【正文】 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(chǔ)存金屬液的空腔，在鑄件形成時(shí)補(bǔ)給金屬，有防止縮孔、縮松、排氣和集渣的 作用。以正磷酸鋁的綜合效果最佳。 二、泡沫陶瓷過濾板 (ceramic foam filter) 泡沫陶瓷過濾板是用有機(jī)泡沫材料浸泡于陶瓷漿料中，經(jīng)擠壓、烘干、焙燒而制成的，是多孔性的泡沫陶瓷塊。(7)室溫下有足夠的強(qiáng)度，不破裂，不掉?；蚍勰?。(3)具有高的抗熱沖擊性和抗重力沖擊性，澆注時(shí)不 破裂 。這項(xiàng)技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是 ：大大減少了金屬中的非金屬夾雜物；防止鑄件夾渣缺陷；改善了金屬的力學(xué)性能，特別是疲勞強(qiáng)度；改進(jìn)了切削性能，延長(zhǎng)刀具的使用壽命；提高鑄件的表面品質(zhì)，減少加工余量；簡(jiǎn)化澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高鑄件的工藝出品率，此外，還可改善某些合金鑄件的耐腐蝕性等。對(duì)大中型復(fù)雜鑄件，也常設(shè)濾網(wǎng)除渣，并使流動(dòng)趨于平穩(wěn)。 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。 實(shí)踐證實(shí)，如 Re 值低于表中數(shù)值，由能排除型內(nèi)形成擾動(dòng)的根源，一定可以得到合格鑄件。高大鑄件可使用階梯式澆注系統(tǒng)。 適合應(yīng)用開放式的底注式澆注系統(tǒng)。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。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。 澆注工藝特性給出準(zhǔn)確的 q、 τ 、 h、 m 的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因而可依工藝需要，用來確定：（ 1）澆注時(shí)間（ 2）包孔尺寸（ 3）鑄件的澆注次序（ 4）型腔內(nèi)不同截面處金屬液面上升速度（ 5）是否應(yīng)用塞桿阻流法澆注 針對(duì)工廠所用的各種規(guī)格的澆包，繪出其澆注工藝特性曲線，對(duì)提高鑄鋼件工藝水平，保證鑄件質(zhì)量是有益的。這符合工藝需要，是合理的，不一定受上面澆口比的限制。 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。但實(shí)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。生產(chǎn)中先確定澆包容量和包孔直徑，依經(jīng)驗(yàn)的澆口比確定澆注系統(tǒng)各組元尺寸。頻繁地開閉塞桿會(huì)導(dǎo)致堵塞失靈，故應(yīng)按不調(diào)節(jié)塞桿法來設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)。當(dāng)每個(gè)內(nèi)澆道的鋼液流過量超過 1t 時(shí)，內(nèi)澆道和橫澆道也用耐火磚管砌成。澆注速度與澆注時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)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(duì)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。 （二）設(shè)計(jì)要點(diǎn) 以內(nèi)澆道為阻流的強(qiáng)封閉式澆注系統(tǒng) 目的是維持各層內(nèi)澆道充型時(shí)金屬壓力頭恒定，使每個(gè)型腔同時(shí)充滿。對(duì)于一型多鑄的小件，分布有幾層（多達(dá) 6 層），底部鑄件的充型壓力比頂部的高幾倍。大型鑄件需采用多層砂箱造型時(shí)，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(cuò)型而使分配直澆道截面縮小，導(dǎo)致 “ 亂澆注 ” 。以阻流面積為尺度（作為 1）。如果鑄件質(zhì)量很大，則計(jì)算鑄件質(zhì)量 m 時(shí)，應(yīng)包括型腔擴(kuò)大量—— 由于各種原因引起 的增重。直澆道距離第一個(gè)內(nèi)澆道應(yīng)有足夠的距離。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(jì)算澆注時(shí)間并核算金屬上升速度 計(jì)算阻流截面積 S 阻 確定澆口比并計(jì)算各組元截面積 繪出澆注系統(tǒng)圖形 實(shí)踐證明，直澆道應(yīng)設(shè)計(jì)得高一些，因?yàn)橹睗驳肋^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。