文檔鑄造工藝學(xué)

名詞解釋鑄造：采用熔煉方法，將金屬熔化成液態(tài)在砂型、陶瓷型、金屬型等鑄型中直接成形的加工方法。鑄造工藝學(xué)：是研究鑄件成形方法的一門(mén)學(xué)科，包括鑄造工藝方案及參數(shù)設(shè)計(jì)、鑄型材料和鑄造方法、鑄型及芯的制造、合金熔體充型的過(guò)程及原理與澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、補(bǔ)縮系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì)。技術(shù)審查：審查零件工藝性、生產(chǎn)條件是否能滿足鑄造零件的規(guī)模、精度要求和技術(shù)要求。零件的工藝性：零件的結(jié)構(gòu)是否合理如鑄件壁厚分布是否合理、厚度是否大于最小壁厚，鑄件壁的聯(lián)結(jié)處的聯(lián)結(jié)方式是否合理，薄厚壁是否均勻過(guò)渡，拐角處是否圓角過(guò)渡，是否利于起模，是否有利于清砂。澆注位置：澆注時(shí)鑄件在鑄型中所處的具體位置。鑄造工藝參數(shù)：指需要確定的工藝數(shù)據(jù)，具體包括鑄造線收縮率、機(jī)械加工余量、拔模斜度、最小鑄出尺寸、工藝補(bǔ)正量、分型負(fù)數(shù)、分芯負(fù)數(shù)和反變形量。鑄造線收縮率:指鑄件在凝固過(guò)程中所產(chǎn)生的長(zhǎng)度方面的縮小，表達(dá)式為機(jī)械加工余量：指在鑄件加工表面上留出的，準(zhǔn)備切去的鑄件表層厚度。往往和鑄件尺寸公差配合使用。加工余量值由兩部分構(gòu)成，一部分是尺寸公差CT值，另一部分為要求的鑄件機(jī)械加工余量RMA值。起模斜度：為了利于起模或脫芯，在模樣或芯盒的出模方向設(shè)有一定的斜度，以避免損壞鑄型和芯子。最小鑄出孔及槽：對(duì)于一些較小的孔和槽，如果采用鑄造方法生成，往往會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題，如：精度、粘砂，有時(shí)鑄出的孔和槽產(chǎn)生偏差后再用機(jī)加工方法校正反而不如直接鑄死再進(jìn)行機(jī)加工，故通常采用的方法是不將較小的孔和槽鑄出。工藝補(bǔ)正量：有時(shí)模樣和芯盒的尺寸準(zhǔn)確無(wú)誤，但是鑄出工件的尺寸仍不符合圖樣要求，對(duì)于這種情況通常采用工藝補(bǔ)正的方法解決。分型負(fù)數(shù)：分型面在制造過(guò)程中往往因?yàn)樾拚?、烘烤等原因以及防止跑火在合箱時(shí)在分型面上鋪墊的石棉繩、泥條或油灰條等，這樣在分型面處增加了鑄件尺寸，為了保證鑄件尺寸精度，通常采用在分型面處減去一定的模樣尺寸。通常與鑄件大小、工藝習(xí)慣以及鋪墊材料有關(guān)。反變形量：鑄件在造型以及成形過(guò)程中發(fā)生翹曲、收縮等現(xiàn)象使得鑄件產(chǎn)生變形。在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，需要設(shè)置一個(gè)反變形量，使得鑄件在成形后減少乃至消除變形。吃砂量：模樣或者鑄型內(nèi)腔內(nèi)外表面與砂箱的內(nèi)壁、頂面、底面或箱擋之間的距離；型腔之間的最小間距；芯骨至砂芯表面的砂層厚度。鑄型材料：包括永久型材料和造型材料。永久型材料一般用于永久型鑄型，采用導(dǎo)熱性良好、力學(xué)性能好的金屬、合金或石墨等材料制成。造型材料:砂型鑄造中鑄型和砂芯所用的材料，包括鑄造用砂、粘結(jié)劑、涂料和其他輔助材料。鑄造用砂的熱物理特征：比熱、導(dǎo)熱性、蓄熱特性和熱膨脹性。蓄熱系數(shù)：，c為材料的比熱，λ為材料的導(dǎo)熱系數(shù)，ρ為材料的密度。蓄熱系數(shù)越大，鑄件冷卻速度越快，材料的結(jié)晶組織越細(xì)。耐火度：是表征耐火材料抵抗高溫能力的指標(biāo)，是通過(guò)三角錐試樣在加熱過(guò)程中的變形和彎倒程度來(lái)測(cè)定。燒結(jié)點(diǎn)：是指砂粒表面或砂粒間的混合物開(kāi)始熔化的溫度。