【正文】 目 錄第一章 鑄造工藝設計概論 1第一節(jié) 鑄造工藝設計的概念、設計依據(jù)、內容及程序 1第二節(jié) 鑄造工藝設計與經(jīng)濟指標和環(huán)境保護的關系 3第二章 鑄造工藝方案的確定 4第一節(jié) 零件結構的鑄造工藝性 4第二節(jié) 造型、造芯方法的選擇 4第三節(jié) 澆注位置的確定 6第四節(jié) 分型面的選擇 8第三章 砂芯設計及鑄造工藝設計參數(shù) 10第一節(jié) 砂芯設計 10第二節(jié) 鑄造工藝設計參數(shù) 12第四章 澆注系統(tǒng)設計 17第一節(jié) 液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)基本組元中的流動 17第二節(jié) 澆注系統(tǒng)的基本類型及選擇 21第三節(jié) 計算阻流截面的水力學公式 25第四節(jié) 鑄鐵件澆注系統(tǒng)設計與計算 28第五節(jié) 其他合金鑄件澆注系統(tǒng)的特點 32第六節(jié) 金屬過濾技術 35第五章 冒口、冷鐵和鑄肋 37第一節(jié) 冒口的種類及補縮原理 37第二節(jié) 鑄鋼件冒口的設計與計算 39第三節(jié) 鑄鐵件實用冒口的設計 44第四節(jié) 提高通用冒口補縮效率的措施和特種冒口 53第五節(jié) 冷鐵 56第六節(jié) 鑄肋 59第一章 鑄造工藝設計概論第一節(jié) 鑄造工藝設計的概念、設計依據(jù)、內容及程序一、概念 現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，要求金屬鑄件具有高的力學性能、尺寸精度和低的表面粗糙度值；要求具有某些特殊性能，如耐熱、耐蝕、耐磨等，同時還要求生產(chǎn)周期短，成本低。因此，鑄件在生產(chǎn)之前，首先應進行鑄造工藝設計，使鑄件的整個工藝過程都能實現(xiàn)科學操作，才能有效地控制鑄件的形成過程，達到優(yōu)質高產(chǎn)的效果。 鑄造工藝設計就是根據(jù)鑄造零件的結構特點、技術要求、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件等，確定鑄造方案和工藝參數(shù)，繪制鑄造工藝圖，編制工藝卡等技術文件的過程。鑄造工藝設計的有關文件，是生產(chǎn)準備、管理和鑄件驗收的依據(jù)，并用于直接指導生產(chǎn)操作。因此，鑄造工藝設計的好壞，對鑄件品質、生產(chǎn)率和成本起著重要作用。二、設計依據(jù) 在進行鑄造工藝設計前，設計者應掌握生產(chǎn)任務和要求，熟悉工廠和車間的生產(chǎn)條件，這些是鑄造工藝設計的基本依據(jù)。此外，要求設計者有一定的生產(chǎn)經(jīng)驗和設計經(jīng)驗，并應對鑄造先進技術有所了解。具有經(jīng)濟觀點和發(fā)展觀點，才能很好地完成設計任務。 （一）生產(chǎn)任務 （1）鑄造零件圖樣 提供的圖樣必須清晰無誤，有完整的尺寸和各種標記。設計者應仔細審查圖樣。注意零件的結構是否符合鑄造工藝性，若認為有必要修改圖樣時，須與原設計單位或訂貨單位共同研究，取得一致意見后以修改后的圖樣作為設計依據(jù)。 （2）零件的技術要求 金屬材質牌號、金相組織、力學性能要求、鑄件尺寸及重量公差及其他特殊性能要求，如是否經(jīng)水壓、氣壓試驗，零件在機器上的工作條件等。在鑄造工藝設計時應注意滿足這些要求。 （3）產(chǎn)品數(shù)量及生產(chǎn)期限 產(chǎn)品數(shù)量是指批量大小。生產(chǎn)期限是指交貨日期的長短。對于批量大的產(chǎn)品，應盡可能采用先進技術。