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1、第 四 章 砂 型 鑄 造 工 藝 設(shè) 計(jì)教 學(xué) 目 的 1.了 解 砂 型 鑄 造 工 藝 設(shè) 計(jì) 有 關(guān) 知 識 。 2.掌 握 澆 注 位 置 、 分 型 面 選 擇 ； 鑄 造 工 藝 參 數(shù) 確 定 ； 型 芯 設(shè) 計(jì) ； 澆 冒 系 統(tǒng) 等 有 關(guān) 知 識 。 3.學(xué) 會 繪 制 簡 單 鑄 件 的 鑄 造 工 藝 圖 。教 學(xué) 重 點(diǎn) 1.澆 注 位 置 、 分 型 面 選 擇 。 2.鑄 造 工 藝 參 數(shù) 確 定 。教 學(xué) 難 點(diǎn) : 型 芯 及 澆 冒 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì)計(jì) 劃 學(xué) 時(shí) ： 1學(xué) 時(shí) 概 述一 、 鑄 造 工 藝 設(shè) 計(jì) 的 概 念 根 據(jù) 零 件 圖 及 其
2、相 關(guān) 要 求 ， 編 制 出 一 個(gè) 鑄 件生 產(chǎn) 工 藝 過 程 的 技 術(shù) 文 件 就 是 鑄 造 工 藝 設(shè) 計(jì) 。 這 些 技 術(shù) 文 件 必 須 結(jié) 合 工 廠 的 具 體 條 件 ， 是在 總 結(jié) 先 進(jìn) 經(jīng) 驗(yàn) 的 基 礎(chǔ) 上 ， 以 圖 形 、 文 字 和 表 格的 形 式 對 鑄 件 的 生 產(chǎn) 工 藝 過 程 加 以 科 學(xué) 地 規(guī) 定 。它 是 生 產(chǎn) 的 直 接 指 導(dǎo) 性 文 件 ， 也 是 技 術(shù) 準(zhǔn) 備 和 生產(chǎn) 管 理 、 制 定 進(jìn) 度 計(jì) 劃 的 依 據(jù) 。 二 、 鑄 造 工 藝 設(shè) 計(jì) 的 內(nèi) 容鑄 造 工 藝 設(shè) 計(jì) 包 括 以 下 幾 種 主 要
3、技 術(shù) 文 件 ： 1.鑄 造 工 藝 圖 5.模 樣 圖 2.鑄 造 工 藝 卡 6.芯 合 圖 3.鑄 型 裝 配 圖 7.砂 箱 圖 4.鑄 件 圖 8.模 板 圖 由 于 每 個(gè) 鑄 件 的 生 產(chǎn) 任 務(wù) 和 要 求 不 同 ， 生 產(chǎn) 條 件 不 同 ， 因 此 ， 鑄造 工 藝 設(shè) 計(jì) 的 內(nèi) 容 也 不 同 。 對 于 不 太 重 要 的 單 件 小 批 量 生 產(chǎn) 的 鑄 件 ， 鑄 造 工 藝 設(shè) 計(jì) 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(guān) 工 藝 卡 ， 即 可投 入 生 產(chǎn) 對 于 要 求 比 較
4、 高 的 單 件 生 產(chǎn) 的 重 要 鑄 件 和 大 量 生 產(chǎn) 的 鑄 件 ， 除 要詳 細(xì) 繪 制 鑄 造 工 藝 圖 ， 填 寫 工 藝 卡 以 外 ， 還 應(yīng) 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 合 圖 、 下 芯 夾具 圖 ， 檢 驗(yàn) 樣 板 及 量 具 圖 等 。 三 、 鑄 造 工 藝 設(shè) 計(jì) 的 一 般 步 驟1.對 零 件 圖 紙 進(jìn) 行 審 核 和 進(jìn) 行 鑄 造 工 藝 性 分 析2.選 擇 鑄 造 方 法3.確 定 鑄 造 工 藝 方 案4.繪 制 鑄 造 工 藝 圖5.
