鑄件結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計(jì)(材料成型工藝基礎(chǔ))

1、第四章鑄件構(gòu)造與工藝設(shè)計(jì)鑄件構(gòu)造設(shè)計(jì)砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)鑄造工藝設(shè)計(jì)實(shí)例.第一節(jié) 鑄件構(gòu)造設(shè)計(jì)鑄件構(gòu)造不僅會(huì)直接影響到鑄件的力學(xué)性能、尺寸精度、分量要求和其它運(yùn)用性能，同時(shí)，對(duì)鑄造消費(fèi)過(guò)程也有很大影響。所謂鑄造工藝性良好的鑄件構(gòu)造，應(yīng)該是鑄件的運(yùn)用性能容易保證，消費(fèi)過(guò)程及所運(yùn)用的工藝配備簡(jiǎn)單，消費(fèi)本錢低。鑄件構(gòu)造要素與鑄造合金的種類、鑄件的大小、鑄造方法及消費(fèi)條件親密相關(guān)。.一、鑄件壁厚的設(shè)計(jì)在確定鑄件壁厚時(shí)，首先要保證鑄件到達(dá)所要求的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)還必需從合金的鑄造性能的可行性來(lái)思索，以防止鑄件產(chǎn)生某些鑄造缺陷。.1合理設(shè)計(jì)鑄件壁厚鑄件的最小壁厚在各種工藝條件下，鑄造合金能充溢型腔的最小厚度，

2、稱為鑄件的最小壁厚。鑄件的最小壁厚主要取決于合金種類、鑄件大小及外形等要素。鑄件的臨界壁厚在鑄造厚壁鑄件時(shí)，容易產(chǎn)生縮孔、縮松、結(jié)晶組織粗大等缺陷，從而使鑄件的力學(xué)性能下降。各種鑄造合金都存在一個(gè)臨界壁厚。在最小壁厚和臨界壁厚之間就是適宜的鑄件壁厚。在砂型鑄造條件下，各種鑄造合金的臨界壁厚約等于其最小壁厚的三倍。.砂型鑄造條件下幾種合金鑄件的最小壁厚鑄件尺寸/mmmm鑄鋼灰口鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵鋁合金銅合金 20020085 66533 5200200 50050010 1261012846 850050015 2015 2015 2010 12610 12.2鑄件壁厚應(yīng)均勻、防止厚大截面鑄件

3、壁過(guò)厚容易使鑄件內(nèi)部晶粒粗大，并產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷，應(yīng)盡量減小鑄件壁厚并使其均勻。.二、鑄件壁的銜接鑄件的構(gòu)造圓角防止銳角銜接厚壁與薄壁間的聯(lián)接要逐漸過(guò)渡緩解收縮應(yīng)力如減緩肋、輻收縮的妨礙防止過(guò)大程度面的設(shè)計(jì).不同轉(zhuǎn)角處的熱節(jié).銳角的銜接.輪輻的設(shè)計(jì).肋的幾種布置方式a)不合理；b)合理.薄壁罩殼構(gòu)造a)薄壁程度面；b)薄壁斜面.三、鑄件外形的設(shè)計(jì)鑄件的外形應(yīng)便于起模，簡(jiǎn)化外型工藝。零件上的凸臺(tái)、筋、凹面、外圓角等構(gòu)造經(jīng)常直接影響鑄件的起模。在能夠的情況下，應(yīng)給鑄件的非加工外表設(shè)計(jì)構(gòu)造斜度，便于起模。普通鑄件高度愈小，斜度愈大，通常在13范圍內(nèi)。.合理布置加強(qiáng)筋.防止活塊 簡(jiǎn)化操作.四、鑄件

