论文部分内容阅读
摘 要：砂型铸造的适应性较强，它不受铸件材质.尺寸.重量及生产批量的限制，可以说几乎所有铸件都可以采用砂型铸造。工业上常用的金属材料，如铸铁，钢，有色金属等都能熔铸。砂型铸造设备简单，投资小，造型材料来源广泛，价格低廉，而且可以回炉熔炼。一般情况下不需要复杂或精密设备，生产周期较短，生产率高，所以砂型铸造是应用最广的一种铸造方法。
关键词：砂型铸造；铸造；生产；技术
砂型铸造就是将熔化的金属浇入砂型型腔中，经冷却.凝固后，获得铸件的方法。当从砂型中取出铸件时，砂型便被破坏，故又称一次性铸造，俗称翻砂。一般铸件通常是毛坯，经过切削加工才能成为零件，但对要求不高或用精密铸造方法生产不出来的铸件，也可以不经切削加工而直接使用。在一般机械设备中，铸件约占整个机械设备重量的45%～60%，在金属切割机床中约占70%～80%，拖拉机中约占70%汽车中约占40%～60%，在重型机械，矿山机械，水力发电设备等产品中铸件重量可达85%以上。铸造生产，尤其是砂型铸造的劳动条件差，强度大。因此实现机械化和自动化是改善工人劳动条件，减小劳动强度，提高劳动生产率的有效方法，是铸造生产的发展方向。
1.砂型铸造工序
1.1.1制作模样及型芯箱
模样及型芯箱的尺寸，开头应根据铸件而定。模样，铸件，零件三者是不同的。在尺寸上，铸件等于零件尺寸再加上机械加工余量。模样等于铸件尺寸加和收缩量（液态金属凝固时的收缩，铸件材料的种类不同，其收缩率不同。灰口铸铁的自由线收缩率约为1%，铸铁和白口铁的自由线收缩率达2%以上，铸铝约为1.3%。）；在形状上，铸件与模样必须有拔模斜度（便于起模）.铸造圆角（便于造型，避免崩砂）；当铸件上有孔时，模样上要有型芯头，以便型芯的定位于固定。
1.2配置型砂.芯砂
型砂.芯砂由砂.粘结剂和水混合而成。若粘结剂是粘土，称为粘土砂；若粘结剂是水玻璃称为水玻璃砂；若粘结剂是油脂，则称为油砂。为了制造各种形状的型腔，型砂应具有很好的可塑性。为防止型腔在制造.修理.搬动.浇注时受力破坏，故型砂应具有一定的强度。为排除砂型及液体金属中的气体，型砂应具有良好的透气性。为防止高温下铸件产生粘砂，砂型应具有耐火性。为使铸件冷凝时自由收缩，型砂在此时应能自动崩散，即有一定的退让性。
1.3造芯及合箱
造型.造芯及合箱包括：放置模样，填充及夯实砂型，起模，造出浇冒口和通气口，合箱。其中起模最为关键。有些铸件，若仅从金属的铸造性能分析，其结构可能是合理的，但从造型制芯的方便性与可能性分析，很可能是不合理的，甚至根本是不可取的。铸件的外形应力求简单，尽量少用曲面，尤其是非圆曲面，因为曲面模样制作困难；尽量少用型芯，避免活块，应合理进行结构设计，使木模避免带活块，也能顺利起模；尽量减少分型面数目（即上下砂型的分界面），分型面越少，所用的沙箱数就越少，错箱的可能性越少，同时造型也方便。同时为了起模方便，在垂直于分型面的壁上应设计结构斜度。此外，为保证造型的方便与可能，应注意不得采用封闭的型腔，并应保证型芯在砂型中安放稳固.方便，应使型芯排气通畅。对于大而复杂的铸件最好改用组合铸件。
1.4熔化与浇注
