鑄造工藝設(shè)計(jì)(第4節(jié))

概述：工藝設(shè)計(jì)2.7

鑄造工藝設(shè)計(jì)依據(jù)內(nèi)容作用鑄造設(shè)計(jì)的有關(guān)文件,是生產(chǎn)準(zhǔn)備、指導(dǎo)生產(chǎn)、管理和鑄件驗(yàn)收的依據(jù)。1工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容和程序22.7.1零件結(jié)構(gòu)的工藝性零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性指的是零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)符合鑄造生產(chǎn)的要求,易于保證鑄件的品質(zhì),簡(jiǎn)化工藝過程和降低成本。零件結(jié)構(gòu)的工藝性分析審查零件結(jié)構(gòu)是否不符合合鑄理造工→藝協(xié)；商修改鑄件的結(jié)構(gòu)包括：鑄件外形、內(nèi)腔、壁厚、壁與壁的連接及加強(qiáng)肋、凸臺(tái)、法蘭等。在即定的零件結(jié)構(gòu)條件下，考慮鑄造過程可能出現(xiàn)的主要缺陷；在工藝中采取措施予以保證3評(píng)價(jià)依據(jù)4-------零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性能是否合理從避免鑄件缺陷考慮從簡(jiǎn)化鑄造工藝方面考慮改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)以下結(jié)構(gòu)工藝性分析是針對(duì)砂型鑄造進(jìn)行的從避免鑄件缺陷考慮鑄件應(yīng)有合適的壁厚太薄易出現(xiàn)冷隔和澆不足；太厚晶粒粗大，易出現(xiàn)縮松和縮孔等缺陷；砂型鑄造時(shí)鑄件最小壁厚各種合金的臨界壁厚（最大壁厚）按照最小壁厚的3倍考慮5不能單純用增加壁厚的方式來增加鑄件的強(qiáng)度2）鑄件結(jié)構(gòu)不應(yīng)阻礙收縮，均勻壁厚和圓角過渡主要避免應(yīng)力集中導(dǎo)致裂紋缺陷：鑄件薄、厚壁的相接、拐彎，等厚壁之間的交接，都應(yīng)采取逐漸過渡和轉(zhuǎn)變的形式。6鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于自由收縮而不應(yīng)受到大的阻礙鑄件收縮受到阻礙時(shí)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過合金的屈服極限或強(qiáng)度極限時(shí)，將產(chǎn)生變形或裂紋。因此，設(shè)計(jì)鑄件時(shí)應(yīng)盡量使其自由收縮。如圖輪形鑄件的輪輻采用偶數(shù)、直線形，這對(duì)于收縮大的合金（如鑄鋼、鋁合金

等），會(huì)因應(yīng)力過大而易引起輪緣變形或輪輻產(chǎn)生裂紋，如將其改為彎曲少鑄造形形輪輪輻輻、、帶帶孔孔輻輻板板或或奇奇數(shù)數(shù)輪輪輻輻，，則則可可借借助助輪輪輻輻或或輪輪緣緣的的微微量量變變形形來來減減應(yīng)應(yīng)力力，，從從而而避避免免輪輪緣緣變變形形和和輪輪輻輻的的裂裂紋紋缺缺陷陷。。7（3）鑄件內(nèi)壁應(yīng)薄于外壁鑄件的內(nèi)壁和肋等散熱條件差，應(yīng)薄于外壁，以使內(nèi)外壁均勻冷卻，減少內(nèi)應(yīng)力和裂紋。鑄件外壁、內(nèi)壁和筋的厚度常按1：0.8：0.6設(shè)計(jì)，使各部分冷卻速度趨于均勻壁厚也不宜過厚，因?yàn)閺?qiáng)度并不隨壁厚的增加而按比例增加，各種合金都有一臨界壁厚，它約為最小壁厚的3倍（砂型鑄造），若超過此臨界值，中心部分因冷卻速度較慢，晶粒粗大，或產(chǎn)生縮孔、縮松。為了保證鑄件的強(qiáng)度、剛度，應(yīng)采用形8

