鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)樣本

資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)鑄造生產(chǎn)周期較長,工藝復(fù)雜繁多。為了保證鑄件質(zhì)量,鑄造工作者應(yīng)根據(jù)鑄件特點(diǎn),技術(shù)條件和生產(chǎn)批量等制訂正確的工藝方案,編制合理的鑄造工藝流程,在確保鑄件質(zhì)量的前提下,盡可能地降低生產(chǎn)成本和改進(jìn)生產(chǎn)勞動(dòng)條件。本章主要介紹鑄造工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí),使學(xué)生掌握設(shè)計(jì)方法,學(xué)會(huì)查閱資料,培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。

§1-1零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性分析鑄造工藝性,是指零件結(jié)構(gòu)既有利于鑄造工藝過程的順利進(jìn)行,又有利于保證鑄件質(zhì)量。還可定義為:鑄造零件的結(jié)構(gòu)除了應(yīng)符合機(jī)器設(shè)備本身的使用性能和機(jī)械加工的要求外,還應(yīng)符合鑄造工藝的要求。這種對(duì)鑄造工藝過程來說的鑄件結(jié)構(gòu)的合理性稱為鑄件的鑄造工藝性。另定義:鑄造工藝性是指零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)符合鑄造生產(chǎn)的要求,易于保證鑄件品質(zhì),簡化鑄造工藝過程和降低成本。鑄造工藝性不好,不但給鑄造生產(chǎn)帶來麻煩,不便于操作,還會(huì)造成鑄件缺陷。因此,為了簡化鑄造工藝,確保鑄件質(zhì)量,要求鑄件必須具有合理的結(jié)構(gòu)。

一、鑄件質(zhì)量對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求1．鑄件應(yīng)有合理的壁厚某些鑄件缺陷的產(chǎn)生,往往是由于鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理而造成的。采用合理的鑄件結(jié)構(gòu),可防止許多缺陷。每一種鑄造合金,都有一個(gè)合適的壁厚范圍,選擇得當(dāng),既可保證鑄件性能(機(jī)械性能)要求,又便于鑄造生產(chǎn)。在確定鑄件壁厚時(shí)一般應(yīng)綜合考慮以下三個(gè)方面:保證鑄件達(dá)到所需要的強(qiáng)度和剛度;盡可能節(jié)約金屬;鑄造時(shí)沒有多大困難。(1)壁厚應(yīng)不小于最小壁厚在一定的鑄造條件下,鑄造合金能充滿鑄型的最小壁厚稱為該鑄造合金的最小壁厚。為了避免鑄件的澆不足和冷隔等缺陷,應(yīng)使鑄件的設(shè)計(jì)壁厚不小于最小壁厚。各種鑄造工藝條件下,鑄件最小允許壁厚見表7-1～表7-5表1-1砂型鑄造時(shí)鑄件最小允許壁厚(單位:㎜)合金種類鑄件最大輪廓尺寸為下列值時(shí)/㎜﹤200200-400400-800800-12501250-﹥碳素鑄鋼低合金鋼高錳鋼不銹鋼、耐熱鋼灰鑄鐵孕育鑄鐵(HT300以上)球墨鑄鐵88-98-98-113-45-63-499-101010-124-56-84-811121212-165-68-108-1014161616-206-810-1210-1216～18202020-258-1012-1612-14202525-10-1216-2014-16

鑄件最大輪廓為下列值時(shí)mm

鑄造鋁合金﹤100100-200200-400400-800800-125034-55-66-88-12

表1-2熔模鑄件的最小壁厚(單位:㎜)

鑄件尺寸/㎜最小壁厚/㎜碳鋼高溫合金鋁合金銅合金10~501.5~2.00.6~1.01.5~2.01.5~2.050~1002.0~2.50.8~1.52.0~2.52.0~2.5100~2002.5~3.01.0~2.02.5~3.02.5~3.0200~3503.0~3.5—3.0~3.53.0~3.5﹥3504.0~5.0—3.5~4.03.5~4.0

表1-3金屬型鑄件的最小壁厚(單位:㎜)

鑄件尺寸/㎜最小壁厚/㎜鋁硅合金鋁鎂合金、鎂合金銅合金灰鑄鐵鑄鋼50×502.232.535100×1002.53338225×225343.5410350×350454512

表1-4

壓鑄件的最小壁厚(單位:㎜)壓鑄件面積/㎝2鋅合金鋁合金鎂合金銅合金﹤250.7~1.00.8~1.21.5~2.025~1001.0~1.61.2~1.82.0~2.5100~4001.6~2.01.5~2.02.5~3.0﹥4002.0~2.52.0~2.53.0~3.5

(2)

