铸造工艺设计

1第4章铸造工艺设计铸造工艺设计的工作任务是要根据铸造零件的结构特点、技术要求、生产批量、交货期限和现有生产条件等，拟定铸件工艺方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制产品铸造工艺规程或铸造工艺卡，作为生产准备、管理和产品验收的依据，并用于直接指导生产操作和中间检查。JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering2铸造工艺图上的工艺符号见书末插页表4-1JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering3JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering4JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering5浇注系统和冒口设点要计工艺参数的确定铸造工艺图的绘制铸造工艺方案的确定铸造工艺设计包括：选择铸造方法或造型方法铸件的浇注位置和分型面位置，型芯和芯头结构；加工余量、收缩率和拔模斜度等工艺参数；浇注系统、冒口和冷铁的布置等；将所确定的工艺方案用文字和铸造工艺符号在零件图上表示出来，绘制铸造工艺图。JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering6一、浇注位置及分形面的选择浇注位置：浇注时铸件在铸型中所处的空间位置；可采用：立浇、卧浇、斜浇等浇注位置。分型面：是指两半铸型（上、下型）或多个铸型（多箱造型）相互接触、配合的表面。铸件的造型位置由分型面决定，而铸件的浇注位置与造型位置通常是一致的。浇注位置和分型面对铸件质量及铸造工艺都有很大影响。选择原则：着眼于控制铸件的凝固顺序估计到铸件发生缺陷的可能JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering71.浇注位置的选择原则(1)铸件的重要加工面或主要工作面应朝下或位于侧面，避免砂眼、气孔和夹渣金属液的比重大于砂、渣。浇注时，砂眼气泡和夹渣往往上浮到铸件的上表面，所以上表面容易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷。同时，由于重力的关系，下部的铸件最终比上部要致密。因此，为了保证零件的质量，重要的加工面应尽量朝下，若难以做到朝下，应尽量位于侧面。当铸件的重要加工面有数个时，则应将较大的平面朝下。对于体收缩大的合金铸件，为放置冒口和毛坯整修方便，重要加工面或主要工作面可以朝上。JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering重要加工面应朝下或位于侧面。由于床身导轨面是关键表面，不容许有明显的表面缺陷，而且要求组织致密，因此通常都将导轨面朝下浇注。8上下车床床身铸件的浇注位置方案JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering9圆锥齿轮的重要功能区域是齿轮面，要保证轮齿的质量，向下。JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering10卷扬筒的浇注位置方案因为卷扬筒的圆周表面质量要求高，不允许存有明显的铸造缺陷。若采用卧铸，圆周的朝上表面的质量难以保证；若采用立铸，由于全部圆周表面均处于侧立位置，其质量均匀一致，较易获得合格铸件。JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering11(2)铸件的大平面应朝下，减少辐射防开裂夹渣。铸件的大平面若朝上，容易产生夹砂缺陷。这是由于在浇注过程中金属液对型腔上表面有强烈的热辐射，型砂因急剧热膨胀和强度下降而拱起或开裂，于是铸件表面形成夹砂缺陷。同时铸件的大平面朝下，也有利于排气、减小金属液对铸型的冲刷力。因此，平板、圆盘类铸件的大平面应朝下。图4-2a大平面朝上引起夹渣缺陷JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering12(3)面积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜位置，防止产生浇不足冷隔。为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷，应将面积较大的薄壁部分置于铸型下部或使其处于垂直或倾斜位置。图为油盘铸件的合理浇注位置。图4-2b大面积薄壁铸件浇注位置JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering13(4)对于容易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在铸型的上部或侧面，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。铸钢卷扬筒，浇注时厚端放在上部是合理的；反之，若厚端放在下部，则难以补缩。JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering14图有热节的浇注位置热节处应位于分型面附近的上部或侧面容易形成缩孔的铸件(如铸钢、球墨铸铁、可锻铸铁、黄铜)浇注时应把厚的部位放在分型面附近的上部或侧面，如图4-2-1所示，以便安放冒口，实现定向凝固，进行补缩。JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering15(5).芯子数量力求少，砂垛代芯省、好。要便于型芯的固定和排气，减少型芯的数量，用自带型芯(亦称砂垛)替代专制砂芯JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering162.分型面的选择原则分型面是指两半铸型相互接触的表面。除了消失模铸造外，都要选择分型面。一般说来，分型面在确定浇注位置后再选择。但是，分析各种分型面的利、弊之后，可能再次调整浇注位置。在生产中浇注位置和分型面有时是同时确定的。分型面的选择在很大程度上影响着铸件的质量、成本和生产率。分型面的选择要在保证铸件质量的前提下，尽量简化工艺，节省人力物力。JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering17分型面是在造型时上下两箱接触的面，而分模面是模具在此分开的两个面。