【正文】 夾砂結疤類缺陷 根據對合金凝固理論的研究和生產經驗，確定澆注位置時應考慮以下原則：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。薄壁部位容易發(fā)生澆不到、冷隔。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。 大量生產的工廠應創(chuàng)造條件采用技術先進的造型、造芯方法。 （4）型內放置冷鐵較多時，應避免使用濕型。 （3）造型過程長或需長時間等待澆注的砂型不宜用濕型。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。 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。對鑄鋼來說，這種損耗約占6％。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。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。（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。 （三）考慮經濟性 （3）工人技術水平和生產經驗。 （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。對于批量大的產品，應盡可能采用先進技術。因此，鑄造工藝設計的好壞，對鑄件品質、生產率和成本起著重要作用。 提供的圖樣必須清晰無誤，有完整的尺寸和各種標記。 （二）生產條件起模斜度，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。 大量生產的定型產品、特殊重要的單件生產的鑄件等鑄造工藝設計一般訂得細致，內容涉及較多。 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濟效益，應該用鑄件成品率來考核。 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。 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，根據鑄件大小及壁厚，烘干深度在15~18mm。造型、造芯方法應和生產批量相適應批量生產或長期生產的定型產品采用多箱造型、劈箱造型法比較適宜。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。 各種造型、造芯方法所獲得的鑄件精度不同，初投資和生產率也不一致，最終的經濟效益也有差異。根據合金種類、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）。 經驗表明，氣孔、非金屬夾雜物等缺陷多出現(xiàn)在朝上的表面，而朝下的表面或側立面通常比較光潔，出現(xiàn)缺陷的可能性小。此外，要照顧到下芯、合箱和檢驗的方便。翻轉鑄型不僅勞動量大，而且易引起砂芯移動、掉砂、甚至跑火等缺陷。1） 箱對準時的誤差會使鑄件產生錯偏2） 箱不嚴，會使鑄件在垂直分型面方向上的尺寸增加因此，為了保證鑄件精度，如果做不到上述要求，也應盡可能把鑄件的加工面和加工基準面放在同一半型內。因此，手工造型中有時采用挖砂造型形成的不平分型面。6. 受力件的分型面的選擇不應削弱鑄件 結構強度 7. 注意減輕鑄件清理和機械加工量以上簡要介紹了選擇分型面的原則，這些原則有的相互矛盾和制約。 使砂芯的起模斜度和模樣的起模斜度大小、方向一致，保證鑄件壁厚均勻（四）應盡量減少砂芯數(shù)目這樣雖然增加了造型工時，但卻節(jié)省了芯盒、制芯工時及費用（五）填砂面應寬敞，烘干支撐面是平面二、芯頭設計芯頭： 芯頭應能及時排出澆注后砂芯所產生的氣體至型外 合箱后它能把砂芯壓緊，避免金屬液沿間隙鉆入芯頭防壓環(huán)的作用 有的砂芯有特殊的定位要求，如防止砂芯在型內繞軸線轉動，不許可軸向位移偏差過大或下芯時搞錯方位，這時就應采用特殊定位芯頭。 指鑄件各部分尺寸允許的極限偏差一種鑄造方法得到的尺寸精度如何，與生產過程的 許多因素有關，其中包括：1. 鑄件結構的復雜性2. 模具的類型和精度3. 鑄件材質的種類和成分4. 造型材料的種類和品質5. 技術和操作水平可以通過以下措施來提高公差等級：1. 對設備和工裝進行改進、調整和維修2. 嚴格工藝過程的管理3. 提高操作水平鑄件基本尺寸即鑄件圖上給定的尺寸，應包括機械加工余量。影響加工余量的主要因素有： 1. 鑄造合金種類 2. 鑄造工藝方法 3. 生產批量 4. 