【正文】 .......................................................9 第三章 砂芯設(shè)計及鑄造工藝設(shè)計參數(shù) ............. 11 第一節(jié) 砂芯設(shè)計 .................................................................................. 11 第二節(jié) 鑄造工藝設(shè)計參數(shù) .................................................................. 13 第四章 澆注系統(tǒng)設(shè)計 .......................... 18 第一節(jié) 液態(tài)金屬在澆注系統(tǒng)基本組元中的流動 .............................. 18 第二節(jié) 澆注系統(tǒng)的基本類型及選擇 .................................................. 22 第三節(jié) 計算阻流截面的水力學(xué)公式 .................................................. 26 第四節(jié) 鑄鐵件澆注系統(tǒng)設(shè)計與計算 .................................................. 29 第五節(jié) 其他合金鑄件澆注系統(tǒng)的特點 .............................................. 33 第六節(jié) 金屬過濾技術(shù) .......................................................................... 36 第五章 冒口、冷鐵和鑄肋 ...................... 38 第一節(jié) 冒口的種類及補(bǔ)縮原理 .......................................................... 38 第二節(jié) 鑄鋼件冒口的設(shè)計與計算 ...................................................... 40 第三節(jié) 鑄鐵件實用冒口的設(shè)計 .......................................................... 45 第四節(jié) 提高通用冒口補(bǔ)縮效率的措施和特種冒口 .......................... 54 秋季學(xué)期 鑄造工藝學(xué)教案 主講教師 榮守范 1 第五節(jié) 冷鐵 .......................................................................................... 57 第六節(jié) 鑄肋 .......................................................................................... 60 秋季學(xué)期 鑄造工藝學(xué)教案 主講教師 榮守范 2 第一章 鑄造工藝設(shè)計概論 第一節(jié) 鑄造 工藝設(shè)計的概念、設(shè)計依據(jù)、內(nèi)容及程序 一、概念 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，要求金屬鑄件具有高的力學(xué)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。對于批量大的產(chǎn)品，應(yīng)盡可能采用先進(jìn)技術(shù)。一般包括下列內(nèi)容：鑄造工藝圖，鑄件（毛坯）圖、鑄型裝配圖（合箱圖）、工藝卡秋季學(xué)期 鑄造工藝學(xué)教案 主講教師 榮守范 4 及操作工藝規(guī)程。 鑄造工藝設(shè)計中要注意節(jié)約能源。因此濕型一般應(yīng)在當(dāng)天澆注。可以應(yīng)用水玻璃砂型、 VRH 法水玻璃砂型、有機(jī)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。根據(jù)合金種類、鑄件結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求，結(jié)合選定的造型方法，先確定出鑄件上質(zhì)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）。 各種機(jī)床床身的導(dǎo)軌面是關(guān)鍵表面，不允許有砂眼、氣孔、渣孔、裂紋和縮松等缺陷，而且要求組織致密、均勻，以保證硬度值在規(guī)定范圍內(nèi)。