铸造工艺学汇总

一、名词解释

铸造：采用熔炼方法，将金属熔化成液态在砂型、陶瓷型、金属型等铸型中直接成形的加工方法。

铸造工艺学：是研究铸件成形方法的一门学科，包括铸造工艺方案及参数设计、铸型材料和铸造方法、铸型及芯的制造、合金熔体充型的过程及原理与浇注系统设计、补缩系统原理及设计。

技术审查：审查零件工艺性、生产条件是否能满足铸造零件的规模、精度要求和技术要求。 零件的工艺性：零件的结构是否合理如铸件壁厚分布是否合理、厚度是否大于最小壁厚，铸件壁的联结处的联结方式是否合理，薄厚壁是否均匀过渡，拐角处是否圆角过渡，是否利于起模，是否有利于清砂。

浇注位置：浇注时铸件在铸型中所处的具体位置。

铸造工艺参数：指需要确定的工艺数据，具体包括铸造线收缩率、机械加工余量、拔模斜度、最小铸出尺寸、工艺补正量、分型负数、分芯负数和反变形量。

铸造线收缩率:指铸件在凝固过程中所产生的长度方面的缩小，表达式为％模件

模100L L -L ?=ε

机械加工余量：指在铸件加工表面上留出的，准备切去的铸件表层厚度。往往和铸件尺寸公差配合使用。加工余量值由两部分构成，一部分是尺寸公差CT 值，另一部分为要求的铸件机械加工余量RMA 值。

起模斜度：为了利于起模或脱芯，在模样或芯盒的出模方向设有一定的斜度，以避免损坏铸型和芯子。

最小铸出孔及槽：对于一些较小的孔和槽，如果采用铸造方法生成，往往会产生问题，如：精度、粘砂，有时铸出的孔和槽产生偏差后再用机加工方法校正反而不如直接铸死再进行机加工，故通常采用的方法是不将较小的孔和槽铸出。

工艺补正量：有时模样和芯盒的尺寸准确无误，但是铸出工件的尺寸仍不符合图样要求，对于这种情况通常采用工艺补正的方法解决。

分型负数：分型面在制造过程中往往因为修整、烘烤等原因以及防止跑火在合箱时在分型面上铺垫的石棉绳、泥条或油灰条等，这样在分型面处增加了铸件尺寸，为了保证铸件尺寸精度，通常采用在分型面处减去一定的模样尺寸。通常与铸件大小、工艺习惯以及铺垫材料有关。

反变形量：铸件在造型以及成形过程中发生翘曲、收缩等现象使得铸件产生变形。在工艺设计时，需要设置一个反变形量，使得铸件在成形后减少乃至消除变形。

吃砂量：模样或者铸型内腔内外表面与砂箱的内壁、顶面、底面或箱挡之间的距离；型腔之间的最小间距；芯骨至砂芯表面的砂层厚度。

铸型材料：包括永久型材料和造型材料。永久型材料一般用于永久型铸型，采用导热性良好、力学性能好的金属、合金或石墨等材料制成。

造型材料:砂型铸造中铸型和砂芯所用的材料，包括铸造用砂、粘结剂、涂料和其他辅助材料。

铸造用砂的热物理特征：比热、导热性、蓄热特性和热膨胀性。 蓄热系数：λρc b =，c 为材料的比热，λ为材料的导热系数，ρ为材料的密度。蓄热系数越大，铸件冷却速度越快，材料的结晶组织越细。

