铸造工艺及工装设计

铸造工艺学

第二篇铸造工艺及工装设计第一章铸造工艺设计概念现代铸造对铸件的要求：高力学性能、尺寸精度和粗糙度值，以及特殊性能,如耐热、耐蚀、耐磨。生产要求：周期短，成本低。工艺——将原材料或半成品加工成产品的工作、方法、技术等。根据铸造零件的结构特点，技术要求，生产批量和生产条件，确定铸造工艺方案和工艺参数，绘制工艺图，编制工艺卡等技术文件的过程。铸造工艺设计的有关文件是生产准备、管理和铸件验收的依据，直接指导生产。一、概念二、设计依据（一）生产任务铸造零件图纸提供的图样必须准备无误，有完整的尺寸和各种标记。2.零件的技术要求

金属材质牌号、金相组织、力学性能要求，铸件尺寸及重量公差及其他特殊性能要求。3.产品的数量及交货期

大批量产品，尽可能采用先进技术。对于应急单件产品，则应考虑使工艺装备尽可能简单，以便缩短生产周期。（二）生产条件（三）考虑经济性1.设备能力2.车间原材料的应用情况和供应情况3.工人技术水平和生产经验4.模具等工艺装备制造车间的加工能力和生产经验原材料；工时费；设备费二、设计依据三、设计内容和程序铸造工艺设计包括以下几种主要技术文件：

1.铸造工艺图5.模样图

2.铸造工艺卡6.芯盒图

3.铸型装配图7.砂箱图

4.铸件图8.模板图由于每个铸件的生产任务和要求不同，生产条件不同，因此，铸造工艺设计的内容也不同。对于不太重要的单件小批量生产的铸件，铸造工艺设计比较简单。一般选用手工造型，只限于绘制铸造工艺图和填写有关工艺卡，即可投入生产对于要求比较高的单件生产的重要铸件和大量生产的铸件，除要详细绘制铸造工艺图，填写工艺卡以外，还应绘制铸件图、铸型装配图以及大量的工装图，如模样图、模板图、砂箱图、芯盒图、下芯夹具图，检验样板及量具图等。材料

造型

浇注系统

浇注

铸件落砂与清理

是在零件图上用各种工艺符号及参数表示出铸造工艺方案的图形。是指导模样设计、生产准备、铸型制造和铸件检验的基本工艺文件。

◆工艺图包括：

浇注位置，铸型分型面，型芯的数量、形状、尺寸及其固定方法，冒口和冷铁的尺寸和布置,加工余量，收缩率，浇注系统，起模斜度等。

铸造工艺图：第二节铸造工艺设计与经济指标和环境保护的关系铸造生产产生的废料、废气较多，容易造成工业污染。铸造生产是耗能大户，对能源的依赖性大。铸造工艺方案的制定要考虑对环保的要求（采用对环境友好的材料），也要考虑到尽量节约能源（少加热）,也可以降低成本。铸造工艺设计过程零件结构的铸造工艺性分析浇注位置分型面的选择型芯的数量及其设计铸造工艺参数浇注系统设计冒口、冷铁、铸筋设计1、机械加工余量和最小铸出孔2、拔模斜度3、收缩率4、铸造圆角5、型芯头模型图绘制铸造工艺图合箱图第二章铸造工艺方案第二章铸造工艺方案第一节零件结构的铸造工艺性零件的铸造工艺性指的是零件的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。对产品零件图进行审查、分析作用：（1）审查零件结构是否符合铸造工艺的要求。（2）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。一、从避免缺陷方面审查铸件结构（一）铸件应有合适的壁厚

最小壁厚：在各种工艺条下，铸造合金能充满型腔的最小厚度。主要取决于合金的种类、铸件的大小及形状等因素。

临界壁厚：各种铸造合金都存在一个临界壁厚，砂型铸造，临界壁厚约=3x最小壁厚。缺陷分析：铸件壁厚小于“最小壁厚”。浇不足、冷隔。铸件壁厚大于“临界壁厚”。缩孔、缩松、结晶组织粗大。结论：铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁厚之间一、从避免缺陷方面审查铸件结构合理设置加强肋

作用：①增加铸件的刚度和强度，防止变形。②减小铸件壁厚，防止产生缩孔、裂纹。设计：①加强筋厚度适当。一般为被加强壁厚度的0.6-0.8。②加强筋布置要合理。一、从避免缺陷方面审查铸件结构为防止砂型尖角脱落和避免铸件冷却收缩时在尖角处开裂或产生缩孔，铸件各表面相交处应做成圆角。这种因铸造要求而做成的圆角称为铸造圆角（二）铸件内表面及外表面转角的连接处要有结构圆角一、从避免缺陷方面审查铸件结构b)合理a)不合理（二）铸件内表面及外表面转角的连接处要有结构圆角一、从避免缺陷方面审查铸件结构（三）厚壁与薄壁的连接应逐步过渡，以防止应力集中，防止产生裂纹一、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（四）铸件壁要避免锐角连接缺陷分析：锐角连接处易出现热结合应力，并会导致应力集中，从而产生裂纹、缩孔等缺陷。交错接头适用于中小型铸件；环形接头适用于大型铸件；（五）铸件的壁间连接、交叉应合理一、从避免缺陷方面审查铸件结构（六）铸件内壁应薄于外壁内壁厚应小于外壁，有利于内壁和外壁均衡散热。一、从避免缺陷方面审查铸件结构阀体的结构改进一、从避免缺陷方面审查铸件结构（七）壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节热结处易造成缩孔、缩松和热裂纹。一、从避免缺陷方面审查铸件结构（七）壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节一、从避免缺陷方面审查铸件结构（七）壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节一、从避免缺陷方面审查铸件结构（八）利于补缩和实现顺序凝固对于铸钢体等收缩大的合金铸件，易于形成收缩缺陷，应仔细审查零件结构实现顺序凝固的可能性。当铸件的壁厚有差别时，铸件的结构应便于实现顺序凝固，以利补缩。如图4.16所示，铸件的侧壁设计成倒锥状、上厚下薄，利于补缩一、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（九）防止铸件翘曲变形某些壁厚均匀的细长铸件，较大面积的平板铸件，以及壁厚不均匀的长形箱体都会由于应力而产生翘曲变形，采用合理的结构设计予以解决。薄而大的平板，收缩易发生翘曲变形，加上几条筋之后便可避免。

一、从避免缺陷方面审查铸件结构（九）防止铸件翘曲变形对于较长易挠曲的梁形铸件，应将其截面设计成对称截面。一、从避免缺陷方面审查铸件结构（九）防止铸件翘曲变形缺陷分析：薄壁罩壳铸件，当其壳顶呈水平面时，因薄壁件金属液散热冷却快，渣、气易滞留在顶面，易产生浇不足、冷隔、气孔和夹渣缺陷。（十）避免浇注位置上有水平的大平面结构一、从避免缺陷方面审查铸件结构如图轮辐为偶数、直线型，对于线收缩很大的合金，会因应力过大而产生裂纹。改为奇数轮辐，或带孔辐板和弯曲轮辐，可借轮辐和轮缘的微量变形来减少应力，防止裂纹。（十一）铸件结构应有利于自由收缩(避免收缩阻碍)

