铸造工艺学考试重点综述

铸造工艺设计就是根据铸造零件的结构特点、技术要求、生产批量和生产条件等，确定铸造方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等技术文件的过程。从避免缺陷方面审查铸件结构（1）铸件应有合适的壁厚（2）铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意壁厚过渡和圆角。 （3）铸件内壁应薄于外壁（4）壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节（5）有利于补缩和实现顺序凝固（6）防止铸件翘曲变形（7）避免浇注位置上有水平的大平面结构从简化铸造工艺方面改进零件结构（1）改进妨碍起模的凸台、凸缘和肋板结构（2）取消铸件外表侧凹（3）改进铸件内腔结构以减少砂芯（4）减少和简化分型面（5）有利于砂芯的固定与排气（6）减少清理铸件的工作量（7）简化模具的制造（8）大型复杂件的分体铸造和简单小件的联合铸造铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内的所处的状态和位置。浇注位置选择应遵循的原则铸件的重要部分应尽量置于下部。2重要加工面应朝下或呈直立状态。 3使铸件的大平面朝下，避免夹砂结疤类缺陷。应保证铸件能充满5应有利于铸件的补缩6避免用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯、合箱及检验。应使合箱位置、浇注位置和铸件冷却位置相一致这样可避免变合箱后或于浇注后再次翻转铸型。2.3分型面：两半铸型相互接触的表面选择分型面的基本原则（1）铸件全部或大部分置于同一半型中2尽量减少分型面的数目3分型面尽量选择平面4便于下芯、合箱和检查型腔尺寸5不使砂箱过高6受力件的分型面选择不应削弱铸件的结构强度 7注意减轻铸件的清理和机械加工量4,确定砂芯形状（分块）及分盒面选择的基本原则（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）应尽量减少砂芯数目（5）填砂面应宽敞，烘干支撑面是平面（6）砂芯形状适应造型、制芯方法。（7）还应使每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；（8）使芯盒结构简单，便于制造和使用等。芯头是指伸出铸件以外不与金属接触的砂芯部分。 芯头可分为垂直芯头和水平芯头两大类对芯头的要求：定位和固定砂芯，使砂芯在铸型中有准确的位置，并能承受砂芯重力及浇注时液体金属对砂芯的浮力，使之不致于破坏。芯头应能及时排除浇注后砂芯所产生的气体至型外。③上下芯头及芯号容易识别，不致下错方向及芯号。④下芯、合型方便，芯头应有适当斜度和间隙。⑤避免砂芯上有细小突出的芯头部分，以免损坏。芯头组成：芯头长度，芯头斜度，芯头间隙，压环、防压环和积砂槽 芯头长度：砂芯伸入铸型部分的长度。垂直芯头的长度通常称为芯头高度。压环（压紧环）、防压环和积砂槽1）压环作用：为了防止合金液侵入芯座与芯头的间隙中，将芯头的通气孔道堵塞而增设的压紧环。制造方法：在上模样芯头上车削一道半圆凹沟 （r=2〜5mm）造型后在上芯座上凸起一环型砂，合箱后它能把砂芯压紧，避免液体金属沿间隙钻入芯头，堵塞通气道。 只适于机器造型的湿型。）防压环作用：为避免下芯和合箱时压坏芯座边缘产生掉砂，而增设了防压肩 （环）。制造方法：在水平芯头靠近模样的根部，设置凸起圆环，高度 0.5〜2mm宽5〜12mm称为防压环。）积砂槽作用：为收集造型或下芯时落下的散砂，以免垫在芯头下成砂芯位置偏斜而增设积砂槽。制造方法：在下芯座模样的边缘上设置一道凸环，造型后砂型内形成一环凹槽，称为积砂槽。