精密铸造铸件工艺及浇冒口系统设计

第六章铸件工艺设计

第一节概述

为了生产优质而价廉的包模铸件，做好工艺设计是十分重要的。在做工艺设计之前，首先要考虑选用包模铸造工艺生产时，在质量、工艺和经济方面的几个问题。

1.铸件质量的可靠性

对于铸件质量上的要求，一般是包括两个方面，一是保证技术要求的尺寸精度、几何精度和表面光洁度，二是保证机械性能和其它工作性能等内在质量方面的要求。

包模铸造具有少切削、无切削的突出优点。近年来，由于冶金技术、制模、制壳材料和工艺以及检测技术等方面的发展，包模铸件的外部和内在质量不断提高，所以它的应用范围愈来愈广。不少锻件、焊接件、冲压件和切削加工件，都可以用熔模铸造方法生产。

这对于节约机械加工工时和费用，节约金属材料，提高劳动生产率和降低成本都具有很大意义。

但是，熔模铸造生产的铸件，由于冶金质量、热型浇注引起的晶粒粗大、表面脱碳以及内部缩松等方面的原因，铸件的机械性能(尤其是塑性)，还存在一些缺陷。对于某些受力大和气密性要求高的铸件，采用包模铸造时，应充分考虑零件在产品上的作用和性能要求，以确保其使用可靠。有些结构件改用包模铸造生产时，必须考虑原用合金的铸造性能是否能满足零件的质量要求，否则就需要更改材质。

2.生产工艺上的可能性和简易性

熔模铸造虽然可以铸造形状十分复杂的、加工量甚少甚至不加工的零件，但零件的材质、结构形状、尺寸大小和重量等，必须符合熔模铸造本身的工艺要求。如铸件最小壁厚、最大重量、最大平面面积、最小孔槽以及精度和光洁度要求等，都要考虑到工艺上的可能性和简易性。

3.经济上的合理性

采用包模铸造在经济上是否合理，要从多方面考虑。按每公斤的价格来说，包模铸件与同类型锻件相近甚至还高些，但是由于大幅度减少了加工量，因而零件最终成本还是低的。

但也有些零件，可以利用机械化程度较高的方法生产，例如用自动机床高速加工、精密锻造、冷挤压、压力铸造等等，这时，用包模铸造法生产在经济上的优越性就不一定显著，甚至成本还可能高一些，所以在这种情况下，就不一定选用这种方法了。

总之，选择包模铸造法生产时，耍从其工艺特点出发，以零件质量为中心，并兼顾生产技术和经济上的要求。

在确定用包模铸造方法生产之后，工艺设计的任务就是要确定合理的工艺方案，采取必要的工艺措施以满足零件质量的要求。

工艺设计是理论和实践相结合的产物，是技术理论和生产经验的总结性技术资料。还要力求使设计符合实践性、科学性。

做好工艺设计要搞好两个方面的调查研究。首先必须对生产任务、产品零件图、材质和技术要求等方面进行深入分析：其次，要对生产条件如原材料、设备、工艺装备加工和制造能力、工人的操作技术水平等方面进行深入的了解。只有做好这两个方面的调查研究，才能使设计符合生产实际情况。

工艺设计的好坏也要从质量、工艺和经济这三方面去衡量。一项良好的工艺设计应当能在正常的生产条件下，稳定铸件质量，简化生产工艺，效率高而成本低。

熔模铸造工艺设计通常包括下列几项内容,

(1).分析铸件结构工艺性, (2)确定工艺方案和工艺参数,(3)设计浇冒口系统, (4)绘制工艺图或铸件图。

第二节铸件结构工艺性分析

铸件结构工艺性对于零件质量，生产工艺的可能性和简易性以及生产成本等影响很大。结构工艺性不好的铸件，往往孕育着产生缺陷和废品的可能性，也会增加制造成本。所以，做工艺设计时，首先要审查零件图，审查的目的有二：一是审查零件结构设计是否符合包模铸造的生产特点，对于那些设计不合理的部分进行修改。第二个目的是根据已定的零件结构和技术要求，采取相应措施以保证质量。

根据熔模铸造生产特点，零件结构工艺性要考虑以下要求。

1)经济性在精密铸造的生产中，其

蜡型是。在包模铸造上，金属模的目的

是在在射蜡机中，利用压力将液态、糊

态或半固态的蜡‧挤射入金属模内，生

产蜡型或塑料型，这些型是用来生产陶

瓷模的，不论是实体模或型壳模。所有

的模型都是可逝性的。在制模的关键性问题上，是如何将蜡型或塑料型从模具中取出，以及如何将芯子从模型中取出等。至于其它的制模问题，用于砂模铸造的原理同样适用于包模铸造

