《铸造工艺学》实验指导书

铸造工艺学《铸造工艺学》指导书（材料科学与工程专业）院系专业班级学号姓名成绩材料与环境工程学院材料科学与工程教研室2022年3月前言本课程是材料科学与工程专业的一门重要的专业实践课程。实验和试验研究是工科大学生必备的知识能力，也是学习知识、掌握技能的重要环节。材料科学与工程专业要求培养的学生既有较深厚的理论知识，又有多方面的动手试验研究能力。传统的实验教学分别属于几门课程，不仅相互联系不够密切，而且有部分重复内容。因此本课程的目的是为了使实验教学既与课程相联系，又有实验教学的独特性，同时满足开放实验室对实验教学的要求。根据应用型本科专业发展的需要，本实验教材中特别安排以培养学生实验研究能力、动手、创新能力为目的的综合性实验。实验既介绍了实验目的、基本原理与实验内容，同时结合课本知识，解决实际问题时提出自己的想法。本实验主要内容为根据所学知识，针对具体的一个铸件，设计出具体浇铸系统，满足生产的需要。训练学生综合运用所学的专业理论知识，指导解决实际问题的能力，使学生更深入地理解浇注系统设计与零件结构之间的关系，增强理论和实践的联系，进一步训练学生的动手能力和从事科学研究的基本思路和方法，为学生的毕业论文设计和以后的工作学习打下一个坚实的基础。

