1、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) .1一、铸造生产概述 .1二、铸造生产常规工艺流程 .1第二节 砂型铸造工艺 .2一、型砂和芯砂的制备 .2二、型砂的性能 .2三、铸型的组成 .3四、浇冒口系统 .3五、模样和芯盒的制造 .4第三节 合金的熔炼 .6一、铝合金的熔炼 .6二、铸铁的熔炼 .7第四节 造 型 (实践操作用) .9一、手工造型 .9二、制芯 .12三、合型 .13四、造型的基本操作 .14五、合金的浇注 .15六、机器造型 .16第五节 铸造工艺设计 .18一、分型面 .18二、型芯 .19三、铸造工艺参数 .19四、模样的结构特点 .20
2、第六节 铸件常见缺陷的分析 .21铸工实习安全技术守则 .22第七节 铸工概论(金工老师用) .23一、铸造的辉煌历史 .23二、铸造的分类 .23第八节 特种铸造 .24一、压力铸造 .24金工实习铸造教案2二、实型铸造 .25三、离心铸造 .25四、低压铸造 .26五、熔模铸造 .27六、垂直分型无箱射压造型 .28七、金属型铸造 .28八、多触头高压造型 .29九、真空密封造型 .30第九节 铸造工艺图的绘制 .31一、铸造工艺图 .31二、浇注位置 .31三、分型面 .31四、机械加工余量和铸孔 .31五、拔模斜度 .32六、铸造圆角 .32七、型芯、芯头及芯座 .32八、铸造收缩率
3、.32九、铸造工艺图的绘制 .32十、模样图的绘制 .33十一、铸型装配图的绘制 .33十二、铸件图的绘制 .34十三、模样、型腔、铸件和零件之间的尺寸与空间的关系 .34十四、铸造技术的发展趋势 .35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
4、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
5、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 4085。二、铸造生产常规工艺流程铸件芯砂配制义清理落砂浇注合型型砂配制合金溶炼模样制作芯盒制作造型制芯检验金工实习铸造教案4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
6、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：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
7、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。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。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。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、
8、轮廓清晰。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
9、-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：平稳、迅速地注入金属液；阻止熔渣、砂粒等进入型腔；调节铸件各部分温度，补充金属
10、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。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-芯头芯座金工实习铸造教案6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。 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） 。 直浇道 它是连接外浇口与横浇道的垂直通道。改变直浇道的高度可以
