铸造工艺学.doc

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1、砂型铸造利用型砂作铸型，将液态金属在重力下浇注到铸型中冷却凝固成型的铸造方法溃散性落纱破碎的难易程度砂型在铸造生产中用原砂、粘结剂及其他辅料做成的铸件型腔砂型指在铸造中用来造型的材料，一般由铸造用原砂，型砂粘接剂和附加物等造型材料按一定比例混合而成面砂是特殊配制的造型时与模样接触的一层型砂背砂是在模样上覆盖面砂后，填充沙箱用的型砂含泥量原砂中颗粒直径小于0.020部分所占的质量分数统称为原砂的含泥量透气性型砂使气体逸出的能力称为透气性发气性型砂在高温作用下产生气体的能力。耐火度型砂抵抗高温热作用的性能退让性型砂在金属凝固、冷却过程中，能相应变形，退让而不阻碍铸件收缩的能力浇铸位置浇铸时铸件在铸

2、型中所处的位置分型面指两半铸型相互接触的表面铸造工艺参数指在铸造工艺设计时需要确定的工艺数据机械加工余量在铸造工艺设计时，将加工表面留出的，准备切去的金属层厚度起模斜度为方便起出模样或砂芯，在模样，芯盒的出模方向留有为避免损坏砂型或砂芯的的一个斜度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在拟定工艺参数时，为抵消铸件在分型面部位的增厚，在模样相应减去的尺寸浇口比直浇道、横浇道和内浇道断面积之比顶注式浇注系统：以浇铸位置为基准，内浇道设在铸件顶部的浇注系统底注式浇注系统以浇铸位置为基准，内浇道设在铸件底部的浇注系统冒口是为避免出现缺陷而附加在铸件上方或侧面的结构体热节是指铁

3、水在凝固过程中，铸件内比周围金属凝固缓慢的节点或局部区域补贴在铸件壁厚补加的一块逐渐增厚的金属块，补加的倾斜的金属块即为补贴模样铸件被补缩部位的体积与散热表面积的比值冷铁为增加铸件局部冷却速度，在型腔内部及工作表面安放的激冷物铸造工艺装备是造型、制芯及合型过程中所使用的模具和装置的总称模样模拟铸件形状，形成铸型型腔的工艺装备或易耗件模板将模样、浇冒口系统模与模底板装配成整体的造型工具芯盒将芯砂制成型芯的工艺装备分盒面两半芯盒相互接触的平面。铸造工艺设计内容铸造工艺图、铸件图、铸型装配图、工艺卡及操作工艺规程。浇铸位置的选择原则1）铸件的重要加工面应朝下或呈侧立面2）尽可能使铸件的大平面朝下3）

4、应保证铸件能充满4）应有利于实现顺序凝固5）应尽量减少砂芯数量。分型面的选择原则1）应可能将整个铸件或其主要加工面和基准面置于同一砂箱内。2）尽可能减少分型面的数目3）尽量选用平面分型，简化铸造工艺和装备4）分型面应选取在铸件最大投影面出5）尽可能少用砂芯6）尽量避免铸件非加工面产生飞边7）尽量降低砂箱高度8）受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度9）有利于下芯，验型和合型砂芯设计的基本原则1）尽量减少砂芯数目2）可分块制造复杂砂芯3）保证铸件内腔尺寸精度和壁厚均匀4）选择合适的砂芯形状5）砂芯烘干支撑面最好是平面6）砂芯的分盒面应尽量与砂型的分型面一致芯头的作用：1）使砂芯在铸型中有准确的

5、定位。2）承受砂芯本身重力及浇注时液体金属对砂芯的浮力。3）浇注后砂芯所产生的气体，通过芯头排至铸型以外。浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道等组成。顶注式浇注系统优点：容易充满，可减少薄壁件浇不到，冷隔等缺陷。有利于实现铸件至上而下的顺序凝固和冒口的补缩。冒口尺寸小，节约金属。结构简单，易于清除。缺点：易造成冲砂缺陷，易出现飞溅、氧化、卷入空气等现象，使充型不平稳。易产生砂孔，冷豆，气孔和氧化夹渣等缺陷。横浇道挡渣条件相对较差。底注式浇注系统优点：充型平稳，可避免金属液的急溅，氧化。有利于挡渣，型腔内的气体易排除。缺点：充型后金属液的温度分布不利于顺序凝固和冒口补缩；内浇道附近容易过热，

