鑄造工藝及工裝設計

鑄造工藝學

第二篇鑄造工藝及工裝設計第一章鑄造工藝設計概念現(xiàn)代鑄造對鑄件的要求：高力學性能、尺寸精度和粗糙度值，以及特殊性能,如耐熱、耐蝕、耐磨。生產要求：周期短，成本低。工藝——將原材料或半成品加工成產品的工作、方法、技術等。根據(jù)鑄造零件的結構特點，技術要求，生產批量和生產條件，確定鑄造工藝方案和工藝參數(shù)，繪制工藝圖，編制工藝卡等技術文件的過程。鑄造工藝設計的有關文件是生產準備、管理和鑄件驗收的依據(jù)，直接指導生產。一、概念二、設計依據(jù)（一）生產任務鑄造零件圖紙?zhí)峁┑膱D樣必須準備無誤，有完整的尺寸和各種標記。2.零件的技術要求

金屬材質牌號、金相組織、力學性能要求，鑄件尺寸及重量公差及其他特殊性能要求。3.產品的數(shù)量及交貨期

大批量產品，盡可能采用先進技術。對于應急單件產品，則應考慮使工藝裝備盡可能簡單，以便縮短生產周期。（二）生產條件（三）考慮經濟性1.設備能力2.車間原材料的應用情況和供應情況3.工人技術水平和生產經驗4.模具等工藝裝備制造車間的加工能力和生產經驗原材料；工時費；設備費二、設計依據(jù)三、設計內容和程序鑄造工藝設計包括以下幾種主要技術文件：

1.鑄造工藝圖5.模樣圖

2.鑄造工藝卡6.芯盒圖

3.鑄型裝配圖7.砂箱圖

4.鑄件圖8.模板圖由于每個鑄件的生產任務和要求不同，生產條件不同，因此，鑄造工藝設計的內容也不同。對于不太重要的單件小批量生產的鑄件，鑄造工藝設計比較簡單。一般選用手工造型，只限于繪制鑄造工藝圖和填寫有關工藝卡，即可投入生產對于要求比較高的單件生產的重要鑄件和大量生產的鑄件，除要詳細繪制鑄造工藝圖，填寫工藝卡以外，還應繪制鑄件圖、鑄型裝配圖以及大量的工裝圖，如模樣圖、模板圖、砂箱圖、芯盒圖、下芯夾具圖，檢驗樣板及量具圖等。材料

造型

澆注系統(tǒng)

澆注

鑄件落砂與清理

是在零件圖上用各種工藝符號及參數(shù)表示出鑄造工藝方案的圖形。是指導模樣設計、生產準備、鑄型制造和鑄件檢驗的基本工藝文件。

◆工藝圖包括：

澆注位置，鑄型分型面，型芯的數(shù)量、形狀、尺寸及其固定方法，冒口和冷鐵的尺寸和布置,加工余量，收縮率，澆注系統(tǒng)，起模斜度等。

鑄造工藝圖：第二節(jié)鑄造工藝設計與經濟指標和環(huán)境保護的關系鑄造生產產生的廢料、廢氣較多，容易造成工業(yè)污染。鑄造生產是耗能大戶，對能源的依賴性大。鑄造工藝方案的制定要考慮對環(huán)保的要求（采用對環(huán)境友好的材料），也要考慮到盡量節(jié)約能源（少加熱）,也可以降低成本。鑄造工藝設計過程零件結構的鑄造工藝性分析澆注位置分型面的選擇型芯的數(shù)量及其設計鑄造工藝參數(shù)澆注系統(tǒng)設計冒口、冷鐵、鑄筋設計1、機械加工余量和最小鑄出孔2、拔模斜度3、收縮率4、鑄造圓角5、型芯頭模型圖繪制鑄造工藝圖合箱圖第二章鑄造工藝方案第二章鑄造工藝方案第一節(jié)零件結構的鑄造工藝性零件的鑄造工藝性指的是零件的結構應符合鑄造生產的要求，易于保證鑄件品質，簡化鑄造工藝過程和降低成本。對產品零件圖進行審查、分析作用：（1）審查零件結構是否符合鑄造工藝的要求。（2）在既定的零件結構條件下，考慮鑄造過程中可能出現(xiàn)的主要缺陷，在工藝設計中采取措施予以防止。一、從避免缺陷方面審查鑄件結構（一）鑄件應有合適的壁厚

最小壁厚：在各種工藝條下，鑄造合金能充滿型腔的最小厚度。主要取決于合金的種類、鑄件的大小及形狀等因素。

臨界壁厚：各種鑄造合金都存在一個臨界壁厚，砂型鑄造，臨界壁厚約=3x最小壁厚。缺陷分析：鑄件壁厚小于“最小壁厚”。澆不足、冷隔。鑄件壁厚大于“臨界壁厚”?？s孔、縮松、結晶組織粗大。結論：鑄件壁厚介于臨界壁厚和最小壁厚之間一、從避免缺陷方面審查鑄件結構合理設置加強肋

作用：①增加鑄件的剛度和強度，防止變形。②減小鑄件壁厚，防止產生縮孔、裂紋。設計：①加強筋厚度適當。一般為被加強壁厚度的0.6-0.8。②加強筋布置要合理。一、從避免缺陷方面審查鑄件結構為防止砂型尖角脫落和避免鑄件冷卻收縮時在尖角處開裂或產生縮孔，鑄件各表面相交處應做成圓角。這種因鑄造要求而做成的圓角稱為鑄造圓角（二）鑄件內表面及外表面轉角的連接處要有結構圓角一、從避免缺陷方面審查鑄件結構b)合理a)不合理（二）鑄件內表面及外表面轉角的連接處要有結構圓角一、從避免缺陷方面審查鑄件結構（三）厚壁與薄壁的連接應逐步過渡，以防止應力集中，防止產生裂紋一、從避免缺陷方面審查鑄件結構一、從避免缺陷方面審查鑄件結構（四）鑄件壁要避免銳角連接缺陷分析：銳角連接處易出現(xiàn)熱結合應力，并會導致應力集中，從而產生裂紋、縮孔等缺陷。交錯接頭適用于中小型鑄件；環(huán)形接頭適用于大型鑄件；（五）鑄件的壁間連接、交叉應合理一、從避免缺陷方面審查鑄件結構（六）鑄件內壁應薄于外壁內壁厚應小于外壁，有利于內壁和外壁均衡散熱。一、從避免缺陷方面審查鑄件結構閥體的結構改進一、從避免缺陷方面審查鑄件結構（七）壁厚力求均勻，減少肥厚部分，防止形成熱節(jié)熱結處易造成縮孔、縮松和熱裂紋。一、從避免缺陷方面審查鑄件結構（七）壁厚力求均勻，減少肥厚部分，防止形成熱節(jié)一、從避免缺陷方面審查鑄件結構（七）壁厚力求均勻，減少肥厚部分，防止形成熱節(jié)一、從避免缺陷方面審查鑄件結構（八）利于補縮和實現(xiàn)順序凝固對于鑄鋼體等收縮大的合金鑄件，易于形成收縮缺陷，應仔細審查零件結構實現(xiàn)順序凝固的可能性。當鑄件的壁厚有差別時，鑄件的結構應便于實現(xiàn)順序凝固，以利補縮。如圖4.16所示，鑄件的側壁設計成倒錐狀、上厚下薄，利于補縮一、從避免缺陷方面審查鑄件結構一、從避免缺陷方面審查鑄件結構（九）防止鑄件翹曲變形某些壁厚均勻的細長鑄件，較大面積的平板鑄件，以及壁厚不均勻的長形箱體都會由于應力而產生翹曲變形，采用合理的結構設計予以解決。薄而大的平板，收縮易發(fā)生翹曲變形，加上幾條筋之后便可避免。

一、從避免缺陷方面審查鑄件結構（九）防止鑄件翹曲變形對于較長易撓曲的梁形鑄件，應將其截面設計成對稱截面。一、從避免缺陷方面審查鑄件結構（九）防止鑄件翹曲變形缺陷分析：薄壁罩殼鑄件，當其殼頂呈水平面時，因薄壁件金屬液散熱冷卻快，渣、氣易滯留在頂面，易產生澆不足、冷隔、氣孔和夾渣缺陷。（十）避免澆注位置上有水平的大平面結構一、從避免缺陷方面審查鑄件結構如圖輪輻為偶數(shù)、直線型，對于線收縮很大的合金，會因應力過大而產生裂紋。改為奇數(shù)輪輻，或帶孔輻板和彎曲輪輻，可借輪輻和輪緣的微量變形來減少應力，防止裂紋。（十一）鑄件結構應有利于自由收縮(避免收縮阻礙)

一、從避免缺陷方面審查鑄件結構（十一）鑄件結構應有利于自由收縮(避免收縮阻礙)

