【文章內容簡介】 砂芯在澆注過程中，其粘合劑及表面中的有機物要揮發(fā)、分解、燃燒（氧化反應）、短時間內放出大量氣體，以及水分蒸發(fā) [6]。如果這些氣體不能及時排出型外，一旦鉆入金屬液體，就很可能留在里面而使鑄件產生氣孔。因此，在設計，制造砂芯及下芯，合箱的整個過程中，應十分重視砂芯的排氣。一定要讓澆注時砂芯中產生的氣體能夠及時地從芯頭排出鑄型外。 芯子的排氣一般都是用蠟線或尼龍 管做排氣孔引氣，將蠟線或尼龍管埋入砂芯中，在做好砂芯后，尼龍管充當砂芯中排氣孔道。最終從芯頭排出；若芯子沒有出芯頭，則可在芯子與鑄型分芯處，擺放一圈防火泥通過排氣孔引出。 分芯 原則 首先，先對芯子的分類做個簡單的了解。芯子分三類，即普通芯子（用 X1 等編號表示），置于砂芯中的 NX，及預先粘到砂型上的 SX 三類。其中 NX和 SX 是在特定情況下才用到的； NX應用在當一個芯子中間有凸臺等難撤料部位時，采用 NX 處理； SX 用在當芯子較小，與砂型直接相接且粘上后不影響其它芯子下芯時，就預先粘到砂型的相應位置上，有 定位準確，下芯便捷的優(yōu)點。 其次，分芯的一般原則： a) 砂芯的填砂面應寬敞，以便于造芯時填砂，舂砂，安放芯骨，及有利于采取排氣措施。 b) 砂芯在烘干時的支承面最好是一個比較大的平面，以便于放置在平的烘干板上烘干。 c) 一個砂芯分成兩半時，應盡量沿著砂型的分型面分開。這樣可使砂芯的拔模斜度與模樣的斜度一致，保證鑄件壁厚均勻。 d) 便于下芯合箱，保證鑄件的精度。 e) 鑄件上位置精度要求高的部位，應盡可能用一個砂芯形成。 f) 尺寸過大的砂芯，為了方便制芯下芯或者為了解決車間起重量不夠的困難，可將大砂芯分成數個較小的砂芯。 青海大學本科畢業(yè)設計：機床鑄件工藝設計 —— 立柱鑄件鑄造工藝設計 12 機械工程學院 g) 將砂芯 由大分小時，應保證每個小芯應有足夠的強度和剛度。 另外，關于芯撐要求如下： 砂芯在鑄型中主要靠芯頭固定。但有時砂芯無法設置芯頭或只能靠芯頭固定難以保證砂芯穩(wěn)固。因此，在生產中常采用芯撐來加固，以起到輔助支撐作用。 為了使芯撐良好 地 同鑄件焊合及不引起氣孔缺陷，使用芯撐時必須注意： a）芯撐材料的熔點應該比鑄件材質的熔點高，至少相同。因此，對于鑄鐵件用低碳鋼或鑄鐵芯撐；有色金屬鑄件用與鑄件相同的合金材料做芯撐。 b）金屬液體未凝固前，芯撐應有足夠的強度，不得過早熔化而喪失支撐作用；在鑄件凝固過程中，芯撐 須與鑄件很好地焊合。因此芯撐的重量不能過小或過大。 c）芯撐表面最好鍍錫。使用時，芯撐表面應無銹、無油、無水、無空氣。同時芯撐在放入鑄型之后，要盡快澆注，特別是濕型，以免芯撐表面因凝聚水氣而引起氣孔及焊合不良。 d）應盡量將芯撐放置在鑄件的非加工面上或不重要的表面上。 e）為了防止芯撐陷入砂型、砂芯（特別是濕型、濕芯）而造成鑄件壁厚不均，必要時，可在芯撐端面墊以面積較大的鐵片、干砂芯、或耐火磚。 f）重要面不得以要用芯撐 ,只能用鑄鐵芯撐 ,最好設計成不用芯撐。 g）對有 防滲漏要求的面，不得已使用芯撐時，芯撐與低熔點材料防滲盒一起使用。 分芯方案 根據已確定的工藝方案及分芯原則，砂芯設計情況具體如下 : ① X1(見工藝圖標示 )是形成立柱中部空腔的芯子，立柱兩側兩個 φ 60 的 孔 由 X1 直接帶出，立柱后面 10個 φ 80的 孔 也由 X1直接帶出。采用吊芯法對其固定，芯子和外模引尼龍管導氣。下箱 間隙 為 1，上箱 間隙 為 2，主要防止合箱時將 砂 子碰 落 ，最后造成缺陷。 ② X2(見工藝圖標示 )是形成導軌內側空腔的芯子，下 X2 時，由于被 X1導軌處凸出部位阻擋，因此采用后填 砂 的方法?？刹捎玫跣緦ζ?固定，芯子和外模引尼龍管導氣。 ③ X3(見工藝圖標示 )是形成立柱底座處空腔及兩側透門 的芯子，由于下芯時先下 X1,而 X1的凸出部位將 X3擋住，使 X3無法下芯，因此在下箱設置一個后填 砂 工藝。