耐火度：是表征耐火材料抵抗高温能力的指标，是通过三角锥试样在加热过程中的变形和弯倒程度来测定。

烧结点：是指砂粒表面或砂粒间的混合物开始熔化的温度。

最低共熔点：表征耐火材料抵抗高温能力的指标，由于耐火材料的多相特征，其熔融是在一定温度范围内进行的，耐火材料开始出现液相的温度就是最低共熔点。

热稳定性：也称抗热冲击性，指耐火材料抵抗温度急剧变化而不开裂的性能。

热化学稳定性：指耐火材料不与液态金属及其氧化物发生反应，不与粘结剂的氧化物形成低熔点的共熔物的性能。

含泥量：指原料中颗粒直径小于0.002mm部分所占的质量分数。含泥量高会影响型、芯的透气性和耐火度。

铸造用砂的颗粒组成：包括颗粒尺寸大小、粒度分布。

颗粒平均细度：砂样的总表面积保持不变，将砂样换算成同样重量的均一直径的颗粒，所能通过的筛号，即表示颗粒的平均细度，也就是用能通过的筛号数表示砂粒的平均直径。

粘结剂（铸型）：在颗粒状或粉状的造型材料间形成有一定强度的连续粘结的薄膜，将其粘结成型芯。

涂料：涂覆在铸型或芯子表面的一层耐火材料层，起保护铸型，提高铸件表面光洁度、防止铸件粘砂的目的。

胶合剂：是用于两半型芯装配时进行胶合或用于型芯修补的粘结剂。

涂膏：用来修补烘干后型、芯表面的裂纹、缝隙和粗糙部分，型芯中较小的缺肉。

脱模剂：用来防止模样或芯盒与型砂，或者永久铸型与铸件之间相粘连的溶剂。

保温冒口套：采用珍珠岩、微珠或其他轻质阻热材料，使冒口部位散热减慢，提高冒口效率。保温覆盖剂：浇注后在明冒口的顶部放置的粉状保温剂，以减缓热量从冒口顶部散发。

陶瓷管：采用陶土烧制而成的按浇注系统各类结构组成的浇注系统预制组件。质轻、耐高温、价格便宜，利于造型过程中的连接、安装和摆放等操作。

芯子：用来形成铸件内腔、孔和外形不易起模的部分。

芯头：指芯子中伸出铸件，且不与铸件相接触的部分。起到定位并固定芯子，承受芯子本身重力及浇注时金属液对芯子的浮力，排除浇注时芯子所产生的气体的作用。

芯头结构：包括定位结构、位置结构。

芯头长度：指芯子伸入铸型部分的长度。

芯头斜度：为了便于合箱和下芯，芯头的侧面和端面一般都带有斜度。

芯头间隙：为了下芯方便，通常在芯头和芯座之间留有的间隙。

芯座：铸型中专门为放置芯头而设置的空腔。

补砂档：是在芯头端部的芯座增加一段距离，也就是超出芯头端部多出的一段空腔，合箱时用背砂填充。为了尺寸调节也同时使下芯更加方便。

芯撑：对悬臂芯起到支撑作用，浇注后留在铸件内部的工装。

排气措施：为了将浇注后芯子产生的气体排出设置的装置。一般向芯头排气。

浇注系统：引导液态金属进入铸型型腔的通道系统。一般由浇口杯、直浇道、横浇道、直浇道窝，内浇道组成。

封闭式浇注系统：组元截总面积最小的是内浇道。一般∑A直＞∑A横＞∑A内。

半封闭式浇注系统：∑A横＞∑A直∑A内。

开放式浇注系统：该类系统，从浇口杯底孔到内浇道截面，面积逐渐加大。即∑A内＞∑A横∑A直。

顶注式浇注系统：指从铸件位置的顶部注入金属液的浇注系统体系。铸件的大部分位于下箱，金属液进入型腔时自由下落。

底注式浇注系统：指从铸件浇注位置的底部注入金属液的浇注系统体系。

铁豆：由于液态金属的飞溅造成。液滴飞溅预冷凝固成豆状。若无液态金属重新熔化则产生铁豆。

砂眼：砂型被冲击型砂脱落混入铁水中凝固形成砂眼。

中间注入式浇注系统：只从铸件浇注位置的中间部位注入金属液的浇注系统体系，一般把内浇口开在分型面上。

阶梯式浇注系统：从铸件浇注位置的不同部位注入金属液的浇注系统体系。金属液先从最下层注入型腔，然后是临近的上一层，以此类推。

静压头：指从铸件底部到浇口杯内液面顶部的高度差所产生的压头。

剩余压头：指浇口杯内液面与铸件浇注位置中最高点之间的高度差所产生的压头。 工艺出品率：%100?=总重

毛重工艺出品率，毛重包括净重、加工余量、铸死的孔、槽，无法去除的补贴、残余的切割量。总重包括毛重、浇冒口重量、去除的补贴、损耗、富余量。 镇静：钢包在充满钢水后不立即浇注，等待一定时间后浇注，有利于气体、熔渣上浮。 补缩系统：包括冒口、补贴和与之相对应的铸件部分。

合金的收缩：指液态合金在向固态转变的冷却过程中产生的收缩。包括三个阶段：液态收缩、凝固收缩、固态收缩。

合金的体收缩率：指合金由液相线开始至室温时的体积収缩。公式为s

s 0V V -V =ε，V 0为铸件刚好在充满铸型时的体积。V s 为铸件全部进入固相线时的体积。

缩孔：指在铸件凝固过程中，由于合金的凝固收缩或者补缩通道的堵塞，使得铸件在最后凝固部位由于得不到金属液的补缩产生的孔洞。

缩松：指在铸件凝固过程中，由于合金的收缩以及合金的粥状方式，在最后凝固部位产生的分散而细小的孔洞的聚集体。

补缩通道：铸件在凝固过程中，冒口中的金属液对铸件的凝固和降温所产生的体收缩进行补偿，该补缩过程金属液所通过的区域就是补缩通道。

冒口区：冒口周围直接由冒口进行补偿而获得致密组织的区域。

末端区：在远离冒口的铸件端部，由于端部的边角效应，该区域的补缩通道扩张角比较大，易于补缩，所形成的致密区域叫末端区。

冒口的有效补缩距离：指冒口周围能获得致密组织的距离，通常由冒口区加末端区组成。 冒口：铸型内储存合金液而不构成铸件实体，并为铸件的凝固和收缩提供补缩液的腔体。 特殊/异型冒口：根据工艺需要无法采用标准冒口而生产的冒口。

