ch06铸造工艺设计1

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1、,Your company slogan in here,液态金属成形件 工艺设计,铸件工艺过程设计就是根据铸造零件的结构特点、技术、要求、生产批量和生产条件等，确定铸件方案和技术参数，绘制工艺过程图、编制工艺过程卡等技术文件的过程。铸件工艺设计的有关文件，是生产准备、管理和铸件验收的依据，并用于直接指导生产操作。因此，铸件工艺过程设计的好坏，对铸件品质、生产率和成本起着重要的作用。,铸造工艺过程设计,铸造工艺设计内容与步骤,铸造工艺过程设计的内容主要决定于批量大小、生产要求和生产条件。 一般包括：铸造工艺过程图、铸件图、铸型装配图、工艺过程卡、操作技术规程。广义地讲，凡铸造技术装备的设计内容

2、，诸如模样图、模板图、芯盒图、砂箱图、压铁图、专用检具图、专用量具图及组芯夹具图等，属于铸造工艺过程设计的内容。,铸造工艺过程设计的内容,铸造工艺过程设计的内容,工作内容与任务,铸造工艺过程设计的步骤,铸造工艺方案的内容,铸造工艺对铸件结构设计的要求 合金铸造性能对铸件结构工艺性的要求 铸件最小壁厚设计,设计核心：铸件结构工艺性,当采用铸造来做零件毛坯或直接成形时，除形状和尺寸设计以外，还必须进行结构设计。,铸件结构工艺性设计目的，就是在结构设计上，力求使铸造，以及后续的切削加工容易进行。,液态成形件的结构设计分析,在一定铸造条件下，铸造合金液能充满铸型的最小厚度称为该铸造合金的最小壁厚。为了

3、避免铸件的浇不足和冷隔等缺陷，铸件的设计壁厚不应小于最小壁厚。最小壁厚主要由合金种类和铸件尺寸大小决定。,（1）最小壁厚,砂型铸造铸铁件的最小壁厚mm,（2）铸件的临界壁厚,在最小壁厚和临界壁厚之间就是适宜的铸件壁厚。,铸件截面形状,厚壁铸件，易产生缩孔、缩松、晶粒粗大等缺陷，力学性能下降，故存在一个最大壁厚。 在砂型铸造条件下: 临界壁厚3最小壁厚,（3）铸件的内壁厚度,砂型铸造时，散热条件差的铸件内壁，即使内壁厚度与外壁厚度相等，由于它的凝固速度比外壁慢，力学性能往往比外壁低。同时在铸造过程中易在内、外壁交接处产生热应力，使铸件产生裂纹，对于凝固收缩大的铸造合金还易在此处产生缩孔和缩松。因

4、此，设计时应使铸件内壁厚度小于外壁厚度。其内、外壁厚度相差值可参考表。,所谓铸件壁厚均匀性，是为了使铸件各处的冷却速度相近，并非要求铸件所有的壁厚完全相同。铸件的外壁、内壁和筋的厚度比约为： 1：0.8：0.6,（4）铸件壁的过渡和连接,通常情况下，铸件壁的厚度并不完全一致。因此，在壁的过渡处应参考表中壁的过渡形式和尺寸进行设计。,铸壁有类型各异的接头，大致分为L型、T型、V型、Y型和十字型等种。在接头处，因凝固速度慢，容易产生应力集中，在铸件上可能会产生裂纹、变形、缩孔、缩松等缺陷。所以，设计中应选用L型接头，减少和分散热节点，避免交叉连结。,十字型连接形式 （a）不合理 (b)合理 (c)

5、不合理 (d)合理,图 K型连接形式 (a)不合理 (b)合理 (c)不合理 (d)合理,直角联接处形成金属积聚，而内侧散热条件差，较易产生缩松和缩孔； 在载荷的作用下，直角处的内侧产生应力集中，使内侧实际承受的应力较平均应力大大增加; 一些合金的结晶过程中，将形成垂直于铸件表面的柱状晶。若采用直角联接，则因结晶的方向性，在转角的分角线上形成整齐的分界面，使转角处成为铸件的薄弱环节。,上述诸因素均使铸件转角处力学性能下降，较易产生裂纹。当铸件采用圆角结构时，可克服上述之不足。此外，外圆角还可美化铸件的外形，避免划伤人体；铸造内圆角还可防止金属液流将型腔尖角冲毁。,为了减小热节和防止铸件产生缩孔

