第一篇金属的铸造成形工艺.doc

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第一篇 金属的铸造成形工艺
第一章 铸造成形工艺理论基础
§1-1 概述
金属液态成形工艺——铸造、 液态冲压、 液态模锻等
铸造( 最广泛) ——将液态合金浇注到与零件的形状、 尺寸相适应的铸型空腔中, 使其冷却凝固, 得到毛坯或零件的成形工艺( 生产方法) 。
一、 特点
1．能制成形状复杂、 特别是具有复杂内腔的毛坯:
如: 阀体、 泵体、 叶轮、 螺旋浆等
2．铸件的大小几乎不受限制, 重量从几克到几百吨
3．常见的原材料来源广泛, 价格低廉, 成本较低, 其应用及其广泛
( 如: 机床、 内燃机中铸件70~80%, 农业机械40~70%)
但铸造生产过程较复杂, 废品率一般较高, 易出现浇不足, 缩孔, 夹渣、 气孔、 裂纹等缺陷。
二、 分类
铸造
砂型铸造——90%以上, 成本低
特种铸造——熔模、 金属型、 压力、 低压、 离心
质量、 生产率高, 成本也高
§1-2 铸造的工艺性能
工艺性能——符合某种生产工艺要求所需要的性能
铸造性能——合金的流动性、 收缩性、 吸气性、 偏析等
一、 合金的流动性
1．概念
指液态合金本身的流动能力, 它是合金主要的铸造性能, 流动性愈强, 愈便于浇铸出轮廓清晰、 薄而复杂的铸件。
同时, 有利于非金属夹杂物和气体的上浮与排除, 还有利于对合金冷凝过程所产生的收缩进行补缩。
流动性不好——浇不足、 冷隔
[注]: 流动性的测定——”螺旋形试样”( 图1-1)
流动性愈好, 浇出的试样愈长
灰铸铁、 硅黄铜最好, 铝合金次之, 铸钢最差
2．影响合金流动性的因素
①化学成分
共晶成分合金的结晶是在恒温下进行的, 此时, 液态合金从表层逐层向中心凝固, 由于已结晶的固体层内表面比较光滑( 图1-3a) 对金属液的阻力较小。同时, 共晶成分合金的凝固温度最低( 铁碳合金状态图) 。
相对说来, 合金的过热度( 浇注温度与合金熔点之温差) 大, 推迟了合金的凝固, 故共晶成分合金的流动性最好。
除纯金属外, 其它成分合金是在一定温度范围的逐步凝固, 即经过液、 固并存的两相区。此时, 结晶是在截面上的一定宽度的凝固区内同时进行的, 由于初生的”树枝状”晶体, 使已结晶固体层的表面粗糙( 图1-3b) 因此, 合金的流动性变差。
共晶生铁, 流动性好。
[注]: 降低金属液粘度——提高流动性
如加P—铸铁凝固温度、 粘度↓→流动性好
但引起冷脆性( 性能要求不高的小件)
S→MnS→内摩擦( 粘度↑) →流动性↓
②浇注条件
浇注温度——温度↑→粘度↓过热度↑, 保持液态时间长→流动性好,
但过高→收缩增大, 吸气增多, 氧化严重→缩孔、 缩松、 气孔、 粘砂等
控制浇注温度: 灰铸铁: 1200~1380℃
铸铜: 1520~1620℃
铝合金: 680~780℃
浇注压力——压力愈大, 流动性愈好
增加直浇口高度或采用压力铸造、 离心铸造
③铸型充填条件
铸型的蓄热能力——铸型材料的导热系数和比热愈大, 对液态合金的”激冷”能力愈强, 流动性差。如: 金属型比砂型铸造更容易产生浇不足等缺陷。
铸型中气体——在金属液的热作用下, 型腔中气体膨胀, 腔中气体压力增大——流动性差( 阻力大)
改进措施: 使型砂具有良好的透气性, 远离浇口最高部位开设气口。
二、 合金的收缩性
1．合金收缩的概念
合金从浇注、 凝固直至冷却到室温的过程中, 其体积或尺寸缩减的现象——收缩。
