铸造工艺及型砂培训教材-定稿_大学生考试网
铸造工艺及型砂培训教材-定稿
第二篇铸造工艺设计基本知识基本知识第一部分第一章 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：1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2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。3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。4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。5（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：6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φ 90 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 Sφ 28H9/d9 表示： 顶碗的球面尺寸为φ 28，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φ 28，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。7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。8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。9表 1―1 开口式常用平型带的传动形式 交叉式 半交叉式传 动 简 图D1D2D1D2D1 βD2aaa1） 口式传动 用于两轴轴线平行且旋转方向相同的场合。 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 210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11（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 Fn 的作用逐个的 推动从动轮 O2 的轮齿（1’ 、3’??） 、2’ ，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。12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ε a&1。 重叠系数ε a 表示了同时接触的轮齿对数。如ε a=2，表示任意瞬间都有两对齿轮同时进入 啮合传动，ε a 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。13第二章铸造基本原理及引出的基本问题2.1 φ 1000mm 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。形状不完备取不出来3. 4.如何形成空腔呢? 分型面模型无分模面也可以，但操作不方便，加入分模面分模面引入金属液: 引入位置及尺寸计算引入金属液6.发生收缩 7.补缩金属→冒口计算:直观办法比例法→发展为比例法收缩148.工装部分 1）模样 2）砂箱定位销孔吃砂量 吊运夹紧防止跑火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？黏土砂 硅砂 树脂砂 水玻璃砂砂型 造型材料 实型铸造、V 法造型 金属型精铸 壳型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。15第三章3.1 潮模砂组成、性能及影响因素模砂控制与检测砂子颗粒度和形状、黏土与含水量、 混制质量、紧实度 砂子颗粒、黏土含量、水分、紧实 度 黏土含量、水分含量、砂粒大小 砂子成色好、颗粒大，耐火性好；强度原砂透气性潮模砂粘土性能可塑性附加物耐火性圆形砂粒比尖角砂粒好；黏土多， 耐火性下降。水 退让性在型砂中加入木屑、焦碳粉，降低 高温强度 与砂子种类、颗粒均匀性及黏土性 质有关复用性3.2 原砂规格及选用硅质砂 原砂 非硅质砂规格：ZGS96-42Q-30 ZGS80-15H-45 ZGS **（二氧化硅分级代号） ―**（粒度分级代号）―*（Q 或 H） ―**（粒形分类代号） ZGS(铸、硅、砂)铸钢件用砂浇注温度大于 1500℃，原砂 SiO2 含量应大于 93%，严格 控制有害杂质。粒度要粗为 30、42、60 的原砂。 浇注温度在 1400℃以下，原砂 SiO2 含量应大于 85%，严 格控制有害杂质。粒度要粗为 42、30、15、10 的原砂。 大型铸件用 60、42 的粗砂。 浇注温度较低， 原砂 SiO2 含量应 75%， 铜合金为 15、 10、 07 的细砂。大型铸件用 60、42 的粗砂。铝合金和镁合金 为 10、07 的特细砂。16原砂选用铸铁件用砂非 铁 合金 铸 件用砂非硅质砂与硅砂比较，有较高的耐火性和良好的化学稳定性，导热 系数小，热膨胀系数小。因此，大型碳钢铸件及合金钢铸 件，必须采用非硅质砂配制型砂、芯砂和涂料等。主要有： 镁砂、锆砂、橄榄石砂、刚玉砂、熟料等。17183.3 粘土的种类和选用高岭土 粘土种类 膨润土 耐火性 1500℃ 黏结力比高岭土 高 2~4 倍，耐火 性较低。常用于 湿砂型、有时和 高岭土混合用于 干砂型。19钠基膨润土 活化处理钙基膨润土3.4 辅助材料改善退让性和透 气性的材料 如锯木屑辅助材料防止铸件粘砂的 材料在砂中混入增加耐火性的材料，如煤粉、 石墨粉、石英粉（铸钢） 、滑石粉（铸铁 及有色合金铸件） 、重油（铜铸件）防止型（芯）砂 粘模的材料煤油、石松子粉提高型砂强度的 材料糖浆、纸浆等3.5 铸铁用潮模砂 无须烘干,湿态下浇注。圆形或多角形细砂，粒度 21、15、10原砂对原材料 的要求膨润土单独或与耐火黏土混合， 6~8%煤粉使表面光洁面砂 种类 机器造型用单一砂，与面砂接近 背砂潮模砂配方制备1. 2. 3. 4.加料顺序：旧砂、新砂、黏土、煤粉、水。 混碾时间：面砂 6~12min，背砂 1~3 min，单 一砂 3~5 min。 混制好后，存放 2~3 小时；调匀。 经松散后再用，以提高其透气性和流动性。20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 种类 用途 大件 铸铁 常用涂料的配方 涂料成分（相对重量） 鳞片石墨70，粉状石墨，黏土10 鳞片石墨42 （120 ） 粉状石墨42， ， 白泥粉8～16 粉状石墨85，白泥粉8～16 石英粉100， 膨润土2～3， 水适量#密度（K/m ） （1.3～1.4）×1033备注 辗成膏状，用时加 水稀释中小件 小件 碳钢铸件― ― ― 混48h，要求无沉 淀，烧结后无裂纹 糖浆冬季混时加 ― 入， 夏季用前加入， 其余混制同上 ― （1.6～1.65） ×10 ― ―3铸钢合金铸件锆砂粉100， 膨润土2～3， 糖浆3～ 4，水适量 石英粉100， 膨润土2， 纸浆废液2 石英粉65，糖稀5，黏土2，水28 锆砂粉100， 膨润土2， 纸浆废液2 滑石粉86，黏土9，纸浆废液5碳钢铸件 碳钢铸件 不锈钢铸件 铸钢、铸铝 铜铝铸件球磨8h 辗压时间20h涂料混制工艺各厂不同，有的是搅拌机搅拌，有的是人工搅拌，还有的是辗压成膏状备 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。211．刷涂料和上涂膏的方法 水涂料和烘干涂料的涂刷方法是：用刷子（排比）涂； 用喷雾器喷涂；用涂料桶浸涂。为了刷好涂料，涂料的浓度要合适，刷时要边刷边搅动，并 且要刷涂均匀。 上涂膏时，先将砂型（芯）刮去一层，然后抹上2mm左右的涂膏，用镘刀单方向地将涂 膏压紧压实，再刷一层稀涂料。 2．刷涂料应注意的事项 （1）涂料要刷涂得均匀，厚薄适当； （2）在用镘刀压实涂料时，不可来回压，以单方向压为好； （3）第一遍涂料要刷得浓一点，稍微晾干后再压实，然后再刷一遍稀涂料； （4）芯头处不应刷涂料，以免妨碍排气。22第四章铸造工艺知识铸件的形状取决于铸型。由于砂型具有较大的灵活性和适应性，因此，到目前为止，绝 大部分铸件是用砂型铸造方法获得的。