一、从避免缺陷方面审查铸件结构（十一）铸件结构应有利于自由收缩(避免收缩阻碍)

一、从避免缺陷方面审查铸件结构（十二）铸件上易产生变形或裂纹的部位，设计加强筋结构，可防止其变形。一、从避免缺陷方面审查铸件结构二、简化铸造工艺方案审查铸件（一）改进妨碍起模的凸台、凸缘、肋板的结构设计铸件上的凸台、凸缘和肋条结构时，应考虑便于造型起模，尽量避免使用活块或外壁型芯。二、简化铸造工艺方案审查铸件（一）改进妨碍起模的凸台、凸缘、肋板的结构零件上凸台的设计二、简化铸造工艺方案审查铸件（二）取消铸件外表侧凹铸件有侧凹必然妨碍起模，需增加砂芯才能形成铸件。或增加分型面的数量，使铸件容易产生错型，影响铸件的外形和尺寸精度。端盖的设计二、简化铸造工艺方案审查铸件二、简化铸造工艺方案审查铸件（三）改进铸件内腔结构以减少砂芯尽量避免或减少型芯，不用或少用型芯。可简化生产工艺过程，提高铸件的尺寸精度和品质。二、简化铸造工艺方案审查铸件（三）改进铸件內腔结构以减少砂芯封闭结构

开式结构

悬臂支架

二、简化铸造工艺方案审查铸件（三）改进铸件內腔结构以减少砂芯二、简化铸造工艺方案审查铸件（四）减少和简化分型面平直的分型面可避免操作费时的挖砂造型或假箱造型；同时，铸件的毛边少，便于清理。在机器造型时，分型面平直可方便模板的制造。摇臂铸件二、简化铸造工艺方案审查铸件（四）减少和简化分型面二、简化铸造工艺方案审查铸件（五）有利于砂芯的固定、排气、定位和清理

型芯最好依靠型芯头固定,尽量避免用型芯撑(使用型芯撑有时造成渗漏),同时型芯的排气和清理要方便。（五）有利于砂芯的固定、排气、定位和清理

若无法更改结构时，可在铸件上增加工艺孔，这样就增加了砂芯的芯头支撑点。铸件的工艺孔可用螺丝堵头封住，以满足使用要求。二、简化铸造工艺方案审查铸件（五）有利于砂芯的固定、排气、定位和清理二、简化铸造工艺方案审查铸件（五）有利于砂芯的固定、排气、定位和清理二、简化铸造工艺方案审查铸件二、简化铸造工艺方案审查铸件（六）减少铸件清理的工作量铸件清理包括：清除表面粘砂、内部残留砂芯，去除浇注系统、冒口和飞翅等操作。二、简化铸造工艺方案审查铸件（七）简化模具制造单件、小批生产中，模样和芯盒的费用占铸件成本的比例很大。

可将大铸件或形状复杂的铸件，设计成几个较小的铸件，经机加工后，再用焊接或螺纹连接方式将其组合成整体。（八）大型复杂件的分体铸造和简单小件的联合铸造二、简化铸造工艺方案审查铸件实例1：实例2：

与分体铸造相反，一些很小的零件，如小轴套等，常可以把许多小件毛坯连接成一个较大的铸件，这对铸造和机械加工都方便，这种方法称为联合铸造。实例3：（八）大型复杂件的分体铸造和简单小件的联合铸造二、简化铸造工艺方案审查铸件第二节造型、造芯方法的选择一、优先选用湿型注意情况：

（1）铸件过高，金属静压力超过湿型的抗压强度，应考虑使用干砂型或自硬砂型等。（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。（3）造型过程长或需长时间等待浇注的砂型不宜用湿型。（4）型内放置冷铁较多时，应避免使用湿型。认为湿型不可靠时，可考虑使用表干砂型。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、水玻璃砂型及粘土干砂型。二、造型、造芯方法应和生产批量相适应第二节造型、造芯方法的选择大量生产：采用技术先进的造型、造芯方法。小型铸件，可采用水平分型或垂直分型的无箱高压造型生产线、实型造型线，对于中件可选用各种有箱高压造型生产线、气冲造型线。选用冷芯盒、热芯盒及壳芯等造芯方法。中等批量：树脂自硬砂造型造芯、抛砂造型等。单件小批量：手工造型。水玻璃砂、粘土砂、树脂自硬砂及水泥砂等。三、造型方法应适合工厂条件四、要兼顾铸件的精度要求和成本第二节造型、造芯方法的选择每个铸工车间只有很少的几种造型、造芯方法，所以选择的方法应切合现场实际条件。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。第三节浇注位置的选择浇注位置的选择

浇注位置：金属浇注时铸件所处的空间位置。同一个铸件，可以有多种浇注位置。注意：浇注位置与浇口位置是两个不同的概念。同一个浇注位置，可以有多种浇口位置。浇注位置正确与否，将大大影响铸件的质量。第三节浇注位置的选择一、铸件的重要部分应尽量置于下部铸件下部金属在上部金属的静压力作用下凝固并得到补缩，组织致密。

第三节浇注位置的选择二、重要加工面应朝下或呈直立状态在液体浇注过程中，其中的气体和熔渣往上浮；由于静压力较小，使铸件上部组织不如下部的致密。第三节浇注位置的选择左图：导轨面在上，质量差；右图：导轨面在下，质量好；第三节浇注位置的选择左图：造型简单，但上表面质量差于下表面；右图：造型难度较大，但整个圆柱表面质量均匀；返回第三节浇注位置的选择图例2卷扬机滚筒三、铸件的厚大部分应放在顶部或在分型面的侧面，以便在铸件厚壁处直接安置冒口，使之实现自下而上的定向凝固。第三节浇注位置的选择四、使铸件的大平面朝下或倾斜金属液的充型过程中，灼热的金属液会对砂型上表面有强烈的热辐射作用，使该表面的型砂拱起或开裂，导致金属液钻进裂缝处，这将使铸件的该表面产生夹砂缺陷。第三节浇注位置的选择第三节浇注位置的选择第三节浇注位置的选择五、应保证铸件能充满

铸件大面积的薄壁部分放在铸型的下部或垂直、倾斜。原因：这样能增加薄壁处金属液的压强，提高金属液的流动性，防止薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷。第三节浇注位置的选择第三节浇注位置的选择六、应有利于铸件的补缩易产生缩孔的构件，应使厚截面位于分型面附近的上部或侧面原因：便于安放冒口，实现定向凝固，进行补缩。

第三节浇注位置的选择六、应有利于铸件的补缩第三节浇注位置的选择七、避免使用吊砂或悬臂式砂芯图a的浇注位置，型芯只好吊在上型；b图型芯呈悬臂状态，这两种方案都不利于型芯的定位和稳固；c图芯头在下型，定位、固定均方便，下芯时候也便于直接测量箱体的壁厚第三节浇注位置的选择八、应使合箱位置、浇注位置和铸件冷却位置一致第三节浇注位置的选择这样可以避免在合箱后，或于浇注后再次翻转铸型。翻转铸型不仅劳动量大，而且易引起砂芯移动、掉砂、甚至跑火等缺陷。