2.5铸造工艺设计参数铸件尺寸公差：铸件公称尺寸的两个允许极限尺寸之差铸件重量公差：以占铸件公称重量的百分率为单位的铸件重量变动的允许值。机械加工余量：铸件工艺设计时预先增加的，而后在机械加工时又被切去的金属层厚度。铸件收缩率：金属液浇注到铸型后，随温度下降将发生凝固所引起的尺寸缩减。起模斜度：为方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定的斜度，以免损坏砂型或砂芯。最小铸出孔及槽工艺补正量：因工艺需要在铸件相应非加工面上增加的金属层厚度。分型负数：为保证铸件尺寸精确，在拟定工艺时，为抵消铸件在分型面部位的增厚，在模样上相应减去的尺寸。反变形量：为解决挠曲变形，在制造模样时，按铸件可能产生变形的相反方向做出反变形模样，使铸件冷却后变形的结果正好将反变形量抵消，得到的符合设计要求的铸件，这种在模样上做出的预先变形量。砂芯负数：为了保证铸件尺寸精确，讲芯盒长宽减去一定量，被减去的尺寸称 ~非加工壁厚负余量分芯负数：在砂芯分开面处，将砂芯尺寸减去间隙尺寸，被减去的尺寸称 ~水力学特性：①黏性流体流动②不稳定流动③多孔管中流动④紊流流动浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道之总称。典型铸铁件浇注系统由浇口杯(外浇口)、直浇道、直浇道窝、横浇道和内浇道等部分组成。 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。在充型过程中，合金液和铸型之间有着激烈的热作用、机械作用和化学作用浇注过程是不稳定流动过程合金液在浇注中一般呈紊流状态4.多相流动浇口杯的作用可用来承接来自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢出，便于浇注；②减轻金属液流对型腔的冲击；分离渣滓和气泡，阻止其进入型腔；④增加充型压力头。浇口杯的形式浇口杯分漏斗形和盆形两大类漏斗形浇口杯挡渣效果差，但结构简单，消耗金属少。盆形浇口杯挡渣效果较好，底部设置堤坝有利于浇注操作，使金属的浇注速度达到适宜的大小后再流入直浇道。这样浇口杯内液体深度大.可阻止水平漩涡的产生而形成垂直旋涡，从而有利于分离渣滓和气泡。浇口杯中的漩涡：水平漩涡和垂直漩涡水平选涡会带入渣滓和气体。垂直旋涡有利于分离渣滓和气泡。影响水平漩涡的因素：主要影响因素是浇口杯内液面深度、浇注高度、浇注方向及浇口杯的结构。浇口杯内液面深度和浇注高度的影响液面浅极易出现水平漩涡；液面深度超过直浇道上口直径的5倍时可基本消除水平漩涡；浇包嘴距浇口杯越高，水平漩涡越易产生。消除水平漩涡的措施使用深度大的浇口杯，深度应大于直浇道上端直径的5倍;应用拔塞、浮塞和铁隔片等方法，使浇口杯内液体达到深度要求时，再向直浇道提供洁净的金属；在浇口杯底部安置筛网砂芯或雨淋砂芯来抑止水平旋涡。浇口杯中置“闸门”、堤坝等，降低浇注高度以避免水平漩涡，并促使形成垂直旋涡。浇包嘴宜设计得长些为好。采用逆向浇注，液流不要冲着直浇道。直浇道的功用(1)从浇口杯引导金属向下，进入横浇道、内浇道或直接导入型腔。 (2)提供足够的压力头，使金属液在重力作用下能克服各冲流动阻力，在规定时同内充满型腔。2直浇道的形状直浇道常做成：上大下小的锥形，等断面的柱形，上小下大的倒锥形。直浇道与横浇道的连接 ，要增设直浇道窝，防止冲砂和卷气，使金属液的紊乱程度降低。直浇道窝的作用缓冲作用液流下落的动能有相当大的一部被直浇道窝内液体吸收，减轻对直浇道底部铸型的作用。缩短直一横拐弯处的高度聚流区直浇道窝可减轻液流进入横浇道的孔口压缩现象，缩短高速紊流区。这对减轻金属氧比、阻渣和减少卷入气体部有利。改善内浇道的流量分布减小直一横浇道拐弯处的局部阻力系效和水头损失浮出金属液中的气泡直浇道窝的形状和尺寸直浇道窝常做成半球形、圆锥台等形状。