4.1常见模样的种类、结构及制作方法模样是用木材、 金属或其他材料制成的用来形成铸型型腔的工艺装备。 模样的结构应便 于加工制作，并具有足够的强度和刚度，表面要光滑，尺寸应精确，同时要使用方便，成本 低廉。 生产中常用的模样有：木模、金属模、塑料模、泡沫塑料模等。 一、金属模 用金属材料制造的模样称为金属模。 1．金属模的材料 制造金属模样的材料有铝合金、铜合金、灰铸铁、铸钢及钢材等。 它们具有不同的加工性能和机械性能，应根据具体情况合理选用。 2．金属模的结构 金属模的结构在满足工艺要求，保证产品质量的前提下，应尽量做 到易于加工制造， 便于使用及减小重量。 生产中使用的各类模样， 除外形轮廓尺寸小于 50mm ×50mm 或高度小于 30mm 的模样做成实心外，一般都设计成空心结构，如图 4―1 所示。空 心模样的壁厚为 6～14mm。为了使轮廓尺寸较大的空心模样具有较高的强度和刚度，模样内 部一般均设加强肋。模样上妨碍起模的部分应做成活块。 活块应能很好地在模样本体上固定， 起模时又便于 脱开。常用的定位固定方式有三种：燕尾槽式、滑销式和 榫式，如图 4―2 所示。3．金属模的制造金属模制造比较复杂，机械加工工序多，尤其是钳工和铣工的工作23量较大，制造周期长，要求操作者的技术水平较高，成本也高。设计模样时，要力求符合加 工的工艺性，尽可能减少钳工工作量和简化加工工艺，最大限度地发挥车削加工的作用。 二、塑料模 以塑料（一般采用环氧树脂）为主要原材料制成的模样为塑料模。 1． 塑料模的材料 塑料模的材料是由环氧树脂与其他材料配制成的。 按其作用的不同， 原材料可分成粘结剂、硬化剂、增塑剂、填料和稀释剂等。此外，还有一些辅助材料，如脱 模剂和石膏等。 2．塑料模的结构 常用的结构形式有下面三种： （1）实体结构模 小型模样多做成实体结构。为增加其强度，有时也敷几层玻璃布， 然后浇注配好的塑料，有时在中间加入填料，以减少塑料消耗，结构如图 4―3 所示。 （2）薄壳框架结构模 为提高大中型模样的刚度，减少塑料消耗，通常在木质或金属 的骨架模上包敷一层 10～15 mm 厚的塑料层，结构如图 4―4 所示。 （3）复合塑料模 模样上的凸台、凸缘、活块或截面较小的部分，用金属制作，然后 嵌在塑料模中，构成复合塑料模，结构如图 4―5 所示。3．塑料模的制造 制造方法有浇注法和层敷法两种。 （1）浇注法 浇注法是将塑料模所需要的混合料，加热到适当温度，从浇口加压注入 阴模中，硬化后即得整体的塑料模。这种方法仅适用于小件模样，且塑料模性能较差，成本 高，所以不宜采用。 （2）层敷法 层敷法是用玻璃布、玻璃纤维制作，硬化后具有同玻璃钢相似的性能。 从而解决了塑料模的脆性问题，提高了抗冲击能力。层敷法的制造工艺过程为：制造母模→ 制造阴模→制造塑料模4.2 造型操作用砂型紧实成型的铸造方法称为砂型铸造， 这是目前应用最广的一种铸造方法。 按紧实 型砂的方式可分为手工造型和机器造型。 一、手工造型 全部用手工或手动工具完成的造型工序称为手工造型。 下面介绍几种常用的基本造型方 法。 1．整模造型 模样可直接从砂型中起出的造型方法，称为整模造型。造型时根据铸件的 技术要求，将模样放置在上箱或下箱中。这种造型方法操作简便，适用于生产形状简单的铸 件，其造型过程如图 4―6 所示。 2．分模造型 对于整模造型不易取出或取不出的模样，采用沿模样上凸点分开模样的 方式进行造型的方法，称为分模造型。当模样分成两个部分时，就采用两箱造型。通常分模 面与分型面是一致的，造型时两半模样分别放置于上砂箱和下砂箱内，其造型过程如图 4― 7 所示。分模造型操作简便，应用广泛，适用于形状较为复杂的铸件。243．挖砂造型和假箱造型 有些铸件的模样，按造型要求，应采用分模造型，但由于某种 原因（如模样分开后，某些部分太薄易变形）不允许将模样分开，必须做成整体，这是可采 用挖砂造型。其造型过程如图 4―8 所示。25挖砂造型技术水平要求较高，操作时应注意下面两点： （1）挖砂时一定要挖到模样最大截面处。 （2）挖砂部位要平整光滑，坡度应尽量小，以利于开箱合型操作。 挖砂造型，每造一型需挖一次，操作麻烦，生产率低，技术水平要求较高，只适用于单 件生产。当铸件生产数量较多时，应采用假箱造型。 假箱造型在造型前先作一个形状与模样分型面或形状一致的假箱， 代替上型或下型进行 造型，其过程如图 4―9 所示。 假箱造型与挖砂造型相比，节省工时，生产率高，铸型质量好，适用于小批量生产。 4．活块造型 铸件的侧面上由凸起部分，造型示不能和整体模样同时起模。对于这些妨 碍起模的凸起部分，可以做成活动模块，采用活块造型。活块模与主体的连接方法有两种： 活块较小时，可用销钉和模样主体相连定位；活块较大时，通常采用燕尾槽连接定位。 活块造型操作复杂，对工人技术水平要求较高，生产效率低，铸件尺寸精度常因活块位 移受到影响，因此，只适于单件小批量生产，其造型过程如图 4―10 所示。5． 多箱造型 有些复杂的铸件造型时需要更多的分型面， 才能将模样各个部分从砂型中 取出；有些铸件比较高大，造型时为了便于舂砂、修型、开浇口、安放型芯等操作，也须采 用多箱造型。多箱造型由于分型面多，操作较复杂，劳动强度大，生产效率低，铸件尺寸精 度不高，所以，只易单件小批量生产，其造型过程如图 4―11 所示。 6．刮板造型 在制造旋转体或等截面形状的铸件时，还可以用与铸件截面形状相适应 的刮板来造型。采用刮板造型的方法，于实模造型相比，节省制模材料和加工工时，但造型 操作复杂，效率低，对技术水平要求高，求铸件尺寸精度低。因此，只适于单件或小批量生 产。根据刮板在造型中的运动方式，分旋转车板和导向刮板。旋转车板造型，刮板绕一固定 轴线旋转，是刮板造型中应用最多的一种形式，其造型过程如图 4―12 所示。 在车板造型时，常会碰到分档（分肋）的计算问题，要求操作者懂得这方面的知识。对 于半径为 R 得圆，将圆周几等分，每一等分的弦长可用下是计算： S=2Rsin180°/n26例如，六等分圆周时： S= 2Rsin180°/n=2Rsin180°/6=R 即六等分圆周时，每段弧所对的弦长等于圆的半径。现将不同数目轮副等分的圆周时弦长与半径的关系列表 4―1表 4-1 辐轮数目 n 3 4 5 6 不同数目轮辐的弦长 弦长 S 1.732 R 1.414 R 1.176 R 1.000 R 辐轮数目 n 7 8 9 10 弦长 S 0.868 R 0.765 R 0.684 R 0.618 R7．地面造型 当生产的中型或大型铸件数量较少时，而又无合适的现成砂箱时，可以在27沙地上活低坑内制造一部分或全部型腔，这种造型方法叫地面造型会低坑造型。 造型之前先在地上制造“砂床” ，通常的砂床按其紧实程度分软砂床和硬砂床两种。 软砂床地坑的紧实度不高， 只要把砂地刮制成水平表面即可。 软砂床低坑绝大部分是采 用无盖箱的地坑造型，用于制造平板、芯骨等不需加工而上表面为平面的铸件，其造型过程 如图 4―13 所示。 硬砂床的沙型再造型之前先在砂床的底部埋设通气道， 然后填砂紧实砂床底部砂层， 复 印模样底部型迹，校正模样水平后固定、压牢，并填实模样的四周型砂，在刮平分型面，舂 制砂型，其制造过程如图 4―14 所示。硬砂床造型一般要采用盖箱。8．实物造型 利用零件做模样的造型方法称为实物造型，其制造过程如图 4―15 所示。实物造型与模样造型相比，要注意下面几个问题。 （1）对于需用砂芯的铸件，造型之前先配置好砂芯座以便合型时固定和安放砂芯。 （2）休型实在需要机械加工的部位，割制加工余量。 （3）对于阻碍零件由砂型中起出的那部分砂型，应制成可移动的活块砂块。以便与把 零件从砂型中顺利起出，而不损坏砂型， 二、机器造型 用机器全部的完成或至少完成紧砂操作的造型称为机器造型。 随着我国铸造生产向集中 和专业化方向发展，机器造型的应用将日益广泛。 1．砂型紧实度 即砂型紧实后的压缩程度。砂型上某一点的紧实度，可以用“紧实度” 或砂型“硬度”来表示。紧实度是指单位体积内所包括的型砂质量，即28δ =G/V 式中 δ ――型砂紧实度，g/ G――型砂的质量，g； V――型砂的体积，cm3。 几种常见的型砂紧实度：十分松散的型砂，0.6~1.06 g/cm3；一般紧实的型砂，1.55~1.7 g/cm3；非常紧密地型砂，1.8~1.9 g/cm3。 实际生产中， 砂型的紧实度通常用硬度来衡量。 硬度时砂型硬度计在砂型表面直接测量 而得的数值。手工或一般造型机制造的铸型，砂型表面硬度通常为 60~80 单位。