上述诸原则，对于具体铸件来说多难以全面满足，有时甚至互相矛盾。例如，质量要求很高的铸件(如机床床身、立柱、钳工平板、造纸烘缸等)，应在满足浇注位置要求的前提下考虑造型工艺的简化。没有特殊质量要求的一般铸件，则以简化工艺、提高经济效益为主要依据，不必过多地考虑铸件的浇注位置。机床立柱、曲轴等圆周面质量要求很高、又需沿轴线分型的铸件，在批量生产中有时采用“平作立浇”法，此时，采用专用砂箱，先按轴线分型来造型、下芯，合箱之后，将铸型翻转90度，竖立后进行浇注。第三节浇注位置的选择

分型面是指两半铸型相互接触的表面。其选择是否合理，对铸件质量及制模、造型、造芯、合型或清理等工序复杂程度有很大影响。第四节分型面的选择这样能保证模样从型腔中顺利取出。这也是分型面选择的最为重要的原则，否则会出现无法造型或无法取出模样的情况，而且还会增加许多诸如加活块、型芯等不必要的工作量，影响生产效率和铸件质量。一、分型面应设在铸件最大截面处第四节分型面的选择第四节分型面的选择二、应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。一方面，它使铸件产生错偏，这是因合箱对准误差引起的；另一方面，由于合箱不严，在垂直分型面方向增加铸件尺寸。据研究，合型后的分型面总会保持一定的“厚度”，在最小的情况下，约为0.38mm。这个分型厚度加大了铸件的偏差。因此，凡是铸件上要求严格的尺寸部分，尽量不为分型面所穿越。尽量使铸件全部或大部置于同一半型内，或者使加工面和加工基准面放在同一半型中，这样有利于保证铸件精度（如防止错箱影响精度）。第四节分型面的选择第四节分型面的选择二、应使铸件全部或大部置于同一半型内以确保铸件的加工精度三、应尽量使加工基准面与大部分加工面在同一砂箱内第四节分型面的选择分型面

分型面少，铸件精度就容易保证，且砂箱数目少。但这不是绝对的。应考虑以下具体情况：

机器造型的中小件，一般只允许有一个分型面，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，而不允许用活块或多分型面。用于机器造型四、应尽量减少分型面数目第四节分型面的选择但在下列情况下，往往采用多分型面的劈箱造型铸件高大而复杂，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砂箱很深，造型不方便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。用于手工造型砂芯多而型腔深且窄，下芯困难第四节分型面的选择上下方案1方案2方案3上中中下四、应尽量减少分型面数目第四节分型面的选择尽可能减少铸件的分型面，尽量做到只有一个分型面四、应尽量减少分型面数目第四节分型面的选择四、应尽量减少分型面数目第四节分型面的选择

起重臂零件图零件模型铸件方案2合箱图分型方案2分型方案1五、分型面应尽量选用平面第四节分型面的选择应尽量使分型面平直，以简化模具制造及造型工艺，避免挖砂造型五、分型面应尽量选用平面第四节分型面的选择六、便于下芯、合箱和检查型腔尺寸第四节分型面的选择采用两个分型面的目的就是便于合箱时检查尺寸。六、便于下芯、合箱和检查型腔尺寸第四节分型面的选择方案2造型过程第四节分型面的选择第四节分型面的选择方案1造型过程应尽量使型腔及主要型芯位于下型，以便于造型、下芯、合型及检验。第四节分型面的选择七、不使砂箱过高第四节分型面的选择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。机器造型，砂箱的高度受造型设备的限制。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。大型铸件托架分型面选择这样不仅节约型砂，而且还能减轻劳动量，对机器造型有较大的经济意义。七、不使砂箱过高第四节分型面的选择八、受力件的分型面的选择不应削弱铸件的结构强度第四节分型面的选择方案b所示的分型面、合箱时如产生微小偏差将改变工字梁的截面积分布，因而有一边的强度会削弱，故不合理。而方案a则没有这种缺点。九、注意减轻铸件清理和机械加工量第四节分型面的选择√摇臂铸件分型方案的比较

在保障质量前提下，先选浇注位置、再选分型面。在考虑经济性和加工条件下，先选分型面，再选浇注位置。在实际中，具体问题具体分析，抓主要矛盾，次要矛盾从工艺措施方面解决。浇注位置与分型面的关系第四节分型面的选择第三章砂芯设计及铸件工艺参数砂芯是用于形成铸件的内腔、孔、槽和外形不能拔模的部分。此外，铸型局部有特殊性能要求者，有时也用砂芯代替。砂芯设计的主要内容包括：确定砂芯的形状、个数（砂芯分块）、下芯顺序、芯头结构并核算其大小等。同时还应考虑砂芯的排气和强度问题。其中主要是确定砂芯的形状、个数（砂芯分块）及芯头设计。第一节砂芯设计

型芯分为水平型芯和垂直型芯；型芯头是型芯的重要组成部分，起到定位和支撑型芯及引导型芯中气体排出的作用。第一节砂芯设计第一节砂芯设计第一节砂芯设计1.砂芯分块为了保证铸件四周的尺寸精度一、确定砂芯分块和分（芯）盒面选择的原则（一）保证铸件内腔尺寸精度

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。图中，要求500mm×400mm方孔四周壁厚均匀（二）保证操作方便一、确定砂芯分块和分（芯）盒面选择的原则

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。

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（三）保证铸件壁厚均匀一、确定砂芯分块和分（芯）盒面选择的原则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（四）应尽量减少砂芯数目一、确定砂芯分块和分（芯）盒面选择的原则

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、制芯工时及费用。（五）填砂面应宽敞，烘干支撑面是平面一、确定砂芯分块和分（芯）盒面选择的原则需要进炉烘干的大砂芯，常被沿最大截面切分为两半制作，放在烘干板上烘干，烘干后在粘合在一起。尺寸不精确，操作不方便费用较高（六）砂芯形状适应造型、制芯方法一、确定砂芯分块和分（芯）盒面选择的原则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，还应使没块砂芯有足够的断面，保证有一定的强度和刚度，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。一、确定砂芯分块和分（芯）盒面选择的原则二、芯头设计芯头：是指型芯的外伸部分（型芯头不形成铸件的轮廓形状）芯座：是指铸型中专为放置型芯头而设置的工艺空腔芯头的作用：1）定位作用；2）固定作用；3）排气作用。

