铸造工艺基础要点.docx

铸造工艺基础要点.docx

《铸造工艺基础要点.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铸造工艺基础要点.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

铸造工艺基础要点

铸造工艺基础知识

一、铸造方法

常见的铸造方法有以下几种：

1、砂型铸造：

砂型铸造是将原砂和粘结剂、辅助材料按一定比例混制好以后，用模型造出砂型，浇入液体金属而形成铸件的一种方法。

砂型铸造是应用最普遍的一种铸造方法。

2、熔模铸造：

熔模铸造又称“失蜡铸造”，通常是在蜡模表面涂上数层耐火材料，待其硬化干燥后，将其中的蜡模熔去而制成型壳，再经过焙烧，然后进行浇注，而获得铸件的一种方法。

由于获得的铸件具有较高的尺寸精度和表面粗糙度，所以又称“熔模精密铸造”。

3、金属型铸造：

金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属用重力浇注法浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。

所以又称“重力铸造”。

4、低压铸造：

低压铸造是液体金属在压力作用下由下而上的充填型腔，以形成铸件的一种方法。

由于所用的压力较低，所以叫低压铸造。

5、压力铸造：

压力铸造简称压铸，是在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸型型腔，并在压力作用下凝固而获得铸件的一种方法。

6、离心铸造：

离心铸造是将液体金属浇入旋转的铸型中，使液体金属在离心力的作用下充填铸型和凝固成形的一种铸造方法。

7、连续铸造：

连续铸造是将熔融的金属不断浇入一种叫做结晶器的特殊金属型中，凝固了的铸件连续不断的从结晶器的另一端拉出，从而获得任意长度或特定长度铸件的一种方法。

8、消失模铸造：

消失模铸造是采用泡沫气化模造型，浇注前不用取出模型，直接往模型上浇注金属液，模型在高温下气化，腾出空间由金属液充填成型的一种铸造方法。

也叫“实型铸造”。

二、零件结构的铸造工艺性分析

零件结构的铸造工艺性通常指的是零件的本身结构应符合铸造生产的要求，既便于整个铸造工艺过程的进行，又利于保证产品质量。

对产品零件图进行分析有两方面的作用：

第一，审查零件结构是否符合铸造生产的工艺要求。

因为零件的设计者往往不完全了解铸造工艺。

如发现结构设计有不合理的地方，就要与有关方面进行研究，在不影响使用要求的前提下，予以改进。

这对简化工艺过程、保证质量及降低成本均有极大作用。

第二，在既定的零件结构条件下，考虑在铸造过程中可能出现的主要缺陷，在工艺设计中采取相应工艺措施予以避免。

（一）从避免缺陷方面审查铸件结构的合理性

1、铸件应有合理的壁厚

每一种合金都有其适宜的壁厚范围。

壁厚太薄，容易出现浇不足；太厚，容易出现晶粒粗大，机械性能降低。

2、铸件收缩时不应有严重阻碍，注意壁厚的过渡和铸造圆角

铸件厚薄相接、拐弯、交接之处，都应采取逐渐过渡和转变的形式，并应采用较大圆角相连接，以免造成突然转变以及应力集中，引起裂纹等缺陷。

对于牌号较高、收缩大的合金铸件尤其注意，以防止因严重阻碍铸件收缩而造成裂纹。

