铸造工艺学(课本).doc

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秋季学期铸造工艺学教案主讲教师荣守范

目 录

第一章 铸造工艺设计概论 1

第一节 铸造工艺设计的概念、设计依据、内容及程序 1

第二节 铸造工艺设计与经济指标和环境保护的关系 3

第二章 铸造工艺方案的确定 4

第一节 零件结构的铸造工艺性 4

第二节 造型、造芯方法的选择 4

第三节 浇注位置的确定 6

第四节 分型面的选择 8

第三章 砂芯设计及铸造工艺设计参数 10

第一节 砂芯设计 10

第二节 铸造工艺设计参数 12

第四章 浇注系统设计 17

第一节 液态金属在浇注系统基本组元中的流动 17

第二节 浇注系统的基本类型及选择 21

第三节 计算阻流截面的水力学公式 25

第四节 铸铁件浇注系统设计与计算 28

第五节 其他合金铸件浇注系统的特点 32

第六节 金属过滤技术 35

第五章 冒口、冷铁和铸肋 37

第一节 冒口的种类及补缩原理 37

第二节 铸钢件冒口的设计与计算 39

第三节 铸铁件实用冒口的设计 44

第四节 提高通用冒口补缩效率的措施和特种冒口 53

第五节 冷铁 56

第六节 铸肋 59

第一章 铸造工艺设计概论

第一节 铸造工艺设计的概念、设计依据、内容及程序

一、概念

   现代科学技术的发展，要求金属铸件具有高的力学性能、尺寸精度和低的表面粗糙度值；要求具有某些特殊性能，如耐热、耐蚀、耐磨等，同时还要求生产周期短，成本低。

因此，铸件在生产之前，首先应进行铸造工艺设计，使铸件的整个工艺过程都能实现科学操作，才能有效地控制铸件的形成过程，达到优质高产的效果。

   铸造工艺设计就是根据铸造零件的结构特点、技术要求、生产批量和生产条件等，确定铸造方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等技术文件的过程。

铸造工艺设计的有关文件，是生产准备、管理和铸件验收的依据，并用于直接指导生产操作。

因此，铸造工艺设计的好坏，对铸件品质、生产率和成本起着重要作用。

二、设计依据

   在进行铸造工艺设计前，设计者应掌握生产任务和要求，熟悉工厂和车间的生产条件，这些是铸造工艺设计的基本依据。

此外，要求设计者有一定的生产经验和设计经验，并应对铸造先进技术有所了解。

具有经济观点和发展观点，才能很好地完成设计任务。

（一）生产任务

（1）铸造零件图样   提供的图样必须清晰无误，有完整的尺寸和各种标记。

设计者应仔细审查图样。

注意零件的结构是否符合铸造工艺性，若认为有必要修改图样时，须与原设计单位或订货单位共同研究，取得一致意见后以修改后的图样作为设计依据。

（2）零件的技术要求   金属材质牌号、金相组织、力学性能要求、铸件尺寸及重量公差及其他特殊性能要求，如是否经水压、气压试验，零件在机器上的工作条件等。

在铸造工艺设计时应注意满足这些要求。

   （3）产品数量及生产期限   产品数量是指批量大小。

生产期限是指交货日期的长短。

对于批量大的产品，应尽可能采用先进技术。

对于应急的单件产品，则应考虑使工艺装备尽可能简单，以便缩短生产周期，并获得较大的经济效益。

（二）生产条件

（1）设备能力包括起重运输机的吨位和最大起重高度、熔炉的形式、吨位和生产率、造型和制芯机种类、机械化程度、烘干炉和热处理炉的能力、地坑尺寸、厂房高度和大门尺寸等。

