《铸造工艺设计概论》PPT课件

第四章铸造工艺设计,主讲吴士平,第一节铸造工艺设计的概念、设计的依据、内 容及程序 一、概念 铸造工艺设计：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，确定铸造方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等技术文件的过程。,第四章铸造工艺设计概念,铸造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。因此铸造工艺设计的好坏，对铸件的品质、生产率和成本起着重要作用。,二、设计依据 工艺设计前，设计者应 ）掌握生产任务和要求，熟悉工厂和车间的生产条件。 ）设计者要有一定的生产经验和设计经验,（一）生产任务 （）铸造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。设计者应仔细审查图样，注意零件的结构是否符合铸造工艺性，若认为有必要修改图样时，需与原设计单位或订货单位共同研究，,（）零件技术要求 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它特殊性能要求，如是否经水压、气压试验等。铸造工艺设计时应注意尽量满足这些要求。,（）产品数量及生产期限 应尽量采用先进技术以保证铸件的质量及数量，保证生产期限。缩短生产，周期，获得最大的经济效益。,（二）生产条件 （）设备能力 起重机的吨位、最大高度、溶炉形式、吨位和生产效率、造型和制芯机种类、机械化程度、烘干炉和热处理炉的能力等。 （）车间原材料的应用情况和供应情况 （）工人技术水平和生产经验 （）模具等工艺装备的加工能力和生产经验,（三）设计内容和程序 铸造工艺设计内容： ）铸造工艺图 ）铸件（毛坯）图 ）铸型装配图（合箱图） ）工艺卡及操作工艺规程,此外铸造工艺设计应注意保护环境、节省能源、最大限度的提高生产效率。 使用保温冒口、湿型、制芯,铸造工艺方案的确定,砂型铸造工艺方案主要包括以下内容： ）造型方法（机器、手工） ）造芯方法 ）铸型种类的选择（砂型、金属型） ）浇注位置 ）分形面选择,第一节零件结构的铸造工艺性,对产品零件的审查、分析有两方面的作用 ）审查零件结构是否符合铸造工艺的要求。 ）在既定的零件结构条件下，考虑铸造过程中可能出现的主要缺陷，在工艺制定中采取措施予以防止,一、从避免缺陷方面审查铸件结构 （一）铸件应由合理的壁厚 铸件的最小允许壁厚和合金的流动性密切相关。同时，铸型温度、浇注温度、铸件结构等显著影响铸件的充填。在普通砂型铸造条件下，铸件的最小允许壁厚如表,铸件也不应设计得太厚，超过临界壁厚的铸件中心部位晶粒粗大，常出现缩孔、缩松等缺陷。导致力学性能降低。 （不可增加壁厚来增加强度，见图） （二）铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意壁厚过渡和圆角（图） 采取逐渐过渡、圆角连接,（三）铸件内壁应薄于外壁 铸件的内壁和肋等散热条件较差，应薄于外壁，以使内、外壁能均匀地冷却，减轻内应力和防止裂纹。 （四）壁厚力求均匀，减小肥厚部分，防止形成热节 薄厚不均的铸件在冷却过程中或形成较大的内应力，在热节处易于造成缩孔、缩松和热裂纹。肋和壁的布置应尽量减少交叉，防止形成热节。图,（五）有利于补缩和实现顺序凝固 力求实现顺序凝固 图（采用增补的方法）,（六）防止铸件翘曲变形 壁厚细长形铸件，较大的平板形铸件会产生翘曲变形。 可通过改进铸件结构,（七）避免浇注位置上有水平的大平面结构 如果型腔内有较大的水平面存在，当金属液上升到该位置时，由于断面突然扩大，金属液面上升速度变小，灼热的金属液面较长时间地、近距离地烘烤顶面铸型，极易造成夹渣、渣孔、砂孔等缺陷。 应尽量把水平壁改进为捎带倾斜的壁或曲面壁。如图,二、从简化铸造工艺方面改进零件结构,（一）改进妨碍起模的凸台、凸缘和肋板的结构,直边,（二）取消铸件外表侧凹 铸件外壁上有凹入的部分必然妨碍起模，需要增加砂芯才能形成铸件形状。常可少加改进，即可避免凹入部分。图,（三）改进铸件内腔结构以减少砂芯 铸件内腔的肋条、凸台和凸缘的结构欠妥，常是造成砂芯多、工艺复杂的重要原因。,度,度,（四）减少和简化分形面,（五）有利于砂芯的固定和排气 薄壁件和要承受气压或液压的铸件，不希望使用芯撑，若无法改变结构时，可在铸件增加工艺孔。,（六）减少清理铸件的工作量 铸件清理包括：清除表面粘砂、内部残留砂芯、去除浇注系统、冒口和飞翅 图结构改进后，可减少切割冒口的困难。,（七）简化模具的制造 单件、小批量生产中，模样和芯盒的费用占铸件的很大比例。为节约模具制造工时和材料，铸件应设计成规则的、容易加工的形状。