11、改变金属液的静压力大小和改变金属液的流动速度，从而改变液态金属的充型能力。如果直浇道的高度或直径太大，会使铸件产生浇不足的现象。为便于取出直浇道棒，直浇道一般做成上大下小的圆锥形。 横浇道 它是将直浇道的金属液引入内浇道的水平通道，一 图 5-3 典型浇注系统般开设在砂型的分型面上，其截面形状一般是高梯形，并位于内浇道的上面。横浇道的主要作用是分配金属液进入内浇道和起挡渣作用。 内浇道 它是直接与型腔相连，并能调节金属液流入型腔的方向和速度、调节铸件各部分的冷却速度。内浇道的截面形状一般是扁梯形和月牙形，也可为三角形。3. 冒口 常见的缩孔、缩松等缺陷是由于铸件冷却凝固时体积收缩而产生的。为防
12、止缩孔和缩松，往往在铸件的顶部或厚实部位设置冒口。冒口是指在铸型内特设的空腔及注入该空腔的金属。冒口中的金属液可不断地补充铸件的收缩，从而使铸件避免出现缩孔、缩松。冒口是多余部分，清理时要切除掉。冒口除了补缩作用外，还有排气和集渣的作用。五、模样和芯盒的制造模样是铸造生产中必要的工艺装备。对具有内腔的铸件，铸造时内腔由砂芯形成，因此还要制备造砂芯用的芯盒。制造模样和芯盒常用的材料有木材、金属和塑料。在单件、小批量生产时广泛采用木质模样和芯盒，在大批量生产时多采用金属或塑料模样、芯盒。金属模样与芯盒的使用寿命长达 10 万30 万次，塑料的使用寿命最多几万次，而木质的仅 1000 次左右。为了保
13、证铸件质量，在设计和制造模样和芯盒时，必须先设计出铸造工艺图，然后根据工 艺图的形状和大小，制造模样和芯盒。在设计工艺图时，要考虑下列一些问题(见图 2-4)： 分型面的选择 分型面是上、下砂型的分界面，选择分型面时必须使模样能从砂型中取出，并使造型方便和有利于保证铸件质量。金工实习铸造教案 7 拔模斜度 为了易于从砂型中取出模样，凡垂直于分型面的表面，都做出 0.54 的拔模斜度。图 2-4 压盖零件的铸造工艺图及相应的模样图 加工余量 铸件需要加工的表面，均需留出适当的加工余量。 收缩量 铸件冷却时要收缩，模样的尺寸应考虑铸件收缩的影响。通常用于铸铁件的要加大 1；铸钢件的加大 1.52；
14、铝合金件的加大11.5。铸造圆角 铸件上各表面的转折处，都要做成过渡性圆角，以利于造型及保证铸件质量。芯头 有砂芯的砂型，必须在模样上做出相应的芯头。图 2-4 是压盖零件的铸造工艺图及相应的模样图。从图中可见模样的形状和零件图往往是不完全相同的。金工实习铸造教案8第三节 合金的熔炼合金熔炼的目的是要获得符合要求的金属熔液。不同类型的金属，需要采用不同的熔炼方法及设备。如钢的熔炼是用转炉、平炉、电弧炉、感应电炉等；铸铁的熔炼多采用冲天炉；而非铁金属如铝、铜合金等的熔炼，则用坩埚炉。一、铝合金的熔炼铸铝是工业生产中应用最广泛的铸造非铁合金之一。由于铝合金的熔点低，熔炼时极易氧化、吸气，合金中的低
15、沸点元素(如镁、锌等)极易蒸发烧损，故铝合金的熔炼应在与燃料和燃气隔离的状态下进行。1铝合金的熔炼设备铝合金的熔炼一般是在坩埚炉内进行，根据所用热源不同，有焦炭加热坩埚炉、电加热坩埚炉等不同形式，如图 3-1 所示。通常用的坩埚有石墨坩埚和铁质坩埚两种。石墨坩埚是用耐火材料和石墨混合并成型烧制而成。铁质坩埚是由铸铁或铸钢铸造而成，可用于铝合金等低熔点合金的熔炼。图 3-1 铝合金熔炼设备2.铝合金的熔炼(一般铸件可省此步骤)图 3-2 铝合金熔炼过程备料配料熔炼工具刷涂料 坩锅预热装炉快速融化精炼除气 变质静置扒渣 浇注金工实习铸造教案 9根据牌号要求进行配料计算和备料。据笔者经验，以铝锭重量
16、为计算依据(因铝锭不好锯切加工)，再反求其他化学成分。如新料成分占大部分，可按化学成分的上限值配料，一般减去烧损后仍能达标。注意，所有炉料均要烘干后再投入坩锅内，尤其是在湿度大的时节，以免铝液含气量大，即使通过除气工序也很难除净。空坩锅预热到暗红后投金属料并加入烘干后的覆盖剂(以熔融后刚刚能覆盖住铝液表面为宜)，快速升温熔化。铝液开始熔成液体后，须停止鼓风，在非阳光直射时观察，若铝液表面呈微暗红色(温度为 680720)，可以除气。精炼。常使用六氯乙烷(C 2C16)精炼。用钟罩(状如反转的漏勺 )压入为炉料总量 0.20.3的六氯乙烷(C 2C16)(最好压成块状)，钟罩压入深度距坩锅底部
17、100150mm，并作水平缓慢移动，此时，因 C2C16 和铝液发生下列反应：形成大量气泡，将铝液中的 H2 及 AI2O3 夹杂物带到液面，使合金得到净化。注意使用时应通风良好，因为 C2C16 预热分解的 Cl2 和 C2C14 均为强刺激性气体。除气精炼后立刻除去熔渣，静置 510 分钟。接着检查铝液的含气量。常用如下办法检测：用小铁勺舀少量铝液，稍降温片刻后，用废钢锯片在液面拨动，如没有针尖突起的气泡，则证明除气效果好，如仍有为数不少的气泡，应再进行一次除气操作。浇注。对于一般要求的铸件在检查其含气量后就可浇注。浇注时视铸件厚薄和铝液温度高低，分别控制不同的浇注速度。浇注时浇包对准浇口
18、杯先慢浇，待液流平稳后，快速浇人，见合金液上升到冒口颈后浇速变慢，以增强冒口补缩能力。如有型芯的铸件，在即将浇入铝液时用火焰在通气孔处引气，可减少或避免“呛火”现象和型芯气体进入铸件的机会。变质。对要求提高机械性能的铸件还应在精炼后，在 730750；时，用钟罩压入为炉料总量 12的变质剂。常用变质剂配方为：NaCl35+NaF65 。获得优质铝液的主要措施是：隔离(隔绝合金液与炉气接触)、除气、除渣、尽量少搅拌、严格控制工艺过程。二、铸铁的熔炼在铸造生产中，铸铁件占铸件总重量的 70%75% ，其中绝大多数采用灰铸铁。为获得高质量的铸铁件，首先要熔化出优质铁水。1. 铸件的熔炼要求：铁水温度
19、要高；铁水化学成分要稳定在所要求的范围内；提高生产率，降低成本。2. 铸件的熔炼设备： 623lAIll金工实习铸造教案10冲天炉的构造冲天炉是铸铁熔炼的设备，如图 3-3 所示。炉身是用钢板弯成的圆筒形，内砌以耐火砖炉衬。炉身上部有加料口、烟囱、火花罩，中部有热风胆，下部有热风带，风带通过风口与炉内相通。从鼓风机送来的空气，通过热风胆加热后经风带进入炉内，供燃烧用。风口以下为炉缸，熔化的铁液及炉渣从炉缸底部流人前炉。冲天炉的大小是以每小时能熔炼出铁液的重量来表示，常用的为1.510t/h。3. 冲天炉炉料及其作用(1)金属料金属料包括生铁、回炉铁、废钢和铁合金等。生铁是对铁矿石经高炉冶炼后的
20、铁碳合金块，是生产铸铁件的主要材料；回炉铁如浇口、冒口和废铸件等，利用回炉铁可节约生铁用量，降低铸件成本；废钢是机加工车间的钢料头及钢切屑等，加入废钢可降低铁液碳的含量，提高铸件的力学性能；铁合金如硅铁、锰铁、铬铁以及稀土合金等，用于调整铁液化学成分。(2)燃料冲天炉熔炼多用焦炭作燃料。通常焦炭的加入量一般为金属料的1/121/8，这一数值称为焦铁比。(3)熔剂熔剂主要起稀释熔渣的作用。在炉料中加入石灰石(CaCO 3)和萤石(CaF 2)等矿石，会使熔渣与铁液容易分离，便于把熔渣清除。熔剂的加入量为焦炭的 25一 30。4冲天炉的熔炼原理在冲天炉熔炼过程中，炉料从加料口加入，自上而下运动，被上升的高温炉气预热，温度升高；鼓风机鼓入炉内的空气使底焦燃烧，产生大量的热。当炉料下落到底焦顶面时，开始熔化。铁水在下落过程中被高温炉气和灼热焦炭进一步加热(过热)，过热的铁水温度可达 1600左右，然后经过过桥流入前炉。此后铁图 3-3 冲天炉的构造1-出铁口 2-出渣口 3-前炉 4-过桥 5-风口6-底焦 7-金属料 8-层焦 9-火花罩 10-烟囱11-加料口 12-加料台 13-热风管 14-热风胆15-进风口 16-热风 17-风带 18-炉缸 19-炉底门
