鑄造工藝學(xué)第6章課件

1、第6章 鑄造工藝參數(shù)及砂芯設(shè)計(jì) 鑄造工藝參數(shù)指鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)需要確定的工藝數(shù)據(jù)。準(zhǔn)確、恰當(dāng)?shù)剡x擇鑄造工藝參數(shù)，可以保證鑄件尺寸及形狀準(zhǔn)確，生產(chǎn)效率提高，生產(chǎn)成本降低。1.鑄件尺寸公差 鑄件尺寸公差是指鑄件各部分尺寸所允許的極限偏差，鑄件生產(chǎn)過程中的很多因素都會(huì)影響鑄件尺寸公差，同時(shí)鑄件尺寸公差在一定范圍內(nèi)會(huì)對(duì)鑄件生產(chǎn)成本產(chǎn)生極大影響，因此必須采用科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)來協(xié)調(diào)供需雙方的要求。 我國的鑄件尺寸公差標(biāo)準(zhǔn)GB641486鑄件尺寸公差等效采用ISO80621984鑄件尺寸公差制。這是鑄造工藝設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)鑄件尺寸的依據(jù)，其中具體規(guī)定了砂型鑄造、金屬型鑄造、低壓鑄造、壓力鑄造、熔模鑄造等方法生產(chǎn)的各種鑄造

2、金屬及合金的鑄件尺寸公差，包括鑄件基本尺寸公差值、錯(cuò)箱值。所規(guī)定的公差是正常生產(chǎn)條件下通常能達(dá)到的公差，由精到粗分為16級(jí)，命名為CT1到CT16。第一節(jié) 鑄造工藝參數(shù)2.鑄件重量公差 鑄件重量公差指以占鑄件公稱重量的百分率為單位的鑄件重量變動(dòng)的允許值，其中鑄件公稱重量包括機(jī)械加工余量和其它工藝余量，作為衡量被檢驗(yàn)鑄件輕重的基準(zhǔn)重量。GB/T 11351- 89標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了鑄件重量公差的數(shù)值、確定方法及檢驗(yàn)規(guī)則。 鑄件重量公差的代號(hào)用字母MT表示。共分16級(jí)，MT1至MT16。重量公差數(shù)值詳見國家標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：成批和大量生產(chǎn)時(shí)，從供需雙方共同認(rèn)定的首批合格鑄件中隨機(jī)抽取不少于10件的鑄件，以

3、實(shí)稱重量的平均值作為公稱重量。小批和單件生產(chǎn)時(shí)，以計(jì)算重量或供需雙方共同認(rèn)定的任一個(gè)合格鑄件的實(shí)稱重量作為公稱重量。重量公差應(yīng)與尺寸公差對(duì)應(yīng)選取。3.機(jī)械加工余量 為了保證零件加工面尺寸和精度，在鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)，將加工表面上留出的、準(zhǔn)備切去的金屬層厚度，稱為機(jī)械加工余量。 加工余量過大，浪費(fèi)金屬和機(jī)械加工工時(shí)，增加鑄件和零件成本；過小，則不能完全除去鑄件表面的缺陷，甚至露出鑄件表皮，達(dá)不到零件要求。 影響機(jī)械加工余量大小的主要因素有：鑄造合金種類、鑄造工藝方法、生產(chǎn)批量、設(shè)備與工裝的水平、加工表面所處的澆注位置(頂面、側(cè)面、底面)、鑄件基本尺寸的大小和結(jié)構(gòu)等。4.鑄造收縮率 金屬在凝固過程中有

