《机械制造工艺基础》第一章铸造.docx

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《机械制造工艺基础》第一章铸造

广东省技工学校文化理论课教案（首页）（代号A—3）

共3页

科

目

机械制造工艺基础

§1-1铸造基础

授课

时间

2012.2.13

课时

1节

班级

10数控班

授

课

方

式

启发式教学+练习

作业

题数

2题

拟用

时间

30分钟

教

学

目

的

1、通过学习，使学生了解铸造的特点及应用；

2、熟悉砂型铸造的工艺过程。

选

用

教

具

挂

图

小黑板、三角尺、模型、掛图

重

点

铸造的特点

难

点

砂型铸造的工艺过程

教

学

回

顾

机械制造工艺过程一般是：

金属材料铸造、锻压或焊接毛坯切削加工和热处理零件装配和试验机械。

说

明

审阅签名：

教学过程：

一、导课

机械制造工艺过程一般是：

金属材料铸造、锻压或焊接毛坯切削加工和热处理零件装配和试验机械，那么我们就从零件的毛坯第一种制造方法讲起。

二、新课

§1-1铸造基础

一、铸造及其分数

定义：

将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔中，凝固后得到一定形状和性能铸件方法。

砂型铸造

金属型铸造

铸造的分类：

压力铸造

特种铸造离心铸造

熔模铸造

二、铸造特点：

可获得复杂外形及内腔的铸件；

铸件尺寸与质量不受限制；

（1）、优点：

可铸造任何金属和合金铸件；

成本低廉；

铸件形状、尺寸与零件很接近。

工序繁多，易产生缺陷；

（2）、缺点：

尺寸精度低；

铸件的内在质量差，承载能力不及锻件；

工作条件差，劳动强度大。

三、铸造应用：

广泛应用于机械零件的毛坯制造。

铸造步骤：

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。

四、铸造安全文明生产（P6）

（二）、小结

铸造最大的优缺点是：

可获得复杂外形及内腔的铸件，但铸件的内在质量差，承载能力不及锻件，这也是我们以后选择毛坯制造方法的主要参考点。

（三）、布置作业

简答：

（1）、铸造的优缺点是什么？

（2）、砂型铸造的工艺过程？

广东省技工学校文化理论课教案（首页）（代号A—3）

共5页

科

目

机械制造工艺基础

§1-2砂型铸造

授课

时间

2012.2.14

课时

6节

班级

10数控班

授

课

方

式

启发式教学+练习

作业

题数

2题

拟用

时间

30分钟

教

学

目

的

1、掌握模样和芯盒尺寸的确定；

2、熟悉造型、造芯的过程及浇注系统和冒口的设计。

3、通过学习，使学生了解浇注、落砂和清理的操作过程；

4、熟悉铸件常见缺陷并了解其产生的原因。

选

用

教

具

挂

图

小黑板、三角尺、模型、掛图

重

点

模样和芯盒尺寸的确定

难

点

浇注系统和冒口的设计

教

学

回

顾

1、铸造的优缺点及应用；

2、砂型铸造的工艺过程；

3、铸造的分类。

说

明

审阅签名：

教学过程：

一、导课

复习提问：

铸造的优缺点是什么？

砂型铸造的工艺过程？

→如何进行铸造：

砂型的制作

二、新课

§1-2砂型铸造

定义：

用型砂紧实成型的铸造方法。

特点：

操作灵活、设备简单、生产准备时间短等优点；尺寸精度低、质量不稳定等缺点。

应用：

单件、小批量生产或特大型铸造和复杂铸造产生。

一、砂型铸造的工艺过程：

