材料成型第4章_铸造工艺设计3

1、1一、一、. . 浇注系统浇注系统第三节第三节 浇铸系统和冒口浇铸系统和冒口浇注系统是引导金属液流入型腔的一系列通道的总称。浇注系统是引导金属液流入型腔的一系列通道的总称。 浇口杯浇口杯直浇道直浇道 横浇道横浇道内浇道内浇道组组成成接纳、引入金属，减轻金属液接纳、引入金属，减轻金属液对铸型的冲击。对铸型的冲击。引入金属，提供压力头以克引入金属，提供压力头以克服流动阻力充满型腔服流动阻力充满型腔引入金属、阻撇熔渣引入金属、阻撇熔渣引入金属、控制金属液的充型引入金属、控制金属液的充型速度和流动方向速度和流动方向调控温度场调控温度场和凝和凝 固顺序，在某种情况下还固顺序，在某种情况下还有一定的补缩作

2、用。有一定的补缩作用。作用：作用：确保液态金属能够平稳而合理地充满型腔。确保液态金属能够平稳而合理地充满型腔。l内浇道的位置、数目应服从所选定的凝固顺序和补缩方法。内浇道的位置、数目应服从所选定的凝固顺序和补缩方法。内浇道在铸件上开设位置的选择可遵循如下原则：内浇道在铸件上开设位置的选择可遵循如下原则： 1 1为使铸件实现为使铸件实现同时凝固同时凝固，对对壁厚均匀壁厚均匀的铸件，可选用多个内的铸件，可选用多个内浇道分散引入金属液。浇道分散引入金属液。对对壁厚不太均匀壁厚不太均匀的铸件，内浇道应开设的铸件，内浇道应开设在薄壁处。在薄壁处。 2为使铸件实现为使铸件实现顺序凝固顺序凝固，内浇道应设在

3、有冒口的，内浇道应设在有冒口的厚壁处厚壁处，从厚壁处引入金属液，形成铸件从薄壁至厚从厚壁处引入金属液，形成铸件从薄壁至厚 壁，最后到冒口的壁，最后到冒口的先后凝固顺序。先后凝固顺序。浇注系统的重要参数：浇注系统的重要参数： 内浇口的总截面积内浇口的总截面积 横浇口的总截面积横浇口的总截面积 直浇口的总截面积。直浇口的总截面积。 31、浇注系统尺寸的确定、浇注系统尺寸的确定 S内内可可根据铸件的合金种类、质量、尺寸、壁厚根据铸件的合金种类、质量、尺寸、壁厚 及及浇注时间浇注时间，并考虑金属液的沿程摩擦损失和涡流损失，并考虑金属液的沿程摩擦损失和涡流损失，用水力公式计算。也可在生产中查经验图表。用

4、水力公式计算。也可在生产中查经验图表。1） 内浇道总横截面积内浇道总横截面积S内内nSK G式中：式中：G 为铸件毛重；为铸件毛重； K 为经验数据：铸件壁厚小于为经验数据：铸件壁厚小于15，K=0.7； 铸件壁厚铸件壁厚=1630，K=0.6； 铸件壁厚铸件壁厚=3160， K=0.5；4 封闭式浇注系统封闭式浇注系统 S直直S横横S内内 S直直 S横横 S内内=1.15 1.1 1 2）浇注系统其他组元横截面积尺寸的确定）浇注系统其他组元横截面积尺寸的确定l 优点：优点：这种浇注系统容易为金属液所充满，撇渣能这种浇注系统容易为金属液所充满，撇渣能力较好，可防止气体卷入金属液，力较好，可防止

5、气体卷入金属液，通常用于中小型通常用于中小型铸铁件。铸铁件。 l 缺点：缺点：这种浇注系统中金属液流速较大，有时甚至这种浇注系统中金属液流速较大，有时甚至发生喷射现象，发生喷射现象，不适于易氧化的非金属铸件或压头不适于易氧化的非金属铸件或压头大的铸件，也不适于用柱塞包浇注的铸钢件。大的铸件，也不适于用柱塞包浇注的铸钢件。当内浇口的总截面积最小时，浇注开始后整个当内浇口的总截面积最小时，浇注开始后整个浇注系统很快就充满了金属液，有利于阻止熔浇注系统很快就充满了金属液，有利于阻止熔渣及夹杂物进入型腔，这种浇注系统通常称为渣及夹杂物进入型腔，这种浇注系统通常称为封闭式浇注系统，一般都优先采用。封闭式

