铸造工艺设计14

1、1液态成形工艺设计液态成形工艺设计沈阳工业大学材料学院2内容提要内容提要1铸造工艺设计依据内容和程序；铸造工艺设计依据内容和程序；2液态成形工艺方案的确定及铸造工艺参数设液态成形工艺方案的确定及铸造工艺参数设计；计；3液态成形浇注系统的设计；液态成形浇注系统的设计；4冒口、冷铁的设计冒口、冷铁的设计;5铸造工艺装备铸造工艺装备31 铸造工艺设计依据铸造工艺设计铸造工艺设计就是根据铸造零件的结构特点、技术要求、生产批量、交货期限和现有生产 条件等，确定铸造工艺方案和工艺参数，绘制铸造工艺图、编制产品铸造工艺规程或铸造工艺卡，作为生 产准备、管理和产品验收的依据，并用于直接指导生产操作和中间检查。

2、45(一) 生产任务v(1) 铸造零件图纸铸造零件图纸提供的图纸必须清晰无误，有完整的尺寸和各种标记。 v(2) 零件的技术要求零件的技术要求金属材质牌号、金相组织、力学性能要求，铸件尺寸及重量允许偏差，其他特殊性能要求，是否经水压、气压试验，零件在机器上的工作条件等。 v(3) 产品数量及生产期限产品数量及生产期限 产品数量是指批量大小。 6(二) 生产条件v(1) 设备能力设备能力起重运输机的吨位和最大起重高度，熔炉的类型、吨位和生产率，造型和制芯机种类、机械化程度，烘干炉和热处理炉的能力，地坑尺寸，厂房高度和大门尺寸等。v(2) 车间原材料原材料的应用情况和供应情况。v(3) 工人技术水

3、平和生产经验技术水平和生产经验。v(4) 模具等工艺装备工艺装备制造车间的加工能力和生产经验。7(三) 考虑经济性v各种原材料、炉料等的价格，每吨金属液的成本，各级工种工时费用，设备每小时费用等，都应有所了解，以便考虑该项工艺的经济性。简便适用，有利操作和节能环保8铸造工艺设计的一般内容和程序铸造工艺设计的一般内容和程序 项项目目 内容内容 用途及应用范围用途及应用范围 设计程序设计程序 铸铸 造造 工工 艺艺 图图 在零件图上用规定的在零件图上用规定的红、兰等各色符号表红、兰等各色符号表示出：浇注位置和分示出：浇注位置和分型面，加工余量，收型面，加工余量，收缩率，起模斜度，反缩率，起模斜度，

4、反变形量，浇、冒口系变形量，浇、冒口系统，内外冷铁，铸肋，统，内外冷铁，铸肋，砂芯形状、数量及芯砂芯形状、数量及芯头大小等头大小等 是制造模样、模底板、是制造模样、模底板、芯盒等工装以及进行生产芯盒等工装以及进行生产准备和验收的依据准备和验收的依据 适用于各种批量的生产适用于各种批量的生产 产品零件的技术条件产品零件的技术条件 和结构工艺性分析和结构工艺性分析 选择铸造及造型方法选择铸造及造型方法 确定浇注位置和分型确定浇注位置和分型 面面 选用工艺参数选用工艺参数 设计浇冒口、冷铁和设计浇冒口、冷铁和 铸肋铸肋 型芯设计型芯设计 铸铸 件件 图图 把经过铸造工艺设计后，把经过铸造工艺设计后，

5、改变了零件形状、尺寸改变了零件形状、尺寸的地方都反映在铸件图的地方都反映在铸件图上上 是铸件验收和机加工夹具设是铸件验收和机加工夹具设计的依据。适用于成批、大计的依据。适用于成批、大量生产或重要铸件的生产量生产或重要铸件的生产 在完成铸造工艺图的基在完成铸造工艺图的基 础上，画出铸件图础上，画出铸件图 铸铸 型型 装装 配配 图图 表示出浇注位置，型表示出浇注位置，型芯数量、固定和下芯芯数量、固定和下芯顺序，浇冒口和冷铁顺序，浇冒口和冷铁布置，砂箱结构和尺布置，砂箱结构和尺寸大小等寸大小等 是生产准备、合箱、检验、是生产准备、合箱、检验、工艺调整的依据工艺调整的依据 适用于成批、大量生产的适用

6、于成批、大量生产的重要件，单件的重型铸件重要件，单件的重型铸件 通常在完成砂箱设计后通常在完成砂箱设计后 画出画出 铸造铸造工艺工艺卡片卡片 说明造型、造芯、浇注、说明造型、造芯、浇注、打箱、清理等工艺操作打箱、清理等工艺操作过程及要求过程及要求 是生产管理的重要依据是生产管理的重要依据 根据批量大小填写必要条根据批量大小填写必要条件件 综合整个设计内容综合整个设计内容 9设设计计要要点点铸造工艺铸造工艺 方案的确定方案的确定 工艺参数工艺参数的确定的确定浇注系统浇注系统和冒口和冒口铸造工艺铸造工艺图的绘制图的绘制铸造工艺设计包括：铸造工艺设计包括：选择铸造方法或造型方法选择铸造方法或造型方法

7、铸件的浇注位置和分型面位置，型芯和芯头结构；铸件的浇注位置和分型面位置，型芯和芯头结构；加工余量、收缩率和拔模斜度等工艺参数；加工余量、收缩率和拔模斜度等工艺参数；浇注系统、冒口和冷铁的布置等；浇注系统、冒口和冷铁的布置等；将所确定的工艺方案用文字和铸造工艺符号在零件将所确定的工艺方案用文字和铸造工艺符号在零件图上表示出来，绘制铸造工艺图。图上表示出来，绘制铸造工艺图。10铸造工艺图铸造工艺图在零件图上用各种工艺符号表示出铸造工在零件图上用各种工艺符号表示出铸造工艺方案的图形艺方案的图形铸造工艺图上的工艺符号铸造工艺图上的工艺符号111213142 液态成形工艺方案的确定及液态成形工艺方案的确