控制不好, 易产生缩孔、 缩松、 应力、 变形和裂纹
收缩过程( 图1-4) P6
液态收缩ε液——从浇注温度( T浇) 到凝固开始温度( T液) 间收缩
凝固收缩ε凝——凝固开始到凝固终了温度间收缩
固态收缩ε固——凝固终了→室温
ε总=ε液+ε凝+ε固
体收缩——产生缩孔、 缩松
线收缩——产生内应力、 变形、 裂纹
[注]: 常见铸造合金中铸钢收缩率最高
灰铸铁最小( 石墨析出, 体积膨胀)
2．影响合金收缩的因素
化学成分
浇注温度
铸件结构和铸型条件
3．铸件中的缩孔和缩松
( 1) 缩孔和缩松的形成
液态合金在冷凝过程中, 若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补足, 则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。
按照孔洞的大小和分布, 可将其分为: 缩孔和缩松
缩孔——集中在铸件上部或最后凝固的部位容积较大的孔洞。
缩孔多呈倒圆锥形, 内表面粗糙, 一般隐藏在铸件的内层, 但在某些情况下, 可暴露在铸件的上表面, 呈明显凹坑。( 纯金属、 共晶成分合金易形成)
( 图1-5) 缩孔的形成过程
缩松——分散在铸件某区域内的细小缩孔。当容积相同时, 缩松的分布面积比缩孔大得多。
( 图1-6) 缩松的形成过程
宏观缩松——肉眼或放大镜可见
显微缩松——显微镜观察到
( 2) 缩孔和缩松的防止
①缩孔的防止——采用冒口和冷铁, 控制铸件顺序凝固
即在铸件上可能出现缩孔的厚大部位( 图1-7) , 经过安放冒口等工艺措施, 使远离冒口部位先凝固, 靠近冒口部位次凝固, 冒口本身最后凝固。
这样, 先凝固部位的收缩, 由后凝固部位的金属液来补充; 后凝固部位的收缩, 由冒口的金属液来补充——使铸件各部位收缩均能得到补充,
缩孔→冒口中( 多余部分, 清除)
[注]: 形状复杂有多个热节——冒口+冷铁
外冷铁——重复使用; ( 图1-8)
内冷铁——不重要铸件( 熔合于铸件) ( 图1-9)
②缩松的防止——热节处要放冷铁或在局部砂型表面涂”激冷”涂料, 加大冷却速度, 或加大结晶压力, 破碎枝晶, 流动性好
4．铸造内应力、 变形和裂纹
铸件在凝固之后的继续冷却过程中, 其固态收缩若受到阻碍, 铸件内部产生内应力, 这些内应力有时是在冷却过程中暂存的, 有时则一直保留到室温, 后者称残余内应力。
铸造内应力是铸件产生变形和裂纹的基本原因。
( 1) 内应力的形成
按内应力产生的原因, 可分为热应力和机械应力
①热应力
由于铸件的壁厚不均匀, 各部分冷却速度不同, 以致在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的。
分析: 金属自高温——室温( 冷却) 时应力状态的改变, 在再结晶温度( 钢、 铸铁为620~650℃) 以上——塑性状态( 在应力下) →塑性变形( 永久变形) , 变形后应力可消除; 在再结晶温度以下——弹性状态——弹性变形, 变形后应力继续存在。
( 图1-10) 热应力形成过程——三个阶段
( 图1-11) 应力框的冷却曲线
[注]a. 热应力的性质——铸件缓冷处( 厚壁或心部) 受拉伸,
快冷处( 薄壁或表层) 受压缩
b. 铸件冷却时各处的温差越大, 顺序凝固愈明显, 合金的固态收缩率越大, 弹性模量愈大→热应力大
c. 预防热应力的基本途径——减少铸件各部分的温度差, 使其均匀冷却。
如: E小、 壁厚均匀、 控制各部位同时凝固( 图1-12)
②机械应力( 收缩应力)
