第二章铸造工艺方案

第二章铸造工艺方案一、工作任务第一节铸造工艺设计的工作任务和设计依据分析：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；铸造工艺设计质量的好坏，对铸件品质、生产效率和成本起着决定性的作用。编制：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。二、设计依据铸造工艺设计的原则或依据：就是质量、效率和成本。1．生产任务2)零件技术要求明确、合理。3)产品数量与生产期限。1)图样清晰无误，有完整的视图、尺寸和各种标记。接受生产任务应予明确以下几点：包括：材质、金相、力学性能要求、尺寸及重量公差、表面和内部缺陷允许程度，水压、气压试验，零件在机器上的工作条件等。针对零件内外结构进行铸造工艺分析，要修改图样需与客户共同研究，以修改后的图样为设计依据并附注于生产合同或协议书中。2．生产条件生产条件主要指设备、原材料、企业工人技术水平和模具等工装加工能力等。2)车间原材料的应用情况和供应情况。1)设备能力。a.起重运输机吨位和最大起重高度；b.合金熔炉形式、吨位和熔炉生产率、浇包容量；c.造型与制芯机种类、机械化程度；d.砂箱规格、烘干炉和热处理炉型、地坑、厂房尺寸。造型材料：原砂、粘土、煤粉、水玻璃及树脂等；铸造炉料：生铁、废钢回炉料、非铁金属、焦炭等。3)工人技术水平、生产经验及技术习惯。4)模样芯盒等工艺装备的加工能力和生产经验。三、设计工作内容和程序包括：铸造工艺图、铸件图、铸型装配图(合型图)、工艺卡、操作工艺规程。1)看清零件图，对零件技术条件和结构进行工艺性分析。a.选择铸造和造型方法；b.确定铸件在铸型内的浇注位置和分型面；c.依据有关技术标准选定各加工面的机械加工余量、起模斜度和收缩率；决定不铸孔。1.设计工作内容2.铸造工艺设计程序2)制定铸造工艺方案。8)编制铸造工艺卡或产品铸造工艺规程。3)完成砂芯设计。4)设计浇冒口、冷铁和铸肋。5)绘制铸造工艺图和铸件图。工艺图：制造模样、模板、芯盒等工艺装备设计依据。铸件图：用于铸件检验、验收和模具工装设计的依据。6)设计模样、模板、芯盒、砂箱等工艺装备，绘制相关装配和零件图样，为工装制造提供技术依据。7)绘制铸型装配图(合型图)。这是生产准备、合型、检验和工艺调整的依据。b.能否容易铸出而不易出现铸造缺陷。第二节铸造工艺方案的拟定包含：a.造型、制芯方法和铸型种类的选择；b.浇注位置和分型面的确定；c.工艺参数的选定等。一、零件结构的铸造工艺性分析a.根据零件样图参数及要求查定该产品是否能根据现有生产条件铸得出来；(一)先作好整体性的了解(二)从壁厚大小、分布及热节布局去审查铸件结构的合理性1．铸件壁厚铸件壁厚应适中。铸件太薄会引起冷隔、浇不到等缺陷；铸件太厚，容易使厚壁中心晶粒粗大，且常出现缩松、缩孔，力学性能反而下降。合金种类铸件轮廓尺寸/mm200200～400400～800800～12501250～20002000碳素铸钢低合金钢高锰钢不锈钢、耐热钢灰铸铁孕育铸铁(HT300以上)球墨铸铁高磷铸铁88～98～98～l03～45～63～4299～101010～124～56～84～8211121212～165～68～108～10—14161616～206～810～1210～12—16～18202020～258～1012～1612～14—202525—10～1216～2014～16—合金种类铸件轮廓尺寸/mm5050～100100～200200～400400～600600～800可锻铸铁2.5—3.53～43.5～4.54～5.55～76～8铝合金334～55～66～88～10表2-1砂型铸造时铸件最小允许壁厚各种合金铸件最大临界壁厚可按最小壁厚的三倍来考虑。2．铸件内壁铸件内壁应薄于外壁。3．