标准冒口：就是将冒口的结构参数标准化，具体说就是冒口结构尺寸比例关系的标准化，冒口的斜度标准化和冒口尺寸系列的标准化，以提高其通用性，提高生产效率，节约生产成本。 冒口的尺寸参数：包括冒口的长宽比、高宽比和斜度。

冒口的计算方法：模数法、热节圆法、均衡凝固法、液量补缩法。

铸件的模数：根据平方根定律和折算厚度法则的原理，将凝固体的体积与散热面积之比称为模数。

热节圆法：根据铸件内热节圆的大小及其与冒口和补贴的比例关系，并根据补缩量和收缩量的相互关系来确定补贴及冒口尺寸的方法。

热节：凝固过程中，铸件比周围金属凝固较慢的节点或局部区域。

热节圆：指在铸件内的热节处所能做出的最大内切球体，一般通过作图法确定。

冒口的补缩量：铸件凝固完毕后，冒口中未凝固的液体就是补缩给铸件和冒口凝固时所产生的收缩的液量，也就是冒口的补缩量。

液量补缩法：利用冒口的补缩效率，计算出冒口的补缩量，与铸件加上冒口的总补缩量相比较，补缩量应大于收缩量。 冒口的补缩效率：%100V V -V ?=冒

终冒η，V 冒为冒口的原始体积，V 终为冒口补缩后的体积。 均匀凝固法：主要是用于铸铁件的凝固，通过控制各热节处的凝固进程，来实现铸件内部的均衡凝固。

补贴：通过对铸件向冒口方向逐渐增加厚度的方法，使铸件的末端与冒口之间建立起补缩通道，并使补缩扩张角增加，这种人为增加的铸件以外的厚度就是补贴。补贴在铸后需要采用气割、电弧气刨或机加等方法去除。设计方法包括图表法、热节圆法。

冷铁：是用来控制铸件凝固，使被激冷区的凝固时间缩短的激冷物。

外冷铁：设置在型砂表面，使与之接触的铸件部位迅速冷却的冷铁。

内冷铁：设置在铸件的热节部位的型腔中，浇注后凝固在铸件中的，使与之接触的铸件部位迅速冷却的冷铁。

直接冷铁：就是直接与金属液相接触的外冷铁。

间接冷铁：就是不直接与铸件相接触，与铸件之间相隔一层较薄的造型材料。该类冷铁又称为暗冷铁。

普通冷铁：一般为长方形，以平面方式与铸件相接触。

成形冷铁：就是以铸件敷设冷铁部位的表面形状作为冷铁表面形状的冷铁。

熔焊型冷铁：指铸件凝固结束后，内冷铁与焊件的界面发生焊合。

非熔焊型冷铁：指铸件凝固结束后，内冷铁与铸件的界面未发生焊合。

手工造型、造芯：指用手工方式完成紧砂、起模、修型及合箱等主要操作的造型和制芯过程。 芯盒制芯:在芯盒内进行制芯操作，如紧砂，安放芯骨、开通气道等。硬化过程可以在芯盒内进行，也可以脱芯盒后，烘干硬化。

铸造工艺装备：指造型、制芯、合箱和浇注过程中所使用的装备和用具的总称。，具体包括：模样、模板、芯骨、砂箱、造型平板、芯盒、烘芯托板、砂芯修整器具、下芯夹具、量具、检验样板。

模样：形成铸型空腔的工装，一般由木材、菱苦土或金属构成。

模板：用来装配和固定模样、浇注系统、定位设施、固定装置等设施，并在造型中起托板作用的平板。一般用于机器造型。

底板：用来摆放模样、浇注系统、定位设施、固定装置等设施，并在造型中起托板作用的平板，采用手工造型时，一般采用底板造型。底板不需要对模样等进行装配和固定。 砂箱：是将铸型承载于其中的特定工装，也就是铸型搬运和翻转的工具，由箱壁、箱耳、法兰、吊环、吊轴、加强筋（箱带）和排气孔等构成。按使用的性质可分为通用砂箱和专用砂箱。按造型方法可分为手工造型砂箱和机器造型砂箱。按砂箱的属性分可分为整铸砂箱和组合式砂箱。

二、知识点

铸造方法的优点：

1、适用范围广，可用于各类机械设备和装置

2、尺寸精度要比普通锻件、焊接件要高，加工余量也相对较少（砂型铸造相对较大）

3、成本低廉

4、易实现机械化（可在流水线上完成）

5、资源可回收利用

6、具有所制造铸件形状与结构的任意性、铸件材料的任意性和大小尺寸的任意性

铸造的分类：

一般分为砂型铸造和特种铸造两种。特种铸造包括：熔模铸造、压力铸造、离心铸造、连续铸造、消失模铸造、金属型铸造、低压差压铸造、陶瓷型铸造、半固态铸造、磁型铸造。铸造工艺设计的具体内容:

1、零件的技术要求和结构工艺性设计

2、选择铸造与造型方法及造型材料体系

3、确定浇注系统位置和分型面

铸造工艺设计的依据：

设计之前应掌握两方面情况：

1、技术方面条件：相关技术文件、铸件信息、技术要求

2、生产方面条件：熔炼设备容量、厂房起重设备容量、检测条件、烘干炉及热处理炉的大小、升温速度和温度的均匀性、砂箱尺寸、厂房大小、大门尺寸。

铸造方法的选择依据：

一般根据铸件的精度要求、合金的种类和结构特点来选择。如：精度要求最高的铝镁合金一般采取压铸。精度要求较高的铸铁件可采取精密铸造的方法。铸铁件一般采用砂型铸造，特殊的铸铁件可以采取离心铸造和连续铸造的方法。一般精度的铜铝合金可以采用砂型铸造方法。

工艺方案设计的考虑因素：

铸造工艺设计依据零件的结构特点、零件结构的铸造工艺性、合金的种类、经济性。

浇注位置的设计依据：

浇注位置的设计一般在铸造方法确定之后进行。将直接对分型面、工装、芯子的划分、浇注系统的开设等方面产生影响。

1、应有利于实现顺序凝固和冒口安放

2、质量要求较高发铸件表面应朝下或侧立放置

3、尽可能使铸件的大平面朝下。当铸件的薄壁部分面积较大时，可采用倾斜浇注。

4、便于下芯、合箱和检查尺寸。尽量使主要芯子或芯子的主要部分放在下半砂箱中。

5、利于砂芯的定位、固定和排气，避免吊芯和悬臂芯。

铸造线收缩率的影响因素：

合金种类和成分、铸型材料、铸件结构

起模斜度的影响因素：起模高度、模样或芯盒的高度以及造型方法

铸造用砂的分类：

分类方法有：按来源分类和按化学成分分类。

来源分：天然矿精选后直接选用、天然矿经过高温煅烧或电熔后，经过破碎筛分而得到的原砂，靠人工合成煅烧得到的原砂。

化学成分分：石英砂、石灰石砂、镁砂、锆砂、铬铁矿砂。

铸造用砂颗粒组成的表示方法：

列表法、图解法、平均粒度法和符号表示法。其中符号表示法数字表示相邻的含量最集中的三个筛的收尾编号，百分含量为含量最集中的三筛的总余留量。

常用的铸造用砂及其特点：

1、石英砂：以石英颗粒为主，含少量长石、云母，是砂型铸造中最主要造型材料。呈弱酸性，熔点1713℃，硬度较高。适用于铸钢、铸铁、有色金属。

2、石灰石砂：又称“七〇”砂，以碳酸钙为主矿岩，经人工破碎，筛选，分级后制成。特点：呈碱性，二氧化硅含量较少，减少了矽肺病的危害。用于生产铸钢件。不粘砂，易清理，砂的成本较低。但是生产大型厚壁铸钢件时会产生缩沉，旧砂的回收利用率低，虽然减少了矽肺病的危害，但增加了尘肺病的危害。

3、刚玉砂：通过电炉冶炼人工制成的的六方晶系的αAl2O3。熔点高达2050℃，硬度较高，导热率较高、体积稳定，结构致密，对于酸和碱都有很高的化学稳定性，价格较高。适用于铸钢件、用作要求表面光洁度较高的合金钢铸件的涂料、熔模铸造制壳材料、陶瓷型铸造。

4、锆英砂：锆砂又称锆英砂，以硅酸锆为主要成分。是型砂铸造最好的型砂。硬度较高，熔点在2000℃以上，酸性耐火材料，高温时对氧化铁的热化学稳定性高，基本不被金属氧化物浸润，热膨胀系数相对较小。可用作大型铸钢件或合金钢铸件的特殊型芯砂或涂料。还可用作熔模铸造制壳材料。

5、铬矿砂：又称铬铁矿砂，主要是Cr2O3，其次为MgO、FeO、Al2O3少量SiO2和其他杂质。碳酸盐为有害杂质，遇高温金属液分解产生二氧化碳，使铸件产生气孔。故铬矿砂应经过900℃的高温焙烧使碳酸盐分解然后再加工破碎制得。铸造用铬矿砂含Cr2O3不少于36%，最好大于50%。特点：热化学性质比较稳定，不与氧化铁发生化学反应，在1700℃以前无相变反应，体积较稳定，具有较强的抗液体金属渗透的能力，常用来生产锰钢件、厚壁铸钢件。

6、镁砂：主要成分为氧化镁，由菱镁矿在1500℃至1650℃煅烧、破碎、筛分得到。镁砂熔点在1840至2000℃，蓄热系数约为硅砂的1.5倍，呈碱性，不与氧化锰和氧化铁反应，常用作生产高锰钢铸件的面砂或芯砂使用。也可作为碱性炉衬。

粘结剂的的分类：

按粘结机理分：物理粘结剂：粘土粘结剂，化学粘结剂：硅溶液、水玻璃和有机粘结剂。按组分分：无机粘结剂：铸造用粘土、膨润土、水泥、硅溶胶、水玻璃硅酸乙酯。有机粘结剂：植物油、合脂、各种树脂。有机粘结剂包括：植物类、石化副产品、合成树脂