設備及工裝的水平 5. 加工表面所處的澆注位置（頂、底、側面） 6. 鑄件基本尺寸的大小和結構四、鑄造收縮率鑄造收縮率K的定義是鑄造收縮率的影響因素：合金的種類及成分 鑄件冷卻、收縮時受到的阻力的大小 冷卻條件的差異等 因此，要十分準確地給出鑄造收縮率是很困難的如何正確地選擇鑄造收縮率：對于大量生產的鑄件，一般應在試生產過程中，對鑄件多次劃線，測定鑄件各部分的實際收縮率，反復修改木模，直至鑄件尺寸符合鑄件圖樣要求。有特殊要求的孔，如彎曲孔，無法實行機械加工，則一定要鑄出。濕型分型負數(shù)一般較小九、反變形量十一、非加工壁厚的負余量在手工粘土砂造型、制芯過程中，為了取出木模（如芯盒中的肋板），要進行敲模，木模受潮時將發(fā)生膨脹，這些情況均會使型腔尺寸擴大，從而造成非加工壁厚的增加，使鑄件尺寸和重量超過公差要求。第四章 澆注系統(tǒng)設計第一節(jié) 液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)基本組元中的流動1. 型壁的多孔性、透氣性和合金液的不相潤濕性，給合金液的運動以特殊邊界條件2. 在充型過程中，合金液和鑄型之間有著激烈的熱作用、機械作用和化學作用3. 澆注過程是不穩(wěn)定流動過程1. 在型內合金液淹沒了內澆道之后，隨著合金液面上升，充型的有效壓力頭漸漸變小2. 型腔內氣體的壓力并非恒定3. 澆注操作不可能保持澆口杯內液面的絕對穩(wěn)定4. 合金液在澆注系統(tǒng)中一般呈紊流狀態(tài)5. 多相流動 向內澆道分配潔凈的金屬液近直澆道的流量小，且后進入金屬。 對鑄鐵件，薄的內澆道能充分利用鑄件本身的石墨化 膨脹獲得緊實的鑄件對薄壁鑄件可用多內澆道的澆注系統(tǒng)實現(xiàn)補縮，這時 內澆道尺寸應符合冒口頸的要求第二節(jié) 澆注系統(tǒng)的基本類型及選擇一、澆注系統(tǒng)的充滿理論適用于輕合金鑄件、球鐵件等漏包澆注的鑄鋼件也宜采用開放式澆注系統(tǒng)，但直澆道不能成充滿態(tài)，以防鋼水外溢，造成事故。適用于高度不大的中等壁厚的鑄件。澆注系統(tǒng)的重量稍大，工藝出品率略低。慢澆還常降低造型流水線的生產率。因此，準確地確定流量系數(shù)值是件困難的工作。一般使直澆道高度等于上砂箱高度。增重原因有：木模壁厚偏差起模時擴砂量鑄型及砂芯干燥過程中的尺寸變化合箱偏差及澆注時的漲砂等增重因鑄件大小、鑄型等工藝條件而異，一般增重在3％～7％。使上層內澆道向上傾斜（如30176。澆口杯應足夠大。只在造型流水線上澆注小件的個別情況下才使用轉包澆注。澆包容量及包孔選擇澆包總容量應大于鑄型內金屬需要量。經校核、如果鋼液上升速度達不到要求，應采取措施，使之滿足表347的要求。二、輕合金鑄件的澆注系統(tǒng) 輕合金是鋁、鎂合金的統(tǒng)稱，特點是密度小，熔點低，容積熱容量小而熱導率大，化學性質活潑，極易氧化和吸收氣體。有的糊狀凝固特性強，難于消除縮松，澆注系統(tǒng)的設計應注意發(fā)揮冷鐵、冒口的作用，要求有較大的縱向溫度梯度才能消除縮松缺陷。澆口比如下： 鑄件 小于20kg S直：S橫：S內＝1：2：（2～4） 20～50kg S直：S橫：S內＝1：3：（4～5） 大于50kg S直：S橫：S內＝1：4：（5～6）推薦以容許最小紊流程度為依據的阻流計算法。多應用底注、開放式澆注系統(tǒng)，并常用濾渣網和集渣包。市場供應三種典型的過濾板：陶瓷網格過濾板、泡沫陶瓷過濾板和編織的玻璃纖維過濾網。一、陶瓷網格過濾板（cellular ceramic filter） 設計帶有過濾板的澆注系統(tǒng)時，應考慮：過濾板容易安放在砂型中，使金屬液全部穿過過濾板而進入型腔，過濾板盡量靠近型腔，澆注系統(tǒng)結構宜簡化，過濾板可以水平、傾斜或垂直放置。三、耐火纖維編織過濾網 國內應用比較多的是高硅氧玻璃纖維網，為提高其剛性和耐火度，預先經過浸涂耐火涂料及烘干處理。 冒口的形狀有圓柱形、球頂圓柱形、長(腰)圓柱形、球形及扁球形等多種3. 通用冒口補縮原理 1. 基本條件 1. 冒口凝固時間大于或等于鑄件(被補縮部分)的凝固時間2. 有足夠的金屬液補充鑄件的液態(tài)收縮和凝固收縮，補償澆注后型腔擴大的體積3. 在凝固期間，冒口和被補縮部位之間存在補縮通道，擴張角向著冒口2. 選擇冒口位置的原則 1. 冒口應就近設在鑄件熱節(jié)(hotspot)的上方或側旁2. 冒口應盡量設在鑄件最高、最厚的部位。通用冒口的計算方法很多，現(xiàn)僅介紹幾種常用的冒口計算方法。 