工艺技术_铸造工艺方案的确定概述

铸造工艺学 第五章铸造工艺方案的确定 第五章铸造工艺方案的确定 5 1零件结构分析 5 1 1铸件质量对零件结构的要求 1 铸件应有合适的壁厚 表1砂型铸造时铸件最小允许壁厚单位 mm 5 1 1铸件质量对零件结构的要求 5 1 1铸件质量对零件结构的要求 图2 1采用加强肋减小铸件壁厚 a 不合理 b 合理 2 铸件的临界壁厚 5 1 1铸件质量对零件结构的要求 3 铸件结构不应造成严重的收缩阻碍 注意壁厚过渡和圆角 图5 2铸造园角结构的改进 a 不合理 b 合理 4 壁厚力求均匀 减少肥厚部分 防止形成热节 图5 3壁厚力求均匀 a 不合理 b 合理 轮辐及辐板的改进设计 5 1 1铸件质量对零件结构的要求 图5 4均匀壁厚避免形成大热节a 不合理b 合理 5 1 1铸件质量对零件结构的要求 壁厚力求均匀 减少肥厚部分 防止形成热节 图壁厚力求均匀 a 不合理 b 合理 5 1 1铸件质量对零件结构的要求 5 铸件内壁应薄于外壁 表2砂型铸造铸件的内外壁厚相差值 5 1 1铸件质量对零件结构的要求 图5 5铸钢件结构的改进 a 不合理 b 合理 5 1 1铸件质量对零件结构的要求 6 利于补缩和实现顺序凝固 图2 5合金钢壳体结构改进 a 不合理 b 合理 5 1 1铸件质量对零件结构的要求 7 防止铸件翘曲变形 图2 6防止变形的铸件结构 a 不合理 b 合理 5 1 1铸件质量对零件结构的要求 8 避免浇注位置上有水平的大平面结构 图2 7避免水平壁的铸件结构 a 不合理 b 合理 5 1 2零件结构的铸造工艺工艺分析 1 改进妨碍起模的凸台 凸缘和肋板的结构 图5 9外壁内凹的框形件a 不合理b 合理 图5 5改进妨碍起模的铸件结构a 不合理b 合理 5 1 2零件结构的铸造工艺工艺分析 2 取消铸件外表侧凹 图带有外表侧凹的铸件结构之改进 a 不合理 b 合理 5 1 2零件结构的铸造工艺工艺分析 3 改进铸件内腔结构以减少砂芯 图铸件内腔结构的改进 a 不合理 b 合理 5 1 2零件结构的铸造工艺工艺分析 3 改进铸件内腔结构以减少砂芯 3 改进铸件内腔结构以减少砂芯 19 4减少和简化分型面 20 图简化分型面的铸件结构 a 不合理 b 合理 5 1 2零件结构的铸造工艺工艺分析 图改进结构减少分型面 a 不合理 b 合理 5 1 2零件结构的铸造工艺工艺分析 5 有利于砂芯的固定和排气 图撑架结构的改进 a 不合理 b 合理1 轴孔砂芯2 悬臂砂芯 图活塞结构的改进 a 不合理 b 合理 5 1 2零件结构的铸造工艺工艺分析 6 减少清理铸件的工作量 图2 15铸钢箱体结构的改进 a 不合理 b 合理 5 1 2零件结构的铸造工艺工艺分析 7 简化模具的制造 图阀体结构的改进 1 不合理 2 合理 5 1 2零件结构的铸造工艺工艺分析 8 大型复杂件的分体铸造和简单小件的联合铸造 图分体铸造的床身结构 a 整体方案 b 分体方案 5 1 2零件结构的铸造工艺工艺分析 8 大型复杂件的分体铸造和简单小件的联合铸造 图铸焊结构的轧钢机架 5 2铸造工艺方案分析 5 2 1造型 造芯方法的选择 1 优先采用湿型 在考虑应用湿型时应注意以下情况 铸件过高 金属静压力超过湿型的抗压强度时 应考虑使用干砂型或自硬砂型等 