一、從避免缺陷方面審查鑄件結構（十二）鑄件上易產生變形或裂紋的部位，設計加強筋結構，可防止其變形。一、從避免缺陷方面審查鑄件結構二、簡化鑄造工藝方案審查鑄件（一）改進妨礙起模的凸臺、凸緣、肋板的結構設計鑄件上的凸臺、凸緣和肋條結構時，應考慮便于造型起模，盡量避免使用活塊或外壁型芯。二、簡化鑄造工藝方案審查鑄件（一）改進妨礙起模的凸臺、凸緣、肋板的結構零件上凸臺的設計二、簡化鑄造工藝方案審查鑄件（二）取消鑄件外表側凹鑄件有側凹必然妨礙起模，需增加砂芯才能形成鑄件。或增加分型面的數(shù)量，使鑄件容易產生錯型，影響鑄件的外形和尺寸精度。端蓋的設計二、簡化鑄造工藝方案審查鑄件二、簡化鑄造工藝方案審查鑄件（三）改進鑄件內腔結構以減少砂芯盡量避免或減少型芯，不用或少用型芯?？珊喕a工藝過程，提高鑄件的尺寸精度和品質。二、簡化鑄造工藝方案審查鑄件（三）改進鑄件內腔結構以減少砂芯封閉結構

開式結構

懸臂支架

二、簡化鑄造工藝方案審查鑄件（三）改進鑄件內腔結構以減少砂芯二、簡化鑄造工藝方案審查鑄件（四）減少和簡化分型面平直的分型面可避免操作費時的挖砂造型或假箱造型；同時，鑄件的毛邊少，便于清理。在機器造型時，分型面平直可方便模板的制造。搖臂鑄件二、簡化鑄造工藝方案審查鑄件（四）減少和簡化分型面二、簡化鑄造工藝方案審查鑄件（五）有利于砂芯的固定、排氣、定位和清理

型芯最好依靠型芯頭固定,盡量避免用型芯撐(使用型芯撐有時造成滲漏),同時型芯的排氣和清理要方便。（五）有利于砂芯的固定、排氣、定位和清理

若無法更改結構時，可在鑄件上增加工藝孔，這樣就增加了砂芯的芯頭支撐點。鑄件的工藝孔可用螺絲堵頭封住，以滿足使用要求。二、簡化鑄造工藝方案審查鑄件（五）有利于砂芯的固定、排氣、定位和清理二、簡化鑄造工藝方案審查鑄件（五）有利于砂芯的固定、排氣、定位和清理二、簡化鑄造工藝方案審查鑄件二、簡化鑄造工藝方案審查鑄件（六）減少鑄件清理的工作量鑄件清理包括：清除表面粘砂、內部殘留砂芯，去除澆注系統(tǒng)、冒口和飛翅等操作。二、簡化鑄造工藝方案審查鑄件（七）簡化模具制造單件、小批生產中，模樣和芯盒的費用占鑄件成本的比例很大。

可將大鑄件或形狀復雜的鑄件，設計成幾個較小的鑄件，經機加工后，再用焊接或螺紋連接方式將其組合成整體。（八）大型復雜件的分體鑄造和簡單小件的聯(lián)合鑄造二、簡化鑄造工藝方案審查鑄件實例1：實例2：

與分體鑄造相反，一些很小的零件，如小軸套等，?？梢园言S多小件毛坯連接成一個較大的鑄件，這對鑄造和機械加工都方便，這種方法稱為聯(lián)合鑄造。實例3：（八）大型復雜件的分體鑄造和簡單小件的聯(lián)合鑄造二、簡化鑄造工藝方案審查鑄件第二節(jié)造型、造芯方法的選擇一、優(yōu)先選用濕型注意情況：

（1）鑄件過高，金屬靜壓力超過濕型的抗壓強度，應考慮使用干砂型或自硬砂型等。（2）澆注位置上鑄件有較大水平壁時，用濕型容易引起夾砂缺陷，應考慮使用其他砂型。（3）造型過程長或需長時間等待澆注的砂型不宜用濕型。（4）型內放置冷鐵較多時，應避免使用濕型。認為濕型不可靠時，可考慮使用表干砂型。多用于手工或機器造型的中大件。對于大型鑄件，可以應用樹脂自硬砂、水玻璃砂型及粘土干砂型。二、造型、造芯方法應和生產批量相適應第二節(jié)造型、造芯方法的選擇大量生產：采用技術先進的造型、造芯方法。小型鑄件，可采用水平分型或垂直分型的無箱高壓造型生產線、實型造型線，對于中件可選用各種有箱高壓造型生產線、氣沖造型線。選用冷芯盒、熱芯盒及殼芯等造芯方法。中等批量：樹脂自硬砂造型造芯、拋砂造型等。單件小批量：手工造型。水玻璃砂、粘土砂、樹脂自硬砂及水泥砂等。三、造型方法應適合工廠條件四、要兼顧鑄件的精度要求和成本第二節(jié)造型、造芯方法的選擇每個鑄工車間只有很少的幾種造型、造芯方法，所以選擇的方法應切合現(xiàn)場實際條件。各種造型、造芯方法所獲得的鑄件精度不同，初投資和生產率也不一致，最終的經濟效益也有差異。第三節(jié)澆注位置的選擇澆注位置的選擇

澆注位置：金屬澆注時鑄件所處的空間位置。同一個鑄件，可以有多種澆注位置。注意：澆注位置與澆口位置是兩個不同的概念。同一個澆注位置，可以有多種澆口位置。澆注位置正確與否，將大大影響鑄件的質量。第三節(jié)澆注位置的選擇一、鑄件的重要部分應盡量置于下部鑄件下部金屬在上部金屬的靜壓力作用下凝固并得到補縮，組織致密。

第三節(jié)澆注位置的選擇二、重要加工面應朝下或呈直立狀態(tài)在液體澆注過程中，其中的氣體和熔渣往上??；由于靜壓力較小，使鑄件上部組織不如下部的致密。第三節(jié)澆注位置的選擇左圖：導軌面在上，質量差；右圖：導軌面在下，質量好；第三節(jié)澆注位置的選擇左圖：造型簡單，但上表面質量差于下表面；右圖：造型難度較大，但整個圓柱表面質量均勻；返回第三節(jié)澆注位置的選擇圖例2卷揚機滾筒三、鑄件的厚大部分應放在頂部或在分型面的側面，以便在鑄件厚壁處直接安置冒口，使之實現(xiàn)自下而上的定向凝固。第三節(jié)澆注位置的選擇四、使鑄件的大平面朝下或傾斜金屬液的充型過程中，灼熱的金屬液會對砂型上表面有強烈的熱輻射作用，使該表面的型砂拱起或開裂，導致金屬液鉆進裂縫處，這將使鑄件的該表面產生夾砂缺陷。第三節(jié)澆注位置的選擇第三節(jié)澆注位置的選擇第三節(jié)澆注位置的選擇五、應保證鑄件能充滿

鑄件大面積的薄壁部分放在鑄型的下部或垂直、傾斜。原因：這樣能增加薄壁處金屬液的壓強，提高金屬液的流動性，防止薄壁部分產生澆不足或冷隔缺陷。第三節(jié)澆注位置的選擇第三節(jié)澆注位置的選擇六、應有利于鑄件的補縮易產生縮孔的構件，應使厚截面位于分型面附近的上部或側面原因：便于安放冒口，實現(xiàn)定向凝固，進行補縮。

第三節(jié)澆注位置的選擇六、應有利于鑄件的補縮第三節(jié)澆注位置的選擇七、避免使用吊砂或懸臂式砂芯圖a的澆注位置，型芯只好吊在上型；b圖型芯呈懸臂狀態(tài)，這兩種方案都不利于型芯的定位和穩(wěn)固；c圖芯頭在下型，定位、固定均方便，下芯時候也便于直接測量箱體的壁厚第三節(jié)澆注位置的選擇八、應使合箱位置、澆注位置和鑄件冷卻位置一致第三節(jié)澆注位置的選擇這樣可以避免在合箱后，或于澆注后再次翻轉鑄型。翻轉鑄型不僅勞動量大，而且易引起砂芯移動、掉砂、甚至跑火等缺陷。

上述諸原則，對于具體鑄件來說多難以全面滿足，有時甚至互相矛盾。例如，質量要求很高的鑄件(如機床床身、立柱、鉗工平板、造紙烘缸等)，應在滿足澆注位置要求的前提下考慮造型工藝的簡化。沒有特殊質量要求的一般鑄件，則以簡化工藝、提高經濟效益為主要依據(jù)，不必過多地考慮鑄件的澆注位置。機床立柱、曲軸等圓周面質量要求很高、又需沿軸線分型的鑄件，在批量生產中有時采用“平作立澆”法，此時，采用專用砂箱，先按軸線分型來造型、下芯，合箱之后，將鑄型翻轉90度，豎立后進行澆注。第三節(jié)澆注位置的選擇

