鑄造工藝學(xué)第6章課件

1、第6章 鑄造工藝參數(shù)及砂芯設(shè)計 鑄造工藝參數(shù)指鑄造工藝設(shè)計時需要確定的工藝數(shù)據(jù)。準(zhǔn)確、恰當(dāng)?shù)剡x擇鑄造工藝參數(shù)，可以保證鑄件尺寸及形狀準(zhǔn)確，生產(chǎn)效率提高，生產(chǎn)成本降低。1.鑄件尺寸公差 鑄件尺寸公差是指鑄件各部分尺寸所允許的極限偏差，鑄件生產(chǎn)過程中的很多因素都會影響鑄件尺寸公差，同時鑄件尺寸公差在一定范圍內(nèi)會對鑄件生產(chǎn)成本產(chǎn)生極大影響，因此必須采用科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)來協(xié)調(diào)供需雙方的要求。 我國的鑄件尺寸公差標(biāo)準(zhǔn)GB641486鑄件尺寸公差等效采用ISO80621984鑄件尺寸公差制。這是鑄造工藝設(shè)計和檢驗鑄件尺寸的依據(jù)，其中具體規(guī)定了砂型鑄造、金屬型鑄造、低壓鑄造、壓力鑄造、熔模鑄造等方法生產(chǎn)的各種鑄造

2、金屬及合金的鑄件尺寸公差，包括鑄件基本尺寸公差值、錯箱值。所規(guī)定的公差是正常生產(chǎn)條件下通常能達(dá)到的公差，由精到粗分為16級，命名為CT1到CT16。第一節(jié) 鑄造工藝參數(shù)2.鑄件重量公差 鑄件重量公差指以占鑄件公稱重量的百分率為單位的鑄件重量變動的允許值，其中鑄件公稱重量包括機(jī)械加工余量和其它工藝余量，作為衡量被檢驗鑄件輕重的基準(zhǔn)重量。GB/T 11351- 89標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了鑄件重量公差的數(shù)值、確定方法及檢驗規(guī)則。 鑄件重量公差的代號用字母MT表示。共分16級，MT1至MT16。重量公差數(shù)值詳見國家標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：成批和大量生產(chǎn)時，從供需雙方共同認(rèn)定的首批合格鑄件中隨機(jī)抽取不少于10件的鑄件，以

3、實稱重量的平均值作為公稱重量。小批和單件生產(chǎn)時，以計算重量或供需雙方共同認(rèn)定的任一個合格鑄件的實稱重量作為公稱重量。重量公差應(yīng)與尺寸公差對應(yīng)選取。3.機(jī)械加工余量 為了保證零件加工面尺寸和精度，在鑄造工藝設(shè)計時，將加工表面上留出的、準(zhǔn)備切去的金屬層厚度，稱為機(jī)械加工余量。 加工余量過大，浪費金屬和機(jī)械加工工時，增加鑄件和零件成本；過小，則不能完全除去鑄件表面的缺陷，甚至露出鑄件表皮，達(dá)不到零件要求。 影響機(jī)械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)備與工裝的水平、加工表面所處的澆注位置(頂面、側(cè)面、底面)、鑄件基本尺寸的大小和結(jié)構(gòu)等。4.鑄造收縮率 金屬在凝固過程中有

4、液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮，其中液態(tài)收縮和凝固收縮的結(jié)果，使鑄件最后凝固的部位產(chǎn)生縮孔、縮松，為消除縮孔、縮松，獲取組織致密的鑄件，可以采取工藝措施進(jìn)行補縮。固態(tài)收縮的結(jié)果，使鑄件長度方向尺寸變短，其變短的量即為線收縮量。為了獲取尺寸符合要求的鑄件，常在制作模樣或芯盒時將線收縮量加上，以保證固態(tài)收縮后鑄件尺寸符合要求。鑄造收縮率（生產(chǎn)中稱縮尺）可用下式表達(dá)： 式中，LM為模樣(或芯盒)工作面的尺寸；LJ為鑄件尺寸。 鑄造收縮率與合金的種類及成分、鑄件冷卻收縮時受到阻力的大小、冷卻條件的差異等因素有關(guān)，因此，要十分準(zhǔn)確地給出鑄造收縮率是很困難的。 對于大量生產(chǎn)的鑄件，一般應(yīng)在試生產(chǎn)過程中，測定