水玻璃的硬化方法：焙烧硬化法、CO2硬化法和自硬化法。水玻璃的化学式为Na20·mSiO2，m为两者的摩尔比，成为模数。

常用型芯砂：水玻璃石英砂、“七〇”砂、碱性酚醛树脂石英砂、呋喃树脂石英砂。

金属型材料要求：

1、有良好的高温力学性能，尤其是热疲劳强度

2、良好的热稳定性：高温抗氧化性、抗生长性、抗腐蚀性、抗熔焊性。

3、良好的室温强度，可承受各种机械作用、摩擦作用。

4、良好的导热性能，减少铸型温度梯度、减少热应力。

5、具有良好的加工性能，以减少铸模的制造难度，降低成本。

6、价格便宜

金属型常用材料及特点：

1、铸铁：灰口铸铁基体为珠光体加铁素体，减小铸型生长，提高铸型热稳定性，减少外裂纹的生成。球墨铸铁具有较高的热稳定性和耐蚀耐热性，较高的力学性能，生长倾向小。适于制造大型的金属型，可用来浇注大型黑色合金铸件和有色金属铸件

2、铸钢或锻钢：优点为可不加工或少加工，与铸铁型相比，力学性能、抵抗内表面龟裂能力，抗翘曲变形能力好，可对缺陷部位进行修补，缺点是制造成本高。铸钢用于形状简单、尺寸较大的黑色合金铸件，锻钢用于形状复杂的铝镁合金小型件。

3、铜及其合金:使用频率较低，主要用于需要激冷或局部激冷的铸件，可用作生产单晶。

4、铝合金：具有良好的力学性能，制造成本低，导热性好。浇注前需进行阳极化处理，使铸型表面形成氧化膜。适用于批量不大的轻合金铸件。

压铸材料：

一般选用合金钢，含有W、Co、Cr、Ni等元素。

W含量一般较高，热膨胀系数小，耐磨性好、硬度高、耐热性好，淬火深度大，缺点是韧性差。

Cr可以在高温小生成稳定的氧化膜，防止继续氧化，还可以提高硬度、耐热性、耐蚀性，淬火变形小、热膨胀系数小

少量的V可以改善切削性能，减小淬火深度

Ni可以提高钢的硬度和韧性，显著提高钢的耐蚀性

Mo可以使钢保持原有的力学性能，细化晶粒。

Co可以提高钢的硬度和韧性。

要控制C的含量，否则降低钢的导热性，易使表面产生裂纹。

铸造用辅料：

涂料、胶合剂、合箱辅料、修补膏、排气材料、冒口芯、保温冒口套、保温覆盖剂、保温发热剂和陶瓷管。

涂料的组成及作用：

1、耐火材料:主体成分，由耐火的或易剥离的粉体组成，防止液态金属与铸型之间发生热作用、机械作用、物理化学作用。铸钢件常用石英粉、锆英粉、刚玉粉、铝矾矿粉、莫来石粉、铬矿粉、镁砂粉。铸铁件常用石墨粉、石墨与铝矿粉或锆英粉组成的混合粉。铜合金常用石墨粉和滑石粉。铝镁合金常用滑石粉。金属型铸造常用氧化锌、白垩粉、二氧化钛、滑石粉、石墨粉。

2、粘结剂：为提高涂料层的强度，使涂料能牢固的贴附在铸型和芯子表面。分为:无机型、有机型粘结剂。高温型、低温型粘结剂。

3、载体：分散和运载耐火材料并使耐火材料悬浮在载体内，使涂料保持一定的粘度和密度，以便将涂料喷涂或涂刷到铸型或芯子表面。分为水基和醇基，水基刷过后需烘干。

4、悬浮剂：赋予涂料一定的粘度，以阻止耐火材料颗粒下沉，使耐火材料尽可能有效的悬浮。

5、其他添加材料：

表面活性剂：用来改善涂料对铸型及芯子表面的浸润渗透能力，降低涂料的表面张力。

消泡剂：用来消除涂料中的气泡。

防腐剂：用来避免涂料中的有机物因受霉菌和微生物的作用而发生变质。

防潮剂：在涂料中加入少量硅烷等物质。待涂料干燥后，能形成一层憎水膜，可防止涂料吸潮。

特殊附加物：为防止镁合金氧化，在涂料中加入合金元素；为防止铸铁件表面产生白口层，可在涂料中加入硅铁粉。

各类浇注系统的特点及适用范围：

封闭式浇注系统具有很好的挡渣作用，适合于中小型铸铁件。

开放式浇注系统充型平稳，对型壁的冲刷比较小，但挡渣能力不是很好。主要用于易氧化的有色金属铸件，球磨铸铁铸件及使用漏包浇注的铸钢件。

顶注式浇注系统所形成的凝固温度场符合顺序凝固，利用冒口补缩，对砂型底部的冲击力比较大，容易产生砂眼、铁豆等缺陷，利于充型，易产生氧化。适用于高度不大的铸件薄壁件。底注式浇注系统充型稳定、冲击力小，型内气体易于排出，所形成的温度场不符合顺序凝固，不利于补缩。适合于高度不大的结构的复杂的铸件，如铸钢件、铝合金件、无锡青铜件和黄铜铸件。

