铸造工艺---冷铁设计
铸造成形技术铸造工艺设计
①选择铸件的浇注位置及分型面 ②型芯的数量、形状及其固定方法 ③确定工艺参数（加工余量、起模
斜度、圆角、 收缩率） ④浇冒口、冷铁形状、尺寸及其布
置
铸造工艺图——在零件图上用各种工艺 符号表示出铸造工艺方案的图形
它是制造模样和铸型，进行生产准备 和铸件检验的依据——基本工艺文件。
使型腔和主要芯位于下箱，便于下 芯、合型和检查型腔尺寸。
3.铸造工艺参数的确定
铸造工艺参数包括收缩余量、 加工余量、起模斜度、铸造圆角、 芯头、芯座等。
①收缩余量：
为了补偿收缩，模样比铸件图纸尺寸 增大的数值称收缩余量。收缩余量的大小 与铸件尺寸大小、结构的复杂程度和铸造 合金的线收缩率有关，常常以铸件线收缩 率表示：
工艺 打箱、清理等工艺操作 根据批量大小填写必要条
卡片 过程及要求
件
⑨ 综合整个设计内容
实例分析：
以C6140车 床进给箱体 为例分析毛 坯的铸造工 艺方案如下： 质量约35Kg。
车床进给箱体零件图
该零件没有特殊质量要求的表面， 仅要求尽量保证基准面D不得有明显 铸造缺陷，以便进行定位。
材料：灰铸铁HT150，勿需考虑补缩。
为了便于采用机器造型、尽量 避免活块，故凸台和凹槽均应 用型芯来形成。
为了克服基准面朝上的缺点， 必须加大D面的加工余量。
单件、小批量生产，采用手 工造型，使用活块造型较型芯 更为方便。同时，因铸件的尺 寸允许偏差较大，九个轴孔不 必铸出。
此外，应尽量降低上型高度， 以便利用现有砂箱。
显然，在单件生产条件下，宜 采用方案II或方案III。
在制订铸造工艺方案时，主要应着 眼于工艺上的简化。
1.分型面
三个方案供选择： 方案I：分型面在轴孔 的中心线上。 方案II：从基准面D分 型，铸件绝大部分位于 下型。 方案III：从B面分型， 铸件全部置于下型。
第三节 冒口、冷铁设计
2.实用冒口设计 1)实用冒口设计法 让冒口和冒口颈先 于铸件凝固，利用全部 或部分的共晶膨胀量在 铸件内部建立压力，实 现自补缩，从而克服补 缩缺陷。
①直接实用冒口
原理：直接实用冒口是利用冒口来补偿 铸件的液态收缩，而当共晶膨胀开始时，让 冒口颈及时凝固，只要铸型的刚性足够，就 可利用共晶膨胀弥补可能出现的缩孔、缩松 缺陷。
（二）冷铁材料的选择 钢冷铁和铸铁冷铁 铝冷铁 冷铁 铜冷铁 石墨镁砂等激冷物 （三）外冷铁的设计 1.确定外冷铁形状 形状一致原则。 成型冷铁 平面冷铁
2.确定冷铁尺寸
1)冷铁厚度
序号 1 2 3 4 5 6 使用条件 灰铸铁件 球墨铸铁件 铸钢件 铜合金件 轻合金件 外冷铁的厚度 =（0.25~0.5）T =（0.3~0.8）T =（0.3~0.8）T =（1.0~2.0）T =（0.6~1.0）T =（0.25~0.5）T
二、冷铁的设计 冷铁：为增加铸件局部冷却速度，在型腔 内部及工作表面安放的金属块称为冷铁。 （一）冷铁的种类及作用 1.种类 内冷铁 冷铁 直接外冷铁 外冷铁 间接外冷铁
2.作用 1)在冒口难以补缩的部位防止缩孔、缩松。 2)划分冒口的补缩区域，控制和扩大冒口 的补缩距离，提高冒口的补缩效率。 3)加速壁厚交叉部分及急剧变化部位的凝 固，避免产生热裂纹。 4)改善铸件局部的金相组织和力学性能。
第三节 冒口、冷铁设计
一、冒口
冒口的概念 冒口是铸型内设置的一个储存金属液的 空腔。 冒口的作用
冒口的分类
常见冒口形式 冒口的设计
冒口的作用
1)对于凝固温度范围宽，不产生集中缩孔的 合金，冒口的作用主要是排气和收集液流前 沿混有夹杂物或氧化膜的金属液。这种冒口 多置于内浇道的对面，其尺寸也不必太大。 2)对于要求控制显微组织的铸件，冒口可以 收集液流前沿的过冷金属液，避免铸件上出 现过冷组织。 对铸件进行补缩，防止产生 3)对于凝固期间体积收缩量大，且趋向于形 缩孔、缩松等缺陷，同时提高排 成集中缩孔的合金（如铸钢、锰黄铜和铝青 气、集渣等效果，防止产生气孔、 夹渣等缺陷。 铜等），冒口的主要作用是补偿铸件的液态 收缩和凝固收缩以得到致密的铸件。
铸造工艺学
一、名词解释铸造：采用熔炼方法，将金属熔化成液态在砂型、陶瓷型、金属型等铸型中直接成形的加工方法。
铸造工艺学：是研究铸件成形方法的一门学科，包括铸造工艺方案及参数设计、铸型材料和铸造方法、铸型及芯的制造、合金熔体充型的过程及原理与浇注系统设计、补缩系统原理及设计。
技术审查：审查零件工艺性、生产条件是否能满足铸造零件的规模、精度要求和技术要求。
零件的工艺性：零件的结构是否合理如铸件壁厚分布是否合理、厚度是否大于最小壁厚，铸件壁的联结处的联结方式是否合理，薄厚壁是否均匀过渡，拐角处是否圆角过渡，是否利于起模，是否有利于清砂。
浇注位置：浇注时铸件在铸型中所处的具体位置。
铸造工艺参数：指需要确定的工艺数据，具体包括铸造线收缩率、机械加工余量、拔模斜度、最小铸出尺寸、工艺补正量、分型负数、分芯负数和反变形量。
铸造线收缩率:指铸件在凝固过程中所产生的长度方面的缩小，表达式为％模件模100L L -L ⨯=ε机械加工余量：指在铸件加工表面上留出的，准备切去的铸件表层厚度。
