铸造工艺学课件全

铸造工艺学铸造工艺学基础部分提高部分基础部分铸造工艺基本概念及铸件生产的基本流程通用冒口设计浇注系统设计铸造工程师的设计任务铸造工艺基本概念及铸件生产的基本流程铸造工艺基本概念—由大球及套筒铸件的制造过程引出的概念浇注位置和分型面的选择砂芯设计铸造工艺流程图铸造工艺基本概念•大球的制造过程引出的基本铸造工艺概念•套筒工艺与大球工艺的差别•基本铸造工艺概念•作业铸造工艺基本概念•由大球及套筒铸件的制造过程引出的概念图1φ1000mm钢球体图2形状不完备的球砂箱耐火材料图3形状完备但取不出来的球体图4分型面分型面图5分型面图6造型图7造型时分型面与分模面平齐一致图8造型时分型面与分模面平齐一致分模面图9球形空腔图10在球形空腔上置浇道图11更平稳的浇注系统图12浇注系统的典型形式1、浇口杯2、直浇道3、浇道窝4、横浇道5、集渣包6、内浇道12PmSgH下阻奥占公式：图13奥占公式图13无冒口系统时的铸件图14加入补缩源—冒口冒口模数法设计冒口的基本方法是：1）Mr=fMcMr为冒口模数，Mc为铸件模数，f=1.0-1.2。2）冒口要提供足够的补缩金属液：ε(Vc+Vr)+Ve=Vrη3）一定的补缩通道角：可利用冷铁和其他工艺措施来造成合适的补缩通道角紧固夹紧防止跑火等箱把：翻箱及吊运操作等吃砂量图16砂型装配示意图定位销图15模样定位销示意图大球的制造过程引出的基本铸造工艺概念成型类：分型面、分模面工艺类：浇注系统、冒口、冷铁工装类：模样、模板、砂箱等套筒工艺与大球工艺的差别——浇注位置、砂芯、外模样变化a垂直放置b水平放置c倾斜放置图17套筒铸件的三种浇注位置图18直接把砂芯用砂箱做出单独砂块图19用单独的砂块将孔做出单独砂块图19用单独的砂块将孔做出图20外模样的变化基本铸造工艺概念•成型类：分型面、分模面、砂芯、模样•工艺类：浇注系统、冒口、冷铁•兼有成型与工艺特点的概念：浇注位置•工装类：模样、模板、砂箱、芯盒浇注位置和分型面的确定•浇注位置的确定•分型面的确定•作业：抄画教材图，并说明选择图中浇注位置和分型面的原因。作业1、叙述球和套筒的铸造生产过程；并讨论分析该过程中需要开展的研究工作。2、分析讨论如何确定浇注系统和分型面，确定原则是什么。3、阅读第一章第一节，并找到复习思考题的答案。4、作业：抄画教材图，并说明选择图中浇注位置和分型面的原因。5、确定下面铸件的浇注位置和分型面浇注位置的确定判定浇注位置的优先次序为：保证铸件质量→凝固方式→充型→工艺操作例1：铸件主要加工面或重要加工面，应尽量置于下部或垂直放置。重要面图3-2-36重要面例2：能保证顺序凝固。例如，厚大部分在上部，或按一定次序厚大部分靠近冒口。例3：铸件水平面积大的部分应尽量置于铸件下部。例4：避免用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯、合箱及检验。合箱时容易碰坏砂芯合箱时不会碰坏砂芯分型面的确定分型面一般在确定浇注位置后选择。但分析各种分型面方案的优劣之后，可能需要重新调整浇注位置。铸造分型面本质上是一种工艺方法，该方法是取出模样（砂型）、铸件（金属型）、保证（提高）精度、工艺操作简单等几个方面综合作用的结果。其优先次序为：取出铸件→保证精度→工艺简单例1：加工基准面与大部分加工面在同一半型内，基准面不要在分型面上。加工基准面被加工面加工定位基准要加工的外圆螺纹例2：分型面数量应尽量少。例3：分型面尽量为平面，避免曲面，不得已用曲面，也尽可能改为折面。例4：不使砂箱过高。图3-2-32减速箱盖手工造型方案多箱造型控制砂箱高度砂箱高度过高例5：受力件的分型面的选择不应消弱铸件结构强度。例6：注意减轻铸件清理和机械加工量。