砂型鑄造論文

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1、砂型鑄造工藝研究及分析論文 材料成型技術(shù)基礎(chǔ) m朋模樣渚理痔件 摘要： 砂型鑄造是一種以砂作為主要造型材料，制作鑄型的傳統(tǒng)鑄造工藝。砂型一般采用重力鑄造，有特殊要求時也可采用低壓鑄造、離心鑄造等工藝。砂型鑄造的適應(yīng)性很廣，小件、大件，簡單件、復(fù)雜件，單件、大批量都可采用。砂型鑄造用的模具，以前多用木材制作，通稱木模。此外，砂型比金屬型耐火度更高，因而如銅合金和黑色金屬等熔點(diǎn)較高的材料也多采用這種工藝。但是，砂型鑄造也有一些不足之處：因?yàn)槊總€砂質(zhì)鑄型只能澆注一次，獲得鑄件后鑄型即損壞，必須重新造型，所以砂型鑄造的生產(chǎn)效率較低；又因?yàn)樯暗恼w性質(zhì)軟而多孔，所以砂型鑄造的鑄件尺寸精度較低

2、，表面也較粗糙。 本片論文主要對砂型鑄造的工藝進(jìn)行研究分析，以及在工業(yè)中的運(yùn)用進(jìn)行分析。具體過程，詳見本文的論述。本篇論文是參考《砂型鑄造工藝技術(shù)手冊》上的工藝過程及相關(guān)工藝編寫的。本篇論文的內(nèi)容包括：目錄、正文、參考文獻(xiàn)等。 關(guān)鍵詞：砂芯砂型硬模鑄造砂型鑄造砂型鑄造在砂型中生產(chǎn)鑄件的鑄造方法。 鋼、鐵和大多數(shù)有色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲得。由于砂型鑄造所用的造型材料價廉易得，鑄型制造簡便，對鑄件的單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)均能適應(yīng)，長期以來，一直是鑄造生產(chǎn)中的基本工藝。 砂型鑄造所用鑄型一般由外砂型和型芯組合而成。為了提高鑄件的表面質(zhì)量，常在砂型和型芯表面刷一層涂料。涂料的主要

3、成分是耐火度高、高溫化學(xué)穩(wěn)定性好的粉狀材料和粘結(jié)劑，另外還加有便于施涂的載體（水或其他溶劑）和各種附加物。 1. 鑄造成型工藝簡介 鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。鑄造毛坯因近乎成形，而達(dá)到免機(jī)械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上減少了時間.鑄造是現(xiàn)代制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一。鑄件自澆注冷卻的鑄型中取出后，有澆口、冒口及金屬毛刺披縫，砂型鑄造的鑄件還粘附著砂子，因此必須經(jīng)過清理工序。進(jìn)行這種工作的設(shè)備有拋丸機(jī)、澆口冒口切割機(jī)等。砂型鑄件落砂清理是勞動條件較差的一道工序，所以在選擇造型方法時，應(yīng)盡量考

4、慮到為落砂清理創(chuàng)造方便條件。有些鑄件因特殊要求，還要經(jīng)鑄件后處理，如熱處理、整形、防銹處理、粗加工等。 鑄造是比較經(jīng)濟(jì)的毛坯成形方法，對于形狀復(fù)雜的零件更能顯示出它的經(jīng)濟(jì)性。如汽車發(fā)動機(jī)的缸體和缸蓋，船舶螺旋槳以及精致的藝術(shù)品等。有些難以切削的零件，如燃汽輪機(jī)的鎳基合金零件不用鑄造方法無法成形。 另外，鑄造的零件尺寸和重量的適應(yīng)范圍很寬，金屬種類幾乎不受限制；零件在具有一般機(jī)械性能的同時，還具有耐磨、耐腐蝕、吸震等綜合性能，是其他金屬成形方法如鍛、軋、焊、沖等所做不到的。因此在機(jī)器制造業(yè)中用鑄造方法生產(chǎn)的毛坯零件，在數(shù)量和噸位上迄今仍是最多的。 鑄造生產(chǎn)經(jīng)常要用的材料有各種金屬、焦炭、木