、（4）壁厚力求均勻，減少肥厚部分，減少形成熱節(jié)壁厚不均勻的鑄件在冷卻過程中會(huì)形成較大的內(nèi)應(yīng)力，在熱節(jié)出出現(xiàn)縮■松、取縮消孔不和必?zé)嵋训募y厚。大部分，結(jié)構(gòu)可以用肋的形式加強(qiáng)；肋和壁的布置盡量避免交叉防止形成熱節(jié)；9（5）利于補(bǔ)縮和實(shí)現(xiàn)順序凝固對(duì)于鑄鋼等收縮體積大的鑄件，易于形成收縮缺陷，零件結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量實(shí)現(xiàn)有利于順序凝固的可能性；10（6）防止鑄件變形和避免水平大平面薄板件由于結(jié)構(gòu)剛度差稍有內(nèi)應(yīng)力即引起變形；

厚大件各部分冷卻速度不均勻?qū)е螺^大的鑄造應(yīng)力引起變形；對(duì)稱結(jié)構(gòu)和反變形法矯正。11（7）盡量避免水平的大平面結(jié)構(gòu)在澆注位置時(shí)，有處于水平的大平面，金屬液上升到該處時(shí)，冷卻速度突然增大，液面上升速度突然減得很慢，易產(chǎn)生冷隔、澆不足缺陷。同時(shí)，水平型腔的上表面受到金屬液的長(zhǎng)時(shí)間烘烤，易產(chǎn)生夾砂、結(jié)疤缺陷，氣泡、熔渣等也易滯留在該處而形成氣孔、渣眼等缺陷。12132.從簡(jiǎn)化鑄造工藝方面考慮改進(jìn)零件結(jié)構(gòu)(1)改進(jìn)防礙起模的凸臺(tái)\凸緣和肋板結(jié)構(gòu)14(2)盡量避免妨礙起模的結(jié)構(gòu)（避免不必要的型芯和盡量少用活塊）15（3）改進(jìn)鑄件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)以減少砂芯減少不必要的砂芯，以降低成本，提高鑄件精度。簡(jiǎn)化鑄造工藝、工裝，鑄件成本降低16（4）應(yīng)盡量使用平直分型面，以簡(jiǎn)化模具制造及造型工藝，避免挖砂。17（5）鑄件結(jié)構(gòu)要有利于砂芯的固定和排氣，盡量避免采用懸臂砂芯；懸臂芯不穩(wěn)定容易產(chǎn)生錯(cuò)移，芯撐影響鑄件的氣密性18（6）有利于清理減少鑄件清理的工作量19（7）簡(jiǎn)化模型制作模樣和芯盒的制造費(fèi)用占鑄件成本比例很大，此外形狀復(fù)雜也難于制造20（8）大型復(fù)雜件的分體制造和簡(jiǎn)單小件的聯(lián)合鑄造212.7.2

造型及制芯方法的選擇（選擇造型方法）22優(yōu)先采用濕砂型生產(chǎn)批量相適應(yīng)適合工廠條件兼顧精度與成本各種鑄造方法應(yīng)用范圍23優(yōu)先采用濕砂型砂型鑄造優(yōu)先選擇濕砂型。濕型中金屬凝固冷卻快，鑄件表面光潔，節(jié)省了鑄型的干燥和表面烘干，節(jié)約了工時(shí)和能耗，降低了成本。采用其他砂型的使用主要考慮：鑄件過高，金屬的靜壓力超過濕型的抗壓強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)使用干型和自硬砂型；澆注位置上鑄件有較大的水平壁，用濕型容易引起夾砂缺陷；大型復(fù)雜鑄件，造型過程長(zhǎng)，下芯多，造型過久會(huì)風(fēng)干，易出現(xiàn)沖砂缺陷；型內(nèi)放置較多冷鐵時(shí)，避免使用濕砂型；24生產(chǎn)批量相適應(yīng)汽車制造業(yè)等大量生產(chǎn)條件下的鑄造工廠，現(xiàn)已采用高壓造型、無箱造型和殼芯法制芯、射芯等現(xiàn)代化造型、造芯技術(shù)。大批量生產(chǎn)小型鑄件應(yīng)采用水平分型或垂直分型的無箱擠壓生產(chǎn)線。（不需要砂箱、生產(chǎn)率高、占地面積?。?；大批量生產(chǎn)中型件，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、曲軸等，采用有箱高壓造型生產(chǎn)線，用多觸頭高壓造型機(jī)制造鑄型；用冷芯盒、熱芯盒及殼芯盒等制芯；用自動(dòng)澆注機(jī)澆注，適應(yīng)快速、高精度鑄造生產(chǎn)線的需要；中等批量生產(chǎn)大型鑄件可選用樹脂自硬砂造型和制芯；鑄鋼件一般選用水玻璃砂或鎂砂、鎬砂來造型；如鐵道機(jī)車車輛鑄鋼件基本沿用水玻璃砂造型；5）單件小批量生產(chǎn)的重型鑄件、大型覆蓋件的凸、凹板鑄件，現(xiàn)多采用消失模252.7.3