5、鑄件各部位的實際收縮率，反復(fù)修改木模，直至鑄件尺寸符合鑄件圖紙要求。然后再依實際鑄造收縮率設(shè)計制造金屬模。對于單件、小批生產(chǎn)的大型鑄件，鑄造收縮率的選取必須有豐富的經(jīng)驗，同時要結(jié)合使用工藝補正量，適當(dāng)放大加工余量等措施來保證鑄件尺寸達(dá)到合格。5.起模斜度 為了方便起出模樣或取出砂芯，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，稱為起模斜度或拔模斜度。 起模斜度應(yīng)在鑄件上沒有結(jié)構(gòu)斜度的、垂直于分型面(分盒面)的表面上應(yīng)用。其大小應(yīng)依模樣的拔模高度、表面粗糙度以及造型(芯)方法而定。 關(guān)于起模斜度的大小的具體數(shù)值詳見JB/T5015-91中的規(guī)定，數(shù)據(jù)可參照表6-11。對于起

6、模困難的模樣，允許采用較大的起模斜度，但不得超過表6-11中數(shù)值的一倍。芯盒的起模斜度可參照表6-11。 起模斜度的形式見圖6-4。原則上，在鑄件上加放起模斜度不應(yīng)超出鑄件的壁厚公差。6.最小鑄出孔及槽 機(jī)械零件上的孔、槽和臺階一般應(yīng)盡可能鑄造出來，這樣既可節(jié)約金屬、減少機(jī)械加工的工作量、降低成本，又可使鑄件的壁厚比較均勻，減少形成縮孔、縮松等鑄造缺陷的傾向，提高鑄件質(zhì)量。 最小鑄出孔或槽的尺寸與鑄件的生產(chǎn)產(chǎn)量、合金種類、鑄件大小、孔或槽處鑄件的壁厚、孔的長度及直徑等有關(guān)。鑄鐵件、非鐵合金鑄件和鑄鋼件的最小鑄出孔或槽的尺寸可分別參考表6-12和表6-13。 7.工藝補正量 在單件、小批生產(chǎn)中，

7、由于選用的縮尺與鑄件的實際收縮率不符，或由于鑄件產(chǎn)生了變形、操作中的不可避免的誤差(如工藝上允許的錯箱偏差、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紙要求尺寸，嚴(yán)重時會因強度太弱而報廢。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正量。為了防止由于鑄造收縮率估計不準(zhǔn)而削弱零件強度應(yīng)采用工藝補正量，應(yīng)用實例如圖6-5所示。 8.分型負(fù)數(shù) 砂型鑄造時，由于起模后的修型和烘干過程中砂型的變形，引起分型面凹凸不平，合型時，上下兩個砂型之間不能緊密接觸，為了防止?jié)沧r分型面跑鐵液，合型時往往要在下箱分型面上墊石棉繩或耐火泥條，這樣在分型面處明顯地增大了鑄件垂直于分型面方向的尺寸

8、。為了保證鑄件尺寸精確，在擬訂工藝參數(shù)時，為抵消鑄件在分型面部位的增厚，在模樣上相應(yīng)減去的尺寸，稱為分型負(fù)數(shù)。根據(jù)鑄造條件，分型負(fù)數(shù)的選用方法可參照圖6-6。 確定分型負(fù)數(shù)，應(yīng)注意下述幾點： 1)若模樣分成對稱的上、下兩半，則上、下半模樣各取分型負(fù)數(shù)的一半。 2)多箱造型時，每個分型面都要放分型負(fù)數(shù)。 3)自硬砂型和濕型一般不放分型負(fù)數(shù)，但砂型平面大于1.5m2時，也放分型負(fù)數(shù)。 4)在分型面上的砂芯間隙不能比分型負(fù)數(shù)小。9.反變形量 鑄件壁厚不均勻，或由于結(jié)構(gòu)原因各部位收縮受阻的情形差別很大，鑄件可能產(chǎn)生撓曲變形。制造模樣時，可按鑄件可能產(chǎn)生變形的相反方向作出反變形量，或在各部位采用不同的縮

