铸造工艺设计

1.3铸造工艺设计与结构设计铸造工艺设计是根据铸件的结构特点、技术要求、生产批量、生产条件等，确定铸造方案和工艺参数，绘制工艺图，编制工艺卡和工艺规程等。铸造工艺设计包括：铸件的浇注位置铸型分型面铸造工艺参数…1）浇注位置的选择铸件的重要加工面或主要的工作面应朝下或位于侧面；铸件的大平面应朝下；面积较大的薄壁部分置于铸型下部或侧面；铸件易产生缩孔的厚大部分应放在上部或侧面，便于安放冒口，使铸件自下而上顺序凝固。浇注位置——浇注时铸件在铸型中的空间位置。1.3.1浇注位置与分型面车床床身图中机床床身导轨是主要工作面，浇注时应朝下。在液体浇注过程中，其中的气体和熔渣往上浮；由于静压力较小，使铸件上部组织不如下部的致密。卷扬筒主要加工面为外圆柱面，采用立式浇注，卷筒的全部圆周表面位于侧位。充型过程中，灼热的金属液会对砂型上表面有强烈的热辐射作用，使该表面的型砂拱起或开裂，导致金属液钻进裂缝处，这将使铸件的该表面产生夹砂缺陷。大平面浇注位置箱盖的浇注位置比较图(b)所示的箱盖铸件，薄壁部分置于铸型上部，易产生浇不足、冷隔等缺陷。改置于图(a)所示位置后，薄壁部分置于铸型下部，可避免出现上述缺陷。2）铸型分型面的选择:分型面为两半铸型相互接触面。分型面选择是否合理，对铸件的质量影响很大。选择不当还将使制模、造型、造芯、合型、清理、甚至切削加工等工序复杂化。分型面的选择应在保证铸件质量的前提下，使造型工艺尽量简化。(1)尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件的精度；(2)尽量使铸件的加工面和加工基准处于同一砂箱；(3)尽量减少分型面的数量，分型面应尽量平直；(4)分型面的选择应尽量减少型芯和活块的数量，以简化制模、造型等工序。(5)尽量使型腔及主要型芯位于下型。(6)为了便于起模，分型面应选在铸件的最大截面。分型面选择原则:床身铸件的分型方案应尽量减少分型面的数量铸件图所示的三通铸件其内腔必须采用一个T字型芯来形成；当中心线ab呈垂直时，铸型必须有三个分型面；当中心线cd呈垂直时，铸型有两个分型面，当中心线ab与cd都呈水平位置时，铸型只有一个分型面。分型面应尽量平直图为起重臂分型面的选择，按图(a)分型，必须采用挖砂造型；采用图(b)方案分开，可采用分模造型，使造型工艺简化。轮形铸件在批量不大的生产条件下，多采用三箱造型；但在大批量生产条件下，采用机器造型时，需采用环状型芯。避免使用活块未延伸凸台延伸凸台如图(a)所示凸台均妨碍起模，必须采用活块或增加型芯来克服。改成图(b)的结构避免了活块和砂芯，起摸方便，简化造型。机械加工余量---应根据生产批量、合金种类、铸件尺寸、加工面的位置、浇注位置等确定。1.3.2铸造工艺参数确定铸件的机械加工余量是指为进行机械加工而增大的尺寸。零件图上所有标注粗糙度符号的表面均需机械加工，均应标注机械加工余量。铸钢件表面粗糙、变形较大，其加工余量应比铸铁件大；有色合金铸件表面较光洁、平整，其加工余量要小些；铸铁件中灰铸铁件的加工余量较可锻铸铁和球墨铸铁的要小。机械造型的铸件比手工造型的精度高，故加工余量要小些；铸件的尺寸愈大或加工面与基准面间的距离愈大，由于铸件尺寸误差增大，机械加工余量也随之加大；由于铸件的上表面比其底面和侧面更易产生缺陷，故加工余量应比底面和侧面的大。