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