分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。其選擇是否合理，對鑄件質量及制模、造型、造芯、合型或清理等工序復雜程度有很大影響。第四節(jié)分型面的選擇這樣能保證模樣從型腔中順利取出。這也是分型面選擇的最為重要的原則，否則會出現(xiàn)無法造型或無法取出模樣的情況，而且還會增加許多諸如加活塊、型芯等不必要的工作量，影響生產效率和鑄件質量。一、分型面應設在鑄件最大截面處第四節(jié)分型面的選擇第四節(jié)分型面的選擇二、應使鑄件全部或大部置于同一半型內分型面主要是為了取出模樣而設置的，但對鑄件精度會造成損害。一方面，它使鑄件產生錯偏，這是因合箱對準誤差引起的；另一方面，由于合箱不嚴，在垂直分型面方向增加鑄件尺寸。據(jù)研究，合型后的分型面總會保持一定的“厚度”，在最小的情況下，約為0.38mm。這個分型厚度加大了鑄件的偏差。因此，凡是鑄件上要求嚴格的尺寸部分，盡量不為分型面所穿越。盡量使鑄件全部或大部置于同一半型內，或者使加工面和加工基準面放在同一半型中，這樣有利于保證鑄件精度（如防止錯箱影響精度）。第四節(jié)分型面的選擇第四節(jié)分型面的選擇二、應使鑄件全部或大部置于同一半型內以確保鑄件的加工精度三、應盡量使加工基準面與大部分加工面在同一砂箱內第四節(jié)分型面的選擇分型面

分型面少，鑄件精度就容易保證，且砂箱數(shù)目少。但這不是絕對的。應考慮以下具體情況：

機器造型的中小件，一般只允許有一個分型面，以便充分發(fā)揮造型機的生產率，凡不能出砂的部位均采用砂芯，而不允許用活塊或多分型面。用于機器造型四、應盡量減少分型面數(shù)目第四節(jié)分型面的選擇但在下列情況下，往往采用多分型面的劈箱造型鑄件高大而復雜，采用單分型面會使模樣很高，起模斜度會使鑄件形狀有較大的改變砂箱很深，造型不方便選擇分型面時總的原則是應該盡量減少分型面，但針對具體條件，有時采用多分型面也是有利的。用于手工造型砂芯多而型腔深且窄，下芯困難第四節(jié)分型面的選擇上下方案1方案2方案3上中中下四、應盡量減少分型面數(shù)目第四節(jié)分型面的選擇盡可能減少鑄件的分型面，盡量做到只有一個分型面四、應盡量減少分型面數(shù)目第四節(jié)分型面的選擇四、應盡量減少分型面數(shù)目第四節(jié)分型面的選擇

起重臂零件圖零件模型鑄件方案2合箱圖分型方案2分型方案1五、分型面應盡量選用平面第四節(jié)分型面的選擇應盡量使分型面平直，以簡化模具制造及造型工藝，避免挖砂造型五、分型面應盡量選用平面第四節(jié)分型面的選擇六、便于下芯、合箱和檢查型腔尺寸第四節(jié)分型面的選擇采用兩個分型面的目的就是便于合箱時檢查尺寸。六、便于下芯、合箱和檢查型腔尺寸第四節(jié)分型面的選擇方案2造型過程第四節(jié)分型面的選擇第四節(jié)分型面的選擇方案1造型過程應盡量使型腔及主要型芯位于下型，以便于造型、下芯、合型及檢驗。第四節(jié)分型面的選擇七、不使砂箱過高第四節(jié)分型面的選擇分型面通常選在鑄件最大截面上，以使砂箱不至于過高。因為砂箱高，會使造型困難，填砂、緊實、起模、下芯都不方便。機器造型，砂箱的高度受造型設備的限制。幾乎所有的造型機都對砂箱高度有限制。手工鑄造大型鑄件時，一般選用多分型面，即用多箱造型以控制每節(jié)砂箱的高度，使其不致過高。大型鑄件托架分型面選擇這樣不僅節(jié)約型砂，而且還能減輕勞動量，對機器造型有較大的經濟意義。七、不使砂箱過高第四節(jié)分型面的選擇八、受力件的分型面的選擇不應削弱鑄件的結構強度第四節(jié)分型面的選擇方案b所示的分型面、合箱時如產生微小偏差將改變工字梁的截面積分布，因而有一邊的強度會削弱，故不合理。而方案a則沒有這種缺點。九、注意減輕鑄件清理和機械加工量第四節(jié)分型面的選擇√搖臂鑄件分型方案的比較

在保障質量前提下，先選澆注位置、再選分型面。在考慮經濟性和加工條件下，先選分型面，再選澆注位置。在實際中，具體問題具體分析，抓主要矛盾，次要矛盾從工藝措施方面解決。澆注位置與分型面的關系第四節(jié)分型面的選擇第三章砂芯設計及鑄件工藝參數(shù)砂芯是用于形成鑄件的內腔、孔、槽和外形不能拔模的部分。此外，鑄型局部有特殊性能要求者，有時也用砂芯代替。砂芯設計的主要內容包括：確定砂芯的形狀、個數(shù)（砂芯分塊）、下芯順序、芯頭結構并核算其大小等。同時還應考慮砂芯的排氣和強度問題。其中主要是確定砂芯的形狀、個數(shù)（砂芯分塊）及芯頭設計。第一節(jié)砂芯設計

型芯分為水平型芯和垂直型芯；型芯頭是型芯的重要組成部分，起到定位和支撐型芯及引導型芯中氣體排出的作用。第一節(jié)砂芯設計第一節(jié)砂芯設計第一節(jié)砂芯設計1.砂芯分塊為了保證鑄件四周的尺寸精度一、確定砂芯分塊和分（芯）盒面選擇的原則（一）保證鑄件內腔尺寸精度

凡是鑄件內腔尺寸要求較嚴的部分應由同一半砂芯形成，避免被分盒面所分割，更不宜化分為幾個砂芯。但手工造型中大的砂芯，為保證某一部位精度，有時需將砂芯分塊。圖中，要求500mm×400mm方孔四周壁厚均勻（二）保證操作方便一、確定砂芯分塊和分（芯）盒面選擇的原則

復雜的大砂芯、細而長的砂芯可分為幾個小而簡單砂芯。細而長的砂芯易變形，應分成數(shù)段，并設法使芯盒通用。在劃分砂芯時要防止液體金屬鉆入砂芯分割面的縫隙，堵塞砂芯通氣道。

右圖為空氣壓縮機大活塞的砂芯。為了便于操作將砂芯分為3塊。這樣可以簡化造芯和芯盒結構（三）保證鑄件壁厚均勻一、確定砂芯分塊和分（芯）盒面選擇的原則使砂芯的起模斜度和模樣的起模斜度大小、方向一致，保證鑄件壁厚均勻（四）應盡量減少砂芯數(shù)目一、確定砂芯分塊和分（芯）盒面選擇的原則

用砂胎（自帶砂芯）或吊砂可減少砂芯，右圖為12VB柴油機曲軸定位套的機器造型方案。砂胎

在手工造型時，遇到難于出模的地方，一般盡量用模樣“活塊”，即用“活塊”取代砂芯。這樣雖然增加了造型工時，但卻節(jié)省了芯盒、制芯工時及費用。（五）填砂面應寬敞，烘干支撐面是平面一、確定砂芯分塊和分（芯）盒面選擇的原則需要進爐烘干的大砂芯，常被沿最大截面切分為兩半制作，放在烘干板上烘干，烘干后在粘合在一起。尺寸不精確，操作不方便費用較高（六）砂芯形狀適應造型、制芯方法一、確定砂芯分塊和分（芯）盒面選擇的原則高速造型線限制下芯時間，對一型多鑄的小鑄件，不允許逐個下芯，因此，劃分砂芯形狀時，常把幾個到十幾個小砂芯連成一個大砂芯，以便節(jié)約下芯、制芯時間，以適應機器造型節(jié)拍的要求。對殼芯、熱芯和冷芯盒砂芯要從便于射緊砂芯方面來考慮改進砂芯形狀。

除上述的原則外，還應使沒塊砂芯有足夠的斷面，保證有一定的強度和剛度，并能順利排出砂芯中的氣體；使芯盒結構簡單，便于制造和使用等。一、確定砂芯分塊和分（芯）盒面選擇的原則二、芯頭設計芯頭：是指型芯的外伸部分（型芯頭不形成鑄件的輪廓形狀）芯座：是指鑄型中專為放置型芯頭而設置的工藝空腔芯頭的作用：1）定位作用；2）固定作用；3）排氣作用。

對芯頭的要求:

定位和固定砂芯，使砂芯在鑄造中有準確的位置，并能承受砂芯重力及澆注時液體金屬對砂芯的浮力，使之不破壞芯頭應能及時排出澆注后砂芯所產生的氣體至型外上下芯頭及芯號容易識別，不致下錯方向或芯號下芯、合型方便，芯頭應有適當斜度和間隙型芯上中中鑄型

a)垂直芯頭型腔

中下下鑄型

b)水平芯頭

型芯座上下L型芯頭上鑄型型芯頭分為垂直型芯頭和水平型芯頭兩大類二、芯頭設計壓環(huán)防壓環(huán)集砂槽（一）芯頭的組成二、芯頭設計包括：芯頭長度、斜度、間隙、壓環(huán)、防壓環(huán)和積砂槽等結構1、芯頭長度砂芯伸入鑄型部分的長度。對于水平芯頭，砂芯越大，所受浮力也大，芯頭長度也應越大，以使芯頭和鑄型之間有更大的承壓面積。水平芯頭：中小型20～100mm；特大型300mm。垂直芯頭：15～150mm。二、芯頭設計1、芯頭長度二、芯頭設計決定芯頭高度有以下幾點值得注意：細而高者，上下都應留有芯頭。L/D≥2.5的細高砂芯，擴大芯頭直徑，增加下芯穩(wěn)定性。粗而矮者，可不用上芯頭。等截面或上下對稱的砂芯，為下芯方便，上下芯頭可用相同的高度和斜度。2、芯頭斜度對垂直芯頭，上、下芯頭都應設有斜度。為合箱方便，避免上下芯頭和鑄型相碰，上芯頭和上芯頭座的斜度應大些。二、芯頭設計二、芯頭設計2、芯頭斜度對水平芯頭，如果造芯時芯頭不留斜度就能順利從芯盒取出，那么芯頭可不留斜度。芯座-模樣的芯頭總是留有斜度的，至少在端面上要留有斜度，上箱的斜度比下箱大。3、芯頭間隙為了下芯方便，通常在芯頭和芯座之間留有間隙。大小取決于鑄型種類、砂芯大小、精度及芯座精度。水平芯頭和垂直芯頭的間隙可查手冊。二、芯頭設計當一個砂芯有多個芯頭，應給出較大的間隙，以免下芯困難；對于普通的濕型小砂芯，可不留間隙。對于垂直小芯頭，為了下芯穩(wěn)固，甚至可使用過盈的芯頭。二、芯頭設計4、壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽典型的芯頭結構a）水平芯頭b）垂直芯頭壓環(huán)的作用合箱后它能把砂芯壓緊，避免金屬液沿間隙鉆入芯頭。只適用于機器造型的濕型。防壓環(huán)的作用下芯、合箱時，它可防止此處砂型被壓塌，因而可以防止掉砂集砂槽的作用用來存放個別的散落砂粒，這樣就可以加快下芯速度。二、芯頭設計在一般情況下，芯頭的尺寸可查表確定。當砂芯本體尺寸較大，芯頭又較狹窄時，應對芯頭尺寸進行驗算。由于砂芯的強度通常都大于鑄型的強度，故只核算鑄型的許用壓應力即可。芯頭的承壓面積S應滿足下式kF[]壓芯sS3F芯計算的最大浮芯力;k安全系數(shù)，k=1.3~1.5;[σ壓]鑄型的許用壓應力。

如果實際承壓面積不能滿足上式要求，則說明芯頭尺寸過小，應適當放大芯頭。若受砂箱等條件限制，不能增加芯頭尺寸，可采用提高芯座抗壓強度（許用壓應力）的方法，如在芯座部分附加砂芯、鐵片、耐火磚等。在許可的情況下，附加芯撐，也等于增加了承壓面積。（二）芯頭承壓面積的核算二、芯頭設計一般濕型，[σ壓]可取40-60kPa；活化膨潤土砂型可取60-100kPa；干砂型可取0.6-0.8MPa（三）特殊定位芯頭有的砂芯有特殊的定位要求，如防止砂芯在型內繞軸線轉動，不許可軸向位移偏差過大或下芯時搞錯方位，這時就應采用特殊定位芯頭。二、芯頭設計在鑄造工藝設計時，一般情況下應優(yōu)先采用垂直芯頭，如果是分模造型模樣應采用水平芯頭。二、芯頭設計澆鑄造工藝方案初步確定后，為繪制鑄造工藝圖，尚需確定鑄件的鑄造工藝參數(shù)，主要包括以下幾方面：3.加工余量4.收縮率5.拔模斜度6.最小鑄出孔及槽7.工藝補正量工藝參數(shù)工藝參數(shù)：鑄件在工藝設計的時候需要確定的某些數(shù)據(jù)第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計8.分型負數(shù)9.反變形量10.砂芯負數(shù)11.非加工壁厚的負余量12.反變形量1.尺寸公差2.重量公差鑄件基本尺寸：包括零件公稱尺寸和機械加工余量，如圖，公差帶應對稱分布。公差概念：鑄件各部分尺寸允許的極限偏差。取決于鑄造方法、設備等。137第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計一、鑄件尺寸公差鑄件尺寸公差(CT)等級分為16級，各級公差數(shù)值見GB6414－1999。鑄件公差等級由低向高遞增方向為：砂型手工造型→砂型機器造型及殼型鑄造→金屬型鑄造→低壓鑄造→壓力鑄造→熔模鑄造。第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計一、鑄件尺寸公差粗精12345678910111213141516CT1CT16232精度鑄件基本尺寸公差等級CT大于至12345678910111213141516－10－－0.180.260.360.520.741.01.52.02.84.2－－－－1016－－0.200.280.380.540.781.11.62.23.04.4－－－－1625－－0.220.300.420.580.821.21.72.43.24.66810122540－－0.240.320.460.640.901.31.82.63.65.07911144063－－0.260.360.500.701.01.42.02.84.05.6810121663100－－0.280.400.560.781.11.62.23.24.469111418100160－－0.300.440.620.881.21.82.53.65.0710121620160250－－0.340.500.701.01.42.02.84.05.6811141822鑄件尺寸公差數(shù)值(mm)注：1、CT1和CT2沒有規(guī)定公差值，是為將來可能要求更精密的公差保留的

2、鑄件的基本尺寸小于或等于16mm時，CT13至CT16的公差值需單獨標注，可提高2～3級第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計二、鑄件質量公差第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計以占鑄件公稱質量的百分率為單位的鑄件質量變動的允許值。

GB/T11351－89規(guī)定了鑄件質量公差的數(shù)值、確定方法及檢驗規(guī)則，與GB6414－86《鑄件尺寸公差》配套使用。

質量公差代號用字母“MT”（MassTolerances的縮寫）表示。質量公差等級和尺寸公差等級相對應，由精到粗也分為16級，從MT1～MT16。公稱質量（kg）質量公差等級MT12345678910111213141516＜0.4－56810121416182024－－－－－＞0.4~1－456810121416182024－－－－＞1~4－3456810121416182024－－－＞4~10－23456810121416182024－－＞10~40－－23456810121416182024－＞40~100－－－23456810121416182024＞100~400－－－－234568101214161820＞400~1000－－－－－2345681012141618＞1000~4000－－－－－－23456810121416＞4000~10000－－－－－－－234568101214＞10000~40000－－－－－－－－2345681012鑄件質量公差數(shù)值％注：表中質量公差數(shù)值為上、下偏差之和，即一半為上偏差，一半為下偏差第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計定義：指鑄件上預先增加為機械加工時切去的金屬層厚度。單件、小批生產的小鑄鐵件的加工余量為4.5～5.5mm。加工余量必須認真選?。河嗔窟^大，切削加工費工，且浪費金屬材料；余量過小，制品會因殘留黑皮而報廢。第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計三、機械加工余量RMA—要求的加工余量等于鑄件最小極限尺寸減去加工后尺寸?；诣T鐵件較鑄鋼件線收縮率小、熔點低，鑄件表面較光潔、平整，故其加工余量??；非鐵合金鑄件表面光潔、且材料昂貴、加工余量應比鑄鐵件小鑄件的尺寸愈大或加工面與基準面的距離愈大，鐵件的尺寸誤差也愈大，故余量也應隨之加大；大量生產時，因采用機器造型，鑄件精度高，故余量可減??；反之，手工造型誤差大，余量應加大；澆注時朝上的表面，因產生缺陷的機率大，其加工余量應比底面和側面大。加工余量的具體數(shù)值應根據(jù)加工余量國家標準和鑄件尺寸公差標準配套使用選取。第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計機械加工余量選擇原則第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計三、機械加工余量鑄件在凝固和冷卻過程中會發(fā)生收縮而造成各部分體積和尺寸縮小。為了使鑄件的實際尺寸符合圖樣要求，在制作模樣和芯盒時，模樣和芯盒的制造尺寸應比鑄件放大或縮小一個該合金的收縮率。合金收縮率大小取決于鑄造合金的種類及鑄件的結構、尺寸等因素。常用合金的鑄造收縮率灰鑄鐵：0.7%～