熔化金属可用专用熔化炉，如：灰口铸铁用冲天炉，有色金属常用坩埚炉，铸钢用电炉。将液态金属浇入铸型的过程称为浇注。浇注时应注意浇注温度和浇注速度。浇注温度过高，液体含气量大.收缩大，易产生气孔.缩孔.粘砂等缺陷；浇注温度过低，易产生浇不足.冷隔.皮下气孔等。所以浇注速度应适当，且浇注要连续，保持外浇口充满。铸钢的浇注温度高（约在1500摄氏度），流动性差，螺旋线长度为100毫米，收缩大，总体积收缩率达12.4%，在熔炼过程中易吸气和氧化。因此铸钢的铸造性能差，易产生粘砂.浇不足.冷隔.缩孔.裂纹.气孔等现象；铜合金熔点低，流动性好，锡青铜浇注温度为1040摄氏度，螺旋长度为420毫米。硅黄铜浇注温度为1100摄氏度，螺旋长度为1000毫米。铜合金熔炼时易氧化，熔炼时要注意防止合金产生氧化.烧损等现象；铝合金的浇注温度更低，一般在680摄氏度左右，螺旋长度为700～800毫米。铝合金在高温下易吸气和氧化，影响其力学性能，故熔炼时要注意隔绝合金液体与炉气的接触，并采用一些净化措施。
1.5铸件的清理与检查
铸件冷却到一定温度后，即可开箱，进行落砂清理。过早开箱会使铸件产生内应力.变形.开裂。一般铸件在450摄氏度左右开箱。但落砂也不能太迟，以免影响生产率。落砂的时间与铸件形状.大小.壁厚及浇注合金有关，对于形状简单且小于10千克的铸件，一般在浇注后0.5～1小时就可落砂。落砂后的铸件必须进行清理，以消除铸件的浇冒口，型芯.粘砂及飞边等。灰铸铁件上的浇冒口，可用铁锤打掉；铸钢件上的浇冒口须用气割切除；有色金属件上的浇冒口可用钢锯锯掉。铸件内腔的型芯可用手工清理或用震动出芯机或水力清砂装置予以清理。表面粘砂，飞边和毛刺可用滚筒，喷砂，砂轮打磨等方法去除。
2.铸件性能对铸件结构影响分析
2.1铸件应有合理而均匀的壁厚
铸件应有合理而均匀的壁厚，壁越厚，金属液流动的阻力越小，因而也越易充满铸型。但壁厚，金属液冷却速度越慢，造成晶粒大，同时产生缩孔·缩松和偏析的可能性越大，于是机械性能明显下降。反之，壁越薄，产生上述不良倾向的可能性也越小，所以铸件的承载能力并不与它的尺寸成正比。一般来说，采用壁薄结构比采用壁厚结构合理。但若壁太薄，金属液来不及充满型腔便凝固了，产生浇不足现象，也是不允许的。铸件不加工面的最小壁厚主要取决于金属液的流动性，如镁合金流动性最好，其砂型铸造时的最小铸造壁厚为3毫米；灰铸铁的流动性也很好，砂型铸造时的最小壁厚约为5毫米；而高锰钢的流动性最差，在砂型铸造时的最小铸造壁厚则高达20毫米。铸件壁厚还应力求均匀，否则会因各处最终凝固时间不同而产生较大内应力，致使铸件变形甚至开裂。同时，厚壁处会因补缩困难而造成缩孔与缩松。
采用加强筋的薄壁代替厚壁，用空心或槽形截面代替实心截面，是两种合理的结构设计方法，可保证在减轻铸件重量的同时，不降低甚至提高铸件的承载能力。
2.2铸件壁的连接应平缓、圆滑
铸件壁的连接应平缓、圆滑。当转弯处有直角结构时，会由于结晶的方向性以及该处积聚了过多的金属而使该处机械性能下降，且尖角部分易产生应力集中；同时铸件壁的连接应避免交叉或成锐角，因为在交叉处或成锐角处必然积聚较多的金属，这些地方就容易产生缩孔和缩松。用交错接头或环接头代替交叉接头，用直角圆滑连接代替锐角连接就比较合理。
2.3轮型铸件的辐条形式
若轮型铸件采用直辐条，会因轮毂与轮缘冷却速度不同而在轮辐或轮缘中产生过大的拉应力，使轮辐或轮缘拉裂。若改用弯曲辐条，便可借助辐条的变形使应力大大降低，从而有效地防止裂纹的产生。对于能形成较大应力，收缩率较大的合金轮型铸件，应采用奇数辐条，这样可通过轮缘的微量变形来减缓内应力。