6、导致缩松、缩孔和晶体粗大等缺陷。已形成浇不到、冷隔等缺陷，金属消耗较大。阶梯式浇注系统优点：有利于排气、易实现自下而上的、最后到冒口的顺序凝固，可使冒口充分补缩铸件。内浇道分散，减轻了局部过热的现象。同时阶梯式浇铸系统可减少铸件砂眼、气孔、冷隔、浇不到、冷隔、缩孔、氧化等缺陷。缺点：结构复杂，造型和清理工作也比较复杂。铸钢件浇铸系统的设计原则1）保证钢液平稳地注入铸型。避免钢液流互相撞击或乱流。2）内浇道的位置应尽量缩短钢液在型内流动的路程，以避免铸件产生冷隔等缺陷。3）形状复杂的薄壁铸件的内浇道的设置，应避免钢液直接冲击型壁或砂芯。4）内浇道应避免开在芯头边界及靠近内冷铁、外冷铁、芯撑的地方

7、。5）圆筒形铸件的内浇道应沿切线方向开设，使钢液在型内旋转，以利于钢液内的杂质物浮进冒口。6）需要补缩的铸件，内浇道应促使其顺序凝固。7）对于高度超过600mm的铸件，需采用多层内浇道以防止浇不到、冷隔、裂纹、和粘砂等缺陷。8）为了防止钢液过早地从上层内浇道进入型腔，可使上层内浇道向上倾斜。冒口的作用防止缩孔、缩松、排气和集渣。冒口设计的基本原则1）冒口的凝固时间应大于铸件被补缩部位的凝固时间。2）冒口所能提供的补缩液量应大于或者等于铸件的液态收缩、凝固收缩和型腔扩大量之和。即有足够的金属液补缩铸件的收缩和型腔扩大的体积。3）在凝固期间，冒口和铸件需要补缩部分之间在整个补缩过程中应存在通道，扩

8、张角向着冒口。4）应尽量减小冒口体积，以节约金属，提高铸件成品率。冒口位置确定原则1）冒口应设在铸件热节的上方或旁侧。2）冒口应尽量设在铸件最高、最厚的部位。3）冒口不应设在铸件重要的、受力大的部位，防止由于组织粗大降低力学性能。4）冒口位置不要选择在铸造应力集中处，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。6）在满足补缩的前提下，冒口应尽可能设在加工面上，可节约铸件精整加工时，零件外观好，减少清理冒口根部的工作量和降低能源消耗。7）不同高度上的冒口，应使用冷铁将各个冒口的补缩范围隔开。8）对致密度要求高的铸件，冒口应按其有效补缩距离进行设置。（P19

9、9的原则补充。）确定冒口尺寸的方法模数法、比例法、三次方程法、补缩液量法、热节圆法等。冷铁的作用（1）与浇注系统和冒口配合使用，控制铸件的凝固顺序，增加冒口的补缩距离。1）改变铸件的凝固顺序，使之形成顺序凝固。2）冷铁的放置可以增大凝固过程的温度梯度，使凝固顺序更加明显。3）加速铸件局部厚大部位的凝固速度。使之与周围部分同时凝固，消除局部应力，防止裂纹。4）在铸件难以设置冒口的部位放置冷铁可防止缩松、缩孔。5）在局部位置使用冷铁可控制铸件的顺序凝固，增加冒口的补缩距离。（2）加速铸件的凝固速度，细化晶粒组织，提高铸件的力学性能。（3）冷铁还可用来划分冒口的补缩区域，扩大和控制冒口的补缩范围，提

