砂模铸造实训教案2014.10

砂模铸造操作实训教案

【教学目的】

1．了解砂型铸造生产的工艺过程特点及应用；

2．了解手工造型的基本方法及铸造合金的熔化；

3．了解常见的铸造缺陷及产生的原因；

4．能独立进行手工两箱造型；

5．了解铸造生产的安全规范、环境保护措施及简单的经济分析。

【重点难点】

砂型铸造生产的工艺过程特点,

手工造型的基本方法，铸造缺陷及产生的原因。

【注意事项】

(一) 手工造型

自己所用的造型及修型工具应放在工具箱内，砂箱不得随意乱放，以免损坏或防碍他人工作。

铲砂时锨把不要碰住别人, 同时自己也要注意不要被别人碰住。

舂砂时不要将手放在砂箱边缘上，以免砸伤手指。

小要用嘴吹分型砂或型腔中的散砂，避免砂粒迷入眼睛。

在造型场内行走时要注意脚下，避免踏坏砂型或被铸件等碰伤。

(二) 开炉与浇注

1．在熔炉间及造型场地观察开炉与浇注时，应站在一定的安全地带，小要影响浇注工作。

2. 浇注人员必须戴好防护眼镜、护脚布等防护用具方可进行开炉和浇注等操作。

3. 所有开炉与浇注工作，未经指导教师许可，实习学生不得私自动手。

4. 不得用冷工具进行除渣、挡渣或在剩余金属液内敲打，以免爆溅发生烫伤事故。

（三）落砂与清理

按示范要求进行落砂操作，不要用锤头直接敲打铸件。

敲打浇冒口时应注意周围，以免发生击伤事故。

必须将铁钉、毛刺等杂物从砂中清除后方可将旧砂堆入砂堆，以免造型时发生伤手事故。

【教学过程】

一、基础知识讲解

1、铸造概念

铸造是把熔化的金属液体浇注到铸型，待其凝固冷却后获得一定形状和性能金属件的成型方法。

2、铸造分类

铸造按生产方法分，主要有砂型铸造和特种铸造两大类。

砂型铸造：就是用型（芯）砂作为造型材料制造铸型并生产铸件的方法。 砂型铸造是应用最广泛的一种铸造方法。

特种铸造：除砂型铸造外的其它铸造方法。 特种铸造包括金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造以及消失模铸造等多种铸造方法。

消失模铸造技术是将与铸件尺寸形状相似的发泡塑料模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂层并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，上覆盖塑料薄膜，用真空泵抽负压成实体铸型，然后浇注液体金属，使模型气化并占据模型位置，凝固冷却后形成所需铸件的方法。 对于消失模铸造，有多种不同的叫法。国内主要的叫法有“干砂实型铸造”、“ 负压实型铸造”，简称EPC 铸造。消失模铸造技术具有与无伦比的优势，因此被国内铸造界的权威人士称为“21世纪的铸造工艺革命”和“最值得推广的绿色铸造工程”。

3、砂型铸造工艺

1）造型材料主要是用于制造砂型的型砂和用于制造砂芯的芯砂。通常型砂是由原砂(山砂或河砂) 、粘土和水按一定比例混合而成，其中粘土约为9％，水约为6％，其余为原砂。有时还加入少量如煤粉、有时还加入少量如煤粉、植物油、木屑等附加物以提高型砂和芯砂的性能。

