铸造工艺及工装设计课件.ppt

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1、第一章 铸造工艺设计概念,第一节 铸造工艺设计的概念、设计依据、内容及程序,铸造工艺设计,要求根据零件的结构特点，技术要求，生产批量和生产条件，确定铸造方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等技术文件的过程。,一、铸造生产的特点,第一节 铸造工艺设计的概念、设计依据、内容及程序,适应范围广可制造各种合金。如铸铁、铸钢、铸铜等 铸件尺寸精度高成本低,二 设计依据,3 考虑经济性,第一节 铸造工艺设计的概念、设计依据、内容及程序,1）铸件零件图2）零件的技术要求3）产品数量级生产期限,1）设备能力2）车间原料3)工人技术水平和生产经验4）模具及装备的加工能力,1 生产任务,2 生产条件,第一节

2、 铸造工艺设计的概念、设计依据、内容及程序,三 设计内容和程序,1 内容,1）根据零件图绘制铸造工艺图2）根据工艺图绘制铸件图3）铸型装配图4）铸造工艺卡5）铸件操作工艺规程6）铸件模具及工装的设计图7）数值模拟,第一节 铸造工艺设计的概念、设计依据、内容及程序,三 设计内容和程序,2 程序,1）零件的技术条件及结构工艺性分析2）选择铸造及造型方法3）确定浇注位置及分型面4）选择工艺参数 5）设计浇冒系统以及冷铁，铸肋6）砂芯设计7）在完成工艺图基础上，绘制铸件图8）在完成砂箱图基础上 绘制铸型装配图9）编制工艺卡10）在工艺图基础上设计模具图与模具装配图,第二节 铸造工艺设计经济指标和环境保

3、护的关系,第二章 铸造工艺方案的确定,第一节 零件结构的铸造工艺性,零件结构的铸造工艺性,1 功用设计2 依据铸造经验修改和简化设计3 熔化设计4 经济效益,零件结构应符合铸造生产的要求，易于保证铸件品质，简化铸造工艺过程和降低成本,零件设计步骤,1 审查零件结构是否符合铸造工艺的要求2 分析铸造过程中可能出现的主要缺陷，在工艺设计中采取措施加以防止,审查、分析零件图的作用,第一节 零件结构的铸造工艺性,审查的主要方面,一 从避免缺陷方面审核铸件结构二 从简化铸造工艺改进零件结构三 加工基准和某些技术条件的合理性,从避免缺陷方面审核铸件结构,1 铸件应有适宜的壁厚，2 铸件壁的连接应逐渐过渡（

4、避免热节）3 铸件的内壁薄于铸件外壁（内外散热有别）4 壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止出现热节5 有利于补缩，和实现顺序凝固6 防止铸件翘曲变形7避免浇注位置上有水平的大平面结构,第一节 零件结构的铸造工艺性,1 铸件应有适宜的壁厚,主要原因：1）避免冷隔和浇不足2）合金成分3）浇注温度4）铸件尺寸大小5）铸型本身的冷却能力,第一节 零件结构的铸造工艺性,两壁成直角连接就形成热节，收缩时一旦受阻，就易形成裂纹，为此壁与壁之间应以圆角过渡。,2 铸件壁的连接应逐渐过渡（避免热节）,第一节 零件结构的铸造工艺性,第一节 零件结构的铸造工艺性,由于散热条件的差异，避免产生较大的应力。,3 铸件的内

5、壁薄于铸件外壁（内外散热有别）,4 壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止出现热节,5 有利于补缩，和实现顺序凝固凝固收缩体积亏损（孔 松）补给（重力 压力）液体在顶端,第一节 零件结构的铸造工艺性,第一节 零件结构的铸造工艺性,6 防止铸件翘曲变形（上表面散热快，上表面边缘先结壳）7避免浇注位置上有水平的大平面结构,二 从简化铸造工艺改进零件结构,第一节 零件结构的铸造工艺性,1 改进妨碍起模的凸台，凸缘和肋板的结构2取消铸件的外表侧凹3 改进铸件内腔结构以减少砂芯4 减少和简化分型面,1 改进妨碍起模的凸台，凸缘和肋板的结构,2取消铸件的外表侧凹,第一节 零件结构的铸造工艺性,5 有利于芯子的排

6、气和固定,3 改进铸件内腔结构以减少砂芯,4 减少和简化分型面,第一节 零件结构的铸造工艺性,6 减少清理铸件的工作量,7 简化模具的制造,第一节 零件结构的铸造工艺性,8 大型复杂件分体铸造和简单小件联合铸造,第一节 零件结构的铸造工艺性,第二节 造型、造芯方法的选择,一 造型方法的选择,1 优先选用湿型2 造型及造芯方法的选择应与实际生产相适应3 造型方法应适合工艺条件4 要兼顾成本,应用湿型注意的问题,(1）铸件过高，金属静压力超过湿型的抗压强度时，考虑干型等(2）铸件上部有较大的水平壁(3）造型过程长或需长时间等待浇注的砂型(4）型内防止冷铁较多时，应避免使湿型，表干型的烘干深度一般在