减小铸件厚壁部分尺寸，缩小热节(壁的交换处，热量集中)铸件壁厚力求均匀，缩小热节。肋与壁的布局应尽可能减少十字交叉，减小热节。热节处易出现缩孔、缩松和裂纹。取消不必要的厚大壁部4．铸件壁的连接1)采用圆弧连接，圆滑过渡，避免直角相交。2)避免锐角交接。3)厚壁与薄壁间的连接应逐步过渡，防止壁厚突变。图例尺寸/mmb2a铸铁铸钢b2a铸铁铸钢b2a11632abR4abR4Lba5Lba11632abR2abRR3cba45hc～～～4)轮形铸件(如带轮、齿轮、飞轮等)的轮辐或辐板结构，以奇数轮辐、弯曲轮辐(或S形轮辐)和开孔辐板、弯曲辐板为合理。5．细长形铸件的横截面应对称，尽可能采用工字形；大型平板件采用加强肋结构，预防铸件翘曲变形(图2-8)。6．避免尺寸较大的水平面金属液流散面积沿大平面突然扩大时，流速变得非常小，此时金属液的散热面积急尉加大，冷却快，极大可能导致大平面上出现冷隔、气孔、夹渣或浇不到等缺陷。改进措施：结构上尽可能把水平壁改为斜壁或曲面壁。7．对铸钢件审查实现定向凝固的可行性对铸钢件分析实现定向凝固的可行性，有利于补缩。（三)从简化铸造工艺去分析或改进零件结构简化制造工艺的内容：a.简化外形开始，做到简单、平直，有利于造型；b.内腔结构的合理性，以利于砂芯固定和排气，有利于砂芯自铸件内的清除；c.简化模具与芯盒的制造。1．简化外形改进妨碍起模的凸台、凸缘和肋板结构，取消铸件外表侧凹。变速箱体外形结构工艺性分析变速箱体外形结构工艺性改进带有侧部外表几乎全凹的铸件结构改进。2．分析并改进铸件内腔结构1)减少不必要的砂芯，以降低成本，提高铸件精度。用自带型芯(亦称砂垛)替代专制砂芯，减少砂芯数目，降低成本。2)有利于砂芯固定和排气。取消了芯撑，利于固定和砂芯自身排气。铸件清理后，须用钉或柱塞、堵头将多余孔封闭，做到不渗漏。3)易于铸件清理。该件的最佳结构设计：将铸件沿图2-17b的A-A剖面分成两部分分别铸出，然后以螺钉联接固定为整体。3．减少和简化分型面，简化模具制造分型面应尽量在一个平面上，减少制造模样和模板的工作量。尽量减少分型面，避免多箱造型，降低铸型成本尽量采用对称结构，回转铸型可采用刮板造型法，减少模具制造费用。原设计为非对称结构(实线所示)，模样和芯盒难以制造；改进后(虚线所示)，呈对称结构，减少模具制造费用。大而复杂的铸件可考虑分成若干简单铸件分开铸造再行焊接或用螺栓将其联接固定。大而复杂的铸件可考虑分成若干简单铸件分开铸造再行焊接或用螺栓将其联接固定。对于一些很小的简易零件，常把这些小件毛坯连接成一个较长的大铸件。二、造型与制芯方法的选择1．优先选用湿型砂型铸造应优选湿型。湿型中金属凝固冷却较快，铸件表面光洁，省略了铸型干燥或表面烘干，节约了工时和能耗，降低了成本。表面干砂型多用于手工或机器造型的中大件。只有湿型不能满足要求时再考虑使用表面干砂型、干砂型或其他砂型，具体考虑以下几个方面：1)铸件过高，金属静压力超过湿型的抗压强度时，应使用干砂型或自硬砂型等。2)浇注位置上铸件有较大水平壁，用湿型容易引起夹砂缺陷，应使用其他砂型。3)大型复杂铸件，造型时间长，下芯多，湿型久置会风干，易出现冲砂缺陷，不宜用湿型。湿型一般应在当天浇注。4)型内放置冷铁较多，应避免使用湿型。2．与生产批量相匹配1)大量生产的小型铸件：采用水平分型或垂直分型的无箱挤压线。不需砂箱，生产效率高，占地面积小。2)大量生产的中型铸件：如汽车发动机缸体、曲轴等，采用有箱高压造型生产线，用多触头高压造型机制造上、下铸型；用冷芯盒、热芯盒及壳芯法等制芯；用自动浇注机浇注，适应快速、高精度铸造的需要。3)中等批量的大型铸件：采用树脂自硬砂造型和制芯。4)铸钢件：一般选用水玻璃砂或镁砂、锆砂做面砂来造型。铁道机车车辆铸钢件基本沿用水玻璃砂造型。5)单件小批生产的重型铸件、大型覆盖件的凸、凹模板铸件，现多采用消失模铸造。聚苯乙烯发泡组装模样流态自硬砂或水玻璃砂3．