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。

反变形量：铸件在造型以及成形过程中发生翘曲、收缩等现象使得铸件产生变形。

在工艺设计时，需要设置一个反变形量，使得铸件在成形后减少乃至消除变形。

吃砂量：模样或者铸型内腔内外表面与砂箱的内壁、顶面、底面或箱挡之间的距离；型腔之间的最小间距；芯骨至砂芯表面的砂层厚度。

铸型材料：包括永久型材料和造型材料。

永久型材料一般用于永久型铸型，采用导热性良好、力学性能好的金属、合金或石墨等材料制成。

造型材料:砂型铸造中铸型和砂芯所用的材料，包括铸造用砂、粘结剂、涂料和其他辅助材料。

铸造用砂的热物理特征：比热、导热性、蓄热特性和热膨胀性。

蓄热系数：λρc b =，c 为材料的比热，λ为材料的导热系数，ρ为材料的密度。

蓄热系数越大，铸件冷却速度越快，材料的结晶组织越细。

耐火度：是表征耐火材料抵抗高温能力的指标，是通过三角锥试样在加热过程中的变形和弯倒程度来测定。

烧结点：是指砂粒表面或砂粒间的混合物开始熔化的温度。

最低共熔点：表征耐火材料抵抗高温能力的指标，由于耐火材料的多相特征，其熔融是在一定温度范围内进行的，耐火材料开始出现液相的温度就是最低共熔点。

热稳定性：也称抗热冲击性，指耐火材料抵抗温度急剧变化而不开裂的性能。

热化学稳定性：指耐火材料不与液态金属及其氧化物发生反应，不与粘结剂的氧化物形成低熔点的共熔物的性能。

含泥量：指原料中颗粒直径小于0.002mm部分所占的质量分数。

含泥量高会影响型、芯的透气性和耐火度。

铸造用砂的颗粒组成：包括颗粒尺寸大小、粒度分布。

颗粒平均细度：砂样的总表面积保持不变，将砂样换算成同样重量的均一直径的颗粒，所能通过的筛号，即表示颗粒的平均细度，也就是用能通过的筛号数表示砂粒的平均直径。

粘结剂（铸型）：在颗粒状或粉状的造型材料间形成有一定强度的连续粘结的薄膜，将其粘结成型芯。

涂料：涂覆在铸型或芯子表面的一层耐火材料层，起保护铸型，提高铸件表面光洁度、防止铸件粘砂的目的。

胶合剂：是用于两半型芯装配时进行胶合或用于型芯修补的粘结剂。

涂膏：用来修补烘干后型、芯表面的裂纹、缝隙和粗糙部分，型芯中较小的缺肉。

脱模剂：用来防止模样或芯盒与型砂，或者永久铸型与铸件之间相粘连的溶剂。

保温冒口套：采用珍珠岩、微珠或其他轻质阻热材料，使冒口部位散热减慢，提高冒口效率。

保温覆盖剂：浇注后在明冒口的顶部放置的粉状保温剂，以减缓热量从冒口顶部散发。

陶瓷管：采用陶土烧制而成的按浇注系统各类结构组成的浇注系统预制组件。

质轻、耐高温、价格便宜，利于造型过程中的连接、安装和摆放等操作。

芯子：用来形成铸件内腔、孔和外形不易起模的部分。

芯头：指芯子中伸出铸件，且不与铸件相接触的部分。

起到定位并固定芯子，承受芯子本身重力及浇注时金属液对芯子的浮力，排除浇注时芯子所产生的气体的作用。

芯头结构：包括定位结构、位置结构。

芯头长度：指芯子伸入铸型部分的长度。

芯头斜度：为了便于合箱和下芯，芯头的侧面和端面一般都带有斜度。

芯头间隙：为了下芯方便，通常在芯头和芯座之间留有的间隙。

芯座：铸型中专门为放置芯头而设置的空腔。

补砂档：是在芯头端部的芯座增加一段距离，也就是超出芯头端部多出的一段空腔，合箱时用背砂填充。

为了尺寸调节也同时使下芯更加方便。

芯撑：对悬臂芯起到支撑作用，浇注后留在铸件内部的工装。

排气措施：为了将浇注后芯子产生的气体排出设置的装置。

一般向芯头排气。

浇注系统：引导液态金属进入铸型型腔的通道系统。

一般由浇口杯、直浇道、横浇道、直浇道窝，内浇道组成。

封闭式浇注系统：组元截总面积最小的是内浇道。

一般∑A直＞∑A横＞∑A内。

半封闭式浇注系统：∑A横＞∑A直∑A内。

开放式浇注系统：该类系统，从浇口杯底孔到内浇道截面，面积逐渐加大。

即∑A内＞∑A横∑A直。

顶注式浇注系统：指从铸件位置的顶部注入金属液的浇注系统体系。

铸件的大部分位于下箱，金属液进入型腔时自由下落。

底注式浇注系统：指从铸件浇注位置的底部注入金属液的浇注系统体系。

铁豆：由于液态金属的飞溅造成。

液滴飞溅预冷凝固成豆状。

若无液态金属重新熔化则产生铁豆。

砂眼：砂型被冲击型砂脱落混入铁水中凝固形成砂眼。

中间注入式浇注系统：只从铸件浇注位置的中间部位注入金属液的浇注系统体系，一般把内浇口开在分型面上。

阶梯式浇注系统：从铸件浇注位置的不同部位注入金属液的浇注系统体系。

