第二篇第3-4章 铸件结构设计、特种铸造

1、第三章第三章 铸件结构设计铸件结构设计 第三章第三章 铸件结构设计铸件结构设计本章重点内容：本章重点内容：一、砂型铸造工艺对铸件结构设计的要求一、砂型铸造工艺对铸件结构设计的要求二、合金铸造性能对铸件结构工艺性的要求二、合金铸造性能对铸件结构工艺性的要求铸造工艺设计是依据铸件的技术要求、结构特点、铸造工艺设计是依据铸件的技术要求、结构特点、生产批量及生产条件确定铸造工艺方案和工艺参生产批量及生产条件确定铸造工艺方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等。工艺设计数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等。工艺设计是生产准备、管理、验收的依据，对保证铸件质是生产准备、管理、验收的依据，对保证铸件质量，提

2、高生产率，降低成本有重要意义。量，提高生产率，降低成本有重要意义。一、铸造工艺设计的依据一、铸造工艺设计的依据1、生产任务和技术要求、生产任务和技术要求（1）审查零件图）审查零件图（2）零件的技术要求）零件的技术要求 （3）生产类型及生产期限）生产类型及生产期限2、车间生产条件、车间生产条件（1）设备状况）设备状况（2）车间原材料的供应情况）车间原材料的供应情况（3）工人的技术水平和生产条件）工人的技术水平和生产条件（4）模具及工装车间的加工能力及生产经验）模具及工装车间的加工能力及生产经验3、设计的经济性、设计的经济性二、铸造工艺设计的内容二、铸造工艺设计的内容1、铸造工艺图：、铸造工艺图：

3、用各种符号在零件上表明铸造工艺用各种符号在零件上表明铸造工艺方案。如浇注位置、分型面、余量、斜度、收缩率、方案。如浇注位置、分型面、余量、斜度、收缩率、浇注系统、冒口、冷铁等。浇注系统、冒口、冷铁等。2、铸造工艺卡：、铸造工艺卡：说明造型、造芯、浇注、清理工艺说明造型、造芯、浇注、清理工艺过程及要求的文件。过程及要求的文件。3、合箱图：、合箱图：表示铸件在砂箱中的位置、型芯的安装，表示铸件在砂箱中的位置、型芯的安装，浇冒口与冷铁的安放、砂箱的结构与大小。浇冒口与冷铁的安放、砂箱的结构与大小。三、铸造工艺设计的程序三、铸造工艺设计的程序1、对零件图的技术要求及结构工艺性进行分析，、对零件图的技术

4、要求及结构工艺性进行分析，有不当有不当 之处应提出改进意见。之处应提出改进意见。2、选择铸造及造型方法。、选择铸造及造型方法。3、确定浇注位置及分型面。、确定浇注位置及分型面。4、选用工艺参数。、选用工艺参数。5、设计浇冒口、冷铁。、设计浇冒口、冷铁。6、砂芯设计。、砂芯设计。1 砂型铸造工艺对铸件结构设计的要求砂型铸造工艺对铸件结构设计的要求 一、铸造工艺对铸件结构的要求一、铸造工艺对铸件结构的要求( (一一) )铸件的外形铸件的外形: :1 1、尽量避免外表面侧凹、尽量避免外表面侧凹2 2、铸件要尽量减少分型面数量、铸件要尽量减少分型面数量3 3、尽量使分型面为平直分型面、尽量使分型面为平

5、直分型面(a)(b)图 3.4-1 端盖铸件4 4、铸件形状应尽量简单，避免使用活块。、铸件形状应尽量简单，避免使用活块。5 5、铸件应避免过大的水平面、铸件应避免过大的水平面 避免过大水平面，受阻收缩和翘曲变形避免过大水平面，受阻收缩和翘曲变形a) 改进前结构b) 改进后结构罩盖铸件6 6、铸件上应有结构斜度、铸件上应有结构斜度a)b)a)b)结构斜度（二）铸件的内腔（二）铸件的内腔1 1、铸件结构应少用或不用型芯、铸件结构应少用或不用型芯 a)a)改进前结构改进前结构b)b)改进后结构改进后结构图 3.4-3 轴承支架a)b)2 2、铸件结构应有利于型芯的固定、排气和清理。、铸件结构应有利