浇口窝直径为直浇道下端直径的 1.42倍，高度为横浇道高度的2倍，侧壁在能顺利拔模的条件下尽量垂直，底部做成平面，转角处避免尖角。横浇道的功用向内浇道分配洁静的金属液；(2)储留最初浇入的含气和渣污的低温金属液并阻留渣滓；使金属液流平稳和减少产生氧化夹渣。横浇道发挥阻渣作用应具备的条件横浇道应呈充满流态，即满足充满条件。 2流速应尽可能低。3液流紊流搅拌作用要尽量小内浇道和横浇道相对位置关系要正确。内浇道距直浇道应足够远，使渣团有条件浮起到超过内浇道的吸动区。尽量使用直的横浇道，内浇道应远离横浇道的弯道。有正确的横浇道末端延长段。提升挡渣能力的主要途径：改变横浇道的结构以增加流程中的阻力，减慢金属液的流苏，减少紊流搅拌作用方法：①缓流式浇注系统②阻流式浇注系统③设置筛网芯的浇注系统④设置集渣包的浇注系统内浇道的功用(1)控制充型速度和方向；2分配金属；3调节铸件各部位的温度和凝固顺序；(4)浇注系统的金属液通过内浇道时对铸件有一定的补缩作用。浇口比的影响直浇道、横浇道和内浇道截面积之比(S直:S横:2S内)称为浇口比。以内浇道为阻流时，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。使各内浇道流量均匀的措施（1）缩小远离直浇道的内浇道截面积2增大横浇道的截面截面积；3严格依S横:S内的比值，每经过一个内浇道，使横浇道截面积依比值缩小4设置直浇道窝浇注系统的基本分类封闭式浇注系统封闭式浇注系统包括了以内浇道为阻流的各种浇注系统。 F杯〉F直〉F横〉F内1） 封闭式浇注系统的特点主要优点封闭式浇注系统有较好的阻渣能力，可防止金属液卷入气体，消耗金属少，清理方便。主要缺点进入型腔的金属液流速度高，易产生喷溅和冲砂，使金属氧化，使型内金属液发生扰动、涡流和不平静2）应用这种浇注系统主要用于不易氧化的铸铁件。铝、镁合金易于氧化，要求液流进入型腔时流动平稳，所以收缩式浇注系统应用很少。开放式浇注系统在正常浇注条件下，金属液不能充满所有组元的浇注系统，又称为非充满式或非压力式浇注系统。 F直上VF直下VF横VF内开放式浇注系统的内浇道截面积比阻流面积大得多，一般 S内/S阻〉3。当直浇道不充满时，会使金属液高度紊流，造成氧化、卷气等，故生产中往往要求应用充满式直浇道。完全开放式浇注系统在内浇道被淹没之前，各组元均呈非充满流态几乎不能阻渣且会带入大量气体。因此，使用转包浇注的铸铁件上不宜应用这种浇注系统。1） 开放式浇注系统的特点主要优点是金属液在横浇道和内浇道中流速较慢，在进入型腔时金属液流速度小，充型平稳，冲刷力小，金属氧化轻。主要缺点是阻渣效果稍差，内浇道较大，金属消耗略多。2） 应用适用于轻合金铸件、球铁件等。漏包浇注的铸钢件也直采用开放式浇注系统。半封闭式F横〉F直〉F内阻流截面在内浇道，横浇道截面为最大。浇注中，浇注系统能充满，但较封闭式晚；具有一定的挡渣能力。由于模浇道截面大，金属液在横绕道中流速减小，故又称“缓流封闭式” 。故充型的平稳性及对型腔的冲刷力都好于封闭式；用于各类灰铸铁件及球铁件封闭-开放式…（推荐使用）F杯〉F直VF横VF内F杯〉F直〉F集渣包出口VF横后VF内F直〉F阻VF横后VF内F直〉F阻VF内VF横阻流截面设在直浇道下端，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；阻流截面之前封闭，其后开放，故既有利于挡渣，又使充型平稳，兼有封闭式与开放式的优点；适用于各类铸铁件，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，使这种浇注系统应用更为广泛；注：F杯、F直、F横、F阻、F内等分别指浇口杯、直浇道、横浇道、阻流片、内浇道等各组元最小处的总截面积。