为了保证砂 型有较好的透气性，在远离型腔处的紧实度可适当降低些。高压造型，砂型硬度可达 90 单 位以上。 对紧实后砂型的最低要求实能经受住搬运或翻转的震动而不塌落； 其次要求砂型型腔表 面能抵抗浇注时金属液的压力，减少型壁移动。 2．砂型紧实方法 机械造型紧实型砂的方法有下面几种。 （1）压实紧实 压实紧实时在压力直接作用下，使型砂紧实的。按压实作用力方向的不 同，可分为上压式和下压式两种：上压式，当压实工作台上升时，辅助框内的型砂被固定在 横梁上的压头从上面压入砂箱而紧实，如图 4―16 所示。3下压式，利用活塞上升将辅助框内的型砂从砂箱下面压入而紧实，如图 4―17 所示。压实造型的优点是生产率高、 机器结构简单、 消耗动力少、 噪音小等。但由于砂型紧实度不高，分布也不均匀，砂箱高度 受到限制。因此，压实紧实只适用于砂箱高度不超过 150 L， 而面积不大于 800 L×600 L的砂箱造型。 （2）震击紧实 震击紧实是通过往复震击，将型砂紧实的 方法。震击时，工作台将砂箱连同型砂举到一定的高度，然后 突然下落与机座发生撞击，从而使得型砂紧实。震击机构如图 4―18 所示，震击紧实砂型硬度分布曲线如图 4―19 所示。 从震击紧实的硬度分布曲线可看到，下层的型砂震击受到 的惯性力大，易被紧实，而上层的型砂往往达不到所要求的紧29实度，因而一般需采用手工或风冲进行表面捣固。由于震击时造型机生产率低、噪音大、能 量消耗较大，所以应用范围已逐渐缩小，仅在大中型砂箱造型中采用。 （3）震压紧实 在震击紧实之后，在进行辅助压实，称为震压紧实。震压机构如图 4― 20 所示，其砂型硬度分布曲线如图 4―21 所示。从震压紧实砂型硬度分布曲线可看出， 震击之后再附加压实， 砂型紧实度比单纯震实或 压实更高，更均匀，对于高度较低的砂箱效果尤为显著。与震时造型击相比，生产率有所提 高，动力消耗也有所降低，被广泛用于制造中小型砂造型，但其噪音仍然较大。 （4）微震压实 微震压实是在型砂被压实的同时，模板、砂箱和型砂作高频率、地震副 震动的一种紧实型砂的方法。 将单纯压实与微震压实 H―δ 曲线加以比较（图 4―22）就可看出：在充填和压实型砂 时，微震能减少摩擦阻力，提高型砂流动性，从而比单纯压实获得更高更均匀的紧实度，铸 件表面粗糙度也低，造型生产率提高。 微震压实造型机在中小型铸件中已获得广泛的应用，成为造型机发展方向之一。 （5） 高压紧实 高压紧实就是采用比普通压实高的多的压力获得更高而均匀的砂型的方30法。压实紧砂法的压力在 0.13～0.4Mpa 时为低压式；压力在 0.4～0.7Mpa 为中压式；压力 在 0.7～2.5Mpa 为高压式；压力大于 2.5Mpa 则属超高压式。高压造型机的压力大都在 1～ 1.5Mpa。 高压造型机的压头结构常做成多触头形式。 4―23 是多触头高压造型机压实过程示意 图 图。压实时， 砂箱被位于机器下方的压式油港推向上方， 是各个触头从砂箱上方将型砂葱预 填框压入砂箱进行紧实。这个多触头压头的每个触头上面都连接着一个活塞，压实时，活塞 可以在相互连通的油腔内浮动，所以也称为“浮动触头” 。 高压造型机与一般造型机相比，优点是铸件尺寸精度高，表面粗糙度低，废品率低，生 产率高， 劳动条件好。 缺点是机械结构比较复杂， 设备一次性投资较大， 维护保养的要求高。 目前主要应用于大批量生产中，如汽车、纺织、缝纫机等的制造业。31（6） 抛砂紧实 抛砂紧实是利用抛砂的高速旋转的机头上的叶片， 将一团团砂块高速抛 入砂箱而使得砂型得到紧实的一种方法。 抛头在高速旋转时， 还以 0.4~0.6m/s 的速度在砂箱上方有规则的移动， 这样可使砂型各 部分紧实度分布均匀。图 4―24 时抛砂紧实的示意图。 （7）射砂紧实 射砂紧实是利用压缩空气将型（芯）砂以高速射入砂箱（或芯盒）的一 种紧实型（芯）砂的方法。图 4―25 实射砂紧实的示意图。 射砂紧实时， 填砂和紧实两个工序是同时在几十秒钟内完成的， 是一种高效率的生产方 法，能制造形状复杂得砂芯和砂型。其特点是：紧实度比较均匀；由于在密闭状态下射砂， 故型（芯）砂散失少，操作简单，劳动强度低。但射砂得到的紧实度不高，因此射砂紧实多 用于制芯。 （8） 射压紧实 这是一种射砂和压实相结合的紧实型砂的方法。 4―26 是射压造型过 图 程图。 射压造型分有箱与无箱射压造型，其中垂直分 型无箱射压造型在生产应用中尤为突出。 垂直分型无箱射压造型的优点是： 节省砂箱材 料及其制作工时，可省去砂箱的输送设备；减少了 型砂的消耗，提高了生产率；铸型尺寸精确，铸件 表面光滑，质量高；造型过程全部自动化，劳动强 度低、噪音小，劳动条件好。不足之处是造型机结 构复杂，制造、调整和维修难度大；下芯较困难。 目前多用于件单中小型铸件的大批量生产。 3． 砂型的起模方法 造型机的起模方法主要有 顶箱式、转台式和翻台式三种。 （1）顶箱起模 型砂紧实后，模板下的顶杆升起，顶住砂箱四角，是铸型与模板分离， 实现起模；或将铸型和顶杆一起上升到一定位置后固定不动，再使模板下降进行起模。前者 称为顶箱去程起模，后者称为顶箱回程起模。图 4―27 是顶箱起模过程。 顶箱起模结构较简单，但在起模过程中，由于分型面没有支撑，起模时容易发生型腔损 坏或塌箱，一般仅用于形状简单、高度较低的模样的起模。为了能够起出形状复杂或高度较 大的模样，常采用顶箱漏模起模。图 4―28 是顶箱漏模起模过程。（2）转台起模 型砂紧实完毕后，将砂箱夹紧并使转台升高到规定高度，绕水平轴旋转 180°，在接箱台上升并拖住砂箱后，松开锁紧装置，然后徐徐下降，因转台和固定在上面 的模板不动而实现起模。图 4―29 是转台起模过程。 （3） 翻台起模 翻台起模的原理与转台起模相同， 只是起模时接箱台位于砂箱一侧而不32是下面。图 4―30 是翻台起模过程。4．常用的造型设备 （1） 设备的型号 铸造机械的种类和型号很多。 一个完整的由汉语拼音字母和阿拉伯数 字组成的产品型号及其各部分所代表的意义如下：铸造生产设备型号各组成部分意义和表示方法如下： 工位数 造型（芯）机的工位数与机器本身具有工位数相符的数字来表示，如 2、3、4? 分别表示二、三、四?工位。 类别 类别用汉语拼音字母表示。Z 代表造型制芯设备;S 代表砂处理设备；L 代表落砂 设备；Q 代表清理设备。 设备特性 见表 4―2。表 4―2 特性名称 自动 半自动 手动 电磁 汉字代号 自 半 手 电 造型机和制芯机的特性代号 汉语拼音字母代号 Z B S D 特性名称 简易 轻型 重型 延长 汉字代号 简 轻 重 延 汉语拼音字母代号 J Q Z Y类别和组别 见表 4―3。 基本参数 见表 4―4。 修改次数 造型机和制芯机设计次序或改进次序分别用汉语拼音字母 A、B、C、D?附 在型号末端表示。 造型机型号举例： ZB148A 砂箱长边最大内形尺寸为 800 L， 进过一次修改设计的半自动顶箱震压式造型33机。表 4―3 代 列 别 号 名 称 代 号 脱 1 顶 箱 震 压 式 造 型 机 4 转 台 震 压 式 造 型 机 5 震 实 台 1 翻 台 震 实 式 造 型 机 3 顶 箱 震 实 式 造 型 机 4 转 台 震 实 式 造 型 机 5 多 触 头 高 压 造 型 机 1 顶 箱 压 实 式 造 型 机 4 顶 箱 高 压 造 型 机 5 无 箱 射 压 式 造 型 机 1 脱 箱 射 压 式 造 型 机 2 顶 箱 射 压 式 造 型 机 4 双 箱 射 压 式 造 型 机 9 悬 挂 式 抛 砂 机 1 固 定 式 抛 砂 机 3 单 轨 式 抛 砂 机 6 双 轨 式 抛 砂 机 7 吹 芯 机 1 射 芯 机 5 热 芯 盒 射 芯 机 6 1 震压式造型 机 2 震实式造型机、 制芯机 3 压实式造 型机、 制芯 机 4 射压式造型机、 制芯机 6 8 吹、 射制芯 机 造型机和制芯机列组划分表抛砂机组 名 别 称箱 震 压 式 造 型 机 表 4―4造型机和制芯机采用的基本参数及其表示方法 设备名称 基本参数 表示方法震压式造型机 震实式造型机 压实式造型机 抛砂机 射芯机 砂箱内尺寸的长边（mm） 生产率（m3/h） 最大砂芯重量（kg） 用基本参数的 1/100 表示 用基本参数表示 用基本参数表示2ZZ8625 砂型最大重量为 25 K的二公位自动热芯盒射芯机。 Z6625 生产率为 25m3/h 的单轨移动式抛砂机。34(2) Z145A 型造型机 Z145A 型造型机是最常见的顶箱震压式造型机，其生产率为每小 时 50～60 箱，多用于机械化生产小型铸件的铸工车间。 