4、液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮，其中液態(tài)收縮和凝固收縮的結(jié)果，使鑄件最后凝固的部位產(chǎn)生縮孔、縮松，為消除縮孔、縮松，獲取組織致密的鑄件，可以采取工藝措施進(jìn)行補(bǔ)縮。固態(tài)收縮的結(jié)果，使鑄件長度方向尺寸變短，其變短的量即為線收縮量。為了獲取尺寸符合要求的鑄件，常在制作模樣或芯盒時(shí)將線收縮量加上，以保證固態(tài)收縮后鑄件尺寸符合要求。鑄造收縮率（生產(chǎn)中稱縮尺）可用下式表達(dá)： 式中，LM為模樣(或芯盒)工作面的尺寸；LJ為鑄件尺寸。 鑄造收縮率與合金的種類及成分、鑄件冷卻收縮時(shí)受到阻力的大小、冷卻條件的差異等因素有關(guān)，因此，要十分準(zhǔn)確地給出鑄造收縮率是很困難的。 對(duì)于大量生產(chǎn)的鑄件，一般應(yīng)在試生產(chǎn)過程中，測(cè)定

5、鑄件各部位的實(shí)際收縮率，反復(fù)修改木模，直至鑄件尺寸符合鑄件圖紙要求。然后再依實(shí)際鑄造收縮率設(shè)計(jì)制造金屬模。對(duì)于單件、小批生產(chǎn)的大型鑄件，鑄造收縮率的選取必須有豐富的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)要結(jié)合使用工藝補(bǔ)正量，適當(dāng)放大加工余量等措施來保證鑄件尺寸達(dá)到合格。5.起模斜度 為了方便起出模樣或取出砂芯，在模樣、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免損壞砂型或砂芯。這個(gè)斜度，稱為起模斜度或拔模斜度。 起模斜度應(yīng)在鑄件上沒有結(jié)構(gòu)斜度的、垂直于分型面(分盒面)的表面上應(yīng)用。其大小應(yīng)依模樣的拔模高度、表面粗糙度以及造型(芯)方法而定。 關(guān)于起模斜度的大小的具體數(shù)值詳見JB/T5015-91中的規(guī)定，數(shù)據(jù)可參照表6-11。對(duì)于起

6、模困難的模樣，允許采用較大的起模斜度，但不得超過表6-11中數(shù)值的一倍。芯盒的起模斜度可參照表6-11。 起模斜度的形式見圖6-4。原則上，在鑄件上加放起模斜度不應(yīng)超出鑄件的壁厚公差。6.最小鑄出孔及槽 機(jī)械零件上的孔、槽和臺(tái)階一般應(yīng)盡可能鑄造出來，這樣既可節(jié)約金屬、減少機(jī)械加工的工作量、降低成本，又可使鑄件的壁厚比較均勻，減少形成縮孔、縮松等鑄造缺陷的傾向，提高鑄件質(zhì)量。 最小鑄出孔或槽的尺寸與鑄件的生產(chǎn)產(chǎn)量、合金種類、鑄件大小、孔或槽處鑄件的壁厚、孔的長度及直徑等有關(guān)。鑄鐵件、非鐵合金鑄件和鑄鋼件的最小鑄出孔或槽的尺寸可分別參考表6-12和表6-13。 7.工藝補(bǔ)正量 在單件、小批生產(chǎn)中，

7、由于選用的縮尺與鑄件的實(shí)際收縮率不符，或由于鑄件產(chǎn)生了變形、操作中的不可避免的誤差(如工藝上允許的錯(cuò)箱偏差、偏芯誤差)等原因，使得加工后的鑄件某些部分的厚度小于圖紙要求尺寸，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因強(qiáng)度太弱而報(bào)廢。因工藝需要在鑄件相應(yīng)非加工面上增加的金屬層厚度稱為工藝補(bǔ)正量。為了防止由于鑄造收縮率估計(jì)不準(zhǔn)而削弱零件強(qiáng)度應(yīng)采用工藝補(bǔ)正量，應(yīng)用實(shí)例如圖6-5所示。 8.分型負(fù)數(shù) 砂型鑄造時(shí)，由于起模后的修型和烘干過程中砂型的變形，引起分型面凹凸不平，合型時(shí)，上下兩個(gè)砂型之間不能緊密接觸，為了防止?jié)沧r(shí)分型面跑鐵液，合型時(shí)往往要在下箱分型面上墊石棉繩或耐火泥條，這樣在分型面處明顯地增大了鑄件垂直于分型面方向的尺寸