最低共熔點(diǎn)：表征耐火材料抵抗高溫能力的指標(biāo)，由于耐火材料的多相特征，其熔融是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，耐火材料開(kāi)始出現(xiàn)液相的溫度就是最低共熔點(diǎn)。熱穩(wěn)定性：也稱抗熱沖擊性，指耐火材料抵抗溫度急劇變化而不開(kāi)裂的性能。熱化學(xué)穩(wěn)定性：指耐火材料不與液態(tài)金屬及其氧化物發(fā)生反應(yīng)，不與粘結(jié)劑的氧化物形成低熔點(diǎn)的共熔物的性能。含泥量：指原料中顆粒直徑小于0.002mm部分所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。含泥量高會(huì)影響型、芯的透氣性和耐火度。鑄造用砂的顆粒組成：包括顆粒尺寸大小、粒度分布。顆粒平均細(xì)度：砂樣的總表面積保持不變，將砂樣換算成同樣重量的均一直徑的顆粒，所能通過(guò)的篩號(hào)，即表示顆粒的平均細(xì)度，也就是用能通過(guò)的篩號(hào)數(shù)表示砂粒的平均直徑。粘結(jié)劑（鑄型）：在顆粒狀或粉狀的造型材料間形成有一定強(qiáng)度的連續(xù)粘結(jié)的薄膜，將其粘結(jié)成型芯。涂料：涂覆在鑄型或芯子表面的一層耐火材料層，起保護(hù)鑄型，提高鑄件表面光潔度、防止鑄件粘砂的目的。膠合劑：是用于兩半型芯裝配時(shí)進(jìn)行膠合或用于型芯修補(bǔ)的粘結(jié)劑。涂膏：用來(lái)修補(bǔ)烘干后型、芯表面的裂紋、縫隙和粗糙部分，型芯中較小的缺肉。脫模劑：用來(lái)防止模樣或芯盒與型砂，或者永久鑄型與鑄件之間相粘連的溶劑。保溫冒口套：采用珍珠巖、微珠或其他輕質(zhì)阻熱材料，使冒口部位散熱減慢，提高冒口效率。保溫覆蓋劑：澆注后在明冒口的頂部放置的粉狀保溫劑，以減緩熱量從冒口頂部散發(fā)。陶瓷管：采用陶土燒制而成的按澆注系統(tǒng)各類結(jié)構(gòu)組成的澆注系統(tǒng)預(yù)制組件。質(zhì)輕、耐高溫、價(jià)格便宜，利于造型過(guò)程中的連接、安裝和擺放等操作。芯子：用來(lái)形成鑄件內(nèi)腔、孔和外形不易起模的部分。芯頭：指芯子中伸出鑄件，且不與鑄件相接觸的部分。起到定位并固定芯子，承受芯子本身重力及澆注時(shí)金屬液對(duì)芯子的浮力，排除澆注時(shí)芯子所產(chǎn)生的氣體的作用。芯頭結(jié)構(gòu)：包括定位結(jié)構(gòu)、位置結(jié)構(gòu)。芯頭長(zhǎng)度：指芯子伸入鑄型部分的長(zhǎng)度。芯頭斜度：為了便于合箱和下芯，芯頭的側(cè)面和端面一般都帶有斜度。芯頭間隙：為了下芯方便，通常在芯頭和芯座之間留有的間隙。芯座：鑄型中專門(mén)為放置芯頭而設(shè)置的空腔。補(bǔ)砂檔：是在芯頭端部的芯座增加一段距離，也就是超出芯頭端部多出的一段空腔，合箱時(shí)用背砂填充。為了尺寸調(diào)節(jié)也同時(shí)使下芯更加方便。芯撐：對(duì)懸臂芯起到支撐作用，澆注后留在鑄件內(nèi)部的工裝。排氣措施：為了將澆注后芯子產(chǎn)生的氣體排出設(shè)置的裝置。一般向芯頭排氣。澆注系統(tǒng)：引導(dǎo)液態(tài)金屬進(jìn)入鑄型型腔的通道系統(tǒng)。一般由澆口杯、直澆道、橫澆道、直澆道窩，內(nèi)澆道組成。封閉式澆注系統(tǒng)：組元截總面積最小的是內(nèi)澆道。一般∑A直＞∑A橫＞∑A內(nèi)。半封閉式澆注系統(tǒng)：∑A橫＞∑A直∑A內(nèi)。開(kāi)放式澆注系統(tǒng)：該類系統(tǒng)，從澆口杯底孔到內(nèi)澆道截面，面積逐漸加大。即∑A內(nèi)＞∑A橫∑A直。頂注式澆注系統(tǒng)：指從鑄件位置的頂部注入金屬液的澆注系統(tǒng)體系。鑄件的大部分位于下箱，金屬液進(jìn)入型腔時(shí)自由下落。易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化（可在流水線上完成）資源可回收利用具有所制造鑄件形狀與結(jié)構(gòu)的任意性、鑄件材料的任意性和大小尺寸的任意性鑄造的分類：一般分為砂型鑄造和特種鑄造兩種。特種鑄造包括：熔模鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、連續(xù)鑄造、消失模鑄造、金屬型鑄造、低壓差壓鑄造、陶瓷型鑄造、半固態(tài)鑄造、磁型鑄造。