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型芯上中中铸型

a)垂直芯头型腔

中下下铸型

b)水平芯头

型芯座上下L型芯头上铸型型芯头分为垂直型芯头和水平型芯头两大类二、芯头设计压环防压环集砂槽（一）芯头的组成二、芯头设计包括：芯头长度、斜度、间隙、压环、防压环和积砂槽等结构1、芯头长度砂芯伸入铸型部分的长度。对于水平芯头，砂芯越大，所受浮力也大，芯头长度也应越大，以使芯头和铸型之间有更大的承压面积。水平芯头：中小型20～100mm；特大型300mm。垂直芯头：15～150mm。二、芯头设计1、芯头长度二、芯头设计决定芯头高度有以下几点值得注意：细而高者，上下都应留有芯头。L/D≥2.5的细高砂芯，扩大芯头直径，增加下芯稳定性。粗而矮者，可不用上芯头。等截面或上下对称的砂芯，为下芯方便，上下芯头可用相同的高度和斜度。2、芯头斜度对垂直芯头，上、下芯头都应设有斜度。为合箱方便，避免上下芯头和铸型相碰，上芯头和上芯头座的斜度应大些。二、芯头设计二、芯头设计2、芯头斜度对水平芯头，如果造芯时芯头不留斜度就能顺利从芯盒取出，那么芯头可不留斜度。芯座-模样的芯头总是留有斜度的，至少在端面上要留有斜度，上箱的斜度比下箱大。3、芯头间隙为了下芯方便，通常在芯头和芯座之间留有间隙。大小取决于铸型种类、砂芯大小、精度及芯座精度。水平芯头和垂直芯头的间隙可查手册。二、芯头设计当一个砂芯有多个芯头，应给出较大的间隙，以免下芯困难；对于普通的湿型小砂芯，可不留间隙。对于垂直小芯头，为了下芯稳固，甚至可使用过盈的芯头。二、芯头设计4、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。只适用于机器造型的湿型。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。二、芯头设计在一般情况下，芯头的尺寸可查表确定。当砂芯本体尺寸较大，芯头又较狭窄时，应对芯头尺寸进行验算。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kF[]压芯sS³F芯计算的最大浮芯力;k安全系数，k=1.3~1.5;[σ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。（二）芯头承压面积的核算二、芯头设计一般湿型，[σ压]可取40-60kPa；活化膨润土砂型可取60-100kPa；干砂型可取0.6-0.8MPa（三）特殊定位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。二、芯头设计在铸造工艺设计时，一般情况下应优先采用垂直芯头，如果是分模造型模样应采用水平芯头。二、芯头设计浇铸造工艺方案初步确定后，为绘制铸造工艺图，尚需确定铸件的铸造工艺参数，主要包括以下几方面：3.加工余量4.收缩率5.拔模斜度6.最小铸出孔及槽7.工艺补正量工艺参数工艺参数：铸件在工艺设计的时候需要确定的某些数据第二节铸造工艺参数设计8.分型负数9.反变形量10.砂芯负数11.非加工壁厚的负余量12.反变形量1.尺寸公差2.重量公差铸件基本尺寸：包括零件公称尺寸和机械加工余量，如图，公差带应对称分布。公差概念：铸件各部分尺寸允许的极限偏差。取决于铸造方法、设备等。137第二节铸造工艺参数设计一、铸件尺寸公差铸件尺寸公差(CT)等级分为16级，各级公差数值见GB6414－1999。铸件公差等级由低向高递增方向为：砂型手工造型→砂型机器造型及壳型铸造→金属型铸造→低压铸造→压力铸造→熔模铸造。第二节铸造工艺参数设计一、铸件尺寸公差粗精12345678910111213141516CT1CT16232精度铸件基本尺寸公差等级CT大于至12345678910111213141516－10－－0.180.260.360.520.741.01.52.02.84.2－－－－1016－－0.200.280.380.540.781.11.62.23.04.4－－－－1625－－0.220.300.420.580.821.21.72.43.24.66810122540－－0.240.320.460.640.901.31.82.63.65.07911144063－－0.260.360.500.701.01.42.02.84.05.6810121663100－－0.280.400.560.781.11.62.23.24.469111418100160－－0.300.440.620.881.21.82.53.65.0710121620160250－－0.340.500.701.01.42.02.84.05.6811141822铸件尺寸公差数值(mm)注：1、CT1和CT2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、铸件的基本尺寸小于或等于16mm时，CT13至CT16的公差值需单独标注，可提高2～3级第二节铸造工艺参数设计二、铸件质量公差第二节铸造工艺参数设计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。

GB/T11351－89规定了铸件质量公差的数值、确定方法及检验规则，与GB6414－86《铸件尺寸公差》配套使用。

质量公差代号用字母“MT”（MassTolerances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16级，从MT1～MT16。公称质量（kg）质量公差等级MT12345678910111213141516＜0.4－56810121416182024－－－－－＞0.4~1－456810121416182024－－－－＞1~4－3456810121416182024－－－＞4~10－23456810121416182024－－＞10~40－－23456810121416182024－＞40~100－－－23456810121416182024＞100~400－－－－234568101214161820＞400~1000－－－－－2345681012141618＞1000~4000－－－－－－23456810121416＞4000~10000－－－－－－－234568101214＞10000~40000－－－－－－－－2345681012铸件质量公差数值％注：表中质量公差数值为上、下偏差之和，即一半为上偏差，一半为下偏差第二节铸造工艺参数设计定义：指铸件上预先增加为机械加工时切去的金属层厚度。单件、小批生产的小铸铁件的加工余量为4.5～5.5mm。加工余量必须认真选取：余量过大，切削加工费工，且浪费金属材料；余量过小，制品会因残留黑皮而报废。第二节铸造工艺参数设计三、机械加工余量RMA—要求的加工余量等于铸件最小极限尺寸减去加工后尺寸。灰铸铁件较铸钢件线收缩率小、熔点低，铸件表面较光洁、平整，故其加工余量小；非铁合金铸件表面光洁、且材料昂贵、加工余量应比铸铁件小铸件的尺寸愈大或加工面与基准面的距离愈大，铁件的尺寸误差也愈大，故余量也应随之加大；大量生产时，因采用机器造型，铸件精度高，故余量可减小；反之，手工造型误差大，余量应加大；浇注时朝上的表面，因产生缺陷的机率大，其加工余量应比底面和侧面大。加工余量的具体数值应根据加工余量国家标准和铸件尺寸公差标准配套使用选取。第二节铸造工艺参数设计机械加工余量选择原则第二节铸造工艺参数设计三、机械加工余量铸件在凝固和冷却过程中会发生收缩而造成各部分体积和尺寸缩小。为了使铸件的实际尺寸符合图样要求，在制作模样和芯盒时，模样和芯盒的制造尺寸应比铸件放大或缩小一个该合金的收缩率。合金收缩率大小取决于铸造合金的种类及铸件的结构、尺寸等因素。常用合金的铸造收缩率灰铸铁：0.7%～