浇注位置上铸件有较大水平壁时 用湿型容易引起夹砂缺陷 应考虑使用其他砂型 造型过程长或需长时间等待浇注的砂型不宜用湿型 湿型放置过久会风干 使表面强度降低 易出现冲砂缺陷 因此 湿型一般应在当天浇注 如需次日浇注 应将造好的上 下半型空合箱 防止水分散失 于次日浇注前开箱 下芯 再合箱浇注 更长的过程应考虑用其他砂型 型内放置冷铁较多时 应避免使用湿型 如果湿型内有冷铁时 冷铁应事先预热 放入型内要及时合箱浇注 以免冷铁生锈或变冷二凝结 水珠 浇注后引起气孔缺陷 5 2 1造型 造芯方法的选择 2 造型 造芯方法应和生产批量相适应 大量生产的工厂应创造条件采用技术先进的造型 造芯方法 老式的震击式或震压式造型机生产线生产率不够高 工人劳动强度大 噪声大 不适应大量生产的要求 应逐步加以改造 对于小型铸件 可以采用水平分型或垂直分型的无箱高压造型机生产线 实型造型线生产效率又高 占地面积也少 对于中件可选用各种有箱高压造型机生产线 气冲造型线 为适应快速 高精度造型生产线的要求 可选用冷芯盒 热芯盒及壳芯等造芯方法 中等批量的大型铸件可以考虑应用树脂自硬砂造型和造芯 抛砂造型等 单件小批生产的重型铸件 手工造型仍是重要的方法 手工造型能适应各种复杂的要求 比较灵活 不要求很多工艺装备 可以应用水玻璃砂型 VRH法水玻璃砂型 有机酯水玻璃自硬砂型 黏土干型 树脂自硬砂型及水泥砂型等 对于单件生产的重型铸件 采用地坑造型法成本低 投产快 批量生产或长期生产的定型产品采用多箱造型 劈箱造型法比较适宜 虽然模具 砂箱等开始投资高 但可从节约造型工时 提高产品质量方面得到补偿 5 2 1造型 造芯方法的选择 3 造型方法应适合工厂条件 如有的工厂生产大型机床床身等铸件 多采用组芯造型法 着重考虑设计 制造芯盒的通用化问题 不制作模样和砂箱 在地坑中组芯 而另外的工厂则采用砂箱造型法 制作模样 不同的工厂生产条件 生产习惯 所积累的经验各不一样 如果车间内有吊车的吨位小 烘干炉也小 而需要制作大件时 用组芯造型法是行之有效的 每个铸工车间只有很少的几种造型 造芯方法 所选择的方法应切合现场实际条件 5 2 1造型 造芯方法的选择 4 要兼顾铸件的精度要求和成本 各种造型 造芯方法所获得的铸件精度不同 初投资和生产率也不一致 最终的经济效率也有差异 因此 要做到多 快 好 省 就应当兼顾到各个方面 应对所选用的造型方法进行初步的成本估算 以确定经济效率高又能保证铸件要求的造型 造芯方法 5 2 1造型 造芯方法的选择 5 常用造型制芯方法及其特点 1 按铸型的种类分 有粘土湿型 粘土干型 粘土表干型 水玻璃砂型 有机树脂砂型等 其特点和主要应用场合见表表常用造型方法特点和应用 5 2 1造型 造芯方法的选择 2 按紧实方式分 有手工造型和机器造型两大类 手工造型是传统的铸造工艺方法 以前仅限于粘土砂造型 现在已经发展到树脂砂 水玻璃砂等新型铸造型砂的造型 是单件小批量铸造生产不可或缺的造型手段 具体见表 表手工造型分类 5 2 1造型 造芯方法的选择 3 有机树脂砂和水玻璃砂造型 制芯工艺 树脂砂和水玻璃砂是除了粘土砂之外 在铸造工艺中应用最为广泛的另外两大型砂类别 是铸造工艺和造型材料的两大进步 有效提高了铸件的尺寸精度和内部质量 大大提高了铸件生产率 表2 6和2 