7、1580mm,1）手工造型，一般选用普通粘土2）机器造型，一般膨润土，造型3）干、湿铸型的比较,第二节 造型、造芯方法的选择,A 干铸型比湿铸型强度高高度较高，轮廓较大的铸型用干型大平面铸件用干型B 干比湿抗压能力强C 干比湿耐高温能力强D干型内腔空气润湿度高E 金属凝固时间长用于干型干型（表面干型，铸型表面2030mm，全干型）,第二节 造型、造芯方法的选择,干、湿铸型的比较,第三节 浇注位置的确定,铸件在浇注时在型内所处的位置与状态,一、浇注位置,1、找出铸件三大重要部位2、考虑如何避免缺陷3、控制凝固,1）重要的机械加工面2）重要的受力面3）重要的承压面,1）厚大部分容易出现收缩缺陷2）

8、薄壁部分易出现浇不足，冷隔，3）大平面易出现鼠尾夹砂4）壁厚差距大部分易出现应力集中，裂纹,第三节 浇注位置的确定,二 浇注位置的确定原则,1 铸件的中重要部分应尽量置于下部2 重要加工面应朝下或呈直立状态3使铸件的大平面朝下，避免夹砂结疤类缺陷4 应保证铸件能充满5 有利于铸件的补缩6 要注意保证砂芯在铸型中的稳定，排气顺畅，下芯检验方便,1 铸件的中重要部分应尽量置于下部。下部分在静压力作用下凝固并得到补缩，组织致密,2 重要加工面应朝下或呈直立状态,第三节 浇注位置的确定,第三节 浇注位置的确定,3 使铸件的大平面朝下，避免夹砂结疤类缺陷,4 应保证铸件能充满,5 有利于铸件的补缩（要补

9、的东西置于上面）顺序凝固条件，要便于安放冒口和发挥冒口的补缩,6 要注意保证砂芯在铸型中的稳定，排气顺畅，下芯检验方便,第四节 分型面的选择,铸型相互接触的表面，就叫分型面目的：建造一个较为完整的铸型工艺：选择分型面 与：生产批量、造型方法，选用材料有关,一 概念,第四节 分型面的选择,分型面的选择并非是唯一的。它是根据铸件的结构及质量要求以及生产条件和生产批量包括其经济性而定的。只要充分分析测算总能找出最优方案。,二 分型面选择原则,第四节 分型面的选择,1 应使铸件全部或大部置于同一半型内2 应尽量减少分型面的数目和活块的数目3 分型面应尽量选择平面4 便于下芯，合程和检查，型腔尺寸5 不

10、使砂箱过高6 受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度 7 注意减轻铸件清理和机械加工量,1 应使铸件全部或大部置于同一半型内。这一条的目的就是防止错位引起的尺寸偏差，即使铸件不能全部置于同一半型内，也应将加工面和加工基准放在同一铸型内。分型面给铸件质量带来的影响A 合型对准误差引起的错型B 合型不严引起的铸件尺寸增加 最小为0.38mmC 增加了铸件的坡逢,第四节 分型面的选择,2 应尽量减少分型面的数目和活块的数目。,第四节 分型面的选择,3 分型面应尽量选择平面,4 便于下芯，合程和检查，型腔尺寸,第四节 分型面的选择,5 不使砂箱过高6 受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度,第四节

11、 分型面的选择,第三章 砂芯设计及铸造工艺设计参数第一节 砂芯设计,1）确定砂芯的形状、个数和下芯顺序2）设计芯头结构和核算芯头大小3）砂芯的通气和加强,一 概念,1 砂芯的功用,用来形成铸件的内腔、孔和铸件外形 不能出砂的部位和砂型局部要求特殊性能的部分,2 砂芯应满足 的要求,符合铸件要求具有足够高的强度和刚度，砂芯产生的气体及时排出型外，铸件收缩时，阻力小和容易清砂。,3 砂芯的设计内容,第一节 砂芯设计,二 砂芯分块及分盒面选择的基本原则,1 保证铸件内腔尺寸精度2 保证芯盒的活块量最小，以保证操作方便3 砂芯分块是，要注意砂芯的强度，并尽可能保证定位准确，支撑稳固，排气顺畅。4 应尽

12、量减少砂芯的数目5 保证铸件壁厚均匀，即起模、斜度和模样一致6 填砂面应宽敞，烘干支撑面是平面7 砂芯形状适应造型，制芯方法,1 保证铸件内腔尺寸精度凡铸件内腔尺寸要求较严的部分，应由同一半砂芯形成，避免为分盒所分割，更不易划分为几个砂芯,第一节 砂芯设计,2 保证芯盒的活块量最小，以保证操作方便3 砂芯分块是，要注意砂芯的强度，并尽可能保证定位准确，支撑稳固，排气顺畅。4 应尽量减少砂芯的数目,第一节 砂芯设计,5 保证铸件壁厚均匀，即起模、斜度和模样一致,6 填砂面应宽敞，烘干支撑面是平面,第一节 砂芯设计,7 砂芯形状适应造型，制芯方法,第一节 砂芯设计,二 芯头设计,定义：指伸出铸件以

13、外不与金属接触的砂芯的部分作用：支撑、定位、排气组成：长度，斜度，间隙，压环，防压环和积砂槽等,1 长度：指的是砂芯伸入铸型部分的长度，垂直芯头的长度通常称为芯头的高度,压环：为了不让金属液钻入芯头而在芯头根部制出一个凸，一般r=1.5 6mm防压环：在芯头根部制出一个高0.52mm，宽512mm的凹槽。以防下芯时将砂芯碰坏。,需注意：1）对于细而高的砂芯：上下应均留有芯头2）对于粗而矮的砂芯：常不用上芯头，以方便合程3）对于截面的或上下对称的砂芯，上下芯头可设计相同的高度和斜度4）压环和防压环,第一节 砂芯设计,为下芯方便通常在芯头和芯座之间要留有间隙，这些取决于铸型种类、砂芯尺寸、精度及芯