1.0%，铸钢：1.3%～

2.0%，铝合金：0.8%～

1.2%，锡青铜：1.2%～

1.4%。第二节铸造工艺参数设计四、铸造收缩率（模样放大率）铸造收缩率K定义如下：式中：L模──模样尺寸；

L件──铸件尺寸。定义：指平行于起模方向的模样壁的斜度。起模斜度第二节铸造工艺参数设计五、起模斜度为了起模方便又不损坏砂型，凡垂直于分型面的壁上留有起模斜度。第二节铸造工艺参数设计五、起模斜度凡垂直于分型面的模样表面都应有0.5°～3°的斜度。起模斜度值见JB/T5105－1991。起模斜度在工艺图上用或宽度a（mm）表示。用机械加工方法加工模具时，用角度标注；用手工加工模具时，用宽度标注。第二节铸造工艺参数设计注意：起模斜度与结构斜度的区分！第二节铸造工艺参数设计起模斜度选取的注意事项1、起模斜度应小于或等于产品图上所规定的起模斜度值。2、尽量使铸件内、外壁的模样和芯盒斜度取值相同方向一致。3、同一铸件的起模斜度应尽可能只选一种或两种斜度。4、原则上，在铸件加放起模斜度不应超出铸件的壁厚公差。第二节铸造工艺参数设计五、起模斜度

要考虑铸出的可能性、必要性和经济性。一般大孔用下芯的方式铸出，而小孔则用机加工完成。单件、小批生产的小铸铁件上直径小于30mm的孔一般不铸出。第二节铸造工艺参数设计六、最小铸出孔及槽机加工余量的大小与铸件的大小、材质、批量、结构的复杂程度及该加工面在铸型中的位置等不同而变化。（可查手册）铸件中较大的孔和槽应铸出，以减少切削工时，节约金属。铸件最小铸出孔尺寸：

生产批量铸件最小铸出孔尺寸/mm灰铸铁件铸钢件大量12~15—成批15~3030~50单件、小批30~5050六、最小铸出孔及槽第二节铸造工艺参数设计七、工艺补正量第二节铸造工艺参数设计在单件、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。它与工艺余量余量最显著的区别在于铸件上被放大的部分不必加工掉，而保留在铸件上。因此，铸件工艺补正量一般都会使铸件局部尺寸超过公差范围（也可能在公差范围内），所以在铸件上加放工艺补正量，应取得设计、使用单位同意。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.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第二节铸造工艺参数设计七、工艺补正量工艺补正量可粗略地按下述经验公式来确定式中e工艺补正量L加工面到加工基准面的距离第二节铸造工艺参数设计第二节铸造工艺参数设计八、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。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0.5～6mm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小第二节铸造工艺参数设计八、分型负数八、分型负数第二节铸造工艺参数设计砂箱平均轮廓尺寸（）/mm分型负数a/mmⅠⅡ≤80012801~1500231501~2000342001~300045＞3000562长＋宽模样的分型负数注：1.Ⅰ适用于工艺装备好、成批生产的干砂型、表干型

Ⅱ适用于工艺装备差、单件生产的干砂型

2.采用流态砂、水玻璃砂、化学自硬砂、固化后起模者，分型负数应减小第二节铸造工艺参数设计

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。为了解决挠曲变形问题，在制造模样时，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果正好将反变形抵消，得到符合设计要求的铸件。这种在模样上作出的预变形量称为反变形量（又称反挠度、反弯势、假曲率）九、反变形量第二节铸造工艺参数设计影响反变形量的因素:合金性能铸件结构和尺寸浇冒口系统的布局浇注温度、速度打箱清理温度造型方法砂型刚度归纳起来有两方面：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九、反变形量第二节铸造工艺参数设计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箱体反变形量方向第二节铸造工艺参数设计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。使用反变形量的铸件主要有大的床身类、平台类大型铸钢箱体类细长的纺织零件（如龙肋、胸梁等）反变形量的形式如下图所示：九、反变形量第二节铸造工艺参数设计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，使砂芯四周尺寸增加。为了保证铸件尺寸准确，将芯盒的长、宽尺寸减去一定量，这个被减去的尺寸称为砂芯负数。砂芯负数只应用于大型粘土砂芯，其数值依工厂实际经验确定流态砂芯、自硬砂芯、壳芯、热芯盒砂芯及小的粘土砂芯均不采用砂芯负数。十、砂芯负数（砂芯减量）第二节铸造工艺参数设计砂芯尺寸300~500500～800800～12001200～15001500～20002000～2500>2500砂芯负数1.5~22~33~44~55~66~77铸钢件的砂芯负数(mm)注：1、砂芯尺寸是指与舂砂方向垂直的最大轮廓尺寸2、当砂芯高度（指舂砂方向）大于宽度2倍时，可取下限，当砂芯高度与宽度相近时采用上限3、圆柱形砂芯应较表中数值减少1/2～1/3十、砂芯负数（砂芯减量）第二节铸造工艺参数设计在手工粘土砂造型、制芯过程中，为了取出木模（如芯盒中的肋板），要进行敲模，木模受潮时将发生膨胀，这些情况均会使型腔尺寸扩大，从而造成非加工壁厚的增加，使铸件尺寸和重量超过公差要求。为了保证铸件尺寸的准确性，凡形成非加工壁厚的木模或芯盒内的肋板厚度尺寸应该减小，即小于图样尺寸。所减小的厚度尺寸称为非加工壁厚的负余量十一、非加工壁厚的负余量第二节铸造工艺参数设计铸件重量铸件壁厚≤78～1011～1516～2021~3031~4041~5051~6061~8081~100≤50kg-0.5-0.5-0.5-1.551~100kg-1.0-1.0-1.0-1.0-1.5-2.0101～250kg-1.0-1.5-1.5-2.0-2.0-2.5251～500kg-1.5-1.5-2.0-2.5-2.5-3.0501～1000kg-2.0-2.5-2.5-3.0-3.5-4.0-4.51～3t-2.0-2.5-3.0-3.5-4.0-4.5-4.53～

5t-3.0-3.0-3.5-4.0-4.5-5.05～10t-3.0-3.5-4.0-4.5-5.0-5.5＞10t-4.0-4.5-5.0-5.5-6.0非加工壁厚的负余量下表为非加工壁厚的负余量经验数据，适用于手工造型、制芯第二节铸造工艺参数设计对于分段制造的长砂芯或分开制造的大砂芯，在接缝处应留出分芯间隙量，即在砂芯的分开面处，将砂芯尺寸减去间隙尺寸，被减去的尺寸，称为分芯负数。分芯负数是为了砂芯的拼合及下芯方便而采用的。不留分芯负数，就必须用手工磨出间隙量，这将延长工时并恶化劳动条件。分芯负数可以留在相邻的两个砂芯上，每个砂芯各留一半；也可留在指定的一侧的砂芯上。根据砂芯接合面的大小一般留1～3mm。分芯负数多用于手工造芯的大砂芯。十二、分芯负数第二节铸造工艺参数设计ø50上下ø661030+3+3+3+3+42o5o非加工表面拔摸斜度30~1’o铸造圆角R3~5收缩率1%3.放拔模斜度拔模斜度：为便于起摸，在模型的垂直于分型面的表面上设置的斜度4.绘出铸造圆角5.标注收缩率第四章浇注系统设计Gatingsystem,runningsystem浇注系统浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道之总称。第四章浇注系统设计作用：使液态合金平稳充满铸型，不冲击型壁和型芯，不产生涡流和喷溅，不卷入气体，并有利于排气第四章浇注系统设计浇注系统组成第四章浇注系统设计另外，浇包和浇注设备及出气孔也可看成是浇注系统的组成部分浇口杯直浇道横浇道内浇道组成接纳、引入金属，减轻金属液对铸型的冲击。引入金属，提供压力头以克服流动阻力充满型腔引入金属、阻撇熔渣引入金属、控制金属液的充型速度和流动方向→调控温度场和凝固顺序，在某种情况下还有一定的补缩作用。对于大量流水线生产的球墨铸铁件,在浇注系统结构中增加反应室,可实现型内球化获型内孕育处理，其浇注系统如下图第四章浇注系统设计浇注系统的功能与铸件质量有密切关系功能是：平稳导入合金液挡渣和气体调节铸型和铸件的各部分的温度控制凝固速度保证在合理的时间充填铸型第四章浇注系统设计对浇注系统基本要求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。在规定的浇注时间内充满型腔。提供必要的充型压力压头，保证铸件轮廓、棱角清晰使金属液流动平稳，避免严重紊流。具有良好的阻渣能力。金属液进入型腔时线速度不可过高，避免飞溅、冲刷型壁和使金属过度氧化。保证型内金属液面有足够的上升速度。不破坏冷铁和芯撑的作用。浇注系统的金属消耗量小，并容易清理。减少砂型体积，造型简单，模样制造容易。第四章浇注系统设计浇注系统的设计选择浇注系统的类型和结构布置浇注系统和内浇口的引入位置和个数计算浇注时间和浇注系统中的最小截面积计算其它组元的截面积大批量生产的浇注系统应该反复修正，达到最佳第四章浇注系统设计1.