铸造方法各有其特点和最适宜的应用范围，在选择铸造方法时，必须根据铸件的结构形状、尺寸、重量、合金种类、技术要求、生产批量以及铸造车间的设备和技术状况等进行全面总合分析，才能正确地选择最适宜的铸造方法。
关键词：砂型铸造；铸造；生产；技术
砂型铸造就是将熔化的金属浇入砂型型腔中，经冷却.凝固后，获得铸件的方法。当从砂型中取出铸件时，砂型便被破坏，故又称一次性铸造，俗称翻砂。一般铸件通常是毛坯，经过切削加工才能成为零件，但对要求不高或用精密铸造方法生产不出来的铸件，也可以不经切削加工而直接使用。在一般机械设备中，铸件约占整个机械设备重量的45%～60%，在金属切割机床中约占70%～80%，拖拉机中约占70%汽车中约占40%～60%，在重型机械，矿山机械，水力发电设备等产品中铸件重量可达85%以上。铸造生产，尤其是砂型铸造的劳动条件差，强度大。因此实现机械化和自动化是改善工人劳动条件，减小劳动强度，提高劳动生产率的有效方法，是铸造生产的发展方向。
1.砂型铸造工序
1.1.1制作模样及型芯箱
模样及型芯箱的尺寸，开头应根据铸件而定。模样，铸件，零件三者是不同的。在尺寸上，铸件等于零件尺寸再加上机械加工余量。模样等于铸件尺寸加和收缩量（液态金属凝固时的收缩，铸件材料的种类不同，其收缩率不同。灰口铸铁的自由线收缩率约为1%，铸铁和白口铁的自由线收缩率达2%以上，铸铝约为1.3%。）；在形状上，铸件与模样必须有拔模斜度（便于起模）.铸造圆角（便于造型，避免崩砂）；当铸件上有孔时，模样上要有型芯头，以便型芯的定位于固定。
1.2配置型砂.芯砂
型砂.芯砂由砂.粘结剂和水混合而成。若粘结剂是粘土，称为粘土砂；若粘结剂是水玻璃称为水玻璃砂；若粘结剂是油脂，则称为油砂。为了制造各种形状的型腔，型砂应具有很好的可塑性。为防止型腔在制造.修理.搬动.浇注时受力破坏，故型砂应具有一定的强度。为排除砂型及液体金属中的气体，型砂应具有良好的透气性。为防止高温下铸件产生粘砂，砂型应具有耐火性。为使铸件冷凝时自由收缩，型砂在此时应能自动崩散，即有一定的退让性。
1.3造芯及合箱
造型.造芯及合箱包括：放置模样，填充及夯实砂型，起模，造出浇冒口和通气口，合箱。其中起模最为关键。有些铸件，若仅从金属的铸造性能分析，其结构可能是合理的，但从造型制芯的方便性与可能性分析，很可能是不合理的，甚至根本是不可取的。铸件的外形应力求简单，尽量少用曲面，尤其是非圆曲面，因为曲面模样制作困难；尽量少用型芯，避免活块，应合理进行结构设计，使木模避免带活块，也能顺利起模；尽量减少分型面数目（即上下砂型的分界面），分型面越少，所用的沙箱数就越少，错箱的可能性越少，同时造型也方便。同时为了起模方便，在垂直于分型面的壁上应设计结构斜度。此外，为保证造型的方便与可能，应注意不得采用封闭的型腔，并应保证型芯在砂型中安放稳固.方便，应使型芯排气通畅。对于大而复杂的铸件最好改用组合铸件。
1.4熔化与浇注