顶注式（又称上注式）浇注系统内浇道设在铸件顶部的浇注系统称为顶注式浇注系统。1）形式：五种（简单式、楔形式、压边式、雨淋式、搭边式）底注式（下注式）浇注系统①底注式（基本形）：适用于容易氧化的非铁合金铸件和形状复杂、要求高的各种黑色铸件。牛角式：用干各种铸造齿轮和有砂芯的盘形铸件。底雨淋式：充型后金属温度分布均匀，适用于内表面质量要求高的筒类铸件等。2）底注式浇注系统的优点①合金液从下部充填型腔，流动平稳，不易产生冲击、飞溅、氧化和卷入气体，便于排除型腔中的气体。② 无论浇道比多么大，横浇道基本工作在充满状态，有利于挡渣。浇注系统位置的选择从铸件薄壁处引入适用于凝固时收缩不大的合金，如灰铸铁从铸件厚壁处引入适用于有一定壁厚差儿凝固时合金收缩量较大的铸件内浇道尽可能不开设在铸件的重要部分内浇道要引导液流不正面冲击铸型壁级砂芯或型腔中薄弱的突出部分浇注系统位置的选择，应使金属液在型腔内流动的路程尽可能短内浇道开在非加工面上，尽可能开在隐蔽的，不易看到的或容易打磨的地方 浇注系统设计步骤通常在确定铸造方案的基础上设计浇注系统。大致步骤：（1） 选择浇注系统类型；（2） 确定内浇道在铸件上的位置、数目和金属引入方向；（3） 决定直浇道的位置和高度。一般使直浇道高度等于上砂箱高度，但应检验该高度是否足够。（4） 计算浇注时间并核算金属上升速度；（5） 计算阻流截面积S阻；（6） 确定浇口比并计算各组元截面积；（7） 绘出浇注系统图形。计算平均静压头有下列三种情况：1） 采用底注式浇注系统时，因为P=C（图中（a））所以：Hp=HO—C/22） 采用顶注式浇注系统时，因为P=0,所以Hp=H03）采用中注式浇注系统时，Hp可用式计算。若内浇道置于铸件型腔高度二分之一处时 （即P=C/2），则式可简化为：Hp=HO—C/8金属的收缩：铸造合金从液态凝固和冷却至室温过程中产生的体积和尺寸的缩减现象。收缩的实质：随着温度下降，合金中空穴数量减少，原子间距缩短。缩孔：铸件在凝固过程中，由于补缩不良而产生的孔洞，形状极不规则、孔壁粗糙并带有枝状晶，常出现在铸件最后凝固的部位。缩松：铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。冒口是铸型内用以储存金属液的空腔，在铸件形成时补给金属，有防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用。冒口有什么作用？（1） 补偿铸件凝固时的收缩。即将冒口设置在铸件最后凝固的部位，由冒口中的合金液补偿其体收缩，使收缩形成的孔洞移入冒口，防止铸件产生缩孔、缩松缺陷。（2）调整铸件凝固时的温度分布，控制铸件的凝固顺序。 （3）排气、集渣。（4）利用明冒口观察型腔内金属液的充型情况。冒口种类1）通用冒口（普通冒口）2）特种冒口3）铸铁自补缩冒口①浇注系统充当冒口②压力冒口③无冒口选择冒口位置的原则1） 冒口应就近设在铸件热节的上方或侧旁。2）尽量设在铸件最高、最厚 的部位。对低处的热节增设补贴和使用冷铁，造成补缩的有利条件。3） 冒口不应设在铸件重要的、受力大的部位，以防组织粗大降低强度。4） 冒口位置不要选在铸造应力集中处应注意减轻对铸件的收缩阻碍，以免引起裂纹。5）尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件。 冒口布置在加工面上，可节约铸件精整工时，零件外观好。7） 不同高度上的冒口，应用冷铁使各个冒口的补缩范围隔开。8） 为了加强铸件的顺序凝固，应尽可能使内浇道靠近或通过冒口，以造成对冒口有利的温度分布。冒口的末端区：在远离冒口的一端由于铸件存在边角，补缩通道扩张角比较大，凝固时易于补缩，此区域称为末端区。冒口的补缩距离：即冒口的有效补缩距离，它是冒口作用区和末端区长度之和，是确定冒口数目的依据。