液态成形(砂型铸造)

2023/12/311第一章金属液态成形§1.1金属液态成形工艺基础§1.2砂型铸造

§1.3特种铸造§1.4常用合金铸件生产及铸造方法的选择§1.5与液态成形相关的新工艺、新技术简介2023/12/312第一章金属液态成形§1.2砂型铸造

一、砂型铸造造型（造芯）方法二、砂型铸造工艺设计三、铸件结构设计§2砂型铸造2023/12/313§2砂型铸造一、砂型铸造造型（造芯）方法

制造砂型的工艺过程称为造型。造型是砂型铸造最基本的工序，通常分为手工造型和机器造型两大类。（一）手工造型

2023/12/314§2砂型铸造铸型种类铸型特征主要特点适用范围湿型砂（湿型）以粘土作粘结剂，不经烘干可直接进行浇注的砂型生产周期短、效率高，易于实现机械化、自动化，设备投资和能耗低；但铸型强度低、发气量大，易于产生铸造缺陷单件或批量生产，尤其是大批量生产。广泛用于铝合金、镁合金和铸铁件干砂型（干型）经过烘干的高粘土含量（粘土质量分数为12％～14％）的砂型铸型强度和透气性较高，发气量小，故铸造缺陷较少；但生产周期长，设备投资较大、能耗较高，且难于实现机械化与自动化单件、小批生产品质要求较高，结构复杂的中、大型铸件表面烘干型浇注前用适当方法将型腔表层（厚15～）进行干燥的砂型兼有湿砂型和干砂型的优点单件、小批生产中、大型铝合金铸件和铸铁件自硬砂型常用水玻璃或合成树脂作粘结剂，靠砂型自身的化学反应硬化，一般不需烘烤，或只经低温烘烤铸型强度高、能耗低，生产效率高，粉尘少；但成本较高，有时易产生粘砂等缺陷单件或批量生产各类铸件，尤其是大、中型铸件常用砂型的主要特点和适用范围2023/12/315§2砂型铸造一、砂型铸造造型（造芯）方法（一）手工造型

操作方便灵活、适应性强，模样生产准备时间短；生产率低，劳动强度大，铸件质量不易保证。只适用于单件小批量生产。

按砂箱特征：两箱、三箱、地坑、脱箱

按模样特征：整模、挖砂、假箱、分模、活块、刮板等2023/12/316§2砂型铸造模样是整体的，多数情况下，型腔全部在下半型内，上半型无型腔。造型简单，铸件不会产生错型缺陷铸件最大截面在一端，且为平面。两箱造型2023/12/317§2砂型铸造铸型由上、中、下三部分组成，中型的高度须与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型费工，应尽量避免使用三箱造型2023/12/318§2砂型铸造在车间地坑内造型，用地坑代替下砂箱，只要一个上砂箱，可减少砂箱的投资大型铸件单件生产时,降低铸型高度,便于浇注操作。但造型费工，而且要求操作者的技术水平较高。地坑造型2023/12/319§2砂型铸造模样是整体的，但铸件的分型面是曲面。为了起模方便，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂。每造一件，就挖砂一次，费工、生产率低。挖砂造型2023/12/3110§2砂型铸造

用刮板代替模样造型。可大大降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。但生产率低，要求操作者的技术水平较高.

刮板造型2023/12/3111§2砂型铸造铸件上有妨碍起模的小凸台、肋条等。制模时将此部分作成活块，在主体模样起出后，从侧面取出活块。单件小批生产带有突起部分的铸件。活块造型2023/12/3112一、砂型铸造造型（造芯）方法（二）机器造型

大批量生产，劳动生产率高，劳动条件好，铸件尺寸精度高、表面质量好，加工余量小。§2砂型铸造2023/12/3113一、砂型铸造造型（造芯）方法（二）机器造型

1.紧砂方法

以压缩空气作为动力紧实型砂，基本方式：压实、震实、震压、抛砂等基本方式。2.起模方法

从型砂中取出模样，使砂箱内留下完整的型腔。

顶箱、漏箱和翻转§2砂型铸造2023/12/3114图1-15震压造型机的工作过程

填砂

→震击紧砂

→辅助压实

→起模

§2砂型铸造2023/12/3115一、砂型铸造造型（造芯）方法（二）机器造型

3.工艺特点

采用模板进行两箱造型。

模板：是将模样、浇注系统沿分型面与底板联结成一个整体的专用模具。造型后，底板形成分型面，模样形成铸型空腔。§2砂型铸造2023/12/3116一、砂型铸造造型（造芯）方法（三）造芯

用途：制作空心或外壁内凹的铸件，或铸件具有影响起模的外凸时，经常要用到型芯，制作型芯的工艺过程称为造芯。

注意：为了提高型芯的刚度和强度，需在型芯中放入芯骨；为了提高型芯的透气性，需在型芯的内部制作通气孔；为了提高型芯的强度和透气性，一般型芯需烘干使用。§2砂型铸造2023/12/3117二、砂型铸造工艺设计

