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造型工艺技术


放大字体  缩小字体 发布日期:2020-04-20
用型砂及模样等工艺装备制造铸型的过程称为造型。造型方法可分为手工造型和机器造型两大类。

手工造型是全部用手工或手动工具紧实型砂的造型方法,其操作灵活,无论铸件结构复杂程度、尺寸大小如何,都能适应。因此在单件小批生产中,特别是不能用机器造型的重型复杂铸件,常采用手工造型。手工造型生产率低,铸件表面质量差,要求工人技术水平高,劳动强度大,随着现代化生产的发展,机器造型已代替了大部分的手工造型,机器造型不但生产率高,而且质量稳定,是成批大量生产铸件的主要方法。

一、手工造型

手工造型的方法很多:按砂箱特征分有两箱造型、三箱造型、地坑造型等;按模样特征分有整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型和刮板造型等。可根据铸件的形状、大小和生产批量加以选择。常用的手工造型方法介绍如下。

1.两箱整模造型  两箱整模造型过程如图1所示。两箱整模造型的特点是:模样是整体结构,最大截面在模样一端为平面;分型面多为平面;操作简单。整模造型适用于形状简单的铸件,如盘、轴承、盖类。

图1 盘类两箱整模造型过程

2.两箱分模造型  两箱分模造型的特点是:模样是分开的,模样的分开面(称为分模面)必须是模样的最大截面,以利于起模;分型面与分模面相重合。分模造型过程与整模造型基本相似,不同的是造上型时增加放上模样和取上半模样两个操作。套筒的分模造型过程如图2所示。两箱分模造型主应用于某些没有平整表面,最大截面在模样中部的铸件,如套筒、管子和阀体等以及形状复杂的铸件。  

(a)造下型 (b)造上型 (c)开箱、起模 (d)开浇口、下芯 (e)合型 (f)带浇口的铸件
图2 套筒两箱分模造型过程

3.活块模造型  模样上可拆卸或能活动的部分叫活块。当模样上有妨碍起模的侧面伸出部分(如小凸台)时,常将该部分做成活块。起模时,先将模样主体取出,再将留在铸型内的活块单独取出,这种方法称为活块模造型。用钉子连接的活块模造型时,如图3所示,应注意先将活块四周的型砂塞紧,然后拔出钉子。

 

1-用钉子连接活块  2-用燕尾连接活块
图3 活块造型

活块造型的操作难度较大,生产率低,仅适用于单件生产。当产量较大时,可用外型芯取代活块,从而将活块造型改为整模造型,使造型容易,如图4所示。

 

a)取模,下芯  b)合型
图4 用外型芯做出活块

nextpage4.挖砂造型和假箱造型  有些铸件如手轮、法兰盘等,最大截面不在端部,而模样又不能分开时,只能做成整模放在一个砂型内,为了起模,需在造好下砂型翻转后,挖掉妨碍起模的型砂至模样最大截面处,其下型分型面被挖成曲面或有高低变化的阶梯形状(称不平分型面),这种方法称为挖砂造型。手轮的挖砂造型,如图5所示。

 

图5 手轮的挖砂造型过程

a)在假箱上造下型  b)造下型  c)起模、合型
1—下型  2—假箱  3—上型
图6 假箱造型

1—下型 2—最大分型面 3—成型底板
图7 成型底板造型

 

图8 带轮的三箱造型过程

图9 采用外型芯的两箱整模造型

 

图10 采用外型芯的两箱分模造型

三箱分模造型的操作程序复杂,必须有与模样高度相适应的中箱,因此难以应用于机器造型。当生产量大时,可采用外型芯(如环形型芯)的办法。将三箱分模造型改为两箱整模造型,如图9所示和两箱分模造型,如图10所示。以适应机器两箱造型。                             

5.刮板造型  用与铸件截面形状相适应的特制木质刮板代替模样进行造型的方法称为刮板造型。尺寸大于500mm的旋转体铸件,如带轮、飞轮、大齿轮等单件生产时,为节省木材、模样加工时间及费用,可以采用刮板造型。刮板是一块和铸件截面形状相适应的木板。造型时将刮板绕着固定的中心轴旋转,在砂型中刮制出所需的型腔,如图11所示

 

(a)皮带轮铸件 (b)刮板(图中字母表示与铸件的对应部位)
(c)刮制下型  (d)刮制上型  (e)合型
图11 皮带轮铸件的刮板造型过程

6.地坑造型  直接在铸造车间的 砂地上或砂坑内造型的方法称为地坑造型。大型铸件单件生产时,为节省砂箱,降低铸型高度,便于浇注操作,多采用地坑造型。如图12所示,为地坑造型结构,造型时需考虑浇注时能顺利将地坑中的气体引出地面,常以焦炭、炉渣等透气物 料垫底,并用铁管引出气体。

