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1、第四章第四章 砂型铸造工艺设计砂型铸造工艺设计教学目的教学目的 1.1.了解砂型铸造工艺设计有关知识。了解砂型铸造工艺设计有关知识。 2. 2.掌握浇注位置、分型面选择；铸造工艺参数确定；型掌握浇注位置、分型面选择；铸造工艺参数确定；型 芯设计；浇冒系统等有关知识。芯设计；浇冒系统等有关知识。 3. 3.学会绘制简单铸件的铸造工艺图。学会绘制简单铸件的铸造工艺图。教学重点教学重点 1.浇注位置、分型面选择。浇注位置、分型面选择。 2. 2.铸造工艺参数确定。铸造工艺参数确定。教学难点教学难点: : 型芯及浇冒系统设计型芯及浇冒系统设计计划学时：计划学时：1 1学时学时概述概述一、铸造工艺设计的
2、概念一、铸造工艺设计的概念 根据零件图及其相关要求，编制出一个铸件根据零件图及其相关要求，编制出一个铸件生产工艺过程的技术文件就是铸造工艺设计。生产工艺过程的技术文件就是铸造工艺设计。 这些技术文件必须结合工厂的具体条件，是这些技术文件必须结合工厂的具体条件，是在总结先进经验的基础上，以图形、文字和表格在总结先进经验的基础上，以图形、文字和表格的形式对铸件的生产工艺过程加以科学地规定。的形式对铸件的生产工艺过程加以科学地规定。它是生产的直接指导性文件，也是技术准备和生它是生产的直接指导性文件，也是技术准备和生产管理、制定进度计划的依据。产管理、制定进度计划的依据。二、铸造工艺设计的内容二、铸造
3、工艺设计的内容铸造工艺设计包括以下几种主要技术文件：铸造工艺设计包括以下几种主要技术文件： 1.1.铸造工艺图铸造工艺图 5. 5.模样图模样图 2. 2.铸造工艺卡铸造工艺卡 6. 6.芯合图芯合图 3. 3.铸型装配图铸型装配图 7. 7.砂箱图砂箱图 4. 4.铸件图铸件图 8. 8.模板图模板图 由于每个铸件的生产任务和要求不同，生产条件不同，因此，铸由于每个铸件的生产任务和要求不同，生产条件不同，因此，铸造工艺设计的内容也不同。造工艺设计的内容也不同。 对于不太重要的单件小批量生产的铸件，铸造工艺设计比较简单。对于不太重要的单件小批量生产的铸件，铸造工艺设计比较简单。一般选用手工造型
4、，只限于绘制铸造工艺图和填写有关工艺卡，即可一般选用手工造型，只限于绘制铸造工艺图和填写有关工艺卡，即可投入生产投入生产 对于要求比较高的单件生产的重要铸件和大量生产的铸件，除要对于要求比较高的单件生产的重要铸件和大量生产的铸件，除要详细绘制铸造工艺图，填写工艺卡以外，还应绘制铸件图、铸型装配详细绘制铸造工艺图，填写工艺卡以外，还应绘制铸件图、铸型装配图以及大量的工装图，如模样图、模板图、砂箱图、芯合图、下芯夹图以及大量的工装图，如模样图、模板图、砂箱图、芯合图、下芯夹具图，检验样板及量具图等。具图，检验样板及量具图等。三、铸造工艺设计的一般步骤三、铸造工艺设计的一般步骤1.1.对零件图纸进行
5、审核和进行铸造工艺性分析对零件图纸进行审核和进行铸造工艺性分析2.2.选择铸造方法选择铸造方法3.3.确定铸造工艺方案确定铸造工艺方案4.4.绘制铸造工艺图绘制铸造工艺图5.5.绘制铸件图绘制铸件图6.6.填写铸造工艺卡和绘制铸型装配图填写铸造工艺卡和绘制铸型装配图7.7.绘制各种铸造工艺装备图纸绘制各种铸造工艺装备图纸四、铸造工艺方案四、铸造工艺方案 概括说明铸造生产的基本过程和方法的工艺概括说明铸造生产的基本过程和方法的工艺文献，包括造型和造芯方法、铸型种类、浇注位文献，包括造型和造芯方法、铸型种类、浇注位置和分型面的确定等。置和分型面的确定等。浇注位置：浇注时铸件在砂型中所处的空间位置。