鑄造工藝設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容:零件的技術(shù)要求和結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)選擇鑄造與造型方法及造型材料體系確定澆注系統(tǒng)位置和分型面鑄造工藝設(shè)計(jì)的依據(jù)：設(shè)計(jì)之前應(yīng)掌握兩方面情況：1、技術(shù)方面條件：相關(guān)技術(shù)文件、鑄件信息、技術(shù)要求2、生產(chǎn)方面條件：熔煉設(shè)備容量、廠房起重設(shè)備容量、檢測(cè)條件、烘干爐及熱處理爐的大小、升溫速度和溫度的均勻性、砂箱尺寸、廠房大小、大門(mén)尺寸。鑄造方法的選擇依據(jù)：一般根據(jù)鑄件的精度要求、合金的種類和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)選擇。如：精度要求最高的鋁鎂合金一般采取壓鑄。精度要求較高的鑄鐵件可采取精密鑄造的方法。鑄鐵件一般采用砂型鑄造，特殊的鑄鐵件可以采取離心鑄造和連續(xù)鑄造的方法。一般精度的銅鋁合金可以采用砂型鑄造方法。工藝方案設(shè)計(jì)的考慮因素：鑄造工藝設(shè)計(jì)依據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性、合金的種類、經(jīng)濟(jì)性。澆注位置的設(shè)計(jì)依據(jù)：澆注位置的設(shè)計(jì)一般在鑄造方法確定之后進(jìn)行。將直接對(duì)分型面、工裝、芯子的劃分、澆注系統(tǒng)的開(kāi)設(shè)等方面產(chǎn)生影響。應(yīng)有利于實(shí)現(xiàn)順序凝固和冒口安放質(zhì)量要求較高發(fā)鑄件表面應(yīng)朝下或側(cè)立放置盡可能使鑄件的大平面朝下。當(dāng)鑄件的薄壁部分面積較大時(shí)，可采用傾斜澆注。便于下芯、合箱和檢查尺寸。盡量使主要芯子或芯子的主要部分放在下半砂箱中。利于砂芯的定位、固定和排氣，避免吊芯和懸臂芯。鑄造線收縮率的影響因素：合金種類和成分、鑄型材料、鑄件結(jié)構(gòu)起模斜度的影響因素：起模高度、模樣或芯盒的高度以及造型方法鑄造用砂的分類：分類方法有：按來(lái)源分類和按化學(xué)成分分類。來(lái)源分：天然礦精選后直接選用、天然礦經(jīng)過(guò)高溫煅燒或電熔后，經(jīng)過(guò)破碎篩分而得到的原砂，靠人工合成煅燒得到的原砂?；瘜W(xué)成分分：石英砂、石灰石砂、鎂砂、鋯砂、鉻鐵礦砂。鑄造用砂顆粒組成的表示方法：列表法、圖解法、平均粒度法和符號(hào)表示法。其中符號(hào)表示法數(shù)字表示相鄰的含量最集中的三個(gè)篩的收尾編號(hào)，百分含量為含量最集中的三篩的總余留量。常用的鑄造用砂及其特點(diǎn)：石英砂：以石英顆粒為主，含少量長(zhǎng)石、云母，是砂型鑄造中最主要造型材料。呈弱酸性，熔點(diǎn)1713℃，硬度較高。適用于鑄鋼、鑄鐵、有色金屬。石灰石砂：又稱“七〇”砂，以碳酸鈣為主礦巖，經(jīng)人工破碎，篩選，分級(jí)后制成。特點(diǎn)：呈堿性，二氧化硅含量較少，減少了矽肺病的危害。用于生產(chǎn)鑄鋼件。不粘砂，易清理，砂的成本較低。但是生產(chǎn)大型厚壁鑄鋼件時(shí)會(huì)產(chǎn)生縮沉，舊砂的回收利用率低，雖然減少了矽肺病的危害，但增加了塵肺病的危害。剛玉砂：通過(guò)電爐冶煉人工制成的的六方晶系的αAl2O3。熔點(diǎn)高達(dá)2050℃，硬度較高，導(dǎo)熱率較高、體積穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)致密，對(duì)于酸和堿都有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，價(jià)格較高。適用于鑄鋼件、用作要求表面光潔度較高的合金鋼鑄件的涂料、熔模鑄造制殼材料、陶瓷型鑄造。鋯英砂：鋯砂又稱鋯英砂，以硅酸鋯為主要成分。是型砂鑄造最好的型砂。