9、尺，使鑄件在冷卻后變形的結(jié)果正好將反變形抵消，得到尺寸符合要求的鑄件。這種在制造模樣時預(yù)先做出的變形量稱為反變形量。 影響鑄件變形的因素很多，例如合金性能、鑄件結(jié)構(gòu)和尺寸、澆冒口系統(tǒng)的布局、澆注溫度和速度、打箱時間、造型方法、砂型剛度等等。 圖6-7所示，兩種不同截面尺寸的T字形梁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)力而產(chǎn)生外凸變形。10.工藝筋 為了防止鑄件產(chǎn)生熱裂和變形，通常所采取的措施是使用工藝?yán)撸ㄓ袝r也和冷鐵配合使用），又稱鑄筋，可分為兩種： 一種稱割筋(也稱收縮筋)，用于防止鑄件熱裂，割筋通常要求在清理時去除，只有在不影響鑄件使用時才允許保留在鑄件上

10、。 另一種稱拉筋(亦稱加強筋)，防止鑄件變形，而拉筋一般應(yīng)在鑄件熱處理之后去除。 易產(chǎn)生熱裂的鑄件典型結(jié)構(gòu)如圖6-8所示。斷面呈U、V形或半圓環(huán)形的鑄件，鑄出后經(jīng)常發(fā)現(xiàn)變形，其結(jié)果使開口尺寸增大。為了防止這類鑄件的變形，常設(shè)置拉筋，如圖6-9所示。11.砂芯負(fù)數(shù) 大型粘土砂芯，在舂砂力的作用下芯盒向四周漲開、刷涂料以及烘干都會使砂芯發(fā)生變形，使砂芯四周尺寸增大。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)(或稱為砂芯減量)。12.非加工壁厚的負(fù)余量 在手工造型和制芯時，為了起模和出芯方便，需要震動模樣和芯盒內(nèi)的肋板，以及由于木模和肋板吸潮而引起的膨脹，這些都

11、會造成鑄件非加工壁的厚度增加，致使鑄件尺寸超差和重量超重。為了保證鑄件尺寸準(zhǔn)確，對形成鑄件非加工面壁厚的木質(zhì)模樣、肋板的尺寸應(yīng)予以減小，即小于圖紙上尺寸，所減少的尺寸稱為非加工壁厚的負(fù)余量。在確定鑄件線收縮率時，如果已經(jīng)考慮了負(fù)余量的因素，就不用另作考慮了。13.分芯負(fù)數(shù) 對于分段制造的長砂芯或分開制造的大砂芯，在接縫處應(yīng)留出分芯間隙量，即在砂芯的分開面處，將砂芯尺寸減去間隙尺寸，被減去的尺寸，稱為分芯負(fù)數(shù)。分芯負(fù)數(shù)是為了砂芯拼合及下芯方便而采用的。不留分芯負(fù)數(shù)，就必須用手工磨出間隙量，這將延長工時并惡化勞動條件。分芯負(fù)數(shù)可以留在相鄰的兩個砂芯上，每個砂芯各留一半；也可留在指定的一側(cè)的砂芯上。

12、根據(jù)砂芯接合面的大小一般留l3mm。分芯負(fù)數(shù)多用于手工造芯的大砂芯。第二節(jié) 砂芯設(shè)計 砂芯的功用是形成鑄件的內(nèi)腔、孔及鑄件外形不能出砂的部位。砂型局部要求特殊性能的部分，有時也用砂芯。 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)符合鑄件的要求；具有足夠的強度和剛度；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?。蝗菀浊迳?。 砂芯設(shè)計的內(nèi)容主要包括：砂芯類型的選擇，確定砂芯的形狀和個數(shù)(砂芯分塊)及下芯順序；芯頭的尺寸及結(jié)構(gòu)；砂芯的通氣和強度等。1.砂芯分類 砂芯的分類方法很多，通常有下述幾種分類方法。按體積大小分類，分為小、中、大砂芯；按干濕程度分類，可分為濕芯

13、和干芯；按粘結(jié)劑分類，可分為粘土砂芯、水玻璃砂芯、水泥砂芯、油脂砂芯、樹脂砂芯等；按制芯工藝分類，可分為常規(guī)砂芯、自硬砂芯、熱芯盒砂芯、冷芯盒砂芯、殼芯等。此外，按復(fù)雜程度，砂芯可分為以下5級：級砂芯：形狀復(fù)雜，斷面細(xì)薄，澆注后大部分被液體金屬包圍，在鑄件里構(gòu)成為各種小通道。級砂芯：形狀較復(fù)雜，主體部分?jǐn)嗝嫔院瘢休^細(xì)的凸緣、棱角或筋片。級砂芯：一般復(fù)雜程度，沒有特殊細(xì)薄面，用來形成重要的不加工表面的各種砂芯。級砂芯：一般復(fù)雜程度和不復(fù)雜的外廓砂芯，構(gòu)成機(jī)械加工的內(nèi)腔，同時對表面粗糙度要求不高的砂芯；要求其濕強度高，退讓性好，具有一定的干強度和透氣性。級砂芯：大型砂芯，構(gòu)成大型鑄件的內(nèi)腔，對