8、。為了保證鑄件尺寸精確，在擬訂工藝參數(shù)時(shí)，為抵消鑄件在分型面部位的增厚，在模樣上相應(yīng)減去的尺寸，稱為分型負(fù)數(shù)。根據(jù)鑄造條件，分型負(fù)數(shù)的選用方法可參照?qǐng)D6-6。 確定分型負(fù)數(shù)，應(yīng)注意下述幾點(diǎn)： 1)若模樣分成對(duì)稱的上、下兩半，則上、下半模樣各取分型負(fù)數(shù)的一半。 2)多箱造型時(shí)，每個(gè)分型面都要放分型負(fù)數(shù)。 3)自硬砂型和濕型一般不放分型負(fù)數(shù)，但砂型平面大于1.5m2時(shí)，也放分型負(fù)數(shù)。 4)在分型面上的砂芯間隙不能比分型負(fù)數(shù)小。9.反變形量 鑄件壁厚不均勻，或由于結(jié)構(gòu)原因各部位收縮受阻的情形差別很大，鑄件可能產(chǎn)生撓曲變形。制造模樣時(shí)，可按鑄件可能產(chǎn)生變形的相反方向作出反變形量，或在各部位采用不同的縮

9、尺，使鑄件在冷卻后變形的結(jié)果正好將反變形抵消，得到尺寸符合要求的鑄件。這種在制造模樣時(shí)預(yù)先做出的變形量稱為反變形量。 影響鑄件變形的因素很多，例如合金性能、鑄件結(jié)構(gòu)和尺寸、澆冒口系統(tǒng)的布局、澆注溫度和速度、打箱時(shí)間、造型方法、砂型剛度等等。 圖6-7所示，兩種不同截面尺寸的T字形梁鑄件冷卻緩慢的一側(cè)必定受拉應(yīng)力而產(chǎn)生內(nèi)凹變形，冷卻較快的一側(cè)必定受壓應(yīng)力而產(chǎn)生外凸變形。10.工藝筋 為了防止鑄件產(chǎn)生熱裂和變形，通常所采取的措施是使用工藝?yán)撸ㄓ袝r(shí)也和冷鐵配合使用），又稱鑄筋，可分為兩種： 一種稱割筋(也稱收縮筋)，用于防止鑄件熱裂，割筋通常要求在清理時(shí)去除，只有在不影響鑄件使用時(shí)才允許保留在鑄件上

10、。 另一種稱拉筋(亦稱加強(qiáng)筋)，防止鑄件變形，而拉筋一般應(yīng)在鑄件熱處理之后去除。 易產(chǎn)生熱裂的鑄件典型結(jié)構(gòu)如圖6-8所示。斷面呈U、V形或半圓環(huán)形的鑄件，鑄出后經(jīng)常發(fā)現(xiàn)變形，其結(jié)果使開口尺寸增大。為了防止這類鑄件的變形，常設(shè)置拉筋，如圖6-9所示。11.砂芯負(fù)數(shù) 大型粘土砂芯，在舂砂力的作用下芯盒向四周漲開、刷涂料以及烘干都會(huì)使砂芯發(fā)生變形，使砂芯四周尺寸增大。為了保證鑄件尺寸準(zhǔn)確，將芯盒的長、寬尺寸減去一定量，這個(gè)被減去的尺寸稱為砂芯負(fù)數(shù)(或稱為砂芯減量)。12.非加工壁厚的負(fù)余量 在手工造型和制芯時(shí)，為了起模和出芯方便，需要震動(dòng)模樣和芯盒內(nèi)的肋板，以及由于木模和肋板吸潮而引起的膨脹，這些都