（2）车间原材料的应用情况和供应情况。

   （3）工人技术水平和生产经验。

   （4）模具等工艺装备制造车间的加工能力和生产经验。

   （三）考虑经济性

   对各种原材料、炉料等的价格、每吨金属液的成本、各级工种工时费用、设备每小时费用等，都应有所了解，以便考核该项工艺的经济性。

三、设计内容和程序

铸造工艺设计的一般内容和程序

项目

内容

用途及应用范围

设计程序

铸造工艺图

在零件图上，用标准（JB2435-78）规定的红、蓝色符号表示出：

浇注位置和分型面，加工余量，铸造收缩率（说明）。

起模斜度，模样的反变形量，分型负数，工艺补正量，浇注系统和冒口，内外冷铁，铸肋，砂芯形状，数量和芯头大小等

用于制造模样、模板、芯盒等工艺装备，也是设计这些金属模具的依据。

还是生产准备和铸件验收的根据。

适用于各种批量的生产。

（1）零件的技术条件和结构工艺性分析

（2）选择铸造及造型方法

（3）确定浇注位置和分型面

（4）选用工艺参数

（5）设计浇冒口，冷铁和铸肋

（6）砂芯设计

铸件图

反映铸件实际形状、尺寸和技术要求。

用标准规定符号和文字标注，反映内容：

加工余量，工艺余量，不铸出的孔槽，铸件尺寸公差，加工基准，铸件金属牌号，热处理规范，铸件验收技术条件等

是铸件检验和验收、机械加工夹具设计的依据。

适用于成批、大量生产或重要的铸件

（7）在完成铸造工艺图的基础上，画出铸件图

铸型装配图

表示出浇注位置，分型面、砂芯数目，固定和下芯顺序，浇注系统、冒口和冷铁布置，砂箱结构和尺寸等

是生产准备、合箱、检验、工艺调整的依据。

适用于成批、大量生产的重要件，单件生产的重型件

（8）通常在完成砂箱设计后画出

铸造工艺卡

说明造型、造芯、浇注、开箱、清理等工艺操作过程及要求

用于生产管理和经济核算。

依据批量大小，填写必要内容

（9）综合整个设计内容

   铸造工艺设计内容的繁简程度，主要决定于批量的大小、生产要求和生产条件。

一般包括下列内容：

铸造工艺图，铸件（毛坯）图、铸型装配图（合箱图）、工艺卡及操作工艺规程。

广义地讲，铸造工艺装备的设计也属于铸造工艺设计的内容，例如模样图、芯盒图、砂箱图、压铁图、专用量具图和样板图、组合下芯夹具图等。

   大量生产的定型产品、特殊重要的单件生产的铸件等铸造工艺设计一般订得细致，内容涉及较多。

单件、小批生产的一般性产品，设计内容可以简化。

在最简单的情况下，只绘一张铸造工艺图。

   铸造工艺设计所涉及的内容和一般设计程序如表所列。

第二节 铸造工艺设计与经济指标和环境保护的关系

   铸造工艺设计人员应时刻关心铸件成本、节约能源和环境保护问题。

从零件结构的铸造工艺性的改进，铸造、造型、造芯方法的选择，铸造工艺方案的确定，浇注系统和冒口的设计，直至铸件清理方法等，每道工序都与上述问题有关。

举例而言，对铸钢件采用保温冒口后，绝大多数的铸件工艺出品率都可以提高10％～20％，甚至更高。

   专门的分析表明，铸件的工艺出品率还不能充分表明保温冒口的经济效益，应该用铸件成品率来考核。

铸件成品率的定义是铸件质量除以投入熔炉中的金属原料质量，，以百分数表示。

它和铸件工艺出品率的差别是计入了熔炼和浇注的损耗。

对铸钢来说，这种损耗约占6％。

用普通砂型冒口的铸钢件成品率约为43％；而用保温冒口的铸钢件成品率约为68％。

相应地，利润率也由原来的5.37％增加为14.16％。

   由此可见，铸造工艺设计时，采用不同的工艺，对铸造车间或工厂的金属成本、熔炼金属量、能源消耗、铸件工艺出品率和成品率、工时费用、铸件成本和利润率等，都有显著的影响。

