《材料成形工艺 第2版 教学课件 ppt 作者 夏巨諶 张启勋 主编 第五章 液态金属成形工艺设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料成形工艺 第2版 教学课件 ppt 作者 夏巨諶 张启勋 主编 第五章 液态金属成形工艺设计（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、材料成形工艺,第五章 液态金属成形工艺设计,第一节 液态金属成形工艺设计概论 第二节 铸造工艺方案的确定 第三节 铸造工艺参数的确定 第四节 液态金属成形工艺设计实例,第一节 液态金属成形工艺设计概论,一、设计依据 二、设计内容和程序,一、设计依据,1.生产任务 2.生产条件 3.经济性 4.节约能源和环境保护,1.生产任务,(1)成形零件图样 提供的图样必须清晰无误，有完整的尺寸和各种标记。 (2)零件的技术要求 金属材质牌号、金相组织、力学性能要求、铸件尺寸及重量公差及其他特殊性能要求，如是否经水压、气压试验，零件在机器上的工作条件等。 (3)产品数量及生产期限 产品数量是指批量大小，生产
2、期限是指交货日期的长短。,2.生产条件,1)设备能力包括起重运输机的吨位和最大起重高度、熔炉的形式、吨位和生产率、造型和制芯机种类、机械化程度、烘干炉和热处理炉的能力、地坑尺寸、厂房高度和大门尺寸等。 2)车间原材料的应用情况和供应情况。 3)工人技术水平和生产经验。 4)模具等工艺装备制造车间的加工能力和生产经验。,3.经济性,对各种原材料和炉料等的价格、每吨金属液的成本、各级工种工时费用、设备每小时费用等，均应有所了解，以便考核该项工艺的经济性。不同的工艺，对铸造车间或工厂的金属成本、熔炼金属量、能源消耗、铸件工艺出品率及成品率、工时费用、铸件成本和利润率等，都有显著的影响。,4.节约能源
3、和环境保护,工艺设计中要注意节约能源。例如，采用湿型铸造法比干型铸造法要节省燃料消耗。使用自硬砂型取代普通干砂型，采用冷芯盒法而不选用普通烘干法或热芯盒法制芯，都可以节约燃料或电力消耗。 为了保护环境和维护工人身体健康，在工艺设计中要避免选用有毒害和高粉尘的工艺方法，或者应采用相应对策，以确保安全和不污染环境。例如，当采用冷芯盒制芯工艺时，对于硬化气体中的二甲基乙胺、三乙胺、SO2等应进行严格的控制，经过有效地吸收、净化后，才可以排放入大气。对于浇注、落砂等造成的烟气和高粉尘空气，也应净化后排放。,二、设计内容和程序,表5-1 液态金属成形工艺设计的内容和应用范围,第二节 铸造工艺方案的确定,
4、一、造型、制芯方法的选择 二、铸件浇注位置的确定 三、分型面的选择 四、型(砂)芯设计,一、造型、制芯方法的选择,1.造型、制芯方法应与生产批量相适应 2.造型、制芯方法应适合工厂条件 3.要兼顾铸件的精度要求和成本,1.造型、制芯方法应与生产批量相适应,大量生产的工厂应创造条件采用技术先进的造型、制芯方法。对于小型铸件，可以采用水平分型或垂直分型的无箱高压造型机生产线、实型造型线，这类生产线生产效率高且占地面积少；对于中型铸件，可选用各种有箱高压造型机生产线、气冲造型线。 对于中等批量的大型铸件，可以考虑采用树脂自硬砂造型和制芯、抛砂造型等。 对于单件小批量生产的重型铸件，手工造型仍是重要的
5、方法，手工造型能适应各种复杂的要求，比较灵活且不要求有很多工艺装备，可以应用水玻璃砂型、粘土干型、树脂自硬砂型及水泥砂型等；对于单件生产的重型铸件，采用地坑造型法，具有成本低、投产快的特点。,2.造型、制芯方法应适合工厂条件,如有些工厂生产大型机床床身等铸件，多采用组芯造型法。着重考虑设计、制造芯盒的通用化问题，不制作模样和砂箱，在地坑中组芯；另外一些工厂则采用砂箱造型法制作模样。不同工厂的生产条件、生产习惯及所积累的经验各不相同，如果车间内吊车的吨位小、烘干炉也小，而需要制作大件时，用组芯造型法是行之有效的。所选择的方法应切合现场实际条件。,3.要兼顾铸件的精度要求和成本,各种造型、制芯方法