8、定及铸造工艺参数设计铸造工艺参数设计 2.1 零件结构的液态成形工艺性分析零件结构的液态成形工艺性分析2.2 浇注位置的确定浇注位置的确定2.3 分型面的选择分型面的选择2.4 液态成形用芯的工艺设计液态成形用芯的工艺设计2.5 铸造工艺设计参数铸造工艺设计参数152.1 零件结构的液态成形工艺性分析v首先应对产品零件图进行审查和分析，并着重注意以下两方面的问题。v第一，审查零件结构是否符合铸造工艺的要求。在审查中如发现结构设计有不合理之处，就应与有关方面进行研究，在保证使用要求的前提下予以改进。v第二，在既定的零件结构条件下，考虑铸造过程中可能出现的主要缺陷，在工艺设计中采取措施予以防止。铸

9、造零件结构的液态成形工艺性是指零件的结构应符液态成形工艺性是指零件的结构应符合砂型铸造生产的要求，易于保证铸件质量，简化工合砂型铸造生产的要求，易于保证铸件质量，简化工艺、降低成本艺、降低成本。16（一）从避免缺陷方面审查铸件结构（一）从避免缺陷方面审查铸件结构1）铸件应有合适铸件应有合适的壁厚的壁厚 避免浇不到、冷隔等缺陷，铸件不应太薄铸件不应太薄。铸件的最小允最小允许壁厚和铸造许壁厚和铸造合金的流动性合金的流动性密切相关。17v铸件也不应设计得太铸件也不应设计得太厚厚。超过临界壁厚的铸件中心部分晶粒粗大，常出现缩孔、缩松等缺陷，导致力学性能降低。各种合金各种合金铸件的临界壁厚可按铸件的临界

10、壁厚可按最小壁厚的三倍最小壁厚的三倍来考来考虑虑 。图2-1 采用加强筋减少铸件厚度182）铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意壁厚过渡和圆角壁厚过渡和圆角。如图。如图2-2图2-2 铸钢件结构的改进 图2-3 壁与壁相交的几种形式193）铸件内壁应薄于外壁铸件内壁应薄于外壁 铸件的内壁和筋等，散热条件较差，应薄于外壁，以使内、外壁能均匀地冷却，减轻内应力和防止裂纹。 合 金 种 类铸铁件铸钢件铸铝件铸铜件内壁比外壁应减薄的值1020% 2030% 1020% 1520%204）壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成）壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节热

11、节图2-4 壁厚力求均匀215 ）利于补缩和实现顺序凝固）利于补缩和实现顺序凝固 对于铸钢等体收缩大的合金铸件，易于形成收缩缺陷，应仔细审查零件结构实现顺序固的可能性。)方案铸出的件，在A点以下部分，因超出冒口的补缩范围而有缩松，水压试验时出现渗漏；)方案，只在底部76范围内壁厚相等，由此向上，壁厚以13角向上增厚，有利于顺序凝固和补缩，铸件质量良好图2-5 合金钢壳体结构改进226）防止铸件翘曲变形）防止铸件翘曲变形 某些壁厚均匀的细长形铸件，较大的平板形铸件以及壁厚不均的长形箱体件，如机床床身等，会产生翘曲变形。前两种铸件发生变形的主要原因是结构刚度差结构刚度差，铸件各面冷却条件的差别引起

12、不大的内应力铸件各面冷却条件的差别引起不大的内应力，但却使铸件显著翘曲变形。后者变形原因是壁厚相差悬珠，冷却过程中引壁厚相差悬珠，冷却过程中引起较大的内应力起较大的内应力，造成铸件变形。 23v可通过改进铸件结构、铸件人工时效矫形，塑性铸件进行机械矫形和采用反变形模样等措施解决。图2-6 防止变形的铸件结构247）避免水平的大平面结构）避免水平的大平面结构 在浇注时，如果型腔内有较大的水平面存在，当金属液上升到该位置时，由于断面突然扩大，金属液面上升速度变得非常小，极易造成夹砂缺陷或浇不到、渣孔和砂孔等缺陷。应尽可能把水平壁改进为稍带倾斜的壁或曲面壁稍带倾斜的壁或曲面壁。25（二）从简化铸造工

13、艺方面改进零件结构（二）从简化铸造工艺方面改进零件结构v1)改进妨碍起模的凸台、凸缘和筋板的结构；v2)取消铸件外表侧凹；v3)改进铸件内腔结构以减少型芯；v4)减少和简化分型面；v5)有利于砂芯的固定和排气；v6)减少清理铸件的工作量；v7)简化模具的制造 ；v8)大型复杂件的分体铸造和简单小件的联合铸造；261）改进妨碍起模）改进妨碍起模的凸台、凸缘和的凸台、凸缘和筋板的结构筋板的结构图2-7 妨碍起模部分的改进272）取消铸件外表侧）取消铸件外表侧凹凹 铸件外侧壁上有凹入部分必然妨碍起模，需要增加砂芯才能形成铸件形状。图2-8 带有外表侧凹的铸件结构之改进283）改进铸件内腔结构）改进铸

14、件内腔结构以减少砂芯以减少砂芯 铸件内腔的筋条、凸台和突缘的结构欠妥，常是造成砂芯多、工艺复杂的重要原因。 图2-9 铸件内腔结构的改进294）减少和简化分型面）减少和简化分型面 a图必须采用不平分型面，增加了制造模样和模板的工作量图2-10 简化分型面的铸件结构305）有利于砂芯的固定和排气）有利于砂芯的固定和排气图2-11 撑架结构的改进图2-12 活塞结构的改进316）减少清理铸件的）减少清理铸件的工作量工作量 清除表面粘砂、内部残留砂芯，去除浇口、冒口和飞边 等操作。这些操作劳动量大且环境恶劣。铸件结构设计应注意减轻清理的工作量。 图2-13 钢体结构的改进327）简化模具的制造）简化

15、模具的制造单件、小批生产中，模样和芯盒的费用占铸件成本的很大比例。为节约模具制造工时和金属材料，铸件应设计成规则的、容易加工的形状。 图2-14 阀体结构的改进338）大型复杂件的分体铸造和简单小件的）大型复杂件的分体铸造和简单小件的联合铸造联合铸造 有些大而复杂的铸件，可考虑分成几个分成几个简单的铸件，铸造后再用焊用焊接方法或用螺栓接方法或用螺栓将其连接起来。这种方法常能简化铸造过程，使本来受工厂条件限制无法生产的大型铸件成为可能。 342.2 浇注位置的确定浇注位置的确定 v铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内的状浇注位置是指浇注时铸件在型内的状态和位置态和位置。浇注位置与铸型的充填、铸件的

