铸造工艺方案设计和规程的编制.doc

第九章 铸造工艺方案设计和规程的编制培训要点：通过本章的学习，了解铸造工艺设计的基本方法和工艺规程的主要内容，重点是结合实例的分析，掌握各类铸件的铸造工艺方案的拟定方法 铸造工艺规程是用于指导生产的技术文件，它既是工厂生产技术准备和科学管理的依据，也是铸造工艺技术水平的体现和技术经验的结晶铸造工艺规程编制水平的高低，对铸件质量、生产成本和效率起着关键性的作用 铸造工艺规程编制的主要内容为：拟定铸造工艺方案、设计和绘制铸造工艺图、铸件图、模样和模板图（大量生产的重要铸件还应设计下芯夹具和各种卡板）、芯盒图、砂箱图、铸型装配图、编制和填写工艺卡片等通常，铸造工艺规程编制的繁简程度，可根据工厂条件和任务性质来确定大批生产或重要铸件的工艺规程要详细编制；单件、小批生产的普通铸件的工艺规程可以适当简化铸造工艺设计内容和常规程序见表9-1此外，对于铸件生产流程中有共性的通用生产环节，如砂处理、造型、制芯、熔炼、浇注、清理等可以制定通用性的工艺规程即工艺守则来指导生产表9-1 铸造工艺设计的内容和常规程序项目内 容用途及应用范围设计程序铸造工艺图 在零件图上用规定的红蓝各色工艺符号表示出：分型（模）面、浇注位置、加工余量、收缩率、起模斜度、浇冒口系统、内外冷铁、砂芯形状和数量、芯头大小和配合间隙、铸肋、反变形量、分型负数、工艺补正量等 是制造模样、芯盒等工装，进行生产准备和铸件验收的依据 此图在铸件生产过程中必备1.产品零件图纸的铸造工艺性分析2.选择铸造方法3.确定浇注位置和分型（模）面4.选择工艺参数5.设计浇冒口系统、冷铁、铸肋和附铸试块6.砂芯设计铸件图 主要反映铸件实际形状、尺寸和技术要求。

其内容有：切削余量、工艺余量、铸件尺寸公差、加工基准、热处理规范和验收技术条件等 是铸造生产用图，也是铸件检验的基准图和铸件验收及设计机加工工艺的依据适用于成批、大量生产或重要零件7.将铸造工艺图作依据，画出铸件图模样及模板图 模样及模板的结构、尺寸、形状和材料等模样和浇冒口系统在模板上的安装位置、方法及定位结构等重要铸件还应设计下芯夹具和各种卡板 模样、模板制造和装配的依据8.根据铸造工艺图设计模样、模板图芯盒图 芯盒的结构、尺寸、形状和材料，以及紧固和定位方式等 制造芯盒的依据9.设计芯盒图砂箱图 砂箱的结构、尺寸、材料，紧固和定位方式等 制造砂箱的依据10.根据铸造工艺图所确定的相关参数及要求设计砂箱图（续）项目内 容用途及应用范围设计程序（合型图）铸型装配图 表示铸件浇注位置、砂芯数量、下芯顺序和固定方式，浇冒口和冷铁布置、砂箱结构和大小排气通道和排气方向等 作为生产准备、合型、检验和工艺调整的依据用于成批大量生产、重要或重型铸件11.根据铸造工艺图的相关内容画出合型图铸造工艺卡片 说明造型、制芯、浇注、开箱、清理等工艺操作过程中的具体要求和注意事项等 作为生产和管理的重要依据。

可根据批量大小填写必要的内容12.概括整个工艺设计的主要内容 第一节 铸造工艺方案的确定 一、零件结构的铸造工艺性分析 所谓零件结构的铸造工艺性，通常是指零件本身的结构应符合铸造生产要求和铸造特点零件结构的铸造工艺性好，易于保证铸件质量，简化铸造工艺过程和降低生产成本 在对零件图进行工艺分析时要注意两点：第一，审查零件结构是否符合铸造生产的工艺要求，如发现结构有不合理处，应与有关设计部门进行研究协商，在保证使用性能的前提下予以改进，以便于简化工艺过程，保证铸造质量和降低生产成本；第二，在既定的零件结构条件下，估计到铸造过程中可能出现的主要缺陷，在工艺设计中预先采用相应措施予以防止 对零件的铸造工艺性分析，一般从下述两方面进行 1. 保证铸件质量 零件的某些铸造缺陷，常常和零件结构不合理有关因此，为了保证铸件质量，铸件的结构设计应采用如下措施： （1）铸件应有合理的壁厚 铸件的最小允许壁厚和铸造合金的流动性密切相关铸造合金种类不同，其所能浇注的最小壁厚也不同铸件壁厚太小，易产生浇不足、冷隔、超硬等缺陷 在一般生产条件下，几种常用的铸造合金在砂型铸造时，铸件允许的最小壁厚见表9-2。