鑄件的臨界壁厚在鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),為了充分發(fā)揮金屬的潛力,節(jié)約金屬,必須考慮鑄造合金的力學(xué)性能對(duì)鑄件壁厚的敏感性。厚壁鑄件容易產(chǎn)生縮孔、縮松、晶粒粗大、偏析和松軟等缺陷,從而使鑄件的力學(xué)性能下降。從這個(gè)方面考慮,各種鑄造合金都存在一個(gè)臨界壁厚。鑄件的壁厚超過臨界壁厚后,鑄件的力學(xué)性能并不按比例地隨著鑄件壁厚的增加而增加,而是顯著下降。因此,鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)科學(xué)地選擇壁厚,以節(jié)約金屬和減輕鑄件重量。在砂型鑄造工藝條件下,各種合金鑄件的臨界壁厚可按最小壁厚的3倍來考慮。鑄件壁厚應(yīng)隨鑄件尺寸增大而相應(yīng)增大,在適宜壁厚的條件下,既方便鑄造又能充分發(fā)揮材料的力學(xué)性能。表7-5,表7-6給出砂型鑄造各種鑄造合金的臨界壁厚。表1-5砂型鑄造各種鑄造合金的臨界壁厚(單位:㎜)

合金種類與牌號(hào)當(dāng)鑄件重量(㎏)為下列值時(shí)0.1~2.52.5~10﹥10

灰鑄鐵HT100,HT150HT200,HT250HT300HT3508~1012~1512~1815~2010~1512~1515~1815~2020~2512~182525可鍛鑄鐵

KTH300-06

KTH390-8KTH350-10

KTH370-26~106~1012~1210~12----球墨鑄鐵

QT400-15

QT450-10QT500-7

QT230-31014~1815~2018~205060碳素鑄鋼

ZG200-400

ZG230-450ZG270-500

ZG310-570ZG340-640181515252020------鋁合金鎂合金錫合金6~1010~14--6~1212~186~810~14----

表1-6碳素鑄鋼件砂型鑄造的臨界壁厚(單位:㎜)含碳量0.100.200.300.400.50臨界壁厚1113.518.52539

(3)

鑄件的內(nèi)壁厚度砂型鑄造時(shí),鑄件內(nèi)壁散熱條件差,即使內(nèi)壁厚度與外壁厚度相等,但由于它比外壁的凝固速度慢,力學(xué)性能往往要比外壁低,同時(shí)在鑄造過程中易在內(nèi)、外壁交接處產(chǎn)生熱應(yīng)力致使鑄件產(chǎn)生裂紋。對(duì)于凝固收縮大的鑄造合金還易產(chǎn)生縮孔和縮松,因此鑄件的內(nèi)壁厚度應(yīng)比外

壁厚度薄一些。

圖1-1鑄件內(nèi)壁的合理結(jié)構(gòu)

a,b)不合理

c)合理

表1-7砂型鑄造各種鑄造合金件內(nèi)、外壁厚相差值

合金類別鑄鐵鑄鋼鑄鋁鑄銅鑄件內(nèi)壁比外壁厚度應(yīng)減少的相對(duì)值%10~2020~3010~2015~20

注:鑄件內(nèi)腔尺寸大的取下限對(duì)于鍛鋼制造的軸類零件來說,增大直徑便可提高承載能力。但對(duì)鑄件來說,隨著壁厚的增加,中心部分晶粒粗大,承載能力并不隨壁厚增加而成比例地增加。因此,在設(shè)計(jì)較厚鑄件時(shí),不能把增加壁厚當(dāng)作提高承載能力的唯一辦法。為了節(jié)約金屬,減輕鑄件重量,能夠選擇合理的截面形狀,如承受彎曲載荷的鑄件,可選用”T”型或”工”型截面。采用加強(qiáng)筋也可減小鑄件壁厚。一般筋厚﹤內(nèi)壁厚﹤外壁厚。2.鑄件壁應(yīng)合理連接鑄件壁厚不均,厚薄相差懸殊,會(huì)造成熱量集中,冷卻不均,不但易產(chǎn)生縮孔、縮松,而且易產(chǎn)生應(yīng)力、變形和裂紋。因此要求鑄件壁厚盡量均勻,如圖1-2(a)所示結(jié)構(gòu)中壁厚不均,在厚的部分易形成縮孔,在厚薄連接處易形成裂紋。改為1-2(b)結(jié)構(gòu)后,由于壁厚均勻,即可防止上述缺陷產(chǎn)生。也可用薄壁加加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。加強(qiáng)筋的布置應(yīng)盡量避免或減少交叉,防止習(xí)慣年成熱節(jié)。例如鉗工劃線平臺(tái),其筋條布置如圖1-3所示。

鑄件各部分壁厚不均現(xiàn)象有時(shí)不可避免,

此時(shí)應(yīng)采用逐漸過渡的方式,避免截面突然變化。接頭斷面的類型大致可分為L、V、K、T

和十字型五種。在接頭處,凝固速度慢,容易產(chǎn)生應(yīng)力集中、裂紋、變形、縮孔、縮松等缺陷。在接頭形式的選用中,應(yīng)優(yōu)選L型接頭,以減小與分散熱節(jié)點(diǎn)及避免交叉連接。

逐漸過渡的形式與尺寸如表7-8所示。由表可知,壁厚差別不很大時(shí),采用圓弧過渡();

壁厚差別很大時(shí),采用L型過渡,在同等情況下,鑄鋼件的過渡尺寸比鑄鐵件要大。兩壁相交,其相交和拐彎處要作成圓角。圖1-2

均勻壁厚避免形成熱節(jié)舉例3．結(jié)構(gòu)斜度

進(jìn)行鑄件設(shè)計(jì)時(shí),凡順著拔模方向的不加工表面盡可能帶有一定斜度以便于起模,便于操作,簡化工藝。鑄件垂直度越小,斜度越大。

綜合以上所述,為了保證鑄件質(zhì)量,鑄件的合理結(jié)構(gòu)為:1)