16、冷却、凝固与收缩有关，因而关系到铸件的内外质量；还直接关系到造型工艺的难易，模型、芯盒的设计和制作。 35确定浇注位置时应考虑以下原则：确定浇注位置时应考虑以下原则： 估计到铸件发生缺陷的可能估计到铸件发生缺陷的可能（1）铸件的）铸件的重要部分重要部分应尽量置于下部应尽量置于下部;（2）重要加工面重要加工面应朝下或呈直立状态应朝下或呈直立状态;（3）使）使铸件的大平面铸件的大平面朝下，避免夹砂类缺陷朝下，避免夹砂类缺陷;（4）应保证铸件能）应保证铸件能充满充满;（5）应有利于）应有利于顺序凝固顺序凝固;（6）避免用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯，使下芯、合箱）避免用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯，使下芯、合箱

17、及检验方便。及检验方便。 （7）应使）应使合箱位置、浇注位置和铸件冷却位置相一致合箱位置、浇注位置和铸件冷却位置相一致; 此外，应注意浇注位置、冷却位置与生产批量密切相此外，应注意浇注位置、冷却位置与生产批量密切相关。关。 36钳工平板钳工平板 （1 1）铸件的重要加工面或主要工作面铸件的重要加工面或主要工作面应朝下或位应朝下或位于侧面，避免砂眼、气孔和夹渣于侧面，避免砂眼、气孔和夹渣 金属液的比重大于砂、渣。浇注时，砂眼气泡和夹渣往往上浮到铸件的上表金属液的比重大于砂、渣。浇注时，砂眼气泡和夹渣往往上浮到铸件的上表面，所以上表面的缺陷通常比下部要多。同时，由于重力的关系，下部的铸面，所以上表

18、面的缺陷通常比下部要多。同时，由于重力的关系，下部的铸件最终比上部要致密。因此，为了保证零件的质量，重要的加工面应尽量朝件最终比上部要致密。因此，为了保证零件的质量，重要的加工面应尽量朝下，若难以做到朝下，应尽量位于侧面。当铸件的重要加工面有数个时，则下，若难以做到朝下，应尽量位于侧面。当铸件的重要加工面有数个时，则应将较大的平面朝下。应将较大的平面朝下。对于体收缩大的合金铸件，为放置冒口和毛坯整修方对于体收缩大的合金铸件，为放置冒口和毛坯整修方便，重要加工面或主要工作面可以朝上。便，重要加工面或主要工作面可以朝上。37 因为因为卷扬筒的圆周表面质量要求高，不允许存有卷扬筒的圆周表面质量要求高

19、，不允许存有明显的铸造缺陷明显的铸造缺陷。若采用若采用卧铸卧铸，圆周的，圆周的朝上表面朝上表面的质量难以保证；的质量难以保证；若采用若采用立铸立铸，由于全部，由于全部圆周表面圆周表面均处于侧立位置，其均处于侧立位置，其质量均匀一致，较易获得合格铸件。质量均匀一致，较易获得合格铸件。卷扬筒的浇注位置方案38 因为铸件上部凝固速度慢，晶粒较粗大，易在铸件上因为铸件上部凝固速度慢，晶粒较粗大，易在铸件上部形成砂眼、气孔、渣孔等缺陷。铸件下部的晶粒细小部形成砂眼、气孔、渣孔等缺陷。铸件下部的晶粒细小，组织致密，缺陷少，质量优于上部。，组织致密，缺陷少，质量优于上部。 机床机床床身导轨床身导轨和铸造和铸

20、造锥齿轮锥齿轮的锥面都是主要的工作的锥面都是主要的工作面，浇注时应朝下。面，浇注时应朝下。 实际浇铸机床床身落砂后的照片39(2) 铸件的大平面铸件的大平面应朝下，减少辐射防开裂夹渣应朝下，减少辐射防开裂夹渣因为在浇注过程中因为在浇注过程中金属液对型腔上表面有强烈的热辐射金属液对型腔上表面有强烈的热辐射，型砂因急剧热膨胀和强度下降而，型砂因急剧热膨胀和强度下降而拱起或开裂拱起或开裂，于是，于是铸件表面形成铸件表面形成夹砂夹砂缺陷。同时铸件的大平面朝下，也缺陷。同时铸件的大平面朝下，也有利于排气、减小金属液对铸型的冲刷力有利于排气、减小金属液对铸型的冲刷力。因此，平。因此，平板、圆盘类铸件的大平

21、面应朝下。板、圆盘类铸件的大平面应朝下。40(3) 面积较大的薄壁部分面积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜位置，防止产生浇不足冷隔处于垂直或倾斜位置，防止产生浇不足冷隔曲轴箱曲轴箱41大平板类铸件的倾斜浇注42 大面积薄壁铸件浇注位置（大面积薄壁铸件浇注位置（油盘铸件）油盘铸件）43(4) 易形成缩孔的铸件，易形成缩孔的铸件，较厚部分置于上部或侧面较厚部分置于上部或侧面，利于顺序凝固，利于顺序凝固44(5) (5) 应尽量减少型芯的数量应尽量减少型芯的数量45不合理不合理：合理的方案合理的方案：(6) (6) 要便于安放型芯、固定和排气要便于安放型芯、固定和排气

22、462.3 分型面的选择分型面的选择v分型面是指两半铸型相互接触的表面分型面是指两半铸型相互接触的表面。除了地面软床造型、明浇的小件和实型铸造法以外，都要选择分型面。v分型面一般在确定浇注位置后再选择分型面一般在确定浇注位置后再选择。但分析各种分型面方案的优劣之后，可能需重新调整浇注位置。生产中，浇注位置和分型面有时是同时确定的。分型面的优劣，在很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率。 4748选择分型面时，应注意以下原则：选择分型面时，应注意以下原则： v分型面主要是分型面主要是为了取出模样而设置的为了取出模样而设置的，但对铸件精，但对铸件精度会造成损害。度会造成损害。v一方面它使铸件产

