铸造工艺设计概论.pptx

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1、第一节铸造工艺设计的概念、设计的依据、内 容及程序一、概念铸造工艺设计：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。第四章铸造工艺设计概念第1页/共126页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，并用于直接指导生产操作。因此铸造工艺设计的好坏，对铸件的品质、生产率和成本起着重要作用。第2页/共126页二、设计依据工艺设计前，设计者应）掌握生产任务和要求，熟悉工厂和车间的生产条件。）设计者要有一定的生产经验和设计经验第3页/共126页（一）生产任务（）铸造零件图样提供的图样必须清晰无误，有完整的尺

2、寸和各种标记。设计者应仔细审查图样，注意零件的结构是否符合铸造工艺性，若认为有必要修改图样时，需与原设计单位或订货单位共同研究，第4页/共126页（）零件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它特殊性能要求，如是否经水压、气压试验等。铸造工艺设计时应注意尽量满足这些要求。第5页/共126页（）产品数量及生产期限应尽量采用先进技术以保证铸件的质量及数量，保证生产期限。缩短生产，周期，获得最大的经济效益。第6页/共126页（二）生产条件（）设备能力起重机的吨位、最大高度、溶炉形式、吨位和生产效率、造型和制芯机种类、机械化程度、烘干炉和热处理炉的能力等。（）车间原材料的

3、应用情况和供应情况（）工人技术水平和生产经验（）模具等工艺装备的加工能力和生产经验第7页/共126页（三）设计内容和程序铸造工艺设计内容：）铸造工艺图）铸件（毛坯）图）铸型装配图（合箱图）工艺卡及操作工艺规程第8页/共126页第9页/共126页此外铸造工艺设计应注意保护环境、节省能源、最大限度的提高生产效率。使用保温冒口、湿型、制芯第10页/共126页铸造工艺方案的确定砂型铸造工艺方案主要包括以下内容：）造型方法（机器、手工）造芯方法）铸型种类的选择（砂型、金属型）浇注位置）分形面选择第11页/共126页第一节零件结构的铸造工艺性对产品零件的审查、分析有两方面的作用）审查零件结构是否符合铸造工

4、艺的要求。）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，在工艺制定中采取措施予以防止第12页/共126页一、从避免缺陷方面审查铸件结构（一）铸件应由合理的壁厚铸件的最小允许壁厚和合金的流动性密切相关。同时，铸型温度、浇注温度、铸件结构等显著影响铸件的充填。在普通砂型铸造条件下，铸件的最小允许壁厚如表第13页/共126页第14页/共126页铸件也不应设计得太厚，超过临界壁厚的铸件中心部位晶粒粗大，常出现缩孔、缩松等缺陷。导致力学性能降低。（不可增加壁厚来增加强度，见图）（二）铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意壁厚过渡和圆角（图）采取逐渐过渡、圆角连接第15页/共126页第16页/

5、共126页第17页/共126页第18页/共126页（三）铸件内壁应薄于外壁铸件的内壁和肋等散热条件较差，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。（四）壁厚力求均匀，减小肥厚部分，防止形成热节薄厚不均的铸件在冷却过程中或形成较大的内应力，在热节处易于造成缩孔、缩松和热裂纹。肋和壁的布置应尽量减少交叉，防止形成热节。图第19页/共126页第20页/共126页（五）有利于补缩和实现顺序凝固力求实现顺序凝固图（采用增补的方法）第21页/共126页第22页/共126页（六）防止铸件翘曲变形壁厚细长形铸件，较大的平板形铸件会产生翘曲变形。可通过改进铸件结构第23页/共126页第24页/

6、共126页（七）避免浇注位置上有水平的大平面结构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小，灼热的金属液面较长时间地、近距离地烘烤顶面铸型，极易造成夹渣、渣孔、砂孔等缺陷。应尽量把水平壁改进为捎带倾斜的壁或曲面壁。如图第25页/共126页第26页/共126页二、从简化铸造工艺方面改进零件结构（一）改进妨碍起模的凸台、凸缘和肋板的结构第27页/共126页直边第28页/共126页（二）取消铸件外表侧凹铸件外壁上有凹入的部分必然妨碍起模，需要增加砂芯才能形成铸件形状。常可少加改进，即可避免凹入部分。图第29页/共126页第30页/共126页（三）改进