4、內(nèi)腔的設(shè)計(jì)良好的內(nèi)腔設(shè)計(jì)，既可減少型芯數(shù)量，又利于型芯的固定、排氣和清理，因此可防止偏芯、氣孔等缺陷的產(chǎn)生，并簡(jiǎn)化外型工藝，降低本錢。.1.減少型芯數(shù)量，防止不用要的型芯懸壁支架.內(nèi)腔的兩種設(shè)計(jì).2.便于型芯的固定、排氣和鑄件的清理軸承架鑄件的構(gòu)造改良.水套鑄件的構(gòu)造改良.五、鑄件構(gòu)造設(shè)計(jì)應(yīng)思索的其它要素鑄件構(gòu)造應(yīng)思索成形工藝的特殊性壓鑄件的設(shè)計(jì)：應(yīng)盡量消除側(cè)凹和深腔，在無(wú)法防止時(shí)，至少應(yīng)便于抽芯，以便壓鑄件能從鑄型中順利取出。熔模鑄件的設(shè)計(jì)：為便于浸漬涂料和撤砂，孔、槽不宜過(guò)小或過(guò)深。熔模鑄件應(yīng)盡量防止有大平面，為防止變形，可在大平面上設(shè)工藝孔或工藝?yán)?，以添加型殼剛度?壓鑄便于取出鑄件的設(shè)

5、計(jì).熔模鑄件平面上的工藝孔和工藝?yán)?2.鑄件的組合設(shè)計(jì)鑄鋼底座的鑄焊因工藝的局限而無(wú)法整鑄的構(gòu)造，應(yīng)采用組合設(shè)計(jì)。.組合床身鑄件. a)砂型鑄件改為b)組合壓鑄件.第二節(jié) 砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)砂型鑄造工藝詳細(xì)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：選擇鑄件的澆注位置和分型面；確定工藝參數(shù)(機(jī)械加工余量、起模斜度、鑄造圓角、收縮量等)；確定型芯的數(shù)量、芯頭外形及尺寸；確定澆冒口、冷鐵等的外形、尺寸及在鑄型中的布置等。然后將工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容(工藝方案)用工藝符號(hào)或文字在零件圖上表示出來(lái)，即構(gòu)成了鑄造工藝圖。.襯套零件的鑄造工藝圖.繪制的圖樣A.鑄造工藝圖： 利用各種的工藝符號(hào)，把制造模型和鑄型所需的資料直接繪在零件圖上所得到的圖

6、樣。 即表示鑄型澆注位置、分型面、澆冒口系統(tǒng)、工藝參數(shù)、型芯構(gòu)造尺寸、控制凝固措施等的圖樣。.B. 鑄件圖：又稱毛坯圖 是反映鑄件實(shí)踐外形、尺寸和技術(shù)要求的圖樣，也是鑄造消費(fèi)、鑄件檢驗(yàn)與驗(yàn)收的主要根據(jù)。C.鑄型裝配圖: 表示合型后鑄型各組元之間裝配關(guān)系的工藝圖。 包括：澆注位置、型芯、澆冒口系統(tǒng)和冷鐵布置及砂箱構(gòu)造和尺寸等。.一 澆注位置與分型面的選擇1.澆注位置的選擇澆注時(shí)鑄件在鑄型中所處的空間位置，稱為鑄件的澆注位置。鑄件的重要加工面或主要任務(wù)面應(yīng)處于底面或側(cè)面，以防止出現(xiàn)氣孔、砂眼、縮孔、縮松等鑄造缺陷。如錐齒輪鑄件，其輪齒部位是重要加工面和主要任務(wù)面，應(yīng)朝下。 .鑄件的大平面應(yīng)盡能夠朝