表9-2 砂型铸造铸件的最小允许壁厚 （单位：mm）铸件尺寸铸 钢灰 铸 铁球墨铸铁可锻铸铁铝 合 金铜 合 金镁 合 金<200×2006～83～54～62.5～433～5—200×200～500×50010～125～106～125～846～83>500×50015～2510～20--—5～7—— 注：1．如有特殊需要，在改善铸造条件的情况下，铸件最小壁厚可适当减小 2．结构复杂或有耐压要求的铸件，最小壁厚应取上限 由合金的凝固理论可知，过厚的铸件其截面中心易产生缩孔、缩松、晶粒粗大，偏析（球墨铸铁易产生球化衰退现象）等缺陷，导致铸件的力学性能下降 由此可知，各种铸造合金均具有临界壁厚，铸件壁厚超过该临界值以后，铸件的力学性能并不按比例随着铸件壁厚的递增而增加，而是显著地下降因此，铸件设计时不应单纯以增加铸件壁厚来提高铸件强度，而应根据零件受力大小和载荷性质，选择合理的截面形状，如选用“T”字形，“工”字形、槽形和箱形截面，或增设加强肋来增强铸件在实际生产中，砂型铸造各种铸造合金铸件的临界壁厚可按其最小壁厚的三倍来考虑。

图9-1 壁厚的过渡形式a）不合理 b）合理 （2）铸件壁的过渡和连接要合理 厚薄不均的铸件在其壁的过渡和连接处因凝固和冷却速度不一，会产生较大的内应力，热节处易产生缩孔、缩松，连接或过渡处易产生裂纹因此，在设计允许的情况下，铸件壁厚应力求均匀如结构不能变更则在不同壁厚的连接部分应逐渐过渡、防止突变，避免尖角，避免形成大热节点相交壁的连接宜采用圆弧过渡或逐渐过渡的形式，见图9-1 （3）铸件内壁厚度应小于外壁 铸件内壁散热条件差，为使内外壁均匀冷却，减少热应力，防止裂纹等铸造缺陷，通常铸件内壁较外壁应薄10%～20% （4）铸件结构应有利于铸造合金凝固过程中的补缩 不同的铸造合金有不同的凝固收缩特征对于凝固收缩大，易产生集中缩孔的合金，如铸钢、可锻铸铁、高牌号灰铁、黄铜、无锡青铜等倾向于采用定向凝固方式来设计铸件壁厚；对于易产生缩松的合金，如锡青铜、磷青铜，在设计铸件壁厚时常采用同时凝固方式以使缩松区控制在特定的部位；对于收缩较小的合金，如普通灰铸铁则更倾向于采用同时凝固方式设计铸件的壁厚；对于结构复杂的大型铸件，可根据其结构特征和质量要求，分别按定向或同时凝固方式设计铸件壁厚。