往往和铸件尺寸公差配合使用。
加工余量值由两部分构成，一部分是尺寸公差CT 值，另一部分为要求的铸件机械加工余量RMA 值。
起模斜度：为了利于起模或脱芯，在模样或芯盒的出模方向设有一定的斜度，以避免损坏铸型和芯子。
最小铸出孔及槽：对于一些较小的孔和槽，如果采用铸造方法生成，往往会产生问题，如：精度、粘砂，有时铸出的孔和槽产生偏差后再用机加工方法校正反而不如直接铸死再进行机加工，故通常采用的方法是不将较小的孔和槽铸出。
工艺补正量：有时模样和芯盒的尺寸准确无误，但是铸出工件的尺寸仍不符合图样要求，对于这种情况通常采用工艺补正的方法解决。
分型负数：分型面在制造过程中往往因为修整、烘烤等原因以及防止跑火在合箱时在分型面上铺垫的石棉绳、泥条或油灰条等，这样在分型面处增加了铸件尺寸，为了保证铸件尺寸精度，通常采用在分型面处减去一定的模样尺寸。
通常与铸件大小、工艺习惯以及铺垫材料有关。
铸造冒口、冷铁与铸肋
第三节 铸肋
铸肋又称工艺肋，分两类。 一类是 用于 ； 另一类是 用于 。 ，只有在不影响铸件使用并 得到用货单位同意的条件下才允许保留在铸件上 。而
一、割肋
.显然， ，而 。常用的割肋形式有 等，
铸件在凝固收缩时， 。
称
，
。依实践经验，当 a/b>（1～2），l/b<2或a/b>（2～3），l/b<1 时，可以不设割肋。超出上述范围就应设割肋 以防热裂
五、冒口有效补缩距离的确定
• 冒口的有效补缩距离为冒
口作用区与末端区长度之 和，它是确定冒口数目的
依据，与铸件结构、合金
成分及凝固特性、冷却条 件、对铸件质量要求的高
低等多种因素有关，简称
为冒口补缩距离。
板形铸钢件冒口补缩距离
外冷铁的影响
工艺补贴的应用
六、铸钢件冒口的设计
• 铸钢件冒口属于通用冒口，其计算原理适用于实行顺序凝固的一切合金铸件。通用冒 口的计算方法很多，现仅介绍几种常用的冒口计算方法。
• 3、在凝固期间，冒口和被补缩部位之间存在补缩通道，扩张
角向着冒口。
三、冒口形状
• 冒口的形状有圆柱形、球顶圆柱形、长(腰)圆柱形、球形 及扁球形等多种。
四、选择冒口位置的原则
• 1. 冒口应就近设在铸件热节的上方或侧旁； • 2. 冒口应尽量设在铸件最高、最厚的部位； • 3. 冒口不应设在铸件重要的、受力大的部位，以防组织 粗大降低强度； • 4. 冒口位置不要选在铸造应力集中处，应注意减轻对铸 件的收缩阻碍，以免引起裂纹； • 5. 尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件； • 6. 冒口布置在加工面上，可节约铸件精整工时，零件外 观好； • 7. 不同高度上的冒口，应用冷铁使各个冒口的补缩范围 隔开。
铸造工艺-冷铁设计
冷铁设计冷铁分为内冷铁与外冷铁。
内冷铁:将金属激冷物插入铸件型腔中需要激冷的部位,使合金激冷并同铸件熔为一体,这种金属激冷物称为内冷铁,内冷铁主要用于黑色金属厚大铸样。
使用内冷铁的注意事项就是:1)使用前,内冷铁要喷丸或喷砂处理,去除表面锈蚀与油污,常镀锌或镀锡防氧化。
2)砂型内放置内冷铁后应在3h—4h内浇注,防止内冷铁上聚集水分而产生气孔。
3)承受高温、高压与质量要求很高的铸件,不宜放内冷铁。
4)放内冷铁的铸型上方应有出气孔,如上方就是暗冒口,冒口上也应有较大的出气孔。
5)采用栅状内冷铁时,单根冷铁的直径不大于30mm。
6)内冷铁在铸件加工后不得暴露,以免影响铸件的力学性能。
外冷铁:外冷铁又分为直接外冷铁与间接外冷铁两类。
1)直接外冷铁就是只与铸件的部分内外表面接触而不熔接在一起的金属激冷物,实际上它成为铸型或型芯的部分型腔表面。
2)间接外冷铁同被激冷铸件之间有10～15mm厚的砂层相隔,故又称隔砂冷铁、暗冷铁。
间接外冷铁激冷作用弱,应用较少。
使用外冷铁的注意事项为:1外冷铁紧贴铸件表面的部位应光洁,除去锈污等各种脏物,有时要刷涂料。
2 对于易产生裂纹的铸造合金浇注的铸件,使用外冷铁时应带有一定的斜度(如45°),以免型砂与冷铁分界处因冷却速度差别过大而形成裂纹。
应做成图1中(b),(c)的形式。
对铸铁与一般铸铜件,(a)、(b)、(c)均适用。
冷铁的作用1、与浇注系统与冒口配合控制铸件的凝固次序。
2、加速铸件的凝固速度,细化晶粒组织,提高铸件的力学性能。
3、减小冒口尺寸,提高工艺出品率。
冷铁材料的选择可以制作冷铁的材料很多,凡就是比砂型材料的热导率、蓄热系数大的金属与非金属材料均可选用。
生产中常用的冷铁材料有铸铁、铝合金、石墨与铜合金等,各种冷铁材料的热物理系数见下表1。
冷铁安放位置的确定冷铁能否充分发挥作用,关键在于安放的位置就是否合理。
确定冷铁在铸型中的位置,主要取决于要求冷铁所起的作用以及铸件的结构、形状,同时还需要考虑冒口与浇注系统的位置。
铸造件冷铁基本知识与安放原则及案例
在生产较大较大件生产时，安放冷冷铁是保证铸件同时凝固，避免铸件缩孔、疏松的常用措施。
一、冷铁的作用：1.减小冒口尺寸，提高工艺出品率。
