机械制造工艺基础第二章铸造授课教案.docx
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机械制造工艺基础第二章铸造授课教案
安徽理工学校授课教案
教研室：
机械工程任课教师：
胡俊锋
课程名称
机械制造工艺基础
课时
2
主要教学内容
时间分配
一、复习旧课
二、引入新课
通过多媒体视频播放铸件在机器上的应用直接导入铸造这种毛坯成形方法
三、讲授新课
第二章铸造
§2—1概述
§2—2砂型的制作
一、造型材料和砂型
二、模样与芯盒
5
5
40
20
20
教学目的
了解铸造的概念、分类及特点；
了解砂型铸造的一般工艺过程；
了解砂型铸造中造型材料及对型砂和芯砂的要求；
了解模样和芯盒的制作；
教学重点
铸造的概念、分类及特点；
模样和芯盒的制作；
教学难点
砂型铸造的一般工艺过程；
制作模样和芯盒的注意要点；
教学方法
使用教具
讲授、多媒体课件演示
拟留作业
教材P19页1、2、4题；
习题册P2～P4页
授课总结
1、铸造的概念、分类及特点
2、砂型铸造中造型材料
3、模样和芯盒的制作
第二章铸造
§2－1概述
一、铸造的概念：
将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔中，待其凝固后而得到一定形状和性能铸件的方法。
二、铸件的概念：
铸造所得到的金属工件或毛坯。
三、铸造的分类
按生产方法不同，铸造可分为砂型铸造和特种铸造。
但任何铸造方法都包括以下几步：
（1）制造具有和零件形状相适应空腔的铸型。
（2）制备成分、温度都合格的液态金属。
（3）将液态金属浇注入铸型的空腔内
（4）凝固后取出铸件并清理它的表面和内腔。
1．砂型铸造
砂型铸造：
用型砂紧实成形的铸造方法。
砂型铸造工艺过程如下：
造型→造芯→烘干→合型→浇注→落砂→清理→铸件检验
齿轮毛坯的砂型铸造工艺过程
2．特种铸造
特种铸造：
砂型铸造以外的其他铸造方法。
常用的特种铸造有：
金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、低压铸造、壳型铸造、陶瓷型铸造、密封铸造和连续铸造等。
四、铸造的特点
1．优点
（1）可以铸造各种形状复杂的铸件
（2）铸件的尺寸与质量几乎不受限制
（3）可以铸造任何金属和合金铸件
（4）生产设备简单，投资少，原料来源广，成本低
（5）减少了切削加工工作量，节省大量金属材料
2．缺点
（1）生产工序繁多，工艺过程较难控制，易产生缺陷
（2）铸件尺寸均一性差，尺寸精度低
（3）与锻件相比，铸件内在质量差，承载能力弱
（4）生产工作环境差，温度高，粉尘多，劳动强度大
§2－2砂型的制作
一、砂型和造型材料
1．造型材料
造型材料——制造砂型和砂芯的材料。
包括砂、黏土、黏结剂和其他附加物。
2．型砂和芯砂
型砂：
按一定比例配合的造型材料，经过混制，符合造型要求的混合料。
芯砂：
按一定比例配合的造型材料，经过混制，符合造芯要求的混合料。
砂型在浇注和凝固过程中要承受熔融金属的冲刷、静压力和高温的作用，并
要排出大量气体，型芯则要承受凝固时的收缩压力，因此型砂和芯砂应具有以下几方面的性能要求：
（1）可塑性：
型砂和芯砂在外力作用下要易于成型
（2）强度：
型砂和芯砂在外力作用下要不易破坏
（3）耐火性：
型砂和芯砂在高温下要不软化、烧结、粘附
（4）透气性：
型砂和芯砂紧实后要易于通气
（5）退让性：