5、繪 制 鑄 件 圖6.填 寫 鑄 造 工 藝 卡 和 繪 制 鑄 型 裝 配 圖7.繪 制 各 種 鑄 造 工 藝 裝 備 圖 紙 四 、 鑄 造 工 藝 方 案 概 括 說 明 鑄 造 生 產(chǎn) 的 基 本 過 程 和 方 法 的 工 藝文 獻(xiàn) ， 包 括 造 型 和 造 芯 方 法 、 鑄 型 種 類 、 澆 注 位置 和 分 型 面 的 確 定 等 。 澆 注 位 置 ： 澆 注 時(shí) 鑄 件 在 砂 型 中 所 處 的 空 間 位 置 。分 型 面 ： 鑄 型 組 員 間 的 結(jié) 合 面一 、 澆 注 位 置 的 選 擇 原 則 原 則 ： 主 要 考 慮 鑄 件 質(zhì) 量1.鑄 件 的 重
6、 要 加 工 面 或 主 要 工 作 面 應(yīng) 朝 下 或 位 于 側(cè) 面 原 因 ： 鑄 件 的 上 表 面 容 易 產(chǎn) 生 砂 眼 、 氣 孔 、 夾 渣 等缺 陷 ， 組 織 也 不 如 下 表 面 致 密 。第 一 節(jié) 澆 注 位 置 與 分 型 面 的 選 擇 2.鑄 件 的 大 平 面 盡 可 能 朝 下 或 采 用 傾 斜 澆 注 原 因 ： 鑄 型 的 上 表 面 除 了 容 易 產(chǎn) 生 砂 眼 、 氣 孔 、夾 渣 外 ， 大 平 面 還 極 易 產(chǎn) 生 夾 砂 缺 陷 。 這 是 由 于 在澆 注 過 程 中 ， 高 溫 的 液 態(tài) 金 屬 對 型 腔 上 表 面 有 強(qiáng) 烈
7、的 熱 輻 射 ， 型 砂 因 急 劇 膨 脹 和 強(qiáng) 度 下 降 而 拱 起 或 開裂 。 拱 起 處 或 裂 口 浸 入 金 屬 液 中 ， 形 成 夾 砂 缺 陷 。同 時(shí) 鑄 件 的 大 平 面 朝 下 ， 也 有 利 于 排 氣 ， 減 小 金 屬液 對 鑄 型 的 沖 刷 力 。 3. 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(qiáng) ， 提 高 金 屬 液的 流 動 性 ， 防 止 薄 壁 部 分 產(chǎn) 生 澆 不 足 或 冷 隔 缺 陷 。 4.易 產(chǎn) 生 縮 孔 的
8、 構(gòu) 件 ， 應(yīng) 使 厚 截 面 位 于 分 型 面 附 近 的 上 部 或 側(cè) 面 原 因 ： 便 于 安 放 冒 口 ， 實(shí) 現(xiàn) 定 向 凝 固 ， 進(jìn) 行 補(bǔ) 縮 。 二 、 鑄 型 分 型 面 的 選 擇原 則 ： 在 保 證 質(zhì) 量 的 前 提 下 ， 盡 量 簡 化 工 藝1.分 型 面 應(yīng) 設(shè) 在 鑄 件 最 大 截 面 處 ， 以 保 證 模 樣 從 型 腔 中 順 利 取 出 2.應(yīng) 使 造 型 工 藝 簡 化 應(yīng) 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 盡 可 能 減 少 鑄 件 的 分 型 面 ， 盡
9、 量 做 到 只 有 一 個(gè) 分 型 面 應(yīng) 使 型 芯 和 活 塊 數(shù) 量 盡 量 減 少 。 3.應(yīng) 使 鑄 件 全 部 或 大 部 放 在 同 一 砂 箱 。 4.應(yīng) 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(yàn) 。 下上 上下 第 二 節(jié) 鑄 造 工 藝 參 數(shù) 的 確 定一 、 機(jī) 械 加 工 余 量 和 最 小 鑄 孔 灰 鑄 鐵 的 機(jī) 械 加 工 余 量 注 ： 加 工 余 量 數(shù) 值 中 下 限 用 于 大 批 大 量 生 產(chǎn) ， 上 限 用 于 單 件 小 批 生 產(chǎn)鑄 件 最 大尺 寸( ) 澆 注 時(shí)