10、高冒口的补缩效率。对模板的要求模板尺寸应符合造型机的要求，模底板和砂箱、各模样之间应有准确的定位，模板应有足够的强度、刚度、和耐磨性。制作容易，使用方便，尽量标准化。芯盒设计的要求1）芯盒材料和结构形式应与生产批量相适应，具有必要的强度，刚度和耐磨性，以保证达到要求的使用寿命。2）确保砂芯的几何形状和尺寸精度。3）有利于安放芯骨，开设排气通道等。4）尽可能减轻芯盒重量，满足选用的制芯装备和操作要求。5）简化芯盒的制造工艺，减少加工工时，降低制造成本。铸造将液态合金注入铸型中使之冷却、凝固，制备铸件的工艺方法。优点：、适用范围广 、不受金属和合金种类限制 、铸件尺寸精度高、成本低廉砂型铸造的特点

11、适应性广，几乎不受铸造合金种类、铸件尺寸、形状和生产批量的限制可采用机械化、半自动化的生产方法，生产率高，工艺方法比较成熟，灵活性大铸型原材料来源丰富，成本便宜。铸造用硅砂分为沉积砂、砂岩砂和人造硅砂石灰石砂与硅砂相比的优点无硅尘危害铸件表面光滑、不粘砂、钢液流动性好铸件组织致密资源丰富粘土的粘结机理粘土的粘结性能与粘土颗粒表面吸附水的结构、粘土的胶体特性有关。粘土晶格表面的极性水分子彼此连接成六边形网层，增加水分逐渐发展成接二连三的水分子层。粘土颗粒就是通过这种网层分子彼此连接产生湿态粘结力。水分增加离粘土表面远的极性水分子反向性变差，表面连接所产生的粘结力显著下降影响粘土砂强度的因素湿强度

12、粘土及水分原砂颗粒特性型砂紧实度干强度（型砂经烘干或硬化后的强度）高温强度：温度过高出现液相则会使粘土膜软化，导致高温强度迅速降低热湿拉强度煤粉的防粘砂作用煤粉在400以上发生裂解，析出光亮碳层。光亮碳层包覆在砂粒表面，由于光亮碳不被金属及金属氧化物湿润，对防止机械粘砂有突出作用。铸造工艺设计内容和设计程序内容：铸造工艺图、铸件（毛坯）图、铸型装配图（合型图）、工艺卡及操作工艺规程（课本94页）铸造工艺装备的设计原则和依据原则应当在经济合理的前提下，尽可能采用先进的工装技术、新材料和新工艺。必须满足生产工艺要求，确保铸件质量符合标准，使铸件成品率提高，成本最低确保工艺装备结构设计合理，灵活耐用

13、，操作安全可靠，减轻劳动强度。应使工艺装备易于加工制造，成本低廉，便于维修。推行工艺装备的标准化、通用化，以便减少设计与制造工作量，促进工装技术水平提高和有利于工装的科学使用、管理。依据依据铸件工艺设计已定的原则，确定工艺装备设计的内容。依据通过了工艺性验证及合格的工艺设计任务资料，进行工艺装备的具体设计。依据铸造车间的工艺设备、机械化运输装置的技术性能条件，并考虑操作人员的技术水平，确定工艺装备的安装、使用和运输形式。依据工艺装模具有关的专业设计规范、标准，确定工装的具体结构形式、材料选用以及加工制造技术要求等。依据工装模具有关的专业设计规范、标准，确定工装的具体结构形式、材料选用以及加工制

14、造技术要求等。零件结构分析零件结构本身适应铸造工艺要求并能保证铸件质量的这种性能称为零件结构的铸造工艺性能。合格的铸造零件主要的设计步骤功用设计依铸造经验修改和简化设计冶金设计（铸件材质的选择和适用性）考虑经济性铸造工艺方案根据实际生产条件和铸件的生产批量，对拟采用铸造方法生产的零件进行工艺分析，并在进行了各种可能方案的比较以后，根据现实与可能的条件制定。铸件质量对零件结构的要求铸件的最小壁厚：在保证使用性能的前提下，为了避免浇不到、冷隔等缺陷，铸件不应该太薄。铸件的临界壁厚：在确定铸件壁厚时，为了充分发挥金属材料的强度潜力，必须考虑铸造合金的力学性能对铸件壁厚的敏感性。铸件结构不应造成严重的