鑄件形狀系數(shù)（shape coefficent）q又名周界商，定義為鑄件體積Vc與其模數(shù)Mc3之比值，即 q＝Vc/ Mc3 (357) q值使鑄件形狀數(shù)量化，q值的大小表明了鑄件形狀的特征——形狀越接近于簡單的實心球體，q值越小；反之，鑄件形狀越接近展開的大平板，q值越大。2. 計算冒口及頸的模數(shù)。復雜鑄件總是由簡單幾何體與其相交節(jié)點所構成。 3）用一倍厚度法求熱節(jié)模數(shù) 如圖3516所示，溫度測定試驗表明，離熱節(jié)處一倍壁厚以外的溫度，基本與壁體的溫度相同。 原理 ： 補縮時冒口中的金屬液不斷進入鑄件，冒口體積Vr和模數(shù)Mr逐漸減小。 把上述關系代入（359）中得 dr3－K1Mc dr2－K2Vc=0 （3510） KK2——常數(shù)，與冒口形式和合金體收縮ε有關。但實際應用中冒口高度都大于其直徑，故安全系數(shù)足夠大，補償了計算的誤差。 （1）冒口補貼 按下列經驗比例關系確定 d1=（～）dy R1=R件+dy+（1～3）mm R2=（～1）dy δ=5～15mm （2）冒口尺寸 用下述比例關系計算： 暗冒口寬 B=（～）dy 明冒口寬 B=（～）dy 冒口長 A=（～）B （3）冒口補縮距離L=4dy，當兩冒口之間距離超過此值時，應放冷鐵或設水平補貼。 3. 鑄件工藝出品率的校核經過長期的生產統(tǒng)計，各種鑄鋼件的工藝出品率如表3510所示，可供校核之用。相對地，模數(shù)法比較科學。 球鐵凝固期出現(xiàn)的體積膨脹，許多文獻中稱為石墨化膨脹或縮前膨脹，但也有人認為不單純是因奧氏體－石墨共晶轉變引起的。設計冒口時要密切注意現(xiàn)場鐵液的冶金質量，它可以用試樣的石墨球數(shù)來評定：（M=）的Y形試樣上取樣作金相檢查，以1mm2面積上的石墨球數(shù)為準，即當球數(shù)150個/mm2評為冶金質量好，90～150個/mm2為 “中”，90個/mm2為差。在砂型鑄造條件下，鑄件冷卻速度主要取決于鑄件模數(shù)?？梢娞剂繉ο蜩F件的縮松比硅的作用強7倍之多。 （一）直接實用冒口（包括澆注系統(tǒng)當冒口） 用上面二式得出的鑄鐵液態(tài)收縮率ε液和澆注溫度tp、碳當量CE的關系如圖3523所示。了更好地發(fā)揮直接實用冒口的補縮作用，推薦采用大氣壓力冒口的形式，在冒口頂部放置大氣壓力砂芯或造型時做出錐頂砂。對于形狀簡單的鑄件，關鍵模數(shù)容易確定。 對于薄壁的鑄鐵件，冒口頸很小，可用澆注系統(tǒng)兼起直接實用冒口的作用，內澆道依冒口頸計算，超過鑄件最高點水平面的澆口杯和直澆道部分實質上就是冒口。圖3524上的澆注溫度應代表澆注后型內的金屬溫度。澆注系統(tǒng)當冒口的例子見圖3526，澆溫1320℃。 2）冒口位置便于選擇，冒口頸可很長。 l）要求鑄型強度高。 如果生產條件較好，鑄件形狀簡單，或鑄件批量大，能克。 理論上，所有鑄件都能用澆注系統(tǒng)當冒口，但當鑄件較厚時把冒口和澆口分開，工藝出品率將提高。冒口頸的位置，可選在最關鍵部分或更厚的任何部分上。這時應繪制模數(shù)－體積份額圖，這可有助于判定關鍵部分。另一方面，隨著冷卻速度加快，會有大量初生奧氏體析出，從而加大了液態(tài)收縮。在同樣模數(shù)下：球鐵比灰鑄鐵的膨脹壓力高。相反，大模數(shù)鑄件，Mc≥，凝固時間長、降溫慢，對補縮要求低，創(chuàng)造適當工藝條件，甚至可用無冒口工藝。當把該鑄鐵的冷卻速度提高到200℃/min時（與直徑30mm球試樣的干砂型冷卻條件相當），%（體積分數(shù)）。新生鐵本身的品質優(yōu)或劣，對收縮、膨脹特性影響很大。而實驗數(shù)據表明，每析出1%質量的石墨，鑄鐵體積增大約2%。第三節(jié) 鑄鐵件實用冒口的設計 一、鑄鐵的體收縮 應用普通冒口時，應視不同情況加以調整。 d1=（～）dy r的值待d1值確定后，按圖作出。 3. 比例法比例法是在分析、統(tǒng)計大量工藝資料的基礎上，總結出的冒口尺寸經驗確定法。 公式（3510）就是計算冒口直徑dr的三次方程。這樣的冒口才是最節(jié)約的。此外還有其他方法。3. 確定冒口形狀和尺寸（應盡量采用標準系列的冒口尺 寸）。而大平板件q值非常之大。 a. 冒口的凝固時間τr應大于等于鑄件被補縮部位的凝固時間τc。對于輕合金也可用更廉價的普通玻璃纖維網。過濾板四周的壓砂深度大些為好，至少應大于3mm，并同砂型緊密接觸，以免金屬液從四周縫隙流過，起不到過濾作用。(2)能濾去金屬液中盡可能小的微觀雜質，使金屬液凈化。可采用雨淋式、壓邊式等頂注式澆注系統(tǒng)。根據水力模擬試驗及實際澆注試驗，確定出輕合金充型時的最大允許雷諾數(shù)如表3416所