10、位 置 加 工 面 與 基 準(zhǔn) 面 的 距 離 (mm)50 50 120 120 260 260 500 500 800 800 1250120 頂 面底 、 側(cè) 面 3.54.52.53.5 4.0 4.53.0 3.5120 260 頂 面底 、 側(cè) 面 4.05.03.04.0 4.5 5.03.5 4.0 5.0 5.54.0 4.5260 500 頂 面底 、 側(cè) 面 4.56.03.54.5 5.0 6.04.0 4.5 6.0 7.04.5 5.0 6.5 7.05.0 6.0500 800 頂 面底 、 側(cè) 面 5.07.04.05.0 6.0 7.04.5 5.0 6.5
11、7.04.5 5.5 7.0 8.05.0 6.0 7.5 9.06.5 7.0800 1250 頂 面底 、 側(cè) 面 6.07.04.05.5 6.5 7.55.0 5.5 7.0 8.05.0 6.0 7.5 8.05.5 6.0 8.0 9.05.5 7.0 8.5 106.5 7.5 生 產(chǎn) 批 量 最 小 鑄 出 孔 直 徑灰 口 鑄 鐵 件 鑄 鋼 件大 量 生 產(chǎn)成 批 生 產(chǎn)單 件 、 小 批 生 產(chǎn) 12 1515 3030 50 30 5050 最 小 鑄 孔注 ： 對 于 零 件 上 不 要 求 加 工 的 孔 槽 ， 無 論 大 小 均 應(yīng) 鑄 出 二 、 起 模 斜
12、度 為 了 起 模 方 便 又 不 損 壞 砂 型 ， 凡 垂 直 于 分 型 面 的 壁 上 須 留 有 斜 度 。 起 模 斜 度 的 形 式 三 、 鑄 造 圓 角 鑄 件 上 相 鄰 兩 壁 之 間 的 交 角 ， 應(yīng) 做 出鑄 造 圓 角 ， 防 止 在 尖 角 處 產(chǎn) 生 沖 砂 及 裂 紋等 缺 陷 。 圓 角 半 徑 一 般 為 相 交 兩 壁 平 均 厚度 的 1/3 1/2 四 、 收 縮 率 鑄 件 由 于 凝 固 、 冷 卻 后 的 體 積 收 縮 ， 其 各 部 分 尺 寸 均 小于 模 樣 尺 寸 。 為 保 證 鑄 件 尺 寸 要 求 ， 需 在 模 樣 (芯 盒
13、 )上 加 大一 個(gè) 收 縮 的 尺 寸 。 加 大 的 這 部 分 尺 寸 稱 收 縮 量 ， 一 般 根 據(jù) 鑄造 收 縮 率 來 定 。 鑄 造 收 縮 率 定 義 如 下 ： K (L模 L件 )/L件 100% 式 中 ： K為 鑄 造 收 縮 率 ； L模 為 模 樣 尺 寸 ； L件 為 鑄 件 尺 寸 。 鑄 造 收 縮 率 主 要 取 決 于 合 金 的 種 類 ， 同 時(shí) 與 鑄 件 的 結(jié) 構(gòu) 、大 小 、 壁 厚 及 收 縮 時(shí) 受 阻 礙 情 況 有 關(guān) 。 對 于 一 些 要 求 較 高 的鑄 件 ， 如 果 收 縮 率 選 擇 不 當(dāng) ， 將 影 響 鑄 件 尺
14、寸 精 度 ， 使 某 些部 位 偏 移 ， 影 響 切 削 加 工 和 裝 配 。 通 常 灰 鑄 鐵 為 0.7 1.0%， 鑄 造 碳 鋼 為 1.3 2.0%， 鋁 硅合 金 為 0.8 1.2%， 錫 青 銅 為 1.2 1.4%。 第 三 節(jié) 砂 芯 設(shè) 計(jì)一 、 型 芯 的 作 用 形 成 鑄 件 的 內(nèi) 腔 、 孔 洞 和 形 狀 復(fù) 雜 阻 礙 起模 部 分 的 外 形 。 二 .型 芯 的 數(shù) 量 及 分 塊 型 芯 的 數(shù) 量 取 決 于 鑄 件 的 形 狀 大 型 復(fù) 雜 型 芯 根 據(jù) 需 要 分 塊 制 作三 .型 芯 的 形 式 常 用 的 型 芯 有 水 平 型
