材料成型第4章 铸造工艺设计2

二、型芯的形状、数量及分块
型芯是铸件的一个 型芯是铸件的一个 重要的组成部分。 重要的组成部分。
型芯的功用是形成 型芯的功用是形成 铸件的内腔, 铸件的内腔,孔洞和 内腔 形状复杂阻碍起模部 分的外形。 分的外形。
图4-6 车轮铸件的型芯方案
对于内腔形状复杂的大铸件， 对于内腔形状复杂的大铸件，常将形成内腔的型芯分割成数 使每块形状简单，尺寸较小，便于操作、搬运、烘干， 块，使每块形状简单，尺寸较小，便于操作、搬运、烘干，简 化芯盒结构。 化芯盒结构。
加工余量选择原则：
– 大量生产时，因采用机器造型，铸件精度高，故余量可减小； 大量生产时，因采用机器造型，铸件精度高， 余量可减小； – 手工造型误差大，余量应加大。 手工造型误差大，余量应加大。 误差大 – 铸钢件表面粗糙、变形较大，其加工余量应比铸铁件大； 铸钢件表面粗糙、变形较大，其加工余量应比铸铁件大 表面粗糙 余量应比铸铁件 – 有色合金铸件价格甚贵且表面较光洁、平整，其加工余量应 有色合金铸件价格甚贵且表面较光洁、平整，其加工余量应 铸件价格甚贵且表面较光洁 余量 比铸铁小 比铸铁小。 – 铸件的尺寸愈大或加工面与基准面的距离愈大，铸件的尺寸 铸件的尺寸愈大或加工面与基准面的距离愈大， 误差也愈大，故余量也应随之加大 加大。 误差也愈大，故余量也应随之加大。 – 浇注时朝上的表面因产生缺陷的机率较大．其加工余量应比 浇注时朝上的表面因产生缺陷的机率较大． 底面和侧面大 底面和侧面大。
垂直型芯一般都有上、下芯头 垂直型芯一般都有上、下芯头; 短而粗的型芯也可省去上芯头。 短而粗的型芯也可省去上芯头。
2）水平型芯
图4-13 水平型芯及芯头
型芯头与铸型型芯座之间应有1～ 的间隙(S1)， 型芯头与铸型型芯座之间应有 ～4 mm的间隙 的间隙 ， 以便于铸型的装配。 h=20～80mm。 以便于铸型的装配。 ～ 。
当铸件侧面需要加工时： 当铸件侧面需要加工时：
必须采用增加壁厚法； 必须采用增加壁厚法； 增加壁厚法 加工表面上的起模斜度 应在加工余量 上的起模斜度， 加工余量的基础上 加工表面上的起模斜度，应在加工余量的基础上 再给出斜度数值。 再给出斜度数值。
垂直于分型面的孔，当其孔径大于高度时， 可在模样上挖孔，造型起模后，在砂型上形成 吊砂或自带型芯，并由此形成铸件孔。 起模时模样上的孔内壁与型砂的摩擦力较 其外壁大些， 即α1、α2、α3 > α。
2、铸出孔和槽的大小
铸件上的加工孔是否铸出，从可能性、必要性、经济性方面考虑： 较大的孔、槽应当铸出， 较大的孔、槽应当铸出，以减少切削量和热节，提高铸件力学性能。 较小的孔和槽不必铸出， 较小的孔和槽不必铸出，留待以后加工更为经济。 >4时 也为不铸孔。 当孔深与孔径比L/D >4时，也为不铸孔。 正方孔、矩形孔或气路孔深且直径小一般不铸出。 孔深且直径小一般不铸出 正方孔、矩形孔或气路孔深且直径小一般不铸出。 弯曲孔，当不能机械加工时原则上必须铸出 必须铸出。 弯曲孔，当不能机械加工时原则上必须铸出。 正方孔、矩形孔的最短加工边必须大于 大于30 才能铸出。 正方孔、矩形孔的最短加工边必须大于 mm才能铸出。 才能铸出
起模斜度形成方式： 起模斜度形成方式： 增加厚度法、加减厚度法和减小厚度法。 增加厚度法、加减厚度法和减小厚度法。