澆注位置的確定26——澆注時(shí)鑄件在鑄型內(nèi)所處的空間位置；確定澆注位置應(yīng)遵循的原則：鑄件的重要部位置于下部；重要的加工面朝下或呈直立狀態(tài)；鑄件的大平面朝下；保證鑄件充滿；有利鑄件的補(bǔ)縮；避免使用吊芯，便于下芯。（1）鑄件的主要工作面和重要加工面、基準(zhǔn)面應(yīng)朝下或至少位于側(cè)面。因?yàn)殍T件上表面易產(chǎn)生氣孔、夾渣、砂眼等缺陷，組織也不如下面致密。若鑄件有多個(gè)加工面，應(yīng)將較大的面朝下，其他面采用加大加工余量等措施保證質(zhì)量。機(jī)床床身正確的澆注位置27（2）缸筒和卷筒等圓筒形鑄件的重要表面是內(nèi)外圓柱面，要求加工后組織均勻、無缺陷，其最優(yōu)澆注位置是直立狀態(tài)。28（3）鑄件的大平面盡可能朝下或采用傾斜澆注鑄型的上表面除了容易產(chǎn)生砂眼、氣孔、夾渣外，大平面還常產(chǎn)生夾砂缺陷。同時(shí)也有利于排氣、減小金屬液對(duì)鑄型的沖刷力。主要為避免因高溫金屬液對(duì)型腔上表面烘烤嚴(yán)重而使型砂開裂，造成夾砂、結(jié)疤等缺陷。29（4）薄壁部分應(yīng)放在下部盡量將鑄件大面積的薄壁部分放在鑄型的下部或垂直、傾斜澆注增加薄壁處金屬液的壓強(qiáng)，提高金屬液的流動(dòng)性，防止薄壁部分產(chǎn)生澆不足或冷隔缺陷。30（5）應(yīng)有利于鑄件補(bǔ)縮合金收縮率大或鑄件結(jié)構(gòu)厚薄不均勻的鑄件，澆注位置的選擇應(yīng)優(yōu)先考慮實(shí)現(xiàn)順序凝固的條件，便于安裝冒口和發(fā)揮冒口的補(bǔ)縮作用。31（6）避免用吊砂、吊芯或懸臂式砂芯，便于下芯、合箱、檢驗(yàn)。（7）應(yīng)使合箱位置、澆注位置、冷卻位置相一致。322.7.4

分型面的確定分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面（或稱鑄型組元間的接觸面）。在生產(chǎn)中分型面和澆注位置同時(shí)確定。

對(duì)于兩箱造型有一個(gè)分型面、三箱造型有兩個(gè)分型面，是指上、中、下砂型間的分界面；在鑄造工藝圖上分型面采用細(xì)實(shí)線表示分型面位置，箭頭和“上”、“下”兩各字表示上、、下下型型位位置置。。33分模面指的是鑄件的模型有幾塊，造型時(shí)分開的面，采用整模造型時(shí)沒有分模面342.7.4

分型面的確定35原則：

1.