15、 芯 、 垂 直 型 芯 、懸 臂 型 芯 、 懸 吊 型 芯 、 引 申 型 芯 （ 便 于 起模 ） 、 外 型 芯 （ 使 三 箱 造 型 變 為 兩 箱 造 型 ）等 六 種 。 四 、 型 芯 的 技 術(shù) 要 求 五 、 型 芯 的 制 作 六 、 型 芯 頭 及 芯 座 型 芯 頭 的 作 用 ： 對 型 芯 起 固 定 、 定 位 、 排 氣 作 用 。 第 四 節(jié) 澆 注 系 統(tǒng) 和 冒 口一 、 澆 注 系 統(tǒng) 澆 注 系 統(tǒng) 是 指 液 態(tài) 金 屬 流 入 鑄 型 型 腔 的 通 道 。 1. 澆 注 系 統(tǒng) 的 組 成 及 作 用 澆 注 系 統(tǒng) 一 般 包 括 外 澆
16、口 、 直 澆 道 、 橫 澆 道 、 內(nèi) 澆 道 等 。 58 澆 注 系 統(tǒng) 的 作 用 應(yīng) 能 平 穩(wěn) 地 將 金 屬 液 引 入 鑄 型 ， 要 有利 于 檔 渣 和 排 氣 ， 并 能 控 制 鑄 件 的 凝 固 順 序 。 澆 注 系 統(tǒng) 的 組 成 (1)外 澆 口 其 作 用 是 容 納 注 入 的 金 屬 液 并 緩 解 液 態(tài) 金 屬 對 砂 型 的 沖 擊 。小 型 鑄 件 通 常 為 漏 斗 狀 (稱 澆 口 杯 )， 較 大 型 鑄 件 為 盆 狀 (稱澆 口 盆 )。(2)直 澆 道 是 連 接 外 澆 口 與 橫 澆 道 的 垂 直 通 道 ， 改 變 直 澆 道
17、 的 高 度 可 以改 變 型 腔 內(nèi) 金 屬 液 的 靜 壓 力 從 而 改 善 液 態(tài) 金 屬 的 充 型 能 力 。(3)橫 澆 道 橫 澆 道 是 將 直 澆 道 的 金 屬 液 引 入 內(nèi) 澆 道 的 水 平 通 道 ， 一 般 開在 砂 型 的 分 型 面 上 。 橫 澆 道 的 主 要 作 用 是 分 配 金 屬 液 入 內(nèi) 澆道 和 隔 渣 。(4)內(nèi) 澆 道 內(nèi) 澆 道 直 接 與 型 腔 相 連 ， 其 作 用 是 調(diào) 節(jié) 金 屬 液 流 入 型 腔 的 方向 和 速 度 ， 以 及 調(diào) 節(jié) 鑄 件 各 部 分 的 冷 卻 速 度 。 澆 注 系 統(tǒng) 的 類 型 很 多 ，
18、 根 據(jù) 金 屬 的 種 類 和 鑄 件 的 形 狀及 內(nèi) 澆 道 在 鑄 件 上 開 設(shè) 的 位 置 ， 可 分 為 頂 注 式 、 底 注 式 、中 間 注 入 式 和 分 段 注 入 式 等 幾 種 類 型 。 （ 1） 頂 注 式 澆 注 系 統(tǒng)2.澆 注 系 統(tǒng) 的 類 型 優(yōu) 點(diǎn) 是 易 于 充 滿 型 腔 ， 型 腔 中 金 屬 的 溫 度 自 下 而 上 遞增 ， 因 而 補(bǔ) 縮 作 用 好 、 簡 單 易 做 、 節(jié) 省 金 屬 材 料 。 缺 點(diǎn) 是對 鑄 型 沖 擊 較 大 ， 有 可 能 造 成 沖 砂 和 飛 濺 ， 而 且 會 加 劇 金屬 的 氧 化 。 所 以