Z145A 型造型机是利用震击、附加压实来紧实型砂，一顶箱起模机构进行起模。高级 主要结构包括震压机构、起模机构、压头合转臂机构，各机构通过各种控制阀实现安工序动 作。图 4―31 为该机结构图。351）震压机构 图 4―32 是 Z145A 型震压机构示意图。震击时，压缩空气由进气通道进 入震击缸，使震击活塞上升，至一段距离后，漏出排气孔。此时，虽然进气孔仍在进气，但 由于排气孔截面积比进气空大得多， 故气缸底部气压急速下降， 震击活塞由于自重下落与震 击缸发生撞击。Z145A 型造型机震击次数每分钟大于 200 次，最大举起力为 1600N。待震 击达到要求并停止后，压缩空气从进（排）气孔进入压实气缸，使压实活塞上升。在由转臂 控制的固定的压头作用下，将型砂压实。排气时压实活塞复位。 2）起模机构 图 4―33 是 Z145A 型起模机构示意图，图 4―34 时起模缸工作原理图。 起模时，压缩空气进入起模缸的上腔，迫使油从中间隔板的节流孔 4 流入下腔，推动 起模缸慢慢上升，实现平稳起模。回程时，上腔排气，起模缸靠自重下降，迫使下腔的油除 从节流孔 4 回油外，还从活塞中间的单向阀 5 回油，所以起模缸能快速下降。起模速度和起 模行程可进行调整。Z145A 造型机的起模行程是 45～150 L。起模时，顶杆顶住砂箱的四 角。为了适应不同规格的砂箱，顶杆能在一定范围内调节，如图 4―35 所示。36在需要调节时， 先松开螺钉 2， 然后时顶杆支架 6 借助外支架 5 绕小轴 3 转动进行调节。 也可以松开螺钉 1 使顶杆支架 6 沿外支架 5 移动， 以调整四个顶杆间的距离。 顶杆的调节范 围如图 4―35 阴影线所示。砂箱轮廓尺寸在阴影线范围之内均可应用。 同步架的作用是在起模时，顶杆能使砂箱得分型面始终保持水平。Z145A 造型机是将 两个起模架装在一个刚度较大的同步架上。同步架是被一个起模气缸带动来完成起模动作 的。 3）压头和转臂机构 Z145A 造型机的压头是转动式悬臂结构，这种形式适用于固定砂 斗直接向砂箱中加砂。加砂时，压头转到工作台旁侧，压实时，在转到工作位置。这样可以 缩小压头与砂箱间的距离，减少压实行程。图 4―36 是该机构的结构图。 ①压头位置的调节 压头与砂箱的距离要适中，过大再压实时既浪费时间，又消耗过多 的压缩空气。调节压头时转动手轮 4 来调整螺杆 3，是装在螺杆上的压头升降。调节后拧紧 固定螺钉，是压头位置固定。37②压头的承力装置 当进行补充压实时， 如果作 用在压头上的上抬力通过转臂梁直接作用在转轴 上，容易造成轴和轴承的损坏。为了改变这种情况， 在转臂梁下靠紧压头处做出一水平凸台，其上装一 楔铁，当压头处于工作位置时，楔铁与机身上的楔 块相接触。这样在压实时，压头所受的上抬力可通 过楔块传给机身，从而改善了转臂受力情况。由于 楔铁与楔块间是斜面接触的，因而对转臂还能起限 位作用。图 4―37 是 Z145A 型压头示意图。 ③压头的回转 压头回转适用转臂缸驱动的。 此 缸为气液联动缸。它设置了一个油缸缓冲装置，是 的转臂梁开始转动时较快，临近终点位置时转速减 慢，这样不仅使压头平稳的进入工作位置，避免发 生冲击，而且还节约了工作时间。图 4―38 时转臂缸结构图。当孔 2 进气、孔 1 排气时，活塞 3 右移，并通过活塞杆端部的齿条带动转臂中心轴 5 下端的齿轮转动，从而使中心轴转动。转臂梁在中心轴的带动下，在水平面内能转动 97°， 使压头进入工作位置。当孔 2 排气，孔 1 进起时，是活塞 3 左移，压头恢复原位。 4）控制系统 图 4―39 是 Z145A 造型机的控制管路，采用的是按工序操作集中控制的 方式。压缩空气通过总截止阀 1，经油雾器 2 进入分配阀 4，再由分配阀依次接向各动力缸。 分配阀 4 的动作由按压阀 3 控制，每按一次按压阀，由总管路来的压缩空气，即通向分配阀 一次。385）Z145A 型造型机的操作 ①接通总风管 压缩空气通入分配阀和按压阀，是机器处于待工作停止位置。 ②第一次按按压阀 压缩空气由分配阀进入震击气缸，是震击活塞震动。震击结束后， 应手工将砂箱上部的型砂摊平。 ③第二次按按压阀 震实结束，压缩空气通过分配阀进入转臂缸，压头转至工作位置。 ④第三次按按压阀 压缩空气通过分配阀进入压实缸进行压实。同时又通过换向阀进入 转臂缸使压头仍稳固处于工作位置。 ⑤第四次按按压阀 使分配阀处于转臂复位位置，压实缸排气，压实停止，压缩空气进 入转臂缸，转臂复位。 ⑥第五次按按压阀 使分配阀处于起模位置，压缩空气经启动阀进入震动器。同时进入 起模缸，使起模缸上升，进行起模工作。当气模缸上升一段距离后，启动阀断路，震动器停 止震动。 ⑦第六次按按压阀 使分配阀处于零位。 各机构全部处于排气位置，起模缸下降，机器 停止工作。 （3）Z2310 型造型机 Z2310 型造型机为翻台震实造型机，主要由震机机构、翻台起模 机构和校平机构组成。生产率为每小时 15～20 箱。最大砂箱内型尺寸为 1000 L×800 L× 300 L，其结构如图 4―40 所示。 1）震击机构 Z2310 型造型机用的是双座阀门司气机构。这种机构比较复杂，但可以适 当调节震击高度，其结构如图 4―41 所示。 当震击机构工作时， 翻台模板连同固定在其上面的砂相及砂箱内型砂同受震击， 震击后， 砂箱顶部还需人工补充捣实，刮平。392） 翻台起模机构 图 4―42 为 Z2310 型 造型机翻台机构。型砂震实完毕，通过翻转 缸 4 驱动连杆机构， 主连杆 7 协同小连杆 8， 使翻台 9 在转过 90°过程中翻转 180°，此 时砂箱的顶面向下。然后起模工作台上升， 利用校平机构，托住砂箱并松开翻台上的砂 箱夹紧装置，在起模台缓慢下降过程中进行 起模。 3） 校平机构 图 4―43 为 Z2310 型造型 机校平机构简图。 震击紧实后的砂箱顶面不可能很平，而 接箱台又是刚性结构，所以在起模时，砂箱 相对模板若略有歪斜，则起模过程中便会导 致砂型的损坏，因此需要设置校平机构。 校平机构是在接箱台上装两个弹簧 2 支40承。当托条 4 与砂箱 5 接触时，弹簧能够变形，以适应砂箱顶面的不平形状。使托条能全部 接触砂箱。随后通过锁紧机构 3 将托条夹紧，然后接箱台 1 下降进行起模。这样在起模过程 中砂箱分型面可始终与模板保持平行，故起模质量可的得到保证。 （4）Z6312D 型抛砂机 图 4―44 为 Z6312D 型抛砂机外形简图。 Z6312D 型为固定是抛砂机，主要由抛砂头、小臂、小臂回转缸、大臂、底座以及控制 系统组成。生产率为 12～15m3/h，抛头作业半径为
L。1）抛砂头 抛砂头时抛砂机的主要工作部分，其结构如图 4―45 所示。2）小臂 小臂是一薄壁箱体焊接件，其前端安装着抛砂头 2，尾端安装着驱动抛砂头转 子的电动机 13，上方还安装着小臂运输机。小臂通过小臂回转缸 4 的转轴，悬挂造大臂前 端的平行臂 6 上，在其带动下，可水平会转±140°。 3)大臂 大臂是由平行臂 6、立柱 9、一对大臂梁 12 和一对空心拉杆 7 组成的一个平行41四连杆结构。升降缸 11 驱动平行臂平行于大臂立柱作升降运动，从而调节抛砂头距砂箱的 距离，并保证其正常工作，其工作原理见示意图 4―46。 4）底座 底座的结构如图 4―47 所示。底座是支承抛砂机的基础，分上、下两部分。上底座 4 中间装有大臂回转轴 6，轴的 下端连接着独立的大臂回转缸 3。通过回转缸的驱动，可带动固定在转轴上的所有部件旋转 ±135°。底座的前后两侧，装着液压传动系统和电气系统装置。下底座与地基固定，内部 作为液压系统的贮油箱。 5)传动和控制系统 抛砂机的工作是在电气控制下，通过液压传动使机械系统运转。在 大、小臂回转缸及升降缸的驱动下，大、小臂能相应的进行转动和升降。通过大小臂的合成 运动，即可以保证抛砂头在砂箱上方一定范围内移动。图 4―48 为 Z6312D 型抛砂机传动系 统图。 （5）高压造型机 图 4―49 是 ZB3518 型高压造型机的简图。 ZB3518 型高压造型机，主要由机身、压实机构、加砂及压头机构、模板小车、叶压传 动装置、气动管路和电器等部分组成。 机身是由四根中空立柱与上梁及底座联在一起的。压实机构是由压实缸和工作台所组 成，工作台的两边装有导向杆。加砂机构采用移动式定量斗，模板装在小车上，模板小车借42助辅助缸带动可沿轨道左右移动。 ZB3518 型高压造型机的工作过程如下： 1)机外放冷铁，型砂斗向定量斗加砂，空想纵向进，型砂纵向出。