砂芯設(shè)計及鑄造工藝設(shè)計參數(shù)

1、砂芯設(shè)計及 鑄造工藝設(shè)計參數(shù)13鑄造 劉昕捷 201300150102第一節(jié) 砂芯設(shè)計 砂芯的功用是形成鑄件的內(nèi)腔、孔和鑄件外形不能出砂的部位。 砂芯應(yīng)滿足以下要求： 砂芯的形狀、尺寸以及在砂型中的位置應(yīng)符合鑄件要求 具有足夠的強(qiáng)度和剛度 在鑄件形成過程中砂芯所產(chǎn)生的氣體能及時排出型外鑄件收縮時阻力小和容易清砂第一節(jié) 砂芯設(shè)計一、確定砂芯形狀（分塊）及分盒面選擇的基本規(guī)則 總的原則：使造芯到下芯的整個過程方便鑄件內(nèi)腔尺寸精確不致造成氣孔等缺陷使芯盒結(jié)構(gòu)簡單第一節(jié) 砂芯設(shè)計（一）保證鑄件內(nèi)腔尺寸精度 凡鑄件內(nèi)腔尺寸要求較嚴(yán)的部分應(yīng)由同一半砂芯形成，避免為分盒面所分割，更不宜劃分為幾個砂芯。但手工

2、造型中大的砂芯，為保證某一部位精度(如圖3-3-1，要求500mm400mm方孔四周壁厚均勻)有時需將砂芯分塊。第一節(jié) 砂芯設(shè)計（二）保證操作方便 復(fù)雜的大砂芯、細(xì)而很長的砂芯可分為幾個小而簡單砂芯。下圖為空氣壓縮機(jī)大活塞的砂芯。為了便于操作將砂芯分為3塊。第一節(jié) 砂芯設(shè)計（三）保證鑄件壁厚均勻 使砂芯的起模斜度和模樣的起模斜度大小、方向一致，保證鑄件壁厚均勻。第一節(jié) 砂芯設(shè)計（四）應(yīng)盡量減少砂芯數(shù)目 用砂胎（自帶砂芯）或吊砂可減少砂芯，圖3-3-4為12VB柴油機(jī)曲軸定位套的機(jī) 器造型方案。 在手工造型時，遇到難于出模的地方，一般盡量用模樣“活塊”，即用“活塊”取代砂芯。這樣雖然增加了造型工

3、時，但卻節(jié)省了芯盒、制芯工時及費(fèi)用（圖3-3-5）。第一節(jié) 砂芯設(shè)計（五）填砂面應(yīng)寬敞，烘干支撐面是平面 為此，需要進(jìn)爐烘干的大砂芯，常被沿最大截面切分為兩半制作。平面烘干板結(jié)構(gòu)簡單通氣性好且價廉砂胎烘干法不精確也不方便烘干器雖精確、簡便，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、昂貴且維修量大第一節(jié) 砂芯設(shè)計（六）砂芯形狀適應(yīng)造型、制芯方法 高速造型線限制下芯時間，對一型多鑄的小鑄件， 不允許逐個下芯，因此，劃分砂芯形狀時，常把幾個到 十幾個小砂芯連成一個大砂芯，以便節(jié)約下芯、制芯時 間，以適應(yīng)機(jī)器造型節(jié)拍的要求。（圖3-3-7） 對殼芯、熱芯和冷芯盒砂芯要從便于射緊砂芯方面 來考慮改進(jìn)砂芯形狀。u 除上述的原則外，還應(yīng)

4、使沒塊砂芯有足夠的斷面，保證 有一定的強(qiáng)度和剛度，并能順利排出砂芯中的氣體；使芯盒結(jié)構(gòu)簡單，便于制造和使用等。第一節(jié) 砂芯設(shè)計二、芯頭設(shè)計 芯頭(core print)：指伸出鑄件以外不與金屬接觸的砂芯部分。 對芯頭的要求 芯頭可分為垂直芯頭和水平芯頭（包括懸臂式芯頭）兩大類。定位和固定砂芯，使砂芯在鑄造中有準(zhǔn)確的位置，并能承受砂芯重力及澆注時液體金屬對砂芯的浮力，使之不破壞芯頭應(yīng)能及時排出澆注后砂芯所產(chǎn)生的氣體至型外上下芯頭及芯號容易識別，不致下錯方向或芯號下芯、合型方便，芯頭應(yīng)有適當(dāng)斜度和間隙第一節(jié) 砂芯設(shè)計（一）芯頭的組成 典型的芯頭結(jié)構(gòu)如圖3-3-8所示。 它包括芯頭長度、斜度、間隙、