1.0%，鑄鋼：1.3%～

2.0%，鋁合金：0.8%～

1.2%，錫青銅：1.2%～

1.4%。第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計四、鑄造收縮率（模樣放大率）鑄造收縮率K定義如下：式中：L模──模樣尺寸；

L件──鑄件尺寸。定義：指平行于起模方向的模樣壁的斜度。起模斜度第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計五、起模斜度為了起模方便又不損壞砂型，凡垂直于分型面的壁上留有起模斜度。第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計五、起模斜度凡垂直于分型面的模樣表面都應有0.5°～3°的斜度。起模斜度值見JB/T5105－1991。起模斜度在工藝圖上用或寬度a（mm）表示。用機械加工方法加工模具時，用角度標注；用手工加工模具時，用寬度標注。第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計注意：起模斜度與結構斜度的區(qū)分！第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計起模斜度選取的注意事項1、起模斜度應小于或等于產品圖上所規(guī)定的起模斜度值。2、盡量使鑄件內、外壁的模樣和芯盒斜度取值相同方向一致。3、同一鑄件的起模斜度應盡可能只選一種或兩種斜度。4、原則上，在鑄件加放起模斜度不應超出鑄件的壁厚公差。第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計五、起模斜度

要考慮鑄出的可能性、必要性和經濟性。一般大孔用下芯的方式鑄出，而小孔則用機加工完成。單件、小批生產的小鑄鐵件上直徑小于30mm的孔一般不鑄出。第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計六、最小鑄出孔及槽機加工余量的大小與鑄件的大小、材質、批量、結構的復雜程度及該加工面在鑄型中的位置等不同而變化。（可查手冊）鑄件中較大的孔和槽應鑄出，以減少切削工時，節(jié)約金屬。鑄件最小鑄出孔尺寸：

生產批量鑄件最小鑄出孔尺寸/mm灰鑄鐵件鑄鋼件大量12~15—成批15~3030~50單件、小批30~5050六、最小鑄出孔及槽第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計七、工藝補正量第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計在單件、小批量生產中，由于選用的收縮率與鑄件的實際收縮率不符，或由于鑄件產生了變形、操作中的不可避免的誤差（如工藝上允許的錯型偏差、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樣要求尺寸，嚴重時會因強度太弱而報廢。因工藝需要在鑄件相應非加工面上增加的金屬層厚度稱為工藝補正量。它與工藝余量余量最顯著的區(qū)別在于鑄件上被放大的部分不必加工掉，而保留在鑄件上。因此，鑄件工藝補正量一般都會使鑄件局部尺寸超過公差范圍（也可能在公差范圍內），所以在鑄件上加放工藝補正量，應取得設計、使用單位同意。由于單件生產不能在取得該產品的經驗數(shù)據(jù)后再設計,為了確保鑄件成品而采用工藝補正量.對于成批、大量生產的鑄件或永久性產品，不應使用工藝補正量，而應修改模具尺寸使用工藝補正量要求有豐富的經驗，各種大型鑄件的工藝補正量的經驗數(shù)據(jù)都是在一定生產條件下取得的，在使用時應仔細分析第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計七、工藝補正量工藝補正量可粗略地按下述經驗公式來確定式中e工藝補正量L加工面到加工基準面的距離第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計八、分型負數(shù)干砂型、表面烘干型以及尺寸很大的濕型，分型面由于烘烤、修整等原因一般都不很平整，上下型接觸面很不嚴密。為了防止?jié)沧r跑火，合箱前需要在分型面之間墊以石棉繩、泥條或油灰條等，這樣在分型面處明顯地增大了鑄件的尺寸。為了保證鑄件尺寸精確，在擬定工藝時，為抵消鑄件在分型面部位的增厚（垂直于分型面的方向），在模樣上相應減去的尺寸,稱為分型負數(shù)。分型負數(shù)的大小和砂箱尺寸、鑄件大小有關。j一般大件，起模后分型面容易損壞，修型烘干后變形量大，所以合型時墊的石棉繩等也厚度大些，故分型負數(shù)也應增大j此外，還和工廠習慣，墊用材料有關。一般在0.5～6mm之間j干砂型、表面烘干型、自硬砂型以及砂箱尺寸超過2m以上的濕型才應用分型負數(shù)。濕型分型負數(shù)一般較小第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計八、分型負數(shù)八、分型負數(shù)第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計砂箱平均輪廓尺寸（）/mm分型負數(shù)a/mmⅠⅡ≤80012801~1500231501~2000342001~300045＞3000562長＋寬模樣的分型負數(shù)注：1.Ⅰ適用于工藝裝備好、成批生產的干砂型、表干型

Ⅱ適用于工藝裝備差、單件生產的干砂型

2.采用流態(tài)砂、水玻璃砂、化學自硬砂、固化后起模者，分型負數(shù)應減小第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計

鑄造較大的平板類、床身類鑄件時，由于冷卻速度的不均勻性，鑄件冷卻后常出現(xiàn)變形。為了解決撓曲變形問題，在制造模樣時，按鑄件可能產生變形的相反方向作出反變形模樣，使鑄件冷卻后變形的結果正好將反變形抵消，得到符合設計要求的鑄件。這種在模樣上作出的預變形量稱為反變形量（又稱反撓度、反彎勢、假曲率）九、反變形量第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計影響反變形量的因素:合金性能鑄件結構和尺寸澆冒口系統(tǒng)的布局澆注溫度、速度打箱清理溫度造型方法砂型剛度歸納起來有兩方面：一是鑄件冷卻時的溫度場的變化二是導致鑄件變形的殘余應力的分布九、反變形量第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計如何判斷鑄件的變形方向？鑄件冷卻緩慢的一側必定受拉應力而產生內凹變形冷卻較快的一側必定受壓應力而發(fā)生外凸變型例如各種床身導軌處都較厚大，因此軌面總是產生下凹變形再如下圖所示箱體，壁厚雖均勻，但內部冷卻慢，外部冷卻快，因此壁發(fā)生向外凸出變形，模樣反變形量應向內側凸起箱體反變形量方向第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計一般中小鑄件壁厚差別不大且結構上剛度較大時，不必留反變形量。使用反變形量的鑄件主要有大的床身類、平臺類大型鑄鋼箱體類細長的紡織零件（如龍肋、胸梁等）反變形量的形式如下圖所示：九、反變形量第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計大型粘土砂芯在舂砂過程中砂芯向四周漲開，刷涂料以及在烘干過程中發(fā)生的變形，使砂芯四周尺寸增加。為了保證鑄件尺寸準確，將芯盒的長、寬尺寸減去一定量，這個被減去的尺寸稱為砂芯負數(shù)。砂芯負數(shù)只應用于大型粘土砂芯，其數(shù)值依工廠實際經驗確定流態(tài)砂芯、自硬砂芯、殼芯、熱芯盒砂芯及小的粘土砂芯均不采用砂芯負數(shù)。十、砂芯負數(shù)（砂芯減量）第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計砂芯尺寸300~500500～800800～12001200～15001500～20002000～2500>2500砂芯負數(shù)1.5~22~33~44~55~66~77鑄鋼件的砂芯負數(shù)(mm)注：1、砂芯尺寸是指與舂砂方向垂直的最大輪廓尺寸2、當砂芯高度（指舂砂方向）大于寬度2倍時，可取下限，當砂芯高度與寬度相近時采用上限3、圓柱形砂芯應較表中數(shù)值減少1/2～1/3十、砂芯負數(shù)（砂芯減量）第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計在手工粘土砂造型、制芯過程中，為了取出木模（如芯盒中的肋板），要進行敲模，木模受潮時將發(fā)生膨脹，這些情況均會使型腔尺寸擴大，從而造成非加工壁厚的增加，使鑄件尺寸和重量超過公差要求。為了保證鑄件尺寸的準確性，凡形成非加工壁厚的木?；蛐竞袃鹊睦甙搴穸瘸叽鐟摐p小，即小于圖樣尺寸。所減小的厚度尺寸稱為非加工壁厚的負余量十一、非加工壁厚的負余量第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計鑄件重量鑄件壁厚≤78～1011～1516～2021~3031~4041~5051~6061~8081~100≤50kg-0.5-0.5-0.5-1.551~100kg-1.0-1.0-1.0-1.0-1.5-2.0101～250kg-1.0-1.5-1.5-2.0-2.0-2.5251～500kg-1.5-1.5-2.0-2.5-2.5-3.0501～1000kg-2.0-2.5-2.5-3.0-3.5-4.0-4.51～3t-2.0-2.5-3.0-3.5-4.0-4.5-4.53～

