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1、1,零件结构的铸造工艺性分析,铸造工艺方案包括下列内容：造型、制芯方法、铸型种类的选择、浇注位置和分型面的确定、砂芯设计、确定工艺参数以及浇注系统、冒口的设计等。要正确地制订铸造工艺方案，首先应对零件的结构设计有透彻的铸造工艺分析。本章着重讲述零件结构的铸造工艺性分析，确定浇注位置，分型面的选择，铸造工艺参数等。,零件结构的铸造工艺性：零件本身结构应符合铸造生产的要求，既便于整个铸造工艺过程的进行，又利于保证产品的质量，简化铸造工艺过程和降低成本。,2,对零件图进行审查、分析的目的有两个：,1、审查零件结构是否符合铸造生产的工艺要求。,一、从避免缺陷方面审查铸件结构的合理性（一）铸件应有合适的
2、壁厚 为了避免浇不足，冷隔等缺陷，铸件应有一定的壁厚。铸件的最小允许壁厚和铸造金属的流动性密切相关。影响金属的充填性能的因素有：合金的成分、浇注温度、铸件尺寸大小、铸型的热物理性能。,2、在既定的零件结构条件下，考虑在铸造过程可能出现的主要缺陷，在工艺设计中应采取的工艺措施。,3,几种常用的铸造合金在砂型条件下的最小允许壁厚：（毫米）,4,设计受力的铸件时，不应以单纯增加厚度的方法来增加铸件的强度。,5,二、铸件收缩时不应有严重阻碍，注意壁厚的过渡和铸造园角。,6,（三）内壁厚度应小于外壁 铸件内壁的肋和壁的散热条件较差，因此应比外壁薄些，以便使整个铸件的外壁和内壁能均匀地冷却，防止产生内应力
3、和裂纹。,7,（四）壁厚力求均匀，减少厚大部分，防止形成热节。,（五）有利于补缩和实顺序凝固,8,（六）防止铸件翘曲变形,9,（七）避免水平方向出现较大的平面,10,二、简化铸造工艺过程角度审查零件结构的工艺性,（一）改进妨碍起模的凸台、凸缘、筋板的结构,11,（二）尽量取消铸件外表侧凹,12,（三）改进铸件内腔结构，减少砂芯数量,13,（四）减少和简化分型面,a)不合理 b)合理,14,（五）有利于砂芯的固定和排气,设计的铸件应尽量避免采用孤悬的型芯,15,（六）减少清理铸件的工作量,（七）简化模具的制造,16,（八）复杂铸件的分体铸造以及简单小铸件的联合铸造,17,2造型、造芯方法的选择,
4、砂型铸造的各种造型、造芯方法可参照以下原则选用：1、优先采用潮型 当湿型不能满足要求时再考虑使用表干砂型、干砂型或其它砂型。在考虑应用湿型时应注意以下几种情况：,18,（1）铸件过高，金属静压力超过湿型的抗压强度时，应考虑使用干砂型或自硬砂型等。要具体分析：如果铸件壁薄，虽然铸件很高大，但出现涨砂、粘砂、跑火的倾向小。可以把此限制适当放宽。因为在浇注结束前，金属静压力尚未达到最高值时，铸件下部表面上已凝结一层金属壳。此外，采用优质钠膨润土型砂或活化膨润土型砂，其砂型湿压强度较高，为铸造较高大铸件创造了条件。（2）浇注位置上铸件有较大水平壁时，用湿型容易引起夹砂缺陷，应考虑使用其他砂型。,19,