對于應急的單件產(chǎn)品，則應考慮使工藝裝備盡可能簡單，以便縮短生產(chǎn)周期，并獲得較大的經(jīng)濟效益。 （二）生產(chǎn)條件 （1）設備能力包括起重運輸機的噸位和最大起重高度、熔爐的形式、噸位和生產(chǎn)率、造型和制芯機種類、機械化程度、烘干爐和熱處理爐的能力、地坑尺寸、廠房高度和大門尺寸等。 （2）車間原材料的應用情況和供應情況。 （3）工人技術水平和生產(chǎn)經(jīng)驗。 （4）模具等工藝裝備制造車間的加工能力和生產(chǎn)經(jīng)驗。 （三）考慮經(jīng)濟性 對各種原材料、爐料等的價格、每噸金屬液的成本、各級工種工時費用、設備每小時費用等，都應有所了解，以便考核該項工藝的經(jīng)濟性。三、設計內容和程序鑄造工藝設計的一般內容和程序項目內容用途及應用范圍設計程序鑄造工藝圖在零件圖上，用標準（JB243578）規(guī)定的紅、藍色符號表示出：澆注位置和分型面，加工余量，鑄造收縮率（說明）。起模斜度，模樣的反變形量，分型負數(shù)，工藝補正量，澆注系統(tǒng)和冒口，內外冷鐵，鑄肋，砂芯形狀，數(shù)量和芯頭大小等用于制造模樣、模板、芯盒等工藝裝備，也是設計這些金屬模具的依據(jù)。還是生產(chǎn)準備和鑄件驗收的根據(jù)。適用于各種批量的生產(chǎn)。（1）零件的技術條件和結構工藝性分析（2）選擇鑄造及造型方法（3）確定澆注位置和分型面（4）選用工藝參數(shù)（5）設計澆冒口，冷鐵和鑄肋（6）砂芯設計鑄件圖反映鑄件實際形狀、尺寸和技術要求。用標準規(guī)定符號和文字標注，反映內容：加工余量，工藝余量，不鑄出的孔槽，鑄件尺寸公差，加工基準，鑄件金屬牌號，熱處理規(guī)范，鑄件驗收技術條件等是鑄件檢驗和驗收、機械加工夾具設計的依據(jù)。 適用于成批、大量生產(chǎn)或重要的鑄件（7）在完成鑄造工藝圖的基礎上，畫出鑄件圖鑄型裝配圖表示出澆注位置，分型面、砂芯數(shù)目，固定和下芯順序，澆注系統(tǒng)、冒口和冷鐵布置，砂箱結構和尺寸等是生產(chǎn)準備、合箱、檢驗、工藝調整的依據(jù)。適用于成批、大量生產(chǎn)的重要件，單件生產(chǎn)的重型件（8）通常在完成砂箱設計后畫出鑄造工藝卡說明造型、造芯、澆注、開箱、清理等工藝操作過程及要求用于生產(chǎn)管理和經(jīng)濟核算。依據(jù)批量大小，填寫必要內容（9）綜合整個設計內容 鑄造工藝設計內容的繁簡程度，主要決定于批量的大小、生產(chǎn)要求和生產(chǎn)條件。一般包括下列內容：鑄造工藝圖，鑄件（毛坯）圖、鑄型裝配圖（合箱圖）、工藝卡及操作工藝規(guī)程。廣義地講，鑄造工藝裝備的設計也屬于鑄造工藝設計的內容，例如模樣圖、芯盒圖、砂箱圖、壓鐵圖、專用量具圖和樣板圖、組合下芯夾具圖等。 大量生產(chǎn)的定型產(chǎn)品、特殊重要的單件生產(chǎn)的鑄件等鑄造工藝設計一般訂得細致，內容涉及較多。單件、小批生產(chǎn)的一般性產(chǎn)品，設計內容可以簡化。在最簡單的情況下，只繪一張鑄造工藝圖。 鑄造工藝設計所涉及的內容和一般設計程序如表所列。第二節(jié) 鑄造工藝設計與經(jīng)濟指標和環(huán)境保護的關系 鑄造工藝設計人員應時刻關心鑄件成本、節(jié)約能源和環(huán)境保護問題。從零件結構的鑄造工藝性的改進，鑄造、造型、造芯方法的選擇，鑄造工藝方案的確定，澆注系統(tǒng)和冒口的設計，直至鑄件清理方法等，每道工序都與上述問題有關。舉例而言，對鑄鋼件采用保溫冒口后，絕大多數(shù)的鑄件工藝出品率都可以提高10％～20％，甚至更高。 專門的分析表明，鑄件的工藝出品率還不能充分表明保溫冒口的經(jīng)濟效益，應該用鑄件成品率來考核。鑄件成品率的定義是鑄件質量除以投入熔爐中的金屬原料質量，以百分數(shù)表示。