砂型鑄造工藝設計(doc20頁)

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1、第二節(jié)砂型鑄造砂型鑄造是傳統(tǒng)的鑄造方法， 它適用于各種形狀、 大小及各種常用合金鑄件的生產。一、砂型鑄造造型（造芯）方法制造砂型的工藝過程稱為造型。 造型是砂型鑄造最基本的工序， 通常分為手工造型和機器造型兩大類。（一）手工造型手工造型特點： 操作方便靈活、適應性強，模樣生產準備時間短。但生產率低，勞動強度大，鑄件質量不易保證。只適用于單件小批量生產。各種常用手工造型方法的特點及其適用范圍見表1-5 。表 1-5常用手工造型方法的特點和應用范圍造型方法主要特點適用范圍鑄型由上型和下型組成，適用于各種生產造型、起模、修型等操作方便批量，各種大、中、小鑄件按砂箱鑄型由上、中、下三部分組成，主要用于

2、單件、特中型的高度須與鑄件兩個分型面的小批量生產具有兩征間距相適應。三箱造型費工，應盡區(qū)量避免使用個分型面的鑄件分在車間地坑內造型，用地坑代常用于砂箱數(shù)量替下砂箱，只要一個上砂箱，可減不足，制造批量不大少砂箱的投資。但造型費工，而且的大、中型鑄件要求操作者的技術水平較高鑄型合型后，將砂箱脫出，重新用于造型。澆注前，須用型砂將主要用在生產小脫箱后的砂型周圍填緊，也可在砂鑄件，砂箱尺寸較小型上加套箱模樣是整體的，多數(shù)情況下，適用于一端為最型腔全部在下半型內，上半型無型大截面，且為平面的腔。造型簡單，鑄件不會產生錯型鑄件缺陷模樣是整體的，但鑄件的分型面是曲面。為了起模方便，造型時用于單件或小批用手工

3、挖去阻礙起模的型砂。每造量生產分型面不是一件，就挖砂一次，費工、生產率平面的鑄件低為了克服挖砂造型的缺點，先用于成批生產分將模樣放在一個預先作好的假箱型面不是平面的鑄按上，然后放在假箱上造下型，省去件模挖砂操作。操作簡便，分型面整齊樣特將模樣沿最大截面處分為兩征常用于最大截面半，型腔分別位于上、下兩個半型區(qū)在中部的鑄件內。造型簡單，節(jié)省工時分鑄件上有妨礙起模的小凸臺、主要用于單件、肋條等。制模時將此部分作成活塊，小批量生產帶有突在主體模樣起出后，從側面取出活出部分、難以起模的塊。造型費工，要求操作者的技術鑄件水平較高用刮板代替模樣造型?？纱蟠笾饕糜谟械冉亟档湍映杀荆?jié)約木材，縮短生面的或回

4、轉體的大、產周期。但生產率低，要求操作者中型鑄件的單件或的技術水平較高小批量生產（二）機器造型機器造型特點： 大批量生產砂型的主要方法， 能夠顯著提高勞動生產率， 改善勞動條件，并提高鑄件的尺寸精度、表面質量，使加工余量減小。1.基本原理圖 1-18 所示為頂桿起模式震壓造型機的工作過程。圖 1-18 震壓造型機的工作過程填砂震擊緊砂輔助壓實起模2. 工藝特點 機器造型工藝是采用模底板進行兩箱造型。模底板是將模樣、 澆注系統(tǒng)沿分型面與底板聯(lián)結成一個整體的專用模具。 造型后，底板形成分型面，模樣形成鑄型空腔。（三）造芯用途：當制作空心鑄件， 或鑄件的外壁內凹， 或鑄件具有影響起模的外凸時，經常要

