铸造工艺设计解读
铸造工艺设计
铸造工艺设计1. 简介铸造工艺是一种常用的工业制造方法，通过将熔化的金属或合金倒入预先制作好的模具中，使其冷却凝固而得到需要的零件或产品。
铸造工艺设计是指在进行铸造过程中，根据产品的要求和材料的特性，合理选择铸造方法、模具设计和工艺参数等方面的问题，以确保最终产品质量优良、成本合理。
2. 铸造方法选择选择合适的铸造方法是铸造工艺设计的关键步骤。
根据产品的形状、尺寸、材料和数量等因素，常用的铸造方法包括砂型铸造、金属型铸造、压力铸造、重力铸造等。
以下是几种常见的铸造方法：2.1 砂型铸造砂型铸造是一种较为传统的铸造方法。
它以铸造砂为原料，通过制作模具来获得产品的形状。
砂型铸造适用于大多数金属和合金的铸造，尤其适用于中小型批量生产。
2.2 金属型铸造金属型铸造是指使用金属制作的模具进行铸造的方法。
金属型铸造具有模具寿命长、精度高和生产效率高等优点，适用于大批量生产和高精度的要求。
2.3 压力铸造压力铸造是一种通过高压力将熔融金属注入模具中的铸造方法。
压力铸造具有成型精度高、表面光洁度好和材料利用率高等优点，适用于生产要求较高的零件。
2.4 重力铸造重力铸造是指通过重力作用将熔融金属倒入模具中的铸造方法。
重力铸造适用于生产中小型的铸件，具有工艺简单、成本较低的特点。
3. 模具设计模具设计是铸造工艺设计中一个重要的环节。
合理的模具设计可以提高产品的质量和生产效率。
以下是几个常见的模具设计要点：3.1 合理的浇注系统设计浇注系统设计是模具设计中的重要环节。
合理的浇注系统设计可以保证熔融金属在模腔中均匀流动，以获得产品的形状和尺寸。
3.2 适当的冷却系统设计冷却系统设计是模具设计中的关键因素之一。
适当的冷却系统设计可以加快产品冷却速度，减少气孔和缩松等缺陷的产生，提高产品的质量。
3.3 合理的脱模设计脱模设计是指产品从模具中取出的过程。
合理的脱模设计可以避免产品损坏和模具磨损等问题，提高模具的使用寿命和生产效率。
铸造工艺基础知识及理论
铸造工艺基础知识及理论目录一、基础概念 (2)1.1 铸造的定义与意义 (3)1.2 铸造工艺的种类与应用 (4)二、铸造材料 (6)三、铸造设备 (7)3.1 熔炼设备 (9)3.2 锻造设备 (10)3.3 后处理设备 (11)四、铸造工艺过程 (12)五、铸造工艺设计 (13)5.1 工艺方案的确定 (15)5.2 工艺参数的选择 (16)5.3 工艺文件的编制 (18)六、铸造质量与控制 (20)6.1 铸造缺陷的产生原因及防止措施 (22)6.2 铸造质量检测方法与标准 (23)七、铸造生产与环境 (24)7.1 铸造生产的环保要求 (26)7.2 环保设备的应用与管理 (27)八、现代铸造技术的发展趋势 (28)8.1 快速凝固与近净形铸造技术 (30)8.2 数字化与智能化铸造技术 (31)8.3 生物铸造与绿色铸造技术 (33)一、基础概念铸造工艺是指将熔炼好的液态金属浇入铸型，待其凝固后获得所需形状和性能的金属制品的过程。
它是制造业中非常重要的工艺之一，广泛应用于汽车、航空、建筑、电子等领域。
铸造工艺的基础知识主要包括液态金属的性质、铸型（即模具）的设计与制造、浇注系统、凝固过程以及后处理等。
这些知识是理解和掌握铸造工艺的基本前提。
液态金属的性质：液态金属在铸造过程中的流动性、填充能力、冷却速度等对其最终的产品质量有着决定性的影响。
了解液态金属的成分、温度、粘度等基本性质对于铸造工艺的设计和实践都是非常重要的。
铸型的设计与制造：铸型是形成金属制品形状和内部结构的重要工具。