图1-1砂型铸造工艺流程示意图

图1-2砂型铸造工艺过程

1、制造模样和芯盒

1、模样概念：

获得与零件外部轮廓相似的型腔。

材料：

木材、金属或其它材料

2、模样尺寸要求：

（1）、加工余量：

根据铸件尺寸、公差等级和加工余量等级查手册确定；

（2）、收缩余量：

式中：

ε——铸件收缩率；

La，Lb——同一尺寸在模样与铸件上的长度，㎜。

（3）、起模斜度：

容易从铸型中取出模样或型芯自芯盒中脱出，平行于起模方向在模样或芯盒壁上的斜度α。

（如图1-2）一般α=0.5°～3°

（4）、铸造圆角：

（如图1—3）

造型方便

作用：

防止浇注时尖角被冲坏

减少铸件尖角处应力集中

（5）、芯头：

作用：

定位和支承型芯

（6）、分型面：

接合面

分型面具有最大水平投影尺寸；

分型面数量尽可能少；

选择要求：

尽量满足浇注位置的要求；

造型方便；

起模容易。

3、芯盒

尺寸要求：

芯盒的内腔与型芯的形状和尺寸相同。

2、制备型（芯）砂

（1）、材料：

砂、黏土、有机或无机粘结剂和其它附加物

①砂：

硅砂（sio2），耐火，砂粒均匀，粒度为0.075～1㎜，透气性好。

②黏土：

二维层状构造的水化硅酸铝，颗粒尺寸小于2μｍ。

③有机或无机粘结剂：

使型（芯）砂具有一定强度和可塑性。

常有：

有机：

干性油、树脂、淀粉

无机：

高岭土、膨润土、水玻璃（硅酸钠）、水泥。

④附加物：

煤粉和木屑

煤粉的作用：

防止铸件表面粘砂；

木屑的作用：

改善透气性和退让性。

可塑性：

可塑性好，易于成形

强度：

要有足够的强度，避免产生铸造缺陷

（2）、型（芯）砂性能要求耐火性：

能承受高温，防止铸件粘砂

透气性：

透气性与孔隙度有关，透气性差易产生气孔

退让性：

退让性好，防止铸件变形、裂纹

3、造型

　配制好的型砂＋模样＝造型

　　　　　　　　　两箱造型：

两个砂箱；

　　　　　　　　　三箱造型：

三个砂箱；

地坑造型：

在地平面以下的砂箱中造下型；

组芯造型：

若干块砂芯组合成铸型，不用砂箱；

　（１）、手工造型整模造型：

没有分模面；

挖砂造型：

挖去阻碍起模的型砂；

　　　　　　　　　假箱造型：

使用底胎（假箱）；

分模造型：

有分模面；

活块造型：

用活块做小凸台；

刮板造型：

不用模样而用刮板操作；

（2）、机器和自动化造型

概念：

用机器全部完成或至少完成紧砂工作的造型工序。

　　　特点：

生产率高，铸件精度高，质量好，但设备、工艺装备投资大。

　　　应用：

大批量生产和流水线作业。

4、造芯

目的：

获得铸件内孔或局部外形；

　　　　　　　手工造芯：

应用于单件、小批量生产；

　　　分类　　机器造芯：

应用于大批量生产。

　　　　　　　烘芯——提高型芯的强度和透气性；

　　　要求　　放置芯骨——提高型芯强度；

　　放置蜡线——提高型芯透气性；

　　　　刷涂料——提高耐火性、保温性、化学稳定性。

5、合型

概念：

将铸型的各组元（上型、下型、型芯、浇口盆等）组合成一完整铸型；

操作：

合型前检查→试合型→合型→压紧。

6、熔炼和浇注

　定义：

把熔融金属注入铸型的过程。

（1）、浇注系统

　作用：

⑴、保证熔融金属平稳、均匀、连续充满型腔；⑵、阻渣；⑶、调节凝固顺序；⑷、补缩作用。

　组成：

　　　浇口杯：

漏斗形，作用：

承接、导入、缓冲、挡渣；

　　　直浇道：

垂直通道，有一定锥度，作用：

调节速度、增加压力；

　　　横浇道：

截面梯形，作用：

分配、挡渣；

　　　内浇道：