图2 铸件内角的重设计(2)

在图1中，一个包模铸件因为内

图1 铸件内角的重设计(1) 部有一圆角，而且需要用两个抽芯，A及B两个芯子进出的方向如图1(a) 所示，要想将有倒钩的芯子抽出而又不伤损工件是根本不可能。于是，重新设计工件，如图1(b)，将内圆角取消，以避开这种芯子有倒钩无法抽出的困绕。倘若要生产原设计有内圆角的工件，惟有舍弃

金属抽芯，而用成本较高的水溶性芯子，随同

蜡型一起自模中取出，再用酸蚀及水溶法将芯

子自蜡型中除去，如此可保持工件的内圆角而

又不会损伤蜡型。

图2系一个有弧形通道的工件，同样如图

2(a) 的设计也无法用金属抽芯来制模，若改为

图2(b) 的设计，将内圆角改为尖角，则可以用两支抽芯做出弧形通道的内孔。图3刀具余隙的再设计为了后继的加工，往往在工件设

计时，一般为避免撞机的困绕，预先

留有一个让出刀具到位时的间隙，如

图3(a) 所示，但无法抽出金属芯子，

若改为图3(b) 的设计，就可以用金

属抽芯直接做出刀具余隙。

另外如图4（a）之原始设计虽

然内孔通道很圆滑，但必须要用较昂贵的水溶性芯子或陶瓷芯子，而且，在铸造后，清除孔道中陶瓷材料非常困难，若改为（b ）的设计，可直接由六个金属抽芯来射制蜡型，另在一 图4内孔通道的再设计 个多出的孔洞则可在铸件完成后再设法塞上或焊死。可大幅度提高生产效率及降低成本。

2).现实性 精密铸造与其它的制造方法一样，有其一定的极限，因此，在铸件精度的考虑上，应面对现实，设计可以达得到的标准，否则，良品率太低，就丧失了用精密铸造降低生产成本，提高生产效率的目的了。

当铸件芯子部位因受炽热的金属围绕，内外部份的散热状况不一致，内部陶瓷受高温而膨胀，但外部因有金属包覆又无法自由伸展，陶瓷材料因而有强烈的弯曲变形的应力，此时，外部热的不均匀

分布，芯部自然向高温部分扭曲变形，便

使铸件的壁厚产生了不均匀的结果。其变其设计通则：

3)铸造性

a) 壁薄的包模铸件

包模铸造工艺几乎制造任何金属的复杂铸件，也可以在小零件的设计及生产上，有助于达到轻薄短小的目的，获得最大的强度重量比值。在设计最小壁厚时，金属熔液的流动性是一个非常重要的考虑因素，因为它直接影响到金属液对模穴充填的能力。几乎同等重要的另一要素，是熔液在充填模穴时，金属液的浇注补充距离，以及铸件表面积之大小，金属的凝固状况，固、液相线的差异度，都归纳于铸造性中，尤其对薄壁铸件特别重要。

可铸出的最小壁厚与合金种类、浇注工艺

方法、以及铸件的轮廓尺寸等因素有关。表 2

列举的是12

1in.长管件对各种金属包模铸件之最小壁厚。其实这些数值并不是真正的最小壁

厚，诚如前述，金属液的浇注过热温度、浇注

速率、壳模预热温度、铸件的形状及薄壁部分

的表面积等都会影响最小壁厚的尺寸，这个表

中之建议值为工业生产上的经验值。在这个标

准下生产，良品率最好，亦即浇不足及微缩孔的现象最少。 在Fig. 7 的上图表显示一个在最小厚度与最大长度的相互关系，而下图表则显示在铸件有通孔或盲孔时，孔径与孔深的关系。因为铸造过程尚有许多参数会影响其最大值与最小值，但此数值仍有其参考价值。 内孔的长度 in. 壁厚的公差 in.

＜2

2～4 ＞4

±0.005 ±0.010 ±0.012 金属 最小壁厚 in. 碳钢 0.060 300系不锈钢 0.050 400系不锈钢 0.065 铝合金 0.050 镁合金 0.050 铝青铜(10%Al) 0.060 铍铜 0.040 钴-铬合金 0.050

表2 121in.长管件对各种金属之最小壁厚