6、所获得的铸件精度不同，初始投资和生产率也不一致，最终的经济效益也有差异。因此，要做到“多、快、好、省”，就应当兼顾到各个方面。应对所选用的造型方法进行初步的成本估算，以确定经济效益高又能保证铸件要求的造型、制芯方法。,二、铸件浇注位置的确定,(1)铸件上质量要求高的部分及重要工作面、重要加工面、加工基准面和大平面应尽量朝下或垂直安放 铸件在浇注时，朝下或垂直安放部位的质量一般都比朝上安放的高。 (2)铸件的厚大部位应放在上部，尽量满足铸件自下而上的顺序凝固 铸件厚大处易产生缩孔、缩松缺陷，应尽量将其放在上部或分型面附近，以便在上部设置冒口，促使铸件自下而上地向冒口方向顺序凝固。 (3)应保证铸
7、件有良好的液态金属导入位置保证铸型充满 决定浇注位置时，应考虑液态金属的导入位置和导入方式。 (4)应尽量少用或不用砂芯 若需要使用砂芯时，应保证其安放稳固、通气顺利和检查方便。,图5-1 床身铸件正确的浇注位置,二、铸件浇注位置的确定,图5-2 卷扬筒的浇注位置 a)不合理 b)合理,二、铸件浇注位置的确定,三、分型面的选择,(1)分型面应选在铸件最大截面处，以保证顺利起出模样而不损坏铸型 (2)尽量将铸件全部或大部分放在同一个半型内 分型面对铸件的精度会有影响，除了合型会引起偏差外，还会因合型不严而产生披缝，造成垂直于铸件分型方向上尺寸增加。 (3)尽量减少分型面的数量 分型面少，铸件精度
8、容易保证。 (4)分型面应尽量选用平面 平直分型面可简化造型过程和模底板制造，易于保证铸件精度(见图5-6b)。 (5)便于下芯、合型和检查型腔尺寸 在手工造型中，模样和芯盒尺寸精度不同，在下芯、合型时需要检查型腔尺寸，调整砂芯位置，才能保证壁厚均匀。,三、分型面的选择,(6)考虑工艺特点，尽量使加工及操作工艺简单 在砂型铸造中，分型面一般都应该选择在铸件浇注时的水平位置，避免垂直分型面。,图5-3 托架铸件分型面的选择,三、分型面的选择,图5-4 后轮毂铸件的分型方案,三、分型面的选择,图5-5 确定分型面数目的实例 a)用于机器造型 b)用于手工造型,三、分型面的选择,图5-6 起重臂铸件
9、的分型面 a)不合理 b)合理,三、分型面的选择,图5-7 曲面分型实例,三、分型面的选择,图5-8 减速器箱盖的手工造型工艺方案,三、分型面的选择,四、型(砂)芯设计,1.型芯的种类及其应用选择 2.确定砂芯形状(分块)及分盒面选择的基本原则 3.芯头设计,1.型芯的种类及其应用选择,(1)砂芯 用硅砂等制作的型芯，称为砂芯。 (2)金属芯 在金属型铸造、压力铸造等工艺中，广泛应用金属材料制作型芯。 (3)可溶性型芯 用水溶性盐类制作型芯或作为粘结剂制作的型芯称为可溶性型芯。,型芯应满足以下要求：砂芯的形状、尺寸以及在铸型中的位置应符合铸件结构和铸造工艺要求；具有足够的强度和刚度；在铸件形成
10、过程中型芯所产生的气体能及时排出型外；铸件收缩时阻力小，制芯、烘干、组合装配和铸件清理等工序操作简便；芯盒结构简单和制芯方便。,2.确定砂芯形状(分块)及分盒面选择的基本原则,3.芯头设计,芯头是指砂芯中伸出铸件以外的不与金属接触的部分。对芯头的要求是：定位和固定砂芯，使砂芯在铸型中有准确的位置，并能承受砂芯重力及浇注时液体金属对砂芯的浮力，使之不致破坏，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，下芯、合型方便，芯头应有适当的斜度和间隙。间隙量要考虑到砂芯、铸型的制作误差，以减少飞边、毛刺，并使砂芯堆放、搬运方便，重心平稳；避免砂芯上有细小凸出的芯头部
11、分，以免损环。 芯头可分垂直芯头和水平芯头(包括悬臂式芯头)两大类。典型的芯头结构如图5-9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。芯头具体尺寸可参见国家行业标准JB/T 51061991。它适用于砂型铸造用的金属模、塑料模和木模。,图5-9 典型的芯头结构 a)水平芯头 b)垂直芯头,3.芯头设计,第三节 铸造工艺参数的确定,一、铸件尺寸公差 二、机械加工余量 三、铸件工艺余量 四、铸件工艺补正量 五、起模斜度(铸造斜度) 六、铸造收缩率 七、最小铸出孔及槽 八、反变形量,一、铸件尺寸公差,铸件尺寸公差是指铸件各部分尺寸允许的极限偏差，它取决于铸造工艺方法等多种因素。
