第二章 铸造工艺方案

8)编制铸造工艺卡或产品铸造工艺规程。
第二节
铸造工艺方案的拟定
包含：a.造型、制芯方法和铸型种类的选择； b.浇注位置和分型面的确定； c.工艺参数的选定等。 一、零件结构的铸造工艺性分析 (一)先作好整体性的了解 a.根据零件样图参数及要求查定该产品是否能根据 现有生产条件铸得出来； b.能否容易铸出而不易出现铸造缺陷。 (二)从壁厚大小、分布及热节布局去审查铸件结构的 合理性
图 例 尺 寸/mm 铸铁 b>2a 铸钢 铸铁 b>2a 铸钢
1 1 a b R ～ 6 3 2 ab R 4
L 5 b a
L 4 b a
b>2a
1 1 a b R R a b R ～ 2 6 3 2 c 3 ba h 4 ～5 c
确定浇注位置应遵守的原则。
1．铸件重要部分或主要加工面、耐磨面、受力部位等 应位于下部或呈直立状态。
2．铸件局部薄壁部位或铸件大平面应朝下
3．有利于铸件凝固和补缩
4．尽可能避免用吊砂、吊芯或悬壁式砂芯
四、分型面方案的选择 铸件分型面：指两半铸型(一般为上、下型)或多个铸型 (多箱造型)相互接触、配合的表面。即铸型的分界面。 选定分型面的基本原则是便于起模。
表2-5铸件的最小铸出孔直径 大量生产 成批生产 单件、小批生产 (单位：mm)
灰铸铁件 12～15 15Байду номын сангаас30 30～50
铸钢件
30～50 50
注：1．若是加工孔，则孔的直径应为加上加工余量后的数值(小 于加工孔径)。 2．有特殊要求的铸件例外。
3．起模斜度 平行于起模方向上使模样和芯盒壁具有一定的斜度
5)单件小批生产的重型铸件、大型覆盖件的凸、凹模板 铸件，现多采用消失模铸造。
聚苯乙烯发泡组装模样
流态自硬砂或水玻璃砂
3．与生产条件和企业环境相适应 4．兼顾铸件精度要求和成本
三、铸件浇注位置的确定 铸件的浇注位置：浇注状态下铸件在铸型内所处的位置。
可分为：水平浇注、垂直浇注或倾斜浇注。
确定浇注位置很大程度上着眼于控制铸件的凝固顺 序，铸件上部易发生缺陷的可能。
铸钢、铸铁件砂型铸造中机器造型尺寸公差等级规定 为CT8～CTl2； 手工造型大批量生产规定为CTll～CTl4。
影响机械加工余量大小的主要因素有： 铸造合金类别、铸造工艺方法、生产批量、设备 与工装水平、预加工表面所处的浇注位置(顶面比底面、 侧面降一级选用)、铸件基本尺寸的大小等。 2.最小铸出孔
7．对铸钢件审查实现定向凝固的可行性 对铸钢件分析实现定向凝固的可行性，有利于补缩。
（三)从简化铸造工艺去分析或改进零件结构 简化制造工艺的内容： a.简化外形开始，做到简单、平直，有利于造型； b.内腔结构的合理性，以利于砂芯固定和排气，有利于 砂芯自铸件内的清除； c.简化模具与芯盒的制造。
二、设计依据 铸造工艺设计的原则或依据：就是质量、效率和成本。 1．生产任务 接受生产任务应予明确以下几点： 1) 图样清晰无误，有完整的视图、尺寸和各种标记。 针对零件内外结构进行铸造工艺分析，要修改图样需 与客户共同研究，以修改后的图样为设计依据并附注 于生产合同或协议书中。 2)零件技术要求明确、合理。 包括：材质、金相、力学性能要求、尺寸及重量公差、 表面和内部缺陷允许程度，水压、气压试验，零件在 机器上的工作条件等。 3)产品数量与生产期限。
1．简化外形 改进妨碍起模的凸台、凸缘和肋板结构，取消铸件 外表侧凹。
变速箱体外形结构工艺性分析
变速箱体外形结构工艺性改进
带有侧部外表几乎全凹的铸件结构改进。
2．分析并改进铸件内腔结构 1) 减少不必要的 砂芯，以降低成 本，提高铸件精 度。
用自带型芯(亦称砂垛)替代专制砂芯，减少砂芯数目，降低成本。
2)有利于砂芯固定和排气。
取消了芯撑，利于固定和砂芯自身排气。
3)易于铸件清理。
铸件清理后，须用 钉或柱塞、堵头将 多余孔封闭，做到 不渗漏。