5、壓環(huán)、 防壓環(huán)和積砂槽等結(jié)構(gòu)。第一節(jié) 砂芯設(shè)計1、芯頭長度 芯頭長度指的是砂芯伸入鑄型部分的長度如圖3-3-10中的尺寸l。 垂直芯頭長度通常稱為芯頭高度如圖3-3-9中尺寸h、h1。第一節(jié) 砂芯設(shè)計 決定芯頭高度需注意： 對于細(xì)而高的砂芯，上下都應(yīng)留有芯頭，以免在液體金屬沖擊下發(fā)生偏斜，而且下芯頭應(yīng)當(dāng)取高一些。對于濕型可不留間隙，以便下芯后能使砂芯保持直立，便于合箱。對于LD(L砂芯高度，D直徑)25的細(xì)高砂芯，采用擴(kuò)大下芯頭直徑的辦法，增加下芯時的穩(wěn)定性。 對于粗而矮的砂芯，?？刹挥蒙闲绢^(高度為零)，這可使造型、合箱方便。 對于等截面的或上下對稱的砂芯，為下芯方便，上下芯頭可用相同的高度

6、和斜度。而對需要區(qū)分上、下芯頭的砂芯，一般應(yīng)使下芯頭高度高于上芯頭。第一節(jié) 砂芯設(shè)計2、芯頭斜度 對垂直芯頭，上、下芯頭都應(yīng)設(shè)有斜度第一節(jié) 砂芯設(shè)計 第一節(jié) 砂芯設(shè)計4、壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽 壓環(huán)：合箱后它能把砂芯壓緊，避免金屬液沿間隙鉆 入芯頭 防壓環(huán)：下芯、合箱時，它可防止此處砂型被壓塌，因 而可以防止掉砂 集砂槽：用來存放個別的散落砂粒，這樣就可以加快下 芯速度第一節(jié) 砂芯設(shè)計 第一節(jié) 砂芯設(shè)計（三）特殊定位芯頭 有的砂芯有特殊的定位要求，如防止砂芯在 型內(nèi)繞軸線轉(zhuǎn)動，不許可軸向位移偏差過大 或下芯時搞錯方位，這時就應(yīng)采用特殊定位 芯頭。第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù)(簡稱工

7、藝參數(shù))： 通常是指鑄型工藝設(shè)計時需要確定的某些數(shù)據(jù)，這些工藝數(shù)據(jù)一般都與模樣及芯盒尺寸有關(guān)，即與鑄件的精度有密切關(guān)系，同時也與造型、制芯、下芯及合箱的工藝過程有關(guān)。 工藝設(shè)計參數(shù)有： 鑄件的尺寸和重量公差、鑄造收縮率鑄造收縮率( (縮尺縮尺) )、機(jī)械加工余量、起模斜度、機(jī)械加工余量、起模斜度、最小鑄出孔的尺寸、工藝補(bǔ)正量、分型負(fù)數(shù)、反變形量、非加工壁厚的負(fù)裕量、砂芯負(fù)數(shù)(砂芯減量)及分芯負(fù)數(shù)等。第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù) 第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù)第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù) 鑄件基本尺寸即鑄件圖上給定的尺寸，應(yīng)包括機(jī)械加工余量。公差帶應(yīng)對稱分布(見圖3-3-12)，有特殊要求時，也可非對稱分布，