5、用到型芯， 制作型芯的工藝過程稱為造芯。 型芯可用手工制造， 也可用機器制造。形狀復雜的型芯可分塊制造，然后粘合成形。注意：為了提高型芯的剛度和強度， 需在型芯中放入芯骨； 為了提高型芯的透氣性，需在型芯的內部制作通氣孔； 為了提高型芯的強度和透氣性， 一般型芯需烘干使用。二、砂型鑄造工藝設計目的：為了獲得健全的合格鑄件，減小鑄型制造的工作量，降低鑄件成本，在砂型鑄造的生產準備過程中， 必須合理地制訂出鑄造工藝方案， 并繪制出鑄造工藝圖。鑄造工藝圖：在零件圖中用各種工藝符號表示出鑄造工藝方案的圖形， 其中包括：鑄件的澆注位置 ；鑄型分型面；型芯的數(shù)量、形狀、固定方法及下芯次序；加工余量 ；起模

6、斜度 ；收縮率；澆注系統(tǒng) ；冒口；冷鐵的尺寸和布置等。鑄造工藝圖是指導模樣 （芯盒）設計、生產準備、鑄型制造和鑄件檢驗的基本工藝文件。依據(jù)鑄造工藝圖，結合所選造型方法，便可繪制出模樣圖及合箱圖。圖 1-19 為支座的鑄造工藝圖、模樣圖及合箱圖。圖 1-19支座的鑄造工藝圖、模樣圖及合型圖a) 零件圖b) 鑄造工藝圖（左）和模樣圖（右）c) 合型圖（一）澆注位置的選擇澆注位置： 澆注時鑄件在鑄型中所處的位置，選擇原則如下：1鑄件的重要加工面應朝下或位于側面圖 1-20 所示為車床床身鑄件的澆注位置方案。 由于床身導軌面是重要表面，不允許有明顯的表面缺陷，而且要求組織致密，因此應將導軌面朝下澆注。

7、圖 1-20 車床床身的澆注位置圖 1-21 為起重機卷揚筒的澆注位置方案。采用立式澆注，由于全部圓周表面均處于側立位置，其質量均勻一致、較易獲得合格鑄件。圖 1-21 卷揚筒的澆注位置1鑄件的大平面應朝下型腔的上表面除了容易產生砂眼、氣孔、夾渣等缺陷外， 大平面還常容易產生夾砂缺陷。因此，對平板、圓盤類鑄件的大平面應朝下。2面積較大的薄壁部分置于鑄型下部或使其處于垂直或傾斜位置可以有效防止鑄件產生澆不足或冷隔等缺陷。圖 1-22 為油盤鑄件的合理澆注位置。圖 1-22薄壁件的澆注位置3 對于容易產生縮孔的鑄件， 應將厚大部分放在分型面附近的上部或側面以便在鑄件厚壁處直接安置冒口， 使之實現(xiàn)自

8、下而上的定向凝固。 如前述之鑄鋼卷揚筒，澆注時厚端放在上部是合理的； 反之，若厚端在下部，則難以補縮。（二）鑄型分型面的選擇鑄型分型面的選擇恰當與否會影響鑄件質量，使制模、造型、造芯、合箱或清理等工序復雜化，甚至還可增大切削加工的工作量。分型面的選擇原則：1便于起模，使造型工藝簡化盡量使分型面平直、數(shù)量少，避免不必要的活塊和型芯。圖 1-23 為一起重臂鑄件，按圖中所示的分型面為一平面，故可采用較簡便的分模造型； 如果選用彎曲分型面， 則需采用挖砂或假箱造型， 而在大量生產中則使機器造型的模底板的制造費用增加。圖 1-23起重臂的分型面應盡量使鑄型只有一個分型面， 以便采用工藝簡便的兩箱造型。

9、 多一個分型面，鑄型就增加一些誤差，使鑄件的精度降低。圖 1-24a 所示的三通，其內腔必須采用一個 T 字型芯來形成， 但不同的分型方案， 其分型面數(shù)量不同。 當中心線 ab 呈垂直時（圖 1-24b ），鑄型必須有三個分型面才能取出模樣， 即用四箱造型。當中心線 cd 呈垂直時（圖 1-24c ），鑄型有兩個分型面，必須采用三箱造型。當中心線 ab 和 cd 都呈水平位置時（圖 1-24d ），因鑄型只有一個分型面，采用兩箱造型即可。顯然，圖 1-24d 是合理的分型方案。圖 1-24三通的分型方案圖 1-25 所示支架分型方案是避免用活塊的例子。按圖中方案 I ，凸臺必須采用四個活塊制出

