第四章 材料成型技术基础(砂型铸造工艺设计

第4章砂型铸造工艺设计•铸造工艺设计：根据铸件结构特点、技术要求、生产批量、生产条件等，确定铸造方案和工艺参数，绘制图样和标注符号，编制工艺卡和工艺规范等。•本章主要介绍砂型铸造工艺设计。•主要内容：铸造工艺方案的确定铸造工艺参数的确定浇注系统和冒口的确定铸造工艺方案及工艺图示例4.1砂型铸造工艺方案的确定4.1.1砂型铸造工艺设计具体内容：①选择铸件的浇注位置及分型面；②确定工艺参数（如机械加工余量、起模斜度、铸造圆角、及收缩率等）；③确定型芯的数量、定位方式、下芯顺序、芯头形状及尺寸；④确定浇注系统、冒口、冷铁的形状和尺寸及在砂型中的布置；⑤绘制铸造工艺图。（a）零件图（b）铸造工艺图（c）模样图图4.1圆锥齿轮的零件图、铸造工艺图及模样图4.1.2浇注位置的选择浇注位置：浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。1.铸件的重要加工面和受力面应朝下或位于侧面3.铸件的大平面应朝下2.应将面积较大的薄壁部位置于铸型下部，或使其倾斜位置上下4.为防止铸件产生缩孔、缩松的缺陷，应使铸件的厚大部位朝上或侧放选择原则：（1）尽量使分型面平直、数量少。4.1.3铸型分型面的选择分型面：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。它决定了铸件在造型时的位置。选择原则：1.便于起模，使造型工艺简化（2）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。多一个分型面，铸型就增加一些误差，使铸件的精度降低。（a）铸件（b）四箱造型（c）三箱造型（d）两箱造型三通铸件的浇注位置和分型面（3）避免不必要的活块和型芯。①②①②上下中2.尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件精度3.尽量使型腔及主要型芯位于下型4.2铸造工艺参数的确定1．机械加工余量和最小铸出孔机械加工余量：在铸件需要进行切削加工的表面上增加的一层金属层厚度。铸件最大尺寸浇注位置加工面与基准面之间的距离5050～120120～260260～500500～800800～1250120顶面底、侧面3.5～4.52.5～3.54.0～4.53.0～3.5120～260顶面底、侧面4.0～5.03.0～4.04.5～5.03.5～4.05.0～5.54.0～4.5260～500顶面底、侧面4.5～6.03.5～4.55.0～6.04.0～4.56.0～7.04.5～5.06.5～7.05.0～6.0500～800顶面底、侧面5.0～7.04.0～5.06.0～7.04.5～5.06.5～7.04.5～5.57.0～8.05.0～6.07.5～9.06.5～7.0800～1250顶面底、侧面6.0～7.04.0～5.56.5～7.55.0～5.57.0～8.05.0～6.07.5～8.05.5～6.08.0～9.05.5～7.08.5～106.5～7.5注：加工余量值的下限用于成批大量生产，上限用于单件小批生产。灰铸铁的机械加工余量表4.2铸件的最小铸出孔直径生产批量最小铸出孔直径灰口铸铁件铸钢件大量生产成批生产单件、小批生产12～1515～3030～5030～5050注：若孔很深，孔径很小，一般不铸出；不加工的特形孔，原则上应铸出；非铁金属铸件上的孔，应尽量铸出。若是加工孔，则孔的直径应为加上加工余量后的数值；2．起模斜度在造型和造芯时，为了顺利起模而不致损坏砂型和砂芯，凡垂直于分型面的立壁，应该在模样或芯盒的起模方向上带有一定的斜度，这个斜度称为起模斜度。若铸件本身没有足够的结构斜度，就要在铸造工艺设计时给出铸件的起模斜度。