（5）铸件结构应有利于防止变形 某些细长件和面积较大的平板件易产生挠曲变形其原因是铸件结构刚性差和铸件各部分冷却速度不同导致收缩速度不一，最终导致铸件变形,故应尽量按同时凝固的原则和采用对称结构进行壁厚设计,见图9-2图9-2 防止变形的铸件结构 图9-3 防止裂纹的铸件结构a）不合理 b）合理 a）不合理 b）合理 （6）铸件结构应防止产生裂纹和减少内应力 由于铸件在凝固过程中要产生线收缩，如果在收缩过程中受到较大的阻力，则易使铸件产生较大的内应力甚至产生裂纹为减少铸造应力，避免裂纹，一些水平壁宜改为斜壁，直轮幅宜改为“S”形轮幅, 整体壁宜改为带窗口的壁，见图9-3 （7）避免水平位置有较大的平面 在浇注过程中，铸型内的金属液上升至水平 位置的大平面时，由于截面扩大，液面升速骤减，平面上部砂型受高温金属液长时间烘烤，极易产生夹砂、浇不足、渣（砂）眼和气孔等缺陷因此，在设计铸件壁结 构时，应尽量采用斜壁、曲面壁，见图9-4 2. 简化工艺过程 铸件结构不仅应保证铸件质量，而且应考虑制模、造型（芯）、下芯、清理等工艺过程操作方便、可靠，在保证质量和使用性能的基础上，尽量简化工艺过程，以提高生产率，降低成本。

一般按下述几方面进行分析：图9-4 避免大平面的铸件结构a）不合理 b）合理图9-5 便于起模的结构a）不合理 b）合理 （1）便于造型起模 应尽量避免铸件侧壁有凹入部分，或与起模方向相反的结构斜度，以免妨碍起模或增加造型难度对铸件侧壁上妨碍起模的凸台、凸缘等要改进其结构，以便于起模，见图9-5 （2）简化制芯操作和减少砂芯数量 铸件内腔结构越复杂，使用的砂芯也越多，此提高了铸造工艺的复杂程度和制造成本，见图9-6其铸件结构经改进设计后，铸造工艺得以简化，减少了砂芯数量，降低了生产成本图9-6 减少砂芯数量的铸件结构a）改进前的结构 b）改进后的结构 （3）简化和减少分型面 简化和减少造型分型面，不但可以减少砂箱用量或简化造型操作，而且大大提高了铸件的尺寸精度,见图9-7 （4）有利于砂芯的安置、固定、排气和清理 为了保证铸件的尺寸精度，防止芯偏和气孔等缺陷，且便于清理，铸件的结构设计应尽量避免使用悬臂砂芯、吊芯和使用芯撑，见图9-8 （5）有利于简化铸造方式 对有些大而复杂的铸件，在保证使用性能的前提下，可采用分体单独铸造后再用螺栓或焊接连成整体的方法，以简化工艺，方便生产；有些小型铸件，如轴类或套类零件，可以采用联体铸造法，以提高生产效率。

图9-7 简化和减少分型的铸件结构 图9-8 有利于砂芯安置、固定、排气和清理的铸件结构 a）改进前的结构 b）改进后的结构 a）不合理 b）合理 二、选择造型（芯）方法和砂型（芯）种类 1. 造型和制芯方法的选择 在砂型铸造中，造型和制芯都是最基本的关键环节，其方法的合理选择至关重要通常，造型和制芯的方法可分为手工和机器两大类 （1）手工造型和制芯法 手工造型和制芯是铸造业中最基本的生产方法由于其工艺装备简单，灵活多样，适应性强，所以在单件或小批生产及新产品试制过程中，尤其在重型和复杂铸件生产中应用广泛 （2）机器造型和制芯法 采用机器造型和制芯生产率高，尺寸精度高，质量稳定，且劳动强度低，但其设备投资大，工艺装备复杂，模具要求高通常，机器造型和制芯主要用于成批大量生产 2. 砂型和砂芯种类的选择 砂型造型的种类主要有湿型、干型、表干型、自硬砂型和铁模覆砂型等；砂芯种类按其粘结剂不同可分为粘土砂芯、水玻璃砂芯、水泥砂芯、树脂砂芯等；按其制芯工艺不同又可分为普通砂芯、自硬砂芯、热芯盒砂芯、冷芯盒砂芯、壳芯砂芯等。

三、选择铸件的浇注位置 铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置浇注位置对铸件的内在质量和造型方式有直接影响因此，在工艺设计时，先要根据铸件结构和技术要求，找出铸件质量要求高的部分（如重要加工面、受力部位等）和容易产生缺陷的部分（如厚大截面、大平面、薄壁处），选择浇注位置时，要将这些部分置于有利位置，以保证铸造质量一般应注意下列原则： （1）铸件的重要加工面、主要受力面应朝下，若不能朝下，可将其侧立或斜置；当铸件有多个加工面时，应将较大的。