即在下箱形成一個比 X3芯頭大的空隙，使其繞過 X1的凸出部位下進去，然后將多余的空間用型 砂 填上。 外模設計 所謂外模設計也即形成工件外表面的木模的設計過程，它主要從以下幾方面考慮： a) 加工余量； b) 透門處由芯子帶出還是由外模帶出，若由芯子帶出是否出芯頭及芯頭尺寸； c) 凸臺及牙邊等難撤料部位應采用活塊處理； d) 與外部表面相關的不 鑄出孔不鑄出面； e) 外表面上的螺絲窩及拐角等部位芯頭尺寸。6澆冒口系統(tǒng)設計 機械工程學院 13 6 澆 冒口 系統(tǒng) 設計 澆注系統(tǒng)的概述和作用 澆注系統(tǒng)是砂型中引導液態(tài)合金流入型腔的通道。生產中常常因澆注系統(tǒng)設計安排不當造成：砂眼、夾砂、粘砂、夾渣、氣孔、鐵豆、抬箱、縮孔、縮松、冷隔、澆不足、變形、裂紋、偏折等鑄造缺陷。此外，澆注系統(tǒng)的好壞還影響造型和清理工作的繁簡，砂型的體積大小和型砂的耗用運輸量，非生產性消耗的液態(tài)合金用量等等。所以，澆注系統(tǒng)與獲得優(yōu)質鑄件，提高生產效率和降低鑄件成本的關系是密切相聯的。因此對澆注系統(tǒng)的設計必須慎重認真。 澆注系統(tǒng)除導入液態(tài)合金這一基本作用外，正確的澆注系統(tǒng)還應具有以下功能和注意事項： a）使液態(tài)合金平穩(wěn)充滿砂型，不沖擊型壁和砂芯，不產生激濺和渦流，不卷入氣體，并順利地讓型腔內的空氣和其他氣體排除型外，以防止金屬過渡氧化及產生砂眼、鐵豆、氣孔等缺陷。 b）阻礙夾雜物進入型腔，以免在鑄件上形成渣孔。 c）起一定的補流作用，一般是在內澆道凝固前補給部分液態(tài)收縮。 d）讓液態(tài)合金以最短的距離，最合宜的時間充滿型腔，并有合適的型內液面上升速度，得到輪廓完整清晰的鑄件。 e）充型 流股不要正對冷鐵和芯撐，防止降低外冷鐵的激冷效果及表面溶化，造成鑄件壁變化。 澆注系統(tǒng)的組成及其各自作用 常用的澆注系統(tǒng)大多由澆口杯（澆口盆或外澆口）、直澆道、橫澆道、內澆道等部分組成。其各自作用分別為 [6]： 澆口杯：承接金屬液，避免金屬液飛濺，并將其導入直澆道，防止液流直接沖入直澆道。一般澆口杯容積較大，當儲存有足夠的金屬液量時，還可以減少或消除在直澆道頂面產生水平旋渦，防止熔渣、夾雜物和氣體卷入直澆道的危險。 直澆道：引導澆口杯中的金屬液進入橫澆道，建立起足夠的壓力頭，將金屬液在重力作用下克服 流動阻力，及時充滿型腔和防止鑄件產生侵入性氣孔。 橫澆道：除了將金屬液引入內澆道外，主要是撇渣（澆口杯往往起不到很好的撇渣作用）。因此，它應有一定的高度和長度。封閉式澆注系統(tǒng)一般要求橫澆道為窄、高形的橫截面，它的高度應為內澆道高度的 4— 6倍，以使內澆道的吸動作用達不到橫澆道的頂面，避免將浮渣吸入鑄件。橫澆道的末端長度應距最后一道內澆道的距離不少于 75mm。 內澆道：控制金屬液流入型腔的速度和方向，調節(jié)鑄件各部分的溫差。另外，澆注系統(tǒng)還有澆口窩組成。對金屬液具有緩沖作用，能縮短直 —— 橫澆道拐角處的紊流區(qū)，改善 橫澆道內的壓力分布。其底部要放干砂芯片或耐火磚塊，可防止沖砂。 青海大學本科畢業(yè)設計：機床鑄件工藝設計 —— 立柱鑄件鑄造工藝設計 14 機械工程學院 內澆道位置設置的通則： a）凝固體收縮率大的、且壁厚差大的鑄件，內澆道開設在設有冒口的厚壁處，最好進入冒口，以形成順序凝固。 b）凝固體收縮率小的、且壁厚差大的鑄件，內澆道應分散地開設在薄壁處和次薄壁處，不開設在鑄件的熱節(jié)和冒口的根部，以有利于鑄件的凝固。 c）內澆道不應開設在靠近有芯撐或冷鐵的部位。即使需要開在有外冷鐵的部位，也需加厚冷鐵和采用鋼、銅或石墨冷鐵。 