增加铸件厚度
加减铸件厚度
Hale Waihona Puke 图4-10 起模斜度的形式减少铸件厚度
当侧面不加工时： 当侧面不加工时：
壁厚＜ 增加壁厚法 壁厚＜8mm时，可采用增加壁厚法； 时 可采用增加壁厚法； 加减壁厚法 壁厚为8～ 壁厚为 ～16mm时，可采用加减壁厚法 时 可采用加减 壁厚＞ 减小壁厚法 壁厚＞16mm时，可采用减小壁厚法 时 可采用减小
芯头的形式
a) 一般式
b) 联合芯头
c) 加长加大芯头，d) 型芯撑。 加长加大芯头， 型芯撑。
表4-4 铸件的最小铸出孔直径
生产批量 大量生产 成批生产 单件、 单件、小批生产 最小铸出孔直径 灰口铸铁件 12～15 ～ 15～30 ～ 30～50 ～ 铸钢件 -30～50 ～ 50
（1）若是加工孔，则孔的直径应为加上加工余量的数值； 若是加工孔，则孔的直径应为加上加工余量的数值； 有特殊要求的铸件例外。 （2）有特殊要求的铸件例外。
通常灰铸铁为0.7~1.0%， ， 通常灰铸铁为 铸造碳钢为0.3~2.0%， ， 铸造碳钢为 铝硅合金为0.8~1.2%， 锡青铜为 ， 锡青铜为1.2~1.4%。 铝硅合金为 。
五、芯头及芯座
型芯的功用：是形成铸件的内腔、孔洞和形状复杂阻碍起模部 型芯的功用：是形成铸件的内腔、孔洞和形状复杂阻碍起模部 内腔 分的外形。 分的外形。 型芯头：是型芯的定位、支撑和排气的部分。 型芯头：是型芯的定位、支撑和排气的部分。 设计时需考虑：保证定位准确、能承受砂芯自身重量和 设计时需考虑：保证定位准确、能承受砂芯自身重量和 定位准确 自身重量 液态合金的冲击 浮力等外力的作用 冲击、 的作用， 液态合金的冲击、浮力等外力的作用，浇注时砂芯内部产生的 气体能顺畅引出铸型等 引出铸型等。 气体能顺畅引出铸型等。 制作时型芯及模样上须做出型芯头，对应造型时要在砂型中 制作时型芯及模样上须做出型芯头，对应造型时要在砂型中 型芯及模样上须做出型芯头 砂型 凹坑“座位” 使型芯定位。 做凹坑“座位”，使型芯定位。 主要确定： 主要确定： 定位作用； 1）定位作用； 固定作用； 芯头长度、斜度和间隙。 型芯头的作用： 型芯头的作用： 2）固定作用； 芯头长度、斜度和间隙。 3）排气作用。 长度取决于型芯的直径和长度 排气作用。
二、起模斜度
为了使模样(或型芯)便于从砂型(或芯盒)中取出， 为了使模样(或型芯)便于从砂型(或芯盒)中取出，凡垂直 于分型面的立壁在制造模样时必须留出一定的倾斜度， 于分型面的立壁在制造模样时必须留出一定的倾斜度，此倾斜 度称为起模斜度。 度称为起模斜度。 起模斜度的大小取决于： 起模斜度的大小取决于： 立壁的高度、造型方法、模样材料等 立壁的高度、造型方法、 因素，通常为 ～ ° 因素，通常为15’～3°。 立壁愈高，斜度愈小； 立壁愈高，斜度愈小； 机器造型应比手工造型小， 机器造型应比手工造型小， 木模应比金属模斜度大。 木模应比金属模斜度大。 为使型砂便于从模样内腔中脱出、以形成自带型芯， 为使型砂便于从模样内腔中脱出、以形成自带型芯，内壁的起 模斜度应比外壁大，通常为3° 模斜度应比外壁大，通常为 °～10°。 °
K=
L模－L件 －L L件
×100％