5、材、塑料、氣體和液體燃料、造型材料等。所需設(shè)備有冶煉金屬用的各種爐子，有混砂用的各種混砂機(jī)，有造型造芯用的各種造型機(jī)、造芯機(jī)，有清理鑄件用的落砂機(jī)、拋丸機(jī)等。還有供特種鑄造用的機(jī)器和設(shè)備以及許多運(yùn)輸和物料處理的設(shè)備。 鑄造生產(chǎn)有與其他工藝不同的特點(diǎn)，主要是適應(yīng)性廣、需用材料和設(shè)備多、污染環(huán)境。鑄造生產(chǎn)會產(chǎn)生粉塵、有害氣體和噪聲對環(huán)境的污染，比起其他機(jī)械制造工藝來更為嚴(yán)重，需要采取措施進(jìn)行控制。 鑄造產(chǎn)品發(fā)展的趨勢是要求鑄件有更好的綜合性能，更高的精度，更少的余量和更光潔的表面。此外，節(jié)能的要求和社會對恢復(fù)自然環(huán)境的呼聲也越來越高。為適應(yīng)這些要求，新的鑄造合金將得到開發(fā)，冶煉新工藝和新設(shè)備將

6、相應(yīng)出現(xiàn)。 鑄造生產(chǎn)的機(jī)械化自動化程度在不斷提高的同時，將更多地向柔性生產(chǎn)方面發(fā)展，以擴(kuò)大對不同批量和多品種生產(chǎn)的適應(yīng)性。節(jié)約能源和原材料的新技術(shù)將會得到優(yōu)先發(fā)展，少產(chǎn)生或不產(chǎn)生污染的新工藝新設(shè)備將首先受到重視。質(zhì)量控制技術(shù)在各道工序的檢測和無損探傷、應(yīng)力測定方面，將有新的發(fā)展。 鑄造是現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一。鑄造作為一種金屬熱加工工藝，在我國發(fā)展逐步成熟。鑄造工藝是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。 鑄造機(jī)械一般按造型方法來分類，習(xí)慣上分為普通砂型鑄造和特種鑄造。普通砂型鑄造包括濕砂型、干砂型、化學(xué)硬化

7、砂型鑄造三類。特種按造型材料的不同，又可分為兩大類：一類以天然礦產(chǎn)砂石作為主要造型材料，如熔模鑄造、殼型鑄造、負(fù)壓鑄造、泥型鑄造、實(shí)型鑄造、陶瓷型鑄造等；一類以金屬作為主要鑄型材料，如金屬型鑄造、離心鑄造、連續(xù)鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造等。 鑄造工藝可分為三個基本部分，即鑄造金屬準(zhǔn)備、鑄型準(zhǔn)備和鑄件處理。鑄造 金屬是指鑄造生產(chǎn)中用于澆注鑄件的金屬材料，它是以一種金屬元素為主要成分，并加入其他金屬或非金屬元素而組成的合金，習(xí)慣上稱為鑄造合金，主要有鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色合金。 鑄造工藝有與其他工藝不同的特點(diǎn)，主要是適應(yīng)性廣、需用材料和設(shè)備多、污染環(huán)境。鑄造工藝會產(chǎn)生粉塵、有害氣體和噪聲對環(huán)境的

