铸造工艺学重点

一、铸造工艺设计依据（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）（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（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它的特殊性能要求（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。

数量大的采取先进技术，应急单件产品应考虑使生产设备尽可能简单（二）生产条件1）设备能力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）考虑经济性二、设计内容和设计程序设计内容：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设计程序：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7）在完成铸造工艺图的基础上，画出铸件图8）通常在完成砂箱设计后，画出铸型装配图9）综合整个设计内容制铸造工艺卡三、铸件结构审查作用：一）审查零件结构是否符合铸造工艺的要求。

二）在既定的零件结构条件下，考虑铸造过程中可能出现的主要缺陷，在工艺设计中采取措施予以防止。

（一）从避免缺陷方面审查铸件结构。

1)铸件应有合适的壁厚2）铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意壁厚过渡和圆角3）铸件内壁应薄于外壁4）壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节5）利于补缩和实现顺序凝固6）防止铸件翘曲变形7）避免浇注位置上有水平的大平面结构（二）从简化铸造工艺方面改进零件结构1）改进妨碍起模的凸台、凸缘和肋板的结构2）取消铸件外表侧凹3）改进铸件内腔结构以减少砂芯4）减少和简化分型面5）有利于砂芯的固定和排气6）减少清理铸件的工作量7）简化模具的制造8）大型复杂件的分体铸造和简单小件的联合铸造四、浇注位置的确定（浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置）1）铸件的重要部分应尽量置于下部2）重要加工面应朝下或呈直立状态3）使铸件的大平面朝下，避免夹砂结疤类缺陷4）应保证铸件能充满5）应有利于铸件的补缩6）避免用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯、合箱及检验7）应使合箱位置、浇注位置和铸件冷却位置一致五、分型面的选择（分型面是指两半铸型相互接触的表面）1）应使铸件全部或大部分置于同一半型内2）应尽量减少分型面的数目3）分型面应尽选用平面4）便于下芯、合箱和检查型腔尺寸5）不使砂箱过高6）受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度7）注意减轻铸件清理和机械加工量六、砂芯设计砂芯的功用：形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位砂芯应满足以下要求：砂芯的形状、尺寸以及在砂型中的位置应符合铸件要求，具有足够的强度和刚度，在铸件形成过程中砂芯所产生的气体能及时排出型外，铸件收缩时阻力小和容易清砂确定砂芯形状（分块）及分盒面选择的基本原则：总原则：使造芯到下芯的整个过程方便，铸件内腔尺寸精确，不致造成气孔等缺陷，使芯盒结构简单1）保证铸件内腔尺寸精度2）保证操作方便3）保证铸件壁厚均匀4）应尽量减少砂芯数目5）填砂面应宽敞，烘干支撑面是平面6）砂芯形状适应造型、制芯方法芯头：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，使砂芯在铸型中有准确的位置，并能承受砂芯重力及浇注时液体金属对砂芯的浮力，使之不致被破坏；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芯头组成：芯头长度、斜度、间隙、压环、防压环和积砂槽等结构作用：固定型芯，避免型芯漂浮，将芯子中浇注时产生的气体导出设计：1、芯头高度：1）对于细而高的砂芯，上下都应留有芯头，以免在液体金属冲击下发生偏斜，而且下芯头应取高一些。

对于湿型可不留间隙，以便下芯后能使砂芯保持直立，便于合箱2）对于粗而矮的砂芯，常不可用上芯头（高度为零），这可使造型、合箱方便3）对于等截面的或上下对称的砂芯，上下芯头可用相同的高度和斜度，而对需要区分上下芯头的砂芯，一般应使下芯头高度高于上芯头的2、芯头斜度：为合箱方便，避免上下芯头和铸型相碰，上芯头和上芯头座的斜度应大些。