11、會(huì)造成鑄件非加工壁的厚度增加，致使鑄件尺寸超差和重量超重。為了保證鑄件尺寸準(zhǔn)確，對(duì)形成鑄件非加工面壁厚的木質(zhì)模樣、肋板的尺寸應(yīng)予以減小，即小于圖紙上尺寸，所減少的尺寸稱為非加工壁厚的負(fù)余量。在確定鑄件線收縮率時(shí)，如果已經(jīng)考慮了負(fù)余量的因素，就不用另作考慮了。13.分芯負(fù)數(shù) 對(duì)于分段制造的長砂芯或分開制造的大砂芯，在接縫處應(yīng)留出分芯間隙量，即在砂芯的分開面處，將砂芯尺寸減去間隙尺寸，被減去的尺寸，稱為分芯負(fù)數(shù)。分芯負(fù)數(shù)是為了砂芯拼合及下芯方便而采用的。不留分芯負(fù)數(shù)，就必須用手工磨出間隙量，這將延長工時(shí)并惡化勞動(dòng)條件。分芯負(fù)數(shù)可以留在相鄰的兩個(gè)砂芯上，每個(gè)砂芯各留一半；也可留在指定的一側(cè)的砂芯上。

12、根據(jù)砂芯接合面的大小一般留l3mm。分芯負(fù)數(shù)多用于手工造芯的大砂芯。第二節(jié) 砂芯設(shè)計(jì) 砂芯的功用是形成鑄件的內(nèi)腔、孔及鑄件外形不能出砂的部位。砂型局部要求特殊性能的部分，有時(shí)也用砂芯。 砂芯應(yīng)滿足以下要求：砂芯的形狀、尺寸以及在砂型中的位置應(yīng)符合鑄件的要求；具有足夠的強(qiáng)度和剛度；在鑄件形成過程中砂芯所產(chǎn)生的氣體能及時(shí)排出型外；鑄件收縮時(shí)阻力小；容易清砂。 砂芯設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括：砂芯類型的選擇，確定砂芯的形狀和個(gè)數(shù)(砂芯分塊)及下芯順序；芯頭的尺寸及結(jié)構(gòu)；砂芯的通氣和強(qiáng)度等。1.砂芯分類 砂芯的分類方法很多，通常有下述幾種分類方法。按體積大小分類，分為小、中、大砂芯；按干濕程度分類，可分為濕芯

13、和干芯；按粘結(jié)劑分類，可分為粘土砂芯、水玻璃砂芯、水泥砂芯、油脂砂芯、樹脂砂芯等；按制芯工藝分類，可分為常規(guī)砂芯、自硬砂芯、熱芯盒砂芯、冷芯盒砂芯、殼芯等。此外，按復(fù)雜程度，砂芯可分為以下5級(jí)：級(jí)砂芯：形狀復(fù)雜，斷面細(xì)薄，澆注后大部分被液體金屬包圍，在鑄件里構(gòu)成為各種小通道。級(jí)砂芯：形狀較復(fù)雜，主體部分?jǐn)嗝嫔院瘢休^細(xì)的凸緣、棱角或筋片。級(jí)砂芯：一般復(fù)雜程度，沒有特殊細(xì)薄面，用來形成重要的不加工表面的各種砂芯。級(jí)砂芯：一般復(fù)雜程度和不復(fù)雜的外廓砂芯，構(gòu)成機(jī)械加工的內(nèi)腔，同時(shí)對(duì)表面粗糙度要求不高的砂芯；要求其濕強(qiáng)度高，退讓性好，具有一定的干強(qiáng)度和透氣性。級(jí)砂芯：大型砂芯，構(gòu)成大型鑄件的內(nèi)腔，對(duì)

14、砂芯的要求同級(jí)砂芯。實(shí)際中常用于大型機(jī)床的底座砂芯等。2.砂芯設(shè)計(jì)的基本原則1.盡量減少砂芯數(shù)目為了減少制造工時(shí)，降低鑄件成本和提高其尺寸精度，對(duì)于不太復(fù)雜的鑄件，應(yīng)用砂胎或吊砂?？杀M量減少砂芯數(shù)目。圖6-10為12vB柴油機(jī)曲軸定位套的機(jī)器造型方案，用砂胎取代砂芯。 2. 可分塊制造復(fù)雜砂芯 復(fù)雜砂芯可分塊制造，例如：圖6-12中的加熱爐砂封槽砂芯，因尺寸太大，制芯和下芯操作困難而分三塊制造；圖6-13中的砂芯是為了操作方便而分塊制造。 3.保證鑄件內(nèi)腔尺寸精度和壁厚均勻 凡鑄件內(nèi)腔尺寸要求較嚴(yán)的部分應(yīng)由同一半砂芯形成，避免為分盒面所分割，更不宜劃分為幾個(gè)砂芯。4. 選擇合適的砂芯形狀砂芯形