3、内壁厚度应小于外壁厚度

铸件内部的筋和壁等，散热条件较差，因此应比外壁薄些，以便使整个铸件的外壁和内壁能均匀的冷却，防止产生内应力和裂纹。

4、壁厚力求均匀，减少厚大部分，防止形成热节

如果壁厚不均匀，铸件冷却也不均匀，在交接处易产生内应力、易于形成缩松、缩孔和裂纹。

5、有利于补缩和实现顺序凝固

对于厚大件，应根据零件特点，设置冒口，进行补缩。

6、注意防止铸件的翘曲变形

对于细长件、大的平板件，在铸件收缩时，由于冷却不一致，很容易引起翘曲变形。

应多布置加强筋，防止此类变形。

7、避免水平方向出现较大的平面

在浇注时，水平大平面液流上升速度很慢，较长时间烘烤铸型顶面，极易造成夹砂、浇不足等缺陷，也不利于金属夹杂物和气体的排出。

（二）从简化铸造工艺过程角度审查零件结构的工艺性

1、改进妨碍起模的凸台、凸缘、筋板的结构

铸件侧壁上的凸台（搭子）、凸缘、筋板等，常常妨碍起模，不得不增加砂芯。

所以，尽量改进，以简化铸造模具。

2、尽量取消铸件外表侧凹

铸件侧壁上如有凹入部分，常常妨碍起模，不得不增加砂芯。

所以，尽量改进，以简化铸造模具。

3、改进铸件内腔结构，减少砂芯数量

4、减少和简化分型面

尽量采用平直分型面，减少曲面分型。

5、有利于砂芯的固定和排气

底面有利于砂芯固定，顶面有利于砂芯排气。

6、去除不必要的圆角

有些外圆角对铸件质量影响不大，但却对造型和制芯等工艺过程有不良效果，应予以去除。

三、造型、制芯方法

产品零件设计结束后，应根据产品结构及铸造厂的实际情况，确定合理的造型、制芯方式。

以下简单介绍当前广泛应用的各种造型、制芯方式。

（一）造型方法

1、手工造型（手工粘土砂、手工树脂砂）

手工造型适宜于简单、小批量多品种铸件。

砂型硬度低，表面粗糙度、尺寸精度差，效率低。

2、普通机器造型（Z145、Z148、Z1410等）

普通机器造型适宜于批量较大、产品要求较高的铸件。

砂型硬度中等，表面粗糙度、尺寸精度较好，效率较高。

3、高压造型（平压头、成型压头、多触头）

高压造型适宜于批量不大、尺寸较大的铸件。

砂型硬度高、表面粗糙度、尺寸精度较好，效率较高。

4、水平分型流水线造型（静压线、KW线）

水平分型流水线造型适宜于大批量、复杂铸件。

砂型硬度很高、表面粗糙度、尺寸精度很好，效率很高。

5、垂直分型流水线造型（DISA线）

垂直分型流水线造型适宜于大批量、尺寸中等及较小的铸件，尤其适宜于球铁件。

砂型硬度很高、表面粗糙度、尺寸精度很好，效率很高。

（二）制芯方法

1、手工制芯（粘土砂、合脂油、树脂砂）

手工制芯适宜于简单、小批量铸件。

表面粗糙度、尺寸精度差，效率低。

2、热芯盒制芯（6kg、12kg、25kg、40kg、100kg）

热芯盒制芯是将混制好的热芯砂（或覆膜砂）通过热芯盒射芯机射入热芯盒模具内，在220-260℃下保温一段时间，然后开模取出成品砂芯的一种制芯方式。

热芯盒制芯目前应用广泛，它的适用范围很广，几乎所有砂芯都可以用它制作。

砂芯强度很高，表面粗糙度、尺寸精度很好，效率很高。

3、壳芯盒制芯

壳芯盒制芯是将成品覆膜砂通过壳芯机射入壳芯盒模具内，待周边形成8mm左右硬壳后，旋转，倒出剩余余砂，在220-260℃下保温一段时间，然后开模取出成品砂芯的一种制芯方式。