2.在铸件难以设置冒口的部位，放置冷铁可防止缩孔，缩松。
3.在局部部位使用冷铁可控制铸件的顺序凝固，增加冒口的补缩距离。
4.消除局部热应力，防止裂纹。
冷铁分为外冷铁和内冷铁。
外冷铁置于铸件外壁，安放在型砂中，冷铁上面喷涂涂料，一般在落砂时冷铁就能脱离铸件。
内冷铁是将激冷冷插入型中需要激冷的部分，使冷铁与铸件熔为一体，内冷铁主要用于黑色金属厚大铸件生产中。
内冷铁的激冷作用比外冷铁大得多，所以用量要适当。
如内冷铁重量过大，则不能很好地熔合，影响铸件的机械性能，严重时引起铸件裂纹。
重量过小则不能有效消除缩孔、缩松。
内冷铁重量的经验估算公式为：G冷二0.28(G2-G1)式中G冷为内冷铁的重量；G2为铸件厚壁处重量；G1为铸件壁薄处重量。
5.2使用内冷铁的注意事项:使用前"内冷铁要喷丸或喷砂处理，去除表面锈蚀和油污，常镀锌或镀锡防氧化。
砂型内放置内冷铁后及时浇注，防止内冷铁上聚集水分而产生气孔。
时长一般不超过4h°对放置有较多内冷铁的铸型，浇注前最好用喷灯加热，去除内冷铁表面的水分。
承受高温、高压和质量要求很高的铸件，不宜放置内冷铁。
放置内冷铁的铸型上方应有出气孔，如上方是暗冒口，冒口上也应有较大的出气孔。
采用栅状内冷铁时，单根冷铁的直径不大于30mm。
内冷铁在铸件加工后不得暴露，以免影响铸件的力学性能。
2.3外冷铁分直接外冷铁与间接外冷铁。
使用外冷铁的注意事项：外冷铁紧贴铸件表面的部位应光洁，除去锈污等各种脏物，有时要刷涂料。
对于易产生裂纹的铸造合金浇注的铸件，使用外冷铁时应带有一定的斜度以免型砂和冷铁分界处因冷却速度差别过大而形成裂纹。
外冷铁边缘与砂型相接处不宜有尖角砂。
可以选择随形冷铁。
选择恰当的外冷铁厚度。
太薄的外冷铁只在凝固初期发生微弱的激冷作用，甚至会与铸件熔合在一起。
铸造工艺---冷铁设计
冷铁设计冷铁分为内冷铁和外冷铁。
内冷铁：将金属激冷物插入铸件型腔中需要激冷的部位，使合金激冷并同铸件熔为一体，这种金属激冷物称为内冷铁，内冷铁主要用于黑色金属厚大铸样。
使用内冷铁的注意事项是：1）使用前，内冷铁要喷丸或喷砂处理，去除表面锈蚀和油污，常镀锌或镀锡防氧化。
2）砂型内放置内冷铁后应在3h—4h内浇注，防止内冷铁上聚集水分而产生气孔。
3）承受高温、高压和质量要求很高的铸件，不宜放内冷铁。
4）放内冷铁的铸型上方应有出气孔，如上方是暗冒口，冒口上也应有较大的出气孔。
5）采用栅状内冷铁时，单根冷铁的直径不大于30mm。
6）内冷铁在铸件加工后不得暴露，以免影响铸件的力学性能。
外冷铁：外冷铁又分为直接外冷铁和间接外冷铁两类。
1）直接外冷铁是只与铸件的部分内外表面接触而不熔接在一起的金属激冷物，实际上它成为铸型或型芯的部分型腔表面。
2）间接外冷铁同被激冷铸件之间有10～15mm厚的砂层相隔，故又称隔砂冷铁、暗冷铁。
间接外冷铁激冷作用弱，应用较少。
使用外冷铁的注意事项为：1外冷铁紧贴铸件表面的部位应光洁，除去锈污等各种脏物，有时要刷涂料。
2 对于易产生裂纹的铸造合金浇注的铸件，使用外冷铁时应带有一定的斜度（如45°），以免型砂和冷铁分界处因冷却速度差别过大而形成裂纹。
应做成图1中（b），（c）的形式。
对铸铁和一般铸铜件，（a）、（b）、（c）均适用。
冷铁的作用1.与浇注系统和冒口配合控制铸件的凝固次序。
2.加速铸件的凝固速度，细化晶粒组织，提高铸件的力学性能。
3.减小冒口尺寸，提高工艺出品率。
冷铁材料的选择可以制作冷铁的材料很多，凡是比砂型材料的热导率、蓄热系数大的金属和非金属材料均可选用。
生产中常用的冷铁材料有铸铁、铝合金、石墨和铜合金等，各种冷铁材料的热物理系数见下表1。
冷铁安放位置的确定冷铁能否充分发挥作用，关键在于安放的位置是否合理。
确定冷铁在铸型中的位置，主要取决于要求冷铁所起的作用以及铸件的结构、形状，同时还需要考虑冒口和浇注系统的位置。
第九章 冒口冷铁的设计
(一) 比例法
(二) 公式计算法
(三) 模数法
(一) 与浇注系统和冒口配合控制铸件的凝固次序
(二) 加速铸件的凝固速度，细化晶粒组织，提高铸件的力学性能
(三) 划分冒口的补缩区域，控制和扩大冒口的补缩范围，提高冒口的补缩效率。
可以制作冷铁的材料很多，凡是比砂型材料的热导率、蓄 热系数大的金属和非金属材料均可选用。生产中常用的冷铁材 料有铸铁、铝合金、石墨和铜合金等，各种冷铁材料的热物理 系数见表9－5。
1．冒口有什么作用？设计冒口应遵循哪些基本原则？ 2．冒口分为哪几类？各有什么特点？ 3．选择冒口形状时应主要考虑哪些内容？ 4．如何确定冒口的位置？应注意哪些问题？ 5．如何用比例法来确定冒口的尺寸？ 6．如何评定冒口的有效补缩作用？ 7．如何提高冒口的补缩效率？ 8．冷铁在铸件凝固过程中起什么作用？如何根据不同的 目的来确定冷铁的放置位置及尺寸大小？ 9．如何选择冷铁材料？8
(1) 补偿铸件凝固时的收缩。
(2) 调整铸件凝固时的温度分布，控制铸件的凝固顺序。 (3) 排气、集渣。 (4) 利用明冒口观察型腔内金属液的充型情况。