硬度較高，熔點(diǎn)在2000℃以上，酸性耐火材料，高溫時(shí)對(duì)氧化鐵的熱化學(xué)穩(wěn)定性高，基本不被金屬氧化物浸潤(rùn)，熱膨脹系數(shù)相對(duì)較小?？捎米鞔笮丸T鋼件或合金鋼鑄件的特殊型芯砂或涂料。還可用作熔模鑄造制殼材料。鉻礦砂：又稱鉻鐵礦砂，主要是Cr2O3，其次為MgO、FeO、Al2O3少量SiO2和其他雜質(zhì)。碳酸鹽為有害雜質(zhì)，遇高溫金屬液分解產(chǎn)生二氧化碳，使鑄件產(chǎn)生氣孔。故鉻礦砂應(yīng)經(jīng)過(guò)900℃的高溫焙燒使碳酸鹽分解然后再加工破碎制得。鑄造用鉻礦砂含Cr2O3不少于36%，最好大于50%。特點(diǎn)：熱化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，不與氧化鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在1700℃以前無(wú)相變反應(yīng)，體積較穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的抗液體金屬滲透的能力，常用來(lái)生產(chǎn)錳鋼件、厚壁鑄鋼件。鎂砂：主要成分為氧化鎂，由菱鎂礦在1500℃至1650℃煅燒、破碎、篩分得到。鎂砂熔點(diǎn)在1840至2000℃，蓄熱系數(shù)約為硅砂的1.5倍，呈堿性，不與氧化錳和氧化鐵反應(yīng)，常用作生產(chǎn)高錳鋼鑄件的面砂或芯砂使用。也可作為堿性爐襯。粘結(jié)劑的的分類：按粘結(jié)機(jī)理分：物理粘結(jié)劑：粘土粘結(jié)劑，化學(xué)粘結(jié)劑：硅溶液、水玻璃和有機(jī)粘結(jié)劑。按組分分：無(wú)機(jī)粘結(jié)劑：鑄造用粘土、膨潤(rùn)土、水泥、硅溶膠、水玻璃硅酸乙酯。有機(jī)粘結(jié)劑：植物油、合脂、各種樹(shù)脂。有機(jī)粘結(jié)劑包括：植物類、石化副產(chǎn)品、合成樹(shù)脂水玻璃的硬化方法：焙燒硬化法、CO2硬化法和自硬化法。水玻璃的化學(xué)式為Na20·mSiO2，m為兩者的摩爾比，成為模數(shù)。常用型芯砂：水玻璃石英砂、“七〇”砂、堿性酚醛樹(shù)脂石英砂、呋喃樹(shù)脂石英砂。金屬型材料要求：有良好的高溫力學(xué)性能，尤其是熱疲勞強(qiáng)度良好的熱穩(wěn)定性：高溫抗氧化性、抗生長(zhǎng)性、抗腐蝕性、抗熔焊性。良好的室溫強(qiáng)度，可承受各種機(jī)械作用、摩擦作用。良好的導(dǎo)熱性能，減少鑄型溫度梯度、減少熱應(yīng)力。具有良好的加工性能，以減少鑄模的制造難度，降低成本。價(jià)格便宜金屬型常用材料及特點(diǎn)：鑄鐵：灰口鑄鐵基體為珠光體加鐵素體，減小鑄型生長(zhǎng)，提高鑄型熱穩(wěn)定性，減少外裂紋的生成。球墨鑄鐵具有較高的熱穩(wěn)定性和耐蝕耐熱性，較高的力學(xué)性能，生長(zhǎng)傾向小。適于制造大型的金屬型，可用來(lái)澆注大型黑色合金鑄件和有色金屬鑄件鑄鋼或鍛鋼：優(yōu)點(diǎn)為可不加工或少加工，與鑄鐵型相比，力學(xué)性能、抵抗內(nèi)表面龜裂能力，抗翹曲變形能力好，可對(duì)缺陷部位進(jìn)行修補(bǔ)，缺點(diǎn)是制造成本高。鑄鋼用于形狀簡(jiǎn)單、尺寸較大的黑色合金鑄件，鍛鋼用于形狀復(fù)雜的鋁鎂合金小型件。銅及其合金:使用頻率較低，主要用于需要激冷或局部激冷的鑄件，可用作生產(chǎn)單晶。鋁合金：具有良好的力學(xué)性能，制造成本低，導(dǎo)熱性好。澆注前需進(jìn)行陽(yáng)極化處理，使鑄型表面形成氧化膜。適用于批量不大的輕合金鑄件。壓鑄材料：一般選用合金鋼，含有W、Co、Cr、Ni等元素。W含量一般較高，熱膨脹系數(shù)小，耐磨性好、硬度高、耐熱性好，淬火深度大，缺點(diǎn)是韌性差。Cr可以在高溫小生成穩(wěn)定的氧化膜，防止繼續(xù)氧化，還可以提高硬度、耐熱性、耐蝕性，淬火變形小、熱膨脹系數(shù)小少量的V可以改善切削性能，減小淬火深度Ni可以提高鋼的硬度和韌性，顯著提高鋼的耐蝕性Mo可以使鋼保持原有的力學(xué)性能，細(xì)化晶粒。