合金的线收缩受到铸型或型芯机械阻碍而形成的应力。( 图1-13)
使铸件产生拉伸或剪切应力( 暂时的) , 落砂后, 内应力便消除。
在铸型中可与热应力共同起作用, 增大某些各部位的拉伸应力, 产生裂纹。
( 2) 铸件的变形与防止
残余内应力( 厚的部分受拉伸, 薄的部分压缩→不稳定状态, 自发地经过变形, 减缓内应力——稳定状态
即, 原受拉——产生压缩变形
原受压——产生拉伸变形
( 图1－14) 、 ( 图1－15) 、 ( 图1－16)
[注]: 防止变形——壁厚均匀, 形状对称
工艺上: 同时凝固, 冷却均匀
反变形法( 长而易变形)
”反变形法”——统计铸件变形规律基础上, 在模型上预先作出相当于铸件变形量的反变形量, 以抵消铸件的变形。
( 3) 铸件的裂纹与防止
当铸件的内应力超过金属的强度极限时, 铸件便产生裂纹。
严重缺陷—导致报废。
热裂——在高温下产生的裂纹( 裂纹短, 缝隙宽、 形状曲折、 缝内呈氧化色)
冷裂——在低温下形成的裂纹( 裂纹细小, 呈连续直线状, 缝内有金属光泽或轻微氧化色)
防止热裂——选择凝固温度范围小, 热裂倾向小的合金, 提高型砂和芯砂的退让性, 控制含S —防热脆
防止冷裂——减小内应力, 控制含P量, 浇注之后, 勿过早打箱。
三、 合金的吸气性
液态合金吸入了气体, 若不能逸出——气孔缺陷, 破坏了金属的连续性, 减少了承载的有效面积, 应力集中, 降低机械性能( 冲击韧性, 疲劳强度) , 弥散性气孔还可使显微缩松的形成, 降低铸件的气密性。
按气体来源, 气孔可分为:
侵入气孔——砂型和型芯中气体侵入金属液中而形成的气孔( 图1－19)
析出气孔——双原子气体随温度降低溶解度下降, 呈过饱和状态以气泡形式从金属液中析出( 铝合金中最多见) ; 如( 图1－20)
反应气孔——液态金属与铸型材料、 芯撑、 冷铁或溶渣之间发生化学反应产生气体而形成气孔。
第二章 常见铸造合金及其熔炼
§2-1 钢铁的冶炼
铁矿石→生铁→钢水→钢锭( 图2-1)
一、 炼铁
在高炉中进行
铁矿石+焦碳+石灰石 炉料 高炉
预热900~1200℃ → 焦碳燃烧, 产生CO→加热炉料, 发生反应
还原反应: C、 CO将FeO中氧分离→还原Fe
造渣反应: CaO+SiO2=CaSiO3( 炉渣)
渗碳反应: Fe吸收焦碳中C→含C高, 熔点低的生铁水
[注]: 铁水中溶解有Si, Mn, S, P等( 表2-1)
炼钢生铁——用于炼钢( 大多数)
铸造生铁——熔炼铸钢( 少量)
二、 炼钢
钢与生铁在化学成分上主要区别: 钢含C量低( <1.4%)
Si, Mn S, P杂质低
主要任务——生铁多余的C、 杂质→氧化物
1．炼钢的冶炼反应
①碳、 硅、 锰的氧化——脱碳是最重要过程
②P、 S的脱除
③脱氧——炼钢后期( FeO中脱氧)
2．钢的冶炼分类
炼钢设备不同, 分为
转炉炼钢——冶炼普通低碳钢
平炉炼钢——普通优质碳素结构钢、 低合金钢
电炉炼钢——优质钢( 成本高) ( 感应电炉或电弧炉)
3．镇静钢与沸腾钢
镇静钢——锰铁、 硅铁、 纯铝、 完全脱氧的钢——优质钢, 合金钢的钢锭
沸腾钢——仅用锰铁部分脱氧的钢( 低碳钢) ——冲压件

§2-2 常见铸造合金及其熔炼
铸造合金——用于生产铸件的那一部分金属材料
常见: 铸铁、 铸钢、 铸造有色合金
一、 铸铁及其熔炼
铸铁——含C大于2.11%的铁碳合金
具有良好的铸造性能、 易切削——适合形状复杂的铸件
应用最广泛( 占50%以上)
根据碳在铸铁中存在形式不同, 可分为