14、砂芯的要求同級砂芯。實際中常用于大型機(jī)床的底座砂芯等。2.砂芯設(shè)計的基本原則1.盡量減少砂芯數(shù)目為了減少制造工時，降低鑄件成本和提高其尺寸精度，對于不太復(fù)雜的鑄件，應(yīng)用砂胎或吊砂?？杀M量減少砂芯數(shù)目。圖6-10為12vB柴油機(jī)曲軸定位套的機(jī)器造型方案，用砂胎取代砂芯。 2. 可分塊制造復(fù)雜砂芯 復(fù)雜砂芯可分塊制造，例如：圖6-12中的加熱爐砂封槽砂芯，因尺寸太大，制芯和下芯操作困難而分三塊制造；圖6-13中的砂芯是為了操作方便而分塊制造。 3.保證鑄件內(nèi)腔尺寸精度和壁厚均勻 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。4. 選擇合適的砂芯形狀砂芯形

15、狀的選擇，應(yīng)使芯盒有寬敞的搗砂面，便于填砂、舂砂、安放芯骨和設(shè)置排氣等，特別注意要避免在填砂面上裝活塊，否則將影響砂芯尺寸精度。5. 砂芯烘干支撐面最好是平面砂芯烘干支撐面最好是平面對于需要烘干硬化的砂芯尤其重要。例如圖6-17a所示，從分型面處分成兩半砂芯，可以放在烘干板上烘干，烘干后再粘合在一起。圖6-17b用濕砂支撐烘干，尺寸不精確，操作也不方便。 6. 砂芯的分盒面應(yīng)盡量與砂型的分型面一致起芯與起模斜度的大小與方向應(yīng)盡量一致，以保證由砂芯和砂型之間所形成的壁厚均勻，減少披縫，同時也有利于砂芯中氣體的排出。圖6-18中的閥蓋砂芯，由于采用了與分型面一致的分盒面，每個砂芯的填砂面都較大，支

16、撐面是平面，排氣方便。3.砂芯的固定和定位 1.砂芯的固定 砂芯一般用芯頭、芯撐或鐵絲來固定。依據(jù)砂芯在鑄型中的放置位置，芯頭可分為垂直芯頭和水平芯頭兩大類。 垂直芯頭的固定方式如表6-14所示。對于只做上芯頭而無其它芯頭的砂芯，可以采取加長上芯頭、預(yù)埋砂芯、吊芯、使用蓋板砂芯和芯撐等措施處理。 具有兩個以上水平芯頭的砂芯在砂型中最穩(wěn)固，對于不穩(wěn)固的或易發(fā)生傾斜、轉(zhuǎn)動的砂芯，要采取措施使之穩(wěn)固，常用的措施見圖6-19所示。 2.芯頭的定位 砂芯不僅要求安放穩(wěn)固，同時要求定位準(zhǔn)確，不允許砂芯發(fā)生移動或轉(zhuǎn)動。對于同一鑄造工藝中，砂芯形狀相似、芯頭形狀和尺寸相同時，為了避免生產(chǎn)中產(chǎn)生錯放或誤放現(xiàn)象，

17、必須采用定位芯頭設(shè)計。定位芯頭通常分為以下三種形式： （1）垂直定位芯頭垂直定位芯頭的定位形式、用途和適用范圍如表6-15所示。 （2）水平定位芯頭 水平定位芯頭的定位形式、用途和適用范圍如表6-16所示。4.芯頭尺寸設(shè)計 芯頭是指砂芯的外伸部分，不形成鑄件的輪廓。芯頭是砂芯的重要組成部分，其作用是：使砂芯在鑄型中有準(zhǔn)確的定位；承受砂芯本身重力及澆注時液體金屬對砂芯的浮力；澆注后砂芯所產(chǎn)生的氣體，通過芯頭排至鑄型以外。 芯頭的尺寸與所采用的鑄造工藝有關(guān)，一般決定于鑄件相應(yīng)部位孔、槽的尺寸，在設(shè)計芯頭時，應(yīng)考慮下芯、合箱方便，上下芯頭及芯號容易識別，間隙合理，搬運方便，重心平穩(wěn)。因此芯頭的尺寸、