图12 地坑造型结构

二、制芯

为获得铸件的内腔或局部外形,用芯砂或其他材料制成的、安放在型腔内部的铸型组元称型芯。绝大部分型芯是用芯砂制成的。砂芯的质量主要依靠配制合格的芯砂及采用正确的造芯工艺来保证。

浇注时砂芯受高温液体金属的冲击和包围,因此除要求砂芯具有与铸件内腔相应的形状外,还应具有较好的透气性、耐火性、退让性、强度等性能,故要选用杂质少的石英砂和用植物油、树脂、水玻璃等粘结剂来配制芯砂,并在砂芯内放入金属芯骨和扎出通气孔以提高强度和透气性。 nextpage

形状简单的大、中型型芯,可用粘土砂来制造。但对形状复杂和性能要求很高的型芯来说,必须采用特殊粘结剂来配制,如采用油砂、合脂砂和树脂砂等。

另外,型芯砂还应具有一些特殊的性能,如吸湿性要低(以防止合箱后型芯返潮);发气要少(金属浇注后,型芯材料受热而产生的气体应尽量少);出砂性要好(以便于清理时取出型芯)。

型芯一般是用芯盒制成的,其开式芯盒制芯是常用的手工制芯方法,适用于圆形截面的较复杂型芯。其制芯过程见图13。

芯盒常用的材料有木材、金属和塑料。在单件、小批量生产时广泛采用木质模样和芯盒,在大批量生产时多采用金属或塑料模样、芯盒。金属模样与芯盒的使用寿命长达10万~30万次,塑料的使用寿命最多几万次,而木质的仅1000次左右。

(a)准备芯盒  (b)夹紧芯盒,分次加入芯砂、芯骨,舂砂  (c)刮平、扎通气孔
(d)松开夹子,轻敲芯盒  (e)打开芯盒,取出砂芯,上涂料
图13 对开式芯盒制芯

三、机器造型

机器造型的实质是把造型过程中的主要操作----紧砂与起模实现机械化。为了提高生产率,采用机器造型的铸件,应尽可能避免活块和砂芯,同时机器造型只适合两箱造型,因无法造出中箱,故不能进行三箱造型。机器造型根据紧砂和起模方式不同,有气动微振压实造型、射压造型、高压造型、抛砂造型。现介绍两种机器造型机。

1.气动微振压实造型机

以压缩空气为动力,在高频率(700~1000次/min)、低振幅(5~l0mm) 微振下,利用型砂的惯性紧实作用,同时或随后加压紧实型砂的方法。常采用两台造型机配对使用,分别在上型和下型。这种造型机噪音较小,型砂紧实度均匀,生产率高。气动微振压实造型机紧砂原理见图14所示。

a)填砂  b)振击紧砂  c)辅助压实  d)起模
图14 气动微振压实造型机的工作原理

2.多触头高压造型

高压造型的压实比压大于0.7MPa,砂型紧实度高,铸件尺寸精度较高,铸件表面粗糙度低,铸件致密性好,与脱箱或无箱射压造型相比,高压造型辅机多,砂箱数量大,造价高,需造型流水线配套。比较适用于像汽车制造这类生产批量大、质量要求高的现代化生产,我国各大汽车制造厂已有这类生产线的引进。

多触头由许多可单独动作的触头组成,可分为主动伸缩的主动式触头和浮动式触头。使用较多的是弹簧复位浮动式多触头,如图15所示。当压实活塞1向上推动时,触头4将型砂从余砂框3压人砂箱2,而自身在多触头箱体5的相互连通的油腔内浮动,以适应不同形状的模样,使整个型砂得到均匀的紧实度。

多触头高压造型通常也配备气动微振装置,以便增加工作适应能力。

(a)原始位置  (b)压实位置
1-压实活塞  2—砂箱  3—余砂框  4—高压触头  5-多触头箱体
图15 多触头高压造型工作原理

四、浇冒口系统

1. 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:平稳、迅速地注入金属液;阻止熔渣、砂粒等进入型腔;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、降低金属的消耗具有重要的意义。若浇注系统开设的不合理,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16所示。对形状简单的小铸件可以省略横浇道。

图16 典型浇注系统

1) 外浇口  其作用是容纳注入的金属液并缓解液态金属对砂型的冲击。小型铸件通常为漏斗状(称浇口杯),较大型铸件为盆状(称浇口盆)。 nextpage

2) 直浇道   它是连接外浇口与横浇道的垂直通道。改变直浇道的高度可以改变金属液的静压力大小和改变金属液的流动速度,从而改变液态金属的充型能力。如果直浇道的高度或直径太小,会使铸件产生浇不足的现象。为便于取出直浇道棒,直浇道一般做成上大下小的圆锥形。

3) 横浇道   它是将直浇道的金属液引入内浇道的水平通道,一般开设在砂型的分型面上,其截面形状一般是高梯形,并位于内浇道的上面。横浇道的主要作用是分配金属液进入内浇道和起挡渣作用。