白口铸铁—C除微量溶于铁素体外, 全部以Fe3C形式存在, 断口银白色硬脆, 难加工。
灰口铸铁—C除微量溶于铁素体外, 全部或大部以石墨形式存在, 断口灰色。
麻口铸铁—即有石墨, 又有莱氏体, 过渡组织。
断口黑白相间的麻点, 硬脆, 难加工( 少用)
灰口铸铁( 按石墨形态) 普通灰口铸铁——简称灰口铸铁( 呈片状)
可锻铸铁——石墨呈团絮状
球墨铸铁——呈球状
蠕墨铸铁——蠕虫状
根据铸铁的化学成分,
分为: 普通铸铁
合金铸铁——含Si>4%、 Mn>2%, 或Ti,V, Mo, Cr, Cu等
1．灰铸铁
显微组织由金属基体( 铁素体和珠光体) 与片状石墨组成——钢的基体上嵌入大量石墨片。
性能特征
①机械性能——抗拉强度、 弹性模量较低MPa
塑性、 韧性近于零→脆性材料
但抗压强度与钢相近( 600~800MPa)
石墨愈多、 愈粗大——机械性能愈差
②工艺性能——脆性材料, 不能锻造和冲压, 可焊性较差, 但铸造性能优良, 切削加工性能好( 崩碎切屑)
③减震性——减震能力为钢的5~10倍——机床床身、 机座
④耐磨性——石墨润滑作用, 比钢好——导轨、 衬套, 活塞环等
⑤缺口敏感性——低, 疲劳强度影响小。
[注]: 影响铸铁组织和性能的因素
1) 化学成分——C和Si——石墨化 ( 图2-2) P20
S和Mn——阻碍石墨化
P——冷脆性
2) 冷却速度——灰口很慢( 石墨顺利析出) ; 白口很快
3) 孕育处理——提高灰铸铁机械性能的有效方法。( 向铁水中冲入孕育剂进行孕育处理, 然后浇注) →孕育铸铁
( 表2-2) 灰铸铁的抗拉强度、 特性及应用
HT100、 HT150、 HT200——普通灰铸铁, 广泛用于一般机件
HT250~HT350——孕育铸铁( 要求高)
2．可锻铸铁
玛钢或玛铁, 将白口铸铁经石墨化退火而成的一种铸铁
石墨呈团絮状, 对基体割裂作用↓→抗拉强度↑( ) 相当高塑性、 韧性( 但并不能真的用于锻造) , 球铁问世前, 曾是机械性能最高的铸铁
( 表2-3) 特性和用途举例
牌号 KTH——黑心可锻铸铁
KTZ——珠光体可锻铸铁
KTB——白心可锻铸铁( 少用)
3．球墨铸铁( 简称球铁)
上世纪40年代末发展起来的一种铸造合金。
向出炉的铁水中加入球化剂和孕育剂→球状石墨铸铁
1) 球铁对原铁水要求
控制含S≤0.07%, P≤0.1%
温度>1400℃
球化 孕育处理
冲入法和型内球化法
2) 球铁的铸造工艺
比灰铸铁易产生缩孔、 缩松、 皮下气孔、 夹渣等
3) 牌号性能及应用( 表2-4)
QT400-18
400: 最低抗拉强度、 18: 延伸率
( 表2-5) 热处理后机械性能
4．蠕墨铸铁
铁水经蠕化处理, 石墨呈蠕虫状( 介于片状和球状间) 的铸铁
其铸造性能接近灰铸铁, 金属造工艺简便,
牌号及性能( 5个牌号)
RuT420 RuT380 RuT340 RuT300 RnT260
应用——形状复杂大铸件( 如重型机床、 大型柴油机机体)
5．合金铸铁( 特殊要求)
耐磨铸铁、 耐热铸铁、 耐蚀铸铁
6．铸铁的熔炼
应满足的要求——熔炼出预定化学成分、 有足够温度的铁水、 生产率高, 成本低
设备——冲天炉、 反射炉、 电弧炉、 工频炉等
冲天炉应用最广。
1) 冲天炉的熔炼过程
2) 铁水化学成分的控制—Si, Mn, C, S, P
二、 铸钢及其熔铸
1．铸钢的分类、 性能及应用
接化学成分: 铸造碳钢——应用广( 80%以上) ( 表2-6)
铸造合金钢——重型机械制造
2．铸钢件的熔铸工