材料成型第4章 铸造工艺设计3

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铸造工艺方案示例1
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(1)方案I 沿底板中心线分型，即 采用分模造型。
优点：底面上110 mm凹槽 容易铸出，轴孔下芯方 便，轴孔内凸台不妨碍 起模。
缺点：底板上四个凸台必 须采用活块，同时，铸 件易产生错型缺陷，飞 翅清理的工作量大。此 外，若采用木模，加强 筋处过薄，木模易损坏。
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(2)方案Ⅱ
封闭式浇注系统，一般都优先采用。
ΣS直∶ΣS横∶ΣS内=1.15∶1.1∶1 优点：这种浇注系统容易为金属液所充满，撇渣能 力较好，可防止气体卷入金属液，通常用于中小型 铸铁件。 缺点：这种浇注系统中金属液流速较大，有时甚至 发生喷射现象，不适于易氧化的非金属铸件或压头 大的铸件，也不适于用柱塞包浇注的铸钢件。
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铸造工艺图绘制
零件的铸造工艺图的制定及铸件图举例(一) 首先应综合考虑浇注位置和分型面的确定，1 加工余 量、2 起模斜度，3 砂芯的部位，要画出砂芯的位置、 形状和芯头。
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全部 Φ150
上
下
Φ70
M15×4均布
收缩率 1%
Φ100
110
Φ50
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Φ80
其余
收缩率1%
Φ50 Φ15×4均布 25 8 Φ200
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2. 常见浇注系统的类型
（4）阶梯式浇注系统 是具有多层内浇道。 优点：兼有底注式和顶 注式的优点，又克服了 两者的缺点，即浇注平 稳，减少了飞溅，又有 利于补缩。 缺点：浇注系统结构复 杂，加大了造型和铸件 清理工作量。 多用于高度较高、型腔 较复杂、收缩率较大或 品质要求较高的铸件。
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3. 内浇道与铸件型腔连接位置的选择原则
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② 开放式浇注系统 ΣS直 ΣS横 ΣS内
＜
＜
当横浇口或直浇口的总截面积小于内浇 口的总截面积时，浇注过程中金属液不 会完全充满浇注系统，这种浇注系统通 常称为开放式浇注系统，仅在特殊工艺 采用。
ΣS直∶ΣS横∶ΣS内=1∶2∶4 优点：这种浇注系统中内浇道处金属液流速不高， 流动平稳，冲刷力小，金属液受氧化的程度轻，主 要适于易氧化的非金属铸件、球铁铸件和用柱塞包 浇注的铸钢件。 缺点：金属液难以充满这种浇注系统中的所有单元， 撇渣能力较差，渣和气体容易随液进入型腔，造成 废品。
沿底面分型，铸件全
部位于下箱，为铸出 110 mm凹槽必须采用
挖砂造型。
方案Ⅱ克服了方案工的 缺点，但轴孔内凸台 妨碍起模，必须采用 两个活块或下型芯。 当采用活块造型时， φ30 mm轴孔难以下芯。
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(3)方案Ⅲ 沿110 mm凹槽底面分 型。 优缺点与方案Ⅱ类同， 仅是将挖砂造型改用 分模造型或假箱造型， 以适应不同的生产条 件。 可以看出，方案Ⅱ、 Ⅲ的优点多于方案I。
内浇道的位置、数目应服从所选定的凝固顺序和补缩方法。
内浇道在铸件上开设位置的选择可遵循如下原则：
1．为使铸件实现同时凝固，对壁厚均匀的铸件，可选用多个内
浇道分散引入金属液。对壁厚不太均匀的铸件，内浇道应开设 在薄壁处。
2．为使铸件实现顺序凝固，内浇道应设在有冒口的厚壁处，
从厚壁处引入金属液，形成铸件从薄壁至厚 壁，最后到冒口的 凝固顺序。
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内浇道的位置、数目应服从所选定的凝固顺序和补缩方法。
内浇道在铸件上开设位置的选择可遵循如下原则：
1．为使铸件实现同时凝固，对壁厚均匀的铸件，可选用多个内 浇道分散引入金属液。对壁厚不太均匀的铸件，内浇道应开设 在薄壁处。
2．为使铸件实现顺序凝固，内浇道应设在有冒口的厚壁处，
从厚壁处引入金属液，形成铸件从薄壁至厚 壁，最后到冒口的 先后凝固顺序。
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120 下
上
工艺设计实例2
材料：HT200
②
收缩率：1.0 %
③
下
上
①
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一、 铸造工艺方案示例
可从以下几方面进行分析： ① 分型面和分模面； ② 浇注位置、浇冒口的位置、形状、尺寸 和数量； ③ 工艺参数； ④ 型芯的形状、位置和数目，型芯头的定 位方式和安装方式； ⑤冷铁的形状、位置、尺寸和数量； ⑥ 其他。
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确定冒口的位置应遵守下列原则：
1）冒口就近设在铸件热节的上方或侧旁； 2） 冒口尽量设在铸件最高、最厚的部位，对低处的热节增 设补贴或使用冷铁。 3）冒口不应设在铸件重要的、受力大的部位，以防晶粒粗 大降低力学性能。 4）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。 5）尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件 6）冒口布置在加工面上，可借加工精整铸件表面，零件外观 质量好。 7）对不同高度上的多个冒口，应用冷铁使各个冒口的补缩范 围相隔开