见图 4―50a。2）模板小车横向进入机器，工作台快速上升接住砂箱，当碰到辅助框后慢速停止。辅 助缸将定量斗右移，箱砂箱内加砂（振动器开始微震） 。加砂完毕，微振停止，定量斗复位。 定量斗在左移复位时，将辅助框上表面的型砂刮平，见图 4―50b。 3）工作台继续上升压实行砂（振动器重新开始振动） ，当工作台上升到一定高度时，压 实缸压力增大到某一定值，微振又停止，并继续保持一定的压力，见图 4―51a。434）保压一定时间后，工作台开始快速下降，振动器第三次开始微震，随后减速，进行 回程起模，起模后又快速下降至原始位置。这时振动器又停止微振，模板小车推出机外，进 行清理模板工作，这一过程见图 4―51b。（6）无箱射压造型机 分为垂直分型无砂射压造型机和水平分型无箱射压造型机。 1）垂直分型无箱射压造型工艺过程包括 6 个工序，如图 4―52 所示。 ①射砂 射砂机构将型砂均匀的填满造型室。 ②压实 模板在正压板活塞作用下左移，压实砂型。 ③起模Ⅰ 反压板在反压板活塞作用下，左移起模，并沿逆时针方向向上翻起。 ④推出合型 正压板在正压板活塞作用下， 快速左移， 将砂型推出与前面一个砂型合型， 并将整串砂型向左移动一个砂型厚度的距离。 ⑤起模Ⅱ 正压板在正压板活塞作用下向右平移，实现起模Ⅱ，在返回原始位置。 ⑥造型实闭合 反压板在反压板活塞作用下，回转，并向右平移复位。 若砂型需要下芯，在造型室闭合后，下芯机构就可以开始工作，向刚被推出的砂型块中44下芯。2）两工位水平分型脱箱射压造型机工作过程包括 5 个工序，如图 4―53 所示。①射砂 将进排气联合阀打开，使型砂均匀地射入造型室。 ②压实 在环形活塞的作用下，进行压实紧实。 ③起模 在上环形活塞与上砂箱升降缸的作用下，上箱起模。与此同时，在下活塞与砂 箱升降缸作用下，实现下箱起模。下型下降过程被转盘托住，下环形活塞继续动作，使射板 退出砂型，转盘将下型旋转 180°后进行下芯，同时模板移出。 ④合箱 下型转进回原位，完成合箱过程。 ⑤脱箱 合型后脱箱，脱箱后铸型由环形活塞下降到与铸型输送机相同平面，由推杆将 铸型推出。4.3 砂芯制造一、砂芯的结构、作用与要求 砂芯是铸型的主要组成部分之一， 主要用来获得铸件的内腔、 铸件外形有凹陷不易取型 的部位，以及铸型中个别要求型砂强度较高的部位，甚至有时铸型全部都得由砂芯组成。砂 芯包括砂芯本体、芯骨、芯头及通气孔。砂芯的质量对铸件的质量有直接的影响。他不但要45具备砂型所应有的各种性能，而求还要满足以下各项要求。 1． 砂芯应具有低吸湿性（吸收空气中水分的性质）和低发气性（加热时吸收气体的性 质） 。 2． 砂芯应具有良好的透气性，能顺利的排放各种气体。 3． 砂芯应具有良好的退让性， 在铸件凝固收缩时可做出适当的退让， 以防止产生裂纹。 4． 砂芯还必须具有高的耐火性、高的尺寸精度以及好的稳定性与平衡性。 二、芯骨 1． 芯骨的作用 （1）增加强度和刚度 使砂芯在翻转、吊运、下芯和在金属液作用下不变形、不断裂。 （2）便于吊运 对于大型砂芯，本身很重，需要数人抬放，甚至动用起吊设备。这时可 在芯骨上预先做出吊环装置，便于吊起和搬运。 （3） 固定砂芯 为了避免砂芯在金属液的冲击或浮力作用下漂移， 可用铁丝或螺栓把芯 骨和砂箱联接起来，是砂芯稳固不动。 （4） 排出气体 有些大中型砂芯的芯骨常采用四壁带孔的铁管作芯骨， 是砂芯产生的气 体由此顺利的排出。 2． 芯骨的种类 芯骨按所用的材料和制造工艺不同分为铁丝芯骨、原钢芯骨、管子芯 骨和铸铁芯骨四类。其中铸铁芯骨和铁丝芯骨制作方便又可重复使用，故广应用广泛。 3． 芯骨的制作要求与方法 芯骨应易从铸件中取出，不妨碍铸件的收缩，结构简单， 制造方便。 （1） 铁丝芯骨 小砂芯的芯骨一般采用经过退火处理的铁丝弯制， 以避免因铁丝弹性大 而造成芯骨和芯砂的分离。当铁丝芯骨的形状较复杂、数量较多时，可用靠模弯制；中型砂 芯芯骨可用铁丝扎成框。 （2）原钢芯骨 用不同规格的原钢焊成所需要的形状。此种芯骨比较坚固，可以重复使 用。 （3）管子芯骨 对于长而大的砂芯，可采用铁管做芯骨，并在芯骨上钻出许多小孔，以 利排气。铁管的直径和壁厚，根据砂芯的尺寸和重量选取。 （4）铸铁芯骨 铸铁芯骨由基础骨架和插齿两部分组成。对于大中型砂芯的铸铁芯骨， 必须根据砂芯的形状尺寸、重量和制造工艺而专门设计，并且要确定下述尺寸。 1） 吃砂量 芯骨的结构要与砂芯的外形轮廓相适应。砂芯尺寸越大，吃砂量也越大， 其数值可参照表 4―5 来选取。表 4-5 砂芯长和宽 &300×300 300×300~500×500 &500×500~ 吃砂量 15~25 20~30 25~40 芯骨的吃砂量 砂芯长和宽 &~ &~ &~ （mm） 吃砂量 30~50 40~60 50~702） 截面尺寸 芯骨截面尺寸与砂芯重量有关。重量愈重，截面也愈大。芯骨框架的截 面尺寸可参照表 4―6 选取。中小形圆柱形砂所用的芯骨直径，为 3～20 L。 3） 插齿直径 芯骨的插齿直径主要与砂芯的高度有关，可参照表 4―7 选取。 4） 吊环直径 芯骨铸入的吊环，由铁丝或弯钢弯成。吊环的直径与数量，由砂芯的重 量和形状来决定，但要注意重心的位置。 表 4―8 种的吊环尺寸是按每只砂芯采用 4 个吊环来计算负载所得的数值。如果吊环的 个数减少，则吊环的直径相应地增大。46表 4-6 砂芯长和宽芯骨框架的截面尺寸（高×宽） 砂芯高度 &100 100~200 25×20 30×25 45×35 45×35 45×35 芯骨插齿的直径 插齿直径 10～15 16～20 砂芯高度 501～800 801～1200 芯骨的吊环直径 芯骨高度 砂芯长和宽 ＜500×500 ＜100 3 8 8 8 12 100～200 5 8 8 12 12 201～500 8 10 12 12 15 501～ 12 15 15 插齿直径 21～25 26～30 201~500 30×25 30×25 45×35 45×35 55×40 501~ 45×35 45×35 55×40 55×40（mm）& 55×40 55×40 70×50 70×50 （L）&500×500 &500×500~ &~ &~ & 表 4―7 砂芯高度 ＜300 300～500 表 4―825×20 30×25 30×25 45×30 45×30（L）＞ 15 15 25＞500×500～ ＞～ ＞～ ＞三、普通砂芯的排气与修整 1．砂芯的排气 应根据砂芯的特点采用不同的通气方法，见表 4―9。表 4―9 砂芯特点 简单的小砂芯 细长的砂芯 砂芯特点及通气方法 加强通气的方法 用通气针在舂好的砂芯上扎出气眼 用一根比砂芯长一些的粗铁丝，埋入芯中，砂芯舂好后，抽出铁丝，在 砂芯内便留下通气孔 弯曲（程度不大）砂芯 断面较薄、形状复杂得砂芯 用光滑的绳子埋入芯中，舂好后抽出绳子而留下通气孔 用蜡线（或松香线）埋入芯中，砂芯经烘烤而使蜡线熔化消失而留下通 气孔 段面大、形状复杂的砂芯 长圆柱砂芯 分两半舂砂再合并成一个砂芯 断面厚大的砂芯 用草绳埋入芯中，烘烤后草绳烧去而留下通气孔 用管壁上钻有许多小孔的铁管做芯骨，铁管管道就是通气孔 合芯前在合并面上用工具挖出通气道 在距芯盒壁 50～100 L，埋入焦炭块或炉渣等加强通气的材料2．砂芯的修整 砂芯在制作过程中，由于自身重力作用、运输中的震动、芯盒和托芯板 的变形、砂芯烘烤受热不匀等的影响，均会造成芯砂变形。因此须进行修整，特别是有几块 砂芯拼合的复杂砂芯，则需要进行更加细致的修整工作。 （1）砂芯的填补 对砂芯的裂纹和破损处要进行填补。在破损处，先涂上粘结剂，然后 用与型芯相同的材料填补好。砂芯表面上的裂纹可用修芯材料涂抹，但不能高于砂芯表面， 并且要抹得光洁。若在烘干后修补，则最好在一出炉还没冷却之前进行，这样可利用余热烘 干修补所填的材料。 （2）修毛边 烘干后的砂芯如果有凸起的毛边，则需用刮刀或锉刀刮平，但不允许低于47砂芯原有表面。 （3）磨芯 砂芯烘干后粘合之前，为使接合表面平整，对接合面应进行修磨。有些砂芯 由于芯盒变形或操作原因，砂芯尺寸超过技术要求，也必须进行修磨。修磨砂芯的操作可用 手工修磨，也可机修磨。 （4）上涂料 砂芯一般要上涂料，可采用浸、刷、喷、涂等方法。根据砂芯大小及复杂 的情况，可用手工上涂料或用机械来上涂料。 （5）砂芯的联接 形状复杂的砂芯，为了便于制作，常将其分成两片或更多部分制造， 烘干后再组合起来。