23、生一方面它使铸件产生错偏错偏，这是因合箱对准误差引，这是因合箱对准误差引起的；起的；v另一方面由于合箱不严，在垂直分型面方向上另一方面由于合箱不严，在垂直分型面方向上增加增加铸件尺寸铸件尺寸。 (1) 应使铸件全部或大部置于同一半型内应使铸件全部或大部置于同一半型内49基准面放在同一个砂箱中管子堵头分型方案（管子堵头分型方案（a合理合理b不合理）不合理）50床身铸件，其床身铸件，其顶部平面为加工基准面。顶部平面为加工基准面。l图中方案图中方案a在妨碍起模的凸台处增加了在妨碍起模的凸台处增加了外部型芯外部型芯，因采用整模造型使加工，因采用整模造型使加工面和基准面在同一砂箱内，铸件精度高，是大批量

24、生产时的合理方案。面和基准面在同一砂箱内，铸件精度高，是大批量生产时的合理方案。l若采用方案若采用方案b，铸件若产生，铸件若产生错型错型将影响铸件精度，但在单件、小批生产条将影响铸件精度，但在单件、小批生产条件下，铸件的尺寸偏差在一定范围内可用划线来矫正，故在相应条件下方件下，铸件的尺寸偏差在一定范围内可用划线来矫正，故在相应条件下方案案b仍可采用。仍可采用。51不合理不合理合理合理尽量使加工基准面与大部分尽量使加工基准面与大部分 加工面在同一砂型内加工面在同一砂型内 后轮毂的分型方案后轮毂的分型方案52(2) 应尽量减少分型面的数目应尽量减少分型面的数目v分型面少，铸件精度容易保证，且砂箱数

25、目少。分型面少，铸件精度容易保证，且砂箱数目少。v但应考虑以下具体条件：但应考虑以下具体条件：机器造型机器造型的中小件，一般的中小件，一般只许可一个分型面只许可一个分型面，以便充分发挥造型机的生产率。，以便充分发挥造型机的生产率。凡不能出砂的部位均采用砂芯，而不允许用活块或凡不能出砂的部位均采用砂芯，而不允许用活块或多分型面。但对于大型复杂件，如磨床床身等，采多分型面。但对于大型复杂件，如磨床床身等，采用多分型面的劈箱造型。用多分型面的劈箱造型。53 多一个分型面多一份误差，使精度下降；多一个分型面多一份误差，使精度下降； 分型面多，造型工时多，生产率下降；分型面多，造型工时多，生产率下降；

26、机器造型只能两箱造型，分型面多，不能进行大批量生产。机器造型只能两箱造型，分型面多，不能进行大批量生产。如下图所示为一双联齿轮毛坯，若大批生产只能采用两箱造型，如下图所示为一双联齿轮毛坯，若大批生产只能采用两箱造型，但其中间为但其中间为侧凹侧凹的部分，两箱造型要影响其起模，当采用了的部分，两箱造型要影响其起模，当采用了环状环状外型芯外型芯后解决了起模问题，很容易进行机器造型。后解决了起模问题，很容易进行机器造型。54尽量减少分型面55三通铸件三通铸件56四箱四箱两箱两箱三箱三箱57三通铸件的浇注位置和分型面三通铸件的浇注位置和分型面58(3) 分型面应尽量选用平面分型面应尽量选用平面v平面分型

27、面便于起模，可简化造型过程和模板制造，平面分型面便于起模，可简化造型过程和模板制造，易于保证铸件精度易于保证铸件精度。 图为采用平直分型面的造型图5960(4) 便于下芯、合箱和检查型腔尺寸便于下芯、合箱和检查型腔尺寸v在手工造型中，模样及在手工造型中，模样及芯盒尺寸精度不高，在芯盒尺寸精度不高，在下芯、合箱时，造型工下芯、合箱时，造型工需要检查型腔尺寸，并需要检查型腔尺寸，并调整砂芯位置，才能保调整砂芯位置，才能保证壁厚均匀。为此，证壁厚均匀。为此，应应尽量把主要砂芯放在下尽量把主要砂芯放在下半型中。半型中。61 简简化工化工艺艺 便于合箱便于合箱62避免活块和型芯支架分型方案支架分型方案l

28、按图中按图中方案方案，凸，凸台必须台必须采用四个活采用四个活块块方可制出，而下方可制出，而下部两个活块的部位部两个活块的部位甚深，甚深，取出困难取出困难。l当当改用方案改用方案时时，可省去活块，仅在可省去活块，仅在A处稍加挖砂处稍加挖砂即可。即可。 63图图 角架铸件的分型方案角架铸件的分型方案64p若按图中方案若按图中方案1分开模造型，其上、下内腔均需采用型芯。分开模造型，其上、下内腔均需采用型芯。p图中方案图中方案，采用整模造型，则上、下内腔均可由砂垛形成，采用整模造型，则上、下内腔均可由砂垛形成，省掉了型芯。，省掉了型芯。选择分型面时应尽量避免不必要的型芯。选择分型面时应尽量避免不必要的

29、型芯。制造型芯需要专门制造型芯需要专门的芯盒、芯骨，还需烘干及下芯等工序，的芯盒、芯骨，还需烘干及下芯等工序，增加了铸件成本。增加了铸件成本。65(5) 不使砂箱过高不使砂箱过高v分型面通常选在铸件分型面通常选在铸件最大最大截面截面上，以使砂箱不致过上，以使砂箱不致过高。高砂箱造型困难，填高。高砂箱造型困难，填砂、紧实、拨模、下芯都砂、紧实、拨模、下芯都不方便。几乎所有造型机不方便。几乎所有造型机都对砂箱高度有限制。手都对砂箱高度有限制。手工造型时，对于大型铸件，工造型时，对于大型铸件，一般选用多分型面，即用一般选用多分型面，即用多箱造型以控制每节砂箱多箱造型以控制每节砂箱高度，使之不致过高。