对水平芯头，如果造芯时芯头不留斜度就能顺利从芯盒中取出，那么芯头可不留斜度。

芯座—模样的芯头总是留有斜度的，至少在断面上要留有斜度，上箱斜度比下箱的大，以免合箱时和砂芯相碰3、芯头间隙：为下芯方便，通常在芯头和芯座之间留有间隙。

机器造型、制芯时间隙一般较小，而手工造型、制芯则间隙较大，湿型的间隙小，干砂型、自硬型的间隙大；芯头尺寸大，间隙大。

七、铸造工艺设计参数1. 铸件尺寸公差铸件尺寸公差是指铸件各部分尺寸允许的极限偏差，取决于铸造工艺方法等多种因素2. 机械加工余量为保证铸件的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，而后在机械加工时又被切去的金属层厚度，成为机械加工余量，简称加工余量。

3. 铸造收缩率K=[（Lm-Lj）/Lj]*100% Lm—模样（或芯盒）工作面的尺寸Lj—铸件尺寸4. 起模斜度为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定的斜度，以免损坏砂型或砂芯，这个斜度成为起模斜度。

八、浇注系统的组成及各部分的作用（浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道的总称）1.浇口杯：承受来自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢出，便于浇注；减轻液流对型腔的冲击；分离渣滓和气泡，阻止其进入型腔；增加充型的压力头2.直浇道：从浇口杯引导金属向下，进入横浇道、内浇道或直浇道导入型腔。

提供足够的压力头，使金属液在重力作用下能克服各种流动阻力，在规定的时间内充满型腔3.直浇道窝：缓冲作用；缩短直—横拐弯处的高度紊流区；改善内浇道的流量分布；减小直—横浇道拐弯处的局部阻力系数和水头损失；浮出金属液中的气泡4.横浇道：向内浇道分配洁净的金属液；储留最初浇入的含气和渣污的低温金属液并阻留渣滓；使金属液流平稳和减少产生氧化夹渣物5.内浇道：控制充型速度和方向，分配金属，调节铸件各部位的温度和凝固顺序，浇注系统的金属液通过内浇道对铸件有一定的补缩作用九、浇注系统的分类及其优缺点按阻流断面位置分为封闭式浇注系统和开放式浇注系统（一）封闭式浇注系统正常浇注条件下，所有组元能为金属液充满的浇注系统（用于不易氧化的各种铸铁件）优点：有较好的阻渣能力，可防止金属液卷入气体，消耗金属少，清理方便缺点：进入型腔的金属液流速度高，易产生喷溅和冲砂，使金属氧化，使型内金属液发生扰动、涡流和不平静（二）开放式浇注系统在正常浇注条件下，金属液不能充满所有组元的浇注系统（适用于轻合金铸件和球铁件等）优点：进入型腔时金属液流速度小，充型平稳，冲刷力小，金属氧化轻缺点：阻渣效果稍差，内浇道较大，金属消耗略多按内浇道在铸件上的位置分类（一）顶注式浇注系统以浇注位置为基准，内浇道设在铸件顶部的（简单式，楔形式，压边式，雨淋式，搭边式）优点：容易充型，可减少薄壁件浇不到、冷隔方面的缺陷；充型后上部温度高于底部，有利于铸件自下而上的顺序凝固和冒口的补缩；冒口尺寸小，节约金属；内浇道附近受热较轻；结构简单，易于清除缺点：易造成冲砂缺陷；金属液下落过程中接触空气，出现激溅、氧化、卷入空气等现象，使充型不平稳；易产生砂孔、铁豆、气孔和氧化夹杂物缺陷；大部分浇注时间，内浇道工作在非淹没状态，相对地说，横浇道阻渣条件较差（二）底注式浇注系统内浇道设在铸件底部的优点：内浇道基本上在淹没状态下工作，充型平稳；可避免金属液发生激溅、氧化及由此而形成的铸件缺陷；无论浇口比是多大，横浇道基本工作在充满状态下，有利于阻渣；型腔内的气体容易顺序排出缺点：充型后金属的温度分布不利于顺序凝固和冒口补缩；内浇道附近容易过热，导致缩孔、缩松和结晶粗大等缺陷；金属液面在上升中容易结皮，难于保证高大的薄壁铸件充满，易产生浇不到、冷隔等缺陷；金属消耗较大措施：采用快浇和分散的多内浇道，大的S内/S阻比值，使用冷铁和安放冒口或用高温金属补浇冒口（三）中间注入式浇注系统从铸件中间某一高度上开设内浇道的对内浇道以下的型腔部分为顶注式；对内浇道以上的型腔部分相当于底注式。