组合的方式一般有三种：用粘结剂粘合；用螺栓联接；用易熔合金进行 联接。 四、制芯方法 制芯方法分为手工制芯和机器制芯两大类。 1．手工制芯 按形成的方法不同，可分为用芯盒制造砂芯和用刮板制造砂芯两类。 （1）芯盒法 用芯盒制芯比刮板容易，生产效率也高，所以应用较广。芯盒按其结构的 不同，可分为整体式、对分式和脱落式等几种方式。 1)整体式芯盒制芯 整体式芯盒没有可拆的部分，上面设置较大平面的敞口，如图 4― 54 所示。整体式芯盒制芯过程如下： ①清扫芯盒，在芯盒内填入一定厚度的芯砂，并舂实。 ②将芯骨刷上你将后放入芯盒内，用锤匠芯骨轻轻下敲，使其比芯盒的上表面稍低。 ③做好通气结构，继续填砂舂实。 ④刮去高出芯盒上平面的芯砂，做出通气孔。 ⑤将烘干板放在芯盒上，连同芯盒一起翻转 180°。 ⑥松动后取下芯盒，将砂芯留在烘干板上。 ⑦根据是否需要吊装来决定是否安置吊钩，修整砂芯，上涂料。上下两个表面都是平面的简单砂芯， 尤其是高度较低的小砂芯， 其芯盒可做成框架形式，48如图 4―55 所示。 2）对分式芯盒制芯 对分式芯盒要有定位和夹紧，夹紧装置如图 4―56 所示。 对分式芯盒制芯过程如下： ①将清扫干净的芯盒合上并夹紧填砂，舂实到一定高度。 ②敲入粘有泥浆的芯骨。 ③继续填砂舂实至满，刮去多余的芯砂，并扎好通气孔。 ④轻轻敲动芯盒，将夹进装置松开，并取去上半芯盒。 ⑤取出砂芯，放在烘干板上，并上涂料。 3）脱落式芯盒制芯 形状较复杂的砂芯，可采用脱落式芯盒制造，如图 4―57 所示。为了制作方便，应把平面朝上。然后根据砂芯四周的形状，将芯盒上妨碍砂芯倒出的部 分做成活块，取芯时，活块能与砂芯一起倒出，然后从水平方向将活块分别取出。脱落时芯 盒制芯操作方法与整体式砂芯盒操作基本上相同，但应注意下列几点： ①活块从制好的砂芯上取下后，必须立即装好。 ②制芯前要把芯盒校正好，检查活块是否遗漏；芯盒要夹紧，各处结合要自然到位，不 能硬性敲击。 ③在制芯过程中要防止活块移位。 （2）刮板法 圆型砂芯和断面不变的砂芯，也可与砂型制造一样，采用车板和导向刮板 制造。 1） 导向刮板制芯 导向刮板只能刮制截面没有变化的砂芯， 砂芯的截面形状可为半圆形、 多边形等。图 4―58 时导向刮板制作弯管砂芯的示意图。 2）车板制芯 生产数量较少，尺寸又较大的旋转体类砂芯，为了减少制造芯盒的材料和 工时，可采用车板来制造砂芯。根据制芯式车板轴线的方向，车板制芯分立式和卧式两种。 立式车板制芯适宜车制直径大于高度的粗短砂芯。 卧式车板制芯适宜于车制长而直径较小的 砂芯。图 4―59 时粗短砂芯的立式车板制芯。2．机器制芯49（1）Z8612B 型热芯盒射芯机 由射砂机构、工作台、机座、立柱和操纵控制系统等几 个主要部分组成。图 4―60 为 Z8612B 型射芯机总图。Z8612B 型热芯盒射芯机制芯工艺工程如下： 1)准备芯砂，安置模具。 2）开启砂闸板，向射砂头的贮砂筒加砂。 3）将拖板移入工作台的工作位置，夹紧钢进气，推动两半芯盒合拢并夹紧。 4）工作台上升，使芯盒紧贴射砂板口。 5）打开射砂阀门，压缩空气瞬时充满射砂头，射砂阀进行射砂。 6）关闭射砂阀，工作台降落复位。 7）加热芯盒后，夹紧缸排气，芯盒松开，托板移出，取下砂芯，完成一个射芯周期。 （2） 壳芯机 壳芯机是一种精密的制芯机械， 它可以制得厚度仅为 3～10 L的空芯壳体。 K87 型壳芯机，主要由托架，传动机构，翻转、摇摆机构，开芯盒、顶芯机构，吹砂、 送砂装置及管路、电气系统等组成，属于顶吹式壳芯机，即壳芯砂有心盒上方吹入。制芯过 程可分：关门、滑架前移、吹砂斗上升、翻转机构正转 180°、吹砂结壳、翻转并摇摆、吹 砂斗下降、加砂及送砂、硬化、滑架后移、开门、振动、顶芯。4.4 砂型盒砂芯的烘干砂型和砂芯的烘干是干型铸造的重要工序。黏土砂型和砂心经烘干后，水分蒸发，黏土 薄膜烧结，有机物燃烧，使整体强度、表面硬度和透气性均得以提高，发气量也显著下降。50以油类和其他粘结材料为粘结剂的砂芯， 在烘干过程中借助热能除去其中的水分， 使粘结剂 的性质和状态改变，产生粘结力，发挥粘结作用，从而获得良好的工艺性能。 一、烘干过程 炉内烘干过程大致可分为三个阶段，砂型烘干工艺曲线如图 4―61 所示。1．升温均热阶段 烘干初期，砂型应缓慢升温，限制炉气流通。这是应保持较高的炉气 湿度，目的是减少砂型（芯）表面的水分蒸发散失，以充分利用气原有湿度的高导热性，尽 快实现炉气温度、砂型（芯）内部和表层温度均匀一致。 2．高温烘干阶段 经保温透热，砂型（芯）内外温度达到一致后，迅速升温到规定的烘 干温度，目的是减少砂型（芯）内的水分迅速排出，必须加快炉气循环，降低炉气湿度。使 砂型（芯）中的水分在湿度差的作用下迁移到表面层汽化，实现高温脱水。 3．降温冷却阶段 高温烘干阶段达到规定的保温时间后，便进行炉内降温冷却。这时应 减缓炉气的循环速度，利用砂型（芯）自身的蓄热，继续排出残余的水分，使砂型和砂芯彻 底干燥。 二、烘干规范 砂型和砂芯的烘干必须按照一定的烘干规范进行。烘干规范规定了砂型（芯）的烘干温 度和烘干时间。 砂芯的烘干温度，取决于粘结剂的性质。各类砂芯的烘干温度如表 4―10 所示。表 4―10 砂芯的类别 糖浆砂芯 松香糊精砂芯 淀粉糊精合亚硫 酸盐废浆砂芯 亚硫酸盐砂芯 180 200 160～180 160～180 最高温度 （℃） 150～175 175 以下 砂芯的烘干温度 最适宜的温度 （℃） 150～175 砂芯的类别 沥青砂芯 植物油砂芯 矿物油砂芯 黏土砂芯 最高温度 （℃） 220～240 200～240 220～250 300～350 最适宜的温度 （℃） 200～220 200～220 210～240 250～300砂芯的烘干时间与其尺寸大小有关，随着砂芯尺寸的增大，烘干时间就要延长。砂芯的 烘干时间如表 4―11 所示。表 4―11 有机物粘 砂芯的体积（m ）3砂芯的烘干时间 黏土粘结剂 的型芯 2～3 4～5 砂芯的体积 3） （m 有机物粘结 剂的型芯 4～5 5～6（h）结剂的型 芯黏土粘结剂的型芯0.001 以下 0.001～0.0151～2 ＞2～3＞0.025～0.05 ＞0.05～0.18～9 10～1151＞0.015～0.025＞3～46～7＞0.1～0.156～712～14砂型的烘干温度和烘干时间与砂型的体积和截面积、 水分、 粘结剂含量及砂粒的大小有 关。各类砂型的烘干温度和烘干时间如表 4―12 所示。表 4―12 砂箱和地坑造型的烘干规范 灰口铁及有色金属铸件 第二次烘 第一次烘干 干 （修理后 的烘干） 砂箱造型 的砂箱 内部平均 尺寸 长×宽 （m） 温 度 （ ℃） 燃 烧 室 工 作 时 间 （h ） 0.6×0.5 ～1.2×0.8 1.2×0.9～ 3.0×2.0 3.5×2.0～ 5.5×4.0 5.0×3.5～ 5.5×4.0 5.5×4.0 以 上 400 4～ 5 6～ 7 8～ 9 10 450 ～ 11 12 450 ～ 15 6～ 8 8～ 12 16 ～ 24 24 ～ 36 36 ～ 48 200 200 180 0.5 1～ 1.25 1.5 ～ 2 2～ 4 450 6～7 8～12 16～ 20 18～ 24 24～ 36 200 0.5 400 8 烘 干 总 时 间 （h ） 温 度 （ ℃） 烘 干 时 间 （h ） 温 度 （ ℃） 燃烧 室工 作时 间 （h） 烘干 总时 温 度 （ 烘 干 时 间 （h ） 温 度 （ ℃） 烘干时 间（h） 第一次烘干 铸钢件 第二次烘 干 （修理后 的烘干） 按照砂箱外部 尺寸在地坑造 型时， 用移动式 烘干炉烘干间 （h） ℃）4002004507～82501.5400124502005008～92501.54502455010～ 112502～ 4450363～ 855012～ 1536～ 482506～ 845048实际生产中，总是将大小不同的砂型（芯）装在同一炉内烘干。因此，必须根据大多数 砂型（芯）的尺寸形状选择烘干规范，并且在砂型（芯）装炉时，适当调整摆放的位置。 三、烘干方法及设备 砂型和砂芯的烘干方法有表面烘干和整体烘干两种， 应用于不同的生产形式和砂型 （芯） 种类。 1．表面烘干 浇注前，用适当方法对型腔表层进行加热干燥，使其表层水分蒸发，附加 物热固，当表面干燥层厚度达 30～50 L时便可获得表层强度高、湿度小的表面烘干砂型 （芯） 。一般砂型（芯）表面烘干方法有如下几种。 （1）有的铸型上面架设金属支架，防止铁丝网并在其上点燃木柴、木炭等，金星表面 烘烤。 （2）用移动式烘干炉进行烘干。图 4―62 是以煤或焦炭为燃料的移动式烘干炉的工作 示意图。 在烘干前，首先合箱，然后将烘干炉置于砂型上面，将燃烧产生的炉气与鼓风机送入的 空气混合后，沿加热管 2 通过砂型中的冒口或浇口吹入型腔中，热交换后的废气、水汽通过 上下砂型之间的缝隙或特设的排气孔逸出。 烘干时间可根据铸型的大小和表面干燥层厚度进52行控制。 煤气资源充足的厂矿，还可用移动式煤气烘干炉进行烘干。（3）用喷灯或柴油喷腔的燃烧火焰，直接烘烤砂型和砂芯的表面，其烘干温度高，速 度快。适用于表面干型、砂型（芯）局部修理后的烘干和喷刷涂料后的二次烘干。 2． 整体烘干 大型复杂铸件得砂型和砂芯以及大批量机械化生产中使用的砂型、 砂芯必 须采用整体烘干，方可满足强度及生产的需要。砂型、砂芯的整体烘干常在周期作业式或连 续作业式烘干炉内进行。 （1）周期作业式烘干炉，轴气作业式烘干炉的种类很多。一批砂型（芯）烘干出炉后， 再将另一批待烘的砂型（芯）装炉烘烤，其工作成周期性进行。 1）远红外线辐射烘干炉。其主要组成部分是热源和辐射器。根据辐射器在炉内的排布 形式，右侧辐射式和直接射式。此种烘干装置结构简单，热源稳定，穿透能力强，生产效率 高。实践表明直辐射式红外烘干炉耗电少，烘烤温度均匀，使用效果好。图 4―63 时远红外 线辐射烘干炉简图。2）双侧气流循环式烘干炉。图 4―64 所示为双侧气流循环式周期作业烘干炉。 炉子底部有两个结构对称的燃烧室，以烟煤或焦炭为燃料。燃烧后产生的高温炉气，流向沿53炉壁伸展的火道 2，并通过火道顶部的排烟孔进入烘干室。高温炉气与湿的砂型、砂芯接触 进行热交换，砂型、砂芯失水干燥，废气经排烟道 5 排出。转炉应按照砂型装炉规范进行，见表 4―13。表 4―13 砂型分类 小型 中型 大型 砂型离台车高 度 ≥50 ≥100 ≥150 离 ≥250 ≥300 ≥350 砂型装炉规范 砂型离炉门距 砂型离炉顶距 离 ≥150 ≥200 ≥250 砂型离炉壁距 离 ≥100 ≥150 ≥200 砂型上下之间 距离 30～50 ＞50～100 ＞100～150（2）连续式烘干炉 连续式烘干炉是对砂型、砂芯连续地移动而进行烘干的设备。按照 机械传动方式不同，此种烘干炉分卧式和立式两种，其中后者结构紧凑，占地面积小，多用 于烘芯。炉内各部位应依据烘干规范的要求，保持确定的温度和运行时间。工作时，砂芯从 进口入炉，用传送链带动沿炉体移动，经升温、保温和降温冷却，由出口卸下，整个烘干操 作连续进行，生产效率高，烘干质量稳定，适用于大批量生产小型砂型（芯） 。 3．烘干质量的控制与检验 整体烘干的砂型（芯）干不透，或表面干砂型（芯）的干燥 层深度不够时，易使铸件产生气孔、铁豆、浇不足、夹砂等缺陷；若砂型（芯）烘干过度， 则表面松散，强度丧失，易产生冲砂、砂眼等缺陷。因此生产中必须严格执行烘干工艺，认 真检验烘干质量。生产中常用的控制手段和检验方法有以下几种。 （1） 间接测控法 将高温计或湿度计从烘干炉的检验孔插入烘干室中， 测量炉内温度或 湿度变化，掌握烘干情况，及时调整、控制烘干工艺参数。 （2）直接检验法 用仪表检测砂型（芯）的导电率，或用温度计测量砂型（芯）的内部 温度，以判断砂型（芯）干燥的程度，但这种方法应用较少。 （3）经验判断法 1）用手指弹击出炉的砂型（芯） ，响声清脆的说明已烘干，声音低沉的则未烘干透。 2）观察砂型气眼或砂芯通气孔，污水汽冒出的说明已烘干，有水汽冒出的则未干透。 3）将金属棒或通气针插入砂型（芯）的通气孔内，短暂停留后拔出，金属棒插入部分 无水汽凝聚则说明已烘干，凝结水汽的则未干透。 （4）测控自动化 有的烘干炉带有自控装置，只要预订烘干工艺曲线，就能实现烘干过 程测控自动化。544.5 合型及浇注一、一般铸件的合型方法及合型检查方法 合型是造型的最后一道工序。和型不当，则会使铸件产生气孔、砂眼、错箱、偏芯、 披缝等缺陷。严重时，会造成铸件报废。因此合型也是关系到铸件质量好坏的关键之一。 1．合型方法 合型要做好如下几方面的工作。 （1）要固定好砂芯 1）有芯头的砂芯要注意下面几点： ①芯头的通气孔要保证畅通，并要做好引气操作。 ②芯头与芯座的缝隙要堵好，防止金属液钻入芯头而堵塞通气孔。 ③芯头与芯座结合要严密，防止浇注时发生偏移或浮动。 2）对于尺寸较大、形状不规则的砂芯，由于自重和浮力较大，重心偏离，不能单靠芯 头来固定，而要采用芯撑来予以固定。 芯撑有双面与单面之分，使用时要注意： ①双面芯撑的高度等于型壁与砂芯之间的距离。 ②芯撑要放牢固，安放后不得松动和跌落。 ③芯撑的两面应与型芯、型壁随型贴合。 ④单面芯撑的柱端应支撑在硬支撑物上。 （2）铸型的分型面要清扫干净，沿分型面、芯头处及通气孔周围垫上石棉绳或黄泥条。 （3）翻转上箱时要注意安全。翻箱后，砂型如有损坏，要进行修补和烘干。 （4）检查上箱通气孔是否通畅，冒口内壁是否干净。检查上下型的定位部分是否准确 无误。 （5）合型时，上箱要吊平，平稳的合上上箱。 （6）合型后，分型面的缝隙药用烂砂泥堵好。铸型紧固时，要在箱角处垫上铁块，以 防止压塌铸型。 （7）所有的通气孔要留有标记（如插上纸片） ，以便点火引气。冒口要盖好，防止异物 掉入。 2．合型检查方法 型腔的轮廓尺寸及铸型的主要尺寸（如各砂芯的相互位置尺寸等） ， 都要进行认真检查。 铸型检查要着重检查以下几方面： （1）各砂芯安放的位置是否准确，固定是否稳妥可靠，通气孔是否畅通，引气是否正 确。 （2）按照工艺图纸检查砂型的主要尺寸和铸件的壁厚尺寸，如不准确，应及时予以调 整。 （3）检查砂型及砂芯有无破损，如有破损，应仔细修补并烘干。 （4）检查芯撑、内冷铁表面是否干净，放置是否稳固，布置是否均匀合理。 （5）检查型腔、浇注系统有无浮砂及其他杂物掉入，如有，则应仔细清除。 二、铸件重量的计算 通常铸件重量在工艺文件里均已注明； 对于未注明重量的铸件， 浇注前必须计算其重量， 避免浇注中因金属液数量不足而使铸件报废，或因金属液过多而造成浪费。 1． 常见几何体体积的近似计算 为了便于计算出铸件的体积， 通常将铸件尽量分解成几 个简单的集合体，在分别计算出各个几何体的体积，最后计算出铸件的总体积。表 4―14 时常见几何体体积的近似计算公式。552．铸造合金的密度 铸造合金的密度越大则铸件越重。表 4―15 是常用铸造合金的密度。表 4―15 合金名称 灰口铸铁 白口铸铁 可锻铸铁 球墨铸铁 碳 钢 合 金 钢 密度 7.0～7.3 7.3～7.6 7.1～7.4 7.1～7.3 7.8～7.85 7.5～8.1 常见铸造合金的密度 合金名称 铜铝合金 铝硅合金 铝镁合金 铝锌合金 镁 合 金 锌 合 金 密度 2.8～2.9 2.5～2.6 2.6～2.7 2.8～2.9 1.8～1.9 6.7～6.8 合金名称 黄 铜 （t/m3） 密度 8.5～8.8 8.9～9.7 8.6～8.9 7.3～7.6 7.7～8.0 8.2～8.4铅 青 铜 锡 青 铜 铝 青 铜 锰 青 铜 硅 青 铜3．重量计算及铸件模数计算 铸件重量的计算方法有两种： （1）根据铸件的形状尺寸计算 铸件重量计算可按下式进行： G=V×ρ 式中 G――铸件重量，K； V――铸件体积，m3； ρ ――铸件金属材料的密度，K/ m3。 在计算铸件体积时，相对于铸件体积很小的圆角、凸台、小孔等，可以忽略不计；对 有的铸件还可以通过变形，转化为容易计算的形体进行计算。举例说明如下：56例 1 图 4―65 位移铸钢环件，环截面为椭圆型，其长轴为 80 L，短轴为 50 L，试计 算铸件重量是多少K？ 解 环型铸钢截面为一椭圆型，型装虽然不复杂， 但不能直接应用表 4―14 介绍的公式进形体积计算。 如将环件切开、扳直，两端补齐，则形体就转化为细 长椭圆柱体了，如图 4―60b、c 所示。这时便可用近似 公式计算。 铸件体积 V=(π /4)abh=0.8abh=0.8×0.8×0.5×3.14×(3.6＋ 0.8) 3 =4.42(dm ) =4.42×10-3（m3） 铸钢的密度取ρ =7.8×103（K/ m3） 铸钢环形件质量 G=V×ρ =4.42×10-3×7.8×103 =34.48（K） 答；铸钢环形件重量为 34.48 K。 （2）根据模样重量计算 对于无砂芯造型实体模 样的铸件，可用模样的重量诚意计算系数 K 来计算铸件的重量。计算系数 K 是由铸件材料 和模样材料确定的，其数值为 K=铸件材料密度/模样材料密度 表 4―16 列出了常见的几种模样材料的计算系数 K 值。