收缩余量---按合金收缩率放大模样尺寸。在制造模型或芯盒时，应根据铸造合金收缩率的大小，将模型或芯盒放大，以保证该合金的铸件冷却至室温时能符合尺寸要求。铸造合金收缩率的大小，随铸造合金种类、成分及铸件的尺寸和结构的不同而改变。通常灰铸铁的收缩率为0.7～1.0%；铸钢的为1.5～2.0%；有色合金的为1.0～1.5%。拔模斜度---为便于起模，凡垂直于分型面的立壁在制造模型时必需留拔模斜度。造型和制芯时，为了很方便地把模型从铸型中或芯子从芯盒中取出，在起模方向上做出一定的斜度。拔模斜度的大小取决于该垂直壁的高度、造型方法及表面粗糙度等因素。随垂直壁高度的增加，其拔模斜度应减小；机器造型的拔模斜度较手工造型的小；外壁的拔模斜度也小于内壁的。拔模斜度---为便于起模，凡垂直于分型面的立壁在制造模型时必需留拔模斜度。型芯头---型芯端头的延伸部位，芯头须留有一定斜度。最小铸出孔及槽---铸件的孔、槽是否铸出，应从工艺、质量及经济上考虑。较大的孔、槽应当铸出，以减少切削加工工时，节约金属材料，同时也可减小铸件上的热节；孔、槽较小而壁较厚，则不易铸出，直接加工。支座方案Ⅰ沿底版中心分型。轴孔下芯方便，但底版上四个凸台必须采用活块且铸件在上、下箱各半。方案Ⅱ沿底面分型，铸件全部在下箱，不会产生错箱，铸件易清理。但轴孔内凸台必须采用活块或下芯且轴孔难以铸出。实例分析1.3.2铸造工艺简图绘制铸造工艺图---是在零件图上用各种工艺符号表示出铸造工艺方案和工艺参数的图形1）常用铸造工艺符号及表示方法首先要考虑这个零件有几种可能的分型方案对浇注位置的选择铸型分型面选择绘制方法分型面的选择浇注位置画法(上和下)工艺参数定性给出即可2）典型零件工艺分析ø50上下ø661030+3+3+3+3+42o5o非加工表面拔摸斜度30~1’o铸造圆角R3~5收缩率1%支座支座铸造工艺图铸件的结构工艺性是指所设计的零件采用铸造方法生产的方便性，即是否容易铸造。零件的结构应符合铸造生产的要求；易于保证铸件品质，简化铸造工艺工程、降低成本。1.4铸件结构工艺性（一）铸件壁的设计（1）铸件应有合理的壁厚；（2）铸件的壁厚应尽可能的均匀；（3）按顺序凝固原则设计铸件结构对于收缩大的合金材料壁厚分布，应符合顺序凝固原则，便于合金的补缩．防止产生缩孔与缩松缺陷；1.4.1合金铸造性能对铸件结构的要求顶盖铸件的设计阀体铸件的设计壁厚有差别时铸件的设计图(a)所示各部分冷却速度不同，易形成热应力，致使铸件簿壁与厚壁连接处产生裂纹。厚壁处易形成缩孔、缩松。在设计铸件时，应尽可能使壁厚均匀，以防止上述缺陷产生，如图(b)所示。铸件壁厚应均匀（二）铸件壁的连接(2)壁与壁之间应避免锐角连接，以减小热节和内应力。(3)厚壁与薄壁的连接应逐步过渡，以防止应力集中。(4)壁与壁之间应避免交叉。对中、小型铸件壁与壁的连接，应设计成交错接头；对大型铸件可采用环状接头。铸件两壁的直角连接，会在直角处形成金属的局部积聚，内侧散热条件差，容易形成缩孔和缩松。(1)设计结构圆角（二）铸件壁的连接为了减少热节和防止铸件产生缩孔与缩松，铸件壁应避免交叉连接和锐角连接。中、小铸件可采用交错接头，大铸件宜用环形接头．(2)壁与壁之间应避免锐角连接，以减小热节和内应力。减少铸件中的应力集中现象，防止产生裂纹(3)厚壁与薄壁的连接应逐步过渡，以防止应力集中。