壳芯盒制芯应用范围也很广泛，主要应用于简单、圆周类砂芯。

砂芯强度很高，表面粗糙度、尺寸精度很好，效率很高。

4、冷芯盒制芯

冷芯盒制芯是将混制好的冷芯砂通过冷芯盒射芯机射入冷芯盒内，然后吹入气体（三乙胺或二氧化硫）固化的一种制芯方式，因为它在常温下固化，所以叫冷芯盒制芯。

冷芯盒制芯是目前应用最广泛的一种制芯方式，几乎所有砂芯都可以用它制作。

砂芯强度很高，表面粗糙度、尺寸精度很好，效率很高。

砂芯发气量低、溃散性好。

四、砂型铸造铸件浇注位置的确定

铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的位置。

浇注位置的确定是铸造工艺设计中重要的一环，关系到铸件的质量能否得到保证，也涉及铸件尺寸精度以及造型工艺过程。

1、铸件的重要加工面应朝下或呈侧立面

这是因为气孔、非金属夹杂物等容易出现在上表面，铸件向下的底面和侧立面通常比较光洁，出现缺陷的可能性小，而且底面组织致密。

2、尽可能使铸件的大平面朝下，以避免形成夹砂和夹杂缺陷

对于大的平板类铸件，必要时可采用倾斜浇注，以增加液体金属的上升速度，防止夹砂缺陷。

3、应保证铸件能充满

铸件很薄的部分应朝下。

4、应有利于实现顺序凝固

对厚薄不均、易于形成缩孔、缩松或质量要求较高的铸件，浇注位置的选择应有利于实现顺序凝固。

5、应尽可能避免使用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯

6、应使合箱位置、浇注位置和铸件的冷却位置相一致

针对手工生产，与机器造型及流水线造型无关。

五、分型面的选择

分型面是指两半铸型相互接触的表面。

除了实型铸造法以外，都要选择分型面。

有时是平面，有时是曲面。

1、应尽量使铸件全部或大部置于同一半型内

两半型铸件总是或多或少有一些错移，影响铸件尺寸精度。

2、应尽量减少分型面的数目

此指手工多箱造型。

3、便于下芯、合箱及检查型腔尺寸

因此，应尽量把主要砂芯放在下半砂箱中。

4、应注意减轻落砂、清理和机械加工的工作量

应尽量减小分型面飞边、披缝。

六、砂芯设计

砂芯设计在铸造工艺中很关键，它直接影响着铸件的尺寸精度以及相互关联尺寸。

1、涂料层厚度

应根据每个厂家的具体情况、涂料种类，确定相应的涂料层厚度。

在模具设计中予以增加涂料层厚度。

2、芯头间隙

应根据芯头大小和具体结构，选择合理的芯头间隙。

一般控制在0.1-0.5mm之间。

上芯头间隙大，下芯头间隙小。

3、芯头斜度

为方便合箱，砂芯芯头要设计拔模斜度。

一般上芯头斜度大，下芯头斜度小。

4、特殊定位芯头

对于有方向要求的圆芯头，必须设计缺口定位，以保证产品内部形状方向准确。

5、压环设计

为保证砂型能紧紧压住砂芯，经常在上模样芯头顶面设计一圈半圆凹沟，造型后在上模型形成一凸起环形砂，合箱后能紧紧压住砂芯，芯头定位牢固。

6、防压环设计

在模样水平芯头靠近模样的根部，设计凸起圆环，高度为0.5-1mm，宽度为5-10mm。

造型后，相应部位形成一下凹的环状缝隙。

下芯、合箱时，它可防止此处砂型被压塌，因而可防止掉砂缺陷。

7、挤砂槽设计

在下模样芯头边缘设计一道凸起圆环，深度约2-5mm。

造型后，在砂型内形成一环凹槽，用来存放个别散落砂粒。

七、铸造工艺参数设计

1、铸造收缩率

影响铸造收缩率的因素很多，如：

合金的种类及成分，铸件冷却、收缩时受到阻力的大小，冷却条件的差异等。

每个铸造厂家，应根据自己的生产条件，确定合适的铸造收缩率。

一般，铸铁取1℅。

2、机械加工余量

在铸件加工表面上留出的、准备切去的金属层厚度，称为机械加工余量。