中间注入式浇注系统兼顾有顶注式和底注式浇注系统的优缺点，适用于中等重量中等壁厚的

铸件，但上箱不宜太高。

结题式浇注系统对铸型的冲击力小，液面上升平稳，利于渣、气的上浮和排入冒口，所形成的温度场有利于顺序凝固，适合于大型铸件的生产。

浇注系统的作用：

1、构成浇包与铸件型腔的通道，使金属液体平稳的充入铸型。

2、挡渣并排除型腔中的气体。

3、调节型腔内的温度分布，实现顺序凝固

4、调节系统中个组元的流量，使充型时间控制在一定范围内。

浇注系统设计方法：

1、公式计算法： 阿赞公式：0

60H t 1031.0G gH 2t G F μγμ?==内 G 为铸件总浇注重量，N ；F 内实际为控流面积，即最小界面处，m 2。γ为金属液重度，N/m 3;μ为粘度系数；t 为浇注时间，s ；H 0为作用为内浇道的压头，Pa 。

浇注时间常根据经验公式确定：

对于重量小于4500N 、壁厚为2.5-15mm ，形状复杂的铸铁件有G s t =，G 为铸型内金属液重量，N ，s 为影响系数。

对于10吨以下的大中型铸铁件有31G s t δ=，δ为铸件壁厚，s 1为系数一般去0.96。 对于重型铸铁件可使用下述公式pG 2s t 2=。p 为系数一般取0.62.

2、经验法：以流体力学为基础，进行简化与合并结合生产实践经归纳出三种方法，即大型和重型铸件的设计方法、中小型复杂件的设计方法和简单小件的设计方法。

3、图表法：索伯列夫图

浇注系统校核方法：

包括三种方法：上升速度方法、剩余压头校核和工艺出品率校核。

1、上升速度法：适用于大型铸钢件

第一步是确定金属液在铸型中的上升速度的控制范围，要求浇注速度大于临界。 第二步确定浇注时间：nq

G t =，G 为铸件毛重，不包含顶部冒口，kg 。n 为包孔数量，q 为金属液流量，kg/s

第三步金属液流量计算，可查表，然后可求出浇注时间。 第四步计算实际上升速度根据t

H v =，H 为铸件的浇注高度。计算出后可与表中查出的数据对比，若两者相近或者或者计算的浇注速度大于表中的速度，说明所选择的包孔直径和数量是合理的，否则返回第二步进行调整，直至合理。

第五步，根据包孔直径计算直浇道直径。

第六步，直浇道确定后，其他尺寸可以由所属类型浇注系统的比例关系计算出来。

2、剩余压头校核：为了保证金属液能充满距离直浇道铸件最远处的最高位置，金属液的静压头必须足够大，剩余压头必须大于或大于某一临界值。剩余压头临界值由下式计算α临Ltan H =，L 为铸件相对于直浇道而言最远处的最高点到直浇道中心线之间的水平距

离。α为压力角，单位为°，对于中小件薄壁取13-14，厚壁取6-7，大件薄壁件取8-9，厚壁取5-6.核算时应满足H0>H临+H c，或者H m>H临，H c为浇注位置中铸件的高度。

3、工艺出品率校核：所计算的工艺出品率与表中的数据进行比较，以评价所设计的浇注系统是否合适，如果数据不理想，可根据具体情况作适当调整。

各组元断面比例关系影响因素：

浇注系统的种类、合金的种类、浇注方式。

各种合金浇注系统特点：

1、铸钢件：熔点高、流动性差、收缩大、易产生缩孔、缩松、热裂和变形等缺陷，要求浇注系统结构简洁，断面尺寸大，充型快而平稳，有利于顺序凝固。一般采用漏包浇注。浇口杯、浇道、布局一般在侧冒口位置或其他不能引起缩孔缩松的位置引入。

2、灰铸铁：流动性好，凝固收缩率小，铁水中渣和夹杂物的含量较多，可以采用过滤网进行挡渣。石墨由于密度比铁小，会出现自膨胀。采用转包浇注。

3、可锻铸铁：含碳、硅含量较低，流动性比灰铸铁低一些，因此浇注系统的尺寸比灰铸铁大一些，浇注系统要考虑设置除渣能力，一般通过设置过滤网、阻流浇道、集渣包和冒口来解决。

4、球墨铸铁：与灰铸铁相比无根本的区别，但是需要保证铁水在充型过程中流动平稳、通畅，断面尺寸比灰铸铁大20%-100%，一般采用半封闭式或开放式浇注系统。

5、轻合金：镁铝合金属于轻合金，特点是熔点低、导热系数大、收缩较大，易氧化和吸气。浇注系统应充型平稳，不易产生飞溅、冲击和涡流，利于补缩，一般采用底注开放式或垂直缝隙式，可采用过滤网挡渣。