6、于型芯的固定、排气和清理。(a)改进前的结构(b)改进后的结构轴承座的结构(a)改进前的结构(b)改进后的结构轴承支架的结构上下活塞结构的改进活塞结构的改进a)不合理型芯不便固定b)合理上下bAbBB2 合金铸造性能对铸件结构的要求合金铸造性能对铸件结构的要求1 1、铸件壁厚应合理、铸件壁厚应合理2 2、铸件壁厚应尽可能均匀，避免厚大截面、铸件壁厚应尽可能均匀，避免厚大截面AAAAAa）BBBBb）顶盖的设计3、铸件壁的联接、铸件壁的联接铸件的结构圆角铸件的结构圆角、铸件壁应避免交叉和锐角连接。改过后的交错接头或环状接头，其热节均较小，且可通改过后的交错接头或环状接头，其热节均较小，且可通过微

7、量变形来缓解内应力，抗裂性能均较好。过微量变形来缓解内应力，抗裂性能均较好。4 4、避免铸件收缩受阻、避免铸件收缩受阻a)b)c)图3.4-15 轮辐的设计a)偶数轮辐nob)弯曲轮辐 c)奇数轮辐5 5、铸件防裂筋的应用、铸件防裂筋的应用 易裂处增设以防热裂，厚度为联结壁易裂处增设以防热裂，厚度为联结壁厚的厚的1/4-1/31/4-1/3，防裂筋的应用第五章第五章 特种铸造特种铸造由于铸造是提供毛坯的主要工艺 ，精密铸造就意味着毛坯组织致密、表面光洁，和尺寸精度高，可达到少、无切削加工和直接成形。除砂型铸造以外的铸造方法统称特种铸造。熔模铸造金属型铸造压力铸造离心铸造消失模铸造熔模铸造熔模铸

8、造-用易熔材料制成模样用易熔材料制成模样,然后用造型材料将其包住然后用造型材料将其包住,经过硬化经过硬化,再将模样熔失再将模样熔失,从而获得无分型面的铸型从而获得无分型面的铸型. 工艺过程：工艺过程：蜡模制作、型壳制造、焙烧浇注三个阶段型壳制造、焙烧浇注三个阶段熔模铸造的特点和应用熔模铸造的特点和应用 1 1铸造精度铸造精度, ,光洁度高光洁度高, ,且可浇注形状复杂的件且可浇注形状复杂的件 2 2能铸造各种合金能铸造各种合金( (型壳是高级耐火材料型壳是高级耐火材料) ) 3 3单件单件, ,小批小批, ,大批量生产均可大批量生产均可 4 4少少 无切削加工无切削加工(Ra3.21.6um)

9、(Ra3.21.6um) 5 5材料贵材料贵, ,工艺过程繁杂工艺过程繁杂, ,生产周期长生产周期长. .应用应用: 使用高熔点合金精密铸件的成批使用高熔点合金精密铸件的成批, ,大大量生产量生产, ,形状复杂形状复杂, ,难以切削加工的小零件难以切削加工的小零件. . 如如: :汽轮机叶片汽轮机叶片, ,工艺品工艺品金属型铸造金属型铸造金属型铸造金属型铸造-在重力作用下将液体金属浇入金属铸型以获得铸在重力作用下将液体金属浇入金属铸型以获得铸件的方法。件的方法。金属型的材料一般采用铸铁，要求较高时，可选用碳钢或低合金属型的材料一般采用铸铁，要求较高时，可选用碳钢或低合金钢。铸件的内腔可用金属型