型砂和芯砂在冷却时其体积可以被压缩
3．砂型
砂型：
用型砂制成，包括形成铸件形状的空腔、型芯和浇冒口系统的组合整体。
二、模样与芯盒
1．模样与芯盒
模样：
用来形成铸型型腔的工艺装备称为模样。
芯盒：
用来制造型芯或其他种类耐火材料芯所用的工艺装备称为芯盒。
2．制造模样与芯盒的注意要点
（1）分型面——铸型组元间的接合面。
1—上型
2—分型面
3—型芯
4—支座型腔
5—芯头
6—下型
（2）收缩余量——为了补偿铸件收缩，模样比铸件图样尺寸增大的数值。
（3）加工余量——为保证铸件加工面尺寸和零件精度，在铸造工艺设计时预先增加而在机械加工时切去的金属层厚度。
（4）起模斜度——为使模样容易从铸型中取出或型芯从芯盒中脱出，在模样或芯盒上平行于起模方向所设的斜度。
一般α=0.5°～3°
（6）芯头——为了保证型芯在铸型中得到正确定位和支撑，模样与型芯均应设有芯头。
模样上：
模样的突出部分
型芯上：
型芯的外伸部分
安徽理工学校授课教案
教研室：
机械工程任课教师：
胡俊锋
课程名称
机械制造工艺基础
课时
2
主要教学内容
时间分配
一、复习旧课
二、引入新课
三、讲授新课
§2—2砂型的制作
三、造型
1、手工造型
2、机器造型
3、自动化造型
5
5
80
教学目的
了解常见的手工造型方法、特点及应用；
了解常见的手工造型过程；
了解机器造型方法；
了解自动化造型方法；
教学重点
常见的手工造型方法；
常见的手工造型过程；
教学难点
常见的手工造型过程；
教学方法
使用教具
讲授、多媒体课件演示
拟留作业
教材P19页5题；
习题册P2～P4页
授课总结
1、常见的手工造型方法、特点及应用
2、常见的手工造型过程
3、机器造型方法
4、自动化造型方法
第二章铸造
§2－2砂型的制作
三、造型
造型：
用造型混合料及模样等工艺装备制造铸型的过程。
1．手工造型
手工造型：
全部用手工或手动工具完成的造型工序。
包括有箱造型、脱箱造型、地坑造型、刮板造型等。
（1）有箱造型
有箱造型：
用砂箱作为铸型组成部分制造铸型的过程。
常见的砂箱结构如图所示：
砂砂箱
有箱造型分整体模造型、分开模造型
1）整体模造型方法简单，适用于形状简单的铸件。
下图所示为整体模造型过程。
2）分开模造型主要用于形状复杂的铸件。
下图所示为法兰管件的两箱分开
（2）脱箱造型
脱箱造型：
在可脱砂箱内造型，合型后浇注前脱去砂箱的造型方法。
一般用于批量较大的小型铸件的铸造。
（3）地坑造型
地坑造型：
在地平面以下的砂坑中或特制的地坑中制造下型的造型方法。
主要适用于大中型铸件的单件生产。
1－通气管
2－型芯
3－冒口
4－铸型空腔
5－浇口
6－上箱
7－定位桩
8－焦炭
（4）刮板造型
刮板造型：
是不用模样而用刮板操作的造型方法。
主要应用于批量较小、尺寸较大的回转体铸件的生产。
1－下砂箱2－刮板架3－刮板4－上砂箱5－型砂
2．机器造型
机器造型——用机器完成紧砂和起模或至少完成紧砂操作的造型工序称为机器造型。
紧砂：
使砂箱内的型砂和芯盒内的芯砂提高紧实度的操作。
常用方法有压实法、震实法、抛砂法等。
下图所示为震压式造型机的紧砂和起模。
3．自动化造型
自动化造型——所有造型工序基本上不需要人力完成的造型过程称为自动化造型。
适用于大批量生产和流水线生产。
安徽理工学校授课教案
教研室：
机械工程任课教师：
胡俊锋
课程名称
机械制造工艺基础
课时
2
主要教学内容
时间分配
一、复习旧课
二、引入新课
三、讲授新课