铸型的设计需要考虑到金属液的流动性和凝固特性，以及制品的精度和表面质量要求。
铸型的制造也需要选用合适的材料，并经过精密加工才能达到设计要求。
浇注系统：浇注系统是连接铸型和液态金属的通道，包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道等部分。
合理的浇注系统设计可以确保金属液均匀地注入铸型，并有利于热量和气体的排出，从而提高制品的质量和生产效率。
7.3铸造工艺设计解析
冒口
上
上
中
下
单件小批
中 下
放收缩率1% 余量：上面>侧面>下面
手工三箱造型 大批量
外 型 芯 块
两箱机器造型
7.3.5铸造工艺设计示例
例：支架零件如下图所示，材料为HT200， 单件、小批量生产工作时承受中等静载荷， 试进行铸造工艺设计。 1.零件结构分析：筒壁过厚，转角处未采用 圆角。修改后的结构如图b）所示。 2.选择铸造方法及造型方法 采用砂型铸造 （手工造型）中的两箱造型。 3.选择浇注位置和分型面
1.铸造工艺图： 利用各种的工艺符号，把制造模型和
铸型所需的资料直接绘在零件图上所得到 的图样。
即表示铸型浇注位置、分型面、浇冒口 系统、工艺参数、型芯结构尺寸、控制凝 固措施等的图样。
2. 铸件图：又称毛坯图,是反映铸件实际形 状、尺寸和技术要求的图样，也是铸造生产、 铸件检验与验收的主要依据。
(1)定义： 指铸件从线收缩开始温度冷却至室温时，
线尺寸的相对收缩量。 (2）选取： 大件、重要件不同部位可选取不同的收缩率； 一般件可选取同一收缩率。
4. 起模斜度
(1）定义：为了起模方便，在平行于起模方向的侧壁 加放的一定斜度。
(2）选取：对同一件，尽可能选用同一起模斜度； 立壁愈高，斜度应越小； 内壁的斜度值应大于外壁； 机器造型比手工造型斜度小； 金属模比木模斜度小。
3.铸型装配图:表示合型后铸型各组元之间
装配关系的工艺图。包括：浇注位置、型芯、 浇冒口系统和冷铁布置及砂箱结构和尺寸等。
7.3.2 铸造方法和造型方法选择
1.选择依据： 1）零件结构特点；2）合金种类； 3）生产批量等
2.选择原则： 单件、小批生产时一般采用砂型铸造
铸造工艺设计概论
对于粗而矮的砂芯，常可不用上芯头，这可使造型、合箱方便
02
对于等截面的或上下对称的砂芯，为下芯方便，上下芯头可用相同的高度合斜度。
03
决定芯头高度有以下几点值得注意：
芯头斜度 对垂直芯头，上下芯头都应设有斜度。
芯头间隙
压环、防压环和积砂槽
（二）芯头承压面积计算 芯头的承压面积应足够大，以保证在金属液最大浮力的作用下不超过铸型的许用压应力。 由于砂芯的强度通常都大于铸型的强度，故只核算铸型的许用压力即可。 芯头的承压面积S应满足下式
对于大平板类铸件，可采用倾斜浇注，以便增大金属液上升速度。
H值＝２００－４００毫米
应保证铸件能充满
具有大面积的薄壁铸件，应将薄壁部分放在铸型的下部，同时要尽量使薄壁部分处于垂直位置或倾斜位置。见图３－２－２３。
应有利于铸件的补缩 对于易产生收缩缺陷的铸件因优先考虑实现顺序凝固的条件
避免用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯合箱及检查
02
注意减轻铸件清理和机械加工量
01
为什么要设分型面？怎样选择分型面
02
浇注位置的选择或确定为何受到铸造工艺人员的重视？应遵循哪些原则？
03
怎样审查铸造零件图样？其意义何在？
思考题
砂芯的功用是形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位，砂型局部要求特殊性能的部分，有时也用砂芯。