10、芯或砂芯得到，薄壁复杂件金钢。铸件的内腔可用金属型芯或砂芯得到，薄壁复杂件或黑色金属件，多采用砂芯，而形状简单件或非铁金属件，或黑色金属件，多采用砂芯，而形状简单件或非铁金属件，多采用金属型芯。多采用金属型芯。金属型的结构：水平分型式、垂直分型式及复合分型式等。金属型的结构：水平分型式、垂直分型式及复合分型式等。结构特点：结构特点：结构斜度比砂型铸件大，壁厚均匀。结构斜度比砂型铸件大，壁厚均匀。 铸件最小壁厚的限制为：铸件最小壁厚的限制为： 铝硅合金为铝硅合金为24mm， 铝镁合金铝镁合金35mm， 铸铁铸铁2.54mm.（金属型无退让性和溃散性，铸件结构要保证能顺利（金属型无退让性和溃散性，

11、铸件结构要保证能顺利出型）出型）铸造工艺铸造工艺 1、金属型预热、金属型预热 金属型应保持一定的工作温度金属型应保持一定的工作温度.具有良好的充型条具有良好的充型条件和一定的激冷作用件和一定的激冷作用.1) 喷刷涂料前预热喷刷涂料前预热.保证涂料层致密保证涂料层致密, 均匀均匀. 合金铸合金铸铁铁80150; 铸钢铸钢100250. 2) 浇注前预热降低冷却速度浇注前预热降低冷却速度,防白口防白口.（未预热的金属型导热性好，使金属液降温过快，易（未预热的金属型导热性好，使金属液降温过快，易出现冷隔、浇不足、夹杂和气孔缺陷。同时铸型出现冷隔、浇不足、夹杂和气孔缺陷。同时铸型本身受到强烈热冲击，应

12、力倍增，极易损坏。不本身受到强烈热冲击，应力倍增，极易损坏。不能低于能低于150度）度） 2 、喷刷涂料、喷刷涂料1) 利用利用涂料层的厚度改变铸件各部分冷却速度，涂料层的厚度改变铸件各部分冷却速度，减缓冷却速度减缓冷却速度,防白口防白口 2) 保护型壁表面保护型壁表面 防高温液体对铸型直接冲蚀和热击防高温液体对铸型直接冲蚀和热击 3) 有一定蓄气有一定蓄气,排气能力排气能力,防气孔防气孔. 铸铸 铁铁石墨粉涂料石墨粉涂料,炭墨涂料炭墨涂料; （耐火粘土（耐火粘土滑石粉、石墨和水）滑石粉、石墨和水） 铝合金铝合金氧化锌涂料氧化锌涂料,滑石粉滑石粉3 、浇注、浇注 合理浇注温度合理浇注温度: 导

13、热快导热快,t浇浇 比砂型高比砂型高2035 4 、适宜出型时间、适宜出型时间 收缩快收缩快出型难出型难 冷速大冷速大白口白口 三特点三特点1 1、多次浇注、多次浇注, ,节约工时、省型砂节约工时、省型砂, ,提高生产率提高生产率2 2、改善劳动条件、改善劳动条件3 3、铸件的精度和表面质量较高、铸件的精度和表面质量较高. .尺寸公差等级尺寸公差等级IT12IT14,Ra6.3m IT12IT14,Ra6.3m 4 4、金属型铸件冷却快，组织致密、金属型铸件冷却快，组织致密, ,机械性能高机械性能高5 5、浇冒口尺寸小、浇冒口尺寸小, ,液体金属耗量减少液体金属耗量减少, ,可节约可节约15%

14、30% 15%30% 6 6、成本高、成本高, ,周期长周期长, ,工艺要求严工艺要求严, ,易出现白口易出现白口, ,多用于生产有色金属多用于生产有色金属7 7、不透气、无退让性。所以要求严格的铸造工艺、不透气、无退让性。所以要求严格的铸造工艺, ,否则易产生否则易产生 浇不足浇不足, ,、冷隔、裂纹等缺陷、冷隔、裂纹等缺陷. .应用：应用：主要适用于有色合金铸件的大批量生产主要适用于有色合金铸件的大批量生产, ,如铝活塞、如铝活塞、 气缸盖、油泵壳体、铜瓦、衬套等气缸盖、油泵壳体、铜瓦、衬套等 压力铸造压力铸造-液态金属或半液态金属加压注入到精密的金属铸型液态金属或半液态金属加压注入到精密