7是树脂砂和水玻璃砂的具体特点和应用范围 5 2 1造型 造芯方法的选择 表5 6树脂砂造型特点 5 2 1造型 造芯方法的选择 4 无粘结剂砂造型工艺 无粘结剂造型工艺有负压消失模铸造和V法铸造 它们和有粘结剂的砂型相比具有一些独特的优点 本书第6章专门讲述消失模铸造工艺的特点和工艺设计规范 V法铸造也有专门的书籍描述 表2 8是大量生产条件下粘土砂和消失模铸造工艺 V法铸造的比较 5 制芯方法制芯方法有手工制芯和机器制芯 具体见表2 9 2 10 2 11 5 2 1造型 造芯方法的选择 粘土砂铸造和无粘结剂砂铸造工艺特点比较 5 2 1造型 造芯方法的选择 表2 9机器制芯方法 5 2 1造型 造芯方法的选择 表手工制芯方法 5 2 1造型 造芯方法的选择 表2 11根据砂芯固化特点分类的制芯方法 5 2 2浇注位置的选择 铸件的浇注位置 pouringpositionofcasting 是指浇注时铸件在铸型中的位置 须制定出几种方案加以分析 对比 择优选用 浇注位置与造型 合箱 位置 铸件冷却位置可以不同 生产中常以浇注时分型面是处于水平 垂直或倾斜位置 分别称为水平浇注 垂直浇注和倾斜浇注 但这不代表铸件的浇注位置的涵义 浇注位置一般于选择造型方法之后确定 先确定出铸件上品质要求高的部位 如重要加工面 受力较大的部位 承受压力的部位等 结合生产条件估计主要废品倾向和容易发生缺陷的部位 如厚大部位容易出现收缩缺陷 大平面上容易产生jiasha结疤 薄壁部位容易发生浇不到 冷隔 薄厚相差悬殊的部位应力集中 容易发生裂纹等 这样在确定浇注位置时 就应使重要部位处于有利的状态 并针对容易出现的缺陷 采取相应的工艺措施予以防止 5 2 2浇注位置的选择 1 铸件的重要部位 重要加工面应朝下或呈直立状态 各种机床床身的导轨面是关键表面 不允许有砂眼 气孔 渣孔 裂纹和缩松等缺陷 而且要求组织致密 均匀 以保证硬度值在规定范围内 因此 尽管导轨面比较肥厚 对于灰铸件而言 床身的最佳浇注位置是导轨面朝下 如图5 19所示 圆锥齿轮铸件的齿坯部分质量要求较高 因此其齿坯表面应朝下 如图5 20所示 而圆筒零件 内外表面要求较高 一般采用立浇 如图5 21所示 5 2 2浇注位置的选择 1 铸件的重要部位 重要加工面应朝下或呈直立状态 图5 19车床床身的浇注 图5 21圆筒类铸件的浇注位置 图5 20圆锥齿轮铸件的浇注位置 a 正确的 b 不正确 5 2 2浇注位置的选择 2 使铸件的大平面应朝下 图平板铸件 铸件大平面朝下既可避免气孔和夹渣 又可以防止在大平面上形成砂眼缺陷 在图中 如果将铸件的平面朝上 操作上也有其方便之外 如铸件全部在下型 上型是平的又没有吊砂 但铸件平面部分的质量难以保证 因此 应选用铸件平面朝下的方案 而浇注时可采用倾斜浇注的方法 5 2 2浇注位置的选择 3 应保证铸件能充满 图5 23曲轴箱的浇注位置 a 不正确 b 正确 较大而壁薄的铸件部分应朝下 侧立 或倾斜以保证金属液的充填 浇柱薄壁件时要求金属液到达薄壁处所经过的路程或所需的时间愈短愈好 使金属液在静压力的作用下平稳地充填好铸型的各部分 如5 23所示为曲轴箱的浇注位置 图车床切削盘浇注位置a 不合理b c 合理 5 2 2浇注位置的选择 4 应有利于铸件的补缩 图5 24排链轮铸钢件的正确浇注位置 