6、浇注系统，一般都优先采用。 5 开放式浇注系统开放式浇注系统 S直直 S横横 S内内 S直直 S横横 S内内=1 2 4 l 优点：优点：这种浇注系统中内浇道处金属液流速不高，这种浇注系统中内浇道处金属液流速不高，流动平稳，冲刷力小，金属液受氧化的程度轻，主流动平稳，冲刷力小，金属液受氧化的程度轻，主要适于易氧化的非金属铸件、球铁铸件和用柱塞包要适于易氧化的非金属铸件、球铁铸件和用柱塞包浇注的铸钢件。浇注的铸钢件。l 缺点：缺点：金属液难以充满这种浇注系统中的所有单元，金属液难以充满这种浇注系统中的所有单元，撇渣能力较差，渣和气体容易随液进入型腔，造成撇渣能力较差，渣和气体容易随液进入型腔，造

7、成废品。废品。当横浇口或直浇口的总截面积小于内浇当横浇口或直浇口的总截面积小于内浇口的总截面积时，浇注过程中金属液不口的总截面积时，浇注过程中金属液不会完全充满浇注系统，这种浇注系统通会完全充满浇注系统，这种浇注系统通常称为开放式浇注系统，仅在特殊工艺常称为开放式浇注系统，仅在特殊工艺采用。采用。6顶注式顶注式 底注式底注式 中间注入式中间注入式 阶梯注入式阶梯注入式 2. 常见浇注系统的类型常见浇注系统的类型 72. 常见浇注系统的类型常见浇注系统的类型 （1 1）顶注式浇注系统）顶注式浇注系统 内浇道开设内浇道开设在铸件的顶部。在铸件的顶部。优点：优点：金属液自由落下，自下而上金属液自由落

8、下，自下而上地逐渐充满型腔，利于定向凝固和地逐渐充满型腔，利于定向凝固和补缩；补缩；缺点：缺点：冲击力大，充型不平稳，易冲击力大，充型不平稳，易发生飞溅、氧化和卷入气体现象，发生飞溅、氧化和卷入气体现象，产生沙眼、冷豆、气孔和夹渣等缺产生沙眼、冷豆、气孔和夹渣等缺陷。陷。多用于多用于质量不大，高度不高和形状质量不大，高度不高和形状简单的薄壁或中等壁厚的铸件，易简单的薄壁或中等壁厚的铸件，易氧化金属铸件则不宜采用。氧化金属铸件则不宜采用。（2 2）分型面注入式浇注系统）分型面注入式浇注系统 内浇道内浇道开设在分型面上。开设在分型面上。优点：优点：能方便地按需要进行补置，有能方便地按需要进行补置，

9、有利于控制金属液的流量分布和铸型热利于控制金属液的流量分布和铸型热量的分布。量的分布。适用于适用于中等质量、高度和壁厚的铸件中等质量、高度和壁厚的铸件。应用普遍。应用普遍。（3 3）底注式浇注系统）底注式浇注系统 内浇道开内浇道开设在型腔底部。设在型腔底部。优点：优点：金属液充型平稳，避免了金属液充型平稳，避免了金属液冲击型芯、飞溅和氧化及金属液冲击型芯、飞溅和氧化及由此引起的铸件缺陷；型内气体由此引起的铸件缺陷；型内气体易于逐渐排出，整个系统充满较易于逐渐排出，整个系统充满较快，利于横浇道撇渣。快，利于横浇道撇渣。缺点：缺点：型腔底部金属液温度较高型腔底部金属液温度较高，而上部液面温度较低，

10、不利于，而上部液面温度较低，不利于冒口补缩。故应尽快浇注。冒口补缩。故应尽快浇注。多用于多用于易氧化的合金铸件。易氧化的合金铸件。8（4）阶梯式浇注系统）阶梯式浇注系统 是具有多层内浇道。是具有多层内浇道。优点：优点：兼有底注式和顶兼有底注式和顶注式的优点，又克服了注式的优点，又克服了两者的缺点，即浇注平两者的缺点，即浇注平稳，减少了飞溅，又有稳，减少了飞溅，又有利于补缩。利于补缩。缺点：缺点：浇注系统结构复浇注系统结构复杂，加大了造型和铸件杂，加大了造型和铸件清理工作量。清理工作量。多用于多用于高度较高、型腔高度较高、型腔较复杂、收缩率较大或较复杂、收缩率较大或品质要求较高的铸件。品质要求较