在铸件凝固过程中，要使 冒口中的金属液能够不断地补 偿铸件的体收缩，冒口与铸件 被补缩部位之间应始终保持着 畅通的补缩通道。
（1）侧冒口应就近设在铸件热节的上方或侧旁。 （2）冒口应尽量设在铸件最高、最厚的部位。 （3）对低处的热节增设补贴或使用冷铁、造成补缩的有利条件。 （4）通常把铸件划分成几个区域，在每一个区域内设置若干个合适的冒口。 （5）根据冒口的有效补缩距离来确定冒口的位置和个数。
(1) 要求冷铁所起作用的分析
(2) 铸件结构的分析
(3) 与冒口配合使用
(4) 浇注系统及引入位置的影响
铸造工艺第五章
IV 特别重要的重型 铸件 齿轮 齿圈 >5000 100 100~500 >500 1000 >1000 >1000
V
VI VII
外形或内表面加 工的圆筒活塞
§5-3 铸铁件冒口的设计与计算
一、球墨铸铁件的冒口设计
通用（传统）冒口设计：遵循定向凝固原则，依靠冒口的金属
液柱重力补偿凝固收缩，冒口和冒口 颈迟于铸件凝固，铸件进入共晶膨胀 期会把多余的铁水挤回冒口
(1.5~1.6)D
(1.8~2.0)D (2.0~2.5) D (2.0~2.5)D
(1.3~1.5)D (1.4~1.8)D
35~40 30~35 30~35
100 100 100 100
瓦盖
(1.3~1.5)D (1.1~1.3)D (1.3~1.5)D
1.1D
0.3H 0.3H 15~20 15~20
<20 20~50 >50
工艺出品率（%）
明冒口 54~62 53~60 52~58
52~58 51~57 50~56
半球型暗冒口 59~67 58~65 57~63
57~63 56~62 55~61
特别重要的小 铸件
<100
组别
名 称 一般重要的中 等铸件
铸件重量 /kg 100~150
大部分铸件壁 厚 / mm
冒口 铸件 冒口
浇 道 a）补缩同一铸件上的三个热节 b）补缩多个铸件上的热节
一个冒口补缩几个热节
（三）冒口的有效补缩距离
1、冒口有效补缩距离 冒口有效补缩距离为冒口作用 区与末端区长度之和，它是确定冒 口数目的依据。
铸件结构
影 响 因 素 合金成分 凝固特性 冷却条件 对铸件质量要求
铸造工艺图及设计实例
在保证产品质量的前提下，尽量减少不必要的生 产环节，降低成本。
提高材料利用率
合理规划铸件结构和浇注系统，减少材料浪费， 提高材料利用率。
引入智能化技术
利用先进的铸造模拟软件和智能化设备，提高铸 造工艺图的准确性和可靠性。
铸造工艺图的未来发展趋势
绿色铸造
随着环保意识的提高，未来铸造工艺图将更加注重环保和节能， 减少对环境的负面影响。
熟练掌握所选软件的基本操作和功能是进 行铸造工艺图设计的前提条件。
参考实例和教程
不断实践和总结经验
通过参考实例和教程可以快速掌握软件的 使用技巧和方法，提高设计效率。
通过不断实践和总结经验可以逐步提高铸 造工艺图设计的水平，提升设计质量和效 率。
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通用的CAD软件在铸造工艺图绘制中的应用
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作用
铸造工艺图是铸造生产的基础，它为 生产人员提供了明确的工艺指导和要 求，确保铸造产品的质量和生产的顺 利进行。
铸造工艺图的绘制流程
确定产品需求
明确产品的尺寸、重 量、材料等要求。
产品分解
将产品分解成多个铸 造部分，确定每个部 分的功能和要求。
设计浇注系统
根据产品特点和生产 要求，设计合适的浇 注系统，确保金属液 能够顺利填充型腔。
外冷铁在汽车球墨铸铁件铸造工艺设计中的应用
图 １ 的 铸 件 ，部 位 处 ， 由 于 周 围结 构 均 为 中
薄壁连接 ，壁厚只有８ ｍｍ左右 ，而该部位横截面为
Ｒ
外冷铁在汽车球墨铸铁件
铸造工艺设计中的应用
中国重汽 济南铸锻 中心 （ 山东 济南 ２ ０ ０ ） 高秀 武 ５ ２ ０
【 摘要 】结合具体案例 ，介 绍 了外冷铁 在汽车
球 墨铸 铁 件铸 造 工 艺 设 计 中 的应 用 ，尤 其 对铸 件 壁
厚 差 大 、 热 节 分散 ， 以及 局 部 热 节 难 以补 缩 的铸
Ｏ６ ｌ
Ｏ
的 使 用 寿命 。ＭＷ
（０ ２ ６ ２ １ １２ ） １
备注
×－断裂 一
Ｏ 超 出ｌ ＝ ０次未断裂
争 … 熟 磊 处
笳 ３ Ｇ
Ｒ
全、质量、可靠性等受到较大的影响。
（ ）使 用 冷 铁 ３ 对热节部位加强局部冷却 ，
１ 该 类球墨铸铁件 产生缩孔的原 因分析 ．
实 现 就地 取 材 ，即 时生 产 、即时 使 用 ，满 足 使 用 要
求。
（ ）使用发热保温 冒口加 强补缩 如 图２ ２ 所示
的 产 品 结 构 ， 虽 然 可 以利 用 发 热 保 温 冒 口实 现 补
缩 ，解决缩孔缺 陷，但 由于 冒口成本太高 ，造成铸