8、并應(yīng)在圖樣上注明或技術(shù)文件中規(guī)定。壁厚尺寸公差一般可降低一級，例如：圖樣上一般尺寸公差為CT10級，則壁厚尺寸公差為CT11級。在圖樣上采用公差等級代號標(biāo)注，如GB641486CT10。第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù)二、鑄件重量公差 鑄件質(zhì)量公差： 以占鑄件公稱質(zhì)量的百分率為單位的鑄件質(zhì)量變動的允許值。 GB/T1135189規(guī)定了鑄件質(zhì)量公差的數(shù)值、確定方法及檢驗規(guī)則，與GB641486鑄件尺寸公差配套使用。 質(zhì)量公差代號用字母“MT”（Mass Tolerances的縮寫）表示。質(zhì)量公差等級和尺寸公差等級相對應(yīng)，由精到粗也分為16級，從MT1MT16。第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù)第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計

9、參數(shù)三、機(jī)械加工余量 鑄件為保證其加工面尺寸和零件精度，應(yīng)有加工余量，即在鑄件工藝設(shè)計時預(yù)先增加的，而后在機(jī)械加工是又被切去的金屬層厚度，稱為機(jī)械加工余量，簡稱加工余量。 加工余量過大，浪費(fèi)金屬和加工工時 過小，降低刀具壽命，不能完全去除鑄件表面缺陷，缺陷甚至露出鑄件表皮，達(dá)不到設(shè)計要求。 影響加工余量大小的主要因素有：鑄造合金種類、鑄造工藝方法、生產(chǎn)批量、設(shè)備及工裝的水平等與鑄件尺寸精度有關(guān)的因素；加工表面所處的澆注位置(頂、底、側(cè)面)；鑄件基本尺寸的大小和結(jié)構(gòu)等。第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù) GBT11350-89標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了加工余量的數(shù)值、確定方法、檢驗及評定規(guī)則，并與GB6414鑄件尺寸公差

10、配套使用。加工余量的代號用字母MA(Machining Allowances)表示。加工余量等級由精到粗分為A、B、C、D、E、F、G、H和J 9個等級。當(dāng)鑄件尺寸公差等級和加工余量等級確定后，加工余量的數(shù)值應(yīng)按有加工要求的表面上最大基本尺寸和該表面距它的加工基準(zhǔn)間尺寸二者中較大的尺寸，從表3-33中選取。對單件小批生產(chǎn)的鑄件，不同的加工表面也允許采用相同的加工余量數(shù)值。加工余量的等級可依表3-3-4和表3-3-5的規(guī)定選用。此外，相對于澆注位置鑄件頂面的加工余量應(yīng)比底面、側(cè)面的加工余量降一級選用。第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù)第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù) 標(biāo)注方法：加工余量按GBT11350CTXXM

11、AXX級。 選取加工余量的圖例見表3-3-6插圖，零件材質(zhì)為灰鑄鐵，手工造型，大批生產(chǎn)，尺寸公為CT13級。選取結(jié)果如表3-3-6所示。第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù) 第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù) 鑄造收縮率受許多因素的影響 合金的種類及成分 鑄件冷卻 收縮時受到阻力的大小冷卻條件的差異第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù) 五、起模斜度 為了方便起模，在模樣、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免損壞砂型或砂芯。這個斜度，稱為起模斜度。第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù) 在鑄件加工面上采用 增加鑄件尺寸法 在鑄件不與其它零件配合的非加工面上采用 增加鑄件尺寸法 增加和減少鑄件尺寸法 減少鑄件尺寸法 在鑄件與其它零件配合的非加工面上

12、采用 增加和減少鑄件尺寸法 減少鑄件尺寸法第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù)六、最小鑄出孔及槽 零件上的孔、槽、臺階等，究竟是鑄出來好，還是靠機(jī)械加工出來好，這應(yīng)從品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)角度等方面全面考慮。一般說來，較大的孔、槽等，應(yīng)鑄出來，以便節(jié)約金屬和加工工時，同時還可以避免鑄件局部過厚所造成的熱節(jié)，提高鑄件質(zhì)量。較小的孔、槽，或者鑄件壁很厚，則不宜鑄出孔，直接依靠加工反而方便。有些特殊要求的孔，如彎曲孔，無法實(shí)行機(jī)械加工，則一定要鑄出?？捎勉@頭加工的受制孔(有中心線位置精度要求)最好不鑄，鑄出后很難保證鑄孔中心位置準(zhǔn)確，再用鉆頭擴(kuò)孔也無法糾正中心位置。第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù)七、工藝補(bǔ)正量 在單件、小批量生產(chǎn)

