三液态金属成形件工艺设计

1、第三讲 液态金属成形件工艺设计液态金属成形件工艺设计第一节第一节 铸件结构的工艺性分析铸件结构的工艺性分析第二节第二节 工艺方案的确定工艺方案的确定第三节第三节 砂芯设计砂芯设计第四节第四节 铸造工艺设计参数铸造工艺设计参数第五节第五节 浇注系统设计浇注系统设计第六节第六节 冒口与冷铁设计冒口与冷铁设计第七节第七节 案例分析案例分析分型面如何选例：零件的分型面方案分析！AA方案ABB方案BCC方案C确定分型面确定加工余量确定木模尺寸芯头工艺图？模型？确定合箱图上上下下第一节 铸件结构的工艺性分析一、一、 铸件工艺对铸造结构的要求铸件工艺对铸造结构的要求 铸件结构应尽可能使铸件结构应尽可能使制模

2、、造型、造芯、制模、造型、造芯、合箱和合箱和 清理过程清理过程简化简化, 并为实现机械化生产创造并为实现机械化生产创造条件条件 二、二、铸造合金对铸件结构的要求铸造合金对铸件结构的要求1. 合理设计铸件的壁厚合理设计铸件的壁厚 壁厚选择原则：壁厚选择原则： 既能保证铸件的力学性能，又能防止某些既能保证铸件的力学性能，又能防止某些 铸造缺陷（浇不足、冷隔、缩孔）的产生铸造缺陷（浇不足、冷隔、缩孔）的产生 铸件的壁厚铸件的壁厚 大于大于 “最小壁厚最小壁厚” 铸件的铸件的“最小壁厚最小壁厚”：取决于合金的种类和铸取决于合金的种类和铸件件 的大小。的大小。 2. 铸件的壁厚应尽可能均匀铸件的壁厚应尽

3、可能均匀 若铸件各部分的壁厚差别过大，易若铸件各部分的壁厚差别过大，易 产生缩孔、产生缩孔、缩松、热应力、薄厚联接处产生裂纹等缺陷。缩松、热应力、薄厚联接处产生裂纹等缺陷。 3. 铸件壁的联接铸件壁的联接 (1) 铸件的结构圆角铸件的结构圆角 铸件壁间转角处一般应具有结构圆角。铸件壁间转角处一般应具有结构圆角。 直角联接处形成了金属的积聚，直角联接处形成了金属的积聚， 而内侧散热条而内侧散热条 件差，较易产生缩松和缩孔；件差，较易产生缩松和缩孔； 在载荷的作用下在载荷的作用下, 直角处的内侧产生应力集中，直角处的内侧产生应力集中， 使内侧实际承受的应力较平均应力大大增加；使内侧实际承受的应力较

4、平均应力大大增加； 若采用直角联接，则因结晶的方向，在转角的若采用直角联接，则因结晶的方向，在转角的 分角线上形成整齐的分界面，在此分界面上集分角线上形成整齐的分界面，在此分界面上集 中了许多杂质，使转角处成为铸件的薄弱环节。中了许多杂质，使转角处成为铸件的薄弱环节。(2)避免锐角联接避免锐角联接 减小热节和内应力减小热节和内应力 (3)厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡 所谓“热节”就是铸件上凝固较慢的节点或区域 4. 防裂筋的应用防裂筋的应用 防止热裂。防止热裂。 筋的方向必须与机械应力方向相一致筋的方向必须与机械应力方向相一致, 而且筋的而且筋的厚度应为联接壁厚的厚

5、度应为联接壁厚的1/41/3。（筋先凝固）。（筋先凝固） 5. 减缓筋、辐收缩的阻碍减缓筋、辐收缩的阻碍 b、 c错开，合理错开，合理哪个合理？哪个合理？第二节第二节 铸造工艺方案的确定铸造工艺方案的确定一、铸造工艺方法的选择一、铸造工艺方法的选择二、铸件浇注位置和分型面的选择二、铸件浇注位置和分型面的选择三、型（砂）芯设计三、型（砂）芯设计一、铸造工艺方法的选择一、铸造工艺方法的选择 应根据零件特点、合金种类、批量大小、铸件技术要求的高低以及经济性，各种典型铸造工艺方法的特点和应用范围进行综合考虑，确定比较合适的铸造工艺方法 二、二、浇注位置和分型面的选择浇注位置和分型面的选择 浇注位置浇注