10、， 而下部兩個活塊的部位較深， 取出困難。當改用方案 II 時，可省去活塊，僅在 A 處稍加挖砂即可。圖 1-25支架的分型方案鑄件的內腔一般是由型芯形成的， 有時可用型芯簡化模樣的外形， 制出妨礙起模的凸臺、側凹等。但制造型芯需要專門的工藝裝備，并增加下芯工序，會增加鑄件成本。因此，選擇分型面時應盡量避免不必要的型芯。如圖 1-26 所示的輪形鑄件，由于輪的圓周面外側內凹，在批量不大的生產條件下，多采用三箱造型。但在大批量生產條件下，采用機器造型，需要改用圖中所示的環(huán)狀型芯， 使鑄型簡化成只有一個分型面， 這種方法盡管增加了型芯的費用，但可通過機器造型所取得的經濟效益得到補償。圖 1-26使

11、用型芯減少分型面2盡量使鑄件全部或大部置于同一砂箱，以保證鑄件精度如圖 1-27 所示。圖 1-27車床床身鑄件3盡量使型腔及主要型芯位于下型這樣便于造型、下芯、合箱和檢驗鑄件壁厚。但下型型腔也不宜過深，并盡量避免使用吊芯和大的吊砂。如圖1-28所示。圖 1-28機床支架注意：選擇分型面的上述諸原則，對于某個具體的鑄件來說難以全面滿足，有時甚至互相矛盾。因此，必須抓住主要矛盾、全面考慮，至于次要矛盾，則應從工藝措施上設法解決。（三）工藝參數(shù)的確定在鑄造工藝方案初步確定之后， 還必須選定鑄件的機械加工余量、 起模斜度、收縮率、型芯頭尺寸等具體參數(shù)。1. 加工余量和最小鑄出孔 在鑄件上為切削加工而

12、加大的尺寸稱為機械加工余量。數(shù)值取決于： 鑄件生產批量、合金的種類、鑄件的大小、加工面與基準面之間的距離及加工面在澆注時的位置等。采用機器造型，鑄件精度高，余量可減??；手工造型誤差大，余量應加大。鑄鋼件因表面粗糙，余量應加大；非鐵合金鑄件價格昂貴，且表面光潔， 余量應比鑄鐵小。 鑄件的尺寸愈大或加工面與基準面之間的距離愈大， 尺寸誤差也愈大， 故余量也應隨之加大。 澆注時鑄件朝上的表面因產生缺陷的機率較大， 其余量應比底面和側面大。 灰鑄鐵的機械加工余量見表 1-6 。表 1-6灰鑄鐵的機械加工余量（ mm）鑄件最大尺寸澆注時位置加工面與基準面之間的距離50501201202602605005

13、008008001250 120頂面3.54.54.04.5底、側面2.53.53.03.5120260頂面4.05.04.55.05.05.5底、側面3.04.03.54.04.04.5260500頂面4.56.05.06.06.07.06.57.0底、側面3.54.54.04.54.55.05.06.0500800頂面5.07.06.07.06.57.07.08.07.59.0底、側面4.05.04.55.04.55.55.06.06.57.08001250頂面6.07.06.57.57.08.07.58.08.09.08.510底、側面4.05.55.05.55.06.05.56.05.