6、浇注位置：浇注时铸件在砂型中所处的空间位置。分型面：铸型组员间的结合面分型面：铸型组员间的结合面一、浇注位置的选择原则一、浇注位置的选择原则 原则：原则：主要考虑铸件质量主要考虑铸件质量1.1.铸件的重要加工面或主要工作面应朝下或位于侧面铸件的重要加工面或主要工作面应朝下或位于侧面 原因：铸件的上表面容易产生砂眼、气孔、夹渣等原因：铸件的上表面容易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷，组织也不如下表面致密。缺陷，组织也不如下表面致密。第一节第一节 浇注位置与分型面的选择浇注位置与分型面的选择 2.2.铸件的大平面尽可能朝下或采用倾斜浇注铸件的大平面尽可能朝下或采用倾斜浇注 原因：铸型的上表面除了容易产生
7、砂眼、气孔、原因：铸型的上表面除了容易产生砂眼、气孔、夹渣外，大平面还极易产生夹砂缺陷。这是由于在夹渣外，大平面还极易产生夹砂缺陷。这是由于在浇注过程中，高温的液态金属对型腔上表面有强烈浇注过程中，高温的液态金属对型腔上表面有强烈的热辐射，型砂因急剧膨胀和强度下降而拱起或开的热辐射，型砂因急剧膨胀和强度下降而拱起或开裂。拱起处或裂口浸入金属液中，形成夹砂缺陷。裂。拱起处或裂口浸入金属液中，形成夹砂缺陷。同时铸件的大平面朝下，也有利于排气，减小金属同时铸件的大平面朝下，也有利于排气，减小金属液对铸型的冲刷力。液对铸型的冲刷力。3. 3. 铸件大面积的薄壁部分放在铸型的下部或垂直、倾斜。铸件大面积
8、的薄壁部分放在铸型的下部或垂直、倾斜。 原原因因：这这样样能能增增加加薄薄壁壁处处金金属属液液的的压压强强，提提高高金金属属液液的流动性，防止薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷。的流动性，防止薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷。4.4.易产生缩孔的构件，应使厚截面位于分型面附近的上部或侧面易产生缩孔的构件，应使厚截面位于分型面附近的上部或侧面 原因：便于安放冒口，实现定向凝固，进行补缩。原因：便于安放冒口，实现定向凝固，进行补缩。 二、铸型分型面的选择二、铸型分型面的选择原则：原则：在保证质量的前提下，尽量简化工艺在保证质量的前提下，尽量简化工艺1.1.分型面应设在铸件最大截面处，以保证模样从型腔中顺利取
9、出分型面应设在铸件最大截面处，以保证模样从型腔中顺利取出2.2.应使造型工艺简化应使造型工艺简化应尽量使分型面平直，以简化模具制造及造型工艺，避免挖砂造型应尽量使分型面平直，以简化模具制造及造型工艺，避免挖砂造型尽可能减少铸件的分型面，尽量做到只有一个分型面尽可能减少铸件的分型面，尽量做到只有一个分型面应使型芯和活块数量尽量减少。3.3.应使铸件全部或大部放在同一砂箱。应使铸件全部或大部放在同一砂箱。4.应尽量使型腔及主要型芯位于下型，应尽量使型腔及主要型芯位于下型，以便于造型、下芯、以便于造型、下芯、 合型及检验。合型及检验。下上上下 第二节第二节 铸造工艺参数的确定铸造工艺参数的确定一、机