6、位置：指浇注时铸件在铸型中所处的位置。：指浇注时铸件在铸型中所处的位置。 分型面分型面：砂型的分割面或装配面。：砂型的分割面或装配面。1. 浇注位置选择原则浇注位置选择原则(1) 铸件的重要加工面应朝下或呈直立状态铸件的重要加工面应朝下或呈直立状态: 砂眼、气孔、夹渣、砂眼、气孔、夹渣、组织不致密会出现在朝上的表面；组织不致密会出现在朝上的表面；对朝上的表面采取加大加工对朝上的表面采取加大加工余量的办法。余量的办法。朝下垂直浇注朝下垂直浇注 (2) 铸件的大平面应朝下铸件的大平面应朝下 ：避免夹砂结疤类缺陷避免夹砂结疤类缺陷(3) 铸件薄壁部分应置于铸铸件薄壁部分应置于铸型下部或使其处于垂直或

7、型下部或使其处于垂直或倾斜位置：倾斜位置：浇不足、冷隔浇不足、冷隔 (4) 厚的部分放在铸型的上厚的部分放在铸型的上部或侧面部或侧面, 以便在铸件厚以便在铸件厚壁处直接安置冒口：壁处直接安置冒口：缩孔缩孔 2. 分型面的选择分型面的选择选择原则选择原则应保证模样能顺利的从铸型中取出；应保证模样能顺利的从铸型中取出；应尽量减少分型面的数量；应尽量减少分型面的数量；应尽量使分型面是一个平直的面；应尽量使分型面是一个平直的面； 应使铸件的全部或大部分置入同一砂箱；应使铸件的全部或大部分置入同一砂箱； 应使铸件的全部或大部分置入下箱；应使铸件的全部或大部分置入下箱；应尽量使型芯和活块的数量减少。应尽量

8、使型芯和活块的数量减少。应保证模样能顺利从铸型中取出（之一）应保证模样能顺利从铸型中取出（之一）应保证模样能顺利从铸型中取出（之二）应保证模样能顺利从铸型中取出（之二）应尽量减少分型面的数量（之一）应尽量减少分型面的数量（之一）应尽量减少分型面的数量（之二）应尽量减少分型面的数量（之二）应尽量使分型面是一个平直的面应尽量使分型面是一个平直的面若分型面是一曲面，则必须用挖砂造型若分型面是一曲面，则必须用挖砂造型应尽量使型芯和活块的数量减少应尽量使型芯和活块的数量减少应使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱应使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱使铸件的全部或者大部分位于同一砂箱使铸件的全部或者大部分位于

9、同一砂箱,易于保证铸件的尺寸精度易于保证铸件的尺寸精度三、型（砂）芯设计三、型（砂）芯设计n型芯的功用是形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位。n砂芯应满足以下要求：砂芯的形状、尺寸以及在砂型中的位置应符合铸件要求，具有足够的强度和刚度，在铸件形成过程中砂芯所产生的气体能及时排出型外，铸件收缩时阻力大、容易清砂。n型芯设计主要包括：确定砂芯形状、个数和下芯顺序，设计芯头结构 ，等1、型芯的种类及其应用选择（1）种类（P85）砂芯：用硅砂等制作的型芯金属芯可溶性型芯2、确定砂芯形状（分块）及分盒面选择的基本规则（1）保证铸件内腔尺寸精度。（2）保证操作方便。（3）保证铸件壁厚均匀。（4）应尽