壁厚力求均勻,減小厚大斷面,防止形成熱節(jié)。辦法是將厚大部位挖去一部分;圖7-52)

內(nèi)壁厚度應(yīng)小于外壁。因?yàn)閮?nèi)壁冷卻慢,適當(dāng)減薄(圖7-6)。3)

應(yīng)有利于補(bǔ)縮和實(shí)現(xiàn)順序凝固。有些鑄件鑄錠厚度較大或厚度不均。如果該件所用合金的體積收縮較大,則很容易形成縮孔、縮松。此時(shí)應(yīng)仔細(xì)審查零件結(jié)構(gòu),盡可能采取順序凝固方式,讓薄壁處先凝,厚壁處后凝,使在厚壁處易于安放冒口補(bǔ)縮,以防止縮孔、縮松。圖7-74)

注意防止發(fā)生翹曲變形。細(xì)長桿狀鑄件,大平板鑄件,增加加強(qiáng)筋及改變截面形狀床身一類的鑄件,其截面形狀不允許變化,為防止其變形可采用反撓度,即在模樣上采取反變形量。如果既不能設(shè)加強(qiáng)筋,又不能該變截面形狀,只好采用人工失效方法消除應(yīng)力減少變形。5)

應(yīng)避免水平方向出現(xiàn)較大平面。大平面鑄件的上部型砂時(shí)間受金屬液體烘烤,容易造成夾砂。解決的辦法是傾斜澆注或設(shè)計(jì)成傾斜壁。應(yīng)避免鑄件收縮時(shí)受到阻礙,否則會(huì)造成裂紋,對(duì)于收縮大的合金鑄件特別要注意這一點(diǎn)。4.鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則(1)

設(shè)計(jì)鑄件壁厚時(shí)應(yīng)考慮到合金的流動(dòng)性;

流動(dòng)性越好的合金,充型能力越強(qiáng),鑄造時(shí)就不容易產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷,因此,能鑄出的鑄件最小壁厚尺寸也就越小。(2)鑄型型腔的形狀與尺寸大小是根據(jù)鑄件的形狀與尺寸決定的。不同的型腔形狀和尺寸對(duì)液態(tài)金屬的流動(dòng)的阻力,散熱情況是不同的,從而會(huì)導(dǎo)致液態(tài)金屬在型腔內(nèi)的流動(dòng)與填充情況不同。因此,鑄件結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡量避免突變性的轉(zhuǎn)變、壁厚急劇的變化、細(xì)長結(jié)構(gòu)、大的水平面、高度較大的凸臺(tái)等。(3)一個(gè)鑄件在生產(chǎn)過程中是否出現(xiàn)縮孔、縮松、變形、熱裂、冷裂等收縮類鑄造缺陷,出現(xiàn)在哪個(gè)部位、嚴(yán)重程度如何,都與鑄件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。由此能夠得出指導(dǎo)鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則:1)

對(duì)凝固收縮大,容易產(chǎn)生集中縮孔的合金,如鑄鋼、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、黃銅、無錫青銅、鋁硅共晶合金等,傾向于采用順序凝固方式鑄造。這時(shí)在進(jìn)行鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)使鑄件結(jié)構(gòu)形式有利于順序凝固。2)

對(duì)溶液產(chǎn)生縮松的合金,如錫青銅、磷青銅等采用冒口補(bǔ)縮效果不大,常采用同時(shí)凝固方式來使縮松更分散些;對(duì)收縮較小的合金,如鑄鐵更傾向于采用同時(shí)凝固方式鑄造。這時(shí)鑄件的結(jié)構(gòu)應(yīng)是壁厚均勻,盡量減少金屬的聚集與消除熱節(jié)。對(duì)于一些結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的大鑄件,也可將其各部分按順序或同時(shí)凝固方式設(shè)計(jì)。3)

盡量使鑄件結(jié)構(gòu)有利于自由收縮,如盡量減少鑄件的輪廓尺寸,減少突出部分,必要時(shí)可將一個(gè)鑄件分成幾個(gè)小鑄件,然后用焊接或螺栓連接起來。4)

盡量避免產(chǎn)生應(yīng)力集中的形狀,如不應(yīng)有尖角、不同壁厚之間的連接要平緩。5)

應(yīng)考慮到各種鑄造方法的工藝過程、凝固特點(diǎn)、鑄型和型芯的特點(diǎn)。特別市使用金屬鑄型和型芯的鑄造方法。如金屬型鑄造、壓力鑄造,應(yīng)便于鑄件的抽芯和出芯。

二、從生產(chǎn)工藝考慮—簡化工藝便于操作—角度對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)提出的要求鑄件結(jié)構(gòu)不但應(yīng)有利于保證鑄件質(zhì)量,防止和減少鑄造缺陷,而且應(yīng)保證造型、制芯、清理等操作的方便,以利于提高生產(chǎn)率和降低成本。因此要求鑄件要:1

便于起模。

改進(jìn)妨礙起模的凸臺(tái)、凸緣,筋板和外表面?zhèn)劝肌?