14、座本身的精度，一般为0.26mm。注意：当砂芯上有多个芯头时，应当只设两个作为空位，甚至只作支撑或引缝，可放大间隙。,第一节 砂芯设计,2 砂芯斜度,上型部分斜度要大于下型部分,3 芯头间隙,4 芯头承压面积的核算,计算的最大浮芯力,铸型的许用应力；,安全系数k=1.31.5；,芯头承压面积,一般 湿型,=4060MPa,活化膨润土湿型,=60100MPa,干型,=0.60.8MPa,第一节 砂芯设计,5 特殊定位芯头,第一节 砂芯设计,第二节 铸造工艺设计参数,工艺参数,铸型工艺设计时需要确定的某些数据统称为工艺参数。如铸件收缩率，机械加工余量，起模斜度，最小铸出孔尺寸，工艺补正量，分型负数

15、，反变形量，非加工壁厚的负裕量，砂芯负数及分型负数等,一、铸件的尺寸公差,指的是铸件各部分尺寸允许的极限偏差。它是设计和检验铸件尺寸的依据。规定了各种造型方法下的铸件尺寸公差。公差由精到粗分16级，命名为CT1CT16一般壁厚公差可降低图纸尺寸公差一个等级执行。,第二节 铸造工艺设计参数,二、铸件质量公差,铸件质量公差指的是占铸件公称质量的百分率为单位铸件质量变动的允许值。公称质量包括加工余量和其它工艺余量在内的铸件质量。公称质量一般是通过双方抽定的不少于10件铸件质量的平均值。铸件质量等级按尺寸公差等级同等要求，,第二节 铸造工艺设计参数,三、加工余量,1）GB/T1135089，规定了加工

16、余量的数值、确定方法、检验及评定规则，并与铸件尺寸公差配合使用。2）加工余量分9级，AH。3）加工余量标注方法：GB/T11350CTxxMA x/x级4)上表面、孔降一级设计，底、侧同级设计。,铸件工艺设计时预先增加的，在机械加工时又被切去的金属层厚度。,第二节 铸造工艺设计参数,铸造收缩率K定义为：,四、铸造收缩率,模样尺寸,一般铸铁0.81.0%铸钢1.5 2.0%有色1.5%,铸件尺寸,第二节 铸造工艺设计参数,五、起模斜度（拔模斜度）,1、概念：为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一空斜度，以免损坏砂型或砂芯。这个斜度称为起模斜度。,第二节 铸造工艺设计参数,2、计注意事项1）起

17、模斜度应在铸件设有结构斜度的、垂直于分型面（分盒面）的表面上应用。2）起模斜度应小于或等于产品图上所规定的起模斜度值。3）外模斜度和芯盒斜度应取值相同且方向一致。4）在加工面上应采用增加加工余量的方法，在非加工表面上按铸件允许尺寸公差采用增加或减小铸件尺寸的方法。5）铸模手工造型时，起模斜度应标注毫米数，机器加工时，应标注角度。,第二节 铸造工艺设计参数,3、图纸标注方式,第二节 铸造工艺设计参数,如何选择应注意以下几点：1）根据手册有关数据参数决定；如书P245表3-3-82）芯子的强度及空位是否合适；3)是否影响位置公差；4)是否影响机加工，同时考虑经济性。,六、最小铸出孔及槽,第二节 铸

18、造工艺设计参数,概念：因工艺需要在铸件相应非加工面上增加的金属厚度称为工艺补正量加工面上采用增大加工余量的方法来解决。,注意事项：工艺补正量只适用在单件小批量生产中使用大批或成批生产时可调整模具的位置来解决工艺补正量只是各经验数据，使用时应谨慎,七、工艺补正量,第二节 铸造工艺设计参数,八、分型负数,1、概念：为了保证铸件尺寸精度，在制订工艺时，为抵消铸件在分型面部位增厚（在垂直分型面的方向上尺寸增大），在摸样上相应减去的尺寸，叫分型负数。2、注意事项1）用干型、表干型制造铸件时，一定要考虑分型负数。2）大型湿型如有防跑火材料也应适当考虑，一般铸型不予考虑3、标注方式：用红笔虚线或写明,第二节

19、 铸造工艺设计参数,九、反变形量,由于铸件冷却时，冷却较缓慢的一侧必定受拉应力，而产生内凹变形，冷却较快的一侧必定受压应力而发生外凸变形。此数据属经验数据，可根据本厂经验和铸型特点选用，一般为12.5mm，加工面可用加大加工余量解决。,第二节 铸造工艺设计参数,十、砂芯负数,概念：为保证铸件尺寸准确，将芯盒尺寸减去一定量，这个量就叫砂芯负数。,十一、非加工壁厚的负余量,为保证铸件尺寸，凡形成非加工壁厚的木模或芯盒内的肋板厚度尺寸应小于图纸尺寸，所减小的尺寸称为非加工壁厚的负余量,十二、分芯负数,由于砂芯的分割制造在接缝处留有分芯间隙，所以在工艺中将砂芯尺寸小于图纸尺寸，这个被减去的尺寸称为分芯