10、量减少砂芯数目。（5）填砂面应宽敞，烘干支撑面应是平面。（6）砂芯设计应适应造型、制芯方法。3、芯头设计n芯头是指砂芯的外伸部分，不形成铸件的轮廓。芯头是砂芯的重要组成部分，起定位、支撑和排气作用，但不一定同时起到三个作用。n根据芯头在砂型中的位置，大多数砂芯可分为垂直芯头和水平芯头两大类型，芯头的具体尺寸可根据砂芯的大小及形状查到有关手册得到。第三节第三节 铸造工艺参数的确定铸造工艺参数的确定 铸造工艺参数主要包括：铸造收缩率、机械加工余量、工艺余量、工艺补正量、起模斜度、最小铸出孔及槽、铸造圆角等。在某些情况下，还有分型负数、反变形量、砂芯负数等。 一、铸件尺寸公差一、铸件尺寸公差 n铸件

11、尺寸公差与铸件的基本尺寸、生产规模、合金种类和铸造方法等有关。我国铸件尺寸公差标准参见GB6414-1999，它适用于砂型铸造、金属型铸造、低压铸造、压力铸造和熔模铸造等在正常生产条件下所生产的各种铸造合金铸件。其数值可查相关资料。有些航空航天产品参照国家标准也制定了自己的标准，如HB61031986等。 二、机械加工余量二、机械加工余量 机械加工余量：机械加工余量：保证铸件机械加工面尺寸保证铸件机械加工面尺寸和零件加工精度，在设计铸件和铸造工艺时预和零件加工精度，在设计铸件和铸造工艺时预先增加并在先增加并在机械加工时应予切除的金属层厚度机械加工时应予切除的金属层厚度取决于：取决于：铸件的生产

12、批量、铸件的生产批量、 合金的种类、合金的种类、 铸件的大小铸件的大小 加工面加工面 与基准面的距离及加工面与基准面的距离及加工面在浇注时的位置在浇注时的位置逐渐增加三、铸件工艺补正量三、铸件工艺补正量 n在单件、小批生产中，由于选用的收缩率与铸件的实际收缩率不符等原因，使得加工后的铸件某些部分的厚度小于图纸要求。为了防止零件因局部尺寸超差而报废，需要把铸件上这种局部尺寸加以放大，铸件被放大的这部分尺寸，称为铸件工艺补正量。n根据经验设置补正量的大小。 四、起模斜度四、起模斜度 为了使模样为了使模样(或型芯或型芯)便于从砂型便于从砂型(或芯盒或芯盒)中中取出取出, 凡垂直于分型面的凡垂直于分型

13、面的立壁在制造模样时立壁在制造模样时, 必必须留出一定的倾斜度。须留出一定的倾斜度。 取决于取决于：立壁的高：立壁的高度、造型方法、模样材度、造型方法、模样材料，通常为料，通常为153(内内壁壁3 10 ）n由于合金在凝固时存在着线收缩，铸件冷却后尺寸比型腔略小，因此模型尺寸应放大。放大量等于收缩量。常用合金的线收缩率常用合金的线收缩率灰铸铁铸钢铝硅合金锡青铜0.7-1%1.3-2.0% 0.8-1.2% 1.2-1.4%五、铸造收缩率五、铸造收缩率 n铸件上的孔和槽类这部分结构是否铸出，取决于工艺的可行性和必要性。n一般来说，尺寸较小的孔不铸出反而经济。 设计时查手册。六、最小铸出孔及槽六、

14、最小铸出孔及槽 灰铸铁件铸孔尺寸（最小铸出孔）灰铸铁件铸孔尺寸（最小铸出孔）生产量孔的直径大量生产12-15成批生产15-30单件、小批生产30-50浇注系统冒口直浇道横浇道内浇道浇口杯第四节 浇注系统的设计 一、类型及应用 1、按液态金属引入铸型型腔的位置分类 位置（1）顶注式 a)简单式 b)刀片式 c)压边式 d)雨淋式 e)搭边式n顶注式浇注系统的优点： 1）有利于铸件自下而上顺序凝固，能够有效地发挥顶部冒口的补缩作用。2）液流流量大，充型时间短，充型能力强。3）造型工艺简单，模具制造方便，浇注系统和冒口消耗金属少，浇注系统切割清理容易。n顶注式浇注系统最大的缺点 ： 液体金属进入型腔