件 生 产 成 本 增 加 ；如 图 １ 的壳 体 产 品结 构 ，使 用 中 发 热保 温 冒 口的可 操 作性 太 差 ，难 以 实现 。
冷铁工艺在熔模精密铸造中的应用研究
造 出其他工艺方法难 以形成 的大型复杂铸件或大型
组 合件 ；能铸 造形 状 复杂 小 孔 及 薄 壁 铸 件 ；可 以铸 造 的合 金 不受 限制 等 特 点 。因 此 ，在 机 械 制 造 、石 油 化工 、航 空航 天 、兵 器 船 舶 等 行 业 得 到 了广 泛 应
用
参’工 加热 Ｈ ， 帅 ，， １ 磊 。工处 ， ： ｙ ７ 热 ＾ 删 ￣ ■ — 艇 ￣塑 ０ ｌ ｏ ｍ
成形 受到 限制 。 基 于此 ，需 要 找 到 一 种 冷 铁 ，使 其 既 能 在 高 温 焙烧 时不 产 生 氧化 皮 ，又 能在 浇 注 后 容 易 加 工 。或 者采取 某种 工 艺措 施 ，使 普 通 的 冷 铁在 高温 焙 烧 时 不 产生 氧化 皮 。
２ ．技 术 原 理 及 试 制过 程
生 产成 本 ，获得 了较大 的经 济效益 。
度为 １９ ２ Ｏ／ ｍ ， 观 为水 性粘 胶 液 体 ，涂 覆用 ． — ． ｇｃ 外
量 为 １０～ ． ｍ ／ ｇ ． ２ Ｏ ｋ 。
６ ．几 点体 会
（）该＿ １ ｒ艺技 术保 留 了传统 熔 模 精 密铸 造 的基 本 Ｔ艺 及特 点 ，在 熔 模 铸 造 件 的热 节 处 设 置 冷 铁 ， 使充人 型 壳 的金 属 液在 激 冷状 态 下 结 晶 凝 固 ，大 大
等进 行 了改进 ，较好 地 解 决 了铸 造 锥 管 ６个 支 耳 热
节处 缩孔 、缩松 缺 陷问题 。 （ ）通 过精 密 铸 造成 形 工艺 研 究 ，解 决 了 锥 管 ３
铸造 性 能较 差 的 技 术难 题 ，生 产 出 了 合格 的锥 管铸 件 ，实 现 了锥 管 整 体 精 密 铸 造 的 批 量 生 产 。后 来 又 推 广应用 于 同类 产 品 的 生 产 ，大 大 降 低 这些 产 品 的
冷铁
c 化学成分
如图3-5-21，高于wc+1/7wSi=3.9线的区域为致密区。 碳量对消除球铁件的缩松比硅的作用强7倍。 wc/wSi比对εv、εe、λ的影响如图。当为wc/wSi1.18时体收缩 率最小。
42
3.2 实用冒口设计法
设计原则 冒口和冒口颈先于铸件凝固，利用部分或全部的共晶膨胀 量在铸件内部建立压力，实现自补缩，更有利于克服缩松 缺陷。 实用冒口的优势 出品率高 对缩松防止效果好，成本低。
（3）冒口有效补缩距离的确定
有效补缩距离：冒口作用区与末端区长度之和。是确定冒 口数目的依据。
3
4
a 铸钢件冒口的补缩距离
碳钢件如下图：冒口区和末端区长度都随铸件厚度增大而 增加，且随截面的宽厚比减小而减小。
5
小结： 薄壁件比厚件更难以消除轴线缩松； 杆件比板件补缩难度更大； 阶梯形铸钢件补缩距离比板件大； 垂直补缩距离至少等于水平补缩距离 。
51
52
用浇注系统当冒口 应用：薄壁铸件，球铁件 M = 0.48， 灰铁件 M = 0.75时采用。
设计：内浇道做冒口颈， 按图3-5-24确定，但要控制 浇注温度。 冒口→高于铸件最高 水平面的只浇道和浇口杯 部分。 例：下图球铁件
53
· 直接实用冒口的优缺点
在两个冒口间放冷铁，形成两个末端区，显著增加有效补缩 距离。 端部放冷铁延长末端区。
16
17
e 补贴的应用
实现冒口补缩的基本条件之一：铸件凝固时始终保
持向着冒口的补缩通道扩张角。壁厚均匀的板形件 往往难以达到这个要求。
铸造工艺设计
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铸造工艺过程图的绘制
名称
技术符号和表示方法
Байду номын сангаас
名称
技术符号和表示方法
用红色线表示，并用红色写出“ 上、中、下”字样
置
选择
的选择
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2.3.2浇注位置和分型面的选择
• 重要加工面应朝下或位于侧面
浇注位置是 指浇注时铸 件在铸型中 所处的位置。
保证卷筒周 围质量均匀
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1）浇注位置选择原则
铸件的大平面尽可能朝下或采用倾斜浇注 铸型的 上表面除了容易产生砂眼、气孔、夹渣外，大平面还常 产生夹砂缺陷。同时也有利于排气、减小金属液对铸型 的冲刷力。
1-冒口； 2、3-砂芯
图2-29 铸钢链轮的浇注位置
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2）分型面的选择原则
•便于起模，使造型工艺简化。考虑 分型面形状和数目，活块，型芯。
分型面（Parting line）是指 两半铸型相互接触的表面。除了实 型铸造法外，都要选择分型面。
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2）分型面的选择原则