砂芯设计砂芯本体设计芯头设计本体设计的典型实例分盒面1分盒面21、能制作出来；2、能进行烘干；3、如果自硬，则不需烘干，在型内干后直接取出使用。砂芯本体设计的基本步骤确定砂芯总体形状定位形式初定（芯头位置）制作过程（分盒面确定）砂芯分解分解后砂芯之间的定位确定砂芯组合方式终定砂芯再定各砂芯间的定位方式砂芯放置方式（考虑烘干或相关制作过程）例1：保证铸件内腔尺寸精度：铸件内腔尺寸较严的部分应当由同一半砂芯形成，避免为分盒面分割。保证此处孔四壁壁厚均匀：将芯子分块。例2：保证操作方便：分割砂芯，但要防止金属钻入砂型分割面的缝隙，以防堵塞通气道。例3：保证铸件壁厚均匀。例4：应尽量减少砂芯数目，如将砂芯做出（砂胎，教材图3-3-4；吊砂，浅底锅。用活块代替，教材图3-3-5）；例5：填砂面应宽敞，烘干支撑面是平面。例6：砂芯形状适应造型、制芯方法，组合芯，教材图3-3-7。芯头设计芯头组成芯头承压面积的核算特殊定位芯头芯头组成•芯头结构•芯头长度•芯头斜度•芯头间隙•压环、防压环和积砂槽图3-3-10中：α、α1、a、a1等图3-3-9：s、s1、s23-3-10中：s、s1、s2芯头承压面积的核算S=kF芯/[σ压]σ压：湿型40~60KPa;活化膨润土砂型60~100KPa；干砂型0.6~0.8MPa。k：安全系数1.3~1.5特殊定位芯头砂箱制作准备型砂准备模型制作准备芯盒制作准备芯砂准备芯骨制作制芯下芯合箱检验合箱浇注冷却凝固落砂开箱去除浇冒口表面清砂（吹砂、喷丸、抛丸）清理打磨去毛刺热处理铸件机加工熔炼造型铸造工艺流程图:通用冒口设计—普通冒口设计正圆柱或立方体冒口设计长杆（长板）、大圆环、立柱冒口的设计真实铸件—复合体冒口设计加强冒口补缩的手段冒口设计步骤冷铁设计计算正圆柱或立方体冒口设计铸件小冒口Vr=Vc缩孔铸件补缩分析VrVc缩孔当冒口体积与铸件体积成什么关系时可以使缩孔位置刚好处于铸件顶部呢？冒口体积大于铸件体积时可以消除缩孔！可以用体积作为冒口设计的准则吗？冒口体积比铸件体积大，但显然冒口比铸件先冷却，因冒口散热面积大。设计冒口尺寸的准则—模数•储热量Q=mc△T=ρVc△T，冒口和铸件同时开始凝固，V大则储热量大，但如果冒口散热面积大则不能补缩。•将体积和散热表面积结合起来衡量凝固冷却能力即模数。•补缩条件：MrMc散SVM设计冒口尺寸的第二条件—补缩量ercrVVVV补rrVV补当冒口体积与铸件体积成什么关系时可以使缩孔位置刚好处于铸件顶部呢？设计冒口尺寸的第三条件—补缩通道角：决定冒口位置同样的铸件同样的冒口，安放位置不同导致不同的补缩结果！模数法设计冒口的原理散SVM一、模数二、模数法原理crMfMeecrVVVV补补缩通道角—————————————Mr=fMc顶冒口：Mr=(1.2~1)Mc侧冒口：Mc:Mn:Mr=1:1.1:1.2内浇道通过冒口：Mc:Mn:Mr=1:(1~1.03):1.2—冒口提供足够的金属液：ε(Vc+Vr)+Ve=Vr·ηε：表3-5-4，表3-5-5，注意合金钢εx；η：表3-5-6；—补缩通道角：可利用补贴和冷铁来造成合适的补缩通道角。长杆（长板）、大圆环、立柱冒口的设计环也类似！补缩距离：水平补缩距离和垂直补缩距离！球铁件：表3-5-1可锻铸铁：4~4.5δ(壁厚)有色金属：见教材真实铸件—复合体冒口设计不可能用一个冒口统一补缩，所以要划定三个补缩区域！冒口设计的基本原则顺序凝固同时凝固注意！冒口补缩的是整体补缩域的收缩，而不是相邻结构体！！！加强冒口补缩的手段补贴冷铁提高冒口自身补缩能力补贴冷铁不加冷铁的补缩距离！与前加冷铁对比！外冷铁之间距离为0.5~1倍于冷铁长度！提高冒口自身补缩能力大气压力冒口保温、发热冒口易割冒口大气压力冒口保温、发热冒口易割冒口冒口设计步骤1）划分补缩区；2）计算冒口及冒口颈模数；3）确定形状和尺寸；4）检查顺序凝固条件；5）校核冒口补缩能力铸钢45齿轮，收缩率5%。