砂芯设计及铸造工艺设计参数

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1、砂芯设计及 铸造工艺设计参数,13铸造 刘昕捷 201300150102,第一节 砂芯设计,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出型外 铸件收缩时阻力小和容易清砂,第一节 砂芯设计,一、确定砂芯形状（分块）及分盒面选择的基本规则 总的原则： 使造芯到下芯的整个过程方便 铸件内腔尺寸精确 不致造成气孔等缺陷 使芯盒结构简单,第一节 砂芯设计,（一）保证铸件内腔尺寸精度凡铸件内腔尺寸要求较严的部分应由同一半砂芯形成，避免为分盒面所分割，更不宜划

2、分为几个砂芯。但手工造型中大的砂芯，为保证某一部位精度(如图3-3-1，要求500mm400mm方孔四周壁厚均匀)有时需将砂芯分块。,第一节 砂芯设计,（二）保证操作方便复杂的大砂芯、细而很长的砂芯可分为几个小而简单砂芯。下图为空气压缩机大活塞的砂芯。为了便于操作将砂芯分为3块。,第一节 砂芯设计,（三）保证铸件壁厚均匀使砂芯的起模斜度和模样的起模斜度大小、方向一致，保证铸件壁厚均匀。,第一节 砂芯设计,（四）应尽量减少砂芯数目用砂胎（自带砂芯）或吊砂可减少砂芯，图3-3-4为12VB柴油机曲轴定位套的机 器造型方案。在手工造型时，遇到难于出模的地方，一般尽量用模样“活块”，即用“活块”取代砂

3、芯。这样虽然增加了造型工时，但却节省了芯盒、制芯工时及费用（图3-3-5）。,第一节 砂芯设计,（五）填砂面应宽敞，烘干支撑面是平面为此，需要进炉烘干的大砂芯，常被沿最大截面切分为两半制作。,平面烘干板结构简单通气性好且价廉,砂胎烘干法不精确也不方便,烘干器虽精确、简便，但结构复杂、昂贵且维修量大,第一节 砂芯设计,（六）砂芯形状适应造型、制芯方法高速造型线限制下芯时间，对一型多铸的小铸件， 不允许逐个下芯，因此，划分砂芯形状时，常把几个到 十几个小砂芯连成一个大砂芯，以便节约下芯、制芯时 间，以适应机器造型节拍的要求。（图3-3-7）对壳芯、热芯和冷芯盒砂芯要从便于射紧砂芯方面 来考虑改进砂

4、芯形状。除上述的原则外，还应使没块砂芯有足够的断面，保证 有一定的强度和刚度，并能顺利排出砂芯中的气体；使芯盒结构简单，便于制造和使用等。,第一节 砂芯设计,二、芯头设计 芯头(core print)：指伸出铸件以外不与金属接触的砂芯部分。对芯头的要求芯头可分为垂直芯头和水平芯头（包括悬臂式芯头）两大类。,定位和固定砂芯，使砂芯在铸造中有准确的位置，并能承受砂芯重力及浇注时液体金属对砂芯的浮力，使之不破坏 芯头应能及时排出浇注后砂芯所产生的气体至型外 上下芯头及芯号容易识别，不致下错方向或芯号 下芯、合型方便，芯头应有适当斜度和间隙,第一节 砂芯设计,（一）芯头的组成 典型的芯头结构如图3-3

5、-8所示。 它包括芯头长度、斜度、间隙、压环、防压环和积砂槽等结构。,第一节 砂芯设计,1、芯头长度 芯头长度指的是砂芯伸入铸型部分的长度如图3-3-10中的尺寸l。 垂直芯头长度通常称为芯头高度如图3-3-9中尺寸h、h1。,第一节 砂芯设计,决定芯头高度需注意： 对于细而高的砂芯，上下都应留有芯头，以免在液体金属冲击下发生偏斜，而且下芯头应当取高一些。对于湿型可不留间隙，以便下芯后能使砂芯保持直立，便于合箱。对于LD(L砂芯高度，D直径)25的细高砂芯，采用扩大下芯头直径的办法，增加下芯时的稳定性。 对于粗而矮的砂芯，常可不用上芯头(高度为零)，这可使造型、合箱方便。 对于等截面的或上下对