15、狀的選擇，應(yīng)使芯盒有寬敞的搗砂面，便于填砂、舂砂、安放芯骨和設(shè)置排氣等，特別注意要避免在填砂面上裝活塊，否則將影響砂芯尺寸精度。5. 砂芯烘干支撐面最好是平面砂芯烘干支撐面最好是平面對(duì)于需要烘干硬化的砂芯尤其重要。例如圖6-17a所示，從分型面處分成兩半砂芯，可以放在烘干板上烘干，烘干后再粘合在一起。圖6-17b用濕砂支撐烘干，尺寸不精確，操作也不方便。 6. 砂芯的分盒面應(yīng)盡量與砂型的分型面一致起芯與起模斜度的大小與方向應(yīng)盡量一致，以保證由砂芯和砂型之間所形成的壁厚均勻，減少披縫，同時(shí)也有利于砂芯中氣體的排出。圖6-18中的閥蓋砂芯，由于采用了與分型面一致的分盒面，每個(gè)砂芯的填砂面都較大，支

16、撐面是平面，排氣方便。3.砂芯的固定和定位 1.砂芯的固定 砂芯一般用芯頭、芯撐或鐵絲來固定。依據(jù)砂芯在鑄型中的放置位置，芯頭可分為垂直芯頭和水平芯頭兩大類。 垂直芯頭的固定方式如表6-14所示。對(duì)于只做上芯頭而無其它芯頭的砂芯，可以采取加長上芯頭、預(yù)埋砂芯、吊芯、使用蓋板砂芯和芯撐等措施處理。 具有兩個(gè)以上水平芯頭的砂芯在砂型中最穩(wěn)固，對(duì)于不穩(wěn)固的或易發(fā)生傾斜、轉(zhuǎn)動(dòng)的砂芯，要采取措施使之穩(wěn)固，常用的措施見圖6-19所示。 2.芯頭的定位 砂芯不僅要求安放穩(wěn)固，同時(shí)要求定位準(zhǔn)確，不允許砂芯發(fā)生移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于同一鑄造工藝中，砂芯形狀相似、芯頭形狀和尺寸相同時(shí)，為了避免生產(chǎn)中產(chǎn)生錯(cuò)放或誤放現(xiàn)象，

17、必須采用定位芯頭設(shè)計(jì)。定位芯頭通常分為以下三種形式： （1）垂直定位芯頭垂直定位芯頭的定位形式、用途和適用范圍如表6-15所示。 （2）水平定位芯頭 水平定位芯頭的定位形式、用途和適用范圍如表6-16所示。4.芯頭尺寸設(shè)計(jì) 芯頭是指砂芯的外伸部分，不形成鑄件的輪廓。芯頭是砂芯的重要組成部分，其作用是：使砂芯在鑄型中有準(zhǔn)確的定位；承受砂芯本身重力及澆注時(shí)液體金屬對(duì)砂芯的浮力；澆注后砂芯所產(chǎn)生的氣體，通過芯頭排至鑄型以外。 芯頭的尺寸與所采用的鑄造工藝有關(guān)，一般決定于鑄件相應(yīng)部位孔、槽的尺寸，在設(shè)計(jì)芯頭時(shí)，應(yīng)考慮下芯、合箱方便，上下芯頭及芯號(hào)容易識(shí)別，間隙合理，搬運(yùn)方便，重心平穩(wěn)。因此芯頭的尺寸、

