砂型铸造的生产过程包括技术准备、生产准备和工艺过程3个环节。

1.技术准备

在铸造生产开始前,应根据零件的结构特点、技术要求、生产类型以及生产条件等,制订出铸造工艺方案,作为指导制模、造型、浇注等过程的工艺文件。铸造工艺设计的内容主要包括确定浇注位置和分型面、加工余量和收缩量、浇注系统和补缩系统等。

(1)浇注位置和分型面的选择。浇注位置是指浇注时铸件在铸型中的位置。在确定浇注位置时,需要遵循许多原则,主要以保证铸件质量为前提,同时尽量做到简化造型工艺和浇注工艺。

为完成造型、取模、设置浇冒系统和安装砂芯等需要,砂型型腔必须由两个或两个以上的部分组合而成,铸型的分割或装配面被称为分型面。铸型的分型面主要由铸件的结构和浇注位置所决定。

(2)确定主要工艺参数。在确定了铸件的铸造工艺方案后,还需正确选择收缩率、机械加工余量、拔模斜度等工艺参数。通常,用铸件做毛坯的机械零件比较复杂。但考虑到铸造工艺的特点以及为后续成形提供方便,有时需对铸件结构进行适当简化。

(3)浇注系统设计。浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道,通常由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道等组成,如图3-11所示。浇注系统必须确保液态金属能够平稳而合理地充满型腔。

图3-11　铸件的浇铸系统

1.浇口杯 2.直浇道 3.横浇道 4.内浇道

(4)补缩系统设计。为了消除由于金属的液态收缩和凝固收缩而产生的缩孔和疏松,在铸造工艺上普遍采用设置冒口、冷铁等工艺措施,以控制铸件的凝固过程,补充铸件的液态收缩。为了确保铸件内部致密,冒口的凝固时间必须大于或等于铸件被补缩部分的凝固时间,冒口应具有足够大的体积,以保证有足够的金属液补充铸件内的体收缩,在铸件凝固过程中,冒口与被补缩部位之间应有通畅的补缩通道。为了增加铸件局部冷却速度,在铸型局部区域设置激冷能力强的材料做冷铁,例如铸铁、铸钢或石墨等。

2.生产准备(www.daowen.com)

(1)设计模样和芯盒。在造型时,为获得与铸件形状和尺寸相适应的铸型空腔,必须用一个与铸件的形状和尺寸相适应的模样。模样决定了铸型型腔即铸件外部轮廓的形状和尺寸。它除了要比铸件尺寸大出一个收缩量外,还要有合箱时放置型芯用的芯头。同样,对于有孔或其他中空的铸件,需由型芯来获得,此时要制作用于制造型芯的芯盒。芯盒决定了铸件内部的形状和尺寸。

(2)制备型(芯)砂。在砂型铸造中,由型(芯)砂制成的铸型或型芯应具有一定的强度、透气性、退让性和溃散性。其性能除与造型时的紧实程度有关外,主要取决于型砂的成分。通常,型砂是由原砂(例如石英砂、铬铁矿砂或锆英砂等)、黏结剂(黏土、水玻璃或树脂等)和附加物等按一定比例混制而成的混合料。其中,原砂是型砂组成中的基本部分,决定了型砂的耐火度。黏结剂的作用是使原砂颗粒黏结在一起,使型砂具有适当的强度。砂型铸造黏结剂可以分为无机黏结剂(包括黏土、膨润土、水玻璃)和有机黏结剂(包括植物油、合脂、树脂)两大类。型砂制备是根据对型(芯)砂的性能要求,将一定配比的各种组成物通过混碾等操作,使之成为成分均匀和松散的符合造型和制芯要求的型(芯)砂。

3.工艺过程

砂型铸造的基本工艺过程如图3-12所示。

图3-12　砂型铸造的基本工艺过程

(1)造型和制芯。制造砂型的过程称为造型,制造砂芯的过程称为制芯。

造型和制芯方法按照机械化程度可以分为手工造型(制芯)和机器造型(制芯)两大类。其中,手工造型是指用手工完成向砂箱填砂和紧实型砂、起模及合箱等基本操作的造型过程。机器造型则是指用机器全部完成或大部分操作的造型工序。手工造型简单,适用于单件或小批量生产。机器造型可以大幅度提高劳动生产率,提高铸件精度和表面质量,适用于大批量生产。

(2)合箱。合箱是把砂型和砂芯按要求组合在一起成为完整铸型的过程,也是砂型铸造生产中的重要环节。

(3)浇注。浇注是向铸型中充填液态金属的过程。为了获得合格的铸件,需要根据合金的种类、铸件的结构和铸型的特点控制浇注温度和浇注速度。

(4)落砂和清理。铸件在砂型中冷却到一定温度后清除型砂和芯砂的工艺过程称为落砂。

落砂后的铸件需要用锯床或气割等方法去除浇冒口,清除铸件内外表面的粘砂、披缝和毛刺等,并通过喷丸处理提高铸件的表面质量。清理好的铸件在经过表面和内在质量检验合格后就可以入库并交付用户。