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除型外，铸件收缩时阻力小和容易清砂
砂芯形状适应造型、制芯方法
高速造型线限制下芯时间，常把若干个小砂芯组合成一个砂芯，以便节约下芯时间。
芯头：是指深出铸件以外不与金属液接触的砂芯部分。
铸造工艺设计概述
C5 铸造工艺设计及工装的应用§1 铸造工艺设计内容铸造工艺设计定义P150一铸造工艺设计的程序P152图样审查铸造工艺性分析选择造型方法确定铸造工艺方案绘制铸造工艺图绘制工艺装备图绘制铸型装配图填写铸造工艺卡二设计内容1 图样审查1）零件图纸图样清晰，尺寸无误。
2）技术要求材料牌号、组织、性能要求，使用条件（水压、气压），缺陷允许数量和部位。
3）产量及交货期大量：5000pcs/Y; 成批：500～5000pcs/Y; 单件或小批：小于500pcs/Y2 铸造可行性分析1）工艺性分析零件结构分析。
2）生产可行性分析设备、原材料供应、生产技术水平、工装制造要求、模具制造能力3 造型方法选择根据铸件材质、铸件结构、现有生产条件选择造型方法。
4 确定铸造工艺方案确定浇铸位置、分型面、泥芯结构及数量、机械加工余量等。
5.1 绘制铸造工艺图铸造工艺图定义P151铸造工艺符号及表示方法P151表5-1及补充用蓝线表示的符号及尺寸：砂芯：砂芯编号（如1#、2#等）砂芯边界符号芯头斜度、芯头长度、芯头间隙线条及尺寸线及标注数字；冷铁及其尺寸标注；样板及其尺寸标注；其余均用红线表示。
用红线表示的符号及尺寸：分型线分模线分型分模线机械加工余量不铸出孔和槽冒口及其尺寸（包括尺寸线）金属补贴及其尺寸（包括尺寸线）出气孔及其尺寸（包括尺寸线）浇注系统及其尺寸（包括尺寸线）拉肋、收缩肋及其尺寸（包括尺寸线）本体试样及其尺寸（包括尺寸线）工艺夹头及其尺寸（包括尺寸线）分型负数及其尺寸（包括尺寸线）工艺补正量及其尺寸（包括尺寸线）反变形量及其尺寸（包括尺寸线）芯撑活块分界线。
根据已制定方案绘制铸造工艺图。
5.2 绘制工艺装配图根据生产需要，确定是否需要设计专用工装。
6 填写铸造工艺卡片以表格形式说明铸造工艺过程要求及参数。
单件小批生产时，铸造工艺图和铸造工艺卡构成全部技术文件。
7 铸型装配图标明铸件在铸型中的位置、砂芯数量、安放位置；浇冒口、冷铁、砂箱数量、结构能信息，视具体生产条件而定是否需要。
铸造工艺设计
铸造工艺设计一、什么是铸造工艺设计铸造车间的任务是生产合格铸件。
一般情况下，生产一个铸件，要经过很多道工序才能完成。
这些是互相关联的，又涉及到铸件材料、性质、形状及尺寸等工作过程，称为铸造生产工艺过程。
对某一个铸件，编制出铸造生产工艺过程的技术文件，就是铸造工艺设计。
这些技术文件，使用文字，表格或图形表示工艺过程，作为生产的依据和经验的总结，也是技术准备工作和生产进度计划的依据。
因此，这样的铸造工艺设计文件，也叫做工艺规程。
二、设计依据在编制工艺规程之前，必须周密调查工厂和车间的生产条件，了解生产任务和要求，这些是设计的出发点，也是设计依据。
（一）生产任务和要求方面（1）审查铸造零件图纸。
零件图必须清晰无误，有完整尺寸和各种标记。
认为有你需要进行修改时，必须与设计单位或订货单位共同研究，已修改后的图纸作为设计依据。
（2）零件的技术要求。
例如金属材料牌号、金相组织要求，机械性能要求，铸件大小、重量及允许的偏差，以及是否做水压试验，零件在机械上的工作条件等。