12、我国铸件尺寸公差标准GB/T 64141999是设计和检验铸件尺寸的依据，具体规定了砂型铸造、金属型铸造、低压铸造、压力铸造、熔模铸造等方法生产的各种铸造金属及合金的铸件尺寸公差，包括铸件基本尺寸公差值和错箱值。所规定的公差是指正常生产条件下通常能达到的公差，由精到粗分为16级，命名为CT1到CT16(CT是Casting Tolerances的缩写)。铸件尺寸公差等级比例系数：CT3CT13，采用2； CT13CT16，采用32；CT1、CT2两级空出，为修订和发展标准留有余地。,二、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时又
13、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，将浪费金属和加工工时；过小，降低刀具寿命，则不能完全去除铸件表面缺陷，甚至留有铸件表皮，达不到设计要求。 加工余量的大小与铸造合金的种类、铸造工艺方法、生产批量、设备及工装的水平等因素有关。铸件尺寸精度与加工表面所处的浇注位置(顶、底、侧面)以及铸件基本尺寸的大小和结构等因素有关。,三、铸件工艺余量,图5-10 铸件工艺余量 a)补贴 1冒口 2工艺余量 3铸件 b)台阶 1铸件 2工艺余量,四、铸件工艺补正量,在单件、小批生产中，由于选用的收缩率与铸件的实际收缩率不符等原因，使得加工后的铸件某些部分的厚度小于图样要求。为了防止
14、零件因局部尺寸超差而报废，需要把铸件上这种局部尺寸加以放大，铸件被放大的这部分尺寸，称为铸件工艺补正量。它与工艺余量最显著的区别在于铸件上被放大的部分不必最后加工掉，而保留在铸件上。因此，工艺补正量一般都会使铸件局部尺寸超出公差范围。所以在铸件上加放工艺补正量，应取得设计、使用单位同意。如果有些部位不允许有超差现象，则应由机械加工去除。工艺补正量的具体数据可参考有关图表选取。,五、起模斜度(铸造斜度),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。起模斜度应在铸件上没有结构斜度的、垂直于分型面(分盒面)的表面上应用。其大小应依模样的起模高度、表面粗
15、糙度以及造型(芯)方法而定。起模斜度大小的具体数值详见有关铸造标准中的规定。,六、铸造收缩率,铸件在凝固和冷却过程中会发生线收缩而造成各部分尺寸缩小。在制造模具时，必须将模样尺寸放大，这个放大值称为铸件收缩余量。收缩余量，由铸件图所示的尺寸乘上铸造线收缩率求出。铸造线收缩率简称铸造收缩率。影响铸造收缩率的因素有：合金种类、铸件结构、铸型种类、型与芯材料的退让性以及浇冒口系统的布置和结构形式等。要精确地确定其数值有一定的难度，一般是根据生产中积累的经验或查相关资料来选取。,七、最小铸出孔及槽,零件上的孔、销、台阶等，究竟是选择铸加工还是选择机械加工，应从铸件品质及经济角度等方面全面考虑。一般说来
16、，较大的孔、槽等应铸出来，以便节约金属及加工工时，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，直接依靠机械加工反而更方便；有些特殊要求的孔，如弯曲孔，无法进行机械加工，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。,八、反变形量,图5-11 箱体反变形量方向,第四节 液态金属成形工艺设计实例,一、铸造工艺图的绘制 二、铸件图的绘制 三、铸型装配图的绘制 四、铸造工艺规程和工艺卡片的编制,一、铸造工艺图的绘制,1.铸造工艺符号及其表示方法 2.铸造工艺图,1.铸造工艺符号及其表示方法,在铸造工艺设计中，在进行零件结构的铸造工艺性分析和选择合适的铸造方法及铸造工艺方案后，很重要的工作是绘制铸造工艺图，即将所选择的铸造工艺方案(如浇注位置、分型面等)、砂芯设计以及所选择的各种工艺参数用规定的符号绘制在零件图上。铸造工艺图有两种，一种是在零件图上用红、蓝两色绘制，常称彩色铸造工艺图；另一种是用墨线绘制。两者所用工艺符号都是按JB/