表 4―16 模样材料 铝合金 黄 铜 锡青铜 灰口铸铁 钢 松 红 杉 木 松 木 密度 （t/m ） 2.81 8.53 8.69 7.20 7.84 0.61 0.59 0.32 1.503常用的几种模样材料的计算系数 铸件材料 铸钢 2.79 0.92 0.90 1.09 1.00 12.85 13.29 24.50 5.23 铸铁 2.56 0.84 0.83 1.00 0.92 11.80 12.20 22.50 4.80 可锻铸铁 2.62 0.86 0.85 1.02 0.94 12.05 12.46 22.97 4.9 铝合金 1.00 0.33 0.32 0.39 0.36 4.61 4.76 8.78 1.87 黄铜 3.04 1.00 0.98 1.18 1.09 13.98 14.46 26.66 5.69 锡青铜 3.09 1.02 1.00 1.21 1.11 14.25 14.73 27.16 5.79 镁合金 0.64 0.21 0.21 0.25 0.23 2.95 3.05 5.63 1.20合成树脂例 2 一铝合金实体模样， 重量为 1.7 K， 问浇出的铸铁件、 铸黄铜件重量各为多少K？ 解 查表 4―16 的铸铁件重量计算系数 K 为 2.56， 铸黄铜件重量计算系数 K 为 3.04。 铸 件重量分别为 G 铁=1.7×2.56=4.35（K） G 铁=1.7×3.04=5.17（K） 答：铸铁件重量为 4.35 K，铸黄铜件重为 5.17 K。 （3）铸件模数计算 1）模数的概念 当合金、铸型和浇注条件一定时，铸件的凝固时间主要决定于铸件本身 所含热量大小和冷却时散热的快慢。前者与铸件体积成正比，后者则与铸件表面积（指铸件57于砂型接触的表面积）成正比。当铸件体积相同时，金属液重量及其所含热量就相同，若铸 件结构形状不一样，则其散热表面积则不相同，散热表面积愈大，凝固时间就愈短，反之亦 然。因此，铸件的凝固时间可以用铸件的体积与表面积来计算。 铸件体积 V 和表面积 O 的比值叫做模数（或称当量模数） ，用 M 表示，其公式为 3 M=V/O=体积（M ）/表面积（M 2） 2）模数的计算 简单几何体的模数计算按表 4―17 进行。对于长度大于高的 5 倍以上的等截面铸件， 散热主要靠上下表面和两个侧面， 而两个端 面散热可以忽略不计，可用截面积 F 和截面周长 S 之比计算模数。 M=F/S 3 式中 F――截面积，M ； S――截面周长，M。 例 3 试求图 4―66 所示法兰的模数。58解 法兰与管壁的交接处，形成热节，用作图法估计热节的冷却速度，相当于将法兰增 厚到 72 L，再将增厚的法烂看成交接面的杆状件，故其模数为 M=7.2×11.5/2(7.2＋11.5)=2.55(M) 答：法兰的模数为 2.55 M。 三、浇注 将熔融金属从浇包注入铸型的操作就叫做浇注。 1．浇包的种类和修包材料 容纳、处理、输送和浇注熔融金属的容器称为浇包。浇包的 外壳用钢板制成，内衬为耐火材料。由于其用途、浇注方式、尺寸和形状不同，浇包分为多 种。使用时要根据生产规模和产品种类，选择适宜的浇包。常见的浇包有：手握包、抬包、 吊包、茶壶式浇包和底注式浇包等。 各种浇包的内壁都需要搪上一定厚度的耐火材料以保护外壳， 免受金属液的融饰并起保 温作用。耐火材料的厚度由浇注的金属种类和浇包的大小决定。 浇注铝合金只需要刷一层涂料。 浇注铜合金可搪上一层很薄的砂子和黏土的混合料。 再 刷一层涂料，如图 4―67a。浇注铸铁，对小包可直接搪上一层砂子、耐火黏土和焦炭粉的 混合料，并刷一层碳灰水的涂料，如图 4―67b；而大包则要先砌一层耐火砖，在搪一层较 厚的耐火材料，最后刷上涂料，如图 4―67c。所有修好的浇包，在使用前一定要充分烘干。2．浇注前的准备工作及操作要领 在浇注前，应该了解当天浇注金属的种类、牌号和数 量，还应熟悉各种铸型在车间的位置并确定浇注次序，检查浇包的修理质量、烘干预热情况 及运转机构的灵活性和可靠性，检查浇口、冒口圈安放及铸型紧固的情况，以及浇注通道是 否畅通无阻。 浇注时要认真操作，掌握好以下要领。 （1）扒渣 金属液出炉后，应从浇包扒渣口将液面上的熔渣扒除干净，并覆盖保温聚渣 材料，浇注前须再次除去液面上的熔渣，以免浇入铸型造成夹渣。 （2）浇注 要掌握好浇注顺序：一包金属液浇注多个铸型时，一般先浇薄壁复杂件和大 件，后浇中小件和厚壁简单件。浇注时应把浇包嘴靠近浇口杯，挡渣棒放在包嘴附近的金属 液上，防止浇包中的熔渣随金属液流入浇口杯。 浇注开始应缓慢进行，防止飞溅、氧化，随后全速浇注保持浇口杯充满，不得中断，以 免流入浇口杯中的熔渣进入铸型。当铸型将要浇满时应适当降低浇注速度，以减小抬型力， 防止抬箱，并便于气体排出，避免金属液从冒口中大量溢出。 有明冒口的铸件，在铸型浇注后，稍停片刻，在点浇冒口。浇注结束时，向冒口顶面加 覆盖保温剂，以提高冒口的补缩能力。 （3）引火 浇注开始后，应立即点燃铸型上出气孔和冒口附近的刨花、纸屑等引火物，59以利于型腔中的气体积砂型和砂芯引受热而产生的气体迅速排出。 （4）去压铁载荷，使铸件自由收缩。去压铁载荷时间太晚，会增加铸件在凝固冷却中 的内应力，产生裂纹，这对结构复杂的薄壁铸件和收缩量较大的铸件有味中药；但除去压铁 载荷的时间太早，又易引起抬箱跑火。因此必须选择合适的时间去除压铁。 3. 金属液质量检验 由于金属液质量不合格而造成的铸件缺陷，是难以补救的，只能 成为废品。因此浇注前，必须严格控制和检验金属液的质量。 （1）铁液温度检测 1）目测 目测是根据铁液表面氧化膜的宽度来判断铁水温度。 ①当铁液表面完全被氧化膜覆盖时，表明铁液温度在 1340℃左右。 ②当铁液表面氧化膜宽度大于 10 L时，表明铁液温度在 ℃之间。 ③当铁液表面无氧化膜时，则说明铁液温度高于 1380℃。 ④当铁液表面无氧化膜并有火头、白烟出现，则说明铁液温度已超过 1400℃。 2） 用光学高温计测量 光学高温计是利用受热物体的单色辐射强度升高的原理来进行高 温测量的。其结构简单，使用方便，费用低廉，容易携带，而且不与铁水接触，使用最为广 泛，但测量温度的精度较差，且要求操作者有熟练的技术。 3）用热电偶高温计测量 热电偶高温计是由热电偶和相应的指示仪表及补偿导线所组 成。热电偶是由两根不同材料的导线组成，一端相互焊合，为热电偶的工作端（或成热端） ， 另一端为自由端（或称冷端） 。工作端与自由端存在着温度差时，闭合回路中便有热电势产 生，此电势可在指示仪表上显示出来。热电势随着工作端与自由端的温度差增大而增大，这 样根据热电势的大小和自由端的温度便可测知工作端的温度。 （2）铁液成分的检验 1） 用三角试样检验铁液质量 采用炉前浇注成的三角试样来检验铁液质量， 是以不同的 碳、 硅含量， 在不同的冷却速度下， 会引起铸铁宏观组织的变化为依据， 来判断铁液成分的。 在浇好的三角试样冷却到暗红色时，取出进入冷水中急冷，然后取出敲断观察其断口， 粗略判断晶粒的粗细和碳当量的高低。三角试样如图 4―68 所示。铸铁形成白口和灰口组织，主要取决于化学成分和冷却速度。三角试片从尖端到根部， 各处厚度不一，故冷却速度也不相同。靠近尖端的部分是白口组织，后面是灰口组织。通常 孕育前铁水要求其白口宽度在下列范围之内（均不超过铸件壁厚） ： HT200 为 4～7 L； HT250 为 6～12 L； HT300 为 8～18 L； HT350 为 12～24 L； HT400 为 16～28 L； 2）目测铁液表面花纹 ①当铁液花纹清净，表面氧化膜似芝麻漂浮状（如图 4―69a 所示） ，则铁液成分相当于 牌号 HT150。 ②当铁液花纹清净，氧化物少，花纹呈龟甲状（如图 4―69b 所示） ，则铁液成分相当于 牌号 HT200。60③当铁液花纹呈粗竹叶状时（如图 4―69c 所示） ，则铁液成分相当于牌号 HT250。 ④当铁液花纹呈麦粒状且四周翻滚如平缓齿轮状时 （如图 4―69d 所示） 则铁液成分相 ， 当于牌号 HT300。3）目测铁液火化 ①铁液碳当量低，火花呈火星状，其特点是：体积小，分叉不明显，白而亮且数量多； 飞出速度快而急，在空气中停留时间短，溅出的距离近，如图 4―70a 所示。 ②铁液碳当量高，火花呈球状，其特点是：体积大，分叉多，数量少，亮度弱，颜色呈 暗红或橙红色；飞出速度慢，距离远，有时喷溅到 2～3m 远的地方，如图 4―70b 所示。4．浇注工}