机械加工余量应根据铸件大小、造型方式所达到的铸件精度、加工表面所处的浇注位置、铸件结构而确定。

3、拔模斜度

影响拔模斜度的因素也很多。

如：

铸件大小、模样高度、模样的表面粗糙度、造型方式等。

一般取30′-3°。

4、最小铸出孔及槽

应根据模具表面粗糙度、拔模斜度、孔的深度等，来确定最小铸出孔及槽。

铸铁件流水线造型能铸出12-15mm的最小孔及槽。

5、工艺补正量

对于需加工孔的圆凸台、棋子，设计图纸尺寸往往偏小，铸造时需人为加大尺寸，此即工艺补正量。

6、分型负数

对于干模及树脂砂生产的大铸件，在合箱时为了防止跑火，在分型面处常常用石棉绳或其它东西密封，容易垫高砂型，影响铸件尺寸。

所以设计模样时，往往在分型面处人为减小模样尺寸，此即分型负数。

7、反变形量

在铸造较大平板类、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。

在制造模样时，按铸件可能产生变形的相反方向做出反变形模样，使铸件冷却后变形的结果正好将反变形抵消。

此予变形量即反变形量。

8、砂芯负数

大芯盒制芯时，由于分盒面接触面积太大，制出的砂芯总是或多或少有一定披缝，砂芯尺寸比模具尺寸大。

所以，设计芯盒时，人为减小一定尺寸，此即砂芯负数。

射芯机制芯一般取0.2-0.3mm。

八、浇注系统设计

1、浇口杯设计

（1）浇口杯形状

浇口杯形状分为漏斗形和池形两大类。

漏斗形简单，挡渣作用小，主要用于小型铸铁件及铸钢件。

池形浇口杯挡渣作用较好，主要用于中、大型铸铁件。

（2）浇口杯作用

a便于承受来自浇包的金属液流并引入直浇道，防止过浇而溢出。

b避免流股直冲直浇道，减小液流对铸型的冲击。

c有一定的挡渣作用。

d当砂箱高度低压头不够时，又可以增加金属液的静压头。

2、直浇道设计

（1）直浇道形状

直浇道一般为上大下小或上小下大的锥形，底部设计浇口窝，用以缓冲液流冲击。

与浇口杯、横浇道、浇口窝用圆角连接。

（2）直浇道作用

a从浇口杯向下引导金属夜进入浇注系统其它组元或直接导入型腔。

b提供足够的压力头。

3、横浇道设计

（1）横浇道形状

横浇道有梯形、圆顶梯形、圆形三种。

铸铁件用前两种。

（2）横浇道作用

a分配液流。

b挡渣。

要充分利用横浇道的挡渣作用，设计各种结构的阻流断面，满足不同铸件结构要求。

4、内浇道设计

（1）内浇道形状

对砂型铸造铸铁件，多采用扁平梯形。

对铁模覆砂球铁件，多采用圆形。

（2）内浇道作用

内浇道的作用是引导金属夜进入型腔。

5、浇注系统类型

（1）按阻流断面位置分

a封闭式浇注系统

封闭式浇注系统是指从浇口杯底孔到内浇道的断面积逐渐缩小，内浇道为阻流断面，即∑F内<∑F横

封闭式浇注系统主要适用于中小型铸铁件。

b开放式浇注系统

开放式浇注系统是指从浇口杯底孔到内浇道的断面积逐渐加大，浇口杯底孔为阻流断面，即∑F内>∑F横>F直>F杯孔。

开放式浇注系统主要适用于易氧化的有色金属铸件、球墨铸铁件、使用漏包浇注的铸钢件。

c半封闭式浇注系统

半封闭式浇注系统内浇道为阻流断面，即∑F横≥F直≥∑F内。

半封闭式浇注系统适用于各种铸铁件，尤其在球墨铸铁件及表面干型中广泛适用。

d封闭-开放式浇注系统

封闭-开放式浇注系统的阻流断面位于直浇道下端，即F杯>F直<∑F横>∑F内。

封闭-开放式浇注系统一般用于小型铸铁件及铝合金浇注。

（2）按内浇道位置的高低分

a顶注式（内浇道位于铸件的顶部）

顶注式适用于结构比较简单且高度不大的薄壁铸件，补缩作用好。

b底注式（内浇道位于铸件的底部）

底注式适用于高度不大、结构复杂的铸件，补缩作用差，排气、挡渣好。