Co可以提高鋼的硬度和韌性。要控制C的含量，否則降低鋼的導(dǎo)熱性，易使表面產(chǎn)生裂紋。鑄造用輔料：涂料、膠合劑、合箱輔料、修補(bǔ)膏、排氣材料、冒口芯、保溫冒口套、保溫覆蓋劑、保溫發(fā)熱劑和陶瓷管。涂料的組成及作用：耐火材料:主體成分，由耐火的或易剝離的粉體組成，防止液態(tài)金屬與鑄型之間發(fā)生熱作用、機(jī)械作用、物理化學(xué)作用。鑄鋼件常用石英粉、鋯英粉、剛玉粉、鋁礬礦粉、莫來(lái)石粉、鉻礦粉、鎂砂粉。鑄鐵件常用石墨粉、石墨與鋁礦粉或鋯英粉組成的混合粉。銅合金常用石墨粉和滑石粉。鋁鎂合金常用滑石粉。金屬型鑄造常用氧化鋅、白堊粉、二氧化鈦、滑石粉、石墨粉。粘結(jié)劑：為提高涂料層的強(qiáng)度，使涂料能牢固的貼附在鑄型和芯子表面。分為:無(wú)機(jī)型、有機(jī)型粘結(jié)劑。高溫型、低溫型粘結(jié)劑。載體：分散和運(yùn)載耐火材料并使耐火材料懸浮在載體內(nèi)，使涂料保持一定的粘度和密度，以便將涂料噴涂或涂刷到鑄型或芯子表面。分為水基和醇基，水基刷過(guò)后需烘干。懸浮劑：賦予涂料一定的粘度，以阻止耐火材料顆粒下沉，使耐火材料盡可能有效的懸浮。其他添加材料：表面活性劑：用來(lái)改善涂料對(duì)鑄型及芯子表面的浸潤(rùn)滲透能力，降低涂料的表面張力。消泡劑：用來(lái)消除涂料中的氣泡。防腐劑：用來(lái)避免涂料中的有機(jī)物因受霉菌和微生物的作用而發(fā)生變質(zhì)。防潮劑：在涂料中加入少量硅烷等物質(zhì)。待涂料干燥后，能形成一層憎水膜，可防止涂料吸潮。特殊附加物：為防止鎂合金氧化，在涂料中加入合金元素；為防止鑄鐵件表面產(chǎn)生白口層，可在涂料中加入硅鐵粉。各類澆注系統(tǒng)的特點(diǎn)及適用范圍：封閉式澆注系統(tǒng)具有很好的擋渣作用，適合于中小型鑄鐵件。開(kāi)放式澆注系統(tǒng)充型平穩(wěn)，對(duì)型壁的沖刷比較小，但擋渣能力不是很好。主要用于易氧化的有色金屬鑄件，球磨鑄鐵鑄件及使用漏包澆注的鑄鋼件。頂注式澆注系統(tǒng)所形成的凝固溫度場(chǎng)符合順序凝固，利用冒口補(bǔ)縮，對(duì)砂型底部的沖擊力比較大，容易產(chǎn)生砂眼、鐵豆等缺陷，利于充型，易產(chǎn)生氧化。適用于高度不大的鑄件薄壁件。底注式澆注系統(tǒng)充型穩(wěn)定、沖擊力小，型內(nèi)氣體易于排出，所形成的溫度場(chǎng)不符合順序凝固，不利于補(bǔ)縮。適合于高度不大的結(jié)構(gòu)的復(fù)雜的鑄件，如鑄鋼件、鋁合金件、無(wú)錫青銅件和黃銅鑄件。中間注入式澆注系統(tǒng)兼顧有頂注式和底注式澆注系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，適用于中等重量中等壁厚的鑄件，但上箱不宜太高。結(jié)題式澆注系統(tǒng)對(duì)鑄型的沖擊力小，液面上升平穩(wěn)，利于渣、氣的上浮和排入冒口，所形成的溫度場(chǎng)有利于順序凝固，適合于大型鑄件的生產(chǎn)。澆注系統(tǒng)的作用：構(gòu)成澆包與鑄件型腔的通道，使金屬液體平穩(wěn)的充入鑄型。擋渣并排除型腔中的氣體。調(diào)節(jié)型腔內(nèi)的溫度分布，實(shí)現(xiàn)順序凝固調(diào)節(jié)系統(tǒng)中個(gè)組元的流量，使充型時(shí)間控制在一定范圍內(nèi)。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法：公式計(jì)算法：阿贊公式：G為鑄件總澆注重量，N；F內(nèi)實(shí)際為控流面積，即最小界面處，m2。γ為金屬液重度，N/m3;μ為粘度系數(shù)；t為澆注時(shí)間，s；H0為作用為內(nèi)澆道的壓頭，Pa。澆注時(shí)間常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定：對(duì)于重量小于4500N、壁厚為2.5-15mm，形狀復(fù)雜的鑄鐵件有，G為鑄型內(nèi)金屬液重量，N，s為影響系數(shù)。對(duì)于10噸以下的大中型鑄鐵件有，δ為鑄件壁厚，s1為系數(shù)一般去0.96。對(duì)于重型鑄鐵件可使用下述公式。