減少和簡化分型面

減少分型面的數(shù)目,既可減少砂箱數(shù)目,又能提高鑄件尺寸精度。曲面分型,工藝復(fù)雜,操作不便(制造模樣和造型不方便),應(yīng)盡量做成平直分型面。3

改進(jìn)鑄件內(nèi)腔結(jié)構(gòu),盡量減少砂芯數(shù)量4

簡化清理操作5

增加結(jié)構(gòu)斜度

鑄件最好有結(jié)構(gòu)斜度。這樣不但起模方便,也提高鑄件尺寸精度,甚至減少砂芯數(shù)量。對(duì)那些不允許有結(jié)構(gòu)斜度的鑄件,在制造模樣時(shí),應(yīng)做出角度很小的拔模斜度。三、

組合鑄件

有些大而復(fù)雜的鑄件,受工廠條件限制,無法生產(chǎn)或雖能生產(chǎn)但質(zhì)量難以保證,可用”一分為二”或”化整為零”。即分成兩個(gè)或兩個(gè)以上的簡單鑄件,使復(fù)雜鑄件分成簡單件,大件變成小件,鑄造完后再用螺栓或焊接方法連接起來。這樣做,不但簡化鑄造過程,加工和運(yùn)輸也方便,并使原來無法生產(chǎn)的鑄件得以生產(chǎn)。

§1-2鑄造工藝方案的確定

鑄造工藝方案包括造型、制芯、鑄型種類、澆注位置和分型面等內(nèi)容。鑄造工藝方案是否先進(jìn)合理,對(duì)獲得優(yōu)質(zhì)鑄件、簡化工藝過程、提高生產(chǎn)率、降低成本和改進(jìn)勞動(dòng)條件等起著決定作用。一、造型方法的選擇1．按鑄型種類分:鑄型種類主要特點(diǎn)應(yīng)用情況干型水分少,強(qiáng)度高,透氣性好,成本高,勞動(dòng)條件差,不易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化,自動(dòng)化結(jié)構(gòu)復(fù)雜,質(zhì)量要求高,單件,小批中大型鑄件濕型不用烘干,成本低,勞動(dòng)條件好,機(jī)械化造型應(yīng)用最多;采用硼潤土活化砂及高壓造型,能夠得到強(qiáng)度高、透氣性較好的鑄型多用于單批或大批大量的中小件自硬型水玻璃砂型強(qiáng)度高,硬化快,效率高,粉塵少,一般不須烘干各種鑄件均可應(yīng)用,對(duì)大型鑄件效率更高樹脂砂型強(qiáng)度高,可自硬,精度高。鑄件易清理,生產(chǎn)效率高大、中型鋼、鐵、鋁、銅鑄件單批或批量生產(chǎn).表面烘干型(表面干型)只將表面層烘干(烘干層厚度約為15～80㎜)具有干型的一些優(yōu)點(diǎn),避免和克服了干型的缺點(diǎn)同干型相比,生產(chǎn)效率高,成本低,適用于鑄件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜質(zhì)量要求較高的單件、小批量生產(chǎn)的中、大型鑄件雙快水泥砂型利用快凝快硬的雙快水泥作粘結(jié)劑制作鑄型,具有自硬快的優(yōu)點(diǎn)生產(chǎn)效率高,勞動(dòng)條件好,與水玻璃流態(tài)砂相比,鑄鐵件無縮沉和不粘砂,用于單件、成批生產(chǎn)的鑄鐵件石灰石砂型一般見水玻璃做粘結(jié)劑,吹CO2使之硬化或配制成水玻璃自硬砂,具有硅粉塵少,易清理,可消除工人矽肺病等當(dāng)前主要用于鋼鑄件的生產(chǎn)中。應(yīng)用于大型鑄鋼件時(shí)鑄件有縮沉現(xiàn)象

2

按砂型緊實(shí)方式造型方法分:

1)

手工造型:砂箱造型,脫箱造型,刮板造型,組芯地坑造型

2)

機(jī)器造型:震擊,震壓,射壓,拋砂,氣流緊實(shí)等

3

按模樣材料分:金屬模造型,塑料模造型,木模造型一般中小型鑄件應(yīng)盡可能選用濕型,不用干型(大批量、機(jī)械化);大中型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量要求高的鑄件用表面干型或干型;中大的鑄型和砂芯可考慮用自硬性鑄型,特別是對(duì)于大件鑄型和砂芯更為合適。二、澆注位置的確定1．澆注位置:澆注位置指澆注時(shí)鑄件在鑄型內(nèi)所處的位置。分型面:指兩半個(gè)鑄型互相接觸的表面。一般先從保證鑄件的質(zhì)量出發(fā)來確定澆注位置,然后從工藝操作出發(fā)確定分型面。2．選擇澆注位置的主要原則

澆注位置的選擇,決定于合金的種類、鑄件結(jié)構(gòu)及輪廓尺寸、鑄件表面質(zhì)量要求以及現(xiàn)有的生產(chǎn)條件。選擇澆注位置時(shí),主要以保證鑄件質(zhì)量為前提,同時(shí)盡量做到簡化造型工藝和澆注工藝。選擇澆注位置的主要原則有:

1)鑄件的重要加工面、主要工作面和受力面,應(yīng)盡量放在低部或側(cè)面,以防止這些表面上產(chǎn)生砂眼、氣孔、夾渣等鑄造缺陷。因?yàn)橥昏T件,下邊質(zhì)量好,上邊質(zhì)量較差:氣孔、夾渣等鑄造缺陷上邊多,下邊少,且下邊補(bǔ)縮良好,組織細(xì)密。如圖圖示車床床身導(dǎo)軌面是關(guān)鍵部位,不允許有任何缺陷,澆注時(shí)應(yīng)把導(dǎo)軌面朝下。齒輪的輪齒是重要加工面,應(yīng)將其朝下以保持組織致密,防止鑄造缺陷,如圖1-22。卷筒、缸筒等圓筒形鑄件,關(guān)鍵部位是內(nèi)外表面。因不可能都朝下。因此應(yīng)采取立澆,即重要加工面都在側(cè)面。圖1-23。有時(shí),加工面很多,無法都照顧到,勢必使某一加工面朝上,此時(shí),要將重要的加工面朝下,朝上的加工面應(yīng)加大加工余來量。如牛頭刨床橫船,上下面均有導(dǎo)軌,由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜不能平做立澆,只好將導(dǎo)軌加長,面積較大部分放在下邊,上邊導(dǎo)軌可加大加工余量或采取其它措施。

2)盡量使大平面朝下,并采取傾斜澆注,以避免夾砂、夾渣缺陷。

傾斜澆注及適當(dāng)快澆,使金屬液上升較快,輻射熱不會(huì)長期地作用于整個(gè)表面上,而是不斷地作用在”新的”表面上,使各處受熱時(shí)間均小于夾砂形成的臨界時(shí)間。有時(shí)為了方便造型,采用”橫做立澆”、”平做斜澆”的方法。(圖1-25)

3)

保證鑄件有良好的液態(tài)金屬導(dǎo)入位置,保證鑄件充滿。較大而壁薄的鑄件部分應(yīng)朝下、側(cè)立、或傾斜以保證金屬液的充填。澆注薄壁鑄件時(shí)要求金屬液到達(dá)薄壁處所經(jīng)過的路程或所需的時(shí)間愈短愈好,使金屬液在靜壓力的作用下平穩(wěn)地充填好鑄型的各部分。鑄件的薄壁部分應(yīng)放在下邊,以免發(fā)生澆不足、冷隔。(圖1-26)

4)

應(yīng)該有利于順序凝固和補(bǔ)縮。薄壁部分在下,厚大部分在上,以便安放冒口和發(fā)揮冒口的補(bǔ)縮效果。如果不能完全做到,起碼也得把熱節(jié)部分放在側(cè)面。厚大部分盡可能安放在上部位置,而對(duì)于中、下位置的局部厚大處采用冷鐵或側(cè)冒口等工藝措施解決其補(bǔ)縮問題。(便于放側(cè)冒口圖1-27)

5)

盡量減少砂芯數(shù)目,使用砂芯時(shí)應(yīng)保證砂芯定位穩(wěn)固、排氣通暢和下芯及檢驗(yàn)方便。盡可能避免出現(xiàn)吊砂、吊芯或懸臂芯。吊砂在合箱、澆注時(shí)易造成塌箱;吊芯無支撐,不安全;懸臂芯定位不好,在金屬液的沖擊和浮力作用下,易發(fā)生偏斜。較大的砂芯盡量使芯頭朝下,挑擔(dān)砂芯定位可靠。澆注位置應(yīng)有利于砂芯發(fā)的定位和穩(wěn)固支撐,使排氣通暢,避免使用吊芯、懸臂芯。圖1-28,1-29

6)

在大批量生產(chǎn)中,應(yīng)使鑄件的毛刺、飛邊易于清除。

7)要避免厚實(shí)鑄件冒口下面的主要工作面產(chǎn)生偏析。

8)

應(yīng)使合箱位置、澆注位置和鑄件的冷卻位置相一致。避免翻轉(zhuǎn)鑄型。翻轉(zhuǎn)鑄型,不但勞動(dòng)量大,且易引起掉砂和芯子移動(dòng)等弊病。三、鑄型分型面的選擇1．分型面:

指兩半個(gè)鑄型互相接觸的表面。(鑄型組元之間的結(jié)合面)一般先從保證鑄件的質(zhì)量出發(fā)來確定澆注位置,然后從工藝操作出發(fā)確定分型面。合理地選擇分型面,對(duì)于簡化鑄造工藝,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本,提高鑄件質(zhì)量都有直接的關(guān)系。分型面的選擇盡量與澆注位置一致,以避免合型翻轉(zhuǎn)。一般來說,要先確定澆注位置,而后選擇分型面,但在分析了各種分型面的利弊之后,可能再次調(diào)整澆注位置。2．從工藝操作方便出發(fā),分型面確定原則:

1)

為了起模方便,分型面一般選在鑄件最大截面上,且莫使模樣在一箱內(nèi)的高度過高。圖1-30所示的鑄件中最大截面有兩個(gè),均可選做分型面,但第(2)方案優(yōu)于(1)方案,可降低模樣在下箱的高度。

2)

盡量把鑄件的加工面和加工基準(zhǔn)面放在同一半型內(nèi)(同一砂箱中),目的是保證鑄件尺寸精度。圖1-31所示的管子堵頭,加工時(shí)以四方頭中心線為基準(zhǔn),加工外螺紋,如果四方頭和帶螺紋的外圓不同心,則給加工帶來困難,甚至無法加工。