7、下或采用傾斜澆注以防止產(chǎn)生夾砂、夾渣、氣孔等缺陷。.鑄件的薄壁部分應(yīng)放在鑄型的下部或側(cè)面以免產(chǎn)生澆不到、冷隔等鑄造缺陷。.對(duì)于收縮大的鑄件，為利于設(shè)置冒口進(jìn)展補(bǔ)縮，厚實(shí)部位應(yīng)置于上方。在這種情況下，能夠會(huì)使重要加工面或主要任務(wù)面朝上。經(jīng)過(guò)加大加工余量來(lái)保證質(zhì)量。.2.分型面的選擇分型面應(yīng)選擇在最大截面處，保證模型能順利從鑄型中取出.應(yīng)盡量使鑄件的全部或大部置于同一砂箱，以保證鑄件的尺寸精度鑄件的機(jī)加工面和基準(zhǔn)面應(yīng)盡量放在同一砂箱中。即鑄件上的機(jī)械加工面以及機(jī)械加工和尺寸檢查時(shí)用于定位和裝夾基準(zhǔn)的外表應(yīng)盡量放在同一砂箱中，以保證鑄件的加工精度。鑄件加工時(shí)，以四方頭中心線為定位基準(zhǔn)，加工外螺紋管子

8、堵頭分型方案.應(yīng)盡量減少分型面數(shù)量，并力求采用平面作為分型面以減少砂箱數(shù)，簡(jiǎn)化外型工藝。上下彎曲件分型方案繩輪件分型方案.盡量使型腔、主要型芯應(yīng)盡量放在下半鑄型中以利于下芯、合型和檢查型腔尺寸。機(jī)床支柱分型方案方案II的型腔及型芯大部分位于下箱，上型腔淺，且外形簡(jiǎn)單，有利于合箱。因此，方案II合理。.二 鑄造工藝參數(shù)的選定鑒于機(jī)械加工和鑄造工藝的需求，對(duì)零件和工裝的尺寸應(yīng)作必要的改動(dòng)。鑄造工藝參數(shù)鑄件尺寸公差收縮率起模斜度芯頭和芯座機(jī)械加工余量. 1.鑄件尺寸公差 即允許的鑄件尺寸變動(dòng)量。 尺寸精度從CT1CT16，分為16個(gè)等級(jí)， CT1精度最高。 普通：用粘土砂手工外型時(shí)， 單件、小批量消

9、費(fèi)為CT13 CT15級(jí)； 大批量為CT11CT14級(jí)。.2.機(jī)械加工余量(RMA)在鑄件加工外表上留出的、預(yù)備切削去除的金屬層厚度，稱為機(jī)械加工余量。機(jī)械加工余量過(guò)大：切削加工任務(wù)量大，浪費(fèi)金屬資料；過(guò)?。阂资沽慵?bào)廢。等級(jí)：分為10級(jí)：A、B、J、K級(jí)，加工余量值依次增大。(上面?zhèn)让娴酌?影響要素：合金種類、鑄件的尺寸大小、消費(fèi)批量、消費(fèi)方法、加工面與基準(zhǔn)面間隔等。.3.鑄件線收縮率 (1)定義： 指鑄件從線收縮開(kāi)場(chǎng)溫度冷卻至室溫時(shí)，線尺寸的相對(duì)收縮量。 (2選取：大件、重要件不同部位可選取不同的收縮率；普通件可選取同一收縮率。 .4. 起模斜度(1定義：為了起模方便，在平行于起模方向的側(cè)

10、壁 加放的一定斜度。(2選?。簩?duì)同一件，盡能夠選用同一同模斜度； 立壁愈高，斜度應(yīng)越小； 內(nèi)壁的斜度值應(yīng)大于外壁； 機(jī)器外型比手工外型斜度??； 金屬模比木模斜度小。.(3方式：a添加壁厚；b加減壁厚；c減少壁厚。 .5.最小鑄出孔與槽(1)不鑄出： 鑄件較小的孔、槽，尤其是位置精度要求高的孔、槽不用鑄出。 單件小批：直徑或邊長(zhǎng) 30不鑄； 大批：直徑或邊長(zhǎng)4的深孔均不鑄。(2)鑄出：不需加工的孔、槽，普通要鑄出。查表.6. 芯頭和芯座1芯頭：砂芯伸出鑄件外面不與金屬液接觸的部分。2芯座：由芯頭的容貌在鑄型中所構(gòu)成的空腔。3作用：定位、固定、排氣及清砂。.車輪鑄件的砂芯個(gè)數(shù).復(fù)雜內(nèi)腔的砂芯分塊.