截面梯形或半圆形，作用：

控制流速和流向。

封闭式浇注系统关系：

Ａ直﹥Ａ横﹥Ａ内

（2）、冒口

概念：

在铸型内储存供补缩铸件用熔融金属的空腔。

作用：

补缩、排气、集渣；

位置：

铸件最高和最厚处，可根据铸件的大水开设多个冒口。

（3）、浇注工艺要求

影响铸件质量的因素：

　　　①、浇注温度　温度高：

铸件易产生粘砂；

　　　　　　　　　温度低：

铸件易产生浇注不足。

　②、浇注速度　速度快：

冲坏铸型，产生夹砂；

　　　　　　　　　　　速度慢：

形成断层，产生裂纹。

浇注要求：

浇注前，清除熔融金属表面熔渣；浇注时，保持浇口杯充满。

7、落砂和清理

１、落砂　　手工落砂：

用于单件、小批量生产；

　　　　　　机械落砂：

用于大批量生产。

　　　　　铸铁件：

用铁锤敲打；

２、清理　铸钢件：

用气割切除；

　　　　　有色金属铸件：

用锯削除去。

8、检验

　　　　　外观质量：

粗糙度、尺寸公差、形状偏差、质量偏差、表面缺陷；

铸件质量　内在质量：

化学成分、力学性能、金相组织、内部缺陷；

　　　　　使用性能：

工作性能、被切割性能、焊接性能、运转性能。

二、铸件的缺陷

（1）气孔：

表面光滑，呈梨形、圆形或椭圆形；

　　　　　　　　　造型材料水分多；→烘干；

产生原因：

　透气性差；→加木屑、砂均匀、扎针孔；

　　　　　　　　　浇注速度过快。

→降速

（2）缩孔：

形状不规则，壁粗糙，在最后凝固部位；

　　　产生原因：

补缩性差。

→加冒口。

（3）砂眼：

有砂粒的孔洞；

　　　　　　　　　型砂强度不够；→加黏结剂；

产生原因：

　紧实度不足；→紧实；

　　　　　　浇注速度快。

（4）粘砂：

铸件表面粗糙；

产生原因：

型砂耐火性差；→刷涂料；

　　　　　　浇注温度过高。

（5）冷隔：

铸件未完全融合，交接处圆滑；

　　　　　　浇注温度过低；

产生原因：

　浇注速度慢；

　　　　　　浇注系统开设不当。

（6）浇不足：

铸件不完整；

　　　　浇注温度过低；

产生原因：

　浇注速度慢；

　　　　　　浇注系统开设不当；

金属量不够；

铸件太薄。

（7）裂纹：

　　冷裂：

容易产生，呈长条形；

　　　　　　　热裂；严重氧化，无光泽。

　　　　　　　　　铸件壁厚相差大；→过渡圆角；

　　　产生原因：

　浇注系统开设不当；→重开；

　　　　　　　　　退让性差。

→加木屑、蜡线。

（四）、小结

1、铸造工艺图尺寸＝加工余量＋收缩量＋起模斜度＋铸造圆角；

2、型（芯）砂的性能要求：

可塑性、强度、耐火性、透气性、退让性；

3、分型面的选择；

4、浇注系统和冒口的开设。

5、铸件常见缺陷：

气孔、缩孔、砂眼、粘砂、裂纹，产生的原因。

（五）、布置作业

1、名词解释：

型砂、芯砂、模样、冒口；

2、简答：

（1）、制造模样时要注意的问题？

（2）、冒口的作用及设置的位置？

3、填空题：

铸件常见的缺陷有、裂纹、砂眼、和气孔等。

4、选择题：

（１）、防止铸件产生裂纹的方法有（）。

A、提高浇注温度；B、提高砂型与型芯的退让性；C、提高砂型的强度；D、使铸件壁厚均匀；E、重新开设浇注系统。

广东省技工学校文化理论课教案（首页）（代号A—3）

共5页

科

目

机械制造工艺基础

§1-3特种铸造及

铸造新技术

授课

时间

2012.2.22

课时

2节

班级

10数控班

授

课

方

式

启发式教学+练习

作业

题数

2题

拟用

时间

30分钟

教

学

目

的

１、通过学习，使学生了解常用的特种铸造方法；