3)

盡量減少分型面的數(shù)目、活塊的數(shù)目。多一個(gè)分型面,不但操作不便,而且增加一個(gè)造成尺寸誤差的因素,不利于提高鑄件精度;多一個(gè)活塊,多一次麻煩,多一個(gè)造成尺寸誤差的因素。當(dāng)流水線生產(chǎn)用機(jī)器造型時(shí),一般只允許有一個(gè)分型面,盡量不用活塊,以砂芯代替活塊,圖1-32,1-33所示。

4)

分型面盡量選擇平直分型面平直分型面可簡化造型過程、模型制造工作量,易于保證尺寸精度(圖7-34)。在實(shí)際生產(chǎn)中,必要時(shí)也可用曲面分型。依鑄件形狀不同,選擇不平分型面,如曲面、凸凹面、折面、圓鑄面等。曲面分型的實(shí)例見1-35。

5)

盡量減少砂芯數(shù)目。芯子多,操作麻煩,鑄件精度降低,且披縫多不易清理。如圖1-36所示接頭鑄件,若按a)圖對(duì)稱分型,則必須制作砂芯,但按b)圖分型,內(nèi)孔可用自帶砂芯形成。

6)

便于下芯、合箱及檢查型腔尺寸。為此,盡量把主要砂芯放在下半箱中。例如,中心距大于700㎜的減速箱蓋,采用兩個(gè)分型面的目的就是便于合箱時(shí)檢查尺寸,才能保證鑄件壁厚均勻。圖1-47。

§1-3鑄造工藝參數(shù)的確定

在編制鑄造工藝規(guī)程過程中,必須確定一些工藝數(shù)據(jù),如收縮率、加工余量、拔模斜度等統(tǒng)稱為工藝參數(shù)。工藝參數(shù)選擇的恰當(dāng)與否,對(duì)鑄件質(zhì)量、特別是尺寸精度、生產(chǎn)率、成本、原材料消耗等影響很大。一、鑄造收縮率鑄件凝固之后在固態(tài)下的收縮,將使鑄件各部分尺寸小于模樣尺寸。為了使鑄件冷至室溫的尺寸等于鑄件尺寸,模樣尺寸應(yīng)比鑄件尺寸大一些。加大的這部分尺寸,叫鑄件收縮量。一般以鑄造收縮率表示。

鑄造收縮率K=×100%

K值主要與合金種類及具體成分有關(guān),同時(shí)也與鑄件收縮時(shí)受到的阻礙大小有關(guān)。同一合金,同樣成分,由于鑄件結(jié)構(gòu)、大小、厚薄不同,型砂的退讓性不同,澆冒口類型及開設(shè)位置不同,砂箱結(jié)構(gòu)及箱帶的位置不同,鑄件收縮率會(huì)有很大差異。鑒于影響因素較多,很難準(zhǔn)確確定K值大小。只有經(jīng)過試生產(chǎn),多次劃線,重復(fù)實(shí)驗(yàn),才能準(zhǔn)確測得。一些常見鑄造合金的K值如表1-7所示。自由收縮指簡單厚實(shí)鑄件的收縮,除此之外的收縮均為受阻收縮。同一鑄件的軸向、徑向或長寬高三個(gè)方向,其收縮值可能不一致,因此重要鑄件應(yīng)按不同方向分別確定K值。K值還與鑄型種類有關(guān),濕型鑄件收縮率應(yīng)大于干型鑄件收縮率。

表1-7常見合金的鑄造收縮率

合金種類鑄造收縮率%自由收縮受阻收縮灰鑄鐵、中小型鑄件特大型鑄件筒型鑄件軸向徑向1.00.

81.

0.92.

1.00.90.70.80.5孕育鑄鐵HT25-47HT35-611.01.50.81.0白口鐵1.751.5黑心可鍛鑄鐵壁厚﹥25㎜壁厚﹤25mm0.751.00.50.75球墨鑄鐵1.00.8鑄鋼

碳鋼含鉻高合金鋼1.6~2.01.3~1.71.3~1.71.0~1.4有色金屬

錫青銅無錫青銅鋅黃銅鋁硅合金鋁鎂合金鎂合金1.42.0~2.21.8~2.01.0~1.21.31.6

1.21.6~1.81.5~1.70.8~1.01.01.2

二、加工余量機(jī)械加工余量是指在鑄件加工面上留出的、準(zhǔn)備切去的(用加工方法去掉)金屬層厚度。三、拔模斜度為了便于起模,模型或芯盒在出模方向帶有一定斜度,保證起模后不損壞型和芯。拔模斜度總是設(shè)在鑄件沒有結(jié)構(gòu)斜度、垂直分型面(分盒面)的表面上。拔模斜度的具體數(shù)據(jù)可查表選取。1)

拔模斜度與模樣高度有關(guān):模樣高度越大,a越大,α越小;2)