11、懸臂型芯及扁擔(dān)型芯.型芯頭的構(gòu)造.三 澆冒口系統(tǒng)一)澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)是引導(dǎo)金屬液進(jìn)入鑄型型腔的一系列通道的總稱。合理地設(shè)置澆注系統(tǒng)，能防止鑄造缺陷的產(chǎn)生。對(duì)澆注系統(tǒng)普通有以下要求：1)使金屬液平穩(wěn)、延續(xù)、均勻地流入鑄型，防止對(duì)砂型和型芯的沖擊。2)防止溶渣、砂粒或其它雜質(zhì)進(jìn)入鑄型。3)調(diào)理鑄件各部分的溫度分布，控制冷卻和凝固的順序，防止縮孔、紡松及裂紋的產(chǎn)生。規(guī)范的澆注系統(tǒng)應(yīng)放在分型面處，并朝向上箱。.1澆注系統(tǒng)的組成及作用根本組元有：澆口杯(又稱外澆口)、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道。.各組元作用澆口杯：接受金屬液的沖擊和分別熔渣，防止金屬液對(duì)砂型的直接沖擊。直澆道：一個(gè)圓錐形的垂直通道，利用它的

12、高度所產(chǎn)生的靜壓力，可以控制金屬液流入鑄型的速度并提高充型才干。橫澆道：主要起擋渣作用，金屬液在橫澆道內(nèi)速度減緩，熔渣及氣體能充分上浮而不進(jìn)入鑄型。內(nèi)澆道：把金屬液直接引入鑄型的通道。利用它的位置、大小和數(shù)量可以控制金屬液流入鑄型的速度和方向，以及調(diào)理鑄件各部分的溫度分布。.2澆注系統(tǒng)的常見(jiàn)類型按澆注系統(tǒng)各組元截面積的比例，澆注系統(tǒng)可分為：封鎖式澆注系統(tǒng)：各組元中總截面積最小的是內(nèi)澆道，即F直F橫F內(nèi)，易被金屬液充溢，撇渣才干較好，可防止金屬液卷入氣體，常用于中小型鑄鐵件。但易引起噴濺和猛烈氧化，不適于易氧化的有色合金鑄件或壓頭大的鑄件，也不宜用于用柱塞包澆注的鑄鋼件。開(kāi)放式澆注系統(tǒng)：最小截面

13、是直澆道橫截面，即F直 F橫 F內(nèi)，撇渣才干較差，熔渣及氣體隨液流進(jìn)入型腔，呵斥廢品。但金屬液流出內(nèi)澆道的速度較低，沖刷力小，受氧化的程度輕。主要適于易氧化的有色金屬件、球鐵件和用柱塞包澆注的中大型鑄鋼件。按金屬液導(dǎo)入鑄件型腔的位置，澆注系統(tǒng)可分為：頂注式澆注系統(tǒng)，底注式澆注系統(tǒng)，中注式澆注系統(tǒng)，階梯式澆注系統(tǒng)，縫隙式澆注系統(tǒng)等.常見(jiàn)澆注系統(tǒng)類型.二)冒口冒口是在鑄型中設(shè)置的一個(gè)儲(chǔ)存金屬液的空腔。主要作用是在鑄件凝固收縮過(guò)程中提供由于鑄件體積收縮所需求的金屬液，對(duì)其進(jìn)展補(bǔ)縮，防止鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷。鑄件清理時(shí)，將冒口切除，獲得健全的鑄件。.冒口分類.簡(jiǎn)單例如例1：分別指出圖示鑄件在單件小

