佳木斯大学：铸造工艺学

佳木斯大学：铸造工艺学内容摘要：

应尽量减少砂芯数目 用砂胎（自带砂芯）或吊砂可减少砂芯，右图为 12VB 柴油机曲轴定位套的机器造型方案。 在手工造型时，遇到难于出模的地方，一般尽量用模样 “ 活块 ” ，即用 “ 活块 ”取代砂芯。 这样虽然增加了造型工时，但却节省了芯盒、制芯工时及费用 （五）填砂面应宽敞，烘干支撑面是平面 为此，需要进炉烘干的大砂芯，常被沿最大截面切分为两半制作。 （六）砂芯形状适应造型、制芯方法 秋季学期 铸造工艺学教案 主讲教师 荣守范 12 高速造型线限制下芯时间，对一型多铸的小铸件，不允许逐个下芯，因此，划分砂芯形状时，常把几个到十几个小砂芯连成一个大砂芯，以便节约下芯、制芯时间，以适应机器造型节拍的要求。 对壳芯、热芯和冷芯盒砂芯要从便于射紧砂芯方面来考虑改进砂芯形状。 除上述的原则外，还应使没块砂芯有足够的断面，保证有一定的强度和刚度，并能顺利排出砂芯中的气体；使芯盒结构简单，便于制造和使用等。 二、芯头设计 芯头 ： 伸出铸件以外不与金属接触的砂芯部分。 对芯头的要求 定位和固定砂芯，使砂芯在铸造中有准 确的位 置，并能承受砂芯重力及浇注时液体金属对砂芯的浮力，使之不破坏 芯头应能及时排出浇注后砂芯所产生的气体至型外 上下芯头及芯号容易识别，不致下错方向或芯号 下芯、合型方便，芯头应有适当斜度和间隙 芯头可分为垂直芯头和水平芯头 （包括悬臂式芯头）两大类 （一）芯头的组成 典型的芯头的结构如右图所示。 包括：芯头长度、斜度、间隙、压环、防压环和积砂槽等结构 芯头长度 砂芯伸入铸型部分的长度 秋季学期 铸造工艺学教案 主讲教师 荣守范 13 芯头斜度 对垂直芯头，上、下芯头都应设有斜度 芯头间隙 为了下芯方 便，通常在芯头和信座之间留有间隙 压环、防压环和集砂槽 压环的作用 合箱后它能把砂芯压紧，避免金属液沿间隙钻入芯头 防压环的作用 下芯、合箱时，它可防止此处砂型被压塌，因而可以防止掉砂 集砂槽的作用 用来存放个别的散落砂粒，这样就可以加快下芯速度 （二）芯头承压面积的核算 由于砂芯的强度通常都大于铸型的强度，故只核算铸型的许用压应力即可。 如果实际承压面积不能满足上式要求，则说明芯头尺寸过小，应适当放大芯头。 若受砂箱等条件限制，不能增加芯头尺寸，可采用提高芯座抗压强度（许用 压应力）的方法，如在芯座部分附加砂芯、铁片、耐火砖等。 在许可的情况下，附加芯撑，也等于增加了承压面积。 （三）特殊定位芯头 有的砂芯有特殊的定位要求，如防止砂芯在型内绕轴线转动，不许可轴向位移偏差过大或下芯时搞错方位，这时就应采用特殊定位芯头。 第二节 铸造工艺设计参数 铸造工艺设计参数（简称工艺参数） 通常是指铸造工艺设计时需要确定的某些数据，这些工艺数据一般都与模样及芯盒尺寸有关，即与铸件的精度有密切关系，同时也与造型、制芯、下芯及合箱的工艺过程有关。 铸造工艺设计参数主要有： 1. 铸件尺寸 公差 2. 铸件重量公差 3. 机械加工余量 4. 铸造收缩率 5. 起模斜度 6. 最小铸出孔及槽 7. 工艺补正量 8. 分型负数 9. 反变形量 秋季学期 铸造工艺学教案 主讲教师 荣守范 14 10. 砂芯负数 11. 非加工壁厚的负余量 12. 分芯负数 一、铸件的尺寸公差 指铸件各部分尺寸允许的极限偏差 一种铸造方法得到的尺寸精度如何，与生产过程的 许多因素有关，其中包括： 1. 铸件结构的复杂性 2. 模具的类型和精度 3. 铸件材质的种类和成分 4. 造型材料的种类和品质 5. 技术和操作水平 可以通过以下措施来提高公差等级： 1. 对设备和工装进行改进、调整和维修 2. 严格工艺过程的管理 3. 提高操作水平 铸件基本尺寸即铸件图上给定的尺寸，应包括 机械加工余量。 