5t-3.0-3.0-3.5-4.0-4.5-5.05～10t-3.0-3.5-4.0-4.5-5.0-5.5＞10t-4.0-4.5-5.0-5.5-6.0非加工壁厚的負余量下表為非加工壁厚的負余量經驗數(shù)據(jù)，適用于手工造型、制芯第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計對于分段制造的長砂芯或分開制造的大砂芯，在接縫處應留出分芯間隙量，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，稱為分芯負數(shù)。分芯負數(shù)是為了砂芯的拼合及下芯方便而采用的。不留分芯負數(shù)，就必須用手工磨出間隙量，這將延長工時并惡化勞動條件。分芯負數(shù)可以留在相鄰的兩個砂芯上，每個砂芯各留一半；也可留在指定的一側的砂芯上。根據(jù)砂芯接合面的大小一般留1～3mm。分芯負數(shù)多用于手工造芯的大砂芯。十二、分芯負數(shù)第二節(jié)鑄造工藝參數(shù)設計?50上下?661030+3+3+3+3+42o5o非加工表面拔摸斜度30~1’o鑄造圓角R3~5收縮率1%3.放拔模斜度拔模斜度：為便于起摸，在模型的垂直于分型面的表面上設置的斜度4.繪出鑄造圓角5.標注收縮率第四章澆注系統(tǒng)設計Gatingsystem,runningsystem澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道之總稱。第四章澆注系統(tǒng)設計作用：使液態(tài)合金平穩(wěn)充滿鑄型，不沖擊型壁和型芯，不產生渦流和噴濺，不卷入氣體，并有利于排氣第四章澆注系統(tǒng)設計澆注系統(tǒng)組成第四章澆注系統(tǒng)設計另外，澆包和澆注設備及出氣孔也可看成是澆注系統(tǒng)的組成部分澆口杯直澆道橫澆道內澆道組成接納、引入金屬，減輕金屬液對鑄型的沖擊。引入金屬，提供壓力頭以克服流動阻力充滿型腔引入金屬、阻撇熔渣引入金屬、控制金屬液的充型速度和流動方向→調控溫度場和凝固順序，在某種情況下還有一定的補縮作用。對于大量流水線生產的球墨鑄鐵件,在澆注系統(tǒng)結構中增加反應室,可實現(xiàn)型內球化獲型內孕育處理，其澆注系統(tǒng)如下圖第四章澆注系統(tǒng)設計澆注系統(tǒng)的功能與鑄件質量有密切關系功能是：平穩(wěn)導入合金液擋渣和氣體調節(jié)鑄型和鑄件的各部分的溫度控制凝固速度保證在合理的時間充填鑄型第四章澆注系統(tǒng)設計對澆注系統(tǒng)基本要求所確定的內澆道的位置、方向和個數(shù)應符合鑄件的凝固原則或補縮方法。在規(guī)定的澆注時間內充滿型腔。提供必要的充型壓力壓頭，保證鑄件輪廓、棱角清晰使金屬液流動平穩(wěn)，避免嚴重紊流。具有良好的阻渣能力。金屬液進入型腔時線速度不可過高，避免飛濺、沖刷型壁和使金屬過度氧化。保證型內金屬液面有足夠的上升速度。不破壞冷鐵和芯撐的作用。澆注系統(tǒng)的金屬消耗量小，并容易清理。減少砂型體積，造型簡單，模樣制造容易。第四章澆注系統(tǒng)設計澆注系統(tǒng)的設計選擇澆注系統(tǒng)的類型和結構布置澆注系統(tǒng)和內澆口的引入位置和個數(shù)計算澆注時間和澆注系統(tǒng)中的最小截面積計算其它組元的截面積大批量生產的澆注系統(tǒng)應該反復修正，達到最佳第四章澆注系統(tǒng)設計1.

內澆道位置、方向、數(shù)量→鑄件凝固｛或補縮方法｝2.在規(guī)定的澆注時間內充滿型腔（據(jù)件的厚薄計算）3.提供必要的充型壓力頭，保證金屬液有足夠上升速度，保證鑄件輪廓、棱角清晰，以免形成夾砂結疤、皺皮、冷隔等缺陷4.使金屬液流動平穩(wěn)，避免嚴重紊流。防止卷入、吸收氣體和使金屬過度氧化5.具有良好的阻渣能力6.金屬液進入型腔時線速度不可過高，避免飛濺、沖刷型壁或砂芯7.不能沖擊冷鐵和芯撐或砂芯8.澆注系統(tǒng)的金屬消耗小，并容易清理9.減小砂型體積，造型簡單，模樣制造容易澆注系統(tǒng)設計原則第四章澆注系統(tǒng)設計第一節(jié)液體金屬在澆注系統(tǒng)基本單元中的流動在正常條件下，液態(tài)金屬的運動粘度比室溫下水的運動粘度低，液態(tài)金屬的充型可以看為有一定粘度的液態(tài)運動，可以運用流體力學的規(guī)律研究。但是，液態(tài)合金在砂型中的流動和水、油等一般粘性液體在金屬管、塑料管或玻璃管中的流動不完全相同，有其特點。一、液體金屬在砂型中流動的水力學特點1.型壁的多孔性、透氣性和合金液的不相潤濕性，給合金液的運動以特殊邊界條件砂型中合金液流的充滿條件當金屬液流內任意截面上各點的壓力P均大于型壁處的氣體壓力Pa時,則成充滿狀態(tài)；P>Pa充滿；P＝Pa非充滿P>Pa充滿流動直澆道：上大下小P＝Pa非充滿流動直澆道：等截面一、液體金屬在砂型中流動的水力學特點2.充型過程存在熱交換鑄型激冷作用，使液體產生少量結晶，粘度γ增加,流動紊亂,增加氧化,形成氧化物,使γ增加(特別在不充滿時)流動過程中卷入氣體、砂粒,使γ

增加,溫度下降使γ增加澆注過程是不穩(wěn)定流動過程

隨著合金液面上升,充型的有效壓力頭漸漸變小；型腔內氣體的壓力并非恒定；澆注操作不可能保持澆口杯內液面的絕對穩(wěn)定。一、液體金屬在砂型中流動的水力學特點4.液體金屬在澆注時呈紊流狀態(tài)

Re稱為雷諾數(shù),Re=vR/γ(v為流體速度,R為水力半徑,γ為流體運動粘度)。

例如：

灰口鐵澆注時最小流量350g／（cm2·s）鑄鐵液密度＝7g/cm3

平均流速＝350／7＝50cm/s

試驗數(shù)據(jù)：澆口最小斷面0.4cm2(內澆口)直徑＝0.71cm

Re=vR/γv為流體速度,R為水力半徑,γ為流體運動粘度

Re＝6273＞2320

是紊流5.多相流動

一般合金液總含有某些少量固相雜質、液相夾雜和氣泡，在充型過程中還可能析出晶粒及氣體，故充型時合金液屬于多相流動。一、液體金屬在砂型中流動的水力學特點二、液體金屬在澆口杯（pouringcup）中的流動澆口杯的作用承接金屬液,防止飛濺和溢出減輕液流對型腔的沖擊分離渣滓和氣泡，阻止其進入型腔增加充型壓力頭形狀漏斗形（bush）盆形（basin）擋渣效果差，簡單，用于小件有助于分離渣滓和氣泡1.金屬液在澆口杯中流動的特點澆口杯中出現(xiàn)漩渦會帶入渣滓和氣體，注意防止。水平渦流應滿足動量守恒方程

Mυr＝常量(1)