15、收缩阻碍，注意壁厚过渡和圆角。壁厚力求均匀，减少厚大部分，防止形成热带。铸件内壁应薄于外壁：铸造时候的铸件内壁比外壁散热条件差，凝固速度慢，力学性能往往比外壁的要低。同时在铸造过程中易在内、外壁交接处产生热应力，导致裂纹、缩孔、缩松。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凝固的可能性。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铸件等会产生翘曲变形。避免有水平的大平面结构零件结构的铸造工艺性分析改进妨碍起模的凸台、凸缘及筋板结构尽量取消外表面侧凹改进铸件结构，尽量减少砂芯数量减少和简化分型面有利于

16、砂芯的固定和排气铸造工艺方案分析造型方法的选择：手工造型和制芯、机器造型和制芯铸型种类的选择：（湿型、干型、表面干型、自硬型）湿型在使用时应注意情况浇注时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铸件过高，金属静压力超过湿型的抗压强度时，应考虑使用干砂型或自硬砂型等型 内放置冷铁较多时，应避免使用湿型造型过程长或需长时间等待浇注的砂型不宜用湿型铸件浇注位置的确定铸件的重要加工面应朝下或呈侧立面尽可能使铸件的大平面朝下应保证铸件能充满应有利于实现顺序凝固应尽量减少砂芯数量分型面的选择（分型面是指两半铸型相互接触的表面）尽可能将整个铸件或其主要加工面和基准面置于同一砂箱内尽可能减

17、少分型面数目尽量选用平面分型分型面应选取在铸件最大投影面处尽可能少用砂芯尽量避免铸件非加工面产生飞边尽量降低砂箱高度受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度有利于下芯、验型与合型铸造工艺参数在铸造工艺设计时需要确定的工艺数据。铸造工艺参数的选取与铸件尺寸、质量、验收条件等有关。在常见的铸造工艺参数中，除机械加工余量、铸造收缩率和起模斜度外，其他铸造工艺参数只用于特定条件。铸件尺寸公差铸件各部分尺寸所允许的极限偏差。铸件重量公差：以占铸件公称量的百分率为单位的铸件重量变动的允许值。机械加工余量为了保证零件加工面尺寸和精度，在铸造工艺设计时，将加工表面上留出来的、准备切去的金属层厚度。铸造收缩率K

18、=(LM-LJ)/LJ100% K：铸造收缩率 LM为模样（或芯盒）工作面的尺寸 LJ：铸件尺寸砂芯的功用形成铸件的内腔、孔及铸件外形不能出砂的部位。砂芯应满足的要求砂芯的形状、尺寸以及在砂型中的位置应符合铸件工艺设计的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砂芯设计的内容砂芯类型的选择，确定砂芯的形状和个数（砂芯分块）及下芯顺序，芯头的尺寸及结构，砂芯的通气和强度等。砂芯设计的基本原则尽量减少砂芯数目可分块制造复杂砂芯保证铸件内腔尺寸精度和壁厚均匀选择合适的砂芯形状砂芯烘干支撑面最好是平面砂芯的分盒面应尽量与砂型的分型面一致芯头可分为垂直

19、芯头和水平芯头两大类芯头砂芯外伸部分，不形成铸件的轮廓。芯头作用使砂芯在铸型中有准确的定位承受砂芯本身重力及浇注时液体金属对砂芯的浮力浇注后砂芯所产生的气体，通过芯头排至铸型以外。（一般来说，上芯头的高度比下芯头小，上芯头的斜度比下芯头大。）芯撑砂芯在铸型中主要靠芯头稳固，但有时无法设置芯头或只靠芯头仍难以稳固，此时长采用芯撑来稳固砂芯，起辅助支撑作用。（设计见课本136-137）芯骨为了保证砂芯在制造、运输、合型和浇注过程中不变形、不断裂，砂芯必须具有足够的刚度和强度。浇注系统的组成浇口杯、直浇道、直浇道窝、横浇道和内浇道等单元组成。浇注系统应具备的功能使液态合金平稳充满型腔，不冲击型壁和砂