公差带应对称分布，有特殊要求时，也可非对称分布，并应在图样上注明或技术文件中规定。 壁厚尺寸公差一般可降低一级 二、铸件重量公差 以占铸件公称质量的百分率为单位的铸件质量变动的允许值。 GB/T11351－ 89 规定了铸件质量公差的数值、确定方法及检验规则，与 GB6414－ 86《铸件尺寸公差》配套使用。 质量公差代号用字母 “MT” （ Mass Tolerances 的缩写）表示。 质量公差等级和尺寸公差等级相对应，由精到粗也分为 16 级，从 MT1～ MT16。 三、机械加工余量 为保证铸件加工面 尺寸和零件精度，应有加工余量，即在铸件工艺设计时预先增加的，而后在机械加工是又被切去的金属层厚度，简称加工余量。 加工余量过大，浪费金属和加工工时 过小，降低刀具寿命，不能完全去除铸件表面缺陷，缺陷甚至露出铸件表皮，达不到设计要求。 影响加工余量的主要因素有： 1. 铸造合金种类 2. 铸造工艺方法 3. 生产批量 4. 设备及工装的水平 5. 加工表面所处的浇注位置（顶、底、侧面） 秋季学期 铸造工艺学教案 主讲教师 荣守范 15 6. 铸件基本尺寸的大小和结构 四、铸造收缩率 铸造收缩率 K 的定义是 铸造收缩率的影响因素： 合金的种类及成分 铸件冷却、收缩时受到的阻力的 大小 冷却条件的差异等 因此，要十分准确地给出铸造收缩率是很困难的 如何正确地选择铸造收缩率： 对于大量生产的铸件，一般应在试生产过程中，对铸件多次划线，测定铸件各部分的实际收缩率，反复修改木模，直至铸件尺寸符合铸件图样要求。 然后再以实际铸造收缩率设计制造金属模 对于单件、小批量生产的大型铸件，铸造收缩率的选取必须有丰富的经验，同时要结合使用工艺补正量，适当放大加工余量等措施来保证铸件尺寸达到合格 五、起模斜度 为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免损坏砂型或砂芯。 这个斜度，称为起模斜度。 起模斜度应在铸件上没有结构斜度的、垂直于分型面（分盒面）的表面上应用其大小应依模样的起模高度、表面粗糙度以及造型（芯）方法而定。 使用起模斜度时应注意： 起模斜度应小于或等于产品图上所规定的起模斜度值，以防止零件在装配或工作中与其它零件相妨碍 尽量使铸件内、外壁的模样和芯盒斜度取值相同，方向一致，以使铸件壁厚均匀 在非加工面上留起模斜度时，要注意与相配零件的外形一致，保持整台机器的美观 同一铸件的的起模斜度应尽可能只选用一种或两种斜度，以免加工金属模时频繁地更换刀。 六、最小铸出孔及槽 零件上的孔、槽、 台阶等，是铸出来好，还是机械加工出来好。 这应从品质及经济角度等方面全面考虑。 秋季学期 铸造工艺学教案 主讲教师 荣守范 16 一般说来： 较大的孔、槽等应铸出来，以便节约金属和加工工时，同时还可以避免铸件局部过厚所造成的热节，提高铸件质量。 孔、槽比较小，或者铸件壁很厚，则不宜铸出孔，直接依靠加工反而更方便。 有特殊要求的孔，如弯曲孔，无法实行机械加工，则一定要铸出。 可用钻头加工的受制孔（有中心线位置精度要求）最好不铸出，铸出后很难保证铸孔中心位置准确，再用钻头扩孔也无法纠正中心位置。 七、工艺补正量 在单件、小批量生产中，由于选用的收缩率与铸件的实际收缩 率不符，或由于铸件产生了变形、操作中的不可避免的误差（如工艺上允许的错型偏差、偏芯误差）等原因，使得加工后的铸件某些部分的厚度小于图样要求尺寸，严重时会因强度太弱而报废。 因工艺需要在铸件相应非加工面上增加的金属层厚度称为工艺补正量。 工艺补正量可粗略地按下述经验公式来确定 八、分型负数 干砂型、表面烘干型以及尺寸很大的湿型，分型面由于烘烤、修整等原因一般都不很平整，上下型接触面很不严密。 为了防止浇注时跑火，合箱前需要在分型面之间垫以石棉绳、泥条或油灰条等，这样在分型面处明显地增大了铸件的尺寸。 