6、和缩松，铸件的壁应避免交叉连接和锐角连接。中、小铸件可采用交错接头，锐角连接宜采用过渡形式，大件宜采用环形接头。,环形接头,壁间连接应避免交叉和锐角,交错接头,21,缺陷分析：铸件各部分冷却速度不同而收缩不一致，形成较大的内应力。当此应力超过合金的强度极限时，铸件会产生裂纹。 轮缘、轮辐、轮毂间若比例不当，常因收缩不一致， 内应力过大，使铸件产生裂纹。,（5）肋,为了增加铸件的力学性能和减轻铸件的质量，消除缩孔和防止裂纹、变形、夹砂等缺陷，在铸件结构设计中大量采用肋。 设计肋时，要尽量分散和减少热节点，避免多条肋互相交叉，肋与肋和肋与壁的连接处要有圆角过渡，垂直于分型面的肋应有铸造斜度。 除此

7、之外，应考虑：应用肋提高铸件品质和载荷性能。大平面铸件，按原设计，在浇注时因金属液的烘烤，平面A处砂型膨胀较大易裂开脱落，产生夹砂类缺陷。增加肋后不易产生夹砂类缺陷。,薄而大的平板，收缩易发生翘曲变形，加上几条筋之后便可避免。,铸件壁较厚，容易产生缩孔。将壁厚减薄，采用加强筋，可防止以上的缺陷。,（6）铸造斜度,非加工面上的铸件壁的内、外两侧，沿起模方向应设计适当的斜度，即结构斜度，可参考表进行设计。,非加工面上的铸件壁的内、外两侧，沿起模方向应设计适当的斜度，即结构斜度。,铸件上由于需要安装螺栓、压力表、排气塞、排油塞、黄油杯、测温计等，结构设计时就须在安装位置设置凸台。然而，凸台会在零件上

8、造成金属堆积。 对于凝固收缩大的金属，在凸台内易形成缩孔、缩松，有损铸件品质。因此，设计凸台时要选择正确的形状和尺寸。凸台之间的中心距较小时，应将凸台连成整体，以便于铸造和切削加工。凸台与铸件垂直壁距离小时，为便于造型，应与垂直壁相连。,（7） 凸台,凸台设计便于起模,摇臂铸件的结构 (a)要用曲面分型面的结构 (b)分型面为平面的结构,1）简化或减少分型面,适应铸造工艺过程的铸件结构设计,（1）避免外部的侧凹，减少分型面或外部型芯： （2）分型面应平直： （3）凸台和筋的设计应便于造型和起模： （4）铸件的垂直壁上应考虑给出结构斜度：,容筒铸件的结构 (a)两个分型面的结构 (b)一个分型面

9、的结构,2）应尽量不用或少用型芯,总的原则是： 减少砂芯数量； 有利于砂芯固定与排气； 内腔清理有途径。,3）铸件结构应方便起模,4）有利于型芯的固定和排气,5）避免变形和裂纹,(a)有较大的水平面(易产生夹渣、气孔，清理困难) (b)倾斜面(不易产生夹渣、气孔) (c)阶梯面(不易产生夹渣、气孔),6）有利于防止夹渣、气孔,铸件的清理工作包括清砂、切割浇冒口、去除飞边毛刺、打磨修正等。这部分工作量大、劳动条件差。因此，铸件轮廓设计要考虑利于清砂、利于切割冒口，也可减少设置冒口的结构,(a)合理结构(K部不易粘砂) (b)不合理结构(K部易粘砂),7）有利于铸件清理,(a) 不合理的结构(切割

10、冒口与除芯因难) (b) 合理结构(切割冒口与除芯容易),铸件浇注位置确定,浇注位置选择原则,易缩孔件的厚大部分分型面附近的上部或侧面热节处应位于分型面附近的上部或侧面容易形成缩孔的铸件，如铸钢、球墨铸铁、可锻铸铁等，浇注时应把厚的部位放在分型面附近的上部或侧面，以便安放冒口，实现顺序凝固，进行补缩。,浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。重要加工面应朝下或位于侧面,保证卷筒周围质量均匀,铸件的大平面尽可能朝下或采用倾斜浇注，铸型的上表面除了容易产生砂眼、夹渣外，大平面还常产生夹砂缺陷，有利于排气、减小金属液对铸型的冲刷力。,有利于铸件顺序凝固和补缩，尽可能避免用吊砂或是悬臂形式砂芯。,分