在以后的工艺设计中必须采取相应措施，满足技术要求。
（3）产品数量及生产期限。
产品数量的多少，是工艺设计的重要依据。
可分为三种类型：1、大量生产这一类型的特点是，使用专用设备和装备。
2、成批生产这一类型的特点是，使用较多的通用设备和装备。
3、单件生产：制造一个或数个一般产品，在单件生产情况下，使用的设备和装备可以简单些。
了解铸件生产期限，生产期限是指交付日期，对临时急需件，则要考虑工艺装备制造时间的长短是否能满足要求，这种情况下，应尽可能简化工艺过程和工艺装备。
（二）车间生产条件方面（1）车间设备情况：车间运输起重设备能力，熔化炉每小时生产量，造型和造芯机种类及机械化程度，作业面积大小，厂房高度和大门尺寸等。
（2）车间现有原材料应用情况。
（3）车间工人师傅技术水平和生产经验。
（4）模样等工艺装备制造车间的加工能力和生产经验。
三、铸造工艺设计内容在不同的生产条件下，工艺设计的内容是不相同的。
铸造工艺方案制定解析
◆轮辐为直线、偶数： 造型等分简便，但轮缘、轮辐、轮毂间比例不当，常因收 缩不一致，内应力过大，产生裂纹。
◆轮辐为奇数或弯曲： 可通过轮缘或轮辐本身的微量变形自行减缓内应力。
铸件壁的连接
对于铸件结构中有两个或三个甚至更多个壁 相连的情况，可采用交错接头或环形接头的 形式。
铸件壁联结应尽量避免金属积聚
（3）厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡 — 减少应 力集中
铸件如果因为结构需要不能做冷压室式压铸 到壁厚均匀，则不同壁厚的联接应采用逐渐 过渡的形式。
铸件壁厚的过渡形式
5、铸件内壁应薄于外壁
8、避免出现过大的水平面
薄壁罩壳铸件，当其壳顶呈水平面时，因薄壁件金属液散热 冷却快，渣、气易滞留在顶面，易产生浇不足、冷隔、气孔和夹渣 缺陷。过大的平面不利于金属液的填充，容易产生浇不到等缺陷， 在进行铸件的结构设计时，应尽量将水平面设计成倾斜形状，
9、铸件上易产生变形和裂纹的部位，应设计加强 筋，防止变形
4）化学硬化砂型（自硬砂型）——铸型靠型砂自身的化学 反应而硬化。
主要优点：强度高、节省能源、效率高
主要缺点：成本高、易产生粘砂等缺陷、砂子回用困难
为减少自硬砂型用量，可采用覆砂铸型，即用普通型砂作背 砂，用化学硬化砂作面砂。
第5章 铸造工艺方案制定
❖本章学习的根本目的是掌握铸件结构设计的基本内容 以及结构设计应注意的事项。 ❖要求掌握铸件外形、内腔、壁厚、肋间连接等设计的 基本原则；
❖熟悉铸件结构设计时形状、尺寸等有关规定； ❖了解铸件结构设计对使用性、工艺性、经济性等的 影响。 ❖重点：铸件外形、内腔、壁厚、筋间连接等的设计 ❖难点：型芯的设计及布排。
精选砂型铸造工艺设计概述
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。对于一些要求较高的 铸件，如果收缩率选择不当，将影响铸件尺寸精度，使某些 部位偏移，影响切削加工和装配。
通常灰铸铁为0.7～1.0%，铸造碳钢为1.3～2.0%，铝硅
浇注系统的组成
(1)外浇口
其作用是容纳注入的金属液并缓解液态金属对砂型的冲击。 小型铸件通常为漏斗状(称浇口杯)，较大型铸件为盆状(称 浇口盆)。
(2)直浇道
是连接外浇口与横浇道的垂直通道，改变直浇道的高度可以 改变型腔内金属液的静压力从而改善液态金属的充型能力。
(3)横浇道
横浇道是将直浇道的金属液引入内浇道的水平通道，一般 开在砂型的分型面上。横浇道的主要作用是分配金属液入内 浇道和隔渣。