金属液先从最下层注入型腔，然后是临近的上一层，以此类推。

静压头：指从铸件底部到浇口杯内液面顶部的高度差所产生的压头。

剩余压头：指浇口杯内液面与铸件浇注位置中最高点之间的高度差所产生的压头。

工艺出品率：%100⨯=总重毛重工艺出品率，毛重包括净重、加工余量、铸死的孔、槽，无法去除的补贴、残余的切割量。

总重包括毛重、浇冒口重量、去除的补贴、损耗、富余量。

镇静：钢包在充满钢水后不立即浇注，等待一定时间后浇注，有利于气体、熔渣上浮。

补缩系统：包括冒口、补贴和与之相对应的铸件部分。

合金的收缩：指液态合金在向固态转变的冷却过程中产生的收缩。

包括三个阶段：液态收缩、凝固收缩、固态收缩。

合金的体收缩率：指合金由液相线开始至室温时的体积収缩。

公式为ss 0V V -V =ε，V 0为铸件刚好在充满铸型时的体积。

V s 为铸件全部进入固相线时的体积。

缩孔：指在铸件凝固过程中，由于合金的凝固收缩或者补缩通道的堵塞，使得铸件在最后凝固部位由于得不到金属液的补缩产生的孔洞。

缩松：指在铸件凝固过程中，由于合金的收缩以及合金的粥状方式，在最后凝固部位产生的分散而细小的孔洞的聚集体。

补缩通道：铸件在凝固过程中，冒口中的金属液对铸件的凝固和降温所产生的体收缩进行补偿，该补缩过程金属液所通过的区域就是补缩通道。

冒口区：冒口周围直接由冒口进行补偿而获得致密组织的区域。

末端区：在远离冒口的铸件端部，由于端部的边角效应，该区域的补缩通道扩张角比较大，易于补缩，所形成的致密区域叫末端区。

冒口的有效补缩距离：指冒口周围能获得致密组织的距离，通常由冒口区加末端区组成。

冒口：铸型内储存合金液而不构成铸件实体，并为铸件的凝固和收缩提供补缩液的腔体。

特殊/异型冒口：根据工艺需要无法采用标准冒口而生产的冒口。

标准冒口：就是将冒口的结构参数标准化，具体说就是冒口结构尺寸比例关系的标准化，冒口的斜度标准化和冒口尺寸系列的标准化，以提高其通用性，提高生产效率，节约生产成本。

冒口的尺寸参数：包括冒口的长宽比、高宽比和斜度。

冒口的计算方法：模数法、热节圆法、均衡凝固法、液量补缩法。

铸件的模数：根据平方根定律和折算厚度法则的原理，将凝固体的体积与散热面积之比称为模数。

热节圆法：根据铸件内热节圆的大小及其与冒口和补贴的比例关系，并根据补缩量和收缩量的相互关系来确定补贴及冒口尺寸的方法。

热节：凝固过程中，铸件比周围金属凝固较慢的节点或局部区域。

热节圆：指在铸件内的热节处所能做出的最大内切球体，一般通过作图法确定。

冒口的补缩量：铸件凝固完毕后，冒口中未凝固的液体就是补缩给铸件和冒口凝固时所产生的收缩的液量，也就是冒口的补缩量。

液量补缩法：利用冒口的补缩效率，计算出冒口的补缩量，与铸件加上冒口的总补缩量相比较，补缩量应大于收缩量。

冒口的补缩效率：%100V V -V ⨯=冒终冒η，V 冒为冒口的原始体积，V 终为冒口补缩后的体积。

均匀凝固法：主要是用于铸铁件的凝固，通过控制各热节处的凝固进程，来实现铸件内部的均衡凝固。

补贴：通过对铸件向冒口方向逐渐增加厚度的方法，使铸件的末端与冒口之间建立起补缩通道，并使补缩扩张角增加，这种人为增加的铸件以外的厚度就是补贴。

补贴在铸后需要采用气割、电弧气刨或机加等方法去除。

设计方法包括图表法、热节圆法。

冷铁：是用来控制铸件凝固，使被激冷区的凝固时间缩短的激冷物。

外冷铁：设置在型砂表面，使与之接触的铸件部位迅速冷却的冷铁。

内冷铁：设置在铸件的热节部位的型腔中，浇注后凝固在铸件中的，使与之接触的铸件部位迅速冷却的冷铁。

直接冷铁：就是直接与金属液相接触的外冷铁。

间接冷铁：就是不直接与铸件相接触，与铸件之间相隔一层较薄的造型材料。

该类冷铁又称为暗冷铁。

普通冷铁：一般为长方形，以平面方式与铸件相接触。

成形冷铁：就是以铸件敷设冷铁部位的表面形状作为冷铁表面形状的冷铁。

熔焊型冷铁：指铸件凝固结束后，内冷铁与焊件的界面发生焊合。

非熔焊型冷铁：指铸件凝固结束后，内冷铁与铸件的界面未发生焊合。

手工造型、造芯：指用手工方式完成紧砂、起模、修型及合箱等主要操作的造型和制芯过程。

芯盒制芯:在芯盒内进行制芯操作，如紧砂，安放芯骨、开通气道等。

硬化过程可以在芯盒内进行，也可以脱芯盒后，烘干硬化。

铸造工艺装备：指造型、制芯、合箱和浇注过程中所使用的装备和用具的总称。

，具体包括：模样、模板、芯骨、砂箱、造型平板、芯盒、烘芯托板、砂芯修整器具、下芯夹具、量具、检验样板。