为了保证铸件尺寸精确，在拟定工艺时，为抵消铸件在分型面部位的增厚（垂直于分型面的方向），在模样上相应减去的尺寸 ,称为分型负数 分型负数的大小和砂箱尺寸、铸件大小有关 一般大件，起模后分型面容易损坏，修型烘干后变形量大，所以合型时垫的石棉绳等也厚度大些，故分型负数也应增大此外，还和工厂习惯，垫用材料有关。 一般在 ～6mm 之间干砂型、表面烘干型、自硬砂型以及砂箱尺寸超过 2m 以上的湿型才应用分型负数。 湿型分型负数一般较小 九、反变形量 铸造较大的平板类、床身类铸件时，由于冷却速度的不均匀性，铸件冷却后常出现变形。 为了解决挠曲变形问题，在制造模洋时，按铸件可能产生变形的相反方向作出反变形模样，使铸件冷却后变形的结果正好将反变形抵消，得到符合设计要求的铸件。 这种在模样上作出的预变形量称为反变形量（又称反挠度、反弯势、假曲率） 影响反变形量的因素 : 十、砂芯负数（砂芯减量） 大型粘土砂芯在舂砂过程中砂芯向四周涨开，刷涂料以及在烘干过程中发生的变形，使砂芯四周尺寸增加。 为了保证铸件尺寸准确，将芯盒的长、宽尺寸减去一定量，这个被减去的尺寸称为砂芯负数。 秋季学期 铸造工艺学教案 主讲教师 荣守范 17 砂芯负数只应用于大型粘土砂芯，其数值依工厂实际经验确定 流态砂芯、自硬 砂芯、壳芯、热芯盒砂芯及小的粘土砂芯均不采用砂芯负数。 十一、非加工壁厚的负余量 在手工粘土砂造型、制芯过程中，为了取出木模（如芯盒中的肋板），要进行敲模，木模受潮时将发生膨胀，这些情况均会使型腔尺寸扩大，从而造成非加工壁厚的增加，使铸件尺寸和重量超过公差要求。 为了保证铸件尺寸的准确性，凡形成非加工壁厚的木模或芯盒内的肋板厚度尺寸应该减小，即小于图样尺寸。 所减小的厚度尺寸称为非加工壁厚的负余量 十二、分芯负数 对于分段制造的长砂芯或分开制造的大砂芯，在接缝处应留出分芯间隙量，即在砂芯的分开面处，将砂芯尺寸减 去间隙尺寸，被减去的尺寸，称为分芯负数。 分芯负数是为了砂芯的拼合及下芯方便而采用的。 不留分芯负数，就必须用手工磨出间隙量，这将延长工时并恶化劳动条件。 分芯负数可以留在相邻的两个砂芯上，每个砂芯各留一半；也可留在指定的一侧的砂芯上。 根据砂芯接合面的大小一般留 1～ 3mm。 分芯负数多用于手工造芯的大砂芯。 秋季学期 铸造工艺学教案 主讲教师 荣守范 18 第四章 浇注系统设计 第一节 液态金属在浇注系统基本组元中的流动 1. 型壁的多孔性、透气性和合金液的不相润湿性，给合金液的运动以特殊边界条件 2. 在充型过程中，合金液和铸型之间有着激烈的热作用、机械作用和化学作用 3. 浇注过程是不稳定流动过程 1. 在型内合金液淹没了内浇道之后，随着合金液面上升，充型的有效压力头渐渐变小 2. 型腔内气体的压力并非恒定 3. 浇注操作不可能保持浇口杯内液面的绝对稳定 4. 合金液在浇注系统中一般呈紊流状态 5. 多相流动 一般合金液总含有某些少量固相杂质、液相夹杂和气泡，在充型过程中还可能析出晶粒及气体，故充型时合金液属于多相流动 二、浇口杯（ pouring cup）中的流动 三、直浇道中的流动 直浇道的功用 秋季学期 铸造工艺学教案 主讲教师 荣守范 19 直浇道的形状 金属液在直浇道中的流动的特点 尽管非充满的直浇道有带气的缺点，但在特定条件 下也会采用 如阶梯式浇注系统中为了实现自下而上地逐层引入金属的目的而采用 又如用底注包浇注的条件下，为了防止钢液溢至型外而使用非充满态的直浇道 四、直浇道窝 金属液对直浇道底部有强烈的冲击作用，并产生涡流和高度紊流区， 常引起冲砂、渣孔和大量氧化夹杂物等铸造缺陷。 设直浇道窝（凹井） 可改善金属液的流动状况。 直浇道窝的作用 秋季学期 铸造工艺学教案 主讲教师 荣守范 20 直浇道窝形状 五、横浇道中金属的流动 横浇道的功用。