p為系數(shù)一般取0.62.經(jīng)驗(yàn)法：以流體力學(xué)為基礎(chǔ)，進(jìn)行簡(jiǎn)化與合并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)歸納出三種方法，即大型和重型鑄件的設(shè)計(jì)方法、中小型復(fù)雜件的設(shè)計(jì)方法和簡(jiǎn)單小件的設(shè)計(jì)方法。圖表法：索伯列夫圖澆注系統(tǒng)校核方法：包括三種方法：上升速度方法、剩余壓頭校核和工藝出品率校核。上升速度法：適用于大型鑄鋼件第一步是確定金屬液在鑄型中的上升速度的控制范圍，要求澆注速度大于臨界。第二步確定澆注時(shí)間：，G為鑄件毛重，不包含頂部冒口，kg。n為包孔數(shù)量，q為金屬液流量，kg/s第三步金屬液流量計(jì)算，可查表，然后可求出澆注時(shí)間。第四步計(jì)算實(shí)際上升速度根據(jù)，H為鑄件的澆注高度。計(jì)算出后可與表中查出的數(shù)據(jù)對(duì)比，若兩者相近或者或者計(jì)算的澆注速度大于表中的速度，說(shuō)明所選擇的包孔直徑和數(shù)量是合理的，否則返回第二步進(jìn)行調(diào)整，直至合理。第五步，根據(jù)包孔直徑計(jì)算直澆道直徑。第六步，直澆道確定后，其他尺寸可以由所屬類型澆注系統(tǒng)的比例關(guān)系計(jì)算出來(lái)。剩余壓頭校核：為了保證金屬液能充滿距離直澆道鑄件最遠(yuǎn)處的最高位置，金屬液的靜壓頭必須足夠大，剩余壓頭必須大于或大于某一臨界值。剩余壓頭臨界值由下式計(jì)算，L為鑄件相對(duì)于直澆道而言最遠(yuǎn)處的最高點(diǎn)到直澆道中心線之間的水平距離。α為壓力角，單位為°，對(duì)于中小件薄壁取13-14，厚壁取6-7，大件薄壁件取8-9，厚壁取5-6.核算時(shí)應(yīng)滿足H0>H臨+Hc，或者Hm>H臨，Hc為澆注位置中鑄件的高度。工藝出品率校核：所計(jì)算的工藝出品率與表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以評(píng)價(jià)所設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)是否合適，如果數(shù)據(jù)不理想，可根據(jù)具體情況作適當(dāng)調(diào)整。各組元斷面比例關(guān)系影響因素：澆注系統(tǒng)的種類、合金的種類、澆注方式。各種合金澆注系統(tǒng)特點(diǎn)：鑄鋼件：熔點(diǎn)高、流動(dòng)性差、收縮大、易產(chǎn)生縮孔、縮松、熱裂和變形等缺陷，要求澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，斷面尺寸大，充型快而平穩(wěn)，有利于順序凝固。一般采用漏包澆注。澆口杯、澆道、布局一般在側(cè)冒口位置或其他不能引起縮孔縮松的位置引入。灰鑄鐵：流動(dòng)性好，凝固收縮率小，鐵水中渣和夾雜物的含量較多，可以采用過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)行擋渣。石墨由于密度比鐵小，會(huì)出現(xiàn)自膨脹。采用轉(zhuǎn)包澆注?？慑戣T鐵：含碳、硅含量較低，流動(dòng)性比灰鑄鐵低一些，因此澆注系統(tǒng)的尺寸比灰鑄鐵大一些，澆注系統(tǒng)要考慮設(shè)置除渣能力，一般通過(guò)設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)、阻流澆道、集渣包和冒口來(lái)解決。球墨鑄鐵：與灰鑄鐵相比無(wú)根本的區(qū)別，但是需要保證鐵水在充型過(guò)程中流動(dòng)平穩(wěn)、通暢，斷面尺寸比灰鑄鐵大20%-100%，一般采用半封閉式或開(kāi)放式澆注系統(tǒng)。輕合金：鎂鋁合金屬于輕合金，特點(diǎn)是熔點(diǎn)低、導(dǎo)熱系數(shù)大、收縮較大，易氧化和吸氣。澆注系統(tǒng)應(yīng)充型平穩(wěn)，不易產(chǎn)生飛濺、沖擊和渦流，利于補(bǔ)縮，一般采用底注開(kāi)放式或垂直縫隙式，可采用過(guò)濾網(wǎng)擋渣。