§2—2砂型的制作
四、造芯；
五、浇注系统及冒口
六、合型
§2—3浇注、落砂和清理
5
5
80
教学目的
了解造芯方法；
了解浇注系统的组成及其作用；
了解冒口的作用及开设部位；
了解浇注容器、浇注温度与浇注速度；
了解落砂和清理的方法；
了解铸件常见的缺陷；
教学重点
造芯方法；浇注系统的组成；冒口的作用
落砂和清理的方法；
教学难点
铸件常见的缺陷；浇注系统的组成；
教学方法
使用教具
讲授、多媒体课件演示
拟留作业
教材P19页6、7、9、10题；
习题册P2～P4页
授课总结
1、造芯方法；
2、浇注系统的组成及其作用；
3、冒口的作用及开设部位；
4、浇注容器、浇注温度与浇注速度；
5、落砂和清理的方法；
6、铸件常见的缺陷；
第二章铸造
§2－2砂型的制作
四、造芯
1．造芯及其分类
造芯:
制造型芯的过程。
造芯是为了获得铸件内孔或局部外形，用芯砂或其他材料制成的安放在型腔内部的铸型组元。
造芯可分为手工造芯和机器造芯。
（1）手工造芯：
主要应用于单件、小批量生产中。
常用手工造芯的方法为芯盒造芯
（2）机器造芯：
利用造芯机来完成填砂、紧砂和取芯的。
机器造芯生产效率高，型芯质量好，适用于大批量生产。
2．烘干与刷涂料
烘芯——用适当温度和足够时间加热型芯，使其获得一定强度的过程。
芯骨——放入型芯中用以加强或支持型芯并有一定形状的金属构架。
型芯刷涂料的目的：
提高型芯表层的耐火度、保温性、化学稳定性，使型芯表面光滑，并增强其抵抗高温熔融金属侵蚀的能力。
五、浇注系统及冒口
1．浇注系统
浇注系统——又称浇口，是为填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道。
通常由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。
其作用是保证熔融金属平稳、均匀、连续地充满型腔；阻止熔渣、气体和砂粒随熔融金属进入型腔；控制铸件的凝固顺序；供给铸件冷凝收缩时所需补充的金属溶液。
1－浇口杯2－直浇道
3－横浇道4－内浇道
一般情况下，直浇道截面应大于横浇道截面，横浇道截面应大于内浇道截面，以保证熔融金属充满各浇道，并使熔渣浮集在横浇道上部，起挡渣作用。
2．冒口
冒口——铸型内存储供补缩铸件用熔融金属的空腔。
即为在铸型内存储供补缩铸件用的熔融金属的空腔。
冒口除补缩外，有时还起排气和集渣作用，一般设置在铸件的最高处和最厚处。
1－浇口杯
2－直浇道
3－横浇道
4－内浇道
5－冒口
六、合型
合型——又称合箱，是将铸型的各个组元，如上型、下型、型芯、浇口盆等组合成一个完整铸型的操作过程。
§1－3浇注、落砂和清理
一、浇注
1．浇包
浇注——将熔融金属从浇包注入铸型的操作。
浇包——容纳、输送和浇注熔融金属用的容器，用钢板制成外壳，内衬耐火材料。
常用的有握包、抬包和吊包。
2．浇注温度与浇注速度
浇注温度（℃）——金属熔液浇入铸型时所测量到的温度。
浇注速度（kg/s）——单位时间内浇入铸型中的金属熔液质量。
二、落砂和清理
1．落砂
落砂——用手工或机械使铸件与型砂、砂箱分开的操作。
从铸件中去除芯砂和芯骨的操作称为除芯。
通常所说的落砂包括落砂与除芯。
落砂的方法分手工落砂和。
手工落砂用于单件、小批量生产；机器落砂一般使用落砂机进行，用于大批量生产。
2．清理
清理——落砂后从铸件上清除表面粘砂、型砂、多余金属（包括浇、冒口、飞翅和氧化皮）等过程的总称。