试设计其冒口冷铁设计计算•经验法•外冷铁模数计算法•内冷铁模数计算法（自学）经验法外冷铁模数计算法无气隙外冷铁：As=A0+2Ac1101000010012)(22MMMMVMVMVAAAscAs—砂型等效面积A0—铸件表面积Ac—冷铁工作表面积M0—铸件原模数M1—使用冷铁后铸件等效模数有气隙外冷铁：As=A0+Ac210100001002)(MMMMVMVMVAAAscAs—砂型等效面积A0—铸件表面积Ac—冷铁工作表面积M0—铸件原模数M1—使用冷铁后铸件等效模数M1的确定同时凝固：M1相当于热节四周薄壁部分的模数顺序凝固：M1=(0.83-0.91)Mp，Mp是热节旁补缩壁的模数。经验证明，只有满足Mp≥0.67M0时，才能用外冷铁消除热节影响外冷铁质量校核0010600WMc℃MMtcLWsLc内冷铁模数计算法（参考教材及文献）0100MMMVfWdssssqLLTcqLf312131浇注系统设计浇注系统典型构造浇注系统类型浇注系统设计计算浇注系统设计步骤练习举例浇注系统典型构造图12浇注系统的典型形式1、浇口杯2、直浇道3、浇道窝4、横浇道5、集渣包6、内浇道浇注系统类型•按截面比分类•按内浇口位置分类按截面比分类1）封闭式：S直S横S内2）开放式：S直S横S内。适于铝镁合金件3）半开放半封闭式：S直S横S内而S内S直直浇道充满，用于小型铝镁合金产品。按内浇口位置分类•顶注式浇注系统•底注式浇注系统•中注式浇注系统•阶梯式浇注系统•缝隙式浇注系统顶注式浇注系统底注式浇注系统中注式浇注系统阶梯式浇注系统缝隙式浇注系统浇注系统设计计算奥占公式平均压头Hp计算浇注时间确定流量系数确定奥赞公式•阻流处金属液流速v计算（伯努利方程）2220122阻SSgvhgvHiir212阻直SSgHvii•充填下半型时，通过阻流截面的金属质量m下和浇注时间τ有如下关系201112阻阻阻下SSgHSvSmii012gHmS下阻•充填上半型时，对应着最大压力头和最小压力头有平均压力头hP，则平均上阻gHmS21综合上下半型公式有PgHmS21阻平均压头Hp计算•总功：ppgSCHmgH•下半型功：0HPCgSA下•上半型功：0020HPHPHgSPgShdhA上•将上两式代入总功，则：CPHHp220•对于底注式P=C，故20PHHp•对于顶注式P=0，故0HHp浇注时间确定•对其他合金铸件，有经验公式nAmnpmBnpmBA、B、P、n系数见教材表3-4-4、表3-4-5。用金属液在型内的上升速度来校核充填时间铸铁铸钢的最小上升速度见教材表3-4-6、表3-4-7Cv型minmax型型vCvCRv4Remax型型流量系数确定1、选择浇注系统类型2、确定内浇道在铸件上的位置、数目和金属引入方向3、决定直浇道的位置和高度（压力角）4、计算浇注时间并核算金属上升速度5、计算阻流截面积S阻6、确定浇口比并计算各组元截面积7、绘出浇注系统图形浇注系统的计算步骤铸造工程师的设计任务铸造工程师应当完成的设计任务铸件零件结构的铸造工艺性对铸件零件的处理→零件转化为铸件铸造工程师应当完成的设计任务铸造工艺图铸型装配图铸造工艺卡铸件图铸件零件结构的铸造工艺性零件结构是否容许制造零件结构是否容易制造零件结构是否容许制造做不出来的东西必须向设计者说明，必须改结构先将要填的孔填实,即小于最小铸出孔的孔填实——充型中空的部位能不能下芯子,例如纯空心球和过长的单臂悬芯——造型最小容许壁厚(铸造工艺手册)——充型其他具体分析如高铬铸铁件不能进行机加工切断冒口等教材表3-2-1：砂型铸造时铸件最小容许壁厚;临界壁厚=3*最小壁厚;若超过临界壁厚则铸件中心部分晶粒粗大，常出现缩孔、缩松现象。设计受力铸件时，不可