型砂湿度适当时 手放开后可看出 折断时断隙没有碎裂状

可用手捏成砂团 清晰的手纹 同时有足够的强度

2）模样是形成铸型型腔的模具，以获得铸件的外形；芯盒是用来制做型芯

的模具，以形成具有内腔的铸件（有时可形成铸件的局部外形）。木模、金属模、塑料模。

3） 铸造工艺参数有

分型面 ： 分型面是指砂型与砂型之间的分界面，选择分型面时必须使模样能从砂型中取出，并使造型方便和有利于保证铸件质量 。

拔模斜度 ： 为了易于从砂型中取出模样，凡垂直于分型面的表面，都做出0.5°～ 4°的拔模斜度。

加工余量 ： 铸件需要加工的表面，均需留出适当的加工余量。

收缩量：铸件冷却时要收缩，模样的尺寸应考虑收缩的影响。通常铸铁件要加大1％；铸钢件加大1．5％～2％；铝合金为1％～l.5％

铸造圆角： 铸件上各表面的转折处，都要做成过渡性圆角, 以利于造型及保证铸件质量。

芯头（芯座）: 有砂芯的砂型，必须在模样上做出相应的芯头，以便芯稳固地安放在铸型中。

零件、铸件、模样三者的关系：

尺寸：零件尺寸最小，铸件上有加工余量，尺寸比零件大，模样上除了有加工余量外还要考虑液态金属的收缩量，故尺寸最大。

形状：铸件与零件相比，铸件在垂直于分型面的壁上有起模斜度，且有些小孔、小槽不铸出。模样与铸件相比，在需铸出的孔处，并无孔且需加上型芯头。

4）、浇冒口系统

浇注系统 浇注系统是为金属液流入型腔而开设于铸型中的一系列通道。其作用是：①平稳、迅速地注入金属液；

②阻止熔渣、砂粒等进入型腔；

③调节铸件各部分温度，补充金属液在冷却和凝固时的体积收缩。

正确地设置浇注系统，对保证铸件质量、降低金属的消耗量有重要的意义。若浇注系统不合理，铸件易产生冲砂、砂眼、渣孔、浇不到、气孔和缩孔等缺陷。典型的浇注系统由外浇口、直浇道、横浇道和内浇道四部分组成，如图5-3所示。对形状简单的小铸件可以省略横浇道。外浇口、直浇道、横浇道、内浇道。

冒口 常见的缩孔、缩松等缺陷是由于铸件冷却凝固时体积收缩而产生的。为防止缩孔和缩松，往往在铸件的顶部或厚实部位设置冒口。冒口是指在铸型内特设的空腔及注入该空腔的金属。冒口中的金属液可不断地补充铸件的收缩，从而使铸件避免出现缩孔、缩松。冒口是多余部分，清理时要切除掉。冒口除了补缩作用外，还有排气和集渣的作用。

5）、铸型的组成

铸型一般由上型、下型、型芯、型腔和浇注系统组成，如图所示。铸型组元间的接合面称为分型面。铸型中造型材料所包围的空腔部分，即形成铸件本体的空腔称为型腔。液态金属通过浇注系统流入并充满型腔，产生的气体从出气口等处排出砂型。

6）常用手工造型工具

(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h)

常用手工造型工具

a) 浇冒口棒 b)平头舂锤 c)通气针 d)起模针 e)墁刀 f)秋叶（双头圆勺） g)提勾 h)皮老虎 另有砂箱、底板、筛子、刮砂板、半圆、毛刷等

7）手工造型方法

按模样特征分：整模造型、分模造型、挖砂造型、活块造型、三箱造型及刮板造型等 。

整模造型：模样是整体结构的，模样最大截面在一端，且为一平面。分型面就选在一端，型腔完全位于一个砂型内，不会产生错箱缺陷。

分模造型：模样沿最大截面分成两半，型腔位于上下两个砂箱内。一般应用在最大截面在中间，为对称性铸件。

挖砂造型：当铸件的最大截面不在端部，模样又不允许分成两半，可以将模样做成整体，采用挖砂造型。造型时，将阻碍起摸的型砂挖掉，分型面在模样最大截面处且为不平面（曲面）。

活块造型：将摸样上妨碍起模的凸起部分做成活动的活块，起模时，先起摸样的主体，再起活块。

三箱造型 ：有些形状复杂的铸件，往往两端截面大，中间截面小，开设一个分型面取不出模样，需要用两个分型面（一般用三个砂箱）。模样必须是分开的，以便于从中型内起出模样；中型上、下两面都是分型面；中箱高度应与中型的模样高度相近。

8）造型方法的选择

分型面的选择原则：尽量使铸件位于同一铸型内；尽量减少分型面；尽量使分型面平直；尽量使型腔和主要型芯位于下型。铸造是液态成型，应当遵循实体相反的原理。选择造型方法应综合考虑零件的大小、批量、形状复杂程度、材质及经济性等因素。