對(duì)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 。流量系數(shù)與澆注系統(tǒng)中各部分的的阻力及行腔內(nèi)流動(dòng)阻力大小有關(guān)，凡與此有關(guān)聯(lián)的因素，如澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、尺寸、澆口比，鑄件復(fù)雜程度、鑄型條件、合金特性、澆注溫度等都對(duì)值有影響。每種鑄件，在已確定的鑄造工藝條件下， 都對(duì)應(yīng)有適宜的澆注時(shí)間范圍。金屬液溫度和流動(dòng)性降低幅度大，易出現(xiàn)冷隔、澆不到及鑄件表 皮皺紋。有利型內(nèi)、芯內(nèi)氣體的排除。 快澆的缺點(diǎn)： 對(duì)型壁有較大的沖擊作用，容易造成漲砂、沖砂、抬箱等缺陷。 傳統(tǒng)的解法中假定 : 1) 金屬液從澆口杯頂液面至流出阻流所作的功，可用 總質(zhì)量 m、重力加速度 g 和平均計(jì)算壓力頭 Hp 的連 乘積來表示，即等于 mgHp 2) 假定鑄件（型腔）的橫截面積 S 沿高度方向不變 秋季學(xué)期 鑄造工藝學(xué)教案 主講教師 榮守范 27 二、澆注時(shí)間 快澆、慢澆 澆注時(shí)間對(duì)鑄件質(zhì)量有重要影響，應(yīng)考慮鑄件結(jié)構(gòu)、合金和鑄型等方面的特點(diǎn)來選擇快澆、慢澆或正常澆注為好 合適的澆注時(shí)間的確定 快澆的優(yōu)點(diǎn) : 金屬的溫度和流動(dòng)性降低幅度小，易充滿型腔。由于內(nèi)澆道在分型面上開設(shè)，故極為方便，廣為應(yīng)用。 主要優(yōu)點(diǎn) 進(jìn)入型腔時(shí)金屬液流速度小，充型平穩(wěn)，沖刷力小，金屬氧化輕。（因全部截面上的金屬液壓力均高于型壁氣體壓力，故是有壓或正壓系統(tǒng)） 優(yōu)點(diǎn) 封閉式澆注系統(tǒng)有較好的阻渣能力，可防止金屬液卷入氣體，消耗金屬少，清理方便 缺點(diǎn) 進(jìn)入型腔的金屬液流速度高，易產(chǎn)生噴濺和沖砂，使金 屬氧化，使型內(nèi)金屬液發(fā)生擾動(dòng)、渦流和不平靜 因此，主要應(yīng)用于不易氧化的各種鑄鐵件。設(shè)計(jì)內(nèi)澆道時(shí)還應(yīng)避免流入型腔時(shí)的噴射現(xiàn)象和飛濺，使充型平穩(wěn)。分芯負(fù)數(shù)多用于手工造芯的大砂芯。 分芯負(fù)數(shù)是為了砂芯的拼合及下芯方便而采用的。 秋季學(xué)期 鑄造工藝學(xué)教案 主講教師 榮守范 17 砂芯負(fù)數(shù)只應(yīng)用于大型粘土砂芯，其數(shù)值依工廠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定 流態(tài)砂芯、自硬 砂芯、殼芯、熱芯盒砂芯及小的粘土砂芯均不采用砂芯負(fù)數(shù)。濕型分型負(fù)數(shù)一般較小 九、反變形量 鑄造較大的平板類、床身類鑄件時(shí)，由于冷卻速度的不均勻性，鑄件冷卻后常出現(xiàn)變形。 工藝補(bǔ)正量可粗略地按下述經(jīng)驗(yàn)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。 有特殊要求的孔，如彎曲孔，無法實(shí)行機(jī)械加工，則一定要鑄出 。 使用起模斜度時(shí)應(yīng)注意： 起模斜度應(yīng)小于或等于產(chǎn)品圖上所規(guī)定的起模斜度值，以防止零件在裝配或工作中與其它零件相妨礙 盡量使鑄件內(nèi)、外壁的模樣和芯盒斜度取值相同，方向一致，以使鑄件壁厚均勻 在非加工面上留起模斜度時(shí)，要注意與相配零件的外形一致，保持整臺(tái)機(jī)器的美觀 同一鑄件的的起模斜度應(yīng)盡可能只選用一種或兩種斜度，以免加工金屬模時(shí)頻繁地更換刀 。 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(chǎn)批量 4. 設(shè)備及工裝的水平 5. 加工表面所處的澆注位置（頂、底、側(cè)面） 秋季學(xué)期 鑄造工藝學(xué)教案 主講教師 榮守范 15 6. 鑄件基本尺寸的大小和結(jié)構(gòu) 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(shí)受到的阻力的 大小 冷卻條件的差異等 因此，要十分準(zhǔn)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(duì)于大量生產(chǎn)的鑄件，一般應(yīng)在試生產(chǎn)過程中，對(duì)鑄件多次劃線，測(cè)定鑄件各部分的實(shí)際收縮率，反復(fù)修改木模，直至鑄件尺寸符合鑄件圖樣要求。 質(zhì)量公差代號(hào)用字母 “MT” （ Mass Tolerances 的縮寫）表示。 