２、熟悉各种特种铸件的特点及应用范围。

选

用

教

具

挂

图

小黑板、三角尺、模型、掛图

重

点

金属型铸造、压力铸造的特点及应用范围

难

点

离心铸造、熔模铸造的特点及应用范围

教

学

回

顾

1、铸件常见缺陷：

气孔、缩孔、砂眼、粘砂、裂纹；

2、砂型铸造的缺点；

3、熟悉造型、造芯的过程及浇注系统和冒口的设计。

说

明

审阅签名：

教学过程：

一、导课

复习提问：

铸件常见缺陷：

气孔、缩孔、砂眼、粘砂、裂纹；砂型铸造的缺点。

有没有一种更好的铸造方法？

→特种铸造。

二、新课

§1-3特种铸造及铸造新技术

一、特种铸造

1、熔模铸造（失蜡铸造）

（1）、概念：

（2）、工艺过程：

[板书]①制作蜡模（第一次铸造—金属型铸造）

制造标准铸件（母模）→压型（制造蜡模型腔）→浇注→冷却→得到蜡模组。

母模的尺寸＝零件尺寸＋加工余量＋蜡料收缩量＋铸造合金收缩量＋铸造圆角。

②制作型壳（第二次铸造—砂型铸造）

蜡模→熔模涂料→加石英砂→硬化（氧化铵）→重复，得到5～10㎜厚型壳（制壳）→脱蜡→焙烧→得到铸型

③浇注

填砂（增强强度和稳定性）→金属的浇注→落砂、清理→检查→合格的铸件。

　（3）、特点：

①、可制造复杂的铸件；

②、精度高，IT12～IT9，Ｒａ12.5µm～1.6µm，没有起模斜度和分型面；

③、适应性广；

④、工艺复杂，成本高，质量不能太大。

　（4）、应用：

各形状复杂的精密小型零件的毛坯。

图1—7熔模铸造工艺过程

2、金属型铸造（永久型铸造）

（1）、概念：

（重力作用）

（2）、常用材料：

　　外壳：

灰铸铁、铸钢；

　　　　　　砂芯：

用于高熔点合金铸件；

型芯：

　金属芯：

用于有色金属铸件。

　（3）、特点：

①、可重复使用，又叫永久型铸造；

②、精度高，IT12～IT10，Ｒａ12.5µm～6.3µm；

③、晶粒细，力学性能好；

④、生产率高；

⑤、成本高，生产准备时间长；

⑥、透气性差，无退让性，铸件易产生浇不足、冷隔、裂纹等缺陷，铸造合金的熔点不能太高，质量不能太大。

　（4）、应用：

非铁合金、尺寸小、形状简单壁不能太薄的铸件大批量生产。

3、压力铸造

（1）、概念：

（外力作用、少切削或无切削加工方法）

（2）、组成：

压射装置＋合型机构（金属型）（如图1-5）图1-5　压铸机工作原理

　（3）、特点：

①、铸造形状复杂的薄壁件；

②、质量高，精度高，IT12～IT10，Ｒａ3.2µm～0.8µm；

③、生产率高；

④、投资大，制型复杂，周期长；

⑤、铸件内部有大量气孔；

⑥、压铸件不能大余量加工和热处理。

　（4）、应用：

非铁合金（锌、铝、镁、铜合金）有色金属的中小型薄壁件的大批量生产。

4、离心铸造

（1）、概念：

（离心力作用）（如图）

（2）、分类：

　绕立轴旋转：

铸件内表面呈抛物面，壁厚不均匀；

　水平轴旋转：

壁厚均匀。

（3）、特点：

　①、结晶由外向内顺序进行，呈方向性；

　②、结晶组织细密，力学性能好；

　③、没有浇注系统、冒口等金属的消耗，省去型芯；图1-6　离心铸造

　④、铸件内孔不准确，内表面质量差。

（4）、应用：

铸造空心回转体，如管、缸套及滑动轴承。

二、铸造新技术和新工艺　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1、消失模铸造（实型铸造）

定义：

将与铸件尺寸形状相似的石蜡或泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。