當(dāng)澆注位置和冷卻位置不一致時，應(yīng)在鑄造工藝圖上注明。 4. 應(yīng)便于下芯、合箱和檢查型腔尺 寸 在手工造型時，模樣及芯盒尺寸精度不高，在下芯、合箱時，造型工需要檢查型腔尺寸，并調(diào)整砂芯位置，才能保證壁厚均勻。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(yīng)寬敞，烘干支撐面是平面 為此，需要進(jìn)爐烘干的大砂芯，常被沿最大截面切分為兩半制作。 質(zhì)量公差代號用字母 “MT” （ Mass Tolerances 的縮寫）表示。 工藝補(bǔ)正量可粗略地按下述經(jīng)驗公式來確定 八、分型負(fù)數(shù) 干砂型、表面烘干型以及尺寸很大的濕型，分型面由于烘烤、修整等原因一般都不很平整，上下型接觸面很不嚴(yán)密。分芯負(fù)數(shù)多用于手工造芯的大砂芯。由于內(nèi)澆道在分型面上開設(shè)，故極為方便，廣為應(yīng)用。金屬液溫度和流動性降低幅度大，易出現(xiàn)冷隔、澆不到及鑄件表 皮皺紋。大致步驟為 選擇澆注系統(tǒng)類型 確定內(nèi)澆道在鑄件上的位置、數(shù)目和金屬引入方向 決定直澆道的位置和高度 計算澆注時間并核算金屬上升速度 計算阻流截面積 S 阻 確定澆口比并計算各組元截面積 繪出澆注系統(tǒng)圖形 實踐證明，直澆道應(yīng)設(shè)計得高一些，因為直澆道過低使充型及液態(tài)補(bǔ)縮 壓力不足，易出現(xiàn)鑄件棱角和輪廓不清晰、澆不到、上表面縮凹等缺陷。大型鑄件需采用多層砂箱造型時，上下段分配直澆道的相接處，宜采用喇叭形結(jié)構(gòu)，這樣可避免因錯型而使分配直澆道截面縮小，導(dǎo)致 “ 亂澆注 ” 。當(dāng)每個內(nèi)澆道的鋼液流過量超過 1t 時，內(nèi)澆道和橫澆道也用耐火磚管砌成。 為防止夾砂結(jié)疤、粘砂、皺皮、冷隔和澆不到、氣孔等缺陷，鋼液在型內(nèi)的上升速度是至關(guān)重要的，應(yīng)大于表 347 中規(guī)定的最小上升速度值。有的輕合金結(jié)晶范圍寬，凝固收縮大，易出現(xiàn)縮孔、縮松、變形甚至開裂等缺陷。 鋁青銅結(jié)晶溫度范圍窄，易產(chǎn)生 集中縮孔，易氧化生成氧化膜和鑄件夾雜物。(7)室溫下有足夠的強(qiáng)度，不破裂，不掉?；蚍勰? 秋季學(xué)期 鑄造工藝學(xué)教案 主講教師 榮守范 38 第五章 冒口、冷鐵和鑄肋 第一節(jié) 冒口的種類及補(bǔ)縮原理 冒口 (riser， feeder head)是鑄型內(nèi)用以儲存金屬液的空腔，在鑄件形成時補(bǔ)給金屬，有防止縮孔、縮松、排氣和集渣的 作用。(3)具有高的抗熱沖擊性和抗重力沖擊性，澆注時不 破裂 。 實踐證實，如 Re 值低于表中數(shù)值，由能排除型內(nèi)形成擾動的根源，一定可以得到合格鑄件。如果出現(xiàn)夾砂結(jié)疤、粘砂缺陷，常是因型砂質(zhì)量太差引起的。但實踐中為方便起見，給出了包孔直徑和平均澆注速度的關(guān)系，如表 3415所示。澆注速度與澆注時間的經(jīng)驗關(guān)系見表 413 小的薄壁鑄件可利用澆注系統(tǒng)當(dāng) “ 冒口 ” 例如對薄而小的可鍛鑄鐵件，可用澆注系統(tǒng)作為冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。以阻流面積為尺度（作為 1）。對易氧化的輕合金鑄件，要注意限制最大上升速度，以免高度紊流而造成大量的氧化夾雜物 。有利型內(nèi)、芯內(nèi)氣體的排除。 主要優(yōu)點 進(jìn)入型腔時金屬液流速度小，充型平穩(wěn)，沖刷力小，金屬氧化輕。 分芯負(fù)數(shù)是為了砂芯的拼合及下芯方便而采用的。 有特殊要求的孔，如彎曲孔，無法實行機(jī)械加工，則一定要鑄出 。 鑄造工藝設(shè)計參數(shù)主要有： 1. 鑄件尺寸 公差 2. 鑄件重量公差 3. 機(jī)械加工余量 4. 鑄造收縮率 5. 起模斜度 6. 最小鑄出孔及槽 7. 工藝補(bǔ)正量 8. 分型負(fù)數(shù) 9. 反變形量 秋季學(xué)期 鑄造工藝學(xué)教案 主講教師 榮守范 14 10. 砂芯負(fù)數(shù) 11. 非加工壁厚的負(fù)余量 12. 分芯負(fù)數(shù) 一、鑄件的尺寸公差 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(chǎn)過程的 許多因素有關(guān)，其中包括： 1. 鑄件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性 2. 模具的類型和精度 3. 鑄件材質(zhì)的種類和成分 4. 造型材料的種類和品質(zhì) 5. 技術(shù)和操作水平 可以通過以下措施來提高公差等級： 1. 對設(shè)備和工裝進(jìn)行改進(jìn)、調(diào)整和維修 2. 