20、负数,第二节 铸造工艺设计参数,第四章 浇注系统设计,2、浇注系统的组成:浇杯口、直浇道、直浇道窝、横浇道、内浇道。,一、概念,1.什么是浇注系统：引导金属液进入铸型型腔的一系列通道的总称。例如：引水灌溉一样，有主、分管道，在浇注系统中同样存在这样的形式,1.金属液在浇注系统中的紊流流动,当Re2300时为层流，反之为紊流实验证明：金属液在铸型浇注系统中的Re2300.即为紊流流动，这样不利于液体中的杂质有序分离上浮。,二 浇注系统对铸件质量的影响,用雷诺数,V为流体的速,D为管道直径,流体的运动粘度,2、金属液的填充热度3、金属液对型芯的冲击4、均匀铸件（铸型）温度场大量的金属液从一个位置引

21、入易引起局部过热，引起倒抽、粘砂、缩孔、缩松。5、系统中的气体易形成低压区域，引起系统吸气。,三、对浇注系统基本要求,1）所确定的内浇道的位置、方向和个数应符合铸件的凝固原则或补缩方法；2）在规定的浇注时间内充满型腔3）提供必要的充型压力头，保证铸件轮廓、棱角清晰；4）使金属液流的平稳，避免严重的紊流。防止卷入、吸收气体和使金属过渡氧化5）具有良好的阻渣能力6）金属液进入型腔时线速度不可过高，避免飞溅，冲刷型壁或砂芯；7）保证型内金属液面有足够的上升速度，以免形成夹砂结疤、皱皮、冷隔等缺陷。,8）不破坏冷铁和芯撑的作用9）浇注系统的金属消耗小，并容易清理10）减小砂型体积，造型简单，模样制造容

22、易。此外注意，对于较小铸铁件外用浇口带帽口补缩，大批流水线生产的球铁件可冲设型内孕育室。归纳起来可以是下列三个方面：A控制流经浇注系统的金属液充填型腔和形成铸件的全过程。B浇注系统的布局合理C设计的浇注系统经济,1、砂眼2、夹渣3、气孔4、冷豆5、未浇满6、冷隔,四、浇注系统可能造成的主要缺陷,第一节 浇注系统各组织的作用及水力学现象,一、金属在型砂中流动的水力学特点,1）合金液的运动的边界条件，即合金液 截面上各点的压力P大于型壁处气体压力Pa时呈充满流动,系统充满条件的PPa,2）充型过程中合金液和铸型之间均伴有激烈的热作用、机械作用和化学作用,冲刷、侵蚀、热交换、吸气氧化,5）合金液为多

23、相混合流动有气体、杂质、固体粒子等,第一节 浇注系统各组织的作用及水力学现象,3）浇注过程是不稳定流过程。即充型过程中冲型有效压力在变小、型内气压非恒定、故决定了冲型液流的不稳定,4）合金液在浇注系统中一般呈紊流状态。雪诺系数Re当Re2320时为紊流 而合金液最小也大于6000 Re2320时为层流,1）浇口杯的作用：便于承接金属液 减轻液流对铸型的冲击 分离渣气 提高金属静压头 2）液流形态由于水平冲力的存在易使杯内的金属成涡流流动，故浇杯在浇注时应充满，以使渣气分离上浮。,第一节 浇注系统各组织的作用及水力学现象,二、浇注系统,1、浇口杯,1）作用：引导金属液自下进入横、内浇道和型腔；保

24、证金属静压头。,2）流动形态：系统中的流动呈充满或非充满状态，非充满易引起“吸气”金属液流的缩径现象,2、直浇道,第一节 浇注系统各组织的作用及水力学现象,3直浇道窝 1）作用 缓冲作用 缩短 直横拐弯处的高度紊流区（速度高的直横入口处压力较低）改善内浇道的流量分布 减小直横拐弯处的液流阻力 浮出金属液中的气泡,第一节 浇注系统各组织的作用及水力学现象,2）直浇道窝的大小：直交道窝直径为直交道下端直径的1.42倍，高度为横浇道高度的 2倍，侧壁在能顺利拔模条件下尽量垂直，底部做成平面，转角处避尖角。,第一节 浇注系统各组织的作用及水力学现象,1）作用：引导足够量的金属液平衡、洁净的流入内浇道

25、阻渣2）流态基本为平稳流动，在系统内半径大的渣团有利于上浮，渣团应上浮离开内浇道吸动区，要有足够上浮时间。3）横浇道发挥阻渣作用应具备的条件。横浇道应呈充满流态 流速应可能低 内浇道的位置关系要正确 位置正确的内浇道 a内浇道距直交道应足够远（超过吸动区）b有正确的横浇道末端延长区（容纳低温金属液和含气及渣污的金属液）。末端延长的长度应在75150mm。,4、横浇道,第一节 浇注系统各组织的作用及水力学现象,3）封闭式浇注系统的内浇道应位于横浇道的下部，且和横浇道具有同一底面。开放式浇注系统的内浇道应重叠在横浇道之上。且搭接面积要小，但应大于内浇道的截面积，靠横浇道顶面末端区粘附和储存渣滓。,