二、实训操作练习

1、整模造型

1）造型前的准备工作

① 准备造型工具，选择平整的底板和大小适应的砂箱。砂箱选择过大，不仅消耗过多的型砂，而且浪费舂砂工时。砂箱选择过小，则模样周围的型砂舂不紧，在浇注的时候金属液容易从分型面即交界面间流出。通常，模与砂箱内壁及顶部之间须留有30～100mm 的距离，此距离称为吃砂量。吃砂量的具体数值视木模大小而定。

② 擦净模样，以免造型时型砂粘在模样上，造成起模时损坏型腔。

2）在底板上安放模样和下沙箱，应注意模样的斜度方向，因我们采用的下沙箱有定位插槽，所以要反过来放，不要把它放错。

3）填砂舂实刮平

① 舂砂时必须分次加入型砂。对小砂箱每次加砂厚约50～70mm 。加砂过多舂不紧，而加砂过少又费用工时。第一次加砂时须用手将模样周围的型砂按紧，以免模样在砂箱内的位置移动。然后用舂砂锤的小头分次舂紧，最后改用舂砂锤的平头舂紧型砂的最上层。

② 舂砂应按一定的路线进行。由外向里，切不可东一下、西一下乱舂，以

免各部分松紧不一。

③ 舂砂用力大小应该适当，不要过大或过小。用力过大，砂型太紧，浇注时型腔内的气体跑不出来。用力过小，砂型太松易塌箱。同一砂型各部分的松紧是不同的，靠近砂箱内壁应舂紧，以免塌箱。靠近型腔部分，砂型应稍紧些，以承受液体金属的压力。远离型腔的砂层应适当松些，以利透气。

④ 舂砂时应避免舂砂锤撞击模样。一般舂砂锤与模样相距20～40mm ，否则易损坏模样。最后用刮砂板刮去多余的背砂，与沙箱边缘平齐。

4）翻转 修光 撒分型砂

小心把下沙箱翻转过来，放平，然后用镘刀修整分型面，再撒分型砂。用小细筛使分型砂薄薄地复盖在分型面上。最后应将模样上的分型砂吹掉，以免在造上砂型时，分型砂粘到上砂型表面，而在浇注时被液体金属冲下来落入铸件中，使其产生缺陷。

5) 安放上沙箱和直浇道棒

安放上砂箱时注意与下沙箱的插销配合，直浇棒的位置。

6）填砂 舂实 刮平

填砂舂实，用刮板使砂型表面与沙箱边缘平齐。用镘刀光平浇口处型砂。

7）开设外浇口 扎通气孔

拔掉浇口模样，开设外浇口，外浇口应挖成60°的锥形，大端直径约60～80mm 。浇口面应修光，与直浇道连接处应修成圆弧过渡，以引导液体金属平稳流入砂型。若外浇口挖得太浅而成碟形，则浇注液体金属时会四处飞溅伤人。扎通气孔时，应注意沙箱高度和模样高度。

8） 开箱 开挖浇道 起模

垂直提起上砂箱，翻转放好。扫除分型砂，用水笔湿润靠近模样的型砂，开挖浇道。刷水时应一刷而过，不要使水笔停留在某一处，以免局部水分过多而在浇注时产生大量水蒸汽，使铸件产生气孔缺陷。 起模针位置要尽量与木模的重心铅锤线重合。起模前，要用小锤轻轻敲打起模针的下部，使木模松动，便于起模。 起模时，慢慢将木模垂直提起，待木模即将全部起出时，然后快速取出。起模时注意不要偏斜和摆动。

9） 修型

起模后，型腔如有损坏，应根据型腔形状和损坏程度，正确使用各种修型工具进行修补。如果型腔损坏较大，可将木模重新放入型腔进行修补，然后再起出。

10） 合箱

合箱是造型的最后一道工序，它对砂型的质量起着重要的作用。合箱前，应仔细检查砂型有无损坏和散砂，浇口是否修光等。如果要下型芯，应先检查型芯是否烘干，有无破损及通气孔是否堵塞等。型芯在砂型中的位置应该准确稳固，以免影响铸件准确度，并避免浇注时被液体金属冲偏。合箱时应注意使上砂箱保持水平下降，并应对准合箱线，防止错箱。合箱后最好用纸或木片盖住浇口，以免砂子或杂物落入浇口中。