11、型面的选择原则,基本原则：方便起模、下芯、检查和合箱 便于起模，使造型工艺简化。考虑分型面形状和数目，活块，型芯。 分型面（Parting line）是指两半铸型相互接触的表面。除了实型铸造法外，都要选择分型面。,（1）应尽量减少分型面的数目 分型面数量少，既能保证铸件精度，又能简化造型操作。,（2）应尽可能使全部或大部分铸件，或者加工基准面与重要的加工面处于同一半型内。 以避免因合型不准产生错型，保证铸件尺寸精度。,管子堵头分型方案,尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件精度。,增加外芯,凸台 妨碍起模,易产生错箱。可用于单件生产。,(3) 分型面应尽量选用平面 平直的分型面可简化造型

12、工艺过程和模板制造，容易保证铸件精度，这对于机器造型尤为重要。,水平分型面,便于造型操作，适宜批量生产！,挖砂造型 费时费工，尽 量避免。单件生产时可用此法！,(4) 尽量使型腔及主要型芯位于下型。,型芯、型腔 大部分位于下箱，方案合理,上箱 太高,机床立柱,砂芯设计,工艺参数确定,机加工余量 最小铸出孔 起模斜度 铸造圆角 收缩率,（1） 机加工余量 造型方式；合金种类；铸件尺寸；加工面与基准面距离；浇注位置等。一般查手册。孔处理：最小孔直径和经济性原则。在铸件上为切削加工而加大的尺寸称为机械加工余量。加工余量必须认真选取，余量过大，切削加工费工，且浪费金属材料；余量过小，制品会因残留黑皮而

13、报废，或者，因铸件表层过硬 而加速刀具磨损。,与铸件尺寸公差配套使用的铸件加工余量,（2）最小铸出孔 铸孔及铸槽，铸件上的孔和槽类这部分结构是否铸出，取决于工艺的可行性和必要性。 一般来说，尺寸较小的孔不铸出反而经济。设计时查手册注-零件图上没有要求加工的孔必须铸出。因此，设计时必须注意这类孔的尺寸不可太小！,小孔不铸出， 留待机加工。,灰铸铁件铸孔尺寸（最小铸出孔）,铸钢件最小铸出孔（槽）的尺寸取决于孔壁厚度和深度。需要时，查手册。,（3）起模斜度 取决于立壁高度；造型方法和模样材料等因素，一般15-3。内外壁有分（内壁3-10）。 为了使模样或型芯便于从砂型或芯盒中取出，凡垂直于分型面的立

14、壁在制造模样时，必须留出一定的倾斜度,此倾斜度称为起模斜度。立壁愈高，斜度愈小。,（4）铸造圆角,制造模样时，壁的连接和转角处要做成圆弧过度，即铸造圆角。它既可使转角处不产生脆弱面，又可减少应力集中，还可避免产生冲砂、缩孔和裂纹。一般小型铸件，外圆角半径取28mm ，内圆角半径取416mm。,（5）铸造收缩率,模样尺寸放大率：K=（L0-L1）/L0*100%。 由于合金的线收缩，铸件冷却后的尺寸将比型腔尺寸略为缩小，为保证铸件的应有尺寸，模样尺寸必须比铸件放大一个该合金的收缩量。通常灰铸铁为0.7-1.0，铸造碳钢为1.3-2.0，铝硅合金为0.8-1.2。,铸造工艺过程图的绘制,铸造工艺过

15、程图是在零件图上用规定的技术符号表示出铸造工艺过程内容的图形，它决定了铸件的形状、尺寸、生产方法和工艺过程，是制造模样、芯盒、造型、造芯和检验铸件的依据。,标注出浇注位置、分型面、加工余量、不铸孔和砂芯形状。浇注系统、冒口及芯头间隙等必要内容。,2007. 01,2006 2005,2004 2003,2002 2000,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.,ThemeGallery is a Design Digital Content & Content

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