26、4）封闭式浇注系统的横浇道应高而窄，大小一般取（高度/宽度）=2内浇道应扁而薄以降低其吸动区。,第一节 浇注系统各组织的作用及水力学现象,5）内浇道应远离横浇道的弯道：应尽量使用直的横浇道，内浇道同横浇道的连接一般应为直角，当需环形切线引入时，内浇道应向后开设（呈钝角）,强化横浇道阻渣的措施 设置筛网芯的浇注系统 设置集渣色的浇注系统 横浇道上局部加高加大的部分将为集渣区,注意几点：筛网安放的目的是下部粘附渣团，而不是过滤，孔径为 48mm的锥孔，安放时孔眼呈上小下大状态，以过滤为目的的滤网孔径为24mm 用玻璃纤维或钢丝陶瓷等制成，安放在直横浇道或横浇道上,第一节 浇注系统各组织的作用及水力

27、学现象,第一节 浇注系统各组织的作用及水力学现象,5内浇道,1）作用：控制充型速度和方向分配金属调解铸件各部位温度和凝固顺序,2）流态的影响因素交口杯的影响 内浇道流量的不均匀性,3）远离直交道的内浇道的流量大且先得到金属液，液体首先在末端充满，形成末端高压而靠近直浇道低压的态势，形成流量分布不均匀,4）当总压头小，横浇道长时，金属液在横浇道沿途的阻力大，也会出现近处内浇道先得金属液的现象,内浇道在铸件上的位置和数目应服从既定的原则。对同时凝固，内应开在铸件薄壁处、宜数量多，分散布置，以均匀温度场。对于顺序凝固，应开在厚壁处，且与冒口关联，金属液经过冒口进入型腔，以提高冒口补缩效率。,6、内浇

28、道设计原则,第一节 浇注系统各组织的作用及水力学现象,6、内浇道设计原则,不得冲击细小砂芯、型壁、冷铁和芯撑又要对切线引入，但要注意引起转运动 内浇道与铸件接触的界面尽量利于阻渣、利于清理 对簿壁铸件可用多设内浇道的系统实现补缩 铸件尽量要求高的部位避免设内浇道 内浇道方向应力求一般，以防金属液在型内碰撞，混流、有利于充型平稳、排气、排渣 为制造方便，内浇道尽量设在分型面上 内浇道的设置不得妨碍铸件的补缩,第一节 浇注系统各组织的作用及水力学现象,假设：液态金属为理想的流体，且全部阻力为零，在P 则系统为充满状态。但实际过程中，阻力是不容忽视的,第二节 浇注系统的基本类型及选择,一、浇注系统的

29、充满理论,第二节 浇注系统的基本类型及选择,1、按系统各组分截面积比例分1）封闭式浇注系统：正常浇注条件下，所有组元能为金属液充满的浇注系统。也成为充满式浇注系统。即,二、浇注系统的分类,优点,1、阻渣能力高 2、防止金属液卷入气体3、消耗金属少4、清理方便,缺点,1、充型速度高，易产生喷溅和充砂，使金属氧化 2、金属液面上升不平稳,适宜范围,铸铁小件生产,第二节 浇注系统的基本类型及选择,2）开放式浇注系统：在正常浇注条件下，金属液不能充满所有组元的浇注系统。即,优点,1、充型速度低，充型平稳 2、冲力小，不易氧化,缺点,1、阻渣性能差 2、消耗金属高 3、易“吸气”,适宜范围,有色金属，球

30、铁件,第二节 浇注系统的基本类型及选择,闭式浇注系统的内浇道应位于横浇道的下部，且与封横浇道具有同一底面。使先入的冷却金属液靠惯性流到内浇道，纳入横浇道末端区。开放式浇注系统的内浇道应重迭在横浇道之上，且搭接面积要小，但应大于内浇道截面积,3）内浇道的设置,第二节 浇注系统的基本类型及选择,4）、半封闭半开放式系统：即在横浇道上设阻流截面的系统,如,第二节 浇注系统的基本类型及选择,2、按浇注系统在铸件浇注时的位置分类,1）、顶注式浇注系统。即：内浇口设在铸件顶部,优点,1、有利于形成自下而上的温度梯度，实现顺序凝固 2、系统结构简单，金属消耗少3、清理方便,缺点,1、冲击力大，充型不平稳2、

31、易氧化，吸气,第二节 浇注系统的基本类型及选择,2）底注式浇注系统 内浇道设在型腔的底侧成底下的浇注系统,1、温度场的速度不利于顺序凝固和冒口补缩 2、浇口部位局部过热易引起缩孔、缩松 3、对高大的薄壁铸件易产生浇不足现象,1、充型平稳 2、无论浇口比如何，横浇道基本处于充满状态，利于阻渣3、型腔内气体有序排出,优点,缺点,第二节 浇注系统的基本类型及选择,3）中注式浇注系统 从铸件中间某一高度面上开设内浇道的成为中间注入式浇注系统。,4）阶梯式浇注系统在铸件不同高度上开设多层内浇道的成为阶梯式浇注系统。,第二节 浇注系统的基本类型及选择,1、选择浇注系统的类型 2、确定内浇道在铸件上的位置，

32、数目和引入方向 3、决定直浇道的位置和高度 4、计算浇注时间并核算金属上升速度 5、计算阻流截面积 6、确定浇口比并计算各组元截面积 7、绘出浇注系统图形,第三节 浇注系统的计算,一、浇注系统的设计步骤,二、计算阻流截面的水力学公式,1、奥赞公式,1）把浇注系统视为充满流动的金属液通道2）型腔内气体压力等于大气压力，且压力不变,则：,假设,2、Hp的均定,3、浇注时间,a、对金属型冲击大b、易造成胀砂、抬箱c、浇注系统大，工艺出品率低,1）快浇,优点,a、易充满铸型（温度损失小）b、减少皮下气孔倾向c、较少夹砂结疤缺陷d、对于HT、QT充分利用共晶膨胀消除缩孔、缩松缺陷,缺点,适应于：薄壁的复