銅合金：所有銅合金都存在易氧化的特點(diǎn)，銅在熔化時(shí)要嚴(yán)格遵循同一牌號(hào)同一坩堝的原則，防止產(chǎn)生氣孔。鋁青銅易產(chǎn)生集中縮孔、易氧化、易夾渣，多采用底注開(kāi)放式澆注系統(tǒng)，常配設(shè)濾渣網(wǎng)和集渣包。錫青銅和磷青銅易產(chǎn)生縮松、氧化不強(qiáng)烈，可采用雨淋式、壓邊式等頂注式澆注系統(tǒng)，一般冒口尺寸不大。黃銅應(yīng)采用順序凝固原則設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，采用冒口補(bǔ)縮。補(bǔ)縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)：通過(guò)合理的設(shè)計(jì)冒口、冷鐵和補(bǔ)貼，實(shí)現(xiàn)順序凝固和均衡凝固，獲得符合質(zhì)量要求的鑄件。合金元素對(duì)體收縮率的影響：C的含量越高，碳鋼體收縮率越大；W、Ni越多，合金鋼的體收縮率越小，Mn、Cr、Si、Al越多，合金鋼的收縮率越大?？s孔的形成機(jī)理：在鑄件的凝固過(guò)程中，補(bǔ)縮通道由于凝固而堵塞，使得與補(bǔ)縮通道相連的后凝固部位的凝固收縮得不到金屬液的補(bǔ)充因而產(chǎn)生縮孔?？s松的形成機(jī)理：與縮孔的形成機(jī)理類似，由于凝固區(qū)域區(qū)域同時(shí)凝固，晶?；蛑У纳L(zhǎng)使微小的補(bǔ)縮通道堵塞后，凝固的部位得不到金屬液的補(bǔ)縮，產(chǎn)生縮松。一般分布在鑄件的中心或軸線區(qū)域。有效補(bǔ)縮距離的確定：水平方向的有效補(bǔ)縮距離：對(duì)于平板類鑄件（斷面寬厚比大于5:1）當(dāng)板厚δ≤100mm，冒口區(qū)=2δ，末端區(qū)=2.5δ。對(duì)于桿類鑄桿，當(dāng)斷面為正方形時(shí)，冒口區(qū)=，末端區(qū)=。垂直方向的有效補(bǔ)縮距離：可利用補(bǔ)貼計(jì)算方法求出。冒口的作用：為鑄件的形成提供補(bǔ)縮合金液，補(bǔ)償合金的收縮。排出鑄件形成過(guò)程中產(chǎn)生的氣體，接收上浮的渣和夾雜物。調(diào)節(jié)鑄件的溫度場(chǎng)使之符合順序凝固和均衡凝固。利用明冒口來(lái)檢查合箱后的鑄件尺寸，觀察充型情況。冒口的種類：根據(jù)頂部結(jié)構(gòu)分為：明冒口、暗冒口。根據(jù)冒口的放置位置可分為：頂冒口、側(cè)冒口和壓邊冒口。根據(jù)冒口的傳熱特點(diǎn)可分為:普通冒口、保溫冒口和發(fā)熱冒口。根據(jù)冒口的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為：圓柱形、腰形、球形和異形冒口。其他還包括易削冒口、大氣壓力冒口。冒口的安放位置原則：有利于實(shí)現(xiàn)順序凝固。應(yīng)安放在鑄件最后凝固處或熱節(jié)處。應(yīng)安放在鑄件最高處。冒口安放在不同高度處，冒口之間應(yīng)該用冷鐵隔絕補(bǔ)縮通道。模數(shù)的計(jì)算：鑄件的模數(shù)不是單一的，在對(duì)鑄件進(jìn)行模數(shù)的計(jì)算時(shí)，先將鑄件劃分成幾個(gè)獨(dú)立的凝固區(qū)域，該區(qū)域的鑄件由基本的幾何體構(gòu)成，然后分別對(duì)每個(gè)區(qū)域進(jìn)行計(jì)算。區(qū)域劃分的主要依據(jù)是根據(jù)鑄件的幾何結(jié)構(gòu)和散熱性質(zhì)。在對(duì)桿和板的模數(shù)計(jì)算時(shí)，桿的兩端、板的四周按非散熱面面處理。筒的兩端同樣按非散熱面處理，由于筒內(nèi)壁的散熱存在熱飽和性，處理時(shí)要對(duì)筒的壁厚增大。模數(shù)法的設(shè)計(jì)依據(jù)：該方法的基本原理是，按一定順序設(shè)計(jì)鑄件與冒口、鑄件內(nèi)部的凝固時(shí)間，即t冒≥t頸＞t件，t冒口區(qū)＞t末端區(qū)。一般有M冒/M件=1.2。