拔模斜度與模樣材質(zhì)有關(guān):相比之下,金屬模略小,木模稍大。拔模斜度的形成有三種方法:增加法、減小法,加減法。三種形成方法的應(yīng)用條件:對(duì)于加工的側(cè)面來說,拔模斜度是在加上加工余量后作出的,按加法或加減法,對(duì)于非加工面的側(cè)面來說,拔模斜度按減法作出,以免安裝困難。四、最小鑄出孔及槽零件上的孔、槽、臺(tái)階等,是鑄出還是機(jī)械加工,應(yīng)從質(zhì)量和節(jié)約金屬兩方面考慮。一般的說,比較大的孔槽,應(yīng)該鑄出來;鑄出來能夠節(jié)約金屬材料,節(jié)省加工工時(shí),避免局部過熱造成熱節(jié);較小的孔槽或者孔、槽不很小但鑄件壁很厚(深徑比大),則不宜鑄出,直接加工反而方便;有特殊要求的孔,則一定要鑄出;中心距有精度要求的孔最好不鑄。

五、工藝補(bǔ)正量由于選用的縮尺與實(shí)際收縮不符,鑄件變形,錯(cuò)箱及偏芯等操作誤差而導(dǎo)致鑄件加工后的部分厚度小于圖紙要求的尺寸。工藝上需增加該部分厚度(在非加工面上加厚)所加厚的部分叫工藝補(bǔ)正量。工藝補(bǔ)正量經(jīng)常見于帶法蘭的管子、齒輪等。成批、大量生產(chǎn)的鑄件及長期定型的產(chǎn)品、不能使用工藝補(bǔ)正量,而應(yīng)該修補(bǔ)模具。單件小批生產(chǎn)的鑄件、不能在取得經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)后再設(shè)計(jì)模具,為了確保鑄件質(zhì)量,能夠使用工藝補(bǔ)正量。六、分型負(fù)數(shù)和反撓度1．分型負(fù)數(shù)在砂型鑄造時(shí),分型面(即接觸面)一般不很平整,特別是干型,上、下兩半型往往接觸不嚴(yán)、不實(shí)、為防止?jié)沧r(shí)”跑火”,在合箱前要墊上石棉繩、油泥條(墊在下箱分型面上)。這樣就把鑄件垂直方向(垂直于分型面)的尺寸加高加長了,與圖紙相比,出現(xiàn)了偏差。為了使鑄件尺寸符合圖紙要求,在制作模樣時(shí),必須事先減去高出的部分,這個(gè)被減去的尺寸叫分型負(fù)數(shù)。模樣的分型負(fù)數(shù),按表7-11選取。由此表可知,1)分型負(fù)數(shù)值;干型大于表面干型。一般濕型,不是特大的濕型,不存在分型負(fù)數(shù);2)分型負(fù)數(shù)值與砂箱大小有關(guān):砂箱面積越大,不平機(jī)率越多,不平度越嚴(yán)重,分型負(fù)數(shù)也越大。

表1-11模樣的分型負(fù)數(shù)(㎜)

砂箱長度分型負(fù)數(shù)干型表面干型﹤1000311000~32~3500433500~500064﹥500076確定分型負(fù)數(shù)時(shí)要注意:

若模樣分為兩半,且上下兩半是對(duì)稱的,則分型負(fù)數(shù)在上下兩半模樣上各取一半,否則,分型負(fù)數(shù)應(yīng)在上半模樣上取;若模樣是一個(gè)整的,全位于一個(gè)砂箱中,則分型負(fù)數(shù)留在與砂箱面平行的平面上;(c)

多箱造型時(shí),每個(gè)分型面都要留有分型負(fù)數(shù),且以每節(jié)砂箱高度為依據(jù);

濕型一般不留分型負(fù)數(shù),但砂箱尺寸大于2m時(shí),也留有分型負(fù)數(shù).

處在分型面上的砂芯間隙b不能小于分型負(fù)數(shù)a;(d)2．反變形量壁厚不均的鑄件,較大的平板、床身類鑄件,鑄造后極易發(fā)生變形。壁厚越不均勻,尺寸越大,變形程度越大。為了解決變形問題,在制造模樣時(shí),按鑄件可能產(chǎn)生變形的相反方向作出變形量,使鑄件冷卻后的變形正好與此抵消,得到符合圖紙要求的鑄件。這種在模樣上事先作出的變形量稱為反變形量。顯然,經(jīng)過增大加工余量能夠補(bǔ)償變形,但不如留反變形量經(jīng)濟(jì)。如果鑄件剛度好、尺寸小,壁厚差別不大,一般不留反變形量。七、砂芯負(fù)數(shù)及非加工壁厚負(fù)余量1．

砂芯負(fù)數(shù)由于搗砂過程中,芯盒剛度較差或加、夾緊不好,砂芯向四周漲開;由于刷涂料、涂料層較厚;由于砂芯在搬運(yùn)、烘干過程中的變形等原因,使砂芯四周尺寸增大,造成鑄件壁厚減薄。因此在制作芯盒時(shí),將芯盒長、寬尺寸減去一定量,這個(gè)被減去的尺寸稱為砂芯負(fù)數(shù)。砂芯負(fù)數(shù)的意義在于保證鑄件尺寸精確。

表1-12鑄鐵件砂芯負(fù)數(shù)(㎜)砂芯尺寸砂芯負(fù)數(shù)平均輪廓尺寸高度沿長度沿寬度250~500≤30001300~50012﹥50023500~1000≤30012300~50023﹥500331000~1500≤30023300~50033﹥500441500~≤30023300~50033﹥50044~2500≤30033300~50044﹥50055