33、杂件，铸型上半部有薄壁的铸件，大平面铸件，底注但有顶冒口铸件，易氧化的合金铸件,适应于：型内芯子多，顶住法浇注体收缩大的合金,2）慢浇,优点,a、金属对型壁的冲刷作用轻b、可防止胀砂、抬箱c、浇注系统消耗金属少,缺点,a、浇注期间易形成夹砂结疤和粘砂等缺陷b、易出现冷隔、浇不到及铸件表皮皱纹c、降低造型流水线的生产率,3）t的确定,可根据手册中的经验公式确定不同合金不同重量下的浇注时间。也可用经验公式,k：为与壁厚有关的经验系数 m：浇注质量（kg）,正常流量系数指的是阻流断面的流量系数.一般通过水力学模拟式和经验确定：下面推荐铸铁件的值。各合金可查手册获得,4、流量系数的确定,具体几种情况值

34、要修正,5、金属液在型内的上升速度,c铸件高度 t浇注时间,6、直浇道的高度（即最小剩余压力头）,1）开放式浇注系统 S阻=S直2）封闭式浇注系统 S阻=S内3）半封闭半开放浇注系统 横浇道上单设S阻,7、确定S阻,根据手册选定，然后在试验修正,8、确定浇口比及组元截面积,9、铸件锰量的估算,第五章 冒口、冷铁和铸肋,设置冒口、冷铁和铸肋是常用的工艺措施，主要因素防止缩孔、缩松、裂纹和变形等缺陷的产生。,第一节 冒口的种类及补缩原理,1、在铸件形成过程中提供由于体积变化而需要补偿的金属液以防止在铸件中出现收缩类缺陷。2、排气和集渣、溢流,一、冒口定义,二、冒口的作用,是铸型内用以储存金属液的空

35、腔,三、冒口的种类,通用冒口适用于各种合金铸件，遵守顺序凝固的基本条件,四、通用冒口补缩原理,1）冒口凝固时间大于或等于逐渐（被补缩部分）的凝固时间。2）有足够的金属液补充铸件的液态补缩和凝固收缩，补偿浇注后型腔扩大的体积。3）在凝固期间，冒口和被补缩部位之间存在补缩通道，扩张角向着冒口。注意：冒口的补缩距离是有足够，冒口位置的选择比较关键。,1、冒口补缩的基本条件,2、选择冒口位置的原则,1）冒口应就近设在铸件热节的上方或侧旁。2）冒口应尽量设在铸件的最高最厚的部位（对低处的热节增设补贴或使用冷铁，建立补缩的有利条件）,2、选择冒口位置的原则,3）冒口不应设在铸件重要的，受力大的部位。以防组

36、织粗大降低强度4）冒口位置不要选在铸造应力集中处，应注意减轻对铸件收缩的阻碍，以免引起裂纹。5）尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件,6）冒口布置在加工面上，可节约铸件精整工时，零件外观好。7）不同高度上的冒口，应用冷铁使各个冒口的补缩范围隔开。,2、选择冒口位置的原则,3、冒口的有效补缩距离的确定,即：冒口作用区与末端区之和 冒口自身能补给的范围叫冒口区,3、冒口的有效补缩距离的确定,各种简单几何体的冒口有效补缩距离手册中均有经验核算公式，但应注意几点 1）b随a的增大而增大 2）垂直补缩距离至少等于水平补缩距离 3）杆件比板件补缩距离小 4）铸铁高牌号比低牌号小 因高牌号共晶度低，结晶温度

37、范围宽，共晶转变前析出奥氏体阻碍补缩。,冷铁的安放增加了激冷端，扩大了冒口末端区。,4、外冷铁对冒口作用的影响,为实现顺序凝固和增强补缩效果，在靠近冒口的铸件壁厚上补加的倾斜的金属块称为补贴增加补缩距离，保证补缩通道，在加工时去除在铸钢件上多数采用，特别是垂直外铁的应用,5、补贴,补贴种类,补贴厚度=壁厚补偿系数,5、补贴,也可用滚圆法：,1）提高冒口中气漏性的补缩压力。如：大气压力冒口 2）延长冒口中金属性的保持时间。如：保温、发热冒口,7.提高冒口补缩效率的措施,第二节 铸钢件冒口上的设计与计量,一、冒口设计的内容：,二、模数法（铸钢件的冒口设计）,设r为冒口冷却时间，c为铸件冷却时间，n

38、为冒口劲冷却时间则：rnc 因为=(M/K）2故（Mr/Kr)2(Mn/Kn)2(Mc/Kc)2K为凝固系数，Kr=Kn=Kc冒口补缩的条件为MrMnMc且Mr=fMn(f为冒口安全系数，且f1例如：对于碳钢、低合金钢，其模数比例关系为侧冒口：Mc:Mn:Mr=1:1.1:1.2内浇道通过冒口：Mc:Mn:Mr=1:(11.03):1.2顶冒口 Mr=（1.21)Mc,1模数的计量,模数:冷凝物体的体积和散热面积的比,(V:体积，A:散热表面积）,各种简单体热节的模数计量可查手册，如表,2验证冒口的补缩能力,为保证铸件补缩通道畅通应满足以下条件,各种冒口的补缩效率值见表,3冒口设计步骤,1）规