11、高的铸件。9l内浇道的位置、数目应服从所选定的凝固顺序和补缩方法。内浇道的位置、数目应服从所选定的凝固顺序和补缩方法。内浇道在铸件上开设位置的选择可遵循如下原则：内浇道在铸件上开设位置的选择可遵循如下原则： 1 1为使铸件实现为使铸件实现同时凝固同时凝固，对对壁厚均匀壁厚均匀的铸件，可选用多个内的铸件，可选用多个内浇道分散引入金属液。浇道分散引入金属液。对对壁厚不太均匀壁厚不太均匀的铸件，内浇道应开设的铸件，内浇道应开设在薄壁处。在薄壁处。 2为使铸件实现为使铸件实现顺序凝固顺序凝固，内浇道应设在有冒口的，内浇道应设在有冒口的厚壁处厚壁处，从厚壁处引入金属液，形成铸件从薄壁至厚从厚壁处引入金属

12、液，形成铸件从薄壁至厚 壁，最后到冒口的壁，最后到冒口的凝固顺序。凝固顺序。3. 内浇道与铸件型腔连接位置的选择原则内浇道与铸件型腔连接位置的选择原则10. . 应使内浇道中的金属液应使内浇道中的金属液畅通无阻地进入型腔，不畅通无阻地进入型腔，不正面冲击铸型壁、砂芯或正面冲击铸型壁、砂芯或型腔中薄弱的突出部分。型腔中薄弱的突出部分。. . 内浇道不应妨碍收缩。内浇道不应妨碍收缩。. .内浇道不应开设在重要内浇道不应开设在重要部位。部位。内浇道应开设在容易清理内浇道应开设在容易清理和打磨得地方。和打磨得地方。3. 内浇道与铸件型腔连接位置的选择原则内浇道与铸件型腔连接位置的选择原则11. 当合金

13、收缩较大且壁当合金收缩较大且壁厚有一定差别时，厚有一定差别时，宜将内宜将内浇道从铸件浇道从铸件厚壁厚壁处引入，处引入，以利铸件以利铸件定向凝固定向凝固； 而对壁薄而轮廓尺寸又而对壁薄而轮廓尺寸又较大的铸件，较大的铸件，宜将内浇道宜将内浇道从铸件从铸件薄壁薄壁处引入，以利处引入，以利铸件铸件同时凝固同时凝固，减少铸件，减少铸件的内应力、变形，防止裂的内应力、变形，防止裂纹产生。纹产生。12冒口是在铸型中设置的一个储存金属液的空腔。冒口是在铸型中设置的一个储存金属液的空腔。 主要作用：主要作用：在铸件凝固收缩过程中，提供由于收缩所需要补在铸件凝固收缩过程中，提供由于收缩所需要补给的金属液，对铸件进

14、行补缩，防止产生缩孔、缩松等缺陷。给的金属液，对铸件进行补缩，防止产生缩孔、缩松等缺陷。冒口冒口普通冒口普通冒口特种冒口特种冒口明冒口明冒口暗冒口暗冒口保温冒口保温冒口发热冒口发热冒口大气压力冒口大气压力冒口易割冒口易割冒口二二. . 冒口冒口131、冒口的凝固时间必须大于或等于铸件被补缩部分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。的凝固时间。2、冒口应具有足够大的体积，以保证有足够的金属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部的体收缩。液补充铸件内部的体收缩。3、在铸件凝固时，冒口与被补缩部位之间应有通畅在铸件凝固时，冒口与被补缩部位之间应有通畅的补缩通道。的补