6、铜合金：所有铜合金都存在易氧化的特点，铜在熔化时要严格遵循同一牌号同一坩埚的原则，防止产生气孔。铝青铜易产生集中缩孔、易氧化、易夹渣，多采用底注开放式浇注系统，常配设滤渣网和集渣包。锡青铜和磷青铜易产生缩松、氧化不强烈，可采用雨淋式、压边式等顶注式浇注系统，一般冒口尺寸不大。黄铜应采用顺序凝固原则设计浇注系统，采用冒口补缩。

补缩系统设计任务：

通过合理的设计冒口、冷铁和补贴，实现顺序凝固和均衡凝固，获得符合质量要求的铸件。合金元素对体收缩率的影响：

C的含量越高，碳钢体收缩率越大；W、Ni越多，合金钢的体收缩率越小，Mn、Cr、Si、Al 越多，合金钢的收缩率越大。

缩孔的形成机理：

在铸件的凝固过程中，补缩通道由于凝固而堵塞，使得与补缩通道相连的后凝固部位的凝固收缩得不到金属液的补充因而产生缩孔。

缩松的形成机理：

与缩孔的形成机理类似，由于凝固区域区域同时凝固，晶粒或枝晶的生长使微小的补缩通道堵塞后，凝固的部位得不到金属液的补缩，产生缩松。一般分布在铸件的中心或轴线区域。有效补缩距离的确定：

1、水平方向的有效补缩距离：对于平板类铸件（断面宽厚比大于5:1）当板厚δ≤100mm，

10，末端区冒口区=2δ，末端区=2.5δ。对于杆类铸杆，当断面为正方形时，冒口区=δ

20。

=δ

2、垂直方向的有效补缩距离：可利用补贴计算方法求出。

冒口的作用：

1、为铸件的形成提供补缩合金液，补偿合金的收缩。

2、排出铸件形成过程中产生的气体，接收上浮的渣和夹杂物。

3、调节铸件的温度场使之符合顺序凝固和均衡凝固。

4、利用明冒口来检查合箱后的铸件尺寸，观察充型情况。

冒口的种类：

1、根据顶部结构分为：明冒口、暗冒口。

2、根据冒口的放置位置可分为：顶冒口、侧冒口和压边冒口。

3、根据冒口的传热特点可分为:普通冒口、保温冒口和发热冒口。

4、根据冒口的结构特点可分为：圆柱形、腰形、球形和异形冒口。

5、其他还包括易削冒口、大气压力冒口。

冒口的安放位置原则：

1、有利于实现顺序凝固。

2、应安放在铸件最后凝固处或热节处。

3、应安放在铸件最高处。

4、冒口安放在不同高度处，冒口之间应该用冷铁隔绝补缩通道。

模数的计算：

铸件的模数不是单一的，在对铸件进行模数的计算时，先将铸件划分成几个独立的凝固区域，该区域的铸件由基本的几何体构成，然后分别对每个区域进行计算。区域划分的主要依据是根据铸件的几何结构和散热性质。在对杆和板的模数计算时，杆的两端、板的四周按非散热面面处理。筒的两端同样按非散热面处理，由于筒内壁的散热存在热饱和性，处理时要对筒的壁厚增大。