6、称的砂芯，为下芯方便，上下芯头可用相同的高度和斜度。而对需要区分上、下芯头的砂芯，一般应使下芯头高度高于上芯头。,第一节 砂芯设计,2、芯头斜度 对垂直芯头，上、下芯头都应设有斜度,第一节 砂芯设计,第一节 砂芯设计,4、压环、防压环和集砂槽 压环： 合箱后它能把砂芯压紧，避免金属液沿间隙钻 入芯头 防压环： 下芯、合箱时，它可防止此处砂型被压塌，因 而可以防止掉砂 集砂槽： 用来存放个别的散落砂粒，这样就可以加快下 芯速度,第一节 砂芯设计,第一节 砂芯设计,（三）特殊定位芯头 有的砂芯有特殊的定位要求，如防止砂芯在 型内绕轴线转动，不许可轴向位移偏差过大 或下芯时搞错方位，这时就应采用特殊

7、定位 芯头。,第二节 铸造工艺设计参数,铸造工艺设计参数(简称工艺参数)：通常是指铸型工艺设计时需要确定的某些数据，这些工艺数据一般都与模样及芯盒尺寸有关，即与铸件的精度有密切关系，同时也与造型、制芯、下芯及合箱的工艺过程有关。 工艺设计参数有：铸件的尺寸和重量公差、铸造收缩率(缩尺)、机械加工余量、起模斜度、最小铸出孔的尺寸、工艺补正量、分型负数、反变形量、非加工壁厚的负裕量、砂芯负数(砂芯减量)及分芯负数等。,第二节 铸造工艺设计参数,第二节 铸造工艺设计参数,第二节 铸造工艺设计参数,铸件基本尺寸即铸件图上给定的尺寸，应包括机械加工余量。公差带应对称分布(见图3-3-12)，有特殊要求时

8、，也可非对称分布，并应在图样上注明或技术文件中规定。壁厚尺寸公差一般可降低一级，例如：图样上一般尺寸公差为CT10级，则壁厚尺寸公差为CT11级。在图样上采用公差等级代号标注，如GB641486CT10。,第二节 铸造工艺设计参数,二、铸件重量公差 铸件质量公差： 以占铸件公称质量的百分率为单位的铸件质量变动的允许值。 GB/T1135189规定了铸件质量公差的数值、确定方法及检验规则，与GB641486铸件尺寸公差配套使用。 质量公差代号用字母“MT”（Mass Tolerances的缩写）表示。质量公差等级和尺寸公差等级相对应，由精到粗也分为16级，从MT1MT16。,第二节 铸造工艺设计

9、参数,第二节 铸造工艺设计参数,三、机械加工余量 铸件为保证其加工面尺寸和零件精度，应有加工余量，即在铸件工艺设计时预先增加的，而后在机械加工是又被切去的金属层厚度，称为机械加工余量，简称加工余量。 加工余量过大，浪费金属和加工工时 过小，降低刀具寿命，不能完全去除铸件表面缺陷，缺陷甚至露出铸件表皮，达不到设计要求。 影响加工余量大小的主要因素有：铸造合金种类、铸造工艺方法、生产批量、设备及工装的水平等与铸件尺寸精度有关的因素；加工表面所处的浇注位置(顶、底、侧面)；铸件基本尺寸的大小和结构等。,第二节 铸造工艺设计参数,GBT11350-89标准规定了加工余量的数值、确定方法、检验及评定规则

10、，并与GB6414铸件尺寸公差配套使用。加工余量的代号用字母MA(Machining Allowances)表示。加工余量等级由精到粗分为A、B、C、D、E、F、G、H和J 9个等级。当铸件尺寸公差等级和加工余量等级确定后，加工余量的数值应按有加工要求的表面上最大基本尺寸和该表面距它的加工基准间尺寸二者中较大的尺寸，从表3-33中选取。对单件小批生产的铸件，不同的加工表面也允许采用相同的加工余量数值。加工余量的等级可依表3-3-4和表3-3-5的规定选用。此外，相对于浇注位置铸件顶面的加工余量应比底面、侧面的加工余量降一级选用。,第二节 铸造工艺设计参数,第二节 铸造工艺设计参数,标注方法：加