（1）浇口、冒口的清理
1）手工敲击法
对于铸铁件可用手锤或大锤敲击去除。
2）机械切割
对于铝、铜合金等有色金属铸件常用锯削的方法去除。
3）气割
对于铸钢件、球墨铸铁件，可用氧乙炔焰切割浇冒口。
（2）清砂
清除铸件表面粘砂的操作称为清砂。
一般使用钢丝刷、錾子、锉刀等手工工具进行手工清理，其劳动强度大，效率低，现多用机械清砂。
常用的机械清砂方法有：
水力清砂，滚筒表面清理，喷、抛丸表面清理和化学清砂等。
（3）飞翅（又称飞边）
飞翅常出现在铸件分型面和芯头部位，较大的飞翅和毛刺可用手工或手动工具进行清理，较小的飞翅和毛刺可用抛丸清理、火焰表面清理等方法进行清理。
（4）精整
有些经过一般表面清理的铸件，可能还会有浇冒口痕迹等，还需经过打磨和表面光饰工序。
精整包括根据要求进行打磨、矫正、上底漆等操作。
三、铸件的检验与缺陷
铸件常见的缺陷有
1、气孔
特点：
表面比较光滑，呈梨形、圆形、椭圆形的孔洞，一般不在铸件的表面露出。
大的气孔常孤立存在，小气孔则成群出现。
产生原因：
造型材料中水分过多或含有大量的发气物质，砂型和型芯的透气性差，浇注速度过快。
2、缩孔
特点：
形状不规则、孔壁粗糙并带有枝状晶的孔洞，常出现在铸件最后凝固的部位。
产生原因：
铸件在凝固过程中收缩时得不到足够熔融金属的补充，即由于补缩不良而造成。
3、砂眼
特点：
铸件内部或表面有砂粒的孔洞。
产生原因：
型砂强度不够，型砂紧实度不足，浇注速度过快等。
4、粘砂
特点：
铸件的部分或整个表面上粘附着一层砂粒，以及金属的机械混合物或由金属氧化物、砂子和粘土相互作用而生成的低熔点化合物。
粘砂使铸件表面粗糙，不易加工。
产生原因：
型砂的耐火性差或浇注温度过高。
5、裂纹
特点：
裂纹即铸件开裂，冷裂裂纹容易发现，呈长条形，而且宽度均匀，裂口常穿过晶粒延伸到整个断面。
热裂裂纹断面严重氧化，无金属光泽，裂口沿晶粒边界产生和发展，外形曲折而不规则。
产生原因：
铸件壁厚相差大；浇注系统开设不当；砂型和型芯的退让性差等缺陷使铸件在收缩时产生较大的应力，从而导致开裂。
安徽理工学校授课教案
教研室：
机械工程任课教师：
胡俊锋
课程名称
机械制造工艺基础
课时
2
主要教学内容
时间分配
一、复习旧课
二、引入新课
三、讲授新课
§2—4特种铸造简介
一、金属型铸造
二、压力铸造
三、离心铸造
5
5
80
教学目的
了解金属型铸造工艺过程、特点和应用；
了解压力铸造工艺过程、特点和应用；
了解离心铸造工艺过程、特点和应用；
教学重点
金属型铸造工艺过程、离心铸造工艺过程；
教学难点
金属型铸造工艺过程；
教学方法
使用教具
讲授、多媒体课件演示
拟留作业
教材P19页11、12、13题；
习题册P2～P4页
授课总结
1、金属型铸造
2、压力铸造
3、离心铸造
§2－4特种铸造简介
一、金属型铸造
1、金属型铸造概念
金属型铸造——通过重力作用进行浇注，将熔融金属浇入金属铸型获得铸件的方法。
2、金属型
金属型——用金属材料制成的铸型称为金属型。
由于金属型可以重复使用多次，几百次甚至到几千次，所以又称为永久型铸造。
金属型的结构可分为：
水平分型式、垂直分型式及复合分型式等。
金属型一般用铸铁、铸钢；铸件的内腔可用金属型芯或砂芯来形成。
垂直分型式金属型
1－底座2－活动半型3－定位销4－固定半型
铰链开合式金属型组合式金属型芯
3、金属型铸造特点
（1）优点