1.铸件的结构是否使铸件的收缩受阻轮辐的设计方案铸件结构应尽量减少铸件收缩受阻，防止变形和裂纹（三）其它避免变形、开裂问题的解决轮辐为偶数、直线型，对于线收缩很大的合金，会因应力过大而产生裂纹。改为奇数轮辐，或带孔辐板和弯曲轮辐，可借轮辐和轮缘的微量变形来减少应力，防止裂纹。大平面倾斜结构大平面的设计铸造斜度2.应尽量避免设计过大面积水平面的铸件将水平壁改成倾斜壁，就可防止熔融金属上升较慢，否则不利于合金的充型，易产生浇不到、冷隔等缺陷。3.对于较长易挠曲的梁形铸件，应将其截面设计成对称截面。如图(a)所示的铸钢梁，由于受较大热应力，产生了变形，改成(b)工字截面后，虽然壁厚仍不均匀，但变形减小。设计细长类、大平板铸件时，不应忽视截面形状的选择4.铸件上易产生变形或裂纹的部位，设计加强筋结构，防止变形。图(a)所示薄而大的平板、收缩时易发生翘曲变形，加上几条筋之后便可避免翘曲变形，如图(b)所示。加强筋设计消除铸件大截面，防止铸件产生缩孔、缩松；筋的作用：防止变形，增加铸件的刚度和强度加强筋设计消除铸件的热裂，防止铸件产生裂纹；防裂筋的方向与收缩应力方向一致，而且筋的厚度应为连接壁厚的3／4——1／3。加强筋设计设计铸铁件的加强筋时，应使筋处于受压状态下使用；筋的尺寸应适当：筋的设计不能过高或过薄，否则在筋与铸件本体的连接处易产生裂纹．铸铁件还易形成白口。处于铸件内腔的筋，散热条件较差，应比表面筋设计得薄些。一般外表面上加强筋的厚度为本体厚度的0.8倍，内腔加强筋的厚度为本体厚度的0.6—0.7倍。1.4.2铸造工艺对铸件结构的要求（一）铸件的外形便于起模1、避免外部侧凹和凸起2、尽量使分型面平直3、凸台、筋条结构应便于起模4、应具有结构斜度（二）铸件的内腔1、不用或少用型芯和活块2、有利于型芯的定位、排气和清理1、避免铸件的外形有侧凹。（一）铸件的外形便于起模如图(a)所示的端盖，由于存有法兰凸缘，铸件产生了侧凹，使铸件具有两个分型面，所以常需采用三箱造型，或者增加环状外型芯，使造型工艺复杂。图(b)所示为改进设计后，取消了上部法兰凸缘，使铸件仅有一个分型面，因而便于造型。如图(a)所示的托架，原设计时忽略了分型面尽量平直的要求，在分型面上增加了外圆角，结果只得采用挖砂(或假箱)造型。图(b)为改进后的结构，便可采用简易的整模造型。2、尽可能使分型面为平面，去掉不必要的外圆角。如图(a)和(b)所示凸台均妨碍起模，必须采用活块或增加型芯来克服。改成(c)、(d)的结构避免了活块和砂芯，起摸方便，简化造型。3、凸台、筋条结构应便于起模4、在铸件上设计结构斜度在铸件的所有垂直于分型面的非加工面上，应设计有结构斜度。如果没有结构斜度的，铸造工艺人员应铸造前给出拔模斜度。结构斜度的大小，随垂直壁的高度而异。高度愈小，斜度愈大；内侧面的斜度应大于外侧面的。铸件的结构斜度与拔模斜度不同，前者由设计零件的人确定，且斜度值较大；后者由铸造工艺人员在绘制铸造工艺图时设计，且只对没有结构斜度的立壁给予较小的角度（0.5～3.0°）。铸件要有结构斜度铸件上垂直于分型面的不加工表面，最好具有结构斜度，这样起模省力，铸件精度高。1.铸件内腔尽量不用或少用型芯，以简化铸造工艺（二）铸件的内腔封闭结构开式结构悬臂支架以垛代砂芯2.当铸件的内腔较复杂、需用型芯形成时，应考虑好型芯的稳固、排气顺畅和清理方便。