兼有顶注式和底注式的优缺点。

（四）阶梯式浇注系统在铸件不同高度上开设多层内浇道的优点：金属液首先由底层内浇道充型，随着型内液面上升，自下而上地、顺序地流经各层内浇道。

因而充型平稳，型腔内气体排出顺利。

充型后，上部金属液温度高于下部，有利于顺序凝固和冒口的补缩，铸件组织致密。

易避免缩松、缩孔、冷隔及浇不到等铸造缺陷。

利用多内浇道，可减轻内浇道附近的局部过热现象缺点：造型复杂，有时要求几个水平分型面，要求正确的计算和结构设计，否则，容易出现上下各层内浇道同时进入金属液的“乱浇”现象，或底层进入金属液过多，形成下部温度高的不理想的温度分布九、冒口、冷铁和铸肋设置冒口、冷铁和铸肋主要用于防止缩孔、缩松、裂纹和变形（一）冒口（圆柱形、球顶圆柱形、长（腰）圆柱形、球形及扁球形）1. 作用：冒口是铸型内用以储存金属液的空腔，在铸件形成时补给金属，有防止缩松、缩孔、排气和集渣的作用。

2. 种类：3. 通用冒口补缩原理1）基本条件a) 冒口凝固时间大于或等于铸件（被补缩部分）的凝固时间b) 有足够的金属液补充铸件的液态收缩和凝固收缩，补偿浇注后型腔扩大的面积c) 在凝固期间，冒口和被补缩部分之间存在补缩通道，扩张角向着冒口2）选择冒口位置的原则a）冒口应就近设在铸件热节的上方或侧旁b）冒口应尽量设在铸件最高、最厚的部位。

对低处的热节增设补贴或使用冷铁，造成补缩的有利条件c）冒口不应设在铸件重要的、受力大的部位，以防止组织粗大降低强度d）冒口位置不要选在铸造应力集中处，应注意减轻对铸件的收缩阻碍，以免引起裂纹e）尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件f）冒口布置在加工面上，可节约铸件精整工时，零件外观好g）不同高度上的冒口，应用冷铁使各个冒口的补缩范围隔开3）冒口有效补缩距离的确定冒口的有效补缩距离为冒口作用区与末端区长度之和a) 铸钢件的补缩距离阶梯形铸钢件的冒口补缩距离比板形件的大；冒口的垂直补缩距离至少等于冒口的水平补缩距离b) 铸铁件通用冒口的补缩距离灰铁中，高牌号的补缩距离小；球铁中，只有用湿型或壳型铸造较厚的球铁时，才有必要使用传统冒口补缩；可锻铸铁冒口的补缩距离为4-4.5倍壁厚c）有色金属的冒口补缩距离锡青铜和磷青铜类合金的冒口的补缩距离短，易于出现分散缩松；无锡青铜和黄铜的冒口补缩距离大；黄铜冒口的补缩距离为5-9倍壁厚；铝青铜和锰青铜的补缩距离为5-8倍壁厚；共晶型铝合金的冒口补缩距离为4.5倍壁厚；非共晶型铝合金的冒口补缩距离为2倍壁厚4）外冷铁的影响在两个冒口之间安放冷铁，相当于在铸件中间增加了激冷端，使冷铁两端向着两个冒口方向的温度梯度扩大，形成两个冷铁末端区，显著地增大了冒口的补缩距离5）补贴的应用为实现顺序凝固和增强补缩效果，铸造工艺人员在靠近冒口的铸件壁厚上补加的倾斜的金属块成为补贴。