鑄造工藝設(shè)計(jì)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(jí)： 1. 對(duì)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。若受砂箱等條件限制，不能增加芯頭尺寸，可采用提高芯座抗壓強(qiáng)度（許用 壓應(yīng)力）的方法，如在芯座部分附加砂芯、鐵片、耐火磚等。 二、芯頭設(shè)計(jì) 芯頭 ： 伸出鑄件以外不與金屬接觸的砂芯部分。這樣雖然增加了造型工時(shí)，但卻節(jié)省了芯盒、制芯工時(shí)及費(fèi)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。細(xì)而長(zhǎng)的砂芯易變形，應(yīng)分成數(shù)段，并設(shè)法使芯盒通用。一個(gè)鑄件應(yīng)以哪幾項(xiàng)原則為主來選擇分型面，這需要進(jìn)行多個(gè)方案的對(duì)比，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)條件，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)作出正確的判斷，最后選出最佳方案，付諸實(shí)施。因?yàn)樯跋涓?，?huì)使造型困難，填砂、緊實(shí)、起模、下芯都不方便 。 4. 應(yīng)便于下芯、合箱和檢查型腔尺 寸 在手工造型時(shí)，模樣及芯盒尺寸精度不高，在下芯、合箱時(shí)，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。如右圖所示： 平直的分型面可簡(jiǎn)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。 分型面少，鑄件精度就容易保證，且砂箱數(shù)目少。 第四節(jié) 分型面的選擇 分型面（ parting plan） 是指兩半型相互接觸的表面。當(dāng)澆注位置和冷卻位置不一致時(shí)，應(yīng)在鑄造工藝圖上注明。 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。 避免用吊砂、吊芯或懸臂式砂芯，便于下芯、合箱及檢驗(yàn) 經(jīng)驗(yàn)表明，吊砂在合箱、澆注時(shí)容易塌箱。傾斜澆注時(shí)，依砂箱大小， H 值一般控制在 200~400mm 范圍內(nèi)。 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)?；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。在這種條件下，澆注位置的確定應(yīng)有利于安放冒口；實(shí)現(xiàn)同時(shí)凝固的鑄件，內(nèi)應(yīng)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。薄厚相差懸殊的部位應(yīng)力集中，容易發(fā)生裂紋等）。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）。確定澆注位置是鑄造工藝設(shè)計(jì)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(duì)比，擇優(yōu)選用。 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(jì)效益也有差異 。著重考慮設(shè)計(jì)、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?？梢詰?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(duì)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。對(duì)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(shí)型造型線生產(chǎn)效率又高，占地面積也少；對(duì)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。 對(duì)于大型鑄件，可以應(yīng)用樹脂自硬砂型、水玻璃砂型以及粘 土干砂型。如果濕型內(nèi)有泠鐵時(shí)，冷鐵應(yīng)事先預(yù)熱，放入型內(nèi)要及時(shí)合箱澆注，以免冷鐵變冷而凝結(jié) “ 水珠 ” ，澆注后引起氣孔缺陷。因此濕型一般應(yīng)在當(dāng)天澆注。此外，采用優(yōu)質(zhì)鈉膨潤(rùn)土型砂或活化膨潤(rùn)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。 秋季學(xué)期 鑄造工藝學(xué)教案 主講教師 榮守范 6 在考慮應(yīng)用濕型時(shí)應(yīng)注意以下幾種情況： （ 1）鑄件過高，金屬靜壓