20、芯，不产生飞溅和涡流，不卷入气体，并顺利地使型腔内的空气和其他气体排出型外，以防止金属液过度氧化及产生砂眼、冷豆、气体等缺陷。阻挡夹杂物进入型腔，以免在铸件上形成渣孔调节砂型及铸件上各部分温差，控制铸件的凝固顺序，不阻碍铸件的收缩，减少铸件变形和开裂等缺陷。有一定的补缩作用，一般是在内浇道凝固前补给部分液态收缩。使液态合金以最短的距离，最适宜的时间充满型腔，并有合适的型内液面上升速度，得到轮廓完整清晰的铸件。充型液流不要正对冷铁和芯撑。在保证铸件质量的前提下，浇注系统要有利于减小冒口体积，结构要简单，在砂型中占据的面积和体积要小，以方便工人操作、清除和浇注系统模样的制造节约金属液和型砂的消耗量

21、，提高砂型有效面积的利用。直浇道窝的作用缓冲作用缩短直浇道-横浇道拐弯处的湍流区改善内浇道的流量分布减小直浇道-横浇道拐弯处的局部阻力系数和水力压头损失浮出金属液中的气泡直浇道窝的充满条件直浇道入口处的形状影响液流分布（圆角连接时充满状态）直浇道形状影响液流的内部压力（有一定锥度的直浇道充满直浇道）当直浇道内未被液体充满时，流股表面为一自上而下渐缩形的等压面，压力等于大气压力。 满足横浇道挡渣作用条件横浇道必须呈充满状态液流的流动速度应低于渣粒的悬浮速度液流的湍流搅拌作用要尽量小应使夹杂物有足够的时间上浮到金属液顶面，横浇道的顶面应高出内浇道吸动区一定距离，末端应加长内浇道和横浇道应有正确的相

22、对位置。增强横浇道挡渣能力的措施缓流式浇注系统阻流式浇注系统 带滤网的浇注系统集渣包式浇注系统浇口比直浇道、横浇道和内浇道断面积之比（即A直：A横：A内） 内浇道设计的基本原则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液流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。内浇道应尽量薄。（薄的内浇道的优点是：降低内浇道的吸动区，有利于横浇道挡渣；降低初期进入渣的可能性；减轻清理工作量；内浇道薄于铸件的壁厚，在去除内浇道时不易损伤铸件；对铸铁件，薄的内浇道能充分利用铸件本身的石墨化膨胀获得致密铸件）薄壁铸件可用多内浇道的浇注系统实现补缩，这时内浇道尺寸应符合冒口颈的要求

23、避免内浇道开设在铸件品质要求很高的部位，以防止组织粗大、为了使金属液快速而平稳地充型，有利于排气和除渣，各个内浇道中的金属液流向应力求一致，防止金属液在型内碰撞，流向混乱会出现过度湍流。尽量在分型面上开设内浇道，使造型方便。对收缩大易形成裂纹的合金铸件，内浇道的设置应尽量不阻碍铸件的收缩。冒口有效补缩距离的确定冒口的有效补缩距离为冒口区与末端区长度之和。冷铁的作用与浇注系统和冒口配合作用，控制铸件的凝固顺序，增加冒口的补缩距离。加速铸件的凝固速度，细化晶粒组织，提高铸件的力学性能。冷铁还可以用来划分冒口的补缩区域，扩大和控制冒口的补缩范围，提高冒口的补缩效率。设计和选用砂箱的基本原则满足铸造工艺要求尺寸和结构应符合造型机、起重设备、烘干设备的要求有足够的强度和刚度对型砂有足够的附着力，使用中不掉砂或塌箱，但又要便于落砂。应尽可能标准化、系列化和通用化，便于制造。芯盒分盒面的确定应有较大的敞开面，便于填砂、紧砂、放芯骨、开通气道及出芯操作。砂芯烘干时应有大平面支撑，尽量避免用成形烘干器，以简化工装。应使芯盒结构简单，便于制造。