30、高度，使之不致过高。66(6) 对受力件，分型面的选择不应削弱对受力件，分型面的选择不应削弱铸件结构强度铸件结构强度工字梁分型面的选择工字梁分型面的选择 ) )合理合理 ) )不合理不合理67（7） 注意减轻铸件清理和机械加工量注意减轻铸件清理和机械加工量方案铸件的中部飞方案铸件的中部飞边将无法打磨。即边将无法打磨。即使改用薄砂轮，因使改用薄砂轮，因飞边周长较大也不飞边周长较大也不方便。方便。摇臂铸件的分型面摇臂铸件的分型面) )不合理不合理 ) )合理合理682.4 液态成形用芯的工艺设计液态成形用芯的工艺设计一、液态成形用芯的工艺设计一、液态成形用芯的工艺设计 二、芯头设计二、芯头设计69

31、一一 、液态成形用芯的工艺设计v砂芯的形状、尺寸以及在砂型中的位置应符合铸件要求；v具有足够的强度和刚度；v在铸件形成过程中砂芯所产生的气体能及时排出型外；v铸件收缩时阻力小和容易清砂。砂芯应满足以下要求：70砂芯设计的主要内容包括v确定砂芯形状、个数(砂芯分块)和下芯顺序；v设计芯头结构和核算芯头大小等，其中还要考虑砂芯的通气和加强问题。结合生产条件，确定砂芯形状(分块)及分盒面选择的总的原则是：制芯到下芯的整个过程方便；铸件内腔尺寸精确；不致造成气孔等缺陷，使芯盒结构简单。71砂芯的功用砂芯的功用 形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位 砂型局部要求特殊性能的部分，有时也用砂芯砂芯应满

32、足以下要求砂芯应满足以下要求 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 铸件收缩时阻力小，容易清砂72一、确定砂芯形状（分块）几分盒面选择的基本原则总原则使造芯到下芯的整个过程方便铸件内腔尺寸精确不致造成气孔等缺陷使芯盒结构简单73（一）保证铸件内腔尺寸精确 凡是铸件内腔尺寸要求较严的部分应由同一半砂芯形成，避免被分盒面所分割，更不宜化分为几个砂芯。但手工造型中大的砂芯，为保证某一部位精度，有时需将砂芯分块。为保证铸件精度而将砂芯分块的实例左图中，要求500mm400mm方孔四周壁厚均匀74（二）保证操作方便复杂的大砂芯、细而长的砂芯可分为几个小而简单砂芯。细而长的

33、砂芯易变形，应分成数段，并设法使芯盒通用。在划分砂芯时要防止液体金属钻入砂芯分割面的缝隙，堵塞砂芯通气道。为操作方便将砂芯分块的实例 右图为空气压缩机大活塞的砂芯。为了便于操作将砂芯分为3块。这样可以简化造芯和芯盒结构75（三）保证铸件壁厚均匀 使砂芯的起模斜度和模样的起模斜度大小、方向一致，保证铸件壁厚均匀 保证铸件壁厚均匀a) 不合理 b) 合理76（四）应尽量减少砂芯数目 用砂胎（自带砂芯）或吊砂可减少砂芯，右图为12VB柴油机曲轴定位套的机器造型方案。砂胎 在手工造型时，遇到难于出模的地方，一般尽量用模样“活块”，即用“活块”取代砂芯。这样虽然增加了造型工时，但却节省了芯盒、制芯工时及

34、费用活块77（五）填砂面应宽敞，烘干支撑面是平面需要进炉烘干的大砂芯，常被沿最大截面切分为两半制作。烘干砂芯的几种方法用平板烘干砂胎支撑烘干用成型烘干器烘干平面烘干板结构简单 通气性好且价格低廉砂胎烘干法不精确 也不方便烘干器虽精确、简便， 但结构复杂、昂贵且维修量大78（六）砂芯形状适应造型、制芯方法高速造型线限制下芯时间，对一型多铸的小铸件，不允许逐个下芯，因此，划分砂芯形状时，常把几个到十几个小砂芯连成一个大砂芯，以便节约下芯、制芯时间，以适应机器造型节拍的要求。 对壳芯、热芯和冷芯盒砂芯要从便于射紧砂芯方面来考虑改进砂芯形状。 除上述的原则外，还应使每块砂芯有足够的断面，保证有一定的强

35、度和刚度，并能顺利排出砂芯中的气体；使芯盒结构简单，便于制造和使用等。79二、芯头设计芯头伸出铸件以外不与金属接触的砂芯部分。 对芯头的要求 定位和固定砂芯，使砂芯在铸造中有准确的位置，并能承受砂芯重力及浇注时液体金属对砂芯的浮力，使之不破坏。 芯头应能及时排出浇注后砂芯所产生的气体 至型外 上下芯头及芯号容易识别，不致下错方向或芯号 下芯、合型方便，芯头应有适当斜度和间隙80芯头分为垂直芯头和水平芯头（包括悬臂式芯头）（一）芯头的组成典型的芯头的结构如右图所示。包括：芯头长度、斜度、间隙、压环、防压环和积砂槽等结构 典型的芯头结构a）水平芯头 b）垂直芯头811、芯头长度砂芯伸入铸型部分的长

36、度扩大下芯头的垂直芯头822、芯头斜度 对垂直芯头，上、下芯头都应设有斜度扩大下芯头的垂直芯头833、芯头间隙 为了下芯方便，通常在芯头和信座之间留有间隙844、压环、防压环和集砂槽 典型的芯头结构a）水平芯头 b）垂直芯头压环的作用 合箱后它能把砂芯压紧，避免金属液沿间隙钻入芯头防压环的作用 下芯、合箱时，它可防止此处砂型被压塌，因而可以防止掉砂集砂槽的作用 用来存放个别的散落砂粒，这样就可以加快下芯速度85（二）芯头承压面积的核算 由于砂芯的强度通常都大于铸型的强度，故只核算铸型的许用压应力即可。芯头的承压面积S应满足下式 压压芯芯skFS F芯计算的最大浮芯力k安全系数，k=1.31.5