起模斜度在工艺图上的标注：用角度α或宽度a(mm)表示。☆用机械加工方法加工模具时，用角度标注；☆用手工加工模具时，用宽度标注。☆起模斜度的大小应根据模样的高度、表面粗糙度以及造型方法来确定，如表4.3所示。表4.3砂型铸造时模样外表面及内表面的起模斜度测量面高度/mm外表面起模斜度≤内表面起模斜度≤金属模样、塑料模样木模样金属模样、塑料模样木模样αa/mmαa/mmαa/mmαa/mm≤102200.42550.64350.85451.010～401300.81251.02201.62502.040～1001101.00401.21052.01452.2100～1600251.20301.40452.20552.6160～2500201.60251.80403.00453.4250～4000202.40253.00404.60455.2400～6300203.80203.80356.40407.4630～10000154.40205.80308.803510.21000～1600——0208.0——035—3．铸造圆角4．铸造收缩率5．型芯及芯头圆角半径一般约为相交两壁平均厚度的1/3～1/2。通常灰铸铁为0.7～1.0%，铸造碳钢为1.3～2.0%，铝硅合金为0.8～1.2%，锡青铜为1.2～1.4%。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。芯头的作用：1）定位作用；2）固定作用；3）排气作用。•型芯可多块拼装，但必须考虑每块型芯的下芯顺序对于某些铸件，为了增加型芯的稳定性，常采用两个或多个铸件共一个型芯的方法。（a）悬臂式型芯（b）扁担式型芯（a）上下都有芯头（b）只有下芯头，无上芯头（c）上下都无芯头垂直芯头的形式（a）一般形式（b）联合芯头（c）加长芯头（d）芯头加型芯撑水平芯头的形式4.3浇注系统和冒口一、浇注系统引导金属液流入型腔的一系列通道的总称。1.浇注系统的组成及作用组成：浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道等。作用：通道。(1)按浇注系统各组元截面积的比例，浇注系统可分为：①封闭式浇注系统ΣS直ΣS横ΣS内ΣS直∶ΣS横∶ΣS内=1.15∶1.1∶1②开放式浇注系统ΣS直ΣS横ΣS内ΣS直∶ΣS横：ΣS内=1∶2∶42.浇注系统常见类型(2).按内浇道开设的位置不同，浇注系统可分为：(1)顶注式浇注系统优点：金属液自由下落，自下而上地逐渐充满型腔，利于定向凝固和补缩；缺点：冲击力大(与铸件高度有关)，充型不平稳，易发生飞溅、氧化和卷人气体的现象，使铸件产生缺陷。用途：这种浇注系统多用于质量不大、高度不高和形状简单的薄壁或中等壁厚的铸件；易氧化金属铸件则不宜采用。内浇道开设在铸件的顶部（a）顶注式(2)分型面(中间)注入式浇注系统优点：内浇道开设在分型面上，能方便地按需要进行布置，有利于控制金属液的流量分布和铸型热量的分布。应用：应用普遍，适用于中等质量、高度和壁厚的铸件。内浇道开设在分型面上（b）分型面（中间）注入式(3)底注式浇注系统内浇道开设在型腔底部优点：金属液充型平稳，避免了金属液冲击型芯、飞溅和氧化及由此引起的铸件缺陷；型内气体易于逐渐排出，整个浇注系统充满较快，利于横浇道撇渣。缺点：型腔底部金属液温度较高，而上部液面温度较低，不利于冒口的补缩。故采用底注式浇注系统时，应尽快浇注。应用：底注式浇注系统多用于易氧化的合金铸件。（c）底注式(4)阶梯式浇注系统具有多层内浇道的浇注系统优点：兼有底注式和顶注式的优点，又克服了两者的缺点，既注入平稳，减少了飞溅，又利于补缩。缺点：浇注系统结构复杂，增大了造型及铸件清理工作量。应用：它多用于高度较高、型腔较复杂、收缩率较大或品质要求较高的铸件。