与砂型铸造相比，金属型铸造的主要优点是实现了“一型多铸”提高了劳动生产率，且便于实现机械化和自动化，金属型铸造的铸件冷却速度快，铸件的晶粒细密，从而提高了机械性能，铸件精度也较高，可达IT12～IT14，表面粗糙度小，为Ra12.5～Ra6.3，从而减少加工余量，节约材料和工时。
（2）缺点
金属型铸造的缺点是主要在于制造金属型的成本高，周期长，铸造工艺要求严格，由于铸件冷却快，易产生难以切削的白口组织，不宜生产大型、复杂铸件。
（4）应用
金属型铸造主要用于铜、铝、镁等有色金属铸件的大批量生产。
如内燃机活塞、汽缸盖、油泵壳体、轴瓦、轴套等。
二、压力铸造
1、压力铸造概念
压力铸造是使熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法，简称压铸。
高速、高压是压铸的两大特点，高压：
比压30-70MPa；高速：
充型时间0.01-0.2秒
2、压力铸造的工艺过程
压力铸造是在专门的压铸机上使用压铸型进行的。
压铸机主要由压射装置和合型机构组成，下图所示为生产上应用较广的卧式冷室压铸机的外形图，
卧式冷室压铸机外形
卧式冷室压铸机的压室中心线呈水平位置，定量勺内的液态金属注入压室后，压射冲头向左推进，将液态金属压入闭合的压铸型型腔，稍停片刻，使金属在压力下凝固，然后退回压射冲头，分开压铸型，推杆顶出压铸件。
下图所示为卧式冷室压铸机的工作原理图。
卧式冷室压铸机工作原理图
1－动型2－定型3－压射冲头4－铸件5－压室
三、离心铸造
1、离心铸造概述
离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型中，使其在离心力作用下充填铸型并凝固成形获得铸件的铸造方法。
2、离心铸造工艺过程
离心铸造需在离心铸造机中进行，其铸型可以是金属型，也可以是砂型。
根据铸型旋转轴线在空间的位置不同，离心铸造可分为立式和卧式两种。
下图所示为卧式离心铸造机的外形图。
离心铸造机
图2-4-8所示为离心铸造的工作原理图。
a）垂直轴线b）水平轴线
图a）所示为绕垂直轴线旋转的离心铸造，铸件内表面呈抛物面，铸件壁的上下厚度不均，并随铸件高度增大而更加严重。
因此只适于制造高度较小的环类、盘套类铸件；图b）所示为绕水平轴线旋转的离心铸造，铸件壁厚均匀，适于制造管、筒、套（包括双金属衬套）以及辊轴等铸件。
3、离心铸造的特点
（1）铸件组织细密，力学性能好，并且铸件内部不易产生缩孔、气孔、渣眼等缺陷；
（2）不用型芯和浇注系统，简化生产，降低铸造成本；
（3）便于制造双金属结构；
（4）铸件内孔质量不高；
4、离心铸造的应用
离心铸造主要用于黑色金属和铜合金材料的空心旋转体铸件的成批大量生产，如各种管子、缸套、轴套、圆环等。
是铸铁管、气、铜套、双金属轴承的主要生产方法，铸件最大可达十多吨。
此外，在耐热钢辊道、特殊钢的无缝管坯、造纸机干燥滚筒等生产中得到应用。
安徽理工学校授课教案
教研室：
机械工程任课教师：
胡俊锋
课程名称
机械制造工艺基础
课时
1
主要教学内容
时间分配
一、复习旧课
二、引入新课
三、讲授新课
§2—4特种铸造简介
四、熔模铸造
五、特种铸造的特点和应用
5
5
35
教学目的
了解熔模铸造工艺过程、特点和应用；
了解特种铸造的特点和应用；
教学重点
熔模铸造工艺过程；
教学难点
熔模铸造工艺过程；
教学方法
使用教具
讲授、多媒体课件演示
拟留作业
教材P19页14题；
习题册P2～P4页
授课总结
1、熔模铸造；
2、特种铸造的特点和应用；