19、這 類 澆 注 系 統(tǒng) 多 用 于 重 量 輕 ， 高 度 低 和 形狀 簡 單 的 鑄 件 。 60 頂 注 式 澆 注 系 統(tǒng) （ 2） 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 。 底 注 式 澆 注 系 統(tǒng) 61 這 類 澆 注 系 統(tǒng) 的 優(yōu) 點(diǎn) 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
20、宜 。 這 類 澆 注 系 統(tǒng) 的 缺 點(diǎn) 是 不 利 于 定 向 凝固 ， 補(bǔ) 縮 效 果 差 ， 充 型 速 度 慢 ， 不 適 合 復(fù)雜 薄 壁 鑄 件 的 充 型 。 （ 3） 中 間 注 入 式 澆 注 系 統(tǒng) 中 注 式 澆 注 系 統(tǒng) 62 這 是 一 種 介 于 頂 注 和 底 注 之 間 的 注入 方 法 ， 既 降 低 了 液 流 落 下 的 高 度 ， 又使 溫 度 的 分 布 較 為 均 勻 ， 內(nèi) 澆 道 處 在 分型 面 上 ， 便 于 開 設(shè) 和 選 擇 部 位 。 因 此 ，這 種 澆 注 系 統(tǒng) 的 應(yīng) 用 很 廣 。 （ 4） 階 梯 注 入 式 澆 注 系
21、 統(tǒng) 階 梯 注 入 式 澆 注 系 統(tǒng) 63 階 梯 注 入 式 澆 注 系 統(tǒng) 亦 稱 階 梯 式 澆 注系 統(tǒng) ， 是 在 鑄 件 高 度 上 設(shè) 二 層 或 二 層 以上 的 內(nèi) 澆 道 ， 它 兼 備 了 頂 注 式 、 底 注 式和 中 間 注 入 式 澆 注 系 統(tǒng) 的 優(yōu) 點(diǎn) 。 冒 口 是 在 鑄 型 中 設(shè) 置 的 一 個(gè) 儲 存 金 屬 液 的 空 腔 。 冒 口 普 通 冒 口特 種 冒 口 明 冒 口暗 冒 口保 溫 冒 口發(fā) 熱 冒 口大 氣 壓 力 冒 口易 割 冒 口二 、 冒 口 第 五 節(jié) 鑄 造 工 藝 圖 實(shí) 例 鑄 造 工 藝 圖 是 鑄 造 過 程
22、最 基 本 和 最 重 要 的 工 藝 文 件 之 一 ，它 對 模 樣 的 制 造 、 工 藝 裝 備 的 準(zhǔn) 備 、 造 型 造 芯 、 型 砂 烘 干 、 合型 澆 注 、 落 砂 清 理 及 技 術(shù) 檢 驗(yàn) 等 都 起 著 指 導(dǎo) 和 依 據(jù) 的 作 用 。 鑄 造 工 藝 圖 有 彩 色 圖 和 墨 線 圖 兩 種 彩 色 圖 是 利 用 紅 、 藍(lán) 兩 色 鉛 筆 ， 將 各 種 簡 明 的 工 藝 符 號 標(biāo)注 在 產(chǎn) 品 零 件 圖 上 。 鑄 造 工 藝 圖 包 括 的 內(nèi) 容 ： (1)分 型 面 和 分 模 面 。 (2)澆 注 位 置 、 澆 冒 口 的 位 置 、 形 狀 、 尺 寸 和 數(shù) 量 。 (3)工 藝 參 數(shù) 。 (4)型 芯 的 形 狀 、 位 置 和 數(shù) 目 ， 型 芯 頭 的 定 位 和 安 裝 方 法 。 (5)冷 鐵 的 形 狀 、 位 置 、 尺 寸 和 數(shù) 量 。 (6)其 他 。 鑄 造 工 藝 圖 實(shí) 例 1 鑄 造 工 藝 圖 實(shí) 例 2 作 業(yè) ： P80 （ 1）補(bǔ) 充 作 業(yè) ：定 性 畫 出 圖 示 支 座 的 鑄 造 工 藝 圖 模 型 圖 鑄 件 圖 材 料 ： 灰 鐵 鑄 造 工 藝 ： 砂 型 鑄 造 生 產(chǎn) 量 ： 單 件 小 批
砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)