目的：

获得合格铸件；

减小铸型制造的工作量；

降低铸件成本。在砂型铸造的生产准备过程中，必须制订出合理的铸造工艺方案，并绘制出铸造工艺图。

§2砂型铸造2023/12/3118二、砂型铸造工艺设计

铸造工艺：在零件图中用各种工艺符号表示出铸造工艺方案的图形，包括：浇注位置；分型面；型芯的数量、形状、固定方法及下芯次序；加工余量；起模斜度；收缩率；浇注系统；冒口；冷铁的尺寸和布置等。工艺图：指导模样设计、生产准备、铸型制造和铸件检验的基本工艺文件。依据铸造工艺图，结合所选造型方法，可绘制出模样图及合箱图。§2砂型铸造2023/12/3119支座的铸造工艺图、模样图及合箱图a)零件图

b)铸造工艺图（左）和模样图（右）c)合箱图§2砂型铸造2023/12/3120二、砂型铸造工艺设计（一）浇注位置的选择

浇注位置：浇注时铸件在铸型中所处的位置。选择原则：1．铸件的重要加工面应朝下或位于侧面

图1-20所示为车床床身铸件的浇注位置方案。由于床身导轨面是重要表面，不允许有明显的表面缺陷，而且要求组织致密，因此应将导轨面朝下浇注。§2砂型铸造2023/12/3121图1-16车床床身的浇注位置

§2砂型铸造重要加工面应朝下或位于侧面浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。保证导轨面质量均匀2023/12/3122图1-16卷扬筒的浇注位置

侧面要求高§2砂型铸造2023/12/3123二、砂型铸造工艺设计（一）浇注位置的选择

2．铸件的大平面应朝下

型腔的上表面除了容易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷外，大平面还常容易产生夹砂缺陷。因此，对平板、圆盘类铸件的大平面应朝下。§2砂型铸造2023/12/3124二、砂型铸造工艺设计（一）浇注位置的选择

3．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可以有效防止铸件产生浇不足或冷隔等缺陷。§2砂型铸造2023/12/3125二、砂型铸造工艺设计（一）浇注位置的选择

4．易产生缩孔的铸件，应将厚大部分放在分型面附近的上部或侧面

以便在铸件厚壁处直接安置冒口，使之实现自下而上的定向凝固。

§2砂型铸造2023/12/3126二、砂型铸造工艺设计（一）浇注位置的选择

5．应尽量减少型芯数量，且便于安放、固定和排气

§2砂型铸造2023/12/3127二、砂型铸造工艺设计（二）铸型分型面的选择

铸型分型面的选择恰当与否会影响铸件质量，使制模、造型、造芯、合箱或清理等工序复杂化，甚至还可增大切削加工的工作量。

分型面的选择原则：1．便于起模，使造型工艺简化

1）分型面应选在铸件最大截面处§2砂型铸造2023/12/3128二、砂型铸造工艺设计（二）铸型分型面的选择

分型面的选择原则：1．便于起模，使造型工艺简化

（2）分型面应尽量平直§2砂型铸造2023/12/3129图1-21起重臂的分型面图示分型面为一平面，可采用较简便的分模造型；如果选用弯曲分型面，则需采用挖砂或假箱造型§2砂型铸造2023/12/3130二、砂型铸造工艺设计（二）铸型分型面的选择

分型面的选择原则：1．便于起模，使造型工艺简化

（3）应尽量减少分型面数量§2砂型铸造2023/12/3131二、砂型铸造工艺设计（二）铸型分型面的选择

分型面的选择原则：1．便于起模，使造型工艺简化

（4）避免不必要的活块和型芯§2砂型铸造2023/12/3132二、砂型铸造工艺设计（二）铸型分型面的选择

2．尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱以保证铸件精度§2砂型铸造2023/12/3133二、砂型铸造工艺设计（二）铸型分型面的选择

3．尽量使型腔及主要型芯位于下型

便于造型、下芯、合箱和检验铸件壁厚§2砂型铸造2023/12/3134二、砂型铸造工艺设计（三）工艺参数的确定

在铸造工艺方案初步确定之后，还必须选定铸件的机械加工余量、起模斜度、收缩率、型芯头尺寸等具体参数。1.加工余量和最小铸出孔加工余量：为切削加工而加大的尺寸。§2砂型铸造2023/12/3135二、砂型铸造工艺设计（三）工艺参数的确定1.加工余量和最小铸出孔

数值取决于：批量、合金种类、大小、加工面与基准面之间的距离及浇注位置等。机器造型：铸件精度高，余量可减小；手工造型：误差大，余量应加大。铸钢表面粗糙，余量应大；非铁合金表面光洁，余量应小。尺寸大或加工面与基准面间的距离大，误差大，余量也大。朝上表面产生缺陷的机率大，其余量应比底面和侧面大。§2砂型铸造2023/12/3136二、砂型铸造工艺设计（三）工艺参数的确定