（1）应尽可能使全部或大部分铸件，或者加工基准面 与重要的加工面处于同一半型内。 以避免因合型不准产 生错型，保证铸件尺寸精度。
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2.3.1 铸造工艺设计内容与步骤
铸造工艺过程设计的内容 • 铸造工艺过程设计的内容主要决定于批量大小、
生产要求和生产条件。一般包括：铸造工艺过程 图、铸件图、铸型装配图、工艺过程卡、操作技 术规程。广义地讲，凡铸造技术装备的设计内容， 诸如模样图、模板图、芯盒图、砂箱图、压铁图、 专用检具图、专用量具图及组芯夹具图等，均属 于铸造工艺过程设计的内容。
铸造工艺-冷铁设计教学文稿
铸造工艺-冷铁设计冷铁设计冷铁分为内冷铁和外冷铁。
内冷铁：将金属激冷物插入铸件型腔中需要激冷的部位，使合金激冷并同铸件熔为一体，这种金属激冷物称为内冷铁，内冷铁主要用于黑色金属厚大铸样。
使用内冷铁的注意事项是：1）使用前，内冷铁要喷丸或喷砂处理，去除表面锈蚀和油污，常镀锌或镀锡防氧化。
2）砂型内放置内冷铁后应在3h—4h内浇注，防止内冷铁上聚集水分而产生气孔。
3）承受高温、高压和质量要求很高的铸件，不宜放内冷铁。
4）放内冷铁的铸型上方应有出气孔，如上方是暗冒口，冒口上也应有较大的出气孔。
5）采用栅状内冷铁时，单根冷铁的直径不大于30mm。
6）内冷铁在铸件加工后不得暴露，以免影响铸件的力学性能。
外冷铁：外冷铁又分为直接外冷铁和间接外冷铁两类。
1）直接外冷铁是只与铸件的部分内外表面接触而不熔接在一起的金属激冷物，实际上它成为铸型或型芯的部分型腔表面。
2）间接外冷铁同被激冷铸件之间有10～15mm厚的砂层相隔，故又称隔砂冷铁、暗冷铁。
间接外冷铁激冷作用弱，应用较少。
使用外冷铁的注意事项为：1外冷铁紧贴铸件表面的部位应光洁，除去锈污等各种脏物，有时要刷涂料。
2 对于易产生裂纹的铸造合金浇注的铸件，使用外冷铁时应带有一定的斜度（如45°），以免型砂和冷铁分界处因冷却速度差别过大而形成裂纹。
应做成图1中（b），（c）的形式。
对铸铁和一般铸铜件，（a）、（b）、（c）均适用。
冷铁的作用1.与浇注系统和冒口配合控制铸件的凝固次序。
2.加速铸件的凝固速度，细化晶粒组织，提高铸件的力学性能。
3.减小冒口尺寸，提高工艺出品率。
冷铁材料的选择可以制作冷铁的材料很多，凡是比砂型材料的热导率、蓄热系数大的金属和非金属材料均可选用。
生产中常用的冷铁材料有铸铁、铝合金、石墨和铜合金等，各种冷铁材料的热物理系数见下表1。
冷铁安放位置的确定冷铁能否充分发挥作用，关键在于安放的位置是否合理。
确定冷铁在铸型中的位置，主要取决于要求冷铁所起的作用以及铸件的结构、形状，同时还需要考虑冒口和浇注系统的位置。
铸造工艺课程设计指导书
2024-01-25
目录
• 课程设计概述 • 铸造工艺基础知识 • 铸造工艺设计实践 • 铸造工艺装备设计 • 铸造工艺实施与质量控制 • 课程设计案例分析与讨论
01
课程设计概述
目的与意义
培养学生综合运用铸造工艺理论 知识的能力，提高分析和解决实
际问题的能力。
通过课程设计实践，使学生熟悉 铸造工艺设计的全过程，掌握铸 造工艺设计的基本方法和步骤。
课程设计流程与安排
课程设计流程
确定设计题目 → 收集资料 → 制定设计方案 → 进行详 细设计 → 绘制铸造工艺图 → 编写设计说明书 → 答辩 与评审。
第一周
确定设计题目，收集相关资料。
第二周
制定设计方案，进行初步设计。
第三周
进行详细设计，包括浇注系统、冒口、冷铁等的设计。
第四周
绘制铸造工艺图，编写设计说明书。
造型材料
用于制造砂型的材料，如原砂、 粘结剂、水等。要求具有良好的 耐火性、透气性、退让性和溃散
性。
熔炼材料
用于熔炼金属的原材料，如生铁、 废钢、回炉料等。要求成分稳定、 纯净度高、杂质含量低。
辅助材料
包括涂料、脱模剂、除渣剂等，用 于改善铸件表面质量、提高生产效 率。要求具有良好的附着性、耐火 性和环保性。
施等。
03
案例三
铝合金压铸件工艺设计。研究铝合金压铸件的材料特性、压铸机选择、
压铸模设计、压铸工艺参数设定、后处理及质量控制等方面的内容。
课程设计案例展示与讨论
1 2 3
学生作品展示
选取部分优秀课程设计作品进行展示，包括设计 思路、方案制定、实施过程及成果呈现等方面。
互动讨论环节
铸铁冷处理
铸铁冷处理
铸铁冷处理是一种材料工艺处理方法，目的是提高铸铁的某些性能。
冷处理包括普通冷处理和深冷处理两个级别：
-普通冷处理：将材料冷却到0℃至-130℃之间。
这种处理可改善材料的硬度、尺寸稳定性和强度等性质。
-深冷处理：进一步降低温度至-130℃以下，通常达到-196℃，即液氮的温度。
深冷处理可以使材料微观组织结构发生变化，从而在宏观上提升表面硬度、冲击韧性、耐磨性、尺寸稳定性、强度和减少残余应力等方面的表现。
此外，还有一种称为冷硬铸造的特殊铸造方法，它通过使铁铸件的一部分表面层快速冷却来增加硬度并提高耐磨性。