,（八）大型复杂件的分体铸造和简单小件的联合铸造 大型复杂铸件可以考虑分体铸造，使本来受工厂条件限制无法生产大型复杂铸件成为可能。 例如我国生产的第一台t水压机，采用铸焊结合，成功的制造出mm，直径mm、厚mm的立柱（每根t）等铸件。,联合铸造； 与分体相反，一些很小的铸件，常可把许多小零件连接成一个较大的大铸件，这对铸造和机械加工都方便。,第二节造型、造芯方法的选择,、优先选择湿砂型 当湿型不能满足时，再考虑使用表干砂型、干砂型或其它砂型。 采用湿砂型需注意 ）铸件过高，金属静压力插过湿型抗压强度时，应考虑使用干砂型,）浇注位置上铸件有较大水平壁时，用湿砂型容易引起夹砂缺陷，应考虑使用干砂型或其它砂型。 ）造型过程长或需长时间等待浇注的砂型不宜用湿砂型。 （湿型放置久会风干，最好当天浇注） ）型内放置冷铁较多时，应避免使用湿型。 （以免冷铁生锈或变冷凝结“水珠”，浇注后引起气孔缺陷），必要时可考虑只烘干表面，就可以大大减小气孔冲砂。,、造型、造芯方法应和生产批量相适应 （）大量生产的工厂应采用先进的造型、造芯方法。 老式震击造型机生产效率不高、工人劳动强度大。新型造型机高压造型（水平、垂直）、气冲造型线、射压造型、静压造型 制芯可以采用冷芯盒、热芯盒和壳芯,（）中等批量 可以考虑应用树脂自硬砂造型和造芯 （）单件小批量 手工造型，手工造型能适应各种复杂要求，比较灵活，不要求很多工艺装备,、造型方法应适合工厂条件 如有的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，制造芯盒的通用问题，不制作模样和砂箱，在底坑中组芯。,、要兼顾铸件的精度要求和成本 各种造型、造芯方法所获得铸件精度不同，初投资和生产效率也不同。,第三节浇注位置的确定,）铸件的浇注位置：是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置。 （浇注位置的选择关系到铸件的内在质量、铸件的尺寸精度及造型工艺的难易程度） ）浇注位置分类： 水平浇注、垂直浇注和倾斜浇注。,确定浇注位置的原则： ）铸件的重要部位应尽量置于下部,）重要加工面应朝下或呈直立状态,）使铸件大平面朝下，避免夹砂结疤类缺陷 对于大平板类铸件，可采用倾斜浇注，以便增大金属液上升速度。,H值毫米,）应保证铸件能充满,具有大面积的薄壁铸件，应将薄壁部分放在铸型的下部，同时要尽量使薄壁部分处于垂直位置或倾斜位置。见图。,）应有利于铸件的补缩 对于易产生收缩缺陷的铸件因优先考虑实现顺序凝固的条件,）避免用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯合箱及检查,）应使合箱位置、浇注位置和铸件冷却位置相一致 避免合箱后，或浇注后在此翻转铸型,第四节分形面的选择,分型面：分型面是指两半铸型相互接触的表面。 分型面一般在确定浇注位置后再选择，但分析分型面方案优劣后，可能重新调整浇注位置。（分型面的优劣，在很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率）,A方案：保证铸件四边和孔同心； B方案：保证内孔和外边平行 C方案：可使孔内起模斜度值减小，这使内孔直度所需切削去金属最少 D方案：和E方案相似，只是外边斜度减小 E方案：内孔合外壁的起模斜度都减小 F方案：保证上下两个外边平行于孔的中心线 G方案：保证所有个外边面都平行于孔的中心线,选择分型面应考虑以下原则 ）分型面应尽量采用平面分型，避免曲面分型，并应尽量选在最大截面上，以简化模具制造和造型工艺。见图。,）尽量将铸件全部或大部放在同一砂箱以防止错型、飞翅、毛刺等缺陷，保证铸件尺寸的精确。见图和。,）应尽量减少分型面数目 分型面少，铸件精度易保证,）便于下芯、合箱和检查型腔尺寸 尽量把砂芯放在下型，便于检查 减速箱盖手工造型工艺方案，采用两个分型面的目的就是便于合箱时检查尺寸,）不使砂箱太高 高砂箱造型困难，填砂、紧实、起模、下芯都困难。几乎所有造型机都对砂箱高度有限制。,）受力构件的分型面选择不应削弱铸件的结构强度 B方案合箱时微小的偏差将改变工字梁的截面积分布,）注意减轻铸件清理和机械加工量,思考题 ）为什么要设分型面？怎样选择分型面 ）浇注位置的选择或确定为何受到铸造工艺人员的重视？应遵循哪些原则？ ）怎样审查铸造零件图样？其意义何在？,砂芯设计及铸造工艺设计参数,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，砂型局部要求特殊性能的部分，有时也用砂芯。 