c中间注入式（内浇道位于铸件的中间位置）

中间注入式是应用最普遍的一种浇注方式。

d阶梯式（内浇道分多层引入）

阶梯式适用于高度大、特别是材质液态体收缩也大的铸件。

九、冒口、冷铁和铸筋

应用冒口、冷铁和铸筋以获得优质铸件，是铸造生产中经常采用的工艺措施。

1、冒口

铸型中能储存一定的金属夜，可对铸件进行补缩，以防止产生缩孔和缩松的专门工艺“空腔”，称为冒口。

（1）冒口的种类

按冒口在铸件上的位置可分为顶冒口和边冒口两类；按冒口顶部是否被型砂所覆盖又可分为明冒口和暗冒口。

（2）冒口的形状

冒口的形状直接影响它的补缩效果。

有球形、球顶圆柱形、圆柱形、腰圆柱形等。

球形的表面积最小，散热最慢，是最理想的冒口形状。

（3）冒口的作用

冒口的主要作用是补缩铸件，此外，还有出气和集渣作用。

2、冷铁

冷铁是用来控制铸件凝固最常用的一种激冷物。

冷铁的主要作用为：

（1）与冒口配合使用，能加强铸件的顺序凝固，扩大冒口的有效补缩距离，提高金属夜的利用率，防止铸件产生缩孔或缩松缺陷。

（2）加快铸件局部的冷却速度，实现同时凝固，防止铸件变形和裂纹。

（3）加快铸件特殊部位的冷却，细化基体组织，提高铸件表面硬度和耐磨性。

3、铸筋

对不能安放冷铁的造型方式，有时在需要冷却的部位设计铸筋，达到散热、冷却的目的。

DISA线经常应用。

十、铸造模具设计

在铸造生产中，模具是很重要的。

我们先前讲的各种工艺知识，最终都要包含到模具中去。

而模具本身又有一些特定的要求。

1、模具的设计原则

原先传统的制作模式是：

拿到零件图纸后，先做好铸造工艺图，然后设计出详细的二维结构图纸，按照二维图纸去制作模具毛坯木模，然后铸造模具毛坯。

对于复杂的铸件，还要制作各种各样的样板，去检验普通机械加工各部位的准确性。

随着数控加工中心的普遍应用，模具的设计也越来越快捷，制造周期大大缩短。

拿到产品零件图纸后，先做好铸造工艺图，然后二维、三维同时进行设计。

二维图纸只是具体设计好装配图、各装配零部件详细图纸。

对于模具本体，只是简单设计好装配、连接部件尺寸，内腔尺寸、形状可以全部用三维转出。

甚至，有时木模也上数控加工中心做出来，这样，制作周期大大缩短，加工量均匀，铸件缺陷少。

2、模板设计

前面讲过，凡是有砂芯的铸件，都要设计水平或垂直定位芯头，而且要有合理的芯头间隙，避免挤掉砂缺陷。

上模板砂芯芯头部位，一定要设计出气针或出气片，减少气孔缺陷的产生。

砂芯芯头部位，要根据芯头结构，设计合理的压环、防压环、挤砂槽等工艺结构。

3、热芯盒设计

（1）要根据砂芯大小和模具尺寸，计算出需要的热量，确定加热棒数量和功率。

（2）根据砂芯形状和模具结构，设计不同结构的覆膜砂射嘴，满足各种使用要求。

（3）对于比较重的各部件，要设计吊装孔，便于拆卸、转运。

（4）根据模具尺寸大小，设计合理的定位销、定位套，配合间隙合理。

简单模具用两个圆形定位销套，复杂模具用三个长圆形定位销套，而且方向要合理。

（5）为了便于砂芯顺利出模，芯盒要设计顶芯杆。

顶芯杆要均匀布置，根据砂芯结构，确定合理的数量和直径尺寸，配合间隙控制在0.15-0.2mm内。

（6）对于复杂砂芯，在拐角处要设计排气装置。

芯盒的排气有四种方式：

第一，安装特制的排气塞排气；第二，通过顶芯杆间隙排气；第三，设计排气槽排气，排气槽深度为0.3mm；第四，通过芯盒分模面间隙排气。

4、冷芯盒设计

冷芯盒设计原则与热芯盒基本一致，因为冷芯盒是吹入气体固化，它自己本身又有一些特定要求。

（1）安装排气塞时，尽量避开射砂方向，以免产生“短路”现象。

（2）对于垂直芯盒，上面尽量少布置排气塞，下面多布置一些。