式中： L模──模样尺寸； 模样尺寸； 式中： 模样尺寸 L件──铸件尺寸。 铸件尺寸。 铸件尺寸
铸造收缩率主要取决于合金的种类 同时与铸件 合金的种类， 铸造收缩率主要取决于合金的种类，同时与铸件 的结构、大小、壁厚及收缩时受阻碍情况有关 有关。 的结构、大小、壁厚及收缩时受阻碍情况有关。
工艺参数
一、机械加工余量和铸孔
1. 加工余量
—指在铸件表面上留出的准备切削去的金属层厚度。 指在铸件表面上留出的准备切削去的金属层厚度。 指在铸件表面上留出的准备切削去的金属层厚度 零件图上所有标注粗糙度符号的表面均需机械加工，均应 零件图上所有标注粗糙度符号的表面均需机械加工， 标注机械加工余量 加工余量。 标注机械加工余量。 机械加工余量的具体数值取决于铸件的材料性质、造型方 机械加工余量的具体数值取决于铸件的材料性质、 材料性质 加工要求、生产批量、 法、加工要求、生产批量、铸件的结构的复杂程度和尺寸 及加工面在铸型中的位置等 在铸型中的位置等。 及加工面在铸型中的位置等。 加工余量大→浪费金属→ 加工余量大→浪费金属→切去了晶粒细致性能较好的铸件 表层。 表层。 余量过小→制品会因残留黑皮而报废，或者， 余量过小→制品会因残留黑皮而报废，或者，因铸件表层 影响甚至达不到加工要求。 过硬而加速刀具磨损→影响甚至达不到加工要求。
或宽度a（ 或宽度 （mm）表示。 ）表示。 用机械加工方法加工模 具时，用角度标注； 具时，用角度标注； 用手工加工模具时， 用手工加工模具时，用 图4-11 自带型芯的起模斜度 宽度标注。 宽度标注。
起模斜度在工艺图上用α
三、铸造圆角
制造模样时， 铸造圆角 — 制造模样时，壁的连接和转角处要做成 圆弧过度。 圆弧过度。 目的： 目的： 可使转角处不产生脆弱面； ① 可使转角处不产生脆弱面； 可减少应力集中； ② 可减少应力集中； 可避免产生冲砂、缩孔和裂纹。 ③ 可避免产生冲砂、缩孔和裂纹。 圆角半径一般约为相交两壁平均厚度的1/3~1/2。 圆角半径一般约为相交两壁平均厚度的 。 一般小型铸件： 一般小型铸件： 外圆角半径取2～ 外圆角半径取 ～8mm，内圆角半径取 ～16mm。 ，内圆角半径取4～ 。
芯头的分类： 芯头的分类：
1）垂直型芯； 垂直型芯； 芯头必须留有一定的斜度α。 芯头必须留有一定的斜度 。
图4-12 垂直型芯及芯头
下芯头的斜度应小些(5°～10°)， 下芯头的斜度应小些 ° °， 上芯头的斜度为便于合箱应大些 (6°～15°)。h=15～150mm ° °。 ～ 型芯头与铸型型芯座之间应有 1～4 mm的间隙 ，以便于铸型的装配。 的间隙(S)，以便于铸型的装配。 ～ 的间隙 形式：上下都有芯头；只有下芯头，无上芯头； 形式：上下都有芯头；只有下芯头，无上芯头； 上下都无芯头。 上下都无芯头。
图4-7 复杂内腔的型芯分块
为了增加型 芯稳定性， 芯稳定性，常 采用两个或多 个铸件共一个 型芯的方法。 型芯的方法。
图4-8 悬臂式型芯及挑担式型芯
四件合铸
图4-9 联合式型芯
第二节 铸造工艺参数的确定
加工余量 拔模斜度 铸造圆角 收缩率 型芯头及型芯座
5/16/2009 4:29 PM 6
三、铸造圆角
凝固特 性 热节、 热节、 充型
不同转角 处的热节
30
四、铸造收缩率