15、缩通道。4、为增加铸件局部冷却速度，在铸型局部区域设置为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（如铸铁、石墨或铸钢等）作为激冷能力强的材料（如铸铁、石墨或铸钢等）作为冷铁。冷铁。l冒口设计原则：冒口设计原则：14确定冒口的位置应遵守下列原则：确定冒口的位置应遵守下列原则：1）冒口就近设在铸件热节的上方或侧旁；）冒口就近设在铸件热节的上方或侧旁； 2） 冒口尽量设在铸件最高、最厚的部位，对低处的热节增冒口尽量设在铸件最高、最厚的部位，对低处的热节增设补贴或使用冷铁。设补贴或使用冷铁。 3）冒口不应设冒口不应设在铸件在铸件重要的、受力大的部位重要的、受力大的部位，以防晶粒粗，以防

16、晶粒粗大降低力学性能。大降低力学性能。 4）冒口位置不要选冒口位置不要选在在铸造应力集中处铸造应力集中处，应注意减轻对铸件，应注意减轻对铸件的收缩阻碍，以免引起裂纹。的收缩阻碍，以免引起裂纹。 5）尽量用）尽量用一个冒口同时补缩一个冒口同时补缩几个热节或铸件几个热节或铸件6）冒口布置在加工面上，可借加工精整铸件表面，零件外观）冒口布置在加工面上，可借加工精整铸件表面，零件外观质量好。质量好。 7）对不同高度上的多个冒口，应用）对不同高度上的多个冒口，应用冷铁使各个冒口冷铁使各个冒口的补缩范的补缩范围相隔开围相隔开 1516冒口尺寸计算的基本原理冒口尺寸计算的基本原理l 冒口根部的直径冒口根部的

17、直径d大于铸件被补缩处的热节圆直径大于铸件被补缩处的热节圆直径dyl 冒口高度冒口高度H由所选定的系数乘以由所选定的系数乘以d得出。得出。 见图见图4-8，表，表4-6。171819第四节铸造工艺方案及工艺图示例第四节铸造工艺方案及工艺图示例3232 铸造工艺图是铸造过程最基本和最重要的工艺文件铸造工艺图是铸造过程最基本和最重要的工艺文件之一，之一，它对它对模样的制造模样的制造、工艺装备的准备工艺装备的准备、造型造芯造型造芯、型砂烘干、合型浇注、落砂清理及技术检验等，都起着型砂烘干、合型浇注、落砂清理及技术检验等，都起着指导和依据的指导和依据的作用。作用。 铸造工艺图是利用铸造工艺图是利用红、

18、红、蓝蓝两色铅笔，将各种简明的工两色铅笔，将各种简明的工艺符号，标注在产品零件图上的图样。艺符号，标注在产品零件图上的图样。 20零件的铸造工艺图的制定及铸件图举例零件的铸造工艺图的制定及铸件图举例(一一)首先应综合考虑浇注位置和分型面的确定，首先应综合考虑浇注位置和分型面的确定，1 加工余加工余量、量、2 起模斜度，起模斜度，3 砂芯的部位，要画出砂芯的位置、砂芯的部位，要画出砂芯的位置、形状和芯头。形状和芯头。铸造工艺图绘制铸造工艺图绘制212250全部11015010070M154均布下下上上收缩率1%23 120154均布2005080258其余下下上上收缩率1%24工艺设计实例工艺设

19、计实例2 上上下下材料：材料：HT200HT200收缩率：收缩率：1.0 %1.0 %25可从以下几方面进行分析：可从以下几方面进行分析： 分型面和分模面；分型面和分模面； 浇注位置、浇冒口的位置、形状、尺寸浇注位置、浇冒口的位置、形状、尺寸和数量；和数量； 工艺参数；工艺参数； 型芯的形状、位置和数目，型芯头的定型芯的形状、位置和数目，型芯头的定位方式和安装方式；位方式和安装方式； 冷铁的形状、位置、尺寸和数量；冷铁的形状、位置、尺寸和数量； 其他。其他。一、一、 铸造工艺方案示例铸造工艺方案示例26铸造工艺方案示例铸造工艺方案示例127(1)方案方案I 沿底板中心线分型，即沿底板中心线分型