37、压 铸型的许用压应力 如果实际承压面积不能满足上式要求，则说明芯头尺寸过小，应适当放大芯头。若受砂箱等条件限制，不能增加芯头尺寸，可采用提高芯座抗压强度（许用压应力）的方法，如在芯座部分附加砂芯、铁片、耐火砖等。在许可的情况下，附加芯撑，也等于增加了承压面积。86（三）特殊定位芯头 特殊定位芯头a)、b) 垂直芯头 c)、d)水平芯头 有的砂芯有特殊的定位要求，如防止砂芯在型内绕轴线转动，不许可轴向位移偏差过大或下芯时搞错方位，这时就应采用特殊定位芯头。87铸造工艺设计参数（简称工艺参数）铸造工艺设计参数（简称工艺参数） 通常是指铸造工艺设计时需要确定的某些数据，这些工艺数据一般都与模样及芯盒

38、尺寸有关，即与铸件的精有密切关系，同时也与造型、制芯、下芯及合箱的工艺过程有关。88铸造工艺设计参数主要有：铸造工艺设计参数主要有：铸件尺寸公差铸件尺寸公差铸件重量公差铸件重量公差机械加工余量机械加工余量铸造收缩率铸造收缩率起模斜度起模斜度最小铸出孔及槽最小铸出孔及槽工艺补正量工艺补正量分型负数分型负数反变形量反变形量砂芯负数砂芯负数非加工壁厚的负余量非加工壁厚的负余量分芯负数分芯负数89一、铸件的尺寸公差指铸件各部分尺寸允许的极限偏差指铸件各部分尺寸允许的极限偏差我国的铸件尺寸公差标准GB641486ISO8062-1984铸件尺寸公差制12345678910111213141516精度CT

39、1CT1623290铸件基本尺寸铸件基本尺寸公差等级公差等级CT大于大于至至12345678910111213141516100.180.260.360.520.741.01.52.02.84.210160.200.280.380.540.781.11.62.23.04.416250.220.300.420.580.821.21.72.43.24.668101225400.240.320.460.640.901.31.82.63.65.079111440630.260.360.500.701.01.42.02.84.05.68101216631000.280.400.560.781.11.62

40、.23.24.4691114181001600.300.440.620.881.21.82.53.65.07101216201602500.340.500.701.01.42.02.84.05.6811141822铸件尺寸公差数值(mm)注：注：1 1、CT1CT1和和CT2CT2没有规定公差值，是为将来可能要求更精密的公差保留的没有规定公差值，是为将来可能要求更精密的公差保留的 2 2、铸件的基本尺寸小于或等于、铸件的基本尺寸小于或等于16mm16mm时，时，CT13CT13至至CT16CT16的公差值需单独标注，可提高的公差值需单独标注，可提高2 23 3级级91 一种铸造方法得到的尺寸精

41、度如何，与生产过程的一种铸造方法得到的尺寸精度如何，与生产过程的许多因素有关，其中包括：许多因素有关，其中包括：铸件结构的复杂性铸件结构的复杂性模具的类型和精度模具的类型和精度铸件材质的种类和成分铸件材质的种类和成分造型材料的种类和品质造型材料的种类和品质技术和操作水平技术和操作水平可以通过以下措施来提高公差等级：可以通过以下措施来提高公差等级：对设备和工装进行改进、调整和维修对设备和工装进行改进、调整和维修严格工艺过程的管理严格工艺过程的管理提高操作水平提高操作水平92铸件基本尺寸即铸件图上给定的尺寸，应包括机械加工余量。铸件基本尺寸即铸件图上给定的尺寸，应包括机械加工余量。 公差带应对称分

42、布，有特殊要求时，也可非对称分布，公差带应对称分布，有特殊要求时，也可非对称分布，并应在图样上注明或技术文件中规定。并应在图样上注明或技术文件中规定。壁厚尺寸公差一般可降低一级壁厚尺寸公差一般可降低一级例如：图样上一般尺寸公差为例如：图样上一般尺寸公差为CT10CT10级，则壁厚尺寸公差为级，则壁厚尺寸公差为CT11CT11级。在图样级。在图样 上采用公差等级代号标注，如上采用公差等级代号标注，如GB6414GB641486CT1086CT1093二、铸件重量公差二、铸件重量公差 以占铸件公称质量的百分率为单位的铸件质以占铸件公称质量的百分率为单位的铸件质量变动的允许值。量变动的允许值。 GB

43、/T11351GB/T113518989规定了铸件质量公差的数值、规定了铸件质量公差的数值、确定方法及检验规则，与确定方法及检验规则，与GB6414GB64148686铸件尺铸件尺寸公差寸公差配套使用。配套使用。 质 量 公 差 代 号 用 字 母质 量 公 差 代 号 用 字 母 “ M TM T ” （ M a s s M a s s TolerancesTolerances的缩写）表示。质量公差等级和尺寸的缩写）表示。质量公差等级和尺寸公差等级相对应，由精到粗也分为公差等级相对应，由精到粗也分为1616级，从级，从MT1MT1MT16MT16。94公称质量（公称质量（kg）质量公差等级质

44、量公差等级MT123456789101112131415160.4568101214161820240.4145681012141618202414345681012141618202441023456810121416182024104023456810121416182024401002345681012141618202410040023456810121416182040010002345681012141618100040002345681012141640001000023456810121410000400002345681012铸件质量公差数值铸件质量公差数值注：表中质量公差数

45、值为上、下偏差之和，即一般为上偏差，一般为下偏差注：表中质量公差数值为上、下偏差之和，即一般为上偏差，一般为下偏差95三、机械加工余量三、机械加工余量为保证铸件加工面尺寸和零件精度，应有加工余量，即在铸为保证铸件加工面尺寸和零件精度，应有加工余量，即在铸件工艺设计时预先增加的，而后在机械加工是又被切去的金件工艺设计时预先增加的，而后在机械加工是又被切去的金属层厚度，简称加工余量。属层厚度，简称加工余量。加工余量过大，浪费金属和加工工时加工余量过大，浪费金属和加工工时 过小，降低刀具寿命，过小，降低刀具寿命，不能完全去除铸件表面缺陷，缺陷甚至露出铸件表皮，达不到不能完全去除铸件表面缺陷，缺陷甚至