5、（3）造型过程长或需长时间等待浇注的砂型不宜用湿型。例如在铸件复杂，砂芯多，下芯时间长且铸件尺寸大等条件下，湿型放置过久会风干，使表面强度降低，易出现冲砂缺陷。因此湿型一般应在当天浇注。如需次日浇注，应将造好的上下半型空合箱，防止水分散失，于次日浇注前开箱、下芯，再合箱浇注。更长的过程应考虑用其他砂型。（4）型内放置冷铁较多时，应避免使用湿型。如果湿型内有泠铁时，冷铁应事先预热，放入型内要及时合箱浇注，以免冷铁变冷而凝结“水珠”，浇注后引起气孔缺陷。,20,认为湿型不可靠时，可考虑使用表干砂型，砂型只进行表面烘干，根据铸件大小及壁厚，烘干深度在1518mm。它具有湿型的许多优点，而在性能上却比
6、湿型好，减少了气孔、冲砂、胀砂、夹砂的倾向。多用于手工或机器造型的中大件。对于大型铸件，可以应用树脂自硬砂型、水玻璃砂型以及粘土干砂型。用树脂自硬砂可以获得尺寸精确、表面光洁的铸件，但成本较高。,21,2、造型、造芯方法应和生产批量相适应 大量生产的工厂应创造条件采用技术先进的造型、造芯方法。老式的震击式或震压式造型机生产线生产率不高，工人劳动强度大，噪声大，不适应大量生产的要求，应逐步加以改造。对于小型铸件，可以采用水平分型或垂直分型的无箱高压造型机生产线、实型造型线生产效率又高，占地面积也少；对于中件可选用各种有箱高压造型机生产线、气冲造型线。为了适应快速、高精度造型生产线的要求，造芯方法
7、可选用：冷芯盒、热芯盒及壳芯等造芯方法。,22,中等批量的大型铸件可以考虑用树脂自硬砂造型和造芯、抛砂造型等。单件小批量的重型铸件，手工造型仍是重要的方法，手工造型能适应各种复杂的要求，比较灵活，不要求很多工艺装备。可以应用水玻璃砂型、有机酯水玻璃自硬砂型、粘土干砂、树脂自硬砂型及水泥砂型等；对于单件生产的重型铸件，采用地坑造型法成本低，投产快。批量生产或长期生产的定型产品采用多箱造型、劈箱造型法比较适宜。虽然模具、砂箱等开始投资高，但可以从节约造型工时、提高产品质量方面得到补偿。,23,3、造型方法应适合工厂条件 如有的工厂生产大型机床床身等铸件，多采用组芯造型法。着重考虑设计、制造芯盒的通
8、用化问题，不制作模样和砂箱，在地坑中组芯；而另外的工厂则采用砂箱造型法，制作模样。不同的工厂生产条件、生产习惯、所积累的经验各不一样。如果车间内吊车的吨位小、烘干炉也小，而需要制作大件时，用组芯造型法是行之有效的。每个铸工车间只有很少的几种造型、造芯方法，所选择的方法应切合现场实际条件。,24,4、要兼顾铸件的精度要求和成本 各种造型、造芯方法所获得的铸件精度不同，初投资和生产率也不一致，最终的经济效益也有差异。因此，要做到多、快、好、省，就应当兼顾到各个方面。应对所选用的造型方法进行初步的成本估算，以确定经济效益高又能保证铸件要求的造型、造芯方法。,25,3浇注位置的确定,铸件的浇注位置：浇
9、注时，铸件在型腔内所处的位置。确定浇注位置是铸造工艺设计中重要的一环，关系到铸件的内在质量、铸件的尺寸精度及造型工艺过程的难易，因此往往须制订出几种方案加以分析、对比，择优选用。,浇注位置与造型（合箱）位置、铸件冷却位置可以不同。生产中常以浇注时分型面是处于水平、垂直或倾斜位置，分别称为水平浇注、垂直浇注或倾斜浇注，但这不代表铸件的浇注位置的函义。,26,浇注位置一般于选择造型方法之后确定。在确定浇注位置时，应根据铸件的合金种类，具体结构和技术要求，在给定造型方法的前提下，确定出铸件质量要求高的部位。（如重要加工面、受力较大的部位、承受压力的部位等）。,结合生产条件估计主要废品倾向和容易发生缺
