材料成型第4章_铸造工艺设计3

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1、1,一、. 浇注系统,第三节 浇铸系统和冒口,浇注系统是引导金属液流入型腔的一系列通道的总称。,浇口杯直浇道 横浇道内浇道,组成,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,引入金属、阻撇熔渣,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。,作用：确保液态金属能够平稳而合理地充满型腔。,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

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。,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。,3,1、浇注系统尺寸的确定,S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。,1） 内浇道总横截面积S内,式中：G 为铸件毛重； K 为经验数据：铸件壁厚小于15，K=0.7； 铸件壁厚=1630，K=0.6； 铸件壁厚=3160， K=0.5；,4, 封闭式浇注系统,S直S横S内,S直S横S内=1.151.11

3、,2）浇注系统其他组元横截面积尺寸的确定,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。,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封闭式浇注系统，一般都优先采用。,5, 开放式浇注系统,S直 S横 S内,S直S横S内=124,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、

4、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。,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。,6,顶注式 底注式 中间注入式 阶梯注入式,2. 常见浇注系统的类型,7,2. 常见浇注系统的类型,（1）顶注式浇注系统 内浇道开设在铸件的顶部。优点：金属液自由落下，自下而上地逐渐充满型腔，利于定向凝固和补缩；缺点：冲击力大，充型不平稳，易发生飞溅、氧化和卷入气体现象，产生沙眼、冷豆、气孔和夹渣等缺陷。多用于质量不大，高度

5、不高和形状简单的薄壁或中等壁厚的铸件，易氧化金属铸件则不宜采用。,（2）分型面注入式浇注系统 内浇道开设在分型面上。优点：能方便地按需要进行补置，有利于控制金属液的流量分布和铸型热量的分布。适用于中等质量、高度和壁厚的铸件。应用普遍。,（3）底注式浇注系统 内浇道开设在型腔底部。优点：金属液充型平稳，避免了金属液冲击型芯、飞溅和氧化及由此引起的铸件缺陷；型内气体易于逐渐排出，整个系统充满较快，利于横浇道撇渣。缺点：型腔底部金属液温度较高，而上部液面温度较低，不利于冒口补缩。故应尽快浇注。多用于易氧化的合金铸件。,8,（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

6、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。,9,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。,3. 内浇道与铸件型腔连接位置的选择原则,10,. 应使内浇道中的金属液畅通无阻地进入型腔，

7、不正面冲击铸型壁、砂芯或型腔中薄弱的突出部分。. 内浇道不应妨碍收缩。.内浇道不应开设在重要部位。内浇道应开设在容易清理和打磨得地方。,3. 内浇道与铸件型腔连接位置的选择原则,11,. 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较大的铸件，宜将内浇道从铸件薄壁处引入，以利铸件同时凝固，减少铸件的内应力、变形，防止裂纹产生。,12,冒口是在铸型中设置的一个储存金属液的空腔。 主要作用：在铸件凝固收缩过程中，提供由于收缩所需要补给的金属液，对铸件进行补缩，防止产生缩孔、缩松等缺陷。,冒口,普通冒口,特种冒口,明冒口,暗冒口,保温冒口发热

8、冒口大气压力冒口易割冒口,二. 冒口,13,1、冒口的凝固时间必须大于或等于铸件被补缩部分的凝固时间。2、冒口应具有足够大的体积，以保证有足够的金属液补充铸件内部的体收缩。3、在铸件凝固时，冒口与被补缩部位之间应有通畅的补缩通道。4、为增加铸件局部冷却速度，在铸型局部区域设置激冷能力强的材料（如铸铁、石墨或铸钢等）作为冷铁。,冒口设计原则：,14,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

9、，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,15,16,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。,17,18,19,第四节铸造工艺方案及工艺图示例,32,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

10、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。,20,零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。,铸造工艺图绘制,21,22,50,全部,110,150,100,70,M154均布,下,上,收缩率1%,23,120,154均布,200,50,80,25,8,其余,下,上,收缩率1%,24,工艺设计实例2,上,下,材料：HT200,收缩率：1.0 %,25,可从以下几方面进行分析： 分型面和分模面； 浇注位置、浇冒口的位置、形状、尺寸和数量； 工艺参数； 型芯的形状、位置和数目

11、，型芯头的定位方式和安装方式； 冷铁的形状、位置、尺寸和数量； 其他。,一、 铸造工艺方案示例,26,铸造工艺方案示例1,27,(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。,28,(2)方案 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，30 mm轴孔难以下芯。,29,(3)方案

12、沿110 mm凹槽底面分型。优缺点与方案类同，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、的优点多于方案I。,30,上,下,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，此时依靠方案分型较为经济合理。,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,31,上,下,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。采用方案从110凹槽底面分型，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。,32,工艺

13、分析：该零件的主要作用是支承轴件，故40 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8 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40 mm内孔处只要加大加工余量仍可保证该处的质量。,轴座,生产批量：单件小批或大批生产。,33,(1)单件小批生产工艺方案,方案(1)所示采用两个分型面、三箱造型，浇注位置为底板朝下。这样做可使底 板上的长方形凹槽用下型的砂垛形成。 如将轴孔朝下而底板向上，则凹槽就得用吊砂，使造型操作麻烦。,该方案只需制造一个圆柱形内孔型芯，利于减少制模费用。,3

14、4,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16 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。,(2)大批生产工艺方案,35,轴座铸件的一型两铸方案,3型芯是悬臂型芯，其型芯头的长度较长。大批生产时，还可考虑一箱中同时铸造两件的方案(图1-49)，使悬臂型芯成为挑担型芯，这样可使芯头长度缩短，且下芯定位简便，成本更低。,36,C6140车床进给箱体,37,1分型面的选择,方案 分型面在轴孔的中心线上。此时凸台A因距

15、分型面较近，又处于上箱，若采用活块、型砂易脱落，故只能用型芯来形成，但槽C用型芯或活块均可制出。本方案的主要优点是便于铸出九个轴孔，铸后飞翅少，便于清理。同时，下芯头尺寸较大，型芯稳定性好，不易产生偏芯缺陷。其主要缺点是型芯数量较多。 方案 从基准面D分型，铸件绝大部分位于下箱。此时，凸台A不妨碍起模，但凸台E和槽C妨碍起模，也需用活块或型芯来克服。其缺点是轴孔难以直接铸出。若铸出轴孔，因无法制出型芯头，必须加大型芯与型壁的间隙，使飞翅的清理工作量加大。 方案 从B面分型，即铸件全部置于下箱。其优点是铸件不会产生错型缺陷。同时，铸件最薄处在铸型下部，金属液易于填充。缺点是凸台E、A和槽C都需采用活块或型芯，而内腔型芯上大下小、稳定性差；若铸出轴孔，则其缺点与方案同。,