§2－4特种铸造简介
四、熔模铸造
1、熔模铸造概述
熔模铸造是将熔融金属浇入由熔模形成的型壳（铸型）型腔中，冷凝后获得铸件的方法。
2、熔模铸造工艺过程，
熔模铸造工艺过程如下图所示。
标准铸件是铸件的基本模样，用钢或铜合金制成；压型是制造蜡模的铸型，一般用钢、铝合金按标准铸件翻制而成
标准铸件压型熔蜡压制熔模单个蜡模
模组制型壳、脱蜡填砂、浇注
其工艺过程如下：
（1）熔蜡将蜡料（常用50%的石与50%的硬脂酸配制而成）加热成糊状；
（2）压制熔模将糊状的蜡料压入铸型，冷凝后取出即制得单个蜡模；
（3）制作蜡模组将数个单个蜡模焊在蜡制的浇注系统上，制成蜡模组；
（4）制型壳、脱蜡将蜡模组浸入以水玻璃与石英砂配制成的涂料中，取出后撒上一层硅砂，然后放入氯化铵溶液中硬化。
如此重复数次，使蜡模组表面形成5～10mm厚的坚硬型壳。
将带有蜡模组的型壳浸入80～95℃的热水中，使蜡料熔化并流出而成为铸型。
再将铸型放入850～950℃的加热炉中焙烧，以除去型腔中的残蜡和水分；
（5）填砂、浇注将铸型从加热炉中取出，排列在铁箱中，并在其周围填入干砂以增强其强度，然后进行浇注，冷凝后脱壳清理即得铸件。
3、熔模铸造的特点：
（1）铸型无分型面，且型腔内表面光洁，铸件精度高、表面质量好；
（2）熔模铸造能适用于各种铸造合金，生产批量不受限制；
（3）可铸出形状很复杂的铸件；
（4）工艺过程较复杂，生产周期长，成本高，铸件尺寸不能太大
4、熔模铸造的应用
熔模铸造是一种少切削、无切削的先进精密成形工艺，主要用于形状复杂的小型铸件（10kg以下）和高熔点、难加工合金铸件的批量生产。
如汽轮机叶片、复杂刀具、汽车上小型精密铸件等。
五、特种铸造的特点和应用
铸造方法
主要特点
应用范围
离心铸造
用金属型或砂型，在离心力下浇注成形，铸件组织细密。
设备简单，成本低，生产率高。
但内表层余量大，机械加工量大
主要用于空心回转体铸件的单件、成批、大量生产。
并可进行双金属衬套、轴瓦的铸造。
熔模铸造
用蜡模，外面包覆耐火材料制成型壳，熔出模样后，经高温焙烧，进行重力浇注成形。
铸件精度高，表面质量好，可铸造形状很复杂的铸件和高熔点合金铸件。
但压生产工艺复杂，生产周期长，成本高。
主要用于以碳钢、合金钢为主的合金和耐热合金的复杂、精密铸件（铸件质量不大于10kg）的各种批量生产。
离心铸造
用金属型或砂型，在离心力下浇注成形，铸件组织细密。
设备简单，成本低，生产率高。
但内表层余量大，机械加工量大
主要用于空心回转体铸件的单件、成批、大量生产。
并可进行双金属衬套、轴瓦的铸造。
熔模铸造
用蜡模，外面包覆耐火材料制成型壳，熔出模样后，经高温焙烧，进行重力浇注成形。
铸件精度高，表面质量好，可铸造形状很复杂的铸件和高熔点合金铸件。
但压生产工艺复杂，生产周期长，成本高。
主要用于以碳钢、合金钢为主的合金和耐热合金的复杂、精密铸件（铸件质量不大于10kg）的各种批量生产。
安徽理工学校授课教案
教研室：
机械工程任课教师：
胡俊锋
课程名称
机械制造工艺基础
课时
1
主要教学内容
时间分配
到铸造企业实地参观
观察铸件的铸造工艺过程、使用的工具及设备
5
5
80
教学目的
观察砂型铸造手工造型工艺过程和使用的工具及设备；
观察金属型铸造工艺过程和金属铸型；
观察机器造型工艺过程；
教学重点
观察砂型铸造手工造型工艺过程；
教学难点
观察机器造型工艺过程；
教学方法
使用教具
铸造企业实地参观
拟留作业
参观报告
授课总结
升级会员 