该件的最佳结构设计：将铸件沿图2-17b的A-A剖面分成两部分分别铸出， 然后以螺钉联接固定为整体。
3．减少和简化分型面，简化模具制造
分型面应尽量在一个平面上，减少制造模样和模板的工作量。
尽量减少分型面，避免多箱造型，降低铸型成本
原设计为非对称结构(实线所 示)，模样和芯盒难以制造；
改进后(虚线所示)，呈对称 结构，减少模具制造费用。
尽量采用对称结构，回转铸型可采用刮板造型法，减少模具制造费用。
大而复杂的铸件可考虑分成若干简单铸件分开铸造再行焊接 或用螺栓将其联接固定。
大而复杂的铸件可考虑分成若干简单铸件分开铸造再行焊接 或用螺栓将其联接固定。
4)轮形铸件(如带轮、齿轮、飞轮等)的轮辐或辐板结构， 以奇数轮辐、弯曲轮辐 (或S形轮辐)和开孔辐板、弯曲 辐板为合理。
5．细长形铸件的横截面应对称，尽可能采用工字形； 大型平板件采用加强肋结构，预防铸件翘曲变形 (图2-8)。
6．避免尺寸较大的水平面 金属液流散面积沿大平面突然扩大时，流速变得非常小， 此时金属液的散热面积急尉加大，冷却快，极大可能导 致大平面上出现冷隔、气孔、夹渣或浇不到等缺陷。 改进措施：结构上尽可能把水平壁改为斜壁或曲面壁。
1．铸件壁厚 铸件壁厚应适中。铸件太薄会引起冷隔、浇不到等缺 陷；铸件太厚，容易使厚壁中心晶粒粗大，且常出现 缩松、缩孔，力学性能反而下降。
表2-1砂型铸造时铸件最小允许壁厚
合金种类 碳素铸钢 低合金钢 高锰钢 不锈钢、耐热钢 灰铸铁 孕育铸铁(HT300以上) 球墨铸铁 高磷铸铁 合金种类 可锻铸铁 铝合金 <200 8 8～ 9 8～ 9 8～l0 3～ 4 5～ 6 3～ 4 2 200～400 9 9～10 10 10～12 4～ 5 6～ 8 4～ 8 2 铸件轮廓尺寸/mm 400～800 800～1250 11 14 12 16 12 16 12～16 16～20 5～ 6 6～ 8 8～10 10～12 8～10 10～12 — — 1250～2000 >2000 20 16～18 20 25 20 25 — 20～25 8～10 10～12 12～16 16～20 12～14 14～16 — —
2．生产条件 生产条件主要指设备、原材料、企业工人技术水 平和模具等工装加工能力等。 1)设备能力。 a.起重运输机吨位和最大起重高度； b.合金熔炉形式、吨位和熔炉生产率、浇包容量； c.造型与制芯机种类、机械化程度； d.砂箱规格、烘干炉和热处理炉型、地坑 、厂房尺寸。 2)车间原材料的应用情况和供应情况。 造型材料：原砂、粘土、煤粉、水玻璃及树脂等； 铸造炉料：生铁、废钢回炉料、非铁金属、焦炭等。
3．减小铸件厚壁部分尺寸，缩小热节(壁的交换处，热 量集中) 铸件壁厚力求均匀，缩小热节。
取消不必要 的厚大壁部
热节处易出现缩 孔、缩松和裂纹。
肋与壁的布局应尽可能减 少十字交叉，减小热节。
4．铸件壁的连接
1)采用圆弧连接，圆滑过渡，避免直角相交。
2)避免锐角交接。
3)厚壁与薄壁间的连接应逐步过渡，防止壁厚突变。
第二章 铸造工艺方案 第一节 铸造工艺设计的工作任务和设计依据 一、工作任务 分析：铸造零件的结构特点、技术要求、生产批量、 交货期限和现有生产条件等；
编制：铸件工艺方案和工艺参数，绘制铸造工艺图， 编制产品铸造工艺规程或铸造工艺卡，作为 生产准备、管理和产品验收的依据，并用于 直接指导生产操作和中间检查。 铸造工艺设计质量的好坏，对铸件品质、生产 效率和成本起着决定性的作用。
能起压紧砂芯、封 闭芯头间隙的作用
防止下芯、合型时压坏芯座
3．定位芯头
六、铸造工艺参数 铸造工艺参数：铸型工艺设计需要确定的合理工艺数据。 包括：铸件尺寸公差，机械加工余量，最小铸出孔、槽， 起模斜度，铸造收缩率及各种工艺补正量等。 铸造工艺参数最终决定铸件形状、尺寸精度和产品重量。 1．铸件尺寸公差与机械加工余量 铸件尺寸公差，由精到粗分为16级，命名为CTl～CTl6