它和鑄件工藝出品率的差別是計入了熔煉和澆注的損耗。對鑄鋼來說，這種損耗約占6％。用普通砂型冒口的鑄鋼件成品率約為43％；而用保溫冒口的鑄鋼件成品率約為68％。相應地，％％。 由此可見，鑄造工藝設計時，采用不同的工藝，對鑄造車間或工廠的金屬成本、熔煉金屬量、能源消耗、鑄件工藝出品率和成品率、工時費用、鑄件成本和利潤率等，都有顯著的影響。 鑄造工藝設計中要注意節(jié)約能源。例如，采用濕型鑄造法比干型鑄造法要節(jié)省燃料消耗。使用自硬砂型取代普通干砂型，采用冷芯盒法制芯，而不選用普通烘干法制或熱芯盒法，都可以節(jié)約燃料或電力消耗。 為了保護環(huán)境和維護工人身體健康，在鑄造工藝設計中要避免選用有毒害和高粉塵的工藝方法，或者應采用相應對策，以確保安全和不污染環(huán)境。例如，當采用冷芯盒制芯工藝時，對于硬化氣體中的二甲基乙胺、三乙胺、SO2等應進行嚴格的控制，經(jīng)過有效地吸收、凈化后，才可以排放入大氣。對于澆注、落砂等造成的煙氣和高粉塵空氣，也應凈化后排放。第二章 鑄造工藝方案的確定第一節(jié) 零件結構的鑄造工藝性1. 零件結構的鑄造工藝性 指的是零件的結構應符合鑄造生產(chǎn)的要求，易于保證鑄件品質，簡化鑄造工藝過程和降低成本。2. 考察零件結構鑄造工藝性的依據(jù)1. 避免缺陷方面壁厚不能有急劇變化設計鑄件時應避免出現(xiàn)冷卻時使鑄件收縮受阻的形狀鑄件應避免設計成大的水平平面設計鑄件窗口時不得削弱鑄件強度鑄件不要設計成有清砂困難的形狀設計需加工的鑄件時不要忘記設計 加工時的裝卡部位設計有加工面的鑄件時 不要忽視盡量減少加工面積簡化鑄造工藝方面設計重而大的鑄件時 不應忘記在鑄件上設計吊運措施設計鑄件時，肋的布置不應妨礙起模設計鑄件內腔肋時不得妨礙清砂 或削弱型芯強度設計鑄件凸臺時不得妨礙起模和造型設計鑄件時應注意盡量不采用多個分型面設計鑄件時應盡量減少采用型芯設計的鑄件應盡量避免采用孤懸的型芯設計的鑄件不應引起型芯支撐不穩(wěn)定材質方面灰鑄鐵的加強肋不應設在受拉伸側球墨鑄鐵件（缸體）結構的合理與不合理可鍛鑄鐵軸承座銅合金三通閥閥體鑄件第二節(jié) 造型、造芯方法的選擇砂型鑄造的各種造型、造芯方法可參照以下原則選用：優(yōu)先采用潮型 當濕型不能滿足要求時再考慮使用表干砂型、干砂型或其它砂型。 在考慮應用濕型時應注意以下幾種情況： （1）鑄件過高，金屬靜壓力超過濕型的抗壓強度時，應考慮使用干砂型或自硬砂型等。 要具體分析：如果鑄件壁薄，雖然鑄件很高大，但出現(xiàn)漲砂、粘砂、跑火的傾向小?？梢园汛讼拗七m當放寬。因為在澆注結束前，金屬靜壓力尚未達到最高值時，鑄件下部表面上已凝結一層金屬殼。此外，采用優(yōu)質鈉膨潤土型砂或活化膨潤土型砂，其砂型濕壓強度較高，為鑄造較高大的逐漸創(chuàng)造了條件。 （2）澆注位置上鑄件有較大水平壁時，用濕型容易引起夾砂缺陷，應考慮使用其他砂型。 （3）造型過程長或需長時間等待澆注的砂型不宜用濕型。例如在鑄件復雜，砂芯多，下芯時間長且鑄件尺寸大等條件下，濕型放置過久會風干，使表面強度降低，易出現(xiàn)沖砂缺陷。因此濕型一般應在當天澆注。如需次日澆注，應將造好的上下半型空合箱，防止水分散失，于次日澆注前開箱、下芯，再合箱澆注。更長的過程應考慮用其他砂型。 （4）型內放置冷鐵較多時，應避免使用濕型。如果濕型內有泠鐵時，冷鐵應事先預熱，放入型內要及時合箱澆注，以免冷鐵變冷而凝結“水珠”，澆注后引起氣孔缺陷。 認為濕型不可靠時，可考慮使用表干砂型，砂型只進行表面烘干，根據(jù)鑄件大小及壁厚，烘干深度在15~18mm。它具有濕型的許多優(yōu)點，而在性能上卻比濕型好，減少了氣孔、沖砂、脹砂、夾砂的傾向。多用于手工或機器造型的中大件。 對于大型鑄件，可以應用樹脂自硬砂型、水玻璃砂型以及粘土干砂型。