表1-13

鑄鋼件的砂芯負(fù)數(shù)(㎜)砂芯尺寸300~500500~800800~13001200~15001500~~2500﹥2500砂芯負(fù)數(shù)1.5~22~33~44~55~66~77

2．

非加工壁厚的負(fù)余量手工造型制芯時(shí),為了起模、取芯方便,需要敲擊模樣、芯盒;木質(zhì)模樣吸朝后會(huì)膨脹,致使非加工壁厚增大,鑄件超重。為保證鑄件尺寸準(zhǔn)確,非加工壁厚及芯盒筋板厚度應(yīng)減小,所減小的尺寸成為非加工壁厚的負(fù)余量。查表選取。

§1-4

砂芯設(shè)計(jì)

砂芯主要用于形成鑄件的內(nèi)孔、腔。某些妨礙起模、不易出砂的外形部分可用砂芯形成。砂芯的工作條件較為惡劣,因此對(duì)砂芯的要求:1)

有足夠的強(qiáng)度和剛度;2)

排氣性好;3)

退讓性好;4)

收縮阻力小;5)

潰散性好,易出砂。砂芯設(shè)計(jì)包括:確定砂芯數(shù)量,每個(gè)砂芯的形狀、尺寸;芯頭的個(gè)數(shù)、形狀和尺寸;芯撐、芯骨;排氣方式;芯砂種類及造芯方法等。一、砂芯數(shù)量的確定一個(gè)鑄件所需的砂芯數(shù)量,主要取決于鑄件結(jié)構(gòu)和鑄造工藝方案。確定砂芯數(shù)量的原則是:盡量減少砂芯數(shù)量,以減少芯盒、制芯工時(shí)費(fèi)用,降低鑄件成本,同時(shí),也應(yīng)考慮制芯下芯,檢查方便,保證鑄件質(zhì)量精度。1．當(dāng)內(nèi)腔或孔的深徑比(高度與直徑或高度與寬度之比)不很大時(shí),應(yīng)才用自帶砂芯。自帶砂芯的高度和寬度之比不能太大,否則拔模時(shí)容易損壞。自帶砂芯尺寸查表。2．砂芯和分塊砂芯整體制造的砂芯,易于保證鑄件精度,工裝數(shù)目少,砂芯強(qiáng)度和剛度較好?？墒?對(duì)于尺寸過大、形狀復(fù)雜的砂芯,仍采用整體砂芯,操作不方便,應(yīng)分成兩個(gè)或幾個(gè)砂芯來制造。砂芯的分塊原是:①

填砂面應(yīng)寬敞;②

砂芯支撐面最好是平面,以便于安放和烘干;③

分盒面盡量與分型面一致。④

分塊應(yīng)便于下芯、合箱及檢查,保證鑄件精度。⑤

尺寸精度要求高的部分,盡可能用同一砂芯形成;⑥尺寸過大的砂芯,為了便于造芯、下芯解決車間起重量不夠的困難,能夠分成幾個(gè)小砂芯。每個(gè)小砂芯需具有足夠的強(qiáng)度和剛度。二、

芯頭芯頭芯頭是砂芯的重要組成部分。芯頭的作用是定位、支撐和排氣。芯頭在保證定位可靠,支撐牢固、排氣通暢的情況下,其數(shù)目越少越好。

1．垂直芯頭垂直芯頭有三種形式,如圖7-46所示;a)上下都作出芯頭,定位準(zhǔn)確,支撐可靠,排氣通暢。一般常見這種形式。特別適于高度大于直徑的砂芯;b)只作下芯頭,不作上芯頭,合箱方便。適合于橫截面積較大而高度不大的砂芯;c)上、下芯頭都不作出,可降低砂箱的高度,便于調(diào)整砂芯的位置。適合于比較穩(wěn)的大砂芯。當(dāng)L與D之比≥5倍時(shí),則采取加大的下芯頭:D2=(1.5~2.0)D,見圖1-47。有些鑄件只能做上芯頭,不能做下芯頭,此時(shí)可采取以下措施:1)予埋芯頭。如圖1-48,將芯頭(上大下小)當(dāng)作模樣的一部分,同模樣一起去造型,將芯頭予埋在砂型中。此法適合于重量不大的小芯。2)吊芯

如圖1-49,用鐵絲或螺栓將砂芯吊在上箱,吊芯操作麻煩,只適合于單件小批生產(chǎn);3)蓋板砂芯,如圖1-50,將芯頭擴(kuò)大。擱在下箱中,操作方便,能保證鑄件精度,有利于組織流水生產(chǎn)。4)使用芯撐。件大、形狀復(fù)雜,砂芯多,不能吊,只能用芯撐支承。2．水平芯頭水平砂芯一般都有兩個(gè)芯頭,定位是可靠的。有時(shí)只有一個(gè)芯頭(懸臂芯),定位不可靠;或者雖有兩個(gè)芯頭,但可能傾斜或轉(zhuǎn)動(dòng),此時(shí)能夠采取:1)

聯(lián)合芯頭(又叫挑擔(dān)芯頭)。如圖1-51中的3號(hào)芯。小型彎管接頭常見聯(lián)合砂芯。2)

加大或加長芯頭,