10、械加工余量和最小铸孔一、机械加工余量和最小铸孔 灰铸铁的机械加工余量灰铸铁的机械加工余量 注：加工余量数值中下限用于大批大量生产，上限用于单件小批生产注：加工余量数值中下限用于大批大量生产，上限用于单件小批生产铸件最大铸件最大尺寸尺寸( () )浇注时浇注时位置位置加工面与基准面的距离加工面与基准面的距离(mm)(mm)5050505012012012012026026026026050050050050080080080080012501250120120顶面顶面底、侧面底、侧面3.53.54.54.52.52.53.53.54.04.04.54.53.03.03.53.5120120260
11、260顶面顶面底、侧面底、侧面4.04.05.05.03.03.04.04.04.54.55.05.03.53.54.04.05.05.05.55.54.04.04.54.5260260500500顶面顶面底、侧面底、侧面4.54.56.06.03.53.54.54.55.05.06.06.04.04.04.54.56.06.07.07.04.54.55.05.06.56.57.07.05.05.06.06.0500500800800顶面顶面底、侧面底、侧面5.05.07.07.04.04.05.05.06.06.07.07.04.54.55.05.06.56.57.07.04.54.55.5
12、5.57.07.08.08.05.05.06.06.07.57.59.09.06.56.57.07.080080012501250顶面顶面底、侧面底、侧面6.06.07.07.04.04.05.55.56.56.57.57.55.05.05.55.57.07.08.08.05.05.06.06.07.57.58.08.05.55.56.06.08.08.09.09.05.55.57.07.08.58.510106.56.57.57.5生产批量生产批量最小铸出孔直径最小铸出孔直径灰口铸铁件灰口铸铁件铸钢件铸钢件大量生产大量生产成批生产成批生产单件、小批生产单件、小批生产1212151515153
13、03030305050303050505050 最小铸孔最小铸孔注：对于零件上不要求加工的孔槽，无论大小均应铸出注：对于零件上不要求加工的孔槽，无论大小均应铸出二、起模斜度二、起模斜度 为了起模方便又不损坏砂型，凡垂直于分型面的壁上须为了起模方便又不损坏砂型，凡垂直于分型面的壁上须 留有斜度。留有斜度。起模斜度的形式起模斜度的形式三、铸造圆角三、铸造圆角 铸件上相邻两壁之间的交角，应做出铸件上相邻两壁之间的交角，应做出铸造圆角，防止在尖角处产生冲砂及裂纹铸造圆角，防止在尖角处产生冲砂及裂纹等缺陷。圆角半径一般为相交两壁平均厚等缺陷。圆角半径一般为相交两壁平均厚度的度的1/31/31/21/2
14、四、收缩率四、收缩率 铸件由于凝固、冷却后的体积收缩，其各部分尺寸均小铸件由于凝固、冷却后的体积收缩，其各部分尺寸均小于模样尺寸。为保证铸件尺寸要求，需在模样于模样尺寸。为保证铸件尺寸要求，需在模样( (芯盒芯盒) )上加大上加大一个收缩的尺寸。加大的这部分尺寸称收缩量，一般根据铸一个收缩的尺寸。加大的这部分尺寸称收缩量，一般根据铸造收缩率来定。铸造收缩率定义如下：造收缩率来定。铸造收缩率定义如下： K K(L L模模L L件件)/)/L L件件100% 100% 式中：式中： K K为铸造收缩率；为铸造收缩率；L L模为模样尺寸；模为模样尺寸；L L件为铸件尺寸。件为铸件尺寸。 铸造收缩率主
