铸件结构与工艺设计(材料成型工艺基础)

1、第四章铸件构造与工艺设计铸件构造设计砂型铸造工艺设计铸造工艺设计实例.第一节 铸件构造设计铸件构造不仅会直接影响到铸件的力学性能、尺寸精度、分量要求和其它运用性能，同时，对铸造消费过程也有很大影响。所谓铸造工艺性良好的铸件构造，应该是铸件的运用性能容易保证，消费过程及所运用的工艺配备简单，消费本钱低。铸件构造要素与铸造合金的种类、铸件的大小、铸造方法及消费条件亲密相关。.一、铸件壁厚的设计在确定铸件壁厚时，首先要保证铸件到达所要求的强度和刚度，同时还必需从合金的铸造性能的可行性来思索，以防止铸件产生某些铸造缺陷。.1合理设计铸件壁厚铸件的最小壁厚在各种工艺条件下，铸造合金能充溢型腔的最小厚度，

2、称为铸件的最小壁厚。铸件的最小壁厚主要取决于合金种类、铸件大小及外形等要素。铸件的临界壁厚在铸造厚壁铸件时，容易产生缩孔、缩松、结晶组织粗大等缺陷，从而使铸件的力学性能下降。各种铸造合金都存在一个临界壁厚。在最小壁厚和临界壁厚之间就是适宜的铸件壁厚。在砂型铸造条件下，各种铸造合金的临界壁厚约等于其最小壁厚的三倍。.砂型铸造条件下几种合金铸件的最小壁厚铸件尺寸/mmmm铸钢灰口铸铁球墨铸铁可锻铸铁铝合金铜合金 20020085 66533 5200200 50050010 1261012846 850050015 2015 2015 2010 12610 12.2铸件壁厚应均匀、防止厚大截面铸件

3、壁过厚容易使铸件内部晶粒粗大，并产生缩孔、缩松等缺陷，应尽量减小铸件壁厚并使其均匀。.二、铸件壁的衔接铸件的构造圆角防止锐角衔接厚壁与薄壁间的联接要逐渐过渡缓解收缩应力如减缓肋、辐收缩的妨碍防止过大程度面的设计.不同转角处的热节.锐角的衔接.轮辐的设计.肋的几种布置方式a)不合理；b)合理.薄壁罩壳构造a)薄壁程度面；b)薄壁斜面.三、铸件外形的设计铸件的外形应便于起模，简化外型工艺。零件上的凸台、筋、凹面、外圆角等构造经常直接影响铸件的起模。在能够的情况下，应给铸件的非加工外表设计构造斜度，便于起模。普通铸件高度愈小，斜度愈大，通常在13范围内。.合理布置加强筋.防止活块 简化操作.四、铸件

4、内腔的设计良好的内腔设计，既可减少型芯数量，又利于型芯的固定、排气和清理，因此可防止偏芯、气孔等缺陷的产生，并简化外型工艺，降低本钱。.1.减少型芯数量，防止不用要的型芯悬壁支架.内腔的两种设计.2.便于型芯的固定、排气和铸件的清理轴承架铸件的构造改良.水套铸件的构造改良.五、铸件构造设计应思索的其它要素铸件构造应思索成形工艺的特殊性压铸件的设计：应尽量消除侧凹和深腔，在无法防止时，至少应便于抽芯，以便压铸件能从铸型中顺利取出。熔模铸件的设计：为便于浸渍涂料和撤砂，孔、槽不宜过小或过深。熔模铸件应尽量防止有大平面，为防止变形，可在大平面上设工艺孔或工艺肋，以添加型壳刚度。.压铸便于取出铸件的设

5、计.熔模铸件平面上的工艺孔和工艺肋.2.铸件的组合设计铸钢底座的铸焊因工艺的局限而无法整铸的构造，应采用组合设计。.组合床身铸件. a)砂型铸件改为b)组合压铸件.第二节 砂型铸造工艺设计砂型铸造工艺详细设计内容包括：选择铸件的浇注位置和分型面；确定工艺参数(机械加工余量、起模斜度、铸造圆角、收缩量等)；确定型芯的数量、芯头外形及尺寸；确定浇冒口、冷铁等的外形、尺寸及在铸型中的布置等。然后将工艺设计的内容(工艺方案)用工艺符号或文字在零件图上表示出来，即构成了铸造工艺图。.衬套零件的铸造工艺图.绘制的图样A.铸造工艺图： 利用各种的工艺符号，把制造模型和铸型所需的资料直接绘在零件图上所得到的图