熔化金属可用专用熔化炉，如：灰口铸铁用冲天炉，有色金属常用坩埚炉，铸钢用电炉。将液态金属浇入铸型的过程称为浇注。浇注时应注意浇注温度和浇注速度。浇注温度过高，液体含气量大.收缩大，易产生气孔.缩孔.粘砂等缺陷；浇注温度过低，易产生浇不足.冷隔.皮下气孔等。所以浇注速度应适当，且浇注要连续，保持外浇口充满。铸钢的浇注温度高（约在1500摄氏度），流动性差，螺旋线长度为100毫米，收缩大，总体积收缩率达12.4%，在熔炼过程中易吸气和氧化。因此铸钢的铸造性能差，易产生粘砂.浇不足.冷隔.缩孔.裂纹.气孔等现象；铜合金熔点低，流动性好，锡青铜浇注温度为1040摄氏度，螺旋长度为420毫米。硅黄铜浇注温度为1100摄氏度，螺旋长度为1000毫米。铜合金熔炼时易氧化，熔炼时要注意防止合金产生氧化.烧损等现象；铝合金的浇注温度更低，一般在680摄氏度左右，螺旋长度为700～800毫米。铝合金在高温下易吸气和氧化，影响其力学性能，故熔炼时要注意隔绝合金液体与炉气的接触，并采用一些净化措施。
1.5铸件的清理与检查
铸件冷却到一定温度后，即可开箱，进行落砂清理。过早开箱会使铸件产生内应力.变形.开裂。一般铸件在450摄氏度左右开箱。但落砂也不能太迟，以免影响生产率。落砂的时间与铸件形状.大小.壁厚及浇注合金有关，对于形状简单且小于10千克的铸件，一般在浇注后0.5～1小时就可落砂。落砂后的铸件必须进行清理，以消除铸件的浇冒口，型芯.粘砂及飞边等。灰铸铁件上的浇冒口，可用铁锤打掉；铸钢件上的浇冒口须用气割切除；有色金属件上的浇冒口可用钢锯锯掉。铸件内腔的型芯可用手工清理或用震动出芯机或水力清砂装置予以清理。表面粘砂，飞边和毛刺可用滚筒，喷砂，砂轮打磨等方法去除。
2.铸件性能对铸件结构影响分析
2.1铸件应有合理而均匀的壁厚
铸件应有合理而均匀的壁厚，壁越厚，金属液流动的阻力越小，因而也越易充满铸型。但壁厚，金属液冷却速度越慢，造成晶粒大，同时产生缩孔·缩松和偏析的可能性越大，于是机械性能明显下降。反之，壁越薄，产生上述不良倾向的可能性也越小，所以铸件的承载能力并不与它的尺寸成正比。一般来说，采用壁薄结构比采用壁厚结构合理。但若壁太薄，金属液来不及充满型腔便凝固了，产生浇不足现象，也是不允许的。铸件不加工面的最小壁厚主要取决于金属液的流动性，如镁合金流动性最好，其砂型铸造时的最小铸造壁厚为3毫米；灰铸铁的流动性也很好，砂型铸造时的最小壁厚约为5毫米；而高锰钢的流动性最差，在砂型铸造时的最小铸造壁厚则高达20毫米。铸件壁厚还应力求均匀，否则会因各处最终凝固时间不同而产生较大内应力，致使铸件变形甚至开裂。同时，厚壁处会因补缩困难而造成缩孔与缩松。
采用加强筋的薄壁代替厚壁，用空心或槽形截面代替实心截面，是两种合理的结构设计方法，可保证在减轻铸件重量的同时，不降低甚至提高铸件的承载能力。
2.2铸件壁的连接应平缓、圆滑
铸件壁的连接应平缓、圆滑。当转弯处有直角结构时，会由于结晶的方向性以及该处积聚了过多的金属而使该处机械性能下降，且尖角部分易产生应力集中；同时铸件壁的连接应避免交叉或成锐角，因为在交叉处或成锐角处必然积聚较多的金属，这些地方就容易产生缩孔和缩松。用交错接头或环接头代替交叉接头，用直角圆滑连接代替锐角连接就比较合理。
2.3轮型铸件的辐条形式
若轮型铸件采用直辐条，会因轮毂与轮缘冷却速度不同而在轮辐或轮缘中产生过大的拉应力，使轮辐或轮缘拉裂。若改用弯曲辐条，便可借助辐条的变形使应力大大降低，从而有效地防止裂纹的产生。对于能形成较大应力，收缩率较大的合金轮型铸件，应采用奇数辐条，这样可通过轮缘的微量变形来减缓内应力。
铸造方法各有其特点和最适宜的应用范围，在选择铸造方法时，必须根据铸件的结构形状、尺寸、重量、合金种类、技术要求、生产批量以及铸造车间的设备和技术状况等进行全面总合分析，才能正确地选择最适宜的铸造方法。