應(yīng)使鑄件全部或大部置于同一半型內(nèi)；盡量減少分型面的數(shù)量；分型面應(yīng)盡量采用平面；便于下芯、合箱合檢查型芯尺寸；不使砂箱過高；減少鑄件清理合機(jī)械加工的工作量36(1)分型面設(shè)在鑄件最大截面處(保證模樣能從型腔中順利取出)。37應(yīng)使鑄件全部或大部分在同一個(gè)砂箱中應(yīng)盡量使加工基準(zhǔn)面與大部分加工面在同一砂箱內(nèi)，以使鑄件的加工精度得以保證，或使鑄件的全部或大部分處于同一半型內(nèi)（最好位于下型）；38應(yīng)使鑄件全部或大部分在同一個(gè)砂箱中應(yīng)盡量使加工基準(zhǔn)面與大部分加工面在同一砂箱內(nèi)，以使鑄件的加工精度得以保證，或使鑄件的全部或大部分處于同一半型內(nèi)（最好位于下型）；主要是為了防止因合箱時(shí)錯(cuò)型而影響鑄件的精度，同時(shí)也便于造型、下芯、合型等操作。圖為后輪轂的兩個(gè)分型方案。該件本可以Φ350圓周頂面作分型面，且可不用設(shè)2＃芯，但因加工內(nèi)孔時(shí)以Φ350外圓周作為定位基準(zhǔn)，因而多設(shè)2＃芯，以便將鑄件全部放在下箱。這樣，可避免錯(cuò)箱及Φ350圓周處產(chǎn)生披縫（該處的披縫將影響加工時(shí)的定位）。39機(jī)加工基準(zhǔn)面與其它部分在同一箱40不同造型方法的不同分型面應(yīng)使鑄件有最少的分型面，并盡量做到只有一個(gè)分型面。因?yàn)椋孩俣嘁粋€(gè)分型面多一份誤差，使精度下降；②分型面多，造型工時(shí)大，生產(chǎn)率下降；③機(jī)器造型只能兩箱造型，故分型面多，不能進(jìn)行大批量生產(chǎn)。41便于下芯應(yīng)盡量使型腔及主要型芯位于下箱，以便于造型、下芯、合箱及檢驗(yàn)。但下箱型腔也不宜過深(否則不宜起模、按放型芯)，并力求避免吊芯和大的吊砂42不使砂箱過高這樣不僅節(jié)約型砂，而且還能減輕勞動(dòng)量，對(duì)機(jī)器造型有較大的經(jīng)濟(jì)意義。43分型面不削弱受力面如圖工字梁受力件，方案在合型時(shí)如產(chǎn)生錯(cuò)型，則改變其截面積分布，使其中一邊的強(qiáng)度會(huì)減弱，改為方案則可克服此缺點(diǎn)。44減少清理鑄件的工作量452.7.5

砂芯設(shè)計(jì)1.確定砂芯分塊和分（芯）盒面選擇的原則砂芯分塊為了保證鑄件四周的尺寸精度46簡(jiǎn)化芯盒和制芯，操作方便47砂芯和砂型的拔模斜度一致48應(yīng)考慮砂芯烘烤時(shí)的支撐49為利于砂芯的固定和排氣，必要時(shí)增設(shè)工藝孔（所謂工藝孔是指設(shè)置該孔是為鑄造方便而不是功能要求），同時(shí)也有利于鑄件內(nèi)腔的清砂⑸

盡量采用規(guī)則的平面、圓柱面等

鑄件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無曲面（特別是不規(guī)則的曲面）、弧形筋等，可簡(jiǎn)化模樣、芯盒的制造。⑹大型復(fù)雜件可考慮分體鑄造大型復(fù)雜的鑄件，整體鑄造使工藝過程復(fù)雜，也不易保證質(zhì)量和精度，若能分成幾個(gè)簡(jiǎn)單部分分別鑄造，加工后再用焊接法50(5)應(yīng)盡量減少型芯和活塊的數(shù)量，以簡(jiǎn)化制模、制芯和造型等工序砂芯和活塊數(shù)目少,不僅能節(jié)省工裝和造芯費(fèi)用，且可節(jié)省機(jī)加費(fèi)用和金屬消耗。5152三、砂芯設(shè)計(jì)（10.2.2）芯是用于形成鑄件的內(nèi)腔、孔、槽和外