20、，即采用采用分模造型分模造型。优点：优点：底面上底面上110 mm凹槽凹槽容易铸出，轴孔下芯方容易铸出，轴孔下芯方便，轴孔内凸台不妨碍便，轴孔内凸台不妨碍起模。起模。缺点：缺点：底板上四个凸台必底板上四个凸台必须采用须采用活块活块，同时，铸，同时，铸件易产生件易产生错型缺陷错型缺陷，飞，飞翅清理的工作量大。此翅清理的工作量大。此外，若采用木模，外，若采用木模，加强加强筋处过薄筋处过薄，木模易损坏。，木模易损坏。28(2)方案方案 沿底面分型，铸件全沿底面分型，铸件全部位于下箱，为铸出部位于下箱，为铸出110 mm凹槽必须采用凹槽必须采用挖砂造型挖砂造型。 方案方案克服了方案工的克服了方案工的缺

21、点缺点，但轴孔内凸台，但轴孔内凸台妨碍起模，必须采用妨碍起模，必须采用两个两个活块或下型芯活块或下型芯。当采用活块造型时，当采用活块造型时，30 mm轴孔难以下芯。轴孔难以下芯。29(3)方案方案 沿沿110 mm凹槽底面分凹槽底面分型。型。优缺点与方案优缺点与方案类同类同，仅是将挖砂造型改用仅是将挖砂造型改用分模造型或假箱造型分模造型或假箱造型，以适应不同的生产条以适应不同的生产条件。件。 可以看出，可以看出，方案方案、的优点多于方案的优点多于方案I。30上下 由于轴孔直径较小、由于轴孔直径较小、勿需铸出，而手工造型勿需铸出，而手工造型便于进行挖砂和活块造便于进行挖砂和活块造型，此时依靠方案

22、型，此时依靠方案分分型较为经济合理。型较为经济合理。但在不同生产批量下，具体方案可选择如下：但在不同生产批量下，具体方案可选择如下： (1)(1)单件、小批生产单件、小批生产31上下但在不同生产批量下，具体方案可选择如下：但在不同生产批量下，具体方案可选择如下： (2) (2)大批量生产大批量生产l 机器造型难以使用活机器造型难以使用活块，故应采用型芯制块，故应采用型芯制出轴孔内凸台。出轴孔内凸台。l 采用方案采用方案从从110凹凹槽底面分型，以降低槽底面分型，以降低模板制造费用。模板制造费用。l 方型芯的宽度大于底方型芯的宽度大于底板，以便使上箱压住板，以便使上箱压住该型芯，防止浇注时该型芯

23、，防止浇注时上浮。若轴孔需要铸上浮。若轴孔需要铸出，采用组合型芯即出，采用组合型芯即可实现。可实现。32工艺分析：工艺分析：该零件的主要作用是支承轴件，故该零件的主要作用是支承轴件，故40 mm内孔表面是应当保内孔表面是应当保证质量的重要部位。此外，底板平面也有一定的加工及装配要求，底板上证质量的重要部位。此外，底板平面也有一定的加工及装配要求，底板上的四个的四个8 mm的螺钉孔可不铸出，的螺钉孔可不铸出，留待钻削加工成形。留待钻削加工成形。 从对轴座结从对轴座结构的总体分析来构的总体分析来看，该件适于采看，该件适于采用水平位置的造用水平位置的造型、浇注方案，型、浇注方案，此时此时40 mm内

24、孔内孔处只要加大加工处只要加大加工余量仍可保证该余量仍可保证该处的质量。处的质量。 轴座轴座生产批量：生产批量：单件小批或大批生产。单件小批或大批生产。33(1)单件小批生产工艺方案单件小批生产工艺方案 方案方案(1)所示采用两个分型面、三箱造型，浇注所示采用两个分型面、三箱造型，浇注位置为底板朝下。这样做可使底位置为底板朝下。这样做可使底 板上的长方形凹槽板上的长方形凹槽用下型的砂垛形成。用下型的砂垛形成。 如将轴孔朝下而底板向上，则凹槽就得用吊砂，如将轴孔朝下而底板向上，则凹槽就得用吊砂，使造型操作麻烦。使造型操作麻烦。该方案只需制造该方案只需制造一个圆柱形内孔一个圆柱形内孔型芯，利于减少