内浇道位置、方向、数量→铸件凝固｛或补缩方法｝2.在规定的浇注时间内充满型腔（据件的厚薄计算）3.提供必要的充型压力头，保证金属液有足够上升速度，保证铸件轮廓、棱角清晰，以免形成夹砂结疤、皱皮、冷隔等缺陷4.使金属液流动平稳，避免严重紊流。防止卷入、吸收气体和使金属过度氧化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.不能冲击冷铁和芯撑或砂芯8.浇注系统的金属消耗小，并容易清理9.减小砂型体积，造型简单，模样制造容易浇注系统设计原则第四章浇注系统设计第一节液体金属在浇注系统基本单元中的流动在正常条件下，液态金属的运动粘度比室温下水的运动粘度低，液态金属的充型可以看为有一定粘度的液态运动，可以运用流体力学的规律研究。但是，液态合金在砂型中的流动和水、油等一般粘性液体在金属管、塑料管或玻璃管中的流动不完全相同，有其特点。一、液体金属在砂型中流动的水力学特点1.型壁的多孔性、透气性和合金液的不相润湿性，给合金液的运动以特殊边界条件砂型中合金液流的充满条件当金属液流内任意截面上各点的压力P均大于型壁处的气体压力Pa时,则成充满状态；P>Pa充满；P＝Pa非充满P>Pa充满流动直浇道：上大下小P＝Pa非充满流动直浇道：等截面一、液体金属在砂型中流动的水力学特点2.充型过程存在热交换铸型激冷作用，使液体产生少量结晶，粘度γ增加,流动紊乱,增加氧化,形成氧化物,使γ增加(特别在不充满时)流动过程中卷入气体、砂粒,使γ

增加,温度下降使γ增加浇注过程是不稳定流动过程

随着合金液面上升,充型的有效压力头渐渐变小；型腔内气体的压力并非恒定；浇注操作不可能保持浇口杯内液面的绝对稳定。一、液体金属在砂型中流动的水力学特点4.液体金属在浇注时呈紊流状态

Re称为雷诺数,Re=vR/γ(v为流体速度,R为水力半径,γ为流体运动粘度)。

例如：

灰口铁浇注时最小流量350g／（cm2·s）铸铁液密度＝7g/cm3

平均流速＝350／7＝50cm/s

试验数据：浇口最小断面0.4cm2(内浇口)直径＝0.71cm

Re=vR/γv为流体速度,R为水力半径,γ为流体运动粘度

Re＝6273＞2320

是紊流5.多相流动

一般合金液总含有某些少量固相杂质、液相夹杂和气泡，在充型过程中还可能析出晶粒及气体，故充型时合金液属于多相流动。一、液体金属在砂型中流动的水力学特点二、液体金属在浇口杯（pouringcup）中的流动浇口杯的作用承接金属液,防止飞溅和溢出减轻液流对型腔的冲击分离渣滓和气泡，阻止其进入型腔增加充型压力头形状漏斗形（bush）盆形（basin）挡渣效果差，简单，用于小件有助于分离渣滓和气泡1.金属液在浇口杯中流动的特点浇口杯中出现漩涡会带入渣滓和气体，注意防止。水平涡流应满足动量守恒方程

Mυr＝常量(1)

M-距离直浇道中心为r处的质点的质量υ-M点的切线速度r-M点距直浇道中心的距离由(1)可知，水平涡流距离直浇道中心越近,金属质点的切线速度就越高,使M质点的离心加速度ω2r=υ2/r也越大,渣子的比重比金属液低,就会浮在金属表面,气体会随着液面进入浇注系统.1）水平涡流2）垂直涡流对浇口杯除渣的影响渣子有两个力，一个是向上的浮力，一个是液体流动方向的力，合力指向液面。垂直涡流的产生使渣的运动方向指向液面，远离吸动区的液体中渣能够浮到顶面，有一部分渣就会进入直浇口。所以说浇口杯不能全部阻渣。1.金属液在浇口杯中流动的特点DH(1)液面高度的影响当H／D≥5时，不易产生水平涡流。所以，浇注时应保证液面高度；浇口杯应有较大的体积；控制浇注速度。(2)浇包距浇口杯液面距离的影响距离大,冲击大,流速变大,产生偏切速多,易产生水平涡流。2.影响涡流产生形式的因素1)浇注方法对涡流形式的影响(3)浇注方向的影响逆向浇注比顺向浇注效果好2.影响涡流产生形式的因素1)浇注方法对涡流形式的影响2）浇口杯结构对产生涡流的影响(1)漏斗形一般形式易产生水平涡流减少水平涡流方法：增加液面高度；加过滤网(2)盆形一般形式浇口杯中设置闸门、堤坝拔塞、浮塞或铁隔片的浇口杯带筛网砂芯的浇口杯不合理合理2.影响涡流产生形式的因素减少水平旋涡措施浇口杯中液面要有一定高度，H/D≥5浇包距离浇口杯要近，防止液体乱流逆向或横向浇注采用特殊浇口杯：拔塞、浮塞带筛网砂芯的浇口杯在浇口杯中设置闸门、堤坝等，或与隔板结合二、液体金属在浇口杯（pouringcup）中的流动1.直浇道作用从浇口杯引导金属液进入横浇道、内浇道或直接导入型腔提供足够的压力头，使金属液在重力作用下能克服各种流动阻力，在规定时间内充满型腔2.直浇道形状锥形柱形倒锥形三、液态金属在直浇道中的流动3.直浇道液体金属流动的特点水力学模拟实验圆柱形直浇道入口为尖角呈非充满状态圆柱形直浇道入口为圆角充满且吸气上大下小锥形(1/50)直浇道入口为尖角呈非充满状态上大下小锥形(1/50)直浇道入口为圆角充满且正压状态三、液态金属在直浇道中的流动上大下小,与浇口杯圆角连接,呈充满状态等断面圆角呈非充满状态上小下大圆角呈非充满状态在等断面直浇道400mm×φ30测三点金属液压力,液体三点都呈正压,大于大气压,在50Pa－1kPa(50-100mm)水柱,浇口杯处最大1.8kPa。通过试验非吸气理论得到如下结论：(1)液体金属在直浇道中存在两种形态（充满，非充满）(2)在非充满的直浇道中，流股呈渐缩形，流股表面微呈正压，在直浇道中的气体可被金属表面所吸收和带走金属液在重力作用下,流速是渐缩的.三、液态金属在直浇道中的流动(4)吸气理论是在不透气有机玻璃模型中的试验，确实存在着吸气现象，但这种情况不能代表砂型中的金属液流态，因为砂型是透气体，只有当模型中的液流压力在大于等于大气压力的条件下，才能代表砂型中的金属流态。(5)实际有横、内浇道增加阻力，直浇道呈直形也会充满。(3)直浇道入口形状影响金属流态尖角:非充满