7、铸件内腔结构以减少砂芯铸件内腔的肋条、凸台和凸缘的结构欠妥，常是造成砂芯多、工艺复杂的重要原因。第31页/共126页第32页/共126页度度第33页/共126页（四）减少和简化分形面第34页/共126页第35页/共126页（五）有利于砂芯的固定和排气薄壁件和要承受气压或液压的铸件，不希望使用芯撑，若无法改变结构时，可在铸件增加工艺孔。第36页/共126页第37页/共126页（六）减少清理铸件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、冒口和飞翅图结构改进后，可减少切割冒口的困难。第38页/共126页第39页/共126页（七）简化模具的制造单件、小批量生产中，模样和芯盒的费用

8、占铸件的很大比例。为节约模具制造工时和材料，铸件应设计成规则的、容易加工的形状。第40页/共126页第41页/共126页（八）大型复杂件的分体铸造和简单小件的联合铸造大型复杂铸件可以考虑分体铸造，使本来受工厂条件限制无法生产大型复杂铸件成为可能。例如我国生产的第一台t水压机，采用铸焊结合，成功的制造出mm，直径mm、厚mm的立柱（每根t）等铸件。第42页/共126页第43页/共126页联合铸造；与分体相反，一些很小的铸件，常可把许多小零件连接成一个较大的大铸件，这对铸造和机械加工都方便。第44页/共126页第二节造型、造芯方法的选择、优先选择湿砂型当湿型不能满足时，再考虑使用表干砂型、干砂型或

9、其它砂型。采用湿砂型需注意）铸件过高，金属静压力插过湿型抗压强度时，应考虑使用干砂型第45页/共126页）浇注位置上铸件有较大水平壁时，用湿砂型容易引起夹砂缺陷，应考虑使用干砂型或其它砂型。）造型过程长或需长时间等待浇注的砂型不宜用湿砂型。（湿型放置久会风干，最好当天浇注）型内放置冷铁较多时，应避免使用湿型。（以免冷铁生锈或变冷凝结“水珠”，浇注后引起气孔缺陷），必要时可考虑只烘干表面，就可以大大减小气孔冲砂。第46页/共126页、造型、造芯方法应和生产批量相适应（）大量生产的工厂应采用先进的造型、造芯方法。老式震击造型机生产效率不高、工人劳动强度大。新型造型机高压造型（水平、垂直）、气冲造型

10、线、射压造型、静压造型制芯可以采用冷芯盒、热芯盒和壳芯第47页/共126页（）中等批量可以考虑应用树脂自硬砂造型和造芯（）单件小批量手工造型，手工造型能适应各种复杂要求，比较灵活，不要求很多工艺装备第48页/共126页、造型方法应适合工厂条件如有的工厂生产大型机床床身等铸件，多采用组芯造型法，着重考虑设计，制造芯盒的通用问题，不制作模样和砂箱，在底坑中组芯。第49页/共126页、要兼顾铸件的精度要求和成本各种造型、造芯方法所获得铸件精度不同，初投资和生产效率也不同。第50页/共126页第三节浇注位置的确定）铸件的浇注位置：是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置。（浇注位置的选择关系到铸件的内在质

11、量、铸件的尺寸精度及造型工艺的难易程度）浇注位置分类：水平浇注、垂直浇注和倾斜浇注。第51页/共126页确定浇注位置的原则：）铸件的重要部位应尽量置于下部第52页/共126页）重要加工面应朝下或呈直立状态第53页/共126页第54页/共126页）使铸件大平面朝下，避免夹砂结疤类缺陷对于大平板类铸件，可采用倾斜浇注，以便增大金属液上升速度。第55页/共126页H值毫米值毫米第56页/共126页）应保证铸件能充满具有大面积的薄壁铸件，应将薄壁部分放在铸型的下部，同时要尽量使薄壁部分处于垂直位置或倾斜位置。见图。第57页/共126页第58页/共126页）应有利于铸件的补缩对于易产生收缩缺陷的铸件因优