合金为0.8～1.2%，锡青铜为1.2～1.4%。
第三节 砂芯设计
一、型芯的作用 形成铸件的内腔、孔洞和形状复杂阻碍起 模部分的外形。
二.型芯的数量及分块 ★型芯的数量取决于铸件的形状 ★大型复杂型芯根据需要分块制作
三.型芯的形式 常用的型芯有水平型芯、垂直型芯、
悬臂型芯、悬吊型芯、引申型芯（便于起 模）、外型芯（使三箱造型变为两箱造型） 等六种。
上
下
上
②
下
①
第二节 铸造工艺参数的确定
一、机械加工余量和最小铸孔
灰铸铁的机械加工余量
铸件最大 尺寸 (㎜)
浇注时 位置
<50
<120
顶面 3.5～4.5 底、侧面 2.5～3.5
120～260
顶面 4.0～5.0 底、侧面 3.0～4.0
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第1章 铸造工艺设计
砂型铸造
1. 砂型：2）模样及芯盒
模样
芯盒
第1章 铸造工艺设计
砂型铸造
2. 砂型铸造工艺过程
第1章 铸造工艺设计
砂型铸造
3. 造型方法 手工造型
是指填砂、紧实、起模等工序主要由手工或手动工具来完成的造 型过程。 机器造型
是指用机器完成填砂、紧实和起模等造型操作过程。
第1章 铸造工艺设计
优
点
第1章 铸造工艺设计
铸造的特点
铸
造 的
经济性好 原材料来源广泛， 铸件的形状和尺寸与 零件非常接近，可以节约金属，减少后
优
续加工费用，因而生产成本低。
点
第1章 铸造工艺设计
铸造的特点
用同样金属材料制造的铸件，其力学
铸
性能不如锻件。
造 的
铸造工序繁多，且难以精确控制，故 铸件质量有时会不够稳定。
第1章 铸造工艺设计
砂型铸造
3. 造型方法：1）手工造型—(2)分模造型 模样沿最大截面处分为两半，型腔位于上、下两个砂型内。
分模造型
套筒分模造型过程
第1章 铸造工艺设计
砂型铸造
3. 造型方法：1）手工造型—(2)分模造型 模样沿最大截面处分为两半，型腔位于上、下两个砂型内。
分模造型
第1章 铸造工艺设计
砂型铸造
3. 造型方法：1）手工造型—(3)活块造型 当铸件侧面有凸起阻碍起模时，可将此凸起部分做成能与模样本体分开的活块。
分模造型
第1章 铸造工艺设计
砂型铸造
3. 造型方法：1）手工造型—(3)活块造型 当铸件侧面有凸起阻碍起模时，可将此凸起部分做成能与模样本体分开的活块。
分模造型
第1章 铸造工艺设计
砂型铸造
3. 造型方法：1）手工造型—(4)挖砂造型 当模样是整体，而分型面是曲面时，造型时需挖去阻碍起模的型砂。
分模造型
手轮挖砂造型过程
第1章 铸造工艺设计
砂型铸造
3. 造型方法：1）手工造型—(4)挖砂造型 当模样是整体，而分型面是曲面时，造型时需挖去阻碍起模的型砂。
分模造型
第1章 铸造工艺设计
砂型铸造
3. 造型方法：1）手工造型—(1)整模造型 模样是整体，分型面为平面，铸型型腔全部在一个砂箱中，铸件不会产生 错型缺陷。
齿轮坯整模造型过程
第1章 铸造工艺设计
砂型铸造
3. 造型方法：1）手工造型—(1)整模造型 模样是整体，分型面为平面，铸型型腔全部在一个砂箱中，铸件不会产生 错型缺陷。
分模造型
带轮的三箱造型
第1章 铸造工艺设计
砂型铸造
3. 造型方法：1）手工造型—(7)三箱造型
分模造型
第1章 铸造工艺设计
工艺设计
工艺设计的依据
零件的结构特点 技术要求 生产批量 生产条件
第1章 铸造工艺设计
工艺设计
工艺设计的内容
对零件进行工艺分析,绘制铸造 工艺图 确定浇注位置和分型面 确定加工余量及有关工艺参数 确定型芯数目和设置方式 确定浇注系统形状，尺寸和位置