4) 内浇道  它是直接与型腔相连,并能调节金属液流入型腔的方向和速度、调节铸件各部分的冷却速度。内浇道的截面形状一般是扁梯形和月牙形,也可为三角形。

2. 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大部位以及最后凝固的部位设置冒口。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。常用的冒口分为明冒口和暗冒口。冒口的上口露在铸型外的称为明冒口,明冒口的优点是有利型内气体排出,便于从冒口中补加热金属液,缺点是明冒口消耗金属液多。位于铸型内的冒口称为暗冒口,浇注时看不到金属液冒出,其优点是散热面积小,补缩效率高,利于减小金属液消耗。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。

五、造型的基本操作

造型方法很多,但每种造型方法大都包括舂砂、起模、修型、合箱工序。

1. 造型模样

模样是铸造生产中必要的工艺装备。 用木材、金属或其它材料制成的铸件原形统称为模样,它是用来形成铸型的型腔。用木材制作的模样称为木模,用金属或塑料制成的模样称为金属模或塑料模。目前大多数工厂使用的是木模。模样的外形与铸件的外形相似,不同的是铸件上如有孔穴,在模样上不仅实心无孔,而且要在相应位置制作出芯头。

2. 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,则木模周围的型砂舂不紧,在浇注的时候金属液容易从分型面的交界面间流出。通常,木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。

使用如图17所示的造型工具可进行各种手工造型。

(2)擦净木模,以免造型时型砂粘在木模上,造成起模时损坏型腔。

(3)安放木模时,应注意木模上的斜度方向,不要把它放错。

 

 

a)浇口棒  b)砂冲子  c)通气针  d)起模针  e)墁刀 
f)秋叶  g)砂勾  h)皮老虎  i)砂箱  j)底板  k)刮砂板
图17 常用手工造型工具

3. 舂砂

(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,而加砂过少又浪费工时。第一次加砂时须用手将木模周围的型砂按紧,以免木模在砂箱内的位置移动。然后用舂砂锤的尖头部位分次舂紧,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。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木模。一般舂砂锤与木模相距20~40mm,否则易损坏木模。

4. 撒分型砂

在造上砂型之前,应在分型面上撒一层细粒无粘土的干砂(即分型砂),以防止上、下砂箱粘在一起开不了箱。撒分型砂时,手应距砂箱稍高,一边转圈、一边摆动,使分型砂经指缝缓慢而均匀散落下来,薄薄地复盖在分型面上。最后应将木模上的分型砂吹掉,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落下来导致铸件产生缺陷。

5. 扎通气孔

除了保证型砂有良好的透气性外,还要在已舂紧和刮平的型砂上,用通气针扎出通气孔,以便浇注时气体易于逸出。通气孔要垂直而且均匀分布。

6. 开外浇口

外浇口应挖成60°的锥形,大端直径约60~80mm(视铸件大小而定)。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。

7. 做合箱线

若上、下砂箱没有定位销,则应在上、下砂型打开之前,在砂箱壁上作出合箱线。最简单的方法是在箱壁上涂上粉笔灰,然后用划针画出细线。需进炉烘烤的砂箱,则用砂泥粘敷在砂箱壁上,用墁刀袜平后,再刻出线条,称为打泥号。合箱线应位于砂箱壁上两直角边最远处,以保证x和y方向均能定位。两处合箱线的线数应不相等,以免合箱时弄错。做线完毕,即可开箱起模。

8. 起模

(1)起模前要用水笔沾些水,刷在木模周围的型砂上,以防止起模时损坏砂型型腔。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。

(2)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。

(3)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. 合型

将上型、下型、型芯、浇口杯等组合成一个完整铸型的操作过程称为合型,又称合箱。合型是制造铸型的最后一道工序,直接关系到铸件的质量。即使铸型和型芯的质量很好,若合型操作不当,也会引起气孔、砂眼、错箱、偏芯、飞边和跑火等缺陷。合型工作包括:

(1)铸型的检验和装配  检查型芯是否烘干,有无破损。下芯前,应先清除型腔、浇注系统和型芯表面的浮砂,并检查型腔形状、尺寸和排气道是否通畅。型砂在砂型中的位置应该准确稳固,避免浇注时被液体金属冲偏,在芯头与砂型芯座的间隙处填满泥条或干砂,防止浇注时金属液钻入芯头而堵死排气道,然后导通砂芯和砂型的排气道。最后,平稳、准确地合上上型: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)铸型的紧固  为避免由于金属液作用于上砂箱引发的抬箱力而造成的缺陷,装配好的铸型需要紧固。单件小批生产时,多使用压铁压箱,压铁重量一般为铸件重量的3~5倍。成批、大量生产时,可使用压铁、卡子或螺栓紧固铸型。紧固铸型时应注意用力均匀、对称;先紧固铸型,再拔合型定位销;压铁应压在砂箱箱壁上。铸型紧固后即可浇注,待铸件冷凝后,开箱落砂清除浇冒口便可获得铸件。
 
 
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