M-距離直澆道中心為r處的質點的質量υ-M點的切線速度r-M點距直澆道中心的距離由(1)可知，水平渦流距離直澆道中心越近,金屬質點的切線速度就越高,使M質點的離心加速度ω2r=υ2/r也越大,渣子的比重比金屬液低,就會浮在金屬表面,氣體會隨著液面進入澆注系統(tǒng).1）水平渦流2）垂直渦流對澆口杯除渣的影響渣子有兩個力，一個是向上的浮力，一個是液體流動方向的力，合力指向液面。垂直渦流的產生使渣的運動方向指向液面，遠離吸動區(qū)的液體中渣能夠浮到頂面，有一部分渣就會進入直澆口。所以說澆口杯不能全部阻渣。1.金屬液在澆口杯中流動的特點DH(1)液面高度的影響當H／D≥5時，不易產生水平渦流。所以，澆注時應保證液面高度；澆口杯應有較大的體積；控制澆注速度。(2)澆包距澆口杯液面距離的影響距離大,沖擊大,流速變大,產生偏切速多,易產生水平渦流。2.影響渦流產生形式的因素1)澆注方法對渦流形式的影響(3)澆注方向的影響逆向澆注比順向澆注效果好2.影響渦流產生形式的因素1)澆注方法對渦流形式的影響2）澆口杯結構對產生渦流的影響(1)漏斗形一般形式易產生水平渦流減少水平渦流方法：增加液面高度；加過濾網(2)盆形一般形式澆口杯中設置閘門、堤壩拔塞、浮塞或鐵隔片的澆口杯帶篩網砂芯的澆口杯不合理合理2.影響渦流產生形式的因素減少水平旋渦措施澆口杯中液面要有一定高度，H/D≥5澆包距離澆口杯要近，防止液體亂流逆向或橫向澆注采用特殊澆口杯：拔塞、浮塞帶篩網砂芯的澆口杯在澆口杯中設置閘門、堤壩等，或與隔板結合二、液體金屬在澆口杯（pouringcup）中的流動1.直澆道作用從澆口杯引導金屬液進入橫澆道、內澆道或直接導入型腔提供足夠的壓力頭，使金屬液在重力作用下能克服各種流動阻力，在規(guī)定時間內充滿型腔2.直澆道形狀錐形柱形倒錐形三、液態(tài)金屬在直澆道中的流動3.直澆道液體金屬流動的特點水力學模擬實驗圓柱形直澆道入口為尖角呈非充滿狀態(tài)圓柱形直澆道入口為圓角充滿且吸氣上大下小錐形(1/50)直澆道入口為尖角呈非充滿狀態(tài)上大下小錐形(1/50)直澆道入口為圓角充滿且正壓狀態(tài)三、液態(tài)金屬在直澆道中的流動上大下小,與澆口杯圓角連接,呈充滿狀態(tài)等斷面圓角呈非充滿狀態(tài)上小下大圓角呈非充滿狀態(tài)在等斷面直澆道400mm×φ30測三點金屬液壓力,液體三點都呈正壓,大于大氣壓,在50Pa－1kPa(50-100mm)水柱,澆口杯處最大1.8kPa。通過試驗非吸氣理論得到如下結論：(1)液體金屬在直澆道中存在兩種形態(tài)（充滿，非充滿）(2)在非充滿的直澆道中，流股呈漸縮形，流股表面微呈正壓，在直澆道中的氣體可被金屬表面所吸收和帶走金屬液在重力作用下,流速是漸縮的.三、液態(tài)金屬在直澆道中的流動(4)吸氣理論是在不透氣有機玻璃模型中的試驗，確實存在著吸氣現(xiàn)象，但這種情況不能代表砂型中的金屬液流態(tài)，因為砂型是透氣體，只有當模型中的液流壓力在大于等于大氣壓力的條件下，才能代表砂型中的金屬流態(tài)。(5)實際有橫、內澆道增加阻力，直澆道呈直形也會充滿。(3)直澆道入口形狀影響金屬流態(tài)尖角:非充滿

增加流動阻力和斷面收縮率，易產生渦流。圓角:充滿要求入口處圓角半徑r≥d/4(d為直澆道上口直徑)最佳方案：直澆道呈上大下小，直澆口與澆口杯處用圓角連接。三、液態(tài)金屬在直澆道中的流動四、直澆道窩

金屬液對直澆道底部有強烈的沖擊作用,并產生渦流和高度紊流區(qū),常引起沖砂、渣孔和大量氧化夾雜物等鑄造缺陷。設直澆道窩（凹井）可改善金屬液的流動狀況。（4）減小直－橫澆道拐彎處的局部阻力系數(shù)和水頭損失。（3）

改善內澆道的流量分布。S直:S橫:S內＝1:2.5:5無澆口窩時S內131.5％S內268.5％有澆口窩時S內140.5％S內259.5％S內1四、直澆道窩（5）浮出金屬液中的氣泡。（1）緩沖：液體下落后,動能被澆口窩吸收轉變成壓能,大件采用耐火材料。（2）縮短直－橫拐彎處的高度紊流區(qū)。直澆道窩的作用直澆道窩的形狀直澆道窩常做成半球形、圓錐臺等形狀,可用砂芯、耐火磚直澆道窩的直徑為直澆道下端直徑的1.4~2倍，高度為橫澆道高度的2倍。底部為平的，無尖角。四、直澆道窩橫澆道的作用（1）向內澆道分配潔凈金屬。（2）儲留最初澆入的含氣和渣污的低溫金屬液并阻留渣。（3）使金屬液流平穩(wěn)和減少產生氧化夾渣物。五、橫澆道中金屬的流動為了節(jié)約，中小鑄件多不用澆口杯，主要靠橫澆道阻渣，故橫澆道又稱為捕渣道。橫澆道是直澆道與內澆道之間的一個中間澆道。阻渣條件：渣團上浮到橫澆道頂部超過內澆道吸動區(qū)。（一）橫澆道的阻渣原理五、橫澆道中金屬的流動橫澆道內，在內澆道入口周圍存在一個區(qū)域，被稱為內澆道的吸動區(qū)。上浮阻力：F=CSρV2/2式中：F-渣團上浮阻力

ρ-液態(tài)金屬的密度

S-渣團的水平投影面積

V-渣團上浮速度

C-渣團上浮阻力系數(shù)，與液體雷諾數(shù)有關，見表15-1199（一）橫澆道的阻渣原理五、橫澆道中金屬的流動渣團臨近上浮速度：阻力F=浮力時的速度。式中R-渣團半徑

ρ-金屬液密度

ρ渣

-渣團密度

g-重力加速度

v0-渣團臨近上浮速度，又稱懸浮速度。200五、橫澆道中金屬的流動金屬液的懸浮速度：當金屬液流速（與上浮速度反向）等于渣團的臨近上浮速度時的速度總結：

①渣團半徑小，對應懸浮速度也越小。②

對應一定橫澆道的流速有一可能上浮的臨近渣團半徑，只有大于臨近半徑的渣團才能上浮。③

渣團密度相對于金屬液密度越小，越有利于上浮。

④

橫澆道內金屬的流速越低，可能阻流的渣團也越小。201五、橫澆道中金屬的流動1.橫澆道應呈充滿狀態(tài)：內澆道的截面、位置；2.流速應盡量低

要在橫澆道內捕獲更小的渣團，需要更低的流速，更大的橫澆道截面積。實踐中常把橫較大擴大、做高，如A橫/A內=2~4，但橫澆道太大會浪費金屬。3.內澆道的位置關系要正確五、橫澆道中金屬的流動(1)內澆道距離直澆道應足夠遠，使渣團上浮到吸動區(qū)上部。（二）橫澆道發(fā)揮阻渣作用應具備的條件203五、橫澆道中金屬的流動(2)有正確的橫澆道末端延長段，以容納初流金屬液；吸收液流動能使金屬液平穩(wěn)；防止液流折返。(3)封閉式澆注系統(tǒng)的內澆道應位于橫澆道的下部，且和橫澆道具有同一底面，開放式澆注系統(tǒng)的內澆道應重疊在橫澆道之上，且搭接面積要小，但大于內澆道橫截面積。(4)封閉式澆注系統(tǒng)的橫澆道應高而窄，內澆道宜扁而寬。(5)內澆道應遠離橫澆道的彎道；應盡量使用直的橫澆道。內、橫澆道連接一般為垂直。圖15-18澆注系統(tǒng)橫澆道、內澆道的位置關系（a）、（d）錯誤；（b）、（c）、（e）正確五、橫澆道中金屬的流動1.在澆注系統(tǒng)中設置篩網芯、過濾網。205五、橫澆道中金屬的流動（三）強化橫澆道阻渣的措施2.設置集渣包

橫澆道上被局部加高、加大的部分稱為集渣包206五、橫澆道中金屬的流動（三）強化橫澆道阻渣的措施齒形集渣包、離心集渣包。擋渣效果，逆齒勝于順齒。3.緩流式澆注系統(tǒng)它是利用液態(tài)金屬在橫澆道中轉彎，改變流動方向，以增大局部阻力，降低流動速度。五、橫澆道中金屬的流動（三）強化橫澆道阻渣的措施五、橫澆道中金屬的流動（四）橫澆道斷面形狀圓形：散熱少但擋渣效果差，主要用于鑄鋼件，因中、大型鑄鋼件的橫澆道大多用標準圓孔耐火材料管形成；高梯形：使用最廣，散熱雖比圓形斷面的橫澆道稍大，但可以減少內澆道吸動區(qū)吸入雜質的弊病。內澆道是引導金屬液進入型腔。內澆道比較短，本身不能擋渣，但合理的結構尺寸以及與橫澆道的連接方式將有助于橫澆道擋渣。內澆道的作用：控制充型速度和方向，分配金屬，調節(jié)鑄件各部分的溫度和凝固順序，澆注系統(tǒng)的金屬液通過內澆道對鑄件進行補縮。209六、內澆道（一）澆口比對澆注過程的影響澆口比：以內澆道為阻流動時，金屬液流入型腔時噴射嚴重；以直澆道下端或附近的橫澆道為阻流時，充型較平穩(wěn)，S內：S直越大越平穩(wěn)。同一橫澆道上有多個等截面的內澆道時，各內澆道的流量不等。遠離直澆道的內澆道流量最大，且先進入金屬；近直澆道的流量小，且后進入金屬。六、內澆道（二）內澆道流量的不均勻性式中qmax—內澆道中的最大流量；