用樹脂自硬砂可以獲得尺寸精確、表面光潔的鑄件，但成本較高。造型、造芯方法應和生產(chǎn)批量相適應 大量生產(chǎn)的工廠應創(chuàng)造條件采用技術先進的造型、造芯方法。老式的震擊式或震壓式造型機生產(chǎn)線生產(chǎn)率不高，工人勞動強度大，噪聲大，不適應大量生產(chǎn)的要求，應逐步加以改造。對于小型鑄件，可以采用水平分型或垂直分型的無箱高壓造型機生產(chǎn)線、實型造型線生產(chǎn)效率又高，占地面積也少；對于中件可選用各種有箱高壓造型機生產(chǎn)線、氣沖造型線。為了適應快速、高精度造型生產(chǎn)線的要求，造芯方法可選用：冷芯盒、熱芯盒及殼芯等造芯方法。 中等批量的大型鑄件可以考慮用樹脂自硬砂造型和造芯、拋砂造型等。 單件小批量的重型鑄件，手工造型仍是重要的方法，手工造型能適應各種復雜的要求，比較靈活，不要求很多工藝裝備。可以應用水玻璃砂型、VRH法水玻璃砂型、有機酯水玻璃自硬砂型、粘土干砂、樹脂自硬砂型及水泥砂型等；對于單件生產(chǎn)的重型鑄件，采用地坑造型法成本低，投產(chǎn)快。批量生產(chǎn)或長期生產(chǎn)的定型產(chǎn)品采用多箱造型、劈箱造型法比較適宜。雖然模具、砂箱等開始投資高，但可以從節(jié)約造型工時、提高產(chǎn)品質量方面得到補償。造型方法應適合工廠條件 如有的工廠生產(chǎn)大型機床床身等鑄件，多采用組芯造型法。著重考慮設計、制造芯盒的通用化問題，不制作模樣和砂箱，在地坑中組芯；而另外的工廠則采用砂箱造型法，制作模樣。不同的工廠生產(chǎn)條件、生產(chǎn)習慣、所積累的經(jīng)驗各不一樣。如果車間內吊車的噸位小、烘干爐也小，而需要制作大件時，用組芯造型法是行之有效的。 每個鑄工車間只有很少的幾種造型、造芯方法，所選擇的方法應切合現(xiàn)場實際條件。要兼顧鑄件的精度要求和成本 各種造型、造芯方法所獲得的鑄件精度不同，初投資和生產(chǎn)率也不一致，最終的經(jīng)濟效益也有差異。因此，要做到多、快、好、省，就應當兼顧到各個方面。應對所選用的造型方法進行初步的成本估算，以確定經(jīng)濟效益高又能保證鑄件要求的造型、造芯方法。第三節(jié) 澆注位置的確定鑄件的澆注位置是指澆注時鑄件在型內所處的狀態(tài)和位置。確定澆注位置是鑄造工藝設計中重要的一環(huán)，關系到鑄件的內在質量、鑄件的尺寸精度及造型工藝過程的難易，因此往往須制訂出幾種方案加以分析、對比，擇優(yōu)選用。澆注位置與造型（合箱）位置、鑄件冷卻位置可以不同。生產(chǎn)中常以澆注時分型面是處于水平、垂直或傾斜位置，分別稱為水平澆注、垂直澆注或傾斜澆注，但這不代表鑄件的澆注位置的函義。澆注位置一般于選擇造型方法之后確定。根據(jù)合金種類、鑄件結構和技術要求，結合選定的造型方法，先確定出鑄件上質量要求高的部位（如重要加工面、受力較大的部位、承受壓力的部位等）。結合生產(chǎn)條件估計主要廢品傾向和容易發(fā)生缺陷的部位（如厚大部位容易出現(xiàn)收縮缺陷。大平面上容易產(chǎn)生夾砂結疤。薄壁部位容易發(fā)生澆不到、冷隔。薄厚相差懸殊的部位應力集中，容易發(fā)生裂紋等）。這樣在確定澆注位置時，就應使重要部位處于有利的狀態(tài)，并針對容易出現(xiàn)的缺陷，采取相應的工藝措施予以防止。 應指出，確定澆注位置在很大程度上著眼于控制鑄件的凝固。實現(xiàn)順序凝固的鑄件，可消除縮孔、縮松，保證獲得致密的鑄件。在這種條件下，澆注位置的確定應有利于安放冒口；實現(xiàn)同時凝固的鑄件，內應力小，變形小，金相組織比較均勻一致，不用或很少采用冒口，節(jié)約金屬，減小熱裂傾向。鑄件內部可能有縮孔或軸線縮松存在。因此多應用于薄壁鑄件或內部出現(xiàn)輕微軸線