8、污染，比起其他機(jī)械制造工藝來更為嚴(yán)重，需要采取措施進(jìn)行控制。 鑄造產(chǎn)品發(fā)展的趨勢是要求鑄件有更好的綜合性能，更高的精度，更少的余量和更光潔的表面。此外，節(jié)能的要求和社會對恢復(fù)自然環(huán)境的呼聲也越來越高。為適應(yīng)這些要求，新的鑄造合金將得到開發(fā)，新鑄造工藝和新鑄造設(shè)備將相應(yīng)出現(xiàn)。 2. 砂型鑄造的優(yōu)缺點(diǎn) (1) 優(yōu)點(diǎn) a. 金屬型冷卻速度較快，鑄件組織較致密，可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，力學(xué)性能較好。 b. 金屬型鑄造，鑄件質(zhì)量穩(wěn)定，表面粗糙度優(yōu)于砂型鑄造，廢品率低。 c. 勞動條件好，生產(chǎn)率高，工人易于掌握。 a. ⑵缺點(diǎn)金屬型導(dǎo)熱系數(shù)大，充型能力差。 b. 金屬型本身無透氣性。必須采取相應(yīng)

9、措施才能有效排氣。 c. 金屬型無退讓性，易在凝固時產(chǎn)生裂紋和變形。 金屬型鑄件常見缺陷及預(yù)防(1)針孔預(yù)防產(chǎn)生針孔的措施： a. 嚴(yán)禁使用被污染的鑄造鋁合金材料、沾有有機(jī)化合物及被嚴(yán)重氧化腐蝕的材料。 b. 控制熔煉工藝，加強(qiáng)除氣精煉。 c. 控制金屬型涂料厚度，過厚易產(chǎn)生針孔。 d. 模具溫度不宜太高，對鑄件厚壁部位采用激冷措施，如鑲銅塊或澆水等。 e. 采用砂型時嚴(yán)格控制水分，盡量用干芯。 ⑵氣孔預(yù)防氣孔產(chǎn)生的措施： a. 修改不合理的澆冒口系統(tǒng)，使液流平穩(wěn)，避免氣體卷入。 b. 模具與型芯應(yīng)預(yù)先預(yù)熱，后上涂料，結(jié)束后必須要烘透方可使用。 c. 設(shè)計(jì)模具與型芯應(yīng)考慮

10、足夠的排氣措施。 (3)氧化夾渣預(yù)防氧化夾渣的措施： a. 嚴(yán)格控制熔煉工藝，快速熔煉，減少氧化，除渣徹底。 b. 熔爐、工具要清潔，不得有氧化物，并應(yīng)預(yù)熱，涂料涂后應(yīng)烘干使用。 c. 設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)必須有穩(wěn)流、緩沖、撇渣能力。 d. 采用傾斜澆注系統(tǒng)，使液流穩(wěn)定，不產(chǎn)生二次氧化。 e. 選用的涂料粘附力要強(qiáng)，澆注過程中不產(chǎn)生剝落而進(jìn)入鑄件中形成夾渣。 ⑷熱裂預(yù)防產(chǎn)生熱裂的措施： a. 實(shí)際澆注系統(tǒng)時應(yīng)避免局部過熱，減少內(nèi)應(yīng)力。 b. 模具及型芯斜度必須保證在2°以上，澆冒口一經(jīng)凝固即可抽芯開模，必要時可用砂芯代替金屬型芯。 c. 控制涂料厚度，使鑄件各部分冷卻速度一致。

11、 d. 根據(jù)鑄件厚薄情況選擇適當(dāng)?shù)哪亍? e. 細(xì)化合金組織，提高熱裂能力。 f. 改進(jìn)鑄件結(jié)構(gòu)，消除尖角及壁厚突變，減少熱裂傾向。 (5)疏松預(yù)防產(chǎn)生疏松的措施： a. 合理冒口設(shè)置，保證其凝固，且有補(bǔ)縮能力。 b. 適當(dāng)調(diào)低金屬型模具工作溫度。 c. 控制涂層厚度，厚壁處減薄。 d. 調(diào)整金屬型各部位冷卻速度，使鑄件厚壁處有較大的激冷能力。 e. 適當(dāng)降低金屬澆注溫度。 3. 砂型鑄造工藝的分類 重力鑄造重力鑄造是指金屬液在地球重力作用下注入鑄型的工藝，也稱澆鑄。 (1) .重力鑄造法又稱為金屬模鑄造法，成形原理是靠冒口的重力作用來補(bǔ)充凝 固收縮。此重力澆注模具可重