工艺过程：

特点：

（1）、铸件质量好，成本低；

（2）、材质不限，大小皆宜；

（3）、精度高、表面光洁、减少清理、节省机加；

（4）、内部缺陷大大减少，铸件组织致密；

（5）、可实现大规模、大批量生产；

（6）、适用于相同铸件的大批量生产铸造；

（7）、适用于人工操作与自动化流水线生产运行控制；

（8）、生产线的生产状态符合环保技术参数指标要求；

（9）、可以大大改善铸造生产线的工作环境与生产条件、降低劳动强度、减少能源消耗。

2、陶瓷型铸造

定义：

将金属液浇注到陶瓷铸型中获得铸件的方法，是在砂型铸造和熔模铸造基础上发展起来的一种精密铸造。

分类：

陶瓷型全由陶瓷浆料浇灌而成。

采用衬套,在衬套和模样之间的空隙浇灌陶瓷浆料制造铸型

工艺过程：

砂套→陶瓷浆料的配制及灌浆→起模→喷烧→焙烧（全部由陶瓷浆料灌制的，焙烧温度可高达800℃，焙烧时间2~3h，水玻璃套的陶瓷型，焙烧温度在350~550℃）→浇注与清理

特点

（1）、铸件的尺寸精度高IT3～5、表面粗糙度低Ra10～1.25μm，与熔模铸造铸件的相近。

（2）、可以铸出大型的精密铸件，重量可达十几吨。

（3）、投资少、生产周期短

（4）、由于有灌浆工序，不适合生产批量大、重量轻和形状复杂的铸件，且工艺过程难以实现机械化和自动化。

应用：

陶瓷铸造已成为铸造大型厚壁、精密铸件的重要方法。

如铸造冲模、锻模、玻璃器皿模、压铸模和模板等，可以大大节约加工工时，也可用于生产中型精密铸钢件。

（五）各种铸造方法的比较：

砂型铸造虽有许多缺点，但适应性强，设备简单，是最广泛的方法，特种铸造只是在一定条件下才显优越性。

表1.1常用铸造方法的特点及适用范围

铸造方法

比较项目

砂型铸造

熔模铸造

金属型铸造

压力铸造

离心铸造

适用金属

不限制

不限制，以碳钢和合金钢为主

以有色金属为主

用于有色金属

多用于黑色金属及铜合金

铸件晶粒

粗

粗

细

特细

细

铸件形状

不限制

不限制

不宜复杂

不宜厚壁或壁厚差太大的铸件

适宜回转体的中空铸件

铸件最小壁厚/mm

铝合金＞3

灰铸铁＞4

铸钢＞6

一般0.2～0.7

孔φ1.5～2

铝合金＞2～3

灰铸铁＞4

铸钢＞5

一般0.5～1

孔φ0.7

最小孔为φ7

适合铸件大小

不限制

小型铸件，一般小于25kg

以中小型铸件为主

中小型铸件，一般为10kg以下

不限制

批量

不限制

不限制

大量

大批量

大批量

尺寸精度（IT）

12～9

12～10

12～10

表面粗糙度Ra/μm

粗糙

12．5～1．6

12．5～6．3

3．2～0．8

12．5～6．3，但内孔粗糙

铸件加工余量

大

小或不加工

小

小或不加工

生产率

低、中

低、中

中、高

最高

高

应用举例

机床床身、变速箱、泵体、发动机缸体、电机外壳、皮带轮

刀具、增压器叶轮、工艺品

发动机铝活塞、气缸盖、差速器壳

汽车化油器、喇叭、电器、仪表、照相器材

铸铁污水管、气缸套、活塞环、双金属轴承

（六）、小结

常见的特种铸造：

金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造，其特点和应用。

（七）、布置作业

1、填空题：

常用的特种铸造有、离心铸造、、熔模铸造等。

2、选择题：

（1）、铸造双层金属轴瓦应采用（）。

A、离心铸造；B、压力铸造；C、熔模铸造；D、金属型铸造。

（2）、铸造形状复杂的精密小型零件的毛坯应采用（）。

A、离心铸造；B、压力铸造；C、熔模铸造；D、金属型铸造