6、样。 即表示铸型浇注位置、分型面、浇冒口系统、工艺参数、型芯构造尺寸、控制凝固措施等的图样。.B. 铸件图：又称毛坯图 是反映铸件实践外形、尺寸和技术要求的图样，也是铸造消费、铸件检验与验收的主要根据。C.铸型装配图: 表示合型后铸型各组元之间装配关系的工艺图。 包括：浇注位置、型芯、浇冒口系统和冷铁布置及砂箱构造和尺寸等。.一 浇注位置与分型面的选择1.浇注位置的选择浇注时铸件在铸型中所处的空间位置，称为铸件的浇注位置。铸件的重要加工面或主要任务面应处于底面或侧面，以防止出现气孔、砂眼、缩孔、缩松等铸造缺陷。如锥齿轮铸件，其轮齿部位是重要加工面和主要任务面，应朝下。 .铸件的大平面应尽能够朝

7、下或采用倾斜浇注以防止产生夹砂、夹渣、气孔等缺陷。.铸件的薄壁部分应放在铸型的下部或侧面以免产生浇不到、冷隔等铸造缺陷。.对于收缩大的铸件，为利于设置冒口进展补缩，厚实部位应置于上方。在这种情况下，能够会使重要加工面或主要任务面朝上。经过加大加工余量来保证质量。.2.分型面的选择分型面应选择在最大截面处，保证模型能顺利从铸型中取出.应尽量使铸件的全部或大部置于同一砂箱，以保证铸件的尺寸精度铸件的机加工面和基准面应尽量放在同一砂箱中。即铸件上的机械加工面以及机械加工和尺寸检查时用于定位和装夹基准的外表应尽量放在同一砂箱中，以保证铸件的加工精度。铸件加工时，以四方头中心线为定位基准，加工外螺纹管子

8、堵头分型方案.应尽量减少分型面数量，并力求采用平面作为分型面以减少砂箱数，简化外型工艺。上下弯曲件分型方案绳轮件分型方案.尽量使型腔、主要型芯应尽量放在下半铸型中以利于下芯、合型和检查型腔尺寸。机床支柱分型方案方案II的型腔及型芯大部分位于下箱，上型腔浅，且外形简单，有利于合箱。因此，方案II合理。.二 铸造工艺参数的选定鉴于机械加工和铸造工艺的需求，对零件和工装的尺寸应作必要的改动。铸造工艺参数铸件尺寸公差收缩率起模斜度芯头和芯座机械加工余量. 1.铸件尺寸公差 即允许的铸件尺寸变动量。 尺寸精度从CT1CT16，分为16个等级， CT1精度最高。 普通：用粘土砂手工外型时， 单件、小批量消

9、费为CT13 CT15级； 大批量为CT11CT14级。.2.机械加工余量(RMA)在铸件加工外表上留出的、预备切削去除的金属层厚度，称为机械加工余量。机械加工余量过大：切削加工任务量大，浪费金属资料；过小：易使零件报废。等级：分为10级：A、B、J、K级，加工余量值依次增大。(上面侧面底面)影响要素：合金种类、铸件的尺寸大小、消费批量、消费方法、加工面与基准面间隔等。.3.铸件线收缩率 (1)定义： 指铸件从线收缩开场温度冷却至室温时，线尺寸的相对收缩量。 (2选取：大件、重要件不同部位可选取不同的收缩率；普通件可选取同一收缩率。 .4. 起模斜度(1定义：为了起模方便，在平行于起模方向的侧

10、壁 加放的一定斜度。(2选取：对同一件，尽能够选用同一同模斜度； 立壁愈高，斜度应越小； 内壁的斜度值应大于外壁； 机器外型比手工外型斜度小； 金属模比木模斜度小。.(3方式：a添加壁厚；b加减壁厚；c减少壁厚。 .5.最小铸出孔与槽(1)不铸出： 铸件较小的孔、槽，尤其是位置精度要求高的孔、槽不用铸出。 单件小批：直径或边长 30不铸； 大批：直径或边长4的深孔均不铸。(2)铸出：不需加工的孔、槽，普通要铸出。查表.6. 芯头和芯座1芯头：砂芯伸出铸件外面不与金属液接触的部分。2芯座：由芯头的容貌在铸型中所构成的空腔。3作用：定位、固定、排气及清砂。.车轮铸件的砂芯个数.复杂内腔的砂芯分块.

11、悬臂型芯及扁担型芯.型芯头的构造.三 浇冒口系统一)浇注系统浇注系统是引导金属液进入铸型型腔的一系列通道的总称。合理地设置浇注系统，能防止铸造缺陷的产生。对浇注系统普通有以下要求：1)使金属液平稳、延续、均匀地流入铸型，防止对砂型和型芯的冲击。2)防止溶渣、砂粒或其它杂质进入铸型。3)调理铸件各部分的温度分布，控制冷却和凝固的顺序，防止缩孔、纺松及裂纹的产生。规范的浇注系统应放在分型面处，并朝向上箱。.1浇注系统的组成及作用根本组元有：浇口杯(又称外浇口)、直浇道、横浇道和内浇道。.各组元作用浇口杯：接受金属液的冲击和分别熔渣，防止金属液对砂型的直接冲击。直浇道：一个圆锥形的垂直通道，利用它的