2、分模造型

铸件上的最大截面在中间部位，模样恰在最大截面处分开；铸件上有孔，而模样上不但没有孔，反而在两端各多出一部分，多出的部分在模样上我们叫它芯头，它在铸型中形成芯座，顾名思义，其作用就是安放和固定砂芯。因此，模样的结构主要由分型面的位置和砂芯结构决定的，这就是此模样为什么在中间一分为二的主要原因。

分模造塑操作过程。

1） 制造下砂型 安放模样和内浇道棒及下砂箱

2） 填砂、舂实 刮平

3） 翻转下砂箱 修光分型面

4） 安放另一半模 撒分型砂

5） 安放上砂箱 横浇道模样 直浇道模 冒口棒

6） 填砂 舂实 刮平

7） 拔出直浇道模 冒口棒 开设外浇口 扎透气孔

8） 开箱、起模

9） 刷水 松模 起模 修型

10） 制造砂芯

填砂、紧实、开排气道、安放芯骨、砂芯表而刷耐火涂料、烘干砂芯、下芯

11）合箱

三、合金的熔炼(略)

在浇注之前还要熔炼金属。根据不同的金属材料采用不同的熔炼设备。对于铸铁件而言，常采用冲天炉进行熔炼，对于一些合金铸铁采用工频炉或中频炉熔炼。对于铸钢而言一般采用三相电弧炉进行熔炼，在一些中小型工厂近年来也采用工频炉或中频炉进行熔炼。对于铜、铝等有色金属一般采用坩埚炉或中频感应炉进行熔炼。不管采用什么样的炉子熔炼金属材料，都要保证金属材料的化学成份和温度符合要求，这样才能获得合格的铸件。

四、合金的浇注（略）

在获得合格的金属液之后就可以进行浇注了。将熔融金属从浇包浇入铸型的过程称为浇注。浇注时应注意1）浇注温度2）浇注速度3）估计好金属液的重量4）挡渣5）引气。

浇注温度 浇注温度过高，铁液在铸型中收缩量增大，易产生缩孔、裂纹及粘砂等缺陷；温度过低则铁液流动性差，又容易出现浇不足、冷隔和 气孔等缺陷。合适的浇注温度应根据合金种类、铸件的大小、形状及壁厚来确定。

浇注速度 浇注速度太慢，金属液冷却快，易产生浇不足、冷隔以及夹渣等缺陷；浇注速度太快，则会使铸型中的气体来不及排出而产生气孔。

浇注的操作 浇注前应估算好每个铸型需要的铁液量，安排好浇注路线，浇注时应注意挡渣，浇注过程中应保持外浇口始终充满。

五、落砂清理和铸件常见缺陷的分析（略）

浇注后经过一段时间的冷却，将铸件从砂箱中取出称为落砂。从铸件上清除表面粘砂和多余的金属（包括浇冒口、飞边、毛刺、氧化皮等）的过程称为清理。

1）浇冒口的去除，对于铸铁等脆性材料用敲击法；对于铝、铜铸件常采用锯割来切除浇冒口；对于铸钢件常采用氧气切割、电弧切割、等离子体切割切除浇冒口。

2）型芯的清除，可采用手工清除，用风铲、钢凿等工具进行铲削，也可采用气动落芯机、水力清砂等方法清除。铸件表面可采用风铲、滚筒、抛光机等进行清理。

六、检验及铸件缺陷分析（略）

1）对清理好的铸件要进行检验（1）表面质量检验（2）化学成份（3）力学性能（4）内部质量，采用超声波、磁粉探场、打压检查

铸件在分型面处有错移 模样的上半模和下半模未对好；合箱时，上下砂箱未对准. 铸件上有未完全融浇注温度太低；浇注速度太慢或浇注合的缝隙或洼坑，过程曾有中断；浇注系统位置开设不其交接处是圆滑的 当或浇道太小. 铸件不完整 浇注时金属量不够；浇注时液体金属从分型面流出；铸件太薄；浇注温度太低；浇注速度太慢. 铸件结构不合理，壁厚相差太大；砂

型和砂芯的退让性差；落砂过早. 铸件开裂，开裂处金属表面氧化

六、总结分析学生造型操作过程，评定操作成绩

2014年10月8日