熱節(jié)圓設(shè)計(jì)冒口的步驟：根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)、補(bǔ)縮距離來(lái)劃分獨(dú)立的補(bǔ)縮區(qū)域，確定冒口的種類和形狀位置和數(shù)量。計(jì)算出每個(gè)冒口所補(bǔ)縮區(qū)域的鑄件重量，并求出該區(qū)域的虛擬收縮量G縮。G縮=（1.5-1.6）εvG件。求出冒口補(bǔ)縮位置處鑄件的熱節(jié)圓直徑，并根據(jù)鑄型中的尖角效應(yīng)對(duì)熱節(jié)圓直徑作適當(dāng)修正。根據(jù)熱節(jié)圓直徑和鑄件的收縮量查公式表格確定冒口尺寸和重量。計(jì)算出該區(qū)域的收縮量，即鑄件加冒口的總收縮量。冒口的校核計(jì)算通過(guò)虛擬補(bǔ)縮量看看補(bǔ)縮量是否符合要求。如不符合則重新進(jìn)行冒口計(jì)算。液量補(bǔ)縮法的內(nèi)容：由總補(bǔ)縮量：V縮=εv（V冒+V件）和冒口的補(bǔ)縮量：V補(bǔ)=V冒×η，以及V冒=V補(bǔ)聯(lián)立，得到。均衡凝固法的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：冒口不必晚于鑄件凝固，即冒口模數(shù)或熱節(jié)可以小于鑄件。澆冒口不應(yīng)直接開(kāi)在鑄件的幾何熱節(jié)上，但又應(yīng)靠近熱節(jié)處。熱節(jié)處一般采用安放冷鐵的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)凝固時(shí)間的均衡。采用剛性鑄型，以利用石墨化所產(chǎn)生的膨脹。各種合金冒口設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：鑄鐵件：采用傳統(tǒng)的冒口設(shè)計(jì)方法。包括模數(shù)法、液量補(bǔ)縮法、熱節(jié)圓法，冒口的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是采用一般結(jié)構(gòu)的普通冒口，還可以使用保溫冒口和發(fā)熱冒口。球鐵件：由于球鐵件在共晶凝固時(shí)發(fā)生石墨膨脹。要求鑄型的剛度好，一般不采用常規(guī)的大冒口設(shè)計(jì)?？刹捎脡哼吤翱?、全壓力冒口和控制壓力冒口。冷鐵的主要作用：控制或加快被激冷區(qū)的凝固速度，有利于防止鑄件的變形、熱裂和偏析。細(xì)化該區(qū)域的基體組織和表面組織，提高局部區(qū)域的硬度和耐磨性。與冒口一起形成補(bǔ)縮區(qū)域，實(shí)現(xiàn)順序凝固，擴(kuò)大冒口的補(bǔ)縮范圍，防止縮孔和縮松的產(chǎn)生。形成人為末端區(qū)，分割凝固區(qū)域。對(duì)熱節(jié)處進(jìn)行激冷，防止該處產(chǎn)生縮孔、縮松、裂紋等缺陷。冷鐵的分類：按冷鐵的放置位置分：分為外冷鐵和內(nèi)冷鐵。按冷鐵的激冷方式分：分為直接冷鐵和間接冷鐵。按冷鐵的形狀分：分為普通冷鐵和成形冷鐵。按與鑄件的結(jié)合方式劃分：熔焊型和非熔焊型。常用的手工造型方法:包括：模樣造型（整?；蚍帜＃?、刮板造型、實(shí)型造型、砂箱造型、脫箱造型、組芯造型和地坑造型。鑄型和砂型的種類：包括：濕型、烘干型、自硬型，還包括對(duì)應(yīng)的芯。模樣材料及其特點(diǎn)：木模：一般不適用新鮮木材，優(yōu)點(diǎn)：輕便，易加工，價(jià)格低，缺點(diǎn)是強(qiáng)度低、易吸潮變形、精度低、壽命短。適用于小批量手工造型。菱苦土：由菱苦土、鹵水和木屑構(gòu)成。填敷在支撐骨架上，經(jīng)硬化后，形成模樣，特點(diǎn)是價(jià)格低、易加工，生產(chǎn)周期短，特別容易做成曲面形狀。缺點(diǎn)是不易修改，適用于小批量手工造型。金屬模：一般采用灰鐵、球鐵、鑄鋼、鋁。特點(diǎn)：表面光潔度好、尺寸精準(zhǔn)、強(qiáng)度高、剛性大，使用壽命長(zhǎng)，缺點(diǎn)是加工難，材料及加工成本高，適用于小件大批量造型。塑料模：采用環(huán)氧樹(shù)脂玻璃鋼材料，特點(diǎn)：形狀具有任意性，制造修理簡(jiǎn)便、表面光潔度好，不吸潮、變形小、質(zhì)輕耐磨、壽命長(zhǎng)，造價(jià)僅為金屬模的