46、露出铸件表皮，达不到设计要求。设计要求。加工余量和尺寸公差的关系加工余量和尺寸公差的关系最小加工量等于加工余量减去铸件尺寸的下偏差最小加工量等于加工余量减去铸件尺寸的下偏差96影响加工余量的主要因素有：铸造合金种类铸造工艺方法生产批量设备及工装的水平加工表面所处的浇注位置（顶、底、侧面）铸件基本尺寸的大小和结构97选取加工余量图例选取加工余量图例98四、铸造收缩率铸造收缩率铸造收缩率K K的定义是的定义是%100LLLKJJM- -= =LMLJ模样（或芯盒）工作面的尺寸模样（或芯盒）工作面的尺寸铸件尺寸铸件尺寸99铸造收缩率的影响因素：铸造收缩率的影响因素：合金的种类及成分合金的种类及成分铸

47、件冷却、收缩时受到的阻力的大小铸件冷却、收缩时受到的阻力的大小冷却条件的差异等冷却条件的差异等因此，要十分准确地给出铸造收缩率是很困难的因此，要十分准确地给出铸造收缩率是很困难的如何正确地选择铸造收缩率：如何正确地选择铸造收缩率： 对于大量生产的铸件，一般应在试生产过程中，对于大量生产的铸件，一般应在试生产过程中，对铸件多次划线，测定铸件各部分的实际收缩率，对铸件多次划线，测定铸件各部分的实际收缩率，反复修改木模，直至铸件尺寸符合铸件图样要求。反复修改木模，直至铸件尺寸符合铸件图样要求。然后再以实际铸造收缩率设计制造金属模然后再以实际铸造收缩率设计制造金属模 对于单件、小批量生产的大型铸件，铸

48、造收缩对于单件、小批量生产的大型铸件，铸造收缩率的选取必须有丰富的经验，同时要结合使用工率的选取必须有丰富的经验，同时要结合使用工艺补正量，适当放大加工余量等措施来保证铸件艺补正量，适当放大加工余量等措施来保证铸件尺寸达到合格尺寸达到合格100五、起模斜度五、起模斜度 为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度，以为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免损坏砂型或砂芯。这个斜度，称为起模斜度。免损坏砂型或砂芯。这个斜度，称为起模斜度。 起模斜度应在铸件上没有结构斜度的、垂直于分型面（分盒起模斜度应在铸件上没有结构斜度的、垂直于分型面（分盒面）的表面上应用其大小应依模样的起模

49、高度、表面粗糙度以及面）的表面上应用其大小应依模样的起模高度、表面粗糙度以及造型（芯）方法而定。造型（芯）方法而定。使用起模斜度时应注意：使用起模斜度时应注意： 起模斜度应小于或等于产品图上所规定的起模斜度值，起模斜度应小于或等于产品图上所规定的起模斜度值，以防止零件在装配或工作中与其它零件相妨碍以防止零件在装配或工作中与其它零件相妨碍 尽量使铸件内、外壁的模样和芯盒斜度取值相同，方向尽量使铸件内、外壁的模样和芯盒斜度取值相同，方向一致，以使铸件壁厚均匀一致，以使铸件壁厚均匀 在非加工面上留起模斜度时，要注意与相配零件的外形在非加工面上留起模斜度时，要注意与相配零件的外形一致，保持整台机器的美

50、观一致，保持整台机器的美观 同一铸件的的起模斜度应尽可能只选用一种或两种斜度，同一铸件的的起模斜度应尽可能只选用一种或两种斜度，以免加工金属模时频繁地更换刀具以免加工金属模时频繁地更换刀具101起模斜度的形式起模斜度的形式a) a) 增加铸件尺寸法增加铸件尺寸法 b) b) 增加和减少铸件尺寸法增加和减少铸件尺寸法 c) c) 减少铸件尺寸法减少铸件尺寸法102起模斜度形式的选用起模斜度形式的选用p 在铸件不与其它零件配合的非加工面上采用？在铸件不与其它零件配合的非加工面上采用？ 增加铸件尺寸法增加铸件尺寸法p 在铸件加工面上采用？在铸件加工面上采用？ 增加铸件尺寸法增加铸件尺寸法增加和减少铸

51、件尺寸法增加和减少铸件尺寸法减少铸件尺寸法减少铸件尺寸法p 在铸件与其它零件配合的非加工面上采用？在铸件与其它零件配合的非加工面上采用？增加和减少铸件尺寸法增加和减少铸件尺寸法减少铸件尺寸法减少铸件尺寸法103六、最小铸出孔及槽六、最小铸出孔及槽零件上的孔、槽、台阶等，是铸出来好，还是机械加工出来好？零件上的孔、槽、台阶等，是铸出来好，还是机械加工出来好？这应从品质及经济角度等方面全面考虑。这应从品质及经济角度等方面全面考虑。一般说来：一般说来：u 较大的孔、槽等应铸出来，以便节约金属和加工工时，较大的孔、槽等应铸出来，以便节约金属和加工工时，同时还可以避免铸件局部过厚所造成的热节，提高铸件质

52、同时还可以避免铸件局部过厚所造成的热节，提高铸件质量量 u孔、槽比较小，或者铸件壁很厚，则不宜铸出孔，直接孔、槽比较小，或者铸件壁很厚，则不宜铸出孔，直接依靠加工反而更方便依靠加工反而更方便u有特殊要求的孔，如弯曲孔，无法实行机械加工，则一定有特殊要求的孔，如弯曲孔，无法实行机械加工，则一定要铸出要铸出u可用钻头加工的受制孔（有中心线位置精度要求）最好不可用钻头加工的受制孔（有中心线位置精度要求）最好不铸出，铸出后很难保证铸孔中心位置准确，再用钻头扩孔也铸出，铸出后很难保证铸孔中心位置准确，再用钻头扩孔也无法纠正中心位置无法纠正中心位置104生产批量生产批量最小铸出孔直径最小铸出孔直径d/mm

53、d/mm灰铸铁件灰铸铁件铸钢件铸钢件大量生产大量生产1215成批生产成批生产15303050单件、小批量生产单件、小批量生产305050出孔铸件的最小铸出孔铸件的最小铸 最小铸出孔直径指的是毛坯孔直径最小铸出孔直径指的是毛坯孔直径105七、工艺补正量 在单件、小批量生产中，由于选用的收缩率与铸件的实际收缩率不符，或由于铸件产生了变形、操作中的不可避免的误差（如工艺上允许的错型偏差、偏芯误差）等原因，使得加工后的铸件某些部分的厚度小于图样要求尺寸，严重时会因强度太弱而报废。因工艺需要在铸件相应非加工面上增加的金属层厚度称为工艺补正量。106工艺补正量可粗略地按下述经验公式来确定工艺补正量可粗略地