25、型芯，利于减少制模费用。制模费用。34 方案方案(2)所示，采用一个分模面、两箱造型，轴孔处于中所示，采用一个分模面、两箱造型，轴孔处于中间的浇注位置。该方案造型操作简便，生产效率高，但增加间的浇注位置。该方案造型操作简便，生产效率高，但增加了四个形成了四个形成16 mm圆形凸台的圆形凸台的1外型芯及一外型芯及一 个形成个形成 长方长方形凹坑的形凹坑的3外型芯，因而增加制造芯盒及造芯的费用。但外型芯，因而增加制造芯盒及造芯的费用。但由于批量大，该费用均分到每个铸件上的成本就较低，因而由于批量大，该费用均分到每个铸件上的成本就较低，因而是合算的。是合算的。 (2)大批生产工艺方案大批生产工艺方案

26、35轴座铸件的一型两铸方案轴座铸件的一型两铸方案 3 3型芯是悬臂型芯，其型芯头的长度较长。大批生产时，型芯是悬臂型芯，其型芯头的长度较长。大批生产时，还可考虑一箱中同时铸造两件的方案还可考虑一箱中同时铸造两件的方案( (图图1-49)1-49)，使悬臂型，使悬臂型芯成为挑担型芯，这样可使芯头长度缩短，且下芯定位简芯成为挑担型芯，这样可使芯头长度缩短，且下芯定位简便，成本更低。便，成本更低。36C6140车床进给箱体车床进给箱体 371分型面的选择分型面的选择 方案方案 分型面在轴孔的中心线上。此时凸台A因距分型面较近，又处于上箱，若采用活块、型砂易脱落，故只能用型芯来形成，但槽C用型芯或活块

27、均可制出。本方案的主要优点是便于铸出九个轴孔，铸后飞翅少，便于清理。同时，下芯头尺寸较大，型芯稳定性好，不易产生偏芯缺陷。其主要缺点是型芯数量较多。 方案方案 从基准面D分型，铸件绝大部分位于下箱。此时，凸台A不妨碍起模，但凸台E和槽C妨碍起模，也需用活块或型芯来克服。其缺点是轴孔难以直接铸出。若铸出轴孔，因无法制出型芯头，必须加大型芯与型壁的间隙，使飞翅的清理工作量加大。 方案方案 从B面分型，即铸件全部置于下箱。其优点是铸件不会产生错型缺陷。同时，铸件最薄处在铸型下部，金属液易于填充。缺点是凸台E、A和槽C都需采用活块或型芯，而内腔型芯上大下小、稳定性差；若铸出轴孔，则其缺点与方案同。38

28、 上述诸方案虽各有其优缺点，但结合具体条件，仍可找出最佳方案。 (1)大批量生产 为减少切削加工量，九个轴孔应当铸出。此时，为了简化造型工艺只能采用方案工分型。为便于采用机器造型，凸台和凹槽均应采用型芯。 (2)单件、小批生产 因采用手工造型，故活块比型芯更为经济，同时，因铸件的尺寸偏差较大，九个轴孔不必铸出，留待直接切削加工。此外，应尽量降低上箱的高度，以便利用现有砂箱。显然，在单件生产条件下，宜采用方案或方案；小批生产时，三个方案均可考虑，视具体条件而定。392铸造工艺图铸造工艺图 分型面确定之后，分型面确定之后，便可依据有关资料便可依据有关资料绘制铸造工艺图。绘制铸造工艺图。图图2 24

29、242为采用分为采用分型方案型方案时的铸造时的铸造工艺图。由于本书工艺图。由于本书省略了其它视图，省略了其它视图，故组装而成的型腔故组装而成的型腔大型芯的细节图中大型芯的细节图中未能示出。未能示出。40铸造工艺设计实例铸造工艺设计实例4图示是支承轮铸造工艺图。材料图示是支承轮铸造工艺图。材料HT200，铸件质量约，铸件质量约19 kg，轮廓，轮廓尺寸尺寸300 mm100 mm，生产批生产批量为单件量为单件。（1）从图纸上可以看出，该铸件）从图纸上可以看出，该铸件外形结构为旋转体，辐板下有外形结构为旋转体，辐板下有三三根加强肋并与根加强肋并与40孔形成六等分均孔形成六等分均布，布，外形较为简单。主要壁厚为外形较为简单。主要壁厚为35 mm。虽然轮缘略厚些，但主。虽然轮缘略厚些，但主要热节处是轮毂。另外轮毂部位要热节处是轮毂。另外轮毂部