外冷铁的影响）在两个冒口之间安放冷铁，相当于在铸件中间增加了激冷端，使冷铁两端向着两个冒口方向的温度梯度扩大，形成两个冷铁末端区，显著地增大了冒口的补缩距离。）把冷铁置于板或杆件末端时，铸铁末端区长度略有增加。3）多边布置多块冷铁，可大大延长冷铁末端区的长度。 外冷铁之间距离为0.51倍于冷铁长度补贴？为实现顺序凝固和增强补缩效果，在靠近冒口的铸件壁厚上补加的倾斜的金属块称为补贴，也称衬补、增肉。补贴的作用冒口附近有热节或铸件尺寸超出冒口补缩距离，利用补贴可造成向冒口的补缩通道，实现补缩，消除铸件热节下的缩孔，延长补缩距离，减少冒口的数量。模数的概念铸件内各个部分的凝固时间主要取决于其体积和表面积的比值。M=V/A式中，M为模数，V为体积，A为面积。注意：不管铸件的形状如何，只要它们的模数相等，其凝固时间就相等或相近。为了实现补缩，冒口与铸件上被补缩部位之间必须存在补缩通道，同时他还必须满足以下两个条件：1） 冒口凝固时间应大于至少等于铸件（或铸件被补缩部分）的凝固时间。2） 冒口必须提供足够的金属液，以补偿铸件和冒口在凝固完毕前的体收缩和因铸型型壁移动而扩大的容积，使缩松不致伸入铸件内。铸件模数的计算任何复杂的铸件，均可以看作是有许多简单的几何体组合而成。只要掌握一些简单的几何体、组合体的模数计算公式，就不必用繁琐的公式去计算铸件的体积和表面积。矩形长杆的模数（截面为长方形，长为a,宽为b）: M=ab/2（a+b）TOC\o"1-5"\h\z方形长杆的模数（截面为正方形，边长为a）: M=a/4大平面的模数（板厚为T）: M=T/2立方体的模数（棱长为a）: M=a/6圆柱长杆的模数（截面为圆，半径为r）: M=r/2空心圆柱体的模数（截面为圆环，内圆直径为 r，外圆直径为R）：M=（R-r）/2球体的模数（半径为r）: M=r/3【收缩】是铸造合金从液态凝固和冷却至室温过程中产生的体积和尺寸的缩减。包括液态收缩、凝固收缩、固态收缩三个阶段。【液态收缩】是金属液由于温度的降低而发生的体积缩减。【凝固收缩】是金属液凝固（液态转变为固态）阶段的体积缩减。液态收缩和凝固收缩表现为合金体积的缩减，通常称为“体收缩”。【固态收缩】是金属在固态下由于温度的降低而发生的体积缩减，固态收缩虽然也导致体积的缩减，但通常用铸件的尺寸缩减量来表示，故称为“线收缩”。•概念：实用冒口设计法是让冒口和冒口颈先于铸件凝固，利用全部或部分的共晶膨胀量在铸件内部建立压力，实现自补缩，更有利于克服缩松缺陷。•特点：实用冒口的工艺出品率高，铸件品质好，成本低。它比通用冒口更实用。安放冒口是为了补给铸件的液态（一次）收缩，当液态收缩终止或体积膨胀开始时，让冒口颈及时冻结。在刚性好的高强度铸型内，铸铁的共晶膨胀形成内压，迫使液体流向缩孔、缩松形成之处，这样就可预防铸件于凝固期内部出现真空度，从而避免了缩孔、缩松缺陷。这种冒口又称为压力冒口。冒口的补缩距离控制压力冒口的补缩距离，不是表明由冒口把铁液输送到铸件的凝固部位，而是表明由凝固部位向冒口回填铁液，能输送多大距离。关键模数的定义：计算冒口时起决定作用的模数关键模数的确定：本身的体积膨胀量能抵偿所有更厚部分的液态收缩量，知道比它更厚的部分开始膨胀为止。关键部分的膨胀相比它厚的部分的液态收缩只有同时发生且是互相关联的，才能相互抵偿，铸肋又称工艺肋，分为割肋和拉肋两类。割肋（收缩肋）用于防止铸件热裂。铸件上铸件上割肋要在清理时去除，只有在不影响铸件使用并得到用货单位同意的条件下才允许保留在拉肋（加强肋）用于防止铸件变形。拉肋必须在消除内应力的热处理之后才能去除。割肋作用先于铸件凝固并获得强度，承担铸件收缩时引起的拉应力而避免热裂。割肋除用于防止热裂之外，尚有加强冷却的作用。单纯为加强散热作用而设置的割助又叫激冷助。2）设置位置割肋方向应与拉应力方向一致，而与裂纹方向相垂直。拉肋作用1） 防止铸件变形。2）