对于因合金体收缩率大或铸件结构厚薄不均匀而易于出现缩孔 缩松的铸件 浇注位置的选择应优先考虑实现顺序凝固的条件 要便于安放冒口和发挥冒口的补缩作用 厚大部分尽可能安放在上部位置 而对于中 下位置的局部厚大处采用冷铁或侧冒口等工艺措施解决其补缩问题 双排链轮铸钢件的正确浇注位置如图2 24所示 5 2 2浇注位置的选择 5 避免用吊砂 吊芯或悬臂式砂芯 便于下芯 合箱及检验 图5 25便于合箱的浇注位置 a 不合理 b 合理 应尽量少用或不用砂芯 若需要使用砂芯时 应注意保证砂芯定位稳固 排气通畅和下芯及检验方便应尽量避免用吊砂 吊芯或悬臂式砂芯 经验表明 吊砂在合型 浇注时容易塌箱 向上半型上安放吊芯很不方便 悬臂砂芯不稳固 在金属浮力作用下易偏斜 故应尽力避免 此外要照顾到下芯 合型和检验的方便 如图5 25所示 5 2 2浇注位置的选择 6 应使合箱位置 浇注位置和铸件冷却位置相一致 这样可避免在合箱后或于浇注后再次翻转铸型 翻转铸型不仅劳动量大 而且易引起砂芯移动 掉砂 甚至跑火等缺陷 只在个别情况下 如单件 小批量生产较大的球墨铸铁曲轴时 为了造型方便和加强冒口的补缩效果 常采用横浇竖冷方案 在浇注后将铸型竖立起来 壤冒口在最上端进行补缩 当浇注位置和冷却位置不一致时 应在铸造工艺图上注明 此外 应注意浇注位置 冷却位置与生产批量密切相关 同一个铸件 例如 球铁曲轴 在单件小批量生产的条件下 采用横浇竖冷是合理的 而当大批量生产时 则应采用造型 合箱 浇注和冷却位置相一致的卧浇 卧冷方案 5 2 3分型面的选择 分型面 partingplan 是指两半铸型相互接触的表面 除了地面软床造型 明浇的小件和实型铸造法以外 都要选择分型面 选择分型面时 应注意做到 四少两便 即 少用砂芯 少用活块 少用三箱 少用分型面 便于清理 便于合箱 5 2 3分型面的选择 如图5 26为某牌汽车后轮毂的铸造方案 加工内孔时以 350mm的外圆周定位 基准面 如图5 27为管子堵头的分型方案 铸件加工时 以四方头中心线为定位基准 加工外圆螺纹 1 应使铸件全部或大部置于同一半型内 图5 26后轮毂的分型方案 图5 27管子堵头分型方案 a 合理 b 不合理 5 2 3分型面的选择 机器造型的中小件 一般只许可一个分型面 以便充分发挥造型机的生产率 凡不能出砂的部位均采用砂芯 而不允许用活块或多分型面 如图2 28 a 如图2 28 b 所示 采用两个分型面 但单件生产的手工造型是合理的 因为能省去一个大芯盒的花费 2 应尽量减少分型面的数目 图5 28确定分型面数目的实例 a 用于机器造型 b 用于手工造型 53 5 3分型面的选择 平直分型面可简化造型过程和模底板制造 易于保证铸件精度 如图2 29 b 机器造型中 铸件形状需采用不平分型面 应尽量选用规则的曲面 如圆柱面 如图2 30 或折面 3 分型面应尽量选用平面 图5 29起重臂的分型面 图5 30曲面分型面 5 2 3分型面的选择 平直分型面可简化造型过程和模底板制造 易于保证铸件精度 如图2 29 b 机器造型中 铸件形状需采用不平分型面 应尽量选用规则的曲面 如圆柱面 如图5 30 或折面 3 分型面应尽量选用平面 图5 29起重臂的分型面 图5 30曲面分型面 5 2 3分型面的选择 在手工造型中 模样及芯盒尺寸