一般情况下，分型面与分模面在同一个面。当遇到较复杂的铸件，特别是中间小而两头大时，采用三箱造型时，会出现两者不一致的情况，一般有三个分模面两个分型面。JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering18（1）便于起模，使造型工艺简化。1）分型面应选在铸件的最大截面处；2）分型面应尽量平直平直分型面可采用简便的分模造型。大批量生产单件小批时：耐用弯曲分型面则需采用挖砂或假箱造型。起重臂分型面的选择。JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering19图尽量使用平直分型面JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering203)避免活块和型芯支架分型方案按图中方案Ⅰ，凸台必须采用四个活块方可制出，而下部两个活块的部位甚深，取出困难。当改用方案Ⅱ时，可省去活块，仅在A处稍加挖砂即可。JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering21根据零件结构、技术要求、生产条件，有不同的铸造工艺方案。图4-4角架铸件的分型方案b)机器造型JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering22选择分型面时应尽量避免不必要的型芯。若按图中方案1分开模造型，其上、下内腔均需采用型芯。图中方案Ⅱ，采用整模造型，则上、下内腔均可由砂垛形成，省掉了型芯。制造型芯需要专门的芯盒、芯骨，还需烘干及下芯等工序，增加了铸件成本。JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering23①多一个分型面多一份误差，使精度下降；②分型面多，造型工时多，生产率下降；③机器造型只能两箱造型，分型面多，不能进行大批量生产。4）尽量减少分型面，并尽量做到只有一个分型面如图2-18所示为一双联齿轮毛坯，若大批生产只能采用两箱造型，但其中间为侧凹的部分，两箱造型要影响其起模，当采用了环状外型芯后解决了起模问题，很容易进行机器造型。JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering24双联齿轮毛坯的造型方案JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering25应尽量使铸型只有一个分型面，以便采用工艺简便的两箱造型三通管JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering26JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering27图4-3三通铸件的浇注位置和分型面应尽量减少分型面的数目分型面数量少，既能保证铸件精度，又能简化造型操作。JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering28床身铸件，其顶部平面为加工基准面。图中方案a在妨碍起模的凸台处增加了外部型芯，因采用整模造型使加工面和基准面在同一砂箱内，铸件精度高，是大批量生产时的合理方案。若采用方案b，铸件若产生错型将影响铸件精度，但在单件、小批生产条件下，铸件的尺寸偏差在一定范围内可用划线来矫正，故在相应条件下方案b仍可采用。（2）尽量使铸件重要加工面或大部分加工面、加工基准面放在一个砂型内，减少错箱、披缝和毛刺，提高铸件精度。JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering29使铸件全部或大部分放在同一砂型JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering30不合理合理尽量使加工基准面与大部分加工面在同一砂型内JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering31尽量使加工基准面与大部分加工面在同一砂型内JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering32图2-21_1尽量使型腔及主要型芯位于下型（3）使型腔和主要型芯位于下箱，以便于造型、下芯、合型和检查型腔尺寸。JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering33•简化工艺便于合箱型芯位于两箱VS单箱JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering34抓住主要矛盾、全面考虑上述诸原则，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。JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering35图4-6车轮铸件的型芯方案二、型芯的形状、数量及分块型芯是铸件的一个重要的组成部分。型芯的功用是形成铸件的内腔,孔洞和形状复杂、阻碍起模部分的外形。JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering36JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering37图4-7复杂内腔的型芯分块对于内腔形状复杂的大铸件，常将形成内腔的型芯分割成数块，使每块形状简单，尺寸较小，便于操作、搬运、烘干，简化芯盒结构。JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering38图4-8悬臂式型芯及挑担式型芯为了增加型芯稳定性，常采用两个或多个铸件共一个型芯的方法。JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering39四件合铸图4-9联合式型芯JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering40JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering41JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering42JMUCollegeofMechanicalandEnergyEngineering