3 粘土的种类和选用

3.4 辅助材料

3.5

铸铁用潮模砂

无须烘干,湿态下浇注。

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3.6 涂料的配制和使用

普通的型（芯）砂往往难以承受高温金属液的作用，需要在其表面刷一层涂料，以提高铸型表面的耐火性及表面强度，并使型（芯）表面光洁，以获得质量好、表面光洁的铸件。因此，在干型、表面干型铸型表面使用涂料是防止粘砂、夹砂、砂眼等缺陷，以及减少落砂等清理工作的有效措施。

涂料有两种：普通用的水涂料和特殊用的膏状涂料。

一、涂料的配制

1．涂料的组成涂料是一种防粘砂材料的悬浊液，其主要组成如下：

（1）防粘砂材料铸铁件常用的防粘砂材料为石墨（俗称铅粉）。石墨有鳞片状和粉状两种：鳞片状石墨呈银白色，固定碳含量高，耐火性也高；粉状石墨为黑色粉末，固定碳含量低，杂质含量较高，故耐火性低些。一般是两者混合使用。

铸钢件的防粘砂材料为石英粉，合金钢铸件的防粘砂材料为镁砂粉、锆砂粉及铬砂粉等。

有色铸件的防粘砂材料为滑石粉，或者滑石粉与石墨粉混用。

（2）稀释剂最常用的稀释剂为水。烘干型涂料用酒精或有机溶剂作稀释剂。

（3）稳定剂为了防止沉淀，涂料中用膨润土或黏土作稳定剂。

（4）粘结剂为了提高涂料强度和涂层与砂型表面的结合强度，涂料中须加入粘结剂，常用的有黏土、纸浆废液、糖浆、糊精等。

2．涂料的配制常用涂料的配方见表3-1。

表3—1 常用涂料的配方

用。膏状涂料混制时，一般先将粉状干料干混半小时左右，再加水进行湿辗压，辗压时间可达几十小时，待其成为均匀的涂膏后即可。糖浆容易发酵，它的加入方法是有季节性的：冬季在混时加入，夏季在使用前加入。涂膏辗成后可放入贮料池中备用，用时稀释到一定的稠度和密度。

二、涂料的使用

涂料的应用范围是很广的，无论是干型、表面干型，还是金属型或湿型（湿型表面撒粉状石墨粉）都使用涂料。

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