10、陷的部位（如厚大部位容易出现收缩缺陷。大平面上容易产生夹砂结疤。薄壁部位容易发生浇不到、冷隔。薄厚相差悬殊的部位应力集中，容易发生裂纹等）。这样在确定浇注位置时，就应使重要部位处于有利的状态，并针对容易出现的缺陷，采取相应的工艺措施予以防止。,27,确定浇注位置在很大程度上着眼于控制铸件的凝固顺序，即铸件按照顺序凝固的原则或铸件按同时凝固的原则进行铸造。,实现顺序凝固的铸件，可消除缩孔、缩松，保证获得致密的铸件。在这种条件下，浇注位置的确定应有利于安放冒口；,实现同时凝固的铸件，内应力小，变形小，金相组织比较均匀一致，不用或很少采用冒口，节约金属，减小热裂倾向。铸件内部可能有缩孔或轴线缩松存在
11、。因此多应用于薄壁铸件或内部出现轻微轴线缩松不影响使用的情况下。,28,这时，如果铸件有局部肥厚部位，可置于浇注位置的底部，利用冷铁或其它激冷措施，实现同时凝固。灰铸铁、球墨铸铁件常利用凝固阶段的共晶体积膨胀来消除收缩缺陷，因此，可不遵守顺序凝固条件而获得健全铸件。,根据对合金凝固理论的研究和生产经验，确定浇注位置时应考虑以下原则：,29,一、铸件的重要加工面应朝下或呈侧立面,例一：机床床身，其导轨面是关键部分，不允许有砂眼，气孔、裂纹、缩松等缺陷，而且要求组织致密、均匀，以保证硬度在规定范围内。,经验表明，气孔、非金属夹杂物等缺陷多出现在朝上的表面，而朝下的表面或侧立面通常比较光洁，出现缺陷
12、的可能性小。个别加工表面必须朝上时，应适当放大加工余量，以保证加工后不出现缺陷。,30,例二：缸筒和卷筒等圆筒形铸件，关键部位是内或外圆柱面，要求圆柱面质量均匀和无缺陷，其合理的浇注位置应是中心线呈直立状态。,31,二、尽可能使铸件的大平面朝下，以避免形成夹砂和夹杂缺陷,大的平板类铸件，必要时可采用倾斜浇注，以增加液体金属的上升速度，防止夹砂。倾斜浇注时，依砂箱大小，H值一般控制在200400mm范围内。,32,三、应保证铸件能充满,具有薄壁部分的铸件：应把薄壁部分放在铸件的下部，或在内浇道以下，以免形成浇不足，冷隔等缺陷。,33,四、应有利于铸件的补缩,合金体收缩率大；铸件厚薄不均匀易形成缩
13、孔，缩松；质量要求较高的铸件，应使铸件厚大部分置于铸件的最上方，便于安放冒口，发挥其补缩效果；或应使热节部分置于铸件侧面，利用冒口加以补缩。,例：双排链轮铸钢件,34,五、应尽可能避免使用吊砂、吊芯或悬臂砂芯，便于下芯，合箱及检验,经验表明，吊砂在合箱、浇注时容易塌箱。向上半型上安放吊芯很不方便。悬臂砂芯不稳固，在金属浮力作用下易偏斜，故应尽力避免。此外，要照顾到下芯、合箱和检验的方便。,35,六、应使合箱位置、浇注位置和铸件的冷却位置相一致,可避免合箱后或浇注后再次翻转铸型，引起砂芯移动，掉砂等缺陷。,只在个别情况下，如单件、小批量生产较大的球墨铸铁曲轴时，为了造型方便和加强冒口的补缩效果，
14、常采用横浇竖冷方案。于浇注后将铸型竖起来，让冒口在最上端进行补缩。当浇注位置和冷却位置不一致时，应在铸造工艺图上注明。,36,冷却位置的确定常与生产批量密切相关。同一个铸件，例如球铁曲轴，在单件小批生产的条件下，采用横浇竖冷是合理的。而当大批大量生产时，则应采用造型、合箱、浇注和冷却位置一致的卧浇、卧冷方案。在小批量生产时，采用横浇竖冷方案合理；大批量生产时，应采用卧浇卧冷，使造型、浇注和冷却位置一致。,37,4分型面的选择,分型面；两半铸型相互接触的表面。,除了地面软床造型、明浇的小件、实型铸造法及熔模铸造以外，都要选择分型面。,38,分型面在确定浇注位置后再选择。分析各种分型面的利、弊之后