15、要取决于合金的种类，同时与铸件的结构、铸造收缩率主要取决于合金的种类，同时与铸件的结构、大小、壁厚及收缩时受阻碍情况有关。对于一些要求较高的大小、壁厚及收缩时受阻碍情况有关。对于一些要求较高的铸件，如果收缩率选择不当，将影响铸件尺寸精度，使某些铸件，如果收缩率选择不当，将影响铸件尺寸精度，使某些部位偏移，影响切削加工和装配。部位偏移，影响切削加工和装配。 通通常常灰灰铸铸铁铁为为0.70.71.0%1.0%，铸铸造造碳碳钢钢为为1.31.32.0%2.0%，铝铝硅硅合金为合金为0.80.81.2%1.2%，锡青铜为，锡青铜为1.21.21.4%1.4%。 第三节第三节 砂芯设计砂芯设计一、型芯
16、的作用一、型芯的作用 形成铸件的内腔、孔洞和形状复杂阻碍起形成铸件的内腔、孔洞和形状复杂阻碍起模部分的外形。模部分的外形。二二. .型芯的数量及分块型芯的数量及分块 型芯的数量取决于铸件的形状型芯的数量取决于铸件的形状 大型复杂型芯根据需要分块制作大型复杂型芯根据需要分块制作三三. .型芯的形式型芯的形式 常常用用的的型型芯芯有有水水平平型型芯芯、垂垂直直型型芯芯、悬悬臂臂型型芯芯、悬悬吊吊型型芯芯、引引申申型型芯芯（便便于于起起模模）、外外型型芯芯（使使三三箱箱造造型型变变为为两两箱箱造造型型）等六种。等六种。四、型芯的技术要求四、型芯的技术要求五、型芯的制作五、型芯的制作六、型芯头及芯座六
17、、型芯头及芯座 型芯头的作用：对型芯起固定、定位、排气作用。型芯头的作用：对型芯起固定、定位、排气作用。 第四节第四节 浇注系统和冒口浇注系统和冒口一、浇注系统一、浇注系统 浇注系统是指液态金属流入铸型型腔的通道。浇注系统是指液态金属流入铸型型腔的通道。 1. 1. 浇注系统的组成及作用浇注系统的组成及作用 浇注系统一般包括外浇口、直浇道、横浇道、内浇道等。浇注系统一般包括外浇口、直浇道、横浇道、内浇道等。5858目录目录 浇浇注注系系统统的的作作用用应应能能平平稳稳地地将将金金属属液液引引入入铸铸型型，要要有有利于档渣和排气，并能控制铸件的凝固顺序。利于档渣和排气，并能控制铸件的凝固顺序。
18、浇注系统的组成浇注系统的组成(1)(1)外浇口外浇口 其作用是容纳注入的金属液并缓解液态金属对砂型的冲击。其作用是容纳注入的金属液并缓解液态金属对砂型的冲击。小型铸件通常为漏斗状小型铸件通常为漏斗状( (称浇口杯称浇口杯) )，较大型铸件为盆状，较大型铸件为盆状( (称浇称浇口盆口盆) )。(2)(2)直浇道直浇道 是连接外浇口与横浇道的垂直通道，改变直浇道的高度可以是连接外浇口与横浇道的垂直通道，改变直浇道的高度可以改变型腔内金属液的静压力从而改善液态金属的充型能力。改变型腔内金属液的静压力从而改善液态金属的充型能力。(3)(3)横浇道横浇道 横浇道是将直浇道的金属液引入内浇道的水平通道，一
19、般开横浇道是将直浇道的金属液引入内浇道的水平通道，一般开在砂型的分型面上。横浇道的主要作用是分配金属液入内浇在砂型的分型面上。横浇道的主要作用是分配金属液入内浇道和隔渣。道和隔渣。(4)(4)内浇道内浇道 内浇道直接与型腔相连，其作用是调节金属液流入型腔的方内浇道直接与型腔相连，其作用是调节金属液流入型腔的方向和速度，以及调节铸件各部分的冷却速度。向和速度，以及调节铸件各部分的冷却速度。 浇注系统的类型很多，根据金属的种类和铸件的形状浇注系统的类型很多，根据金属的种类和铸件的形状及内浇道在铸件上开设的位置，可分为顶注式、底注式、及内浇道在铸件上开设的位置，可分为顶注式、底注式、中间注入式和分段