14、批和大批消費(fèi)時(shí)應(yīng)選擇 何種外型方法？請(qǐng)畫(huà)出各自的鑄造工藝圖。.上中中下冒口放收縮率1%單件小批手工三箱外型上下大批量?jī)上錂C(jī)器外型外型芯塊余量：上面?zhèn)让嫦旅?第三節(jié) 鑄造工藝設(shè)計(jì)實(shí)例例1：支架零件鑄造工藝設(shè)計(jì)資料為HT200，單件、小批量消費(fèi)任務(wù)時(shí)接受中等靜載荷，試進(jìn)展鑄造工藝設(shè)計(jì)。1.零件構(gòu)造分析：筒壁過(guò)厚，轉(zhuǎn)角處未采用圓角。修正后的構(gòu)造如圖b所示。2.選擇鑄造方法及外型方法：采用砂型鑄造手工外型中的兩箱外型。3.選擇澆注位置和分型面 采用方案較為合理。.4.確定工藝參數(shù)：1鑄件尺寸公差：取CT15。2要求的機(jī)械加工余量：取H級(jí)。3鑄件線收縮率：取0.8。4起模斜度：取1。5不鑄出的孔：6個(gè)1

15、8孔均不鑄出6芯頭方式：采用程度芯頭。5.設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)：采用同時(shí)凝固原那么，在鑄件分型面處的兩凸緣位置設(shè)內(nèi)澆道。 6.繪制鑄造工藝圖：如圖b)所示。.例2、C6140車床進(jìn)給箱體鑄造工藝設(shè)計(jì)資料：HT200消費(fèi)批量：?jiǎn)渭∨虼笈肯M(fèi)要求：保證基準(zhǔn)面D的質(zhì)量要求D.1、方案I分型面在軸孔中心線上凸臺(tái)A用型芯來(lái)成形，槽c那么用型芯或活塊制出。主要優(yōu)點(diǎn)：適于鑄出軸孔，鑄后軸孔的飛邊少，便于清理。同時(shí)，下芯頭尺寸較大，型芯穩(wěn)定性好。主要缺陷：基準(zhǔn)面D朝上，使該面較易產(chǎn)生缺陷，且型芯數(shù)量較多。適宜大批量消費(fèi)，必需加大D面的加工余量。其工藝圖見(jiàn)后面.2方案II從基準(zhǔn)面D分型，鑄件絕大部分位于下箱。凸臺(tái)

16、E和槽C妨礙起模，需采用活塊或型芯來(lái)抑制。缺陷：除基準(zhǔn)面朝上外，其軸孔難以直接鑄出。軸孔假設(shè)擬鑄出，因無(wú)法制出型芯頭，必加大型芯與型壁間的間隙，致使飛邊清理困難。適宜單件消費(fèi)。.3方案III從B面分型，鑄件全部位于下箱優(yōu)點(diǎn)：鑄件不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)箱缺陷，基準(zhǔn)面朝下，其質(zhì)量易于保證，同時(shí)鑄件最薄處在鑄型下部，鑄件不易產(chǎn)生澆缺乏、冷隔的缺陷。缺陷：凸臺(tái)E、A和槽C都需采用活塊或型芯，內(nèi)腔型芯上大下小，穩(wěn)定性差，假設(shè)擬鑄出軸孔，其缺陷與方案II一樣。適宜單件消費(fèi)。.分型面的選擇b)與鑄造工藝圖c)上下.例3、軸座鑄造工藝設(shè)計(jì)材 料：HT00消費(fèi)批量：?jiǎn)渭∨虼笈M(fèi)要求：零件上40內(nèi)孔外表是應(yīng)特別保證的重要外表；此外軸座底平面也有一定的加工及裝配要求。.1單件小批消費(fèi)工藝方案如圖中方案I所示：采用兩個(gè)分型面、三箱外型，并選擇底板朝下的澆注位置。不僅可以保證內(nèi)孔的鑄造質(zhì)量，而且可以使軸座