18、斜度和間隙可根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)確定。一般來說，上芯頭的高度比下芯頭小，上芯頭的斜度比下芯頭大。1. 垂直芯頭的尺寸和間隙直立放置在砂型中的芯頭稱為垂直芯頭，其結(jié)構(gòu)見圖6-20。 (1) 芯頭的高度上下對(duì)稱的垂直砂芯，上下芯頭可采用相同的高度，尤其在大量生產(chǎn)中，不必區(qū)分上芯頭與下芯頭，方便下芯。在單件小批生產(chǎn)中，上芯頭可采用不同高度。芯頭高度見表6-17。決定芯頭高度時(shí)，下述經(jīng)驗(yàn)值得借鑒：對(duì)于細(xì)而高的砂芯，上下都有芯頭，且下芯頭比上芯頭適當(dāng)取高些。 對(duì)于粗而短的砂芯，可不用上芯頭，下芯頭也可做得短一些，這對(duì)造型、合箱都方便。 (2) 芯頭的斜度為了下芯準(zhǔn)確、方便，避免碰壞砂芯，在垂直芯頭和芯座(鑄型上

19、的)部位必須設(shè)有斜度。為避免合箱時(shí)上芯頭和鑄型相碰，上芯頭和上芯座的斜度應(yīng)大些。垂直芯頭的斜度見表6-18。 (3) 芯頭的間隙為了下芯方便，通常在芯頭和芯座之間留有間隙。間隙的大小與砂芯的大小、精度及芯座本身的精度等因素有關(guān)。機(jī)器造型、造芯時(shí)，間隙一般較小，而手工造型、造芯時(shí)則間隙較大。垂直芯頭間隙如表6-19所示。2.水平芯頭的尺寸和間隙（1）水平芯頭類型一般情況下，具有兩個(gè)以上水平芯頭的砂芯在砂型中可以穩(wěn)固的。有些砂芯只有一個(gè)水平芯頭，對(duì)這種不穩(wěn)定砂芯，設(shè)計(jì)水平芯頭時(shí)應(yīng)采取必要的措施：1）獨(dú)臂芯頭2）挑擔(dān)芯頭3）爬芯頭（2）水平芯頭的斜度和間隙水平芯頭的端面一般不留斜度，而芯座（模樣上的

20、芯頭）端面必須留有斜度，并且上型斜度比下型大些。水平芯頭和芯座之間要留有間隙，以使下芯、合箱方便。其尺寸可參考表6-21。3.壓緊環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽濕型鑄造時(shí)，為防止液體金屬沿間隙鉆入芯頭，堵塞通氣孔而在上芯座上形成的凸起砂環(huán)，稱為壓緊環(huán)。合箱后它能把砂芯壓緊，這種方法適用于機(jī)器造型。4.定位芯頭 有的砂芯有定位要求，如不允許砂芯在型內(nèi)繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)、軸向移動(dòng)，或下芯時(shí)容易搞錯(cuò)方位，這時(shí)就應(yīng)采用定位芯頭。定位芯頭的結(jié)構(gòu)可自行設(shè)計(jì)，參見圖6-27。5.芯撐和芯骨 1芯撐砂芯在鑄型中主要靠芯頭固牢，但有時(shí)無法設(shè)置芯頭或只靠芯頭仍難以穩(wěn)固，此時(shí)常采用芯撐來穩(wěn)固砂芯，起輔助支撐作用。使用芯撐時(shí)應(yīng)注意：（1）芯撐材料的熔點(diǎn)應(yīng)該比鑄件材質(zhì)的熔點(diǎn)高，至少相同。因此，對(duì)于鑄鐵件用低碳鋼或鑄鐵芯撐；有色金屬鑄件用與鑄件相同的合金材料做芯撐。（2）金屬液體末凝固之前，芯撐應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，不得過早熔化而喪失支撐作用；在鑄件凝固過程中，芯撐須與鑄件很好地焊合。因此芯撐的重量不能過小或過大。（3）芯撐表面最好鍍錫。使用時(shí)，芯撐表面應(yīng)無銹、無油、無水汽。同時(shí)芯撐在放入鑄型之后，要盡快澆注，特別是濕型，以免芯撐表面因凝聚水汽而引起氣孔及焊合不良。（4）應(yīng)盡量將芯撐放置在鑄件的非加工面上或不重要