（d）阶梯式3、内浇道与铸件型腔连接位置的选择原则•①应使内浇道中的金属液畅通无阻地进入型腔，不正面冲击铸型壁、砂芯或型腔中薄弱的突出部分。•③内浇道尽量不开设在铸件的重要部位。因内浇道附近易局部过热而造成铸件晶粒粗大，并可能出现疏松，进而影响铸件品质。•②内浇道不应妨碍铸件收缩。如图4—21所示的圆环铸件，其四个内浇道做成曲线形状，就不会阻碍铸件向中心的收缩，避免了铸件的变形和裂纹。•④内浇道应开在容易清理和打磨的地方。如图4.22所示的开在铸件砂芯内的内浇道就难以清除。•⑤当合金收缩较大且壁厚有一定差别时，宜将内浇道从铸件厚壁处引入，以利铸件定向凝固；而对壁薄而轮廓尺寸又较大的铸件，宜从铸件薄壁处引入，以利铸件同时凝固，减小铸件的内应力、变形量，防止裂纹产生。4.3.2冒口冒口是在铸型中设置的一个储存金属液的空腔。其主要作用是在铸件凝固收缩过程中，提供由于铸件收缩所需要补给的金属液，对铸件进行补缩，防止产生缩孔、缩松等缺陷。应放置在铸件的热节圆直径dy较大的部位。冒口普通冒口特种冒口明冒口暗冒口保温冒口发热冒口大气压力冒口易割冒口冒口尺寸计算方法•比例法：基本原理是使冒口根部的直径d大于铸件被补缩处的热节圆直径dy，冒口高度H由所选定的系数乘以d得出。4.4零件的铸造工艺图的制订及铸件图举例表4.4铸造工艺图常用符号及表示方法4.4.1铸造工艺图的绘制铸造工艺图是在零件图上以规定的红、蓝等色符号表示铸造工艺内容所得到的图形。它决定了铸件的形状、尺寸、生产方法和工艺过程。其绘制步骤如下：1）分析铸件质量要求、结构特点和生产批量；2）选择造型方法；3）选择浇注位置和分型面；4）确定工艺参数。如加工余量、起模斜度、不铸孔、铸造收缩率；5）设计型芯；6）设计浇冒口系统；7）绘制铸造工艺图。铸件图举例一①②③上下材料：HT200收缩率：1.0%上上下下上下下Ⅰ上Ⅱ上下Ⅲ例2实例3如图所示的车床进给箱体零件图，其工艺分析如下：该铸件在质量上没有特殊要求，故应尽量简化造型工艺，同时保证基准面的质量，可有如图4.24所示的三种方案。方案I——分型面在轴孔轴线上，凸台A和槽C采用型芯，便于铸出轴孔，飞边少，易清理，下芯头尺寸大，稳定性好；但基准面D朝上，易产生缺陷；型芯数量较多。适于大批量生产。铸造工艺图如图4.25所示。方案II——分型面在基准面D处；凸台E和槽C分别采用活块和型芯，基准面朝上，易产生缺陷，轴孔如铸出因无芯头而易产生飞边，难清理。适于单件小批量不铸出孔时采用。方案III——分型面在B处；铸件全部位于下箱；凸台A、E和槽C分别采用活块和型芯，基准面朝下；易于保证铸件质量；但内腔型芯稳定性差；轴孔如铸出因无芯头而易产生飞边，难清理；适于单件小批量不铸出孔时采用。返回文档上下图4-24分型面的选择图4-25车床进给箱铸造工艺图零件的铸造工艺图的制定及铸件图举例首先应综合考虑浇注位置和分型面的确定，1加工余量、2起模斜度，3砂芯的部位，要画出砂芯的位置、形状和芯头。作业及补充三、零件的铸造工艺图的制定及铸件图举例Φ50全部110Φ150Φ100Φ70M15×4均布下上收缩率1%•9选择题•1．如图4-1所示的零件采用砂型铸造生产毛坯。与图中所示的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分型方案相适应的造型方法分别为（）、（）、（）、（）。其中较合理的分型方案是（）。A．整模造型；B．分模造型；C．活块造型；D．挖砂造型；E．三箱造型。•2．如图4-2所示的具有大平面铸件的几种分型面和浇注位置方案中，合理的是（）。120ΦΦ15×4均布Φ200Φ50Φ80258其余下上收缩率1%10应用题1．绳轮（图4-3），材料为HT200，批量生产。绘制零件的铸造工艺图。上下2．轴承座，如图4-5（a）所示，材料为HTl50，批量生产。图（b）为零件图的右视图，请在此图上定性绘制出零件的铸造工艺图。上下