砂型铸造
3. 造型方法：1）手工造型—(5)假箱造型 克服了挖砂造型的缺点，在造型前预先制作一个与分型面相吻合的底胎
分模造型
手轮假箱造型过程
第1章 铸造工艺设计
砂型铸造
3. 造型方法：1）手工造型—(5)假箱造型 克服了挖砂造型的缺点，在造型前预先制作一个与分型面相吻合的底胎
分模造型
第1章 铸造工艺设计
第1章 铸造工艺设计
工艺设计
铸件工艺图
第1章 铸造工艺设计
工艺设计
1.1 浇注位置的选择
1. 铸件中重要加工面或质量要求较高的表面应朝下
车床床身的浇注位置
第1章 铸造工艺设计
工艺设计
1.1 浇注位置的选择
2. 铸件的宽大平面应朝下
大平面铸件的浇注位置
第1章 铸造工艺设计
工艺设计
1.1 浇注位置的选择
缺
点
劳动条件较差，劳动强度较大。
第1章 铸造工艺设计
砂型铸造
特 点
可以生产结构复杂的铸件，铸件的大小几乎 不受限制，小到1kg以下，大到400多吨。其生产 成本较低，是所有铸造方法中成本最低的方法。
第1章 铸造工艺设计
砂型铸造
既可以手工生产，又可以机械化生产，且批
特
量可大可小。所生产的铸件的质量等级可根据技
3. 面积较大的薄壁部分置于铸型下部或侧立、倾斜
上
(a)
下
上 下
(b)
曲轴箱的浇注位置
第1章 铸造工艺设计
工艺设计
1.1 浇注位置的选择
4. 铸件的厚大部分朝上 冒口 上 中 中 下
曲轴箱的浇注位置
1 铸造工艺设计
工艺设计
1.1 浇注位置的选择
5. 应考虑型芯的定位、稳固和排气，避免使用吊砂、吊芯和悬臂式砂芯
上
上
中
下
下
箱体的浇注位置
1 铸造工艺设计
工艺设计
1.2 分型面的选择
分型面：相邻铸型之间的结合面。
上
下
分模面：将模样分开的切面，有时与分型面重叠。
分型面
分模面
分型分模面
分型面、分模面符号
1 铸造工艺设计
工艺设计
1.2 分型面的选择
1. 方便起模 分型面应选在铸件最大截面处，以保证顺利拔出模样而不损坏铸型。
点
术要求进行控制，但是与其他方法相比，其尺寸
公差、重量公差和表面粗糙度相对低一些。
第1章 铸造工艺设计
砂型铸造
特 点
砂型铸造生产线
第一章 铸造成形技术
1.2 铸造方法
砂型铸造
铸 造
金属型铸造
方
熔模铸造
法
压力铸造
特种铸造
离心铸造
低压铸造
陶瓷型铸造
第1章 铸造工艺设计
砂型铸造
1. 砂型：1）砂型结构及造型材料（包括型砂和芯砂）
工程实践-工艺设计
授课教师：张艳秋
第一章 铸造成形技术
铸造概念
将金属材料熔化成液态后， 浇注入与拟成形的零件形状及 尺寸相适应的模型空腔（称铸 型）中，待其冷却凝固后获得 具有一定形状和尺寸的毛坯或 零件的方法。
第一章 铸造成形技术
第1章 铸造工艺设计
铸造的特点
铸
造
工艺适应性强
的
铸件的合金成分、尺寸、形状、质量 和生产批量等几乎不受限制。
砂子阻碍起模 φ114
上 砂子阻碍起模 下
上上 下下
51
模样
(a) 铸件图
模样
(b) 不正确 分型面的位置
(c) 正确
上上 下下
1 铸造工艺设计
工艺设计
1.2 分型面的选择
2. 尽量使铸件位于同一铸型内
Ⅰ上 下
a b
B A
Ⅱ 上 下
砂型铸造
3. 造型方法：1）手工造型—(6)刮板造型 用与铸件截面形状相适应的刮板代替模样
分模造型
带轮铸件的刮板造型过程
第1章 铸造工艺设计
砂型铸造
3. 造型方法：1）手工造型—(6)刮板造型 用与铸件截面形状相适应的刮板代替模样
分模造型
第1章 铸造工艺设计
砂型铸造
3. 造型方法：1）手工造型—(7)三箱造型