与生产条件和企业环境相适应4．兼顾铸件精度要求和成本三、铸件浇注位置的确定铸件的浇注位置：浇注状态下铸件在铸型内所处的位置。可分为：水平浇注、垂直浇注或倾斜浇注。确定浇注位置很大程度上着眼于控制铸件的凝固顺序，铸件上部易发生缺陷的可能。确定浇注位置应遵守的原则。1．铸件重要部分或主要加工面、耐磨面、受力部位等应位于下部或呈直立状态。2．铸件局部薄壁部位或铸件大平面应朝下3．有利于铸件凝固和补缩4．尽可能避免用吊砂、吊芯或悬壁式砂芯四、分型面方案的选择铸件分型面：指两半铸型(一般为上、下型)或多个铸型(多箱造型)相互接触、配合的表面。即铸型的分界面。选定分型面的基本原则是便于起模。主要原则：应使铸件全部或大部置于同一半型内；尽量减少分型面数目；尽量选用平面分型。五、砂芯形状、数量及分块砂芯用来形成铸件内腔或外形上有碍起模的局部凸凹部位。对尺寸不大的铸件，为了增加砂芯稳定性，可采用两个或多个铸件整合成一个砂芯的方法。砂芯设计的内容主要包括：a.确定砂芯形状和个数(砂芯分块或整合)及下芯顺序(编号)；b.决定芯头结构及尺寸；c.砂芯通气方式。(一)砂芯形状、分块与数目1．保证铸件内腔尺寸精度要求和壁厚分布均匀不宜将内腔砂芯横截分块来制芯组合，这样较难保证偏心距e的尺寸公差。合理的方案是最好制成整芯装入铸型内。应使砂芯起模斜度和模样起模斜度大小、方向一致，保证铸件壁厚均匀。2．尽量减少砂芯数目，保证操作方便3．砂芯形状要与生产条件、造型、制芯方法相适应(二)芯头与芯座铸型中使用砂芯时，为使砂芯在铸型中定位准确、安放稳固及砂芯内部排气通畅，在砂芯及模样上均需做出芯头。1.垂直芯头：直立安放在砂型中的芯头垂直芯头的设计数据包括：上、下芯头高度和芯头斜度、芯头间隙、上部压紧环与下部集砂槽等。几种砂芯吊装和芯撑周定形式2．水平芯头：水平安放在砂型中的卧式砂芯芯头防止下芯、合型时压坏芯座能起压紧砂芯、封闭芯头间隙的作用3．定位芯头六、铸造工艺参数铸造工艺参数：铸型工艺设计需要确定的合理工艺数据。包括：铸件尺寸公差，机械加工余量，最小铸出孔、槽，起模斜度，铸造收缩率及各种工艺补正量等。铸造工艺参数最终决定铸件形状、尺寸精度和产品重量。1．铸件尺寸公差与机械加工余量铸件尺寸公差，由精到粗分为16级，命名为CTl～CTl6铸钢、铸铁件砂型铸造中机器造型尺寸公差等级规定为CT8～CTl2；手工造型大批量生产规定为CTll～CTl4。影响机械加工余量大小的主要因素有：铸造合金类别、铸造工艺方法、生产批量、设备与工装水平、预加工表面所处的浇注位置(顶面比底面、侧面降一级选用)、铸件基本尺寸的大小等。2.最小铸出孔灰铸铁件铸钢件大量生产12～15成批生产15～3030～50单件、小批生产30～5050表2-5铸件的最小铸出孔直径(单位：mm)注：1．若是加工孔，则孔的直径应为加上加工余量后的数值(小于加工孔径)。2．有特殊要求的铸件例外。3．起模斜度平行于起模方向上使模样和芯盒壁具有一定的斜度123槽内壁的起模斜度应大于外壁机械加工模具时，用角度标注；手工加工模具时，用宽度标注。起模斜度在工艺图上用角度或宽度a(mm)表示。4．铸造圆角圆角半径一般为相交两壁平均厚度的1／3～1／2。铸件上相邻两壁间的交接角，应做出铸造圆角。即使原零件上没有交接圆角，也应做出铸造圆角，以防止在尖角处产生冲砂及开裂等缺陷。5．工艺补正量工艺补正量：指因工艺需要而在相应预加工面或非加工面上增加或减小的金属层厚度。e≤0.002L式中e——工艺补正量；L——预加工面到加工基准面的距离。6．铸造收缩率100MjjLLKL％MLjL铸造收缩率K的定义是式中——模样(或芯盒)工作面的尺寸；——铸件尺寸。收缩率大小取决于铸造合金种类、铸件结构和尺寸等因素。通常，灰口铸铁K=0.7％～1.0％；铸造碳钢K=1.3％～2.0％；铝硅合金K=0.8％～1.2％；铸造青铜K=1.2％～1.4％。