(一)砂芯形状、分块与数目 1．保证铸件内腔尺寸精度要求和壁厚分布均匀
不宜将内腔砂芯横截分块来制芯组合，这样较难保证偏心距e的尺寸公差。 合理的方案是最好制成整芯装入铸型内。
应使砂芯起模斜度和模样起模斜度大小、方向一致，保证铸件壁厚均匀。
2．尽量减少砂芯数目，保证操作方便
3．砂芯形状要与生产条件、造型、制芯方法相适应
<50 2.5—3.5 3
50～100 3～ 4 3
铸件轮廓尺寸/mm 100～200 200～400 3.5～4.5 4～5.5 4～ 5 5～ 6
400～600 5～ 7 6～ 8
600～800 6～ 8 8～10
各种合金铸件最大临界壁厚可按最小壁厚的三倍来考虑。
2．铸件内壁
铸件内壁应薄于外壁。
对于一些很小的简易零件，常把这些小件毛坯连接成一个较 长的大铸件。
二、造型与制芯方法的选择 1．优先选用湿型 砂型铸造应优选湿型。湿型中金属凝固冷却较快， 铸件表面光洁，省略了铸型干燥或表面烘干，节约了工 时和能耗，降低了成本。
只有湿型不能满足要求时再考虑使用表面干砂型、干砂型或 其他砂型，具体考虑以下几个方面： 1)铸件过高，金属静压力超过湿型的抗压强度时，应使用干 砂型或自硬砂型等。 2)浇注位置上铸件有较大水平壁，用湿型容易引起夹砂缺陷， 应使用其他砂型。 3) 大型复杂铸件，造型时间长，下芯多，湿型久置会风干， 易出现冲砂缺陷，不宜用湿型。湿型一般应在当天浇注。 4)型内放置冷铁较多，应避免使用湿型。
(二)芯头与芯座 铸型中使用砂芯时，为使砂芯在铸型中定位准确、 安放稳固及砂芯内部排气通畅，在砂芯及模样上均需 做出芯头。
1.垂直芯头： 直立安放在砂型中的芯头
垂直芯头的设计数据包括： 上、下芯头高度和芯头 斜度、芯头间隙、上部压紧 环与下部集砂槽等。
几种砂芯吊装和芯撑周定形式
2．水平芯头：水平安放在砂型中的卧式砂芯芯头
表面干砂型多用于手工或机器造型的中大件。
2．与生产批量相匹配 1)大量生产的小型铸件：采用水平分型或垂直分型的 无箱挤压线。不需砂箱，生产效率高，占地面积小。 2)大量生产的中型铸件：如汽车发动机缸体、曲轴等， 采用有箱高压造型生产线，用多触头高压造型机制 造上、下铸型；用冷芯盒、热芯盒及壳芯法等制芯； 用自动浇注机浇注，适应快速、高精度铸造的需要。 3)中等批量的大型铸件：采用树脂自硬砂造型和制芯。 4)铸钢件：一般选用水玻璃砂或镁砂、锆砂做面砂来 造型。铁道机车车辆铸钢件基本沿用水玻璃砂造型。
3)工人技术水平、生产经验及技术习惯。
4)模样芯盒等工艺装备的加工能力和生产经验。
三、设计工作内容和程序 1.设计工作内容 包括：铸造工艺图、铸件图、铸型装配图(合型图)、工 艺卡、操作工艺规程。 2. 铸造工艺设计程序 1)看清零件图，对零件技术条件和结构进行工艺性分析。 2)制定铸造工艺方案。
槽内壁的起模斜度
主要原则： 应使铸件全部或大部置于同一半型内； 尽量减少分型面数目； 尽量选用平面分型。
五、砂芯形状、数量及分块
砂芯用来形成铸件内腔或外形上有碍起模的局部凸凹部位。
对尺寸不大的铸件，为了增加砂芯稳定性，可采 用两个或多个铸件整合成一个砂芯的方法。
砂芯设计的内容主要包括： a.确定砂芯形状和个数(砂芯分块或整合)及下芯顺序(编号)； b.决定芯头结构及尺寸；c.砂芯通气方式。
a.选择铸造和造型方法； b.确定铸件在铸型内的浇注位置和分型面； c.依据有关技术标准选定各加工面的机械加工余量、起 模斜度和收缩率；决定不铸孔。
3)完成砂芯设计。 4)设计浇冒口、冷铁和铸肋。
5)绘制铸造工艺图和铸件图。 工艺图：制造模样、模板、芯盒等工艺装备设计依据。 铸件图：用于铸件检验、验收和模具工装设计的依据。 6)设计模样、模板、芯盒、砂箱等工艺装备，绘制相关 装配和零件图样，为工装制造提供技术依据。 7)绘制铸型装配图(合型图)。 这是生产准备、合型、检验和工艺调整的依据。