15、的金属铸型内的一种铸造方法内的一种铸造方法.高压下高压下(5500MPa)快速快速(0.0010.2)将液态或半液态合金压入将液态或半液态合金压入金属铸型中金属铸型中,并在压力下结晶并在压力下结晶. 分类分类:按压射部分按压射部分的特征分为的特征分为热压室热压室冷压室式冷压室式二特点二特点 1、精度、精度,表面质量表面质量 最小铸孔直径最小铸孔直径 0.7mm2、可压铸形状复杂的薄壁件、可压铸形状复杂的薄壁件.(高压高压 冲型冲型)3、铸件强、铸件强,硬硬 (压力下结晶致密压力下结晶致密)4 、生产率、生产率 易自动化易自动化5、投资大、投资大,适于批量适于批量6、种类受限、种类受限,不宜压铸

16、高熔点合金不宜压铸高熔点合金7、压速高、压速高,易形成气孔易形成气孔8、不宜热处理、不宜热处理应用应用:汽车汽车 仪表行业仪表行业,广泛应用广泛应用. 低压铸造低压铸造-用较低的压力将金属液由铸型底部注用较低的压力将金属液由铸型底部注 入型腔入型腔,并并在压力下凝固以获得铸件的方法在压力下凝固以获得铸件的方法. 由于所用压力较低由于所用压力较低(一般为此一般为此0.020.06MPa) ,故称低压铸造故称低压铸造. 1.低压铸造的工艺过程低压铸造的工艺过程(1)准备合金液和铸型准备合金液和铸型 (2)升液、浇注升液、浇注 (3)增压、凝固增压、凝固(4)减压、降液减压、降液 (5)开型取出铸件

17、开型取出铸件.2.低压铸造的特点及应用低压铸造的特点及应用(1)底注充型底注充型,平稳且易控制平稳且易控制,减少金属液注入型腔时的冲击、减少金属液注入型腔时的冲击、飞溅飞溅,提高产品合格率提高产品合格率.(2)金属液上升速度和结晶压力可调整金属液上升速度和结晶压力可调整,低压铸造适用于各种低压铸造适用于各种铸型铸型 、各种合金及各种大小的铸件、各种合金及各种大小的铸件.(3)浇注系统简单浇注系统简单,金属利用率高金属利用率高.(4)与重力铸造与重力铸造(砂型砂型 、金属型、金属型)相比相比,铸件的轮廓清析铸件的轮廓清析,力学性力学性能较高能较高,劳动条件改善劳动条件改善,易于机械化和自动化易于

18、机械化和自动化.离心铸造离心铸造-将液态合金浇入高速旋转将液态合金浇入高速旋转(2501500r/min)的铸的铸型中型中,使金属液在离心力作用下填充铸型并结晶的铸造方法。使金属液在离心力作用下填充铸型并结晶的铸造方法。离心铸造的特点离心铸造的特点: 优点优点:1.利用自由表面生产圆筒形铸件时利用自由表面生产圆筒形铸件时,可省去型芯和浇注系统可省去型芯和浇注系统.降低成本降低成本.2.在离心力的作用下在离心力的作用下,铸件呈由外向内的顺序凝固铸件呈由外向内的顺序凝固,而气体和熔密度小而气体和熔密度小,集集中在内腔表面，故铸件组织致密中在内腔表面，故铸件组织致密,极少存有缩孔、气孔、夹渣等缺陷。极少存有缩孔、气孔、夹渣等缺陷。3. 便于流动性差的合金及薄件的生产便于流动性差的合金及薄件的生产.缺点缺点:1.依靠自由表面所形成的内孔尺寸偏差大而内表面粗糙依靠自由表面所形成的内孔尺寸偏差大而内表面粗糙2.不适于铸造比重偏析大的合金及轻合金不适于铸造比重偏析大的合金及轻合金