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冒口尺寸计算的基本原理
冒口根部的直径d大于铸件被补缩处的热节圆直径dy 冒口高度H由所选定的系数乘以d得出。
见图4-8，表4-6。
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第四节铸造工艺方案及工艺图示例
铸造工艺图是铸造过程最基本和最重要的工艺文件
之一，它对模样的制造、工艺装备的准备、造型造芯、 型砂烘干、合型浇注、落砂清理及技术检验等，都起着 指导和依据的作用。 铸造工艺图是利用红、蓝两色铅笔，将各种简明的工 艺符号，标注在产品零件图上的图样。
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2．铸造工艺图
分型面确定之后， 便可依据有关资料 绘制铸造工艺图。 图2—42为采用分 型方案Ⅰ时的铸造 工艺图。由于本书 省略了其它视图， 故组装而成的型腔 大型芯的细节图中 未能示出。
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3. 内浇道与铸件型腔连接位置的选择原则
①. 应使内浇道中的金属液
畅通无阻地进入型腔，不 正面冲击铸型壁、砂芯或 型腔中薄弱的突出部分。 ②. 内浇道不应妨碍收缩。
③.内浇道不应开设在重要
部位。 ④内浇道应开设在容易清理 和打磨得地方。
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⑤. 当合金收缩较大且壁
厚有一定差别时，宜将内 浇道从铸件厚壁处引入， 以利铸件定向凝固； 而对壁薄而轮廓尺寸又
槽底面分型，以降低 模板制造费用。 方型芯的宽度大于底 板，以便使上箱压住 该型芯，防止浇注时 上浮。若轴孔需要铸 出，采用组合型芯即 可实现。
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下 上
轴座
生产批量：单件小批或大批生产。
工艺分析：该零件的主要作用是支承轴件，故Φ40 mm内孔表面是应当保 证质量的重要部位。此外，底板平面也有一定的加工及装配要求，底板上 的四个Φ8 mm的螺钉孔可不铸出， 留待钻削加工成形。 从对轴座结 构的总体分析来 看，该件适于采 用水平位置的造 型、浇注方案， 此时Φ40 mm内孔
K 为经验数据：铸件壁厚小于15㎜，K=0.7；
铸件壁厚=16～30，K=0.6；
铸件壁厚=31～60， K=0.5；
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2）浇注系统其他组元横截面积尺寸的确定
① 封闭式浇注系统 ΣS直>ΣS横>ΣS内
当内浇口的总截面积最小时，浇注开始后整个 浇注系统很快就充满了金属液，有利于阻止熔 渣及夹杂物进入型腔，这种浇注系统通常称为
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2. 常见浇注系统的类型
顶注式
底注式
中间注入式
阶梯注入式
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（3）底注式浇注系统 内浇道开 （1）顶注式浇注系统 内浇道开设 设在型腔底部。 在铸件的顶部。 优点：金属液充型平稳，避免了 优点：金属液自由落下，自下而上 金属液冲击型芯、飞溅和氧化及 地逐渐充满型腔，利于定向凝固和 由此引起的铸件缺陷；型内气体 补缩； 易于逐渐排出，整个系统充满较 缺点：冲击力大，充型不平稳，易 快，利于横浇道撇渣。 发生飞溅、氧化和卷入气体现象， （2）分型面注入式浇注系统 内浇道 缺点：型腔底部金属液温度较高 产生沙眼、冷豆、气孔和夹渣等缺 开设在分型面上。 ，而上部液面温度较低，不利于 陷。 优点：能方便地按需要进行补置，有 冒口补缩。故应尽快浇注。 多用于质量不大，高度不高和形状 利于控制金属液的流量分布和铸型热 多用于易氧化的合金铸件。 简单的薄壁或中等壁厚的铸件，易 量的分布。 氧化金属铸件则不宜采用。 适用于中等质量、高度和壁厚的铸件 。应用普遍。
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(2)大批生产工艺方案
方案(2)所示，采用一个分模面、两箱造型，轴孔处于 中间的浇注位置。该方案造型操作简便，生产效率高，但增 加了四个形成Φ16 mm圆形凸台的1＃外型芯及一 个形成 长 方形凹坑的3＃外型芯，因而增加制造芯盒及造芯的费用。 但由于批量大，该费用均分到每个铸件上的成本就较低，因 而是合算的。
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但在不同生产批量下，具体方案可选择如下： (1)单件、小批生产
由于轴孔直径较小、 勿需铸出，而手工造
型便于进行挖砂和活
块造型，此时依靠方 案Ⅱ分型较为经济合 理。
下 上
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但在不同生产批量下，具体方案可选择如下： (2)大批量生产
机器造型难以使用活
块，故应采用型芯制 出轴孔内凸台。
采用方案Ⅲ从110㎜凹
浇注系统的重要参数：
内浇口的总截面积
横浇口的总截面积
直浇口的总截面积。
1、浇注系统尺寸的确定
1） 内浇道总横截面积ΣS内 ΣS内可根据铸件的合金种类、质量、尺寸、壁厚 及 浇注时间，并考虑金属液的沿程摩擦损失和涡流损失， 用水力公式计算。也可在生产中查经验图表。
Sn K G
式中：G 为铸件毛重；
第三节 浇铸系统和冒口
一、. 浇注系统
浇注系统是引导金属液流入型腔的一系列通道的总称。
作用：确保液态金属能够平稳而合理地充满型腔。
浇口杯
接纳、引入金属，减轻金属液 对铸型的冲击。 引入金属，提供压力头以克 服流动阻力充满型腔
组 成
直浇道
横浇道 引入金属、阻撇熔渣
内浇道
引入金属、控制金属液的充型 速度和流动方向→调控温度场 和凝 固顺序，在某种情况下还 有一定的补缩作用。