实验一浇注系统设计实验目的1.了解铸造生产工艺过程及其特点；2.了解砂型的结构，了解零件、模样和铸件之间的关系；3.了解浇注系统设计的一般原则；4.根据具体实物设计出合适的一套浇注系统。实验原理1浇注系统浇注系统是为金属液流入型腔而开设于铸型中的一系列通道。其作用是：①平稳、迅速地注入金属液；②阻止熔渣、砂粒等进入型腔；③调节铸件各部分温度，补充金属液在冷却和凝固时的体积收缩。正确地设置浇注系统，对保证铸件质量、降低金属的消耗量有重要的意义。若浇注系统不合理，铸件易产生冲砂、砂眼、渣孔、浇不到、气孔和缩孔等缺陷。典型的浇注系统由外浇口、直浇道、横浇道和内浇道四部分组成，如图1-1所示。对形状简单的小铸件可以省略横浇道。①外浇口其作用是容纳注入的金属液并缓解液态金属对砂型的冲击。小型铸件通常为漏斗状（称浇口杯），较大型铸件为盆状（称浇口盆）。②直浇道它是连接外浇口与横浇道的垂直通道。改变直浇道的高度可以改变金属液的静压力大小和改变金属液的流动速度，从而改变液态金属的充型能力。如果直浇道的高度或直径太大，会使铸件产生浇不足的现象。为便于取出直浇道棒，直浇道一般做成上大下小的圆锥形。③横浇道它是将直浇道的金属液引入内浇道的水平通道，一图1-1典型浇注系统般开设在砂型的分型面上，其截面形状一般是高梯形，并位于内浇道的上面。横浇道的主要作用是分配金属液进入内浇道和起挡渣作用。④内浇道它是直接与型腔相连，并能调节金属液流入型腔的方向和速度、调节铸件各部分的冷却速度。内浇道的截面形状一般是扁梯形和月牙形，也可为三角形。冒口常见的缩孔、缩松等缺陷是由于铸件冷却凝固时体积收缩而产生的。为防止缩孔和缩松，往往在铸件的顶部或厚实部位设置冒口。冒口是指在铸型内特设的空腔及注入该空腔的金属。冒口中的金属液可不断地补充铸件的收缩，从而使铸件避免出现缩孔、缩松。冒口是多余部分，清理时要切除掉。冒口除了补缩作用外，还有排气和集渣的作用。浇注系统设计首先应正确地选择浇铸系统的类型及开设位置，要根据具体情况认真研究，对各种可能方案进行反复比较，要能保证又足够的空间开设浇口和冒口系统。在此基础上还要确定浇注系统各组元的合理尺寸及其之间的比例关系，这两方面相互依存，某一方失误将带来不良的结果。浇铸位置的选择主要有以下几种情况：从铸件薄壁处引入：适用于收缩不大的合金，如灰铸铁等。从铸件厚壁处引入：适用于有一定壁厚差而凝固时合金的收缩量较大的铸件，如铸钢等。内浇道尽可能不开设在铸件重要的部位；金属液经过内浇口，容易造成内浇口附件铸型局部过热，造成该部分铸件晶粒粗大，影响质量。内浇道要引导液流不正面冲击铸型型壁或砂芯，或者型腔中薄弱的凸出部分。浇注系统的位置选择，应该使金属液在型腔内流动的路程尽可能短，避免因浇道过长，金属液的温度降低而造成的浇不足的现象。内浇道开在非加工面上时，要尽可能开在隐蔽的，不易看到的或容易打磨的地方。尽可能保持铸件外表的美观。此外，开设浇注系统时要注意使之容易脱箱。浇筑时间的计算，液态金属从开始进入铸型到充满铸型所经历的时间叫做浇铸时间（用来表示）。合适的浇铸时间与铸件结构、铸型工艺条件，合金种类及选用的浇注系统类型等有关。计算10t以下各类铸铁件的浇铸时间，常用公式为：（1-1）其中：——浇铸时间（s）G——包括冒口在内的铸件总重量（kg）——铸件壁厚（mm），对于壁厚宽度大于4倍的铸件，即为壁厚，对于圆形或正方形的铸件，取其直径或边长的一半，对壁厚不均匀的铸件，可以取平均壁厚、主要壁厚、最小壁厚。S1——系数。对于普通灰铁取2.0，铸钢件取1.3-1.5.计算所得的浇铸时间是否合适，通常以铸型内金属液面上升速度来验证，以免金属液面上产生较厚氧化层，造成气孔，夹渣等缺陷。铸件允许的最小液面上升速度见表1-1表1-1铸型内铁液面允许的最小上升速度铸型内铁液面上升的速度可以按式（1-2）计算其中：C——铸件的最低点到最高点的距离，按浇铸时间的位置确定（mm）——浇铸时间（s）按上式求得的上升速度如低于允许的最小上升速度时，就要强行缩短浇筑时间，或调整铸件浇铸的位置，以免高度紊流而造成大量氧化夹渣。阻流元件（或内浇道）截面积的计算及各组元之间的比例关系的确定。阻流组元截面大小实际上反应了浇铸时间的长短，在一定压头下阻流截面大，浇铸时间九短，所以阻流截面的大小对铸件质量的影响与浇铸时间的长短一致。生产中，确定阻流截面尺寸的方法和实用图、表大多都来自于以水力学原理为基础的。水力学计算法，把金属液看成普通流体，浇注系统视为充满流动金属液的管子，根据流量方程和伯努利方程可推导出铸件浇铸系统阻流截面面积的计算公式（1-3）。其中：F阻——内浇道截面积（cm2）；G——流经阻流面积的金属液总重量（kg）；——流量系数；——充满型腔的总时间（s）H均——充填型腔的平均计算静压头（cm）。对于封闭式浇注系统，注入位置主要有以下几种类型：顶注式底注式中间注入实例：图示是支承轮铸造工艺图。材料HT200，铸件质量约19kg，轮廓尺寸φ300mm×100mm，生产批量为单件。（1）从图纸上可以看出，该铸件外形结构为旋转体，辐板下有三根加强肋并与φ40孔形成六等分均布，外形较为简单。主要壁厚为35mm。虽然轮缘略厚些，但主要热节处是轮毂。另外轮毂部位φ40的孔加工精度高，轮毂孔需下一个型芯。该铸件应注意防止轮毂部位产生缩孔和气孔。(2)造型方法支承轮铸件采用两箱造型。辐板上三个通孔由1#型芯和上型吊砂形成，中间轮毂孔由2#型芯形成。(3)分型面的确定分型面位置如图2-23所示。整个铸型的大部分都处于下型，上型只是φ240mm×16mm的凸砂型和100mm×31mm的轮毂凹砂型。这样分型既便于下芯，又便于开设浇冒口。

根据图示，确定以下内容并回答问题。在图示中用铅笔标注铸件的浇注系统与冒