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除型外，铸件收缩时阻力小和容易清砂,一、确定砂芯形状（分块）及分盒面选择的基本原则 总的原则是：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。 （一）保证铸件内腔尺寸精度 凡铸件内腔尺寸要求严格的部分，应由同一半砂芯形成。避免为分盒面所分割，更不宜划分为几个砂芯。,（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的砂芯,（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,（四）尽量减少砂芯数目 用砂胎（自带砂芯）或吊砂可减少砂芯，,（五）填砂面应宽敞、烘干支撑面是平面 需要进炉烘干的大砂芯（图），常被沿最大截面切分为两半制作,（六）砂芯形状适应造型、制芯方法 高速造型线限制下芯时间，常把若干个小砂芯组合成一个砂芯，以便节约下芯时间。,二、芯头设计 芯头：是指深出铸件以外不与金属液接触的砂芯部分。 对芯头的要求是： ）定为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，不致下错方向和芯号 ）下芯、合型方便，芯头应有一定的斜度和间隙。 芯头可分为垂直芯头和水平芯头,（一）芯头的组成 典型的芯头结构如图，它包括芯头长度、斜度、间隙、压环、防压环和积砂槽等结构,、芯头长度,决定芯头高度有以下几点值得注意： ）对于细而高的砂芯，上下部都应留有芯头（以免液体冲击发生倾斜） ）对于粗而矮的砂芯，常可不用上芯头，这可使造型、合箱方便 ）对于等截面的或上下对称的砂芯，为下芯方便，上下芯头可用相同的高度合斜度。,、芯头斜度 对垂直芯头，上下芯头都应设有斜度。,、芯头间隙,、压环、防压环和积砂槽,（二）芯头承压面积计算 芯头的承压面积应足够大，以保证在金属液最大浮力的作用下不超过铸型的许用压应力。 由于砂芯的强度通常都大于铸型的强度，故只核算铸型的许用压力即可。 芯头的承压面积S应满足下式,F芯计算的最大浮芯力 k安全系数 压铸型的许用应力 如果不满足条件，说明芯头尺寸过小，应适当放大芯头。,（三）特殊定位芯头,第二节铸造工艺参数设计,铸造工艺参数： 铸造收缩率 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,铸造工艺参数的选择（1） 加工余量 指为保证铸件加工面尺寸和零件精度，在铸件工艺设计时预先增加而在机械加工时切去的金属层厚度。 零件上需要加工的表面，应需有适当的加工余量。铸件加工余量的大小取决于铸件的材料、铸造方法、铸件尺寸与复杂程度、生产批量、加工面与基准面的距离及加工面在铸型中的位置、加工精度要求等。灰铸铁件较铸钢件线收缩率小、熔点低，铸件表面较光洁、平整，故其加工余量小，铸钢件因浇注温度高、表面粗糙、变形大、其加工余量应比铸铁件大；非铁合金铸件表面光洁、且材料昂贵、加工余量应比铸铁件小；铸件的尺寸愈大或加工面与基准面的距离愈大，铁件的尺寸误差也愈大，故余量也应随之加大；,（）起模斜度（拔模斜度） 为使模样容易从铸型中取出或型芯自芯盒中脱出，平行于起模方向在模样或芯盒壁上的斜度称为起模斜度。凡垂直于分型面（分盒面）的没有结构斜度的壁均应设起模斜度。起模斜度的大小，应根据模壁测量面高度、模样材料及造型方法确定。,3）最小铸出孔及槽 零件上的孔、槽、台阶等应从铸件质量及经济方面考虑。较大的孔、槽等应铸出来，以便节约金属和机构加工工时，同时还避免铸件局部过厚所造成的热节，提高铸件的质量，较小的孔槽，则不宜铸出，直接加工反而方便；如有特殊要求，且无法实行机加工的孔如弯曲孔，则一定要铸出。,（4）收缩余量 指为了补偿件收缩，模样比铸件图样尺寸增大的数值。,（5）工艺补正量 由于工艺上的原因，在铸件相应部位非加工面上增加的金属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， e0.002L， 式中e为工艺补正量（mm）； L为加工面到加工基准面间的距离（mm）,（6）分型负数 指为抵消铸件在分型部位的增厚，在模样上相应减去的尺寸。砂型的分型面一般不可能很平整，因此干型或表面烘干型合型后，上下型不能密合，金属液就有可能从分型面处溢出，即“跑火”。为了防止跑火，就要在下型的分型面上铺设泥条、油泥条或石棉绳等，使上、下型接触面密封，这样就使上箱抬高，增加了铸件的高度或铸件顶面的厚度。制做模样时，为了使模样符合零件图上尺寸的要求，在模样上相应减去这个抬高的尺寸，即为分型负数。,思考题 ）芯头是长些好，还是短些好？间隙留大好，还是不留间隙好，请举例说明。 ）压环、防压环、积砂槽各起什么作用？什么条件下应用？不用他们行不行？ ）要想使单件生产的大铸件不报废，你认为应使用哪些铸造工艺参数？,