模数法的设计依据：

该方法的基本原理是，按一定顺序设计铸件与冒口、铸件内部的凝固时间，即t 冒≥t 颈＞t 件，t 冒口区＞t 末端区。一般有M 冒/M 件=1.2。

热节圆设计冒口的步骤：

1、根据铸件的结构、补缩距离来划分独立的补缩区域，确定冒口的种类和形状位置和数量。

2、计算出每个冒口所补缩区域的铸件重量，并求出该区域的虚拟收缩量G 缩。G 缩=（1.5-1.6）εv G 件。

3、求出冒口补缩位置处铸件的热节圆直径，并根据铸型中的尖角效应对热节圆直径作适当修正。

4、根据热节圆直径和铸件的收缩量查公式表格确定冒口尺寸和重量。

5、计算出该区域的收缩量，即铸件加冒口的总收缩量。

6、冒口的校核计算通过虚拟补缩量看看补缩量是否符合要求。如不符合则重新进行冒口计算。

液量补缩法的内容：

由总补缩量：V 缩=εv （V 冒+V 件）和冒口的补缩量：V 补=V 冒×η，以及V 冒=V 补联立，得到件冒V -V εηε=。

均衡凝固法的设计要点：

1、冒口不必晚于铸件凝固，即冒口模数或热节可以小于铸件。

2、浇冒口不应直接开在铸件的几何热节上，但又应靠近热节处。

3、热节处一般采用安放冷铁的方法来实现凝固时间的均衡。

4、采用刚性铸型，以利用石墨化所产生的膨胀。

各种合金冒口设计的特点：

1、铸铁件：采用传统的冒口设计方法。包括模数法、液量补缩法、热节圆法，冒口的结构特点是采用一般结构的普通冒口，还可以使用保温冒口和发热冒口。

2、球铁件：由于球铁件在共晶凝固时发生石墨膨胀。要求铸型的刚度好，一般不采用常规的大冒口设计。可采用压边冒口、全压力冒口和控制压力冒口。

冷铁的主要作用：

1、控制或加快被激冷区的凝固速度，有利于防止铸件的变形、热裂和偏析。细化该区域的基体组织和表面组织，提高局部区域的硬度和耐磨性。

2、与冒口一起形成补缩区域，实现顺序凝固，扩大冒口的补缩范围，防止缩孔和缩松的产生。

3、形成人为末端区，分割凝固区域。

4、对热节处进行激冷，防止该处产生缩孔、缩松、裂纹等缺陷。

冷铁的分类：

1、按冷铁的放置位置分：分为外冷铁和内冷铁。

2、按冷铁的激冷方式分：分为直接冷铁和间接冷铁。

3、按冷铁的形状分：分为普通冷铁和成形冷铁。

4、按与铸件的结合方式划分：熔焊型和非熔焊型。

常用的手工造型方法:

包括：模样造型（整模或分模）、刮板造型、实型造型、砂箱造型、脱箱造型、组芯造型和地坑造型。

铸型和砂型的种类：

包括：湿型、烘干型、自硬型，还包括对应的芯。

模样材料及其特点：

1、木模：一般不适用新鲜木材，优点：轻便，易加工，价格低，缺点是强度低、易吸潮变形、精度低、寿命短。适用于小批量手工造型。

2、菱苦土：由菱苦土、卤水和木屑构成。填敷在支撑骨架上，经硬化后，形成模样，特点是价格低、易加工，生产周期短，特别容易做成曲面形状。缺点是不易修改，适用于小批量手工造型。

3、金属模：一般采用灰铁、球铁、铸钢、铝。特点：表面光洁度好、尺寸精准、强度高、刚性大，使用寿命长，缺点是加工难，材料及加工成本高，适用于小件大批量造型。

4、塑料模：采用环氧树脂玻璃钢材料，特点：形状具有任意性，制造修理简便、表面光洁度好，不吸潮、变形小、质轻耐磨、寿命长，造价仅为金属模的20%-50%，缺点是导热性差，不宜在砂温较高的流水线上使用。

5、聚苯乙烯泡沫塑料模：特点：造型简便，造价极低、加工性好，缺点是舂砂时易变形，适用于消失模铸造、负压实型铸造、单件小批量铸造尤其是大中型铸件。

模样的结构：

1、木模：圆柱形采用筒型结构，可采用横截面积进行加强，圆的直径较大时，可采用框架加强。方体内部采用框架结构

2、菱苦土：用木材和钢材制作骨架，骨架应距离表面30mm，其中15mm用来涂抹菱苦土，15mm用来钉木条。

3、金属模：采用空心模样，并用加强筋甚至是框架来提高铸型的强度和刚度，在保证使用寿命、足够的强度和刚度的前提下尽量减轻模样的壁厚和重量，壁厚的计算公式如下，形状简单的金属型采用机加的方法成形，较复杂难于加工的模样可采用陶瓷型等精密铸造法铸出。δ=x（1+0.0008L）δ为模样壁厚 mm，x为经验系数，铝合金取6，铜合金和铸铁取5。

模板、底板材料：

为保证强度与刚度、一般采用灰铸铁、球铁和铸钢、型材制造。为了防止使用过程中变形，模板毛坯需要经过人工时效处理，铸钢模板或底板毛坯还需经过退火或正火处理后再进行加工。

模板、底板与砂箱之间的定位于固定;

有两种方法：一种是直接固定法，另一种是间接固定法。直接固定法就是模板直接与砂箱固定，适用于大批量铸件的生产。间接固定法就是模板不直接与砂箱固定，而是先固定到模板框上，再用模板框与砂箱固定，这种方法适用于多品种、小批量铸件的生产。模板与砂箱之间的定位一般采用定位销和销孔组成，定位销设在模板上，销孔设在砂箱上，销孔可同时用作合箱定位孔。底板一般只由一个平板构成，模样、浇注系统、冒口、定位装置等一般摆放在平板上，上下箱之间、模样的上下半之间一般采用划线方法进行定位。

模样在模板上的布置：

一般采用坐标模板。坐标模板就是在模板上等距离设置若干个具有一定距离的纵横排列的小孔，每个小孔都有一个特定的坐标号已利用模样在模板上的布置。可以按纵列和横列所对应的位置得到一个坐标号，模样和模板通过坐标孔和定位板用销钉连接起来。

砂箱的法兰结构：包括单面法兰和双面法兰。单面法兰特点是结构简单制造方便。常用于地坑造型、盖箱。双面法兰的特点是刚度好、接触面大，上下箱可以通过法兰上的螺丝钉用螺栓紧固。实际生产中，一般多采用双面法兰结构，法兰的结构包括三种：一种是L形、一种是T形、还有一种是T形带凹面形。

砂箱的箱壁结构：箱壁一般包括平面结构和带加强筋结构，箱壁的厚度可查表求出，一般取箱壁厚度的70%-80%，加强筋包括横、竖两种，其厚度和高度可查表。另外箱壁上还带有排气孔，排气孔的形状一般包括圆形和腰形两种。