14、57.06.57.5鑄件的孔、槽： 一般來說，較大的孔、槽應當鑄出，以減少切削加工工時，節(jié)約金屬材料，并可減小鑄件上的熱節(jié)； 較小的孔則不必鑄出， 用機加工較經濟。最小鑄出孔的參考數(shù)值見表1-7 。對于零件圖上不要求加工的孔、槽以及彎曲孔等，一般均應鑄出。表 1-7鑄件毛坯的最小鑄出孔（ mm）生產批量最小鑄出孔的直徑 d灰鑄鐵件鑄鋼件大量生產1215成批生產15303050單件、小批量生產3050502. 起模斜度 為了使模樣（或型芯）易于從砂型（或芯盒）中取出，凡垂直于分型面的立壁，制造模樣時必須留出一定的傾斜度， 此傾斜度稱為起模斜度，如圖 1-29 所示。在鑄造工藝圖上， 加工表面上的

15、起模斜度應結合加工余量直接表示出， 而不加工表面上的斜度（結構斜度）僅需用文字注明即可。圖 1-29 起模斜度3. 收縮率 鑄件冷卻后的尺寸比型腔尺寸略為縮小， 為保證鑄件的應有尺寸，模樣尺寸必須比鑄件放大一個該合金的收縮率。鑄造收縮率K 表達式為：式中模樣或芯盒工作面的尺寸，單位為mm；鑄件的尺寸，單位為mm。通常，灰鑄鐵的鑄造收縮率為0.7%1.0%，鑄造碳鋼為 1.3%2.0%，鑄造錫青銅為 1.2%1.4%。4.型芯頭型芯頭可分為垂直芯頭和水平芯頭兩大類，如圖1-30 所示。圖 1-30型芯頭的構造a）垂直芯頭b ）水平芯頭（四）鑄造工藝設計的一般程序鑄造工藝設計： 在生產鑄件之前，編

16、制出控制該鑄件生產工藝的技術文件。鑄造工藝設計主要是畫鑄造工藝圖、 鑄件毛坯圖、鑄型裝配圖和編寫工藝卡片等，它們是生產的指導性文件，也是生產準備、管理和鑄件驗收的依據(jù)。因此，鑄造工藝設計的好壞，對鑄件的質量、生產率及成本起著決定性的作用。一般大量生產的定型產品、 特殊重要的單件生產的鑄件， 鑄造工藝設計訂得細致，內容涉及較多。單件、小批生產的一般性產品，鑄造工藝設計內容可以簡化。在最簡單的情況下，只須繪制一張鑄造工藝圖即可。鑄造工藝設計的內容和一般程序見表1-8 。表 1-8鑄造工藝設計的內容和一般程序項目內容在零件圖上用規(guī)定的紅、蘭等各色符號表示出：澆注位鑄 造置和分型面，加工余量，收縮工

17、藝率，起模斜度，反變形量，澆、圖冒口系統(tǒng)，內外冷鐵，鑄肋，砂芯形狀、數(shù)量及芯頭大小等把經過鑄造工藝設計后，鑄 件改變了零件形狀、尺寸的地方圖都反映在鑄件圖上表示出澆注位置，型芯數(shù)鑄 型量、固定和下芯順序，澆冒口裝 配和冷鐵布置，砂箱結構和尺寸圖大小等鑄造說明造型、造芯、澆注、工藝打箱、清理等工藝操作過程及卡片要求用途及應用范圍設計程序產品零件的技術條件和結構工藝性分析是制造模樣、 模底板、選擇鑄造及造型方法芯盒等工裝以及進行生產確定澆注位置和分型準備和驗收的依據(jù)面適用于各種批量的生選用工藝參數(shù)產設計澆冒口、冷鐵和鑄肋型芯設計是鑄件驗收和機加工夾具設計的依據(jù)。適用于在完成鑄造工藝圖的成批、大量生

18、產或重要鑄基礎上，畫出鑄件圖件的生產是生產準備、合箱、檢驗、工藝調整的依據(jù)通常在完成砂箱設計適用于成批、大量生后畫出產的重要件，單件的重型鑄件是生產管理的重要依據(jù)綜合整個設計內容根據(jù)批量大小填寫必要條件（五）實例分析以 C6140車床進給箱體為例分析毛坯的鑄造工藝方案如下：C6140車床進給箱體，該件質量約35Kg，如圖 1-31 所示，該零件沒有特殊質量要求的表面，僅要求盡量保證基準面D不得有明顯鑄造缺陷，以便進行定位。它的材料為鑄造性能優(yōu)良的灰鑄鐵（HT150），勿需考慮補縮。在制訂鑄造工藝方案時，主要應著眼于工藝上的簡化。圖 1-31 車床進給箱體零件圖1. 分型面 進給箱體的分型面，有