嚴(yán)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(yīng)包括 機(jī)械加工余量。細(xì)而長的砂芯易變形，應(yīng)分成數(shù)段，并設(shè)法使芯盒通用。如右圖所示： 平直的分型面可簡化造型過程和模底板的制造，易于保證鑄件精度，在機(jī)器造型中，如鑄件形狀必須采用不平分型面，應(yīng)盡量選用規(guī)則的曲面，如圓柱面或折面。 應(yīng)使合箱位置、澆注位置和鑄件冷卻位置一致 這樣可以避免在合箱后，或于澆注后再次翻轉(zhuǎn)鑄型?；诣T鐵、球墨鑄鐵件常利用凝固階段的共晶體積膨脹來消除收縮缺陷，因此，可不遵守順序凝固 條件而獲得健全鑄件。確定澆注位置是鑄造工藝設(shè)計中重要的一環(huán)，關(guān)系到鑄件的內(nèi)在質(zhì)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。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(jī)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(jī)生產(chǎn)線、氣沖造型線。此外，采用優(yōu)質(zhì)鈉膨潤土型砂或活化膨潤土型砂，其砂型濕壓強(qiáng)度較高，為鑄造較高大的逐漸創(chuàng)造了條件。對鑄鋼來說，這種損耗約占 6％。用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定符號和文字標(biāo)注，反映內(nèi)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(zhǔn)，鑄件金屬牌號，熱處理規(guī)范，鑄件驗收技術(shù)條件等 是鑄件檢驗和驗收、機(jī)械加工夾具設(shè)計的依據(jù)。 （ 2）零件的技術(shù)要求 金屬材質(zhì)牌號、金相組織、力學(xué)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(jī)器上的工作條件等。因此，鑄造工藝設(shè)計的好壞，對鑄件品質(zhì)、生產(chǎn)率和成本起著重要作用。 秋季學(xué)期 鑄造工藝學(xué)教案 主講教師 榮守范 3 （ 4）模具等工藝裝備制造車間的加工能力和生產(chǎn)經(jīng)驗。 鑄造工藝設(shè)計所涉及的內(nèi)容和一般設(shè)計程序如表所列。對于澆注、落砂等造成的煙氣和高粉塵空氣，也應(yīng)凈化后排放。 認(rèn)為濕型不可靠時，可考慮使用表干砂型，砂型只進(jìn)行表面烘干，根據(jù)鑄件大小及壁厚，烘干深度在 15~18mm。不同的工廠生產(chǎn)條件、生產(chǎn)習(xí)慣、所積累的經(jīng)驗各不一樣。這樣在確定澆注位置時，就應(yīng)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(yīng)的工藝措施予以防止。 應(yīng)保證鑄件能充滿 對 具有薄壁部分的鑄件，應(yīng)把薄壁部分放在下半部或置于內(nèi)澆道以下，以免出現(xiàn)澆不到、冷隔等缺陷。 除了地面軟床造型、明澆的小件、實型鑄造法及熔模鑄造以外，都要選擇分型面。 幾乎所有的造型機(jī)都對砂箱高度有限制 。 對芯頭的要求 定位和固定砂芯，使砂芯在鑄造中有準(zhǔn) 確的位 置，并能承受砂芯重力及澆注時液體金屬對砂芯的浮力，使之不破壞 芯頭應(yīng)能及時排出澆注后砂芯所產(chǎn)生的氣體至型外 上下芯頭及芯號容易識別，不致下錯方向或芯號 下芯、合型方便，芯頭應(yīng)有適當(dāng)斜度和間隙 芯頭可分為垂直芯頭和水平芯頭 （包括懸臂式芯頭）兩大類 （一）芯頭的組成 典型的芯頭的結(jié)構(gòu)如右圖所示。然后再以實際鑄造收縮率設(shè)計制造金屬模 對于單件、小批量生產(chǎn)的大型鑄件，鑄造收縮率的選取必須有豐富的經(jīng)驗，同時要結(jié)合使用工藝補(bǔ)正量，適當(dāng)放大加工余量等措施來保證鑄件尺寸達(dá)到合格 五、起模斜度 為了方便起模，在模樣、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免損壞砂型或砂芯。 為了解決撓曲變形問題，在制造模洋時，按鑄件可能產(chǎn)生變形的相反方向作出反變形模樣，使鑄件冷卻后變形的結(jié)果正好將反變形抵消，得到符合設(shè)計要求的鑄件。 秋季學(xué)期 鑄造工藝學(xué)教案 主講教師 榮守范 22 澆口比的影響 直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道截面積之比（即 S 直 :S 橫 :S 內(nèi)）稱為澆口比（ gating ratio） 以內(nèi)澆道為阻流時，金屬液流入型腔時噴射嚴(yán)重 以直澆道下端或附近的橫澆道為阻流時，充型較平穩(wěn)， S 內(nèi) /S 阻 比值越大則越平穩(wěn)