这种方法通常用于制造需要高硬度表面的零件，例如车轮和轧辊。
综上所述，冷处理技术在工业中的应用可以显著改善铸铁和其他合金材料的性能，尤其适用于那些在极端环境下工作或要求有更高耐用性和可靠性的部件。
铸造工艺设计说明书
铸造工艺设计说明书一、铸造工艺设计的目的和意义铸造是将液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法。
铸造工艺设计则是根据零件的结构特点、技术要求、生产批量等因素，确定铸造方法、铸型分型面、浇注系统、冒口和冷铁等工艺参数，以保证获得高质量的铸件，并提高生产效率、降低成本。
良好的铸造工艺设计具有重要意义。
首先，它能够保证铸件的质量，减少铸造缺陷的产生，如气孔、缩孔、夹渣等。
其次，合理的工艺设计可以提高生产效率，降低生产成本，缩短生产周期。
此外，还能为后续的机械加工提供良好的基础，减少加工余量，提高材料利用率。
二、零件分析1、零件结构对需要铸造的零件进行结构分析，包括形状、尺寸、壁厚均匀性等。
例如，形状复杂的零件可能需要采用复杂的分型面和浇注系统；壁厚不均匀的零件容易产生缩孔、缩松等缺陷，需要合理设置冒口和冷铁。
2、技术要求明确零件的技术要求，如材质、力学性能、表面质量等。
不同的材质和性能要求会影响铸造工艺的选择和参数的确定。
3、生产批量生产批量的大小直接影响铸造方法的选择。
大批量生产时，通常采用金属型铸造、压力铸造等高效率的铸造方法；小批量生产则多采用砂型铸造。
三、铸造方法的选择1、砂型铸造砂型铸造是应用最广泛的铸造方法，其优点是成本低、适应性强，可生产各种形状和尺寸的铸件。
但砂型铸造的生产效率较低，铸件的表面质量相对较差。
2、金属型铸造金属型铸造的生产效率高，铸件的精度和表面质量好，但模具成本高，适用于大批量生产形状简单、尺寸较小的铸件。
3、压力铸造压力铸造能生产出形状复杂、薄壁的高精度铸件，但设备投资大，主要用于生产大批量的有色金属铸件。
4、熔模铸造熔模铸造适用于生产形状复杂、精度要求高、难以机械加工的小型零件。
根据零件的结构、技术要求和生产批量，综合考虑选择合适的铸造方法。
四、铸型分型面的选择分型面的选择直接影响铸型的制造、造型操作的难易程度以及铸件的质量。
浅谈铸造激冷系统的设计及冷铁标准化
浅谈铸造激冷系统的设计及冷铁标准化（1）冷铁能解决缩松但不能根除缩松，冷铁其实是将铸件该处的模数减小，进而缩松减轻了；冷铁绝不会补偿收缩，只会将缩松转移到其它位置！冷铁不会减少铁水收缩量，但通过移位，可以将收缩逼近或逼到冒口的作用范围内。
（2）通过计算机对冷铁的激冷能力进行校核计算，通过MAGMA 模拟分析冷铁的激冷效果，对冷铁的正确设计设置起了很好的指导作用，加强了冷铁的激冷效果，保证了铸件质量。
正确地引入每种冷铁的实际作用效果，对计算机模拟能达到的准确性非常关键。
（3）合理的激冷系统设计不仅要遵循冷铁设计的各种原则，避免冷铁的各种设计管理误区，优化激冷系统设计，合理布局，使激冷效果达到最佳化，还要注重与浇注系统设计、冒口补缩系统设计、排气系统设计的有机配合，注重冷铁的激冷能力模拟分析及冷铁的失效质量问题、重复使用次数问题，还有冷铁的排列组合、准确定位、预热、排气等问题。
外激冷系统的设计主要包括外冷铁、激冷砂、激冷涂料、强制冷却、散热片等激冷方式。
（4）采用多种激冷方式、激冷材料相结合，可收到良好的效果。
根据铸件的结构特点、材质要求及技术质量要求、铸造工艺方式，善于运用，灵活运用，合理选用内外激冷系统方式，将金属冷铁、石墨冷铁、激冷砂、激冷涂料等有机的结合组合，发挥各种激冷方式、激冷材料的优势，防止铸件产生缩孔缩松、粘砂、裂纹及组织异常铸造缺陷。
（5）冷铁的激冷效果还有一个临界值，无论冷铁厚度多少，冷铁的最大效用只能到铸件壁厚的一半；冷铁对冒口的增益作用也存在着一个临界值。
故此合理的设计冷铁数量，减轻造型制芯及清理工作量，加强浇冒口系统与冷铁的配合，确定合理的工艺出品率。
（6）外冷铁材质的选择，其蓄热能力和导热性能要高于同时配套使用的造型材料，冷铁材质的熔点必须不低于铸件的熔点，避免冷铁熔接。
（7）造型制芯时，冷铁的准确定位非常关键重要，直接影响到冷铁的激冷效果、铸件尺寸精度及后续清理工作量。
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冷铁设计
冷铁分为内冷铁和外冷铁。
内冷铁：将金属激冷物插入铸件型腔中需要激冷的部位，使合金激冷并同铸件熔为一体，这种金属激冷物称为内冷铁，内冷铁主要用于黑色金属厚大铸样。
使用内冷铁的注意事项是：
1）使用前，内冷铁要喷丸或喷砂处理，去除表面锈蚀和油污，常镀锌或镀锡防氧化。
2）砂型内放置内冷铁后应在3h—4h内浇注，防止内冷铁上聚集水分而产生气孔。
3）承受高温、高压和质量要求很高的铸件，不宜放内冷铁。
4）放内冷铁的铸型上方应有出气孔，如上方是暗冒口，冒口上也应有较大的出气孔。
5）采用栅状内冷铁时，单根冷铁的直径不大于30mm。
6）内冷铁在铸件加工后不得暴露，以免影响铸件的力学性能。