54、按下述经验公式来确定L002. 0e 式中式中e工艺补正量工艺补正量L加工面到加工基准面的距离加工面到加工基准面的距离a) a) 大型连杆大型连杆b) ) 大型铸钢齿轮大型铸钢齿轮c) 大型铸钢底座大型铸钢底座107l 由于单件生产不能在取得该产品的经验数据后再设计,为了确保铸件成品而采用工艺补正量.l 对于成批、大量生产的铸件或永久性产品，不应使用工艺补正量，而应修改模具尺寸l 使用工艺补正量要求有丰富的经验，各种大型铸件的工艺补正量的经验数据都是在一定生产条件下取得的，在使用时应仔细分析108八、分型负数 干砂型、表面烘干型以及尺寸很大的湿型，分型面由于烘烤、修整等原因一般都不很平整，上下

55、型接触面很不严密。为了防止浇注时跑火，合箱前需要在分型面之间垫以石棉绳、泥条或油灰条等，这样在分型面处明显地增大了铸件的尺寸。为了保证铸件尺寸精确，在拟定工艺时，为抵消铸件在分型面部位的增厚（垂直于分型面的方向），在模样上相应减去的尺寸,称为分型负数109分型负数的大小和砂箱尺寸、铸件大小有关。分型负数的大小和砂箱尺寸、铸件大小有关。j 一般大件，起模后分型面容易损坏，修型烘干后变形量大，所以合型时垫的石棉绳等也厚度大些，故分型负数也应增大j 此外，还和工厂习惯，垫用材料有关。一般在0.56mm之间j 干砂型、表面烘干型、自硬砂型以及砂箱尺寸超过2m以上的湿型才应用分型负数。湿型分型负数一般较

56、小110模样的分型负数的几种留法模样的分型负数的几种留法( (图中打叉部分为芯头模样图中打叉部分为芯头模样) )a) a) 两半模样都留负数两半模样都留负数 b) b) 上半模样都留负数上半模样都留负数c) c) 下半模样都留负数下半模样都留负数111砂箱平均轮廓尺寸（砂箱平均轮廓尺寸（ ）/mm分型负数分型负数a/mm80012801150023150120003420013000453000562长宽长宽模样的分型负数模样的分型负数注：注：1.1.适用于工艺装备好、成批生产的干砂型、表干型适用于工艺装备好、成批生产的干砂型、表干型 适用于工艺装备差、单件生产的干砂型适用于工艺装备差、单件生

57、产的干砂型 2. 2. 采用流态砂、水玻璃砂、化学自硬砂、固化后起模，分型负数应减小采用流态砂、水玻璃砂、化学自硬砂、固化后起模，分型负数应减小112九、反变形量九、反变形量设计要求的铸造较大的平板类、床身类铸件时，由于冷设计要求的铸造较大的平板类、床身类铸件时，由于冷却速度的不均匀性，铸件冷却后常出现变形。却速度的不均匀性，铸件冷却后常出现变形。为解决挠曲变形问题，在制造模洋时，按铸件可能产生为解决挠曲变形问题，在制造模洋时，按铸件可能产生变形的相反方向作出反变形模样，使铸件冷却后变形的结变形的相反方向作出反变形模样，使铸件冷却后变形的结果正好将反变形抵消，得到符合铸件。果正好将反变形抵消，

58、得到符合铸件。 这种在模样上作出的预变形量称为这种在模样上作出的预变形量称为反变形量反变形量（又称反挠度、反弯势、假曲率）（又称反挠度、反弯势、假曲率）113影响反变形量的因素影响反变形量的因素: :合金性能合金性能铸件结构和尺寸铸件结构和尺寸浇冒口系统的布局浇冒口系统的布局浇注温度、速度浇注温度、速度打箱清理温度打箱清理温度砂型造法砂型造法砂型刚度砂型刚度归纳起来有两方面：归纳起来有两方面：一是铸件冷却时的温度场的变化一是铸件冷却时的温度场的变化二是导致铸件变形的残余应力的分布二是导致铸件变形的残余应力的分布114如何判断铸件的变形方向？如何判断铸件的变形方向？铸件冷却缓慢的一侧必定受拉应力

59、而产生内凹变形铸件冷却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型冷却较快的一侧必定受压应力而发生外凸变型例如例如各种床身导轨处都较厚大，因此轨面总是产生下凹变形各种床身导轨处都较厚大，因此轨面总是产生下凹变形再如下图所示箱体，壁厚虽均匀，但内部冷却慢，外部冷却再如下图所示箱体，壁厚虽均匀，但内部冷却慢，外部冷却快，因此壁发生向外凸出变形，模样反变形量应向内侧凸起快，因此壁发生向外凸出变形，模样反变形量应向内侧凸起箱体反变形量方向箱体反变形量方向115一般中小铸件壁厚差别不大且结构上刚度较大时，不必留反变形量。一般中小铸件壁厚差别不大且结构上刚度较大时，不必留反

60、变形量。使用反变形量的铸件主要有使用反变形量的铸件主要有大的床身类、平台类大的床身类、平台类大型铸钢箱体类大型铸钢箱体类细长的纺织零件（如龙肋、胸梁等）细长的纺织零件（如龙肋、胸梁等）反变形量的形式如下图所示：反变形量的形式如下图所示：a) a) 月牙形月牙形b) b) 竹节形竹节形c) c) 三角形三角形116十、砂芯负数（砂芯减量）十、砂芯负数（砂芯减量） 大型粘土砂芯在舂砂过程中砂芯向四周涨开，刷涂大型粘土砂芯在舂砂过程中砂芯向四周涨开，刷涂料以及在烘干过程中发生的变形，使砂芯四周尺寸增料以及在烘干过程中发生的变形，使砂芯四周尺寸增加。为了保证铸件尺寸准确，将芯盒的长、宽尺寸减加。为了保