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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：因為每個砂質(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；又因為砂的整體性質(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行研究分析，以及在工業(yè)中的運用進行分析。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，而達到免機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。進行這種工作的設(shè)備有拋丸機、澆口冒口切割機等。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)濟性。如汽車發(fā)動機的缸體和缸蓋，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，有造型造芯用的各種造型機、造芯機，有清理鑄件用的落砂機、拋丸機等。還有供特種鑄造用的機器和設(shè)備以及許多運輸和物料處理的設(shè)備。 鑄造生產(chǎn)有與其他工藝不同的特點，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，比起其他機械制造工藝來更為嚴重，需要采取措施進行控制。 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、負壓鑄造、泥型鑄造、實型鑄造、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，即鑄造金屬準備、鑄型準備和鑄件處理。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，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，比起其他機械制造工藝來更為嚴重，需要采取措施進行控制。 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 (1) 優(yōu)點 a. 金屬型冷卻速度較快，鑄件組織較致密，可進行熱處理強化，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. 嚴禁使用被污染的鑄造鋁合金材料、沾有有機化合物及被嚴重氧化腐蝕的材料。 b. 控制熔煉工藝，加強除氣精煉。 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，澆注過程中不產(chǎn)生剝落而進入鑄件中形成夾渣。 ⑷熱裂預(yù)防產(chǎn)生熱裂的措施： a. 實際澆注系統(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?shù)哪亍? e. 細化合金組織，提高熱裂能力。 f. 改進鑄件結(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，且有補縮能力。 b. 適當調(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氣管送到坩堝內(nèi)，使金屬液通過升液管從澆口進入鑄型(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)上進一步改進，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)，以后進一步擴展用途，生產(chǎn)熔 點高的銅鑄件、鐵鑄件

14、和鋼鑄件。中國已于20世紀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馬力柴油機球墨鑄鐵曲軸等 重要零件。 低壓鑄造的優(yōu)點是：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80%以上；勞動條件得到改善，并可實現(xiàn)機械化和自動化，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。離心鑄造用的機器稱為離心鑄造機。按照鑄型的旋轉(zhuǎn)軸方向不同，離心鑄造機分為臥式、立式（見圖）和傾斜式3種。臥式離心鑄造機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3000毫米。此外可澆注造紙機用大口徑銅輥筒，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。 離心鑄造的特點是金屬液在離心力作用下充型和凝固，金屬補縮效果

16、好，鑄 件組織致密，機械性能好；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： 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 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)》林機械工業(yè)出版社1992.10 《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計》北京出版社1980 于一丁編《金屬模具的設(shè)計》:砂型鑄造用1980《鑄造手冊》機械工業(yè)出版社2002梁光澤《實型鑄造》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)》機械工業(yè)出版社李魁勝主編《鑄造工藝及原理》機械工業(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》機械工業(yè)出版社宮克強主編《特種鑄造》機械工業(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