外冷铁：外冷铁又分为直接外冷铁和间接外冷铁两类。
1）直接外冷铁是只与铸件的部分内外表面接触而不熔接在一起的金属激冷物，实际上它成为铸型或型芯的部分型腔表面。
2）间接外冷铁同被激冷铸件之间有10～15mm厚的砂层相隔，故又称隔砂冷铁、暗冷铁。
间接外冷铁激冷作用弱，应用较少。
使用外冷铁的注意事项为：
1外冷铁紧贴铸件表面的部位应光洁，除去锈污等各种脏物，有时要刷涂料。
2 对于易产生裂纹的铸造合金浇注的铸件，使用外冷铁时应带有一定的斜度（如45°），以免型砂和冷铁分界处因冷却速度差别过大而形成裂纹。
应做成图1中（b），（c）的形式。
对铸铁和一般铸铜件，（a）、（b）、（c）均适用。
冷铁的作用
1.与浇注系统和冒口配合控制铸件的凝固次序。
2.加速铸件的凝固速度，细化晶粒组织，提高铸件的力学性能。
3.减小冒口尺寸，提高工艺出品率。
冷铁材料的选择
可以制作冷铁的材料很多，凡是比砂型材料的热导率、蓄热系数大的金属和非金属材料均可选用。
生产中常用的冷铁材料有铸铁、铝合金、石墨和铜合金等，各种冷铁材料的热物理系数见下表1。
冷铁安放位置的确定
冷铁能否充分发挥作用，关键在于安放的位置是否合理。
确定冷铁在铸型中的位置，主要取决于要求冷铁所起的作用以及铸件的结构、形状，同时还需要考虑冒口和浇注系统的位置。
（1）要求冷铁所起作用的分析:
（2）铸件结构的分析:
（3）与冒口配合使用
（4）浇注系统及引入位置的影响:
冷铁形状的确定
冷铁的形状取决于使用冷铁部位铸件的形状和冷铁所应起的作用.常用冷铁分为成型冷铁和平面冷铁两类，其形状如图2所示。
在铸件理论型面及转角处一般使角成型冷铁，冷铁
的形状应与放置冷铁的铸件形状相符合。
在铸件底部、端部和平面部分，常放置平面冷铁。
实际生产中常使用长方形、圆形、方形的冷铁。
其厚度一般为10，12, 15, 20, 30mm 。
也常制出一批长、宽尺寸不同、直径不同的标准冷铁供生产中选用。
这样有利于管理、有利于缩短试制和全产周期。
冷铁尺寸的确定
（1）外冷铁
①外冷铁的厚度
对轻合金件，当T 大于2.5倍铸件壁厚时，需配合冒口使用。
②外冷铁的工作表面积:
冷铁有一定的激冷面积，对铸件的大平面，尤其是铸钢件大平面不宜放置壁厚不变的大块冷铁.在大型铸钢件的厚壁平面上常散布若干小块冷铁来组成冷铁组，这样常要计算一个冷铁能激冷多大面积，即要计算冷铁的工作表面积。
设在铸件底面和内侧面的外冷铁，在重力和铸件收缩力作用下同铸件表面紧密接触，称为无气隙外冷铁;设在铸件顶部和外侧的冷铁属于气隙外冷铁。
相关文献指出，对于铸钢件，无气隙外冷铁的激冷效果，相当于在原有砂型的散热表面上，净增了两倍的冷铁工作表面积(A s =A o +2A c1):有气隙外冷铁的效果，相当于在原有的砂型散热面积上净增了一倍的冷铁工作表面积(A s =A o +A c2)。
应用了外冷铁使铸件凝固时间缩短，相当于使铸件模数由M o 减小为M 1，由此可导出外冷铁工作表面积As 。
对无气隙外冷铁有 1010000012)
(22M M M M V M V M V A A A s c -=-=-= （1）
对有气隙外冷铁有
10100
001002)(M M M M V M V M V A A A s c -=-=-= （2）
上两式中 V 0 —铸件被激冷处的体积;
A c ，A s ，A 0 —冷铁工作表面积、砂型等效面积、铸件的表面积;
M 0，M 1—铸件原模数，使用冷铁后铸件的等效模数。
0002A A A V A V M ++== （3）
其中A c1，A c2为无气隙、有气隙冷铁工作面积。
铸造设计人员可依工艺需要确定M1的大小，然后利用式（1）,（2）计算出外冷铁的工作表面积.当实现同时凝固时，M 1等于热节四周薄壁部分的模数;实现顺序凝固时，M 1=(0.83～0.91)M p ，M p 是热节旁补缩壁的模数。
经验证明，只有满足M p ≥0.67M o 的条件下，才能用外冷铁消除热节的影响。
（2）内冷铁
内冷铁的激冷作用比外冷铁强，通常是在外冷铁激冷作用不足时才使用内冷铁，主要用于壁厚而技术要求不太高的铸件上，特别是铸钢件。
设计注意：
各种冷铁的尺寸一般不宜过大，长度尺寸不大于200mm 。
冷铁尺寸过大，反复使用后会出现变形，既降低冷铁的激冷作用，又影响铸件尺寸精度。
较长或面积较大的冷铁，应分块使用，冷铁与冷铁之间应留有间隙。
冷铁之间的间隙一般为3～5mm ，间隙过小，造型时间隙中的型砂不易紧实，合箱时易掉砂，并易钻入金属液，形成披缝，阻碍铸件的收缩造成热裂缺陷。
间隙过大，在间隙处形成热节，出现缩松和缩裂缺陷。
冷铁的厚度大小应逐步向边缘处减薄，使激冷作用缓和过渡，避免铸件在冷铁边缘产生裂纹，对于镁合金铸件，尤为重要。
内冷铁的激冷作用比外冷铁大得多，所以用量要适当。
如内冷铁重量过大，则不能很好地熔合，影响铸件的机械性能，严重时引起铸件裂纹。
重量过小则不能有效消除缩孔、缩松。
冷铁工作表面一般应开设通气槽。
回用冷铁应进行吹砂处理，以去除表面的旧砂、油污和氧化物。