增加流动阻力和断面收缩率，易产生涡流。圆角:充满要求入口处圆角半径r≥d/4(d为直浇道上口直径)最佳方案：直浇道呈上大下小，直浇口与浇口杯处用圆角连接。三、液态金属在直浇道中的流动四、直浇道窝

金属液对直浇道底部有强烈的冲击作用,并产生涡流和高度紊流区,常引起冲砂、渣孔和大量氧化夹杂物等铸造缺陷。设直浇道窝（凹井）可改善金属液的流动状况。（4）减小直－横浇道拐弯处的局部阻力系数和水头损失。（3）

改善内浇道的流量分布。S直:S横:S内＝1:2.5:5无浇口窝时S内131.5％S内268.5％有浇口窝时S内140.5％S内259.5％S内1四、直浇道窝（5）浮出金属液中的气泡。（1）缓冲：液体下落后,动能被浇口窝吸收转变成压能,大件采用耐火材料。（2）缩短直－横拐弯处的高度紊流区。直浇道窝的作用直浇道窝的形状直浇道窝常做成半球形、圆锥台等形状,可用砂芯、耐火砖直浇道窝的直径为直浇道下端直径的1.4~2倍，高度为横浇道高度的2倍。底部为平的，无尖角。四、直浇道窝横浇道的作用（1）向内浇道分配洁净金属。（2）储留最初浇入的含气和渣污的低温金属液并阻留渣。（3）使金属液流平稳和减少产生氧化夹渣物。五、横浇道中金属的流动为了节约，中小铸件多不用浇口杯，主要靠横浇道阻渣，故横浇道又称为捕渣道。横浇道是直浇道与内浇道之间的一个中间浇道。阻渣条件：渣团上浮到横浇道顶部超过内浇道吸动区。（一）横浇道的阻渣原理五、横浇道中金属的流动横浇道内，在内浇道入口周围存在一个区域，被称为内浇道的吸动区。上浮阻力：F=CSρV2/2式中：F-渣团上浮阻力

ρ-液态金属的密度

S-渣团的水平投影面积

V-渣团上浮速度

C-渣团上浮阻力系数，与液体雷诺数有关，见表15-1199（一）横浇道的阻渣原理五、横浇道中金属的流动渣团临近上浮速度：阻力F=浮力时的速度。式中R-渣团半径

ρ-金属液密度

ρ渣

-渣团密度

g-重力加速度

v0-渣团临近上浮速度，又称悬浮速度。200五、横浇道中金属的流动金属液的悬浮速度：当金属液流速（与上浮速度反向）等于渣团的临近上浮速度时的速度总结：

①渣团半径小，对应悬浮速度也越小。②

对应一定横浇道的流速有一可能上浮的临近渣团半径，只有大于临近半径的渣团才能上浮。③

渣团密度相对于金属液密度越小，越有利于上浮。

④

横浇道内金属的流速越低，可能阻流的渣团也越小。201五、横浇道中金属的流动1.横浇道应呈充满状态：内浇道的截面、位置；2.流速应尽量低

要在横浇道内捕获更小的渣团，需要更低的流速，更大的横浇道截面积。实践中常把横较大扩大、做高，如A横/A内=2~4，但横浇道太大会浪费金属。3.内浇道的位置关系要正确五、横浇道中金属的流动(1)内浇道距离直浇道应足够远，使渣团上浮到吸动区上部。（二）横浇道发挥阻渣作用应具备的条件203五、横浇道中金属的流动(2)有正确的横浇道末端延长段，以容纳初流金属液；吸收液流动能使金属液平稳；防止液流折返。(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，但大于内浇道横截面积。(4)封闭式浇注系统的横浇道应高而窄，内浇道宜扁而宽。(5)内浇道应远离横浇道的弯道；应尽量使用直的横浇道。内、横浇道连接一般为垂直。图15-18浇注系统横浇道、内浇道的位置关系（a）、（d）错误；（b）、（c）、（e）正确五、横浇道中金属的流动1.在浇注系统中设置筛网芯、过滤网。205五、横浇道中金属的流动（三）强化横浇道阻渣的措施2.设置集渣包

横浇道上被局部加高、加大的部分称为集渣包206五、横浇道中金属的流动（三）强化横浇道阻渣的措施齿形集渣包、离心集渣包。挡渣效果，逆齿胜于顺齿。3.缓流式浇注系统它是利用液态金属在横浇道中转弯，改变流动方向，以增大局部阻力，降低流动速度。五、横浇道中金属的流动（三）强化横浇道阻渣的措施五、横浇道中金属的流动（四）横浇道断面形状圆形：散热少但挡渣效果差，主要用于铸钢件，因中、大型铸钢件的横浇道大多用标准圆孔耐火材料管形成；高梯形：使用最广，散热虽比圆形断面的横浇道稍大，但可以减少内浇道吸动区吸入杂质的弊病。内浇道是引导金属液进入型腔。内浇道比较短，本身不能挡渣，但合理的结构尺寸以及与横浇道的连接方式将有助于横浇道挡渣。内浇道的作用：控制充型速度和方向，分配金属，调节铸件各部分的温度和凝固顺序，浇注系统的金属液通过内浇道对铸件进行补缩。209六、内浇道（一）浇口比对浇注过程的影响浇口比：以内浇道为阻流动时，金属液流入型腔时喷射严重；以直浇道下端或附近的横浇道为阻流时，充型较平稳，S内：S直越大越平稳。同一横浇道上有多个等截面的内浇道时，各内浇道的流量不等。远离直浇道的内浇道流量最大，且先进入金属；近直浇道的流量小，且后进入金属。六、内浇道（二）内浇道流量的不均匀性式中qmax—内浇道中的最大流量；

qmin—内浇道中的最小流量；

Q—所有内浇道的总流量；

n—横浇道上连接的内浇道个数。

211六、内浇道

a缩小远离直浇道的内浇道的截面积。

b增大横浇道的截面积

c严格，每流经一个内浇道，比值依次减小。

d设置直浇道窝。减小内浇道流量的不均匀性的方法（1）内浇道在铸件上的位置和数目应服从所选定的凝固顺序或补缩方法a

同时凝固：内浇道在薄壁处，数量多且分散分布。b

顺序凝固：内浇道开在厚壁或冒口处c

复杂铸件：采用顺序凝固与同时凝固相结合的原则。（2）方向不要冲着细小砂芯、型壁、冷铁和芯撑，必要时采用切线引入。(三）内浇道设计的基本原则六、内浇道（3）内浇道应尽量薄。