12、復(fù)使用，也可稱為永久模鑄造。 (2) .金屬模鑄造法之冷缺方式可使用空壓氣體(氣冷式)或空壓氣體加水之混 合霧氣(水冷式),使模具及鑄件本體冷卻。 (3) .金屬模鑄造法之鑄件需預(yù)留加工尺寸量仍高，原因是鑄件經(jīng)熱處理后會 有變形之情況。 (4) .金屬模鑄造法之制程中鋁水之除氣作業(yè)相當(dāng)重要，否則鑄件于表面加工 后極易產(chǎn)生針孔。 (5) .金屬模鑄造法較適合少量多樣的訂單生產(chǎn)制程方式。 低壓鑄造低壓鑄造指在低壓氣體作用下使液態(tài)金屬充填鑄型并凝固成鑄件的鑄造 方法。氣體壓力一般為0.6?1.5帕。低壓鑄造的工藝過程是：在熔化金屬的坩堝爐上加放密封蓋，蓋中心部位裝有升液管，升液管插

13、到金屬液面以下，蓋的上部安放鑄型。將干燥的壓縮空氣通過進(jìn)氣管送到坩堝內(nèi)，使金屬液通過升液管從澆口進(jìn)入鑄型(見圖)，保持壓力到鑄型中的金屬液完全凝固，然后解 除壓力，升液管中的金屬液會自動落回坩堝中，這時可以開型，推出鑄件。通入坩堝的氣體壓力和流量可以控制，故金屬液充填鑄型的速度和氣體壓力可以根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型材料不同而調(diào)整。低壓鑄造用的鑄型可以是砂型、殼型、陶瓷型，也可以是金屬型、石墨型等。在低壓鑄造基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，使液態(tài)金屬在差壓下充型、在壓力下凝固的方法稱為差壓鑄造，它是低壓鑄造的一種特殊形式。 低壓鑄造最初主要用于鋁合金鑄件的生產(chǎn)，以后進(jìn)一步擴(kuò)展用途，生產(chǎn)熔 點(diǎn)高的銅鑄件、鐵鑄件

14、和鋼鑄件。中國已于20世紀(jì)70年代將這種方法成功地 用于鑄造萬噸級大型船舶用銅合金螺旋槳和2000馬力柴油機(jī)球墨鑄鐵曲軸等 重要零件。 低壓鑄造的優(yōu)點(diǎn)是：金屬液在壓力下充型有利于鑄造薄壁鑄件；鑄件的致 密性得到提高；底注充型平穩(wěn)，可減少因金屬液沖擊飛濺而引起的氧化夾雜；澆冒口系統(tǒng)簡單，金屬利用率可達(dá)80%以上；勞動條件得到改善，并可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，生產(chǎn)效率高。 離心鑄造將液態(tài)金屬澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型里，在離心力作用下充型并凝固成鑄件的鑄造方 法。離心鑄造用的機(jī)器稱為離心鑄造機(jī)。按照鑄型的旋轉(zhuǎn)軸方向不同，離心鑄造機(jī)分為臥式、立式（見圖）和傾斜式3種。臥式離心鑄造機(jī)主要用于澆注各種管

15、狀鑄件,如灰鑄鐵、球墨鑄鐵的水管和煤氣管,管徑最小75毫米,最大可達(dá)3000毫米。此外可澆注造紙機(jī)用大口徑銅輥筒，各種碳鋼、合金鋼管以及要求內(nèi)外層有不同成分的雙層材質(zhì)鋼軋輥。 離心鑄造所用的鑄型，根據(jù)鑄件形狀、尺寸和生產(chǎn)批量不同，可選用非金屬型（如砂型、殼型或熔模殼型）、金屬型或在金屬型內(nèi)敷以涂料層或樹脂砂層的鑄型。鑄型的轉(zhuǎn)數(shù)是離心鑄造的重要參數(shù)，既要有足夠的離心力以增加鑄件金屬的致密性，離心力又不能太大，以免阻礙金屬的收縮。尤其是對于鉛青銅，過大的離心力會在鑄件內(nèi)外壁間產(chǎn)生成分偏析。一般轉(zhuǎn)速在每分鐘幾十轉(zhuǎn)到1500轉(zhuǎn)左 右。 離心鑄造的特點(diǎn)是金屬液在離心力作用下充型和凝固，金屬補(bǔ)縮效果