qmin—內澆道中的最小流量；

Q—所有內澆道的總流量；

n—橫澆道上連接的內澆道個數(shù)。

211六、內澆道

a縮小遠離直澆道的內澆道的截面積。

b增大橫澆道的截面積

c嚴格，每流經一個內澆道，比值依次減小。

d設置直澆道窩。減小內澆道流量的不均勻性的方法（1）內澆道在鑄件上的位置和數(shù)目應服從所選定的凝固順序或補縮方法a

同時凝固：內澆道在薄壁處，數(shù)量多且分散分布。b

順序凝固：內澆道開在厚壁或冒口處c

復雜鑄件：采用順序凝固與同時凝固相結合的原則。（2）方向不要沖著細小砂芯、型壁、冷鐵和芯撐，必要時采用切線引入。(三）內澆道設計的基本原則六、內澆道（3）內澆道應盡量薄。

降低內澆道的吸動區(qū)，有利于橫澆道擋渣；減少進入初期渣的可能性；減輕清理工作量；內澆道薄于鑄件的壁厚，在去除澆道時，不易損害鑄件；對于鑄鐵件，薄的內澆道能充分利用鑄鐵本身的石墨化膨脹獲得緊實的鑄件。（4）對薄鑄件可用多內澆道的澆注系統(tǒng)實現(xiàn)補縮。（5）內澆道避免開設在鑄件品質要求很高的部位，以防止金相組織粗大。（6）各內澆道中金屬液的流向應盡量一致。

防止金屬液在型內碰撞，流向混亂而出現(xiàn)過度紊流。（7）盡量開在分型面上，使造型方便。（8）對收縮大易裂紋的合金鑄件，內澆道的設置不應阻礙收縮。六、內澆道六、內澆道（四）內澆道個數(shù)和斷面形狀1.內澆道個數(shù)充填型腔的高溫金屬液如集中通過一個內澆道，常會使內澆道附近的鑄型局部過熱，引起鑄件局部晶粒粗大、粘砂、縮孔、縮松等缺陷。所以除小鑄件外，一般多采用兩個或更多的內澆道，分散均勻地澆入。鑄鋼時為避免鋼液過度冷卻及氧化，內澆道數(shù)量則不宜多；而澆注鋁合金時，要求充型平穩(wěn)，內澆道一般個數(shù)較多。2.內澆道斷面形狀扁平梯形圖a）內澆道造成的吸動區(qū)域小，有助于橫澆道發(fā)揮擋渣作用，而且澆注完畢后內澆道能迅速凝固，模樣的制造及造型均方便，還易于從鑄件上清除掉，故應用最廣。高梯形e）、f）用于沿鑄件垂直壁充型；月牙形c）、d）和三角形圖b）也能迅速凝固，易于清除，但冷卻過快；圓形內澆道冷卻最慢，多用于鑄鋼件和導熱快的鑄型，如用金屬型掛砂鑄型澆注球墨鑄鐵。六、內澆道（四）內澆道個數(shù)和斷面形狀第二節(jié)澆注系統(tǒng)的基本類型及選擇（一）封閉式澆注系統(tǒng)斷面比例關系：A杯＞A直＞A橫＞A內在正常澆注條件下，所有組元都能為金屬液充滿的澆注系統(tǒng)。優(yōu)點：阻渣效果好、防止卷氣、消耗金屬少、清理方便。缺點：噴濺、沖砂、金屬氧化、流動不平穩(wěn)。應用：不易氧化的各類鑄鐵件。不宜用于易氧化的輕合金、漏包澆注鑄鋼件和高大的鑄鐵件（充型壓力很大）。一、按斷面比例關系分類第二節(jié)澆注系統(tǒng)的基本類型及選擇（二）開放式澆注系統(tǒng)斷面比例關系：A直上＜A直下＜A橫＜A內金屬液不能充滿所有組元的的澆注系統(tǒng)。優(yōu)點：進入型腔金屬液流速小，平穩(wěn)，氧化輕。

缺點：阻渣效果差，帶入氣體，金屬消耗大。

注意：一般阻流設置在直澆道下端或靠直澆道的橫澆道上。

應用：輕合金、球鐵件，漏包澆注鑄鋼也可采用，但直澆道不能充滿，以防鋼液外溢。一、按斷面比例關系分類第二節(jié)澆注系統(tǒng)的基本類型及選擇（三）半封閉式澆注系統(tǒng)斷面比例關系：A橫≥A內≥A直

特點：阻流斷面在內澆道上，橫澆道斷面為最大。澆注中，澆注系統(tǒng)能充滿，但較封閉式晚。

優(yōu)點：具有一定的擋渣能力。由于橫澆道斷面大，金屬液在橫澆道中流速減小，故又稱“緩流封閉式”。充型的平穩(wěn)性及對型腔的沖刷力都優(yōu)于封閉式。

應用：各類灰鑄鐵及球墨鑄鐵件。一、按斷面比例關系分類第二節(jié)澆注系統(tǒng)的基本類型及選擇（四）封閉-開放式澆注系統(tǒng)斷面比例關系：

①A杯＞A直＜A橫＞A內；②A杯＞A直＞A集渣包③A直＞A阻＜A橫后＜A內；④A直＞A阻＜A內＜A橫后

特點：阻流斷面設在直澆道下端，或在橫澆道中，或在集渣包出口處，或在內澆道之前設置的阻流擋渣裝置處。

優(yōu)點：阻流斷面之前封閉，其后開放，故有利于擋渣，充型平穩(wěn)，兼有封閉式與開放式的優(yōu)點。

應用：各類鑄鐵件，在中小件上應用較多，特別是在一箱多件時應用廣泛。目前鑄造過濾器的使用，是這種澆注系統(tǒng)應用更廣泛。一、按斷面比例關系分類第二節(jié)澆注系統(tǒng)的基本類型及選擇二、按內澆道在鑄件上的位置分類概念：以澆注位置為基準，內澆道設在鑄件頂部。

優(yōu)點：

a

充型容易，減少冷隔、澆不足。

b

有利于自下而上順序凝固和補縮。

c

冒口尺寸小，節(jié)省金屬。

d

結構簡單，便于清除。

缺點：

a

易造成沖砂。

b下落時氧化、飛濺、不平穩(wěn)，產生鐵豆、氣孔、夾渣。

c

橫澆道阻渣效果較差（因大部分時間內澆道處于非淹沒狀態(tài)）。221第二節(jié)澆注系統(tǒng)的基本類型及選擇（一）頂注式澆注系統(tǒng)形式：簡單式、楔形式、壓邊式、雨淋式、搭邊式。

222第二節(jié)澆注系統(tǒng)的基本類型及選擇（一）頂注式澆注系統(tǒng)（一）頂注式澆注系統(tǒng)第二節(jié)澆注系統(tǒng)的基本類型及選擇概念：內澆道設在底部優(yōu)點：

a

沖型平穩(wěn)。

b

避免金屬液飛濺氧化。

c

無論澆口比多大，橫澆道基本充滿，擋渣效果好。

d

型腔氣體容易排除。缺點：

a

溫度分布不利于順序凝固和冒口補縮。

b

內澆道處易過熱，造成縮孔、縮松、晶粒粗大。

c

金屬液面上升中易結皮，形成澆不足、冷隔。

d

金屬消耗較大。224（二）底注式澆注系統(tǒng)第二節(jié)澆注系統(tǒng)的基本類型及選擇（二）底注式澆注系統(tǒng)

與頂注式澆注系統(tǒng)相反，底注式澆注系統(tǒng)是從鑄件底部(下端面)注入型腔的。第二節(jié)澆注系統(tǒng)的基本類型及選擇

這類澆注系統(tǒng)的優(yōu)點是充型平穩(wěn)，排氣方便，不易沖壞型腔和引起飛濺，適宜于大、中型的鑄件。對易于氧化的合金，如鋁、鎂合金和某些銅合金也較適宜。這類澆注系統(tǒng)的缺點是不利于定向凝固，補縮效果差，充型速度慢，不適合復雜薄壁鑄件的充型。形式及應用：

a

基本形式，用于容易氧化的有色金屬、形狀復雜要求高的鋼鐵鑄件/

b

牛角式（horngating），用于各種鑄齒齒輪和有砂芯圓盤。

c

底雨淋：用于內表面要求高的圓筒類鑄件。226第二節(jié)澆注系