18、斜度和間隙可根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗確定。一般來說，上芯頭的高度比下芯頭小，上芯頭的斜度比下芯頭大。1. 垂直芯頭的尺寸和間隙直立放置在砂型中的芯頭稱為垂直芯頭，其結(jié)構(gòu)見圖6-20。 (1) 芯頭的高度上下對稱的垂直砂芯，上下芯頭可采用相同的高度，尤其在大量生產(chǎn)中，不必區(qū)分上芯頭與下芯頭，方便下芯。在單件小批生產(chǎn)中，上芯頭可采用不同高度。芯頭高度見表6-17。決定芯頭高度時，下述經(jīng)驗值得借鑒：對于細(xì)而高的砂芯，上下都有芯頭，且下芯頭比上芯頭適當(dāng)取高些。 對于粗而短的砂芯，可不用上芯頭，下芯頭也可做得短一些，這對造型、合箱都方便。 (2) 芯頭的斜度為了下芯準(zhǔn)確、方便，避免碰壞砂芯，在垂直芯頭和芯座(鑄型上

19、的)部位必須設(shè)有斜度。為避免合箱時上芯頭和鑄型相碰，上芯頭和上芯座的斜度應(yīng)大些。垂直芯頭的斜度見表6-18。 (3) 芯頭的間隙為了下芯方便，通常在芯頭和芯座之間留有間隙。間隙的大小與砂芯的大小、精度及芯座本身的精度等因素有關(guān)。機(jī)器造型、造芯時，間隙一般較小，而手工造型、造芯時則間隙較大。垂直芯頭間隙如表6-19所示。2.水平芯頭的尺寸和間隙（1）水平芯頭類型一般情況下，具有兩個以上水平芯頭的砂芯在砂型中可以穩(wěn)固的。有些砂芯只有一個水平芯頭，對這種不穩(wěn)定砂芯，設(shè)計水平芯頭時應(yīng)采取必要的措施：1）獨臂芯頭2）挑擔(dān)芯頭3）爬芯頭（2）水平芯頭的斜度和間隙水平芯頭的端面一般不留斜度，而芯座（模樣上的

20、芯頭）端面必須留有斜度，并且上型斜度比下型大些。水平芯頭和芯座之間要留有間隙，以使下芯、合箱方便。其尺寸可參考表6-21。3.壓緊環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽濕型鑄造時，為防止液體金屬沿間隙鉆入芯頭，堵塞通氣孔而在上芯座上形成的凸起砂環(huán)，稱為壓緊環(huán)。合箱后它能把砂芯壓緊，這種方法適用于機(jī)器造型。4.定位芯頭 有的砂芯有定位要求，如不允許砂芯在型內(nèi)繞軸線轉(zhuǎn)動、軸向移動，或下芯時容易搞錯方位，這時就應(yīng)采用定位芯頭。定位芯頭的結(jié)構(gòu)可自行設(shè)計，參見圖6-27。5.芯撐和芯骨 1芯撐砂芯在鑄型中主要靠芯頭固牢，但有時無法設(shè)置芯頭或只靠芯頭仍難以穩(wěn)固，此時常采用芯撐來穩(wěn)固砂芯，起輔助支撐作用。使用芯撐時應(yīng)注意：（1）芯撐材料的熔點應(yīng)該比鑄件材質(zhì)的熔點高，至少相同。因此，對于鑄鐵件用低碳鋼或鑄鐵芯撐；有色金屬鑄件用與鑄件相同的合金材料做芯撐。（2）金屬液體末凝固之前，芯撐應(yīng)有足夠的強度，不得過早熔化而喪失支撐作用；在鑄件凝固過程中，芯撐須與鑄件很好地焊合。因此芯撐的重量不能過小或過大。（3）芯撐表面最好鍍錫。使用時，芯撐表面應(yīng)無銹、無油、無水汽。同時芯撐在放入鑄型之后，要盡快澆注，特別是濕型，以免芯撐表面因凝聚水汽而引起氣孔及焊合不良。（4）應(yīng)盡量將芯撐放置在鑄件的非加工面上或不重要