降低内浇道的吸动区，有利于横浇道挡渣；减少进入初期渣的可能性；减轻清理工作量；内浇道薄于铸件的壁厚，在去除浇道时，不易损害铸件；对于铸铁件，薄的内浇道能充分利用铸铁本身的石墨化膨胀获得紧实的铸件。（4）对薄铸件可用多内浇道的浇注系统实现补缩。（5）内浇道避免开设在铸件品质要求很高的部位，以防止金相组织粗大。（6）各内浇道中金属液的流向应尽量一致。

防止金属液在型内碰撞，流向混乱而出现过度紊流。（7）尽量开在分型面上，使造型方便。（8）对收缩大易裂纹的合金铸件，内浇道的设置不应阻碍收缩。六、内浇道六、内浇道（四）内浇道个数和断面形状1.内浇道个数充填型腔的高温金属液如集中通过一个内浇道，常会使内浇道附近的铸型局部过热，引起铸件局部晶粒粗大、粘砂、缩孔、缩松等缺陷。所以除小铸件外，一般多采用两个或更多的内浇道，分散均匀地浇入。铸钢时为避免钢液过度冷却及氧化，内浇道数量则不宜多；而浇注铝合金时，要求充型平稳，内浇道一般个数较多。2.内浇道断面形状扁平梯形图a）内浇道造成的吸动区域小，有助于横浇道发挥挡渣作用，而且浇注完毕后内浇道能迅速凝固，模样的制造及造型均方便，还易于从铸件上清除掉，故应用最广。高梯形e）、f）用于沿铸件垂直壁充型；月牙形c）、d）和三角形图b）也能迅速凝固，易于清除，但冷却过快；圆形内浇道冷却最慢，多用于铸钢件和导热快的铸型，如用金属型挂砂铸型浇注球墨铸铁。六、内浇道（四）内浇道个数和断面形状第二节浇注系统的基本类型及选择（一）封闭式浇注系统断面比例关系：A杯＞A直＞A横＞A内在正常浇注条件下，所有组元都能为金属液充满的浇注系统。优点：阻渣效果好、防止卷气、消耗金属少、清理方便。缺点：喷溅、冲砂、金属氧化、流动不平稳。应用：不易氧化的各类铸铁件。不宜用于易氧化的轻合金、漏包浇注铸钢件和高大的铸铁件（充型压力很大）。一、按断面比例关系分类第二节浇注系统的基本类型及选择（二）开放式浇注系统断面比例关系：A直上＜A直下＜A横＜A内金属液不能充满所有组元的的浇注系统。优点：进入型腔金属液流速小，平稳，氧化轻。

缺点：阻渣效果差，带入气体，金属消耗大。

注意：一般阻流设置在直浇道下端或靠直浇道的横浇道上。

应用：轻合金、球铁件，漏包浇注铸钢也可采用，但直浇道不能充满，以防钢液外溢。一、按断面比例关系分类第二节浇注系统的基本类型及选择（三）半封闭式浇注系统断面比例关系：A横≥A内≥A直

特点：阻流断面在内浇道上，横浇道断面为最大。浇注中，浇注系统能充满，但较封闭式晚。

优点：具有一定的挡渣能力。由于横浇道断面大，金属液在横浇道中流速减小，故又称“缓流封闭式”。充型的平稳性及对型腔的冲刷力都优于封闭式。

应用：各类灰铸铁及球墨铸铁件。一、按断面比例关系分类第二节浇注系统的基本类型及选择（四）封闭-开放式浇注系统断面比例关系：

①A杯＞A直＜A横＞A内；②A杯＞A直＞A集渣包③A直＞A阻＜A横后＜A内；④A直＞A阻＜A内＜A横后

特点：阻流断面设在直浇道下端，或在横浇道中，或在集渣包出口处，或在内浇道之前设置的阻流挡渣装置处。

优点：阻流断面之前封闭，其后开放，故有利于挡渣，充型平稳，兼有封闭式与开放式的优点。

应用：各类铸铁件，在中小件上应用较多，特别是在一箱多件时应用广泛。目前铸造过滤器的使用，是这种浇注系统应用更广泛。一、按断面比例关系分类第二节浇注系统的基本类型及选择二、按内浇道在铸件上的位置分类概念：以浇注位置为基准，内浇道设在铸件顶部。

优点：

a

充型容易，减少冷隔、浇不足。

b

有利于自下而上顺序凝固和补缩。

c

冒口尺寸小，节省金属。

d

结构简单，便于清除。

缺点：

a

易造成冲砂。

b下落时氧化、飞溅、不平稳，产生铁豆、气孔、夹渣。

c

横浇道阻渣效果较差（因大部分时间内浇道处于非淹没状态）。221第二节浇注系统的基本类型及选择（一）顶注式浇注系统形式：简单式、楔形式、压边式、雨淋式、搭边式。

222第二节浇注系统的基本类型及选择（一）顶注式浇注系统（一）顶注式浇注系统第二节浇注系统的基本类型及选择概念：内浇道设在底部优点：

a

冲型平稳。

b

避免金属液飞溅氧化。

c

无论浇口比多大，横浇道基本充满，挡渣效果好。

d

型腔气体容易排除。缺点：

a

温度分布不利于顺序凝固和冒口补缩。

b

内浇道处易过热，造成缩孔、缩松、晶粒粗大。

c

金属液面上升中易结皮，形成浇不足、冷隔。

d

金属消耗较大。224（二）底注式浇注系统第二节浇注系统的基本类型及选择（二）底注式浇注系统

与顶注式浇注系统相反，底注式浇注系统是从铸件底部(下端面)注入型腔的。第二节浇注系统的基本类型及选择

这类浇注系统的优点是充型平稳，排气方便，不易冲坏型腔和引起飞溅，适宜于大、中型的铸件。对易于氧化的合金，如铝、镁合金和某些铜合金也较适宜。这类浇注系统的缺点是不利于定向凝固，补缩效果差，充型速度慢，不适合复杂薄壁铸件的充型。形式及应用：

a

基本形式，用于容易氧化的有色金属、形状复杂要求高的钢铁铸件/

b

牛角式（horngating），用于各种铸齿齿轮和有砂芯圆盘。

c

底雨淋：用于内表面要求高的圆筒类铸件。226第二节浇注系