20、注入式等几种类型。中间注入式和分段注入式等几种类型。 （1 1）顶注式浇注系统）顶注式浇注系统2.2.浇注系统的类型浇注系统的类型 优点是易于充满型腔，型腔中金属的温度自下而上递优点是易于充满型腔，型腔中金属的温度自下而上递增，因而补缩作用好、简单易做、节省金属材料。缺点是增，因而补缩作用好、简单易做、节省金属材料。缺点是对铸型冲击较大，有可能造成冲砂和飞溅，而且会加剧金对铸型冲击较大，有可能造成冲砂和飞溅，而且会加剧金属的氧化。所以这类浇注系统多用于重量轻，高度低和形属的氧化。所以这类浇注系统多用于重量轻，高度低和形状简单的铸件。状简单的铸件。6060目录目录 顶注式浇注系统顶注式浇注系统（
21、2 2）底注式浇注系统）底注式浇注系统 与顶注式浇注系统相反，底注式浇注系统是从铸件与顶注式浇注系统相反，底注式浇注系统是从铸件底部底部( (下端面下端面) )注入型腔的。注入型腔的。 底注式浇注系统底注式浇注系统61目录目录 这类浇注系统的优点是充型平稳，排这类浇注系统的优点是充型平稳，排气方便，不易冲坏型腔和引起飞溅，适宜气方便，不易冲坏型腔和引起飞溅，适宜于大、中型的铸件。对易于氧化的合金，于大、中型的铸件。对易于氧化的合金，如铝、镁合金和某些铜合金也较适宜。如铝、镁合金和某些铜合金也较适宜。 这类浇注系统的缺点是不利于定向凝这类浇注系统的缺点是不利于定向凝固，补缩效果差，充型速度慢，不
22、适合复固，补缩效果差，充型速度慢，不适合复杂薄壁铸件的充型。杂薄壁铸件的充型。（3 3）中间注入式浇注系统）中间注入式浇注系统 中注式浇注系统中注式浇注系统62目录目录 这是一种介于顶注和底注之间的注这是一种介于顶注和底注之间的注入方法，既降低了液流落下的高度，又入方法，既降低了液流落下的高度，又使温度的分布较为均匀，内浇道处在分使温度的分布较为均匀，内浇道处在分型面上，便于开设和选择部位。因此，型面上，便于开设和选择部位。因此，这种浇注系统的应用很广。这种浇注系统的应用很广。（4 4）阶梯注入式浇注系统）阶梯注入式浇注系统 阶梯注入式浇注系统阶梯注入式浇注系统63 阶阶梯梯注注入入式式浇浇注
23、注系系统统亦亦称称阶阶梯梯式式浇浇注注系系统统，是是在在铸铸件件高高度度上上设设二二层层或或二二层层以以上上的的内内浇浇道道，它它兼兼备备了了顶顶注注式式、底底注注式式和中间注入式浇注系统的优点。和中间注入式浇注系统的优点。冒口是在铸型中设置的一个储存金属液的空腔。冒口是在铸型中设置的一个储存金属液的空腔。 冒口冒口普通冒口普通冒口特种冒口特种冒口明冒口明冒口暗冒口暗冒口保温冒口保温冒口发热冒口发热冒口大气压力冒口大气压力冒口易割冒口易割冒口二、冒口二、冒口 第五节 铸造工艺图实例 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。 铸造工艺图有彩色图和墨线图两种 彩色图是利用红、蓝两色铅笔，将各种简明的工艺符号标注在产品零件图上。铸造工艺图包括的内容： (1)分型面和分模面。 (2)浇注位置、浇冒口的位置、形状、尺寸和数量。 (3)工艺参数。 (4)型芯的形状、位置和数目，型芯头的定位和安装方法。 (5)冷铁的形状、位置、尺寸和数量。 (6)其他。铸造工艺图实例1铸造工艺图实例2作业：P80 （1）补充作业：定性画出图示支座的 铸造工艺图 模型图 铸件图 材料：灰铁材料：灰铁 铸造工艺：砂型铸造铸造工艺：砂型铸造 生产量：单件小批生产量：单件小批