39、划铸件的几个补缩区，计其各区的铸件模数Mc2）以Mc按规定的比例确定Mn Mr3）确定冒口形状和尺寸4）验证冒口补缩能力5）根据补缩区范围确定冒口种类、系数,二、比例法，也成为热节元法,是最为普通的应用方法，各工厂在不同的生产条件下比例也不同，所以应用时应参照执行,三、均衡凝固技术及铸铁件冒口,铸铁件在整个冷却凝固过程中产生体积收缩，与此同时又析出石墨而发生石墨化的体积膨胀,以球铁为代表，在凝固完毕前要经历一次液态收缩，体积膨胀和二次收缩,1、均衡凝固,利用收缩和膨胀的动态叠加，采取工艺措施，使单位时间内的收缩与补缩，收缩与膨胀按比例进行的一种凝固原则,2、均衡凝固的工艺原则,1）铸铁（HT、

40、QT、RQ）件的体积收缩率是不确定的，不仅与化学成分，浇注温度有关，还和铸件大小、结构、壁厚、铸型种类、浇注工艺方案有关。2）越是薄小件越要强调补缩，厚大件补缩要求低。3）铸铁件的冒口不仅晚于铸件凝固、冒口模数可以小于铸件模数,2、均衡凝固的工艺原则,4）冒口不应放在铸件热节点上，要靠近热节点和补缩，又要离开热节，以减少冒口对铸件的热干扰（这是均衡技术的关键）5）开设浇冒口时，要避免在浇冒口和铸件接触处形成接触热节6）推荐耳冒口、飞边冒口等冒口径短、薄、宽的形式。,7）铸件的壁厚热节应放在浇注位置的下部，当 薄厚相差较大时，厚热节处应安放外冷铁，铸件不可放冒口，如大平面朝上可采用溢流来保证大平

41、面的表面质量8）采用冷铁平衡壁厚差，消除热节。不仅能防热节的补缩，可使石墨化膨胀提前，减小冒口尺寸，增强自补缩作用。9）优先采用顶注工艺。使先注入的铁流尽快静止，尽早发生石墨化膨胀，以提高自补程度,2、均衡凝固的工艺原则,3、均衡凝固与顺序凝固的异同,均衡凝固是有限的顺序凝固，二者均强调补缩。均衡凝固技术更强调自补，冒口只补充自补不足，所以冒口不仅晚于铸件冷却，冒口不放在热节上，冒口补缩有限，顺序凝固强调冒口晚于铸件凝固，冒口应放在热节上。所以均衡凝固冒口尺寸小，冒口根部不易出现补缩，缩松等。,4、均衡凝固与同时凝固的异同,均衡凝固和同时凝固都强调浇口或冒口要以铸件薄壁处引入，使铸件温度差缩小

42、，以避免局部过热；同时凝固强调减小应力裂纹与变形，不过滤补缩，均衡凝固则从补缩出发，强调小件、薄件壁厚均匀件的补缩，且冒口不在热节上，所以补缩的同时，本身减小了应力，变形，裂纹的产生,（1）冒口模数：Mr=f1f2f3Mc Mr冒口模数 Mc铸件的模数 f1冒口平衡系数 取f1=1.2 f2收缩模数系数 f2=0.250.85 f3安全系数 f3=1.11.5,5、冒口尺寸的计算,（2）冒口最小体积,5、冒口尺寸的计算,（3）冒口颈模数,5、冒口尺寸的计算,6、铸铁件的比例法,冒口直径口 小件D=(1.22.0）T 中件D=（1.01.2）T 大件D=（0.61.0)T,T:壁厚或热节处直径,

43、7、提高冒口补缩效率的措施,1）提高冒口中金属液的补缩能力，如，大气压力冒口2）延长冒口中金属液的保持时间，如，保温，发热冒口等,第三节 冷铁,造型（芯）时放在模样（芯盒）表面上的金属激冷块。,冷铁：,加快铸件局部冷却速度、在型腔内部及工作表面安放的金属块,内冷铁：,放置在型内与铸件熔合为一体的金属激冷块。,外冷铁,冷铁的作用：,1）在冒口难于补缩的部位防止缩松、缩孔。2）防止壁厚交叉部位及急剧变化部位产生裂纹。3）与冒口配合使用，扩大冒口补缩 和范围，减小冒口体积。4）加速个别热节的冷却、使整个铸件近于同时凝固。5）改善铸件局部金相组织和力学性能（如，细化、提高表面硬度、耐磨性）6）减轻或防

44、止厚壁铸件中的偏析。,一、外冷铁,1、形状,2.作用,1）开始阶段，冷却能力强、凝固速度大，以后减低。2）冷铁厚度大、激冷作用大、但达到一定厚度后，效果不明显。3）外冷铁处钢的凝固层的厚度约为砂型处的两倍。,外冷铁厚度（经验法）,T节热圆直径（当T大于2.5壁厚时，需配合冒口）,3.使用时注意事项,1）外冷铁的位置和激冷能力的选择，应强化顺序凝固。2）每块冷铁勿过大、过长，冷铁间保有间隙，避免铸件产生裂纹和因冷铁受热膨胀而毁坏铸型。3）外冷铁厚度可参照手册选定。,无气隙冷铁：铸件表面紧密接触的冷铁，一般设在铸件底面和内侧。有气隙冷铁：凝固收缩时铸件表面分离的冷铁，一般设在铸件顶部和外侧。由此可