15、，可以再次调整浇注位置。在生产中，浇注位置和分型面有时是同时确定。分型面的选择在很大程度上影响铸件的质量、成本和生产率。,角架的三种分型方案,39,选择分型面时应注意以下原则：,一、应尽量使铸件全部或大部置于同一半型内,分型面主要是为了取出模样而设置的，但对铸件精度会造成损害。上下箱对准时的误差会使铸件产生错偏 合箱不严，会使铸件在垂直分型面方向上的尺寸增加因此，为了保证铸件精度，如做不到上述要求，也应努力把铸件的加工面和加工基准面放在同一半型内。,40,例一：后轮毂的工艺方案,例二：管子堵头分型面的选择,铸件上要求最严格的尺寸部分，应当不为分型面所穿越。,41,二、应尽量减少分型面的数目,分
16、型面少，铸件精度易于保证，且所需砂箱数目少，同时要注意下列具体条件：,（1）对于大批量生产的机器造型的中、小件，一般只许可有一个分型面，不能出砂的地方采用砂芯，而不应用活块或多箱造型,42,（2）对于单件或小批量生产铸件时，要更多地依赖于已有的现场条件和装备进行，选择分型面时要认真地分析这些条件。,但在下列情况下，往往采用多分型面的劈箱造型1）铸件高大而复杂，采用单分型面会使模样很高，起模斜度会使铸件形状有较大的改变2）砂箱很深，造型不方便3）砂芯多而型腔深且窄，下芯困难 我们选择分型面时总的原则是应该尽量减少分型面，但针对具体条件，有时采用多分型面也是有利的。,43,三、分型面应尽量选择平面
17、,平直的分型面可简化造型过程和模底板的制造，易于保证铸件精度，在机器造型中，如铸件形状必须采用不平分型面，应尽量选用规则的曲面，如圆柱面或折面。因为只有上、下模底板表面曲度精确一致时才能合箱严密，不规则曲面会给模底板的加工带来困难。,手工造型时，曲面分型面是用手工切挖型砂来实现的，只是增加了切挖的步骤，却减少了砂芯的的数目。因此，手工造型中有时采用挖砂造型形成的不平分型面。,44,为了有利于清理和机械加工而采用曲面分型,45,四、便于下芯、合箱及检查型腔尺寸,分型面的选择应便于检查有关型腔尺寸。,选择分型面时要力图将全部砂芯或者主要砂芯放在下半砂箱中。,46,五、选定分型面时不要使某一砂箱过高
18、,选择分型时要充分注意机器造型时该机器所规定的最大砂箱高度和运输机械的承载能力。,分型面通常选在铸件最大截面上，以使砂箱不至于过高。因为砂箱高，会使造型困难，填砂、紧实、起模、下芯都不方便。几乎所有的造型机都对砂箱高度有限制。手工铸造大型铸件时，一般选用多分型面，即用多箱造型以控制每节砂箱的高度，使其不致过高。,47,六、对受力件，分型面的选择不应削弱铸件结构强度,七、应注意减轻落砂、清理和机械加工的工作量,48,以上简要介绍了分型面的选择原则。这些原则有的相互有矛盾。一个铸件的分型面毕竟以满足哪几项原则为最重要，这需要进行多方案的分析对比，也需要对生产的深入了解，有一定实践经验才能做出正确的判断，最后选出最优方案。,49,本章结束,