13、中，由于選用的收縮率與鑄件的實(shí)際收縮率不符，或由于鑄件產(chǎn)生了變形、操作中的不可避免的誤差（如工藝上允許的錯型偏差、偏芯誤差）等原因，使得加工后的鑄件某些部分的厚度小于圖樣要求尺寸，嚴(yán)重時會因強(qiáng)度太弱而報廢。因工藝需要在鑄件相應(yīng)非加工面上增加的金屬層厚度稱為工藝補(bǔ)正量。 工藝補(bǔ)正量可粗略地按下述經(jīng)驗公式來確定 式中 e-工藝補(bǔ)正量 L-加工面到加工基準(zhǔn)面的距離第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù) 由于單件生產(chǎn)不能在取得該產(chǎn)品的經(jīng)驗數(shù)據(jù)后再設(shè)計,為了確保鑄件成品而采用工藝補(bǔ)正量。對于成批、大量生產(chǎn)的鑄件或永久性產(chǎn)品，不應(yīng)使用工藝補(bǔ)正量，而應(yīng)修改模具尺寸。第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù)八、分型負(fù)數(shù) 為了保證鑄件尺寸精

14、確，在擬定工藝時，為抵消鑄件在分型面部位的增厚（垂直于分型面的方向），在模樣上相應(yīng)減去的尺寸，稱為分型負(fù)數(shù)。 分型負(fù)數(shù)的大小和砂箱尺寸、鑄件大小有關(guān)。一般大件，起模后分型面容易損壞，修型烘干后變形量大，所以合型時墊的石棉繩等也厚度大些，故分型負(fù)數(shù)也應(yīng)增大。此外，還和工廠習(xí)慣，墊用材料有關(guān)。一般在0.56mm之間。第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù)九、反變形量 為了解決撓曲變形問題，在制造模洋時，按鑄件可能產(chǎn)生變形的相反方向作出反變形模樣，使鑄件冷卻后變形的結(jié)果正好將反變形抵消，得到符合設(shè)計要求的鑄件。這種在模樣上作出的預(yù)變形量稱為反變形量（又稱反撓度、反彎勢、假曲率）。 影響鑄件變形的因素很多，例如合金

15、性能、鑄件結(jié)構(gòu)和尺寸大小、澆冒口系統(tǒng)的布局、澆注溫度、速度、打箱清理溫度、造型方法、砂型剛度等等。 判明鑄件的變形方向 鑄件冷卻緩慢的一側(cè)必定受拉應(yīng)力而產(chǎn)生內(nèi)凹變形；冷卻較快的一側(cè)必定受壓應(yīng)力而發(fā)生外凸變型。第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù) 以下鑄件，如大的床身類、平臺類、大型鑄鋼箱體類、細(xì)長的紡織零件(如龍肋、胸梁等)多使用反變形量。第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù)十、砂芯負(fù)數(shù)（砂芯減量） 為了保證鑄件尺寸準(zhǔn)確，將芯盒的長、寬尺寸減去一定量，這個被減去的尺寸稱為砂芯負(fù)數(shù)。 砂芯負(fù)數(shù)只應(yīng)用于大型粘土砂芯，其數(shù)值依工廠實(shí)際經(jīng)驗確定。第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù)十一、非加工壁厚的負(fù)余量 在手工粘土砂造型、制芯過程中，為了取出木模（如芯盒中的肋板），要進(jìn)行敲模，木模受潮時將發(fā)生膨脹，這些情況均會使型腔尺寸擴(kuò)大，從而造成非加工壁厚的增加，使鑄件尺寸和重量超過公差要求。為了保證鑄件尺寸的準(zhǔn)確性，凡形成非加工壁厚的木模或芯盒內(nèi)的肋板厚度尺寸應(yīng)該減小，即小于圖樣尺寸。所