45、见，无气隙比有气隙激冷作用强。实验表明：无气隙外冷铁的激冷效果，相当于在原砂型的散热表面上净增两倍的冷铁工作面积,4.外冷铁计算：,1）工作表面积计算,无气隙外冷铁的激冷效果,有气隙时相当于增加了一倍,故：无气隙外冷铁工作表面积为,有气隙外冷铁工作表面积为,4.外冷铁计算：,1）工作表面积计算,。,使用外冷铁时铸件凝固时间缩短了，相当于其模量缩小了，即从原来M0减为 M1,2)外冷铁重量计算,计算原理：铸件的质量为W0，用冷铁后铸件模块M0 减小为M1，对应模数M1的铸件，其质量为W1，铸件凝固结束时外冷铁最高温为600,外冷铁质量Wc=,4.外冷铁计算：,二、内冷铁,内冷铁激冷作用比外冷铁强

46、，主要防止铸件中心部位的缩松和偏析，但作用内冷铁时又须对材质和表面处理和选择，对尺寸有规定，内冷铁只用于厚大而技术要求不太高的铸件上，特别是铸钢件。一般内冷铁应用的是熔接内冷铁，即凝固时两铸件牢固熔合为一体。,1、内冷铁的熔接过程,阶段：浇注后，在很短的时间内，冷铁吸热升温，使靠近冷铁表面的金属液过冷，产生类似纯金属组织的粒状等轴晶；阶段：自粒状等轴晶表面陆续生长树枝晶，随时间延长，洁净速度减少，直到结晶前沿停止前进，此时，冷铁的温度已上升到固相线附近；阶段：冷铁作用区温度升高，冷铁周围已形成的树枝晶重新熔化，冷铁表面达到熔点；阶段：内冷铁局部完全熔化，最后由于铸件外壁结晶前沿向前沿推进而使凝

47、固结束。,1、内冷铁的熔接过程,2、内冷铁质量和尺寸计算,（1）模数法,（2）经验法,1）内冷铁材质不应含有过多气体。表面须十分洁净，应去除锈斑和油污等。2）对于干砂型，内冷铁应于铸型烘干后再放入型腔；对于湿型砂，放置内冷铁后应尽快浇注，不要超过34h。以免冷铁表面氧化、凝聚水分而引起铸件气孔。3）内冷铁表面应镀锡或锌，以防存放时生锈。4）放置内冷铁的砂型应有明出气孔或明冒口。,三 应用注意,第六节 铸肋,一般铸肋的厚度不超过铸件厚度一半（当铸件与铸肋形成热节时，铸肋可减少厚度，增加数量）设置在加工面上，不应设置在外观要求较高的部位。,铸肋：为了防止铸件某一部分变形而设计的工艺支撑肋。（热处理

48、完或者不再发生变形时可取掉铸肋）,第六章 铸造工艺装备设计,铸造工艺装备：为了完成铸件，所涉及到的一切装置的总称。出发点：生产任务，生产环境，技术要求。基本工装：模样（制造铸型），芯盒（制砂芯），砂箱,一、材质,第一节 模样,木头、塑料、铝合金、钢铁,二、金属型工艺,1 模样的尺寸形状（收缩率、拔模斜度、加工余量）,2、如何安装（装配定位尺寸标注）,1）定位定位划线和定位销2）浇注系统的位置安装3）上、下模具的定位,第二节 模板,模板由模板底、模样、浇冒系统模、加热元件、定位元件等组成,1 对模板的要求,模板尺寸应符合造型机的要求，模底板和砂箱、各模样之间应有准确的定位，模板应有足够的强度、刚

49、度和耐磨性，制作容易，使用方便，尽量标准化,2模板的种类,3 模板的结构,模底板上应有与砂箱定位用的定位销，同造型机连接用的突耳，供运输用的吊轴或手把、顶杆起模用的通道等,3 模板的结构,3 模板的结构,4 模板和砂箱的定位,直接定位法：定位销直接安装在模底板上间接定位法：定位销装在模板框上,4 模板和砂箱的定位,5设计模板的注意事项,1）模样和浇冒口模的位置、尺寸是否符合铸造工艺图的要求，吃砂量是否合适2）上、下模板上的模样布局、方向、尺寸标注是否一致，能否满足合箱要求。3）根据造型机的具体要求，验算模板高度应低于起模高度等4）直浇道的位置，合箱后应靠近浇注平台一侧。5）各种螺钉、定位元件是

50、否合适？装卸方便否？,第四节 砂箱,砂箱的设计内容有：,选择类型和材质确定砂箱尺寸结构设计定位及紧固,一、设计和选用砂箱的基本原则,1）满足铸造工艺要求2）尺寸和结构应符合造型机、起重设备、烘干设备的要求3）有足够的强度和刚度，使用中保证不断裂或发生过大的变形。4）对型砂有足够的附着力5）经久耐用，便于制造6）应尽可能标准化，系列化和通用化。,二、类型的选择,1 专用砂箱和通用砂箱2依制造方法：整铸式、焊接式和装配式3 依造型方法及使用条件：手工造型用砂箱、机器造型用砂箱、高压、气冲造型用砂箱等。,三 砂箱的结构,3 装砂口 定位 紧固 分盒面等,第五节 芯盒的设计,1 芯盒的尺寸和形状,芯砂