19、如圖 1-32 所示的三個方案供選擇：方案 I ：分型面在軸孔的中心線上。此時，凸臺 A 因距分型面較近，又處于上型，若采用活塊，型砂易脫落，故只能用型芯來形成，槽 C可用型芯或活塊制出。本方案的主要優(yōu)點是適于鑄出軸孔，鑄后軸孔的飛邊少，便于清理。同時，下芯頭尺寸較大，型芯穩(wěn)定性好，不容易產生偏芯。其主要缺點是基準面 D朝上，使該面較易產生氣孔和夾渣等缺陷，且型芯的數(shù)量較多。方案 II ：從基準面 D分型，鑄件絕大部分位于下型。此時，凸臺A 不妨礙起模，但凸臺 E 和槽 C妨礙起模， 也需采用活塊或型芯來克服。它的缺點除基準面朝上外，其軸孔難以直接鑄出。軸孔若擬鑄出，因無法制出型芯頭，必須加大

20、型芯與型壁的間隙，致使飛邊清理困難。方案 III ：從 B 面分型，鑄件全部置于下型。其優(yōu)點是鑄件不會產生錯型缺陷；基準面朝下，其質量容易保證；同時，鑄件最薄處在鑄型下部，金屬液易于充滿鑄型。缺點是凸臺 E、 A 和槽 C 都需采用活塊或型芯，而內腔型芯上大下小穩(wěn)定性差；若擬鑄出軸孔，其缺點與方案 II 相同。圖 1-32車床進給箱體分型面的選擇方案上述諸方案各有其優(yōu)缺點，需結合具體生產條件，找出最佳方案。大批量生產條件下，為減少切削加工工作量，九個軸孔需要鑄出。此時，為了使下芯、合箱及鑄件的清理簡便， 只能按照方案 I 從軸孔中心線處分型。 為了便于采用機器造型、 盡量避免活塊， 故凸臺和凹

21、槽均應用型芯來形成。為了克服基準面朝上的缺點，必須加大D 面的加工余量。單件、小批量生產條件下， 因采用手工造型， 使用活塊造型較型芯更為方便。同時，因鑄件的尺寸允許偏差較大， 九個軸孔不必鑄出， 留待直接切削加工而成。此外，應盡量降低上型高度，以便利用現(xiàn)有砂箱。顯然，在單件生產條件下，宜采用方案 II 或方案 III 。2. 鑄造工藝圖 分型面確定后，便可繪制出鑄造工藝簡圖，采用分型方案 I 時的鑄造工藝圖如圖 1-33 所示。圖 1-33 車床進給箱體鑄造工藝圖（局部）三、鑄件結構設計鑄件結構設計： 保證其工作性能和力學性能要求、 考慮鑄造工藝和合金鑄造性能對鑄件結構的要求， 鑄件結構設計

22、合理與否， 對鑄件的質量、 生產率及其成本有很大的影響。（一）砂型鑄造工藝對鑄件結構設計的要求造型工藝對鑄件結構設計的要求，見表1-9 。表 1-9造型工藝對鑄件結構設計的要求對鑄件結構的要求不好的鑄件結構較好的鑄件結構1. 鑄件的外形必須力求簡單、造型方便鑄件應具有最少的分型面，從而避免多箱造型和不必要的型芯鑄件加強肋的布置應有利于取模鑄件側面的凹槽、凸臺的設計應有利于取模，盡量避免不必要的型芯和活塊鑄件設計應注意避免不必要的曲線和圓角結構，否則會使制模、造型等工序復雜化凡沿著起模方向的不加工表面，應給出結構斜度，其設計參數(shù)見表1-102. 鑄件的內腔必須力求簡單、盡量少用型芯盡量少用或不用