12、先考虑实现顺序凝固的条件第59页/共126页第60页/共126页）避免用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯合箱及检查第61页/共126页第62页/共126页）应使合箱位置、浇注位置和铸件冷却位置相一致避免合箱后，或浇注后在此翻转铸型第63页/共126页第四节分形面的选择分型面：分型面是指两半铸型相互接触的表面。分型面一般在确定浇注位置后再选择，但分析分型面方案优劣后，可能重新调整浇注位置。（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）第64页/共126页第65页/共126页A方案：保证铸件四边和孔同心；B方案：保证内孔和外边平行C方案：可使孔内起模斜度值减小，这使内孔直度所需切削

13、去金属最少D方案：和E方案相似，只是外边斜度减小E方案：内孔合外壁的起模斜度都减小F方案：保证上下两个外边平行于孔的中心线G方案：保证所有个外边面都平行于孔的中心线第66页/共126页选择分型面应考虑以下原则）分型面应尽量采用平面分型，避免曲面分型，并应尽量选在最大截面上，以简化模具制造和造型工艺。见图。第67页/共126页第68页/共126页）尽量将铸件全部或大部放在同一砂箱以防止错型、飞翅、毛刺等缺陷，保证铸件尺寸的精确。见图和。第69页/共126页第70页/共126页第71页/共126页）应尽量减少分型面数目分型面少，铸件精度易保证第72页/共126页第73页/共126页）便于下芯、合箱

14、和检查型腔尺寸尽量把砂芯放在下型，便于检查减速箱盖手工造型工艺方案，采用两个分型面的目的就是便于合箱时检查尺寸第74页/共126页第75页/共126页）不使砂箱太高高砂箱造型困难，填砂、紧实、起模、下芯都困难。几乎所有造型机都对砂箱高度有限制。第76页/共126页第77页/共126页）受力构件的分型面选择不应削弱铸件的结构强度B方案合箱时微小的偏差将改变工字梁的截面积分布第78页/共126页第79页/共126页）注意减轻铸件清理和机械加工量第80页/共126页第81页/共126页思考题）为什么要设分型面？怎样选择分型面）浇注位置的选择或确定为何受到铸造工艺人员的重视？应遵循哪些原则？）怎样审查

15、铸造零件图样？其意义何在？第82页/共126页砂芯设计及铸造工艺设计参数第一节砂芯设计砂芯的功用是形成铸件的内腔、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。砂芯应满足以下要求：砂芯的形状、尺寸以及在砂型中的位置应符合铸件要求，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除型外，铸件收缩时阻力小和容易清砂第83页/共126页一、确定砂芯形状（分块）及分盒面选择的基本原则总的原则是：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。（一）保证铸件内腔尺寸精度凡铸件内腔尺寸要求严格的部分，应由同一半砂芯形成。避免为分盒面所

16、分割，更不宜划分为几个砂芯。第84页/共126页第85页/共126页（二）保证操作方便复杂的大砂芯、细而很长的砂芯可分为几个小而简单的砂芯第86页/共126页第87页/共126页（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，保证铸件壁厚均匀第88页/共126页第89页/共126页（四）尽量减少砂芯数目用砂胎（自带砂芯）或吊砂可减少砂芯，第90页/共126页第91页/共126页（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（图），常被沿最大截面切分为两半制作第92页/共126页第93页/共126页（六）砂芯形状适应造型、制芯方法高速造型线限制下芯时间，常把若干个

17、小砂芯组合成一个砂芯，以便节约下芯时间。第94页/共126页二、芯头设计芯头：是指深出铸件以外不与金属液接触的砂芯部分。对芯头的要求是：）定为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，使之不破坏。）芯头应能及时排出浇注后砂芯所产生的气体至型外第95页/共126页）上下芯头及芯号容易识别，不致下错方向和芯号）下芯、合型方便，芯头应有一定的斜度和间隙。芯头可分为垂直芯头和水平芯头第96页/共126页第97页/共126页（一）芯头的组成典型的芯头结构如图，它包括芯头长度、斜度、间隙、压环、防压环和积砂槽等结构第98页/共126页第99页/共126页、芯头长度