16、好，鑄 件組織致密，機(jī)械性能好；鑄造空心鑄件不需澆冒口，金屬利用率可大大提高。 因此對某些特定形狀的鑄件來說，離心鑄造是一種節(jié)省材料、節(jié)省能耗、高效益的工藝，但須特別注意采取有效的安全措施。 4. 砂型鑄造工藝的基本過程 a.砂型鑄造工藝過程有制造模型和芯合,混砂,造型和造芯, 砂0肖適H藝過:理 b.工藝設(shè)計(jì)： 1.確定鑄造工藝方案首要考慮：澆鑄位置的選擇，鑄型分型面得選擇還要注意：機(jī)械加工余量，把模斜度，鑄件收縮率，冒口位置及尺寸等 5. 砂型鑄造工藝裝配特點(diǎn) 砂型鑄造工藝裝備是造型、制芯及合箱過程中所使用的模具和裝置總稱，包括模樣、模底板、模板框、砂箱、砂箱托板、壓

17、鐵、套箱、芯盒、烘干板（器）、 砂芯修整磨具、組芯及下芯夾具、擠壓機(jī)下芯框、量具及檢具等等。通常所稱鑄 造模具僅指模板（含模樣、橫底板）和芯盒，是鑄造工藝裝備中的核心部分。砂型鑄造模具與其他模具（如沖模、鍛模、注塑模、壓鑄模等）的根本區(qū)別在于：前者是名符其實(shí)的“模”，利用這些模具和其他工藝裝備制成“砂型”，再將液態(tài)金屬充填到砂型中，冷卻后即得到所需產(chǎn)品（鑄件）;而后者實(shí)際是“型”，將固態(tài)（如沖模、鍛模）或液態(tài)（如壓鑄模、玻璃模）材料直接充填其中就能得到所需產(chǎn)品。因此從一定意義上說，鑄造模具較之其他模具更為復(fù)雜，砂型鑄造模具^_其他模具的差別還有工作溫度不咼，一般不超過300°C;工作壓力不

18、咼，即使是咼壓造型，其比壓也不會超過i.5MPa因此模具材料選用范圍較大，模具壽命也較長，模具費(fèi)用占總成本比例也較低。 總結(jié) 砂型鑄造工藝是以型砂和芯砂為造型材料制成鑄型，液態(tài)金屬在重力下充填鑄型來生產(chǎn)鑄件的鑄造方法。鋼、鐵和大多數(shù)有色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲得。由于砂型鑄造所用的造型材料價廉易得，鑄型制造簡便，對鑄件的單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)均能適應(yīng)，長期以來，一直是鑄造生產(chǎn)中的基本工藝。 參考文獻(xiàn)宋鵬《砂型鑄造工藝技術(shù)手冊》2009年7月林勃《砂型鑄造工藝學(xué)》林機(jī)械工業(yè)出版社1992.10 《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)》北京出版社1980 于一丁編《金屬模具的設(shè)計(jì)》:砂型鑄造用1980《鑄造手冊》機(jī)械工業(yè)出版社2002梁光澤《實(shí)型鑄造》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社1990.12王文清李魁勝主編《鑄造工藝學(xué)》機(jī)械工業(yè)出版社李魁勝主編《鑄造工藝及原理》機(jī)械工業(yè)出版社孟爽芬主編《造型材料》哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)》機(jī)械工業(yè)出版社宮克強(qiáng)主編《特種鑄造》機(jī)械工業(yè)出版社1981 砂型鑄造工藝研究及分析論文材料成型技術(shù)基礎(chǔ) 13