11、工余量按GBT11350CTXXMAXX级。 选取加工余量的图例见表3-3-6插图，零件材质为灰铸铁，手工造型，大批生产，尺寸公为CT13级。选取结果如表3-3-6所示。,第二节 铸造工艺设计参数,第二节 铸造工艺设计参数,铸造收缩率受许多因素的影响 合金的种类及成分 铸件冷却 收缩时受到阻力的大小 冷却条件的差异,第二节 铸造工艺设计参数,五、起模斜度 为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免损坏砂型或砂芯。这个斜度，称为起模斜度。,第二节 铸造工艺设计参数,在铸件加工面上采用增加铸件尺寸法 在铸件不与其它零件配合的非加工面上采用增加铸件尺寸法增加和减少铸件尺寸法减少铸件尺寸法

12、 在铸件与其它零件配合的非加工面上采用增加和减少铸件尺寸法减少铸件尺寸法,第二节 铸造工艺设计参数,六、最小铸出孔及槽 零件上的孔、槽、台阶等，究竟是铸出来好，还是靠机械加工出来好，这应从品质及经济角度等方面全面考虑。一般说来，较大的孔、槽等，应铸出来，以便节约金属和加工工时，同时还可以避免铸件局部过厚所造成的热节，提高铸件质量。较小的孔、槽，或者铸件壁很厚，则不宜铸出孔，直接依靠加工反而方便。有些特殊要求的孔，如弯曲孔，无法实行机械加工，则一定要铸出。可用钻头加工的受制孔(有中心线位置精度要求)最好不铸，铸出后很难保证铸孔中心位置准确，再用钻头扩孔也无法纠正中心位置。,第二节 铸造工艺设计参

13、数,七、工艺补正量 在单件、小批量生产中，由于选用的收缩率与铸件的实际收缩率不符，或由于铸件产生了变形、操作中的不可避免的误差（如工艺上允许的错型偏差、偏芯误差）等原因，使得加工后的铸件某些部分的厚度小于图样要求尺寸，严重时会因强度太弱而报废。因工艺需要在铸件相应非加工面上增加的金属层厚度称为工艺补正量。 工艺补正量可粗略地按下述经验公式来确定式中 e-工艺补正量 L-加工面到加工基准面的距离,第二节 铸造工艺设计参数,由于单件生产不能在取得该产品的经验数据后再设计,为了确保铸件成品而采用工艺补正量。对于成批、大量生产的铸件或永久性产品，不应使用工艺补正量，而应修改模具尺寸。,第二节 铸造工艺

14、设计参数,八、分型负数 为了保证铸件尺寸精确，在拟定工艺时，为抵消铸件在分型面部位的增厚（垂直于分型面的方向），在模样上相应减去的尺寸，称为分型负数。 分型负数的大小和砂箱尺寸、铸件大小有关。一般大件，起模后分型面容易损坏，修型烘干后变形量大，所以合型时垫的石棉绳等也厚度大些，故分型负数也应增大。此外，还和工厂习惯，垫用材料有关。一般在0.56mm之间。,第二节 铸造工艺设计参数,九、反变形量 为了解决挠曲变形问题，在制造模洋时，按铸件可能产生变形的相反方向作出反变形模样，使铸件冷却后变形的结果正好将反变形抵消，得到符合设计要求的铸件。这种在模样上作出的预变形量称为反变形量（又称反挠度、反弯势、假曲率）。 影响铸件变形的因素很多，例如合金性能、铸件结构和尺寸大小、浇冒口系统的布局、浇注温度、速度、打箱清理温度、造型方法、砂型刚度等等。 判明铸件的变形方向铸件冷却缓慢的一侧必定受拉应力而产生内凹变形；冷却较快的一侧必定受压应力而发生外凸变型。,