d）內澆道應有利于平穩(wěn)、快速充型和排氣、排渣，不嚴重沖刷砂型和砂芯，能盡量縮短金 屬液在型腔中的流程。 e）內澆道盡可能開在分型面上，但對有一定高度的鑄件，最好采用底注式或階梯式澆道。 f）內澆道與鑄件的接合處的厚度，對凝固體收縮率大的合金，一般應不厚于鑄件壁厚的 1/2，最多不超過 2/3。 澆注系統(tǒng)的設計 表 8 灰鑄鐵件澆注系統(tǒng)各組元的截面積比和應用范圍 類型 ∑ Ag：∑ Aru：∑ As 應用范圍 封閉式 1::2 1:: 1:: 1:: 1:: 大型鑄件 中、大型鑄件 中、小型鑄件 薄壁件和濕型生產的小鑄件 用樹脂砂生 產的鑄件 半封閉式 1:(～ ):(～ ) 1:: 1:: 中、小型鑄件 重型機械鑄件 表干型生產的鑄件 注：∑ Ag：內澆道總面積 ∑ Aru：橫澆道總面積 ∑ As：直澆道總面積 由已知條件：本零件是用樹脂砂生產的鑄件，并且為封閉式，根據表 8，選取內澆道，橫澆道與直澆道的總截面積比為 [5]： ∑ Ag：∑ Aru：∑ As=1： ： 。 用鑄件重量，壁厚確定內澆道的總截面積：∑ Ag。 零件材料 HT250，壁厚等于 44mm，重量為 294kg，再加上澆注系統(tǒng) 質量 294 20%＝ kg，總重量為 294+＝ kg。根據表 9可查得 當鑄件壁厚為 40～ 60cm2。所以選取∑ Ag＝ 9cm2。本方案設有 一 個內澆道和兩個陶管內徑φ 20（見工藝圖）。內澆道面積 Ag＝ (內澆道總面積 兩陶管截面積 )/內澆口數量 ＝ (92 ) /2= ，根據表中數據，選取 = 。 ，為了制造簡單及防6澆冒口系統(tǒng)設計 機械工程學院 15 止內澆口處發(fā)生沖砂現象， 一 個澆口選用Ⅱ型內澆口，其形狀如 圖： 圖 61 內澆道橫截面 表 9 灰鑄鐵件內澆道總截面積∑ Ag 鑄件重量 G/kg 鑄件壁厚 /mm 5 5～ 10 10～ 15 15～ 25 25～ 40 40～ 60 60～ 100 ∑ Ag/mm2 1～ 3 ～ —— —— —— —— 3～ 5 ～ ～ ～ —— —— 5～ 10 ～ ～ ～ ～ —— —— 10～ 15 ～ 2～ 3 2～ ～ —— —— 15～ 20 ～ ～ 3～ ～ —— —— 20～ 40 ～ 4～ 5 ～ ～ —— —— 40～ 60 ～ ～ ～ ～ —— —— 60～ 100 —— 7～ 8 ～ ～ 5～ 6 —— —— 100～ 150 —— 8～ 12 8～ 10 8～ 6～ 6 —— 150～ 200 —— 10～ 15 9～ 12 9～ 10 7～ —— 200～ 250 —— 13～ 18 12～ 14 10～ 11 ～ 10 8 —— 300～ 400 —— 15～ 23 13～ 12～ 13 10～ 12 9 —— 青海大學本科畢業(yè)設計：機床鑄件工藝設計 —— 立柱鑄件鑄造工藝設計 16 機械工程學院 2021～ 3000 —— —— 54～ 60 34～ 50 30～ 34 28～ 32 24～ 28 橫澆道總面積為： ∑ Aru＝ ∑ Ag= 表 10 橫澆道尺寸 ah? ah ? ah ? mma/ mmb/ 2/ruAcm mma/ mmb/ mmh/ 2/ruAcm mma/ mmb/ mmh/ 2/ruAcm ?? 36 38 40 44 ?? 29 32 35 ?? 13 ?? 36 38 40 45 ?? 29 32 36 ?? 43 48 54 ?? 14 ?? 35 36 38 40 ?? 28 29 32 ? 54 57 60 ? 已知： ∑ Aru＝ cm2與 cm2 接近，所以 根據表 10 選取橫澆道尺寸如下圖所示 ： 圖 62 橫澆道的形狀 圖 63 橫澆道橫截面 直澆道總面積為：∑ As＝ ∑ Ag= 6澆冒口系統(tǒng)設計