23、型芯型芯在鑄型中必須支撐牢固和便于排氣、固定、定位和清理（圖中A 處需放置型芯撐）為了固定型芯，以及便于清理型芯，應增加型芯頭或工藝孔表 1-10鑄件的結構斜度斜度（ a： h）角度（ ）使用范圍1 511 301 105 30 1 2031 5011 10030h 25 鑄鋼和鑄鐵件h 25500 鑄鋼和鑄鐵件h 25500 鑄鋼和鑄鐵件h 500 鑄鋼和鑄鐵件非鐵合金鑄件（二）合金鑄造性能對鑄件結構設計的要求縮孔、變形、裂紋、氣孔和澆不足等鑄件缺陷的產生，有時是由于鑄件結構設計不夠合理， 未能充分考慮合金鑄造性能的要求所致。 合金鑄造性能與鑄件結構之間的關系見表 1-11 。表 1-11合

24、金鑄造性能與鑄件結構之間的關系對鑄件結構的要求不好的鑄件結構較好的鑄件結構鑄件的壁厚應盡可能均勻，否則易在厚壁處產生縮孔、縮松、內應力和裂紋鑄件內表面及外表面轉角的連接處應為圓角，以免產生裂紋、縮孔、粘砂和掉砂缺陷。鑄件內圓角半徑 R 的尺寸見表1-12鑄件上部大的水平面（按澆注位置）最好設計成傾斜面，以免產生氣孔、夾砂和積聚非金屬夾雜物1-13為了防止裂紋，應盡可能采用能夠自由收縮或減緩收縮受阻的結構，如輪輻設計成彎曲形狀在鑄件的連接或轉彎處，應盡量避免金屬的積聚和內應力的產生，厚壁與薄壁相連接要逐步過渡，并不能采用銳角連接，以防止出現(xiàn)縮孔、 縮松和裂紋。幾種壁厚的過渡形式及尺寸見表對細長件

25、或大而薄的平板件，為防止彎曲變形，應采用對稱或加肋的結構。 灰鑄鐵件壁及肋厚參考值見表 1-14表 1-12鑄件的內圓角半徑R值（ mm）（ a+b ）8/2812121616202027273535454560鑄466810121620R 鐵值鑄6681012162025鋼表 1-13幾種壁厚的過度形式及尺寸圖例尺寸鑄鐵R(1/61/3)(a+b)/2b 2a鑄鋼R(a+b)/4b 2a鑄鐵L 4(b-a)鑄鋼L 5(b-a)R(1/61/3)(a+b)/2；R1 R+(a+b)/2b 2aC 3(b-a)1/2 ， h （45 ） C表 1-14灰鑄鐵件壁及肋厚參考值鑄件質量 / 最大尺

26、寸 / 外壁厚度 / 內壁厚度 / 肋的厚度 / 零件舉例5300765蓋、撥叉、軸套、端蓋610500875擋板、支架、箱體、悶蓋11607501086箱體、電動機支架、溜板箱61100125012108箱體、液壓缸體、溜板箱101500170014128油盤、帶輪、鏜模架5018002500161410箱體、床身、蓋、滑座80112003000181612小立柱、床身、箱體、油盤（三）砂型鑄造鑄件最小壁厚的設計最小壁厚：每種鑄造合金都有其適宜的壁厚，不同鑄造合金所能澆注出鑄件的“最小壁厚”也不相同，主要取決于合金的種類和鑄件的大小，見表1-15 。表 1-15砂型鑄造鑄件最小壁厚的設計mm鑄件尺寸鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵鋁合金銅合金 200 2005835463533.535200 200500 1012410812684668500152010151220 500 500以上介紹的只是砂型鑄造鑄件結構設計的特點，在特種鑄造方法中， 應根據(jù)每種不同的鑄造方法及其特點進行相應的鑄件結構設計。