   铸造工艺设计中要注意节约能源。

例如，采用湿型铸造法比干型铸造法要节省燃料消耗。

使用自硬砂型取代普通干砂型，采用冷芯盒法制芯，而不选用普通烘干法制或热芯盒法，都可以节约燃料或电力消耗。

   为了保护环境和维护工人身体健康，在铸造工艺设计中要避免选用有毒害和高粉尘的工艺方法，或者应采用相应对策，以确保安全和不污染环境。

例如，当采用冷芯盒制芯工艺时，对于硬化气体中的二甲基乙胺、三乙胺、SO2等应进行严格的控制，经过有效地吸收、净化后，才可以排放入大气。

对于浇注、落砂等造成的烟气和高粉尘空气，也应净化后排放。

第二章 铸造工艺方案的确定

第一节 零件结构的铸造工艺性

1.零件结构的铸造工艺性

   指的是零件的结构应符合铸造生产的要求，易于保证铸件品质，简化铸造工艺过程和降低成本。

2.考察零件结构铸造工艺性的依据

1.避免缺陷方面

壁厚不能有急剧变化

设计铸件时应避免出现冷却时使铸件收缩受阻的形状

铸件应避免设计成大的水平平面

设计铸件窗口时不得削弱铸件强度

铸件不要设计成有清砂困难的形状

设计需加工的铸件时不要忘记设计加工时的装卡部位

设计有加工面的铸件时不要忽视尽量减少加工面积

简化铸造工艺方面

设计重而大的铸件时不应忘记在铸件上设计吊运措施

设计铸件时，肋的布置不应妨碍起模

设计铸件内腔肋时不得妨碍清砂或削弱型芯强度

设计铸件凸台时不得妨碍起模和造型

设计铸件时应注意尽量不采用多个分型面

设计铸件时应尽量减少采用型芯

设计的铸件应尽量避免采用孤悬的型芯

设计的铸件不应引起型芯支撑不稳定

材质方面

灰铸铁的加强肋不应设在受拉伸侧

球墨铸铁件（缸体）结构的合理与不合理

可锻铸铁轴承座

铜合金三通阀阀体铸件

第二节 造型、造芯方法的选择

砂型铸造的各种造型、造芯方法可参照以下原则选用：

1、优先采用潮型

   当湿型不能满足要求时再考虑使用表干砂型、干砂型或其它砂型。

   在考虑应用湿型时应注意以下几种情况：

（1）铸件过高，金属静压力超过湿型的抗压强度时，应考虑使用干砂型或自硬砂型等。

   要具体分析：

如果铸件壁薄，虽然铸件很高大，但出现涨砂、粘砂、跑火的倾向小。

可以把此限制适当放宽。

因为在浇注结束前，金属静压力尚未达到最高值时，铸件下部表面上已凝结一层金属壳。

此外，采用优质钠膨润土型砂或活化膨润土型砂，其砂型湿压强度较高，为铸造较高大的逐渐创造了条件。

（2）浇注位置上铸件有较大水平壁时，用湿型容易引起夹砂缺陷，应考虑使用其他砂型。

   （3）造型过程长或需长时间等待浇注的砂型不宜用湿型。

例如在铸件复杂，砂芯多，下芯时间长且铸件尺寸大等条件下，湿型放置过久会风干，使表面强度降低，易出现冲砂缺陷。

因此湿型一般应在当天浇注。

如需次日浇注，应将造好的上下半型空合箱，防止水分散失，于次日浇注前开箱、下芯，再合箱浇注。

更长的过程应考虑用其他砂型。

   （4）型内放置冷铁较多时，应避免使用湿型。

如果湿型内有泠铁时，冷铁应事先预热，放入型内要及时合箱浇注，以免冷铁变冷而凝结“水珠”，浇注后引起气孔缺陷。

   认为湿型不可靠时，可考虑使用表干砂型，砂型只进行表面烘干，根据铸件大小及壁厚，烘干深度在15~18mm。

它具有湿型的许多优点，而在性能上却比湿型好，减少了气孔、冲砂、胀砂、夹砂的倾向。

多用于手工或机器造型的中大件。

   对于大型铸件，可以应用树脂自硬砂型、水玻璃砂型以及粘土干砂型。

用树脂自硬砂可以获得尺寸精确、表面光洁的铸件，但成本较高。

2、造型、造芯方法应和生产批量相适应

   大量生产的工厂应创造条件采用技术先进的造型、造芯方法。

老式的震击式或震压式造型机生产线生产率不高，工人劳动强度大，噪声大，不适应大量生产的要求，应逐步加以改造。

对于小型铸件，可以采用水平分型或垂直分型的无箱高压造型机生产线、实型造型线生产效率又高，占地面积也少；对于中件可选用各种有箱高压造型机生产线、气冲造型线。

为了适应快速、高精度造型生产线的要求，造芯方法可选用：

冷芯盒、热芯盒及壳芯等造芯方法。

   中等批量的大型铸件可以考虑用树脂自硬砂造型和造芯、抛砂造型等。

   单件小批量的重型铸件，手工造型仍是重要的方法，手工造型能适应各种复杂的要求，比较灵活，不要求很多工艺装备。

可以应用水玻璃砂型、VRH法水玻璃砂型、有机酯水玻璃自硬砂型、粘土干砂、树脂自硬砂型及水泥砂型等；对于单件生产的重型铸件，采用地坑造型法成本低，投产快。

批量生产或长期生产的定型产品采用多箱造型、劈箱造型法比较适宜。

虽然模具、砂箱等开始投资高，但可以从节约造型工时、提高产品质量方面得到补偿。

3、造型方法应适合工厂条件

   如有的工厂生产大型机床床身等铸件，多