15、后，从高处落下，对铸型冲击大，容易导致液态金属的飞溅、氧化和卷入气体，形成氧化夹渣和气孔缺陷 n顶注式浇注系统适用于质量不大、高度不高、形状简单的中小铸件 位置（2）底注式 a)基本式 b)牛角式 c)底雨淋式 内浇道设在铸件底部的称为底注式浇注系统 n优点：1）合金液从下部充填型腔，流动平稳。2）无论浇道比多大，横浇道基本处于充满状态，有利于挡渣。 n缺点 ：1）削弱了顶部冒口的补缩作用。2）铸件底部易产生缩松、缩孔、晶粒粗大等缺陷。3）充型能力较差，对大型薄壁铸件容易产生冷隔和浇不足的缺陷。4）造型工艺复杂，金属消耗量大。n底注式浇注系统广泛应用于铝镁合金铸件的生产，也适用于形状复杂，要求

16、高的各种黑色铸件 位置（3）中间注入式 铸件冒口 出气冒口其优、缺点介于顶注与底注之间 应用于高度不大、水平尺寸较大的中小型铸件 位置（4）阶梯式 na)多直浇道式 b)用塞球法控制式 c)控制各组元比例式 d)带缓冲直浇道 e)带反直浇道式适用于高度大的大中型铸钢件、铸铁件 2、按浇注系统各单元断面积的比例分类n收缩式：A直 A横 A内 n扩张式： A直 A横 A内n半扩张式： A直 A横 A内二、浇注系统的尺寸计算 n用反推法计算浇注系统的截面尺寸用反推法计算浇注系统的截面尺寸（生产实践的总结）（生产实践的总结） 1.浇注系统的类型和结构型式 2.内浇道的数量和总截面积（根据现场生产经验数

17、据 ） 3.内浇道的尺寸 4.由浇道截面比确定各单元的尺寸n按流体力学公式计算浇注系统最小断面积按流体力学公式计算浇注系统最小断面积第五节 冒口和冷铁设计 一、冒口设计1. 种类及形状 冒 口普 通 冒 口特 种 冒 口球 墨 铸 铁 自 补 缩 冒 口按在铸件上的位置按与大气相通程度顶冒口侧冒口明冒口暗冒口大气压力冒口压缩空气冒口按 加 压 方 式按 加 热 方 式气弹冒口发热冒口加氧冒口保温冒口电弧加热冒口煤气加热冒口易割冒口压力冒口浇注系统兼作冒口控制压力冒口安全小冒口、无冒口 n常用冒口类型常用冒口类型 a)铸钢件铸钢件 b)铸铁件铸铁件 1明顶冒口明顶冒口 2暗顶冒口暗顶冒口 3侧冒

18、口侧冒口 4铸件铸件2.冒口补缩原理 （1）基本条件1）冒口的凝固时间铸件（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及凝固收缩； 3）在凝固期间，冒口和被补缩部分存在补缩通道，扩张角向着冒口。 （2）选择冒口位置的原则 1）冒口应就近设在铸件热节（hot spot)的上方或侧旁； 2）冒口应尽量设在铸件最高、最厚的部位； 3）冒口不应设在铸件重要的、受力大的部位；4）冒口不应选在应力集中处； 5）应尽量用一个冒口补缩几个热节或铸件；6）冒口不应在加工面上；7）不同高度上的冒口，可应用冷铁使各个冒口的补缩范围隔开。所谓“热节”就是铸件上凝固较慢的节点或区域（3）冒口有效补缩距离的确定 它是确定冒口数目的依据，与铸件结构、合金成分及凝固特性、冷却条件、对铸件质量要求的高低等多种因素有关表1 板状铸件冒口的有效补缩距离工艺形式冒口有效补缩距离单冒口双冒口加冷铁的板件表2 杆状铸件冒口的有效补缩距离工艺形式冒口有效补缩距离单冒