18、第100页/共126页决定芯头高度有以下几点值得注意：）对于细而高的砂芯，上下部都应留有芯头（以免液体冲击发生倾斜）对于粗而矮的砂芯，常可不用上芯头，这可使造型、合箱方便）对于等截面的或上下对称的砂芯，为下芯方便，上下芯头可用相同的高度合斜度。第101页/共126页、芯头斜度对垂直芯头，上下芯头都应设有斜度。第102页/共126页第103页/共126页、芯头间隙第104页/共126页第105页/共126页、压环、防压环和积砂槽第106页/共126页第107页/共126页（二）芯头承压面积计算芯头的承压面积应足够大，以保证在金属液最大浮力的作用下不超过铸型的许用压应力。由于砂芯的强度通常都大于铸

19、型的强度，故只核算铸型的许用压力即可。芯头的承压面积S应满足下式第108页/共126页F芯计算的最大浮芯力k安全系数 压铸型的许用应力如果不满足条件，说明芯头尺寸过小，应适当放大芯头。第109页/共126页（三）特殊定位芯头第110页/共126页第二节铸造工艺参数设计铸造工艺参数：铸造收缩率机械加工余量起模斜度最小铸出孔的尺寸工艺补正量分型负数反变形量第111页/共126页铸造工艺参数的选择（1 1）加工余量 指为保证铸件加工面尺寸和零件精度，在铸件工艺设计时预先增加而在机械加工时切去的金属层厚度。零件上需要加工的表面，应需有适当的加工余量。铸件加工余量的大小取决于铸件的材料、铸造方法、铸件尺

20、寸与复杂程度、生产批量、加工面与基准面的距离及加工面在铸型中的位置、加工精度要求等。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，铸钢件因浇注温度高、表面粗糙、变形大、其加工余量应比铸铁件大；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；第112页/共126页第113页/共126页（）起模斜度（拔模斜度）为使模样容易从铸型中取出或型芯自芯盒中脱出，平行于起模方向在模样或芯盒壁上的斜度称为起模斜度。凡垂直于分型面（分盒面）的没有结构斜度的壁均应设起模斜度。起模斜度的大小，应根

21、据模壁测量面高度、模样材料及造型方法确定。第114页/共126页第115页/共126页3）最小铸出孔及槽 零件上的孔、槽、台阶等应从铸件质量及经济方面考虑。较大的孔、槽等应铸出来，以便节约金属和机构加工工时，同时还避免铸件局部过厚所造成的热节，提高铸件的质量，较小的孔槽，则不宜铸出，直接加工反而方便；如有特殊要求，且无法实行机加工的孔如弯曲孔，则一定要铸出。第116页/共126页第117页/共126页（4）收缩余量 指为了补偿件收缩，模样比铸件图样尺寸增大的数值。第118页/共126页第119页/共126页（5）工艺补正量 由于工艺上的原因，在铸件相应部位非加工面上增加的金属厚度称为工艺补正量

22、。工艺补正量可粗略地按下述经验公式来确定，e0.002L，式中e为工艺补正量（mm）；L为加工面到加工基准面间的距离（mm）第120页/共126页第121页/共126页（6 6）分型负数 指为抵消铸件在分型部位的增厚，在模样上相应减去的尺寸。砂型的分型面一般不可能很平整，因此干型或表面烘干型合型后，上下型不能密合，金属液就有可能从分型面处溢出，即“跑火”。为了防止跑火，就要在下型的分型面上铺设泥条、油泥条或石棉绳等，使上、下型接触面密封，这样就使上箱抬高，增加了铸件的高度或铸件顶面的厚度。制做模样时，为了使模样符合零件图上尺寸的要求，在模样上相应减去这个抬高的尺寸，即为分型负数。第122页/共126页第123页/共126页第124页/共126页思考题）芯头是长些好，还是短些好？间隙留大好，还是不留间隙好，请举例说明。）压环、防压环、积砂槽各起什么作用？什么条件下应用？不用他们行不行？）要想使单件生产的大铸件不报废，你认为应使用哪些铸造工艺参数？第125页/共126页感谢您的观看！第126页/共126页