1.加工余量和最小铸出孔

铸件的孔、槽：较大的孔、槽应当铸出，以减少切削加工工时，节约金属材料，并可减小铸件上的热节；较小的孔则不必铸出，用机加工较经济。对于零件图上不要求加工的孔、槽以及弯曲孔等，一般均应铸出。§2砂型铸造2023/12/3137二、砂型铸造工艺设计（三）工艺参数的确定2.起模斜度

为了使模样（或型芯）易于从砂型（或芯盒）中取出，凡垂直于分型面的立壁，制造模样时必须留出一定的倾斜度。

在铸造工艺图上，加工表面上的起模斜度应结合加工余量直接表示出，而不加工表面上的斜度（结构斜度）仅需用文字注明即可。§2砂型铸造2023/12/3138图1-27起模斜度

§2砂型铸造2023/12/3139二、砂型铸造工艺设计（三）工艺参数的确定3.收缩率铸件冷却后的尺寸比型腔尺寸略为缩小，为保证铸件的应有尺寸，模样尺寸必须比铸件放大一个该合金的收缩率。铸造收缩率K：

§2砂型铸造2023/12/3140二、砂型铸造工艺设计（三）工艺参数的确定4.

型芯头

垂直芯头

水平芯头图1-28型芯头的构造a）垂直芯头

b）水平芯头

§2砂型铸造2023/12/3141二、砂型铸造工艺设计（四）铸造工艺图

铸造工艺设计：生产之前，编制出生产工艺的技术文件。工艺设计主要是画铸造工艺图、铸件毛坯图、铸型装配图和编写工艺卡片等，它们是生产的指导性文件，也是生产准备、管理和铸件验收的依据。

因此，铸造工艺设计的好坏，对铸件的质量、生产率及成本起着决定性的作用。§2砂型铸造2023/12/3142二、砂型铸造工艺设计（四）铸造工艺图

§2砂型铸造2023/12/3143二、砂型铸造工艺设计（五）铸造工艺设计实例分析

§2砂型铸造2023/12/3144二、砂型铸造工艺设计（五）铸造工艺设计实例分析

方案1§2砂型铸造2023/12/3145二、砂型铸造工艺设计（五）铸造工艺设计实例分析

方案2§2砂型铸造2023/12/3146二、砂型铸造工艺设计（五）铸造工艺设计实例分析

方案3§2砂型铸造2023/12/3147二、砂型铸造工艺设计（五）铸造工艺设计实例分析

铸造工艺图§2砂型铸造2023/12/3148三、铸件结构工艺性

铸件结构：保证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。（一）铸件结构应使砂型铸造工艺过程简化

1.铸件的外形必须力求简单、造型方便

（1）尽量避免铸件外表侧凹，减少分型面§2砂型铸造2023/12/3149§2砂型铸造2023/12/3150三、铸件结构工艺性

（一）铸件结构应使砂型铸造工艺过程简化

1.铸件的外形必须力求简单、造型方便

（2）尽可能使铸件分型面平直§2砂型铸造2023/12/3151三、铸件结构工艺性

（一）铸件结构应使砂型铸造工艺过程简化

1.铸件的外形必须力求简单、造型方便（3）铸件外表加强肋、凸台的设计应便于起模

§2砂型铸造2023/12/31522023/12/3153三、铸件结构工艺性

（一）铸件结构应使砂型铸造工艺过程简化

1.铸件的外形必须力求简单、造型方便（4）铸件侧壁应具有结构斜度§2砂型铸造2023/12/3154§2砂型铸造2023/12/3155三、铸件结构工艺性

（一）铸件结构应使砂型铸造工艺过程简化

2.铸件的内腔结构应简单适用，避免不必要的复杂结构

（1）应尽量少用或不用型芯

§2砂型铸造2023/12/3156三、铸件结构工艺性

（一）铸件结构应使砂型铸造工艺过程简化

2.铸件的内腔结构应简单适用，避免不必要的复杂结构（2）尽便于型芯的固定、排气、定位和清理

§2砂型铸造2023/12/3157§2砂型铸造2023/12/3158三、铸件结构工艺性（二）铸件结构应适应合金铸造性能的要求

缩孔、变形、裂纹、气孔和浇不足等铸件缺陷的产生，有时是由于铸件结构设计不够合理，未能充分考虑合金铸造性能的要求所致。

1.铸件的壁厚：每种铸造合金都有其适宜的壁厚，不同铸造合金所能浇注出铸件的“最小壁厚”也不相同，主要取决于合金的种类和铸件的大小。§2砂型铸造2023/12/3159三、铸件结构工艺性（二）铸件结构应适应合金铸造性能的要求

1.铸件的壁厚：（1）铸件的最小壁厚§2