12、高度所产生的静压力，可以控制金属液流入铸型的速度并提高充型才干。横浇道：主要起挡渣作用，金属液在横浇道内速度减缓，熔渣及气体能充分上浮而不进入铸型。内浇道：把金属液直接引入铸型的通道。利用它的位置、大小和数量可以控制金属液流入铸型的速度和方向，以及调理铸件各部分的温度分布。.2浇注系统的常见类型按浇注系统各组元截面积的比例，浇注系统可分为：封锁式浇注系统：各组元中总截面积最小的是内浇道，即F直F横F内，易被金属液充溢，撇渣才干较好，可防止金属液卷入气体，常用于中小型铸铁件。但易引起喷溅和猛烈氧化，不适于易氧化的有色合金铸件或压头大的铸件，也不宜用于用柱塞包浇注的铸钢件。开放式浇注系统：最小截面

13、是直浇道横截面，即F直 F横 F内，撇渣才干较差，熔渣及气体随液流进入型腔，呵斥废品。但金属液流出内浇道的速度较低，冲刷力小，受氧化的程度轻。主要适于易氧化的有色金属件、球铁件和用柱塞包浇注的中大型铸钢件。按金属液导入铸件型腔的位置，浇注系统可分为：顶注式浇注系统，底注式浇注系统，中注式浇注系统，阶梯式浇注系统，缝隙式浇注系统等.常见浇注系统类型.二)冒口冒口是在铸型中设置的一个储存金属液的空腔。主要作用是在铸件凝固收缩过程中提供由于铸件体积收缩所需求的金属液，对其进展补缩，防止铸件产生缩孔、缩松等缺陷。铸件清理时，将冒口切除，获得健全的铸件。.冒口分类.简单例如例1：分别指出图示铸件在单件小

14、批和大批消费时应选择 何种外型方法？请画出各自的铸造工艺图。.上中中下冒口放收缩率1%单件小批手工三箱外型上下大批量两箱机器外型外型芯块余量：上面侧面下面.第三节 铸造工艺设计实例例1：支架零件铸造工艺设计资料为HT200，单件、小批量消费任务时接受中等静载荷，试进展铸造工艺设计。1.零件构造分析：筒壁过厚，转角处未采用圆角。修正后的构造如图b所示。2.选择铸造方法及外型方法：采用砂型铸造手工外型中的两箱外型。3.选择浇注位置和分型面 采用方案较为合理。.4.确定工艺参数：1铸件尺寸公差：取CT15。2要求的机械加工余量：取H级。3铸件线收缩率：取0.8。4起模斜度：取1。5不铸出的孔：6个1

15、8孔均不铸出6芯头方式：采用程度芯头。5.设计浇注系统：采用同时凝固原那么，在铸件分型面处的两凸缘位置设内浇道。 6.绘制铸造工艺图：如图b)所示。.例2、C6140车床进给箱体铸造工艺设计资料：HT200消费批量：单件小批或大批量消费要求：保证基准面D的质量要求D.1、方案I分型面在轴孔中心线上凸台A用型芯来成形，槽c那么用型芯或活块制出。主要优点：适于铸出轴孔，铸后轴孔的飞边少，便于清理。同时，下芯头尺寸较大，型芯稳定性好。主要缺陷：基准面D朝上，使该面较易产生缺陷，且型芯数量较多。适宜大批量消费，必需加大D面的加工余量。其工艺图见后面.2方案II从基准面D分型，铸件绝大部分位于下箱。凸台

16、E和槽C妨碍起模，需采用活块或型芯来抑制。缺陷：除基准面朝上外，其轴孔难以直接铸出。轴孔假设拟铸出，因无法制出型芯头，必加大型芯与型壁间的间隙，致使飞边清理困难。适宜单件消费。.3方案III从B面分型，铸件全部位于下箱优点：铸件不会产生错箱缺陷，基准面朝下，其质量易于保证，同时铸件最薄处在铸型下部，铸件不易产生浇缺乏、冷隔的缺陷。缺陷：凸台E、A和槽C都需采用活块或型芯，内腔型芯上大下小，稳定性差，假设拟铸出轴孔，其缺陷与方案II一样。适宜单件消费。.分型面的选择b)与铸造工艺图c)上下.例3、轴座铸造工艺设计材 料：HT00消费批量：单件小批或大批消费要求：零件上40内孔外表是应特别保证的重要外表；此外轴座底平面也有一定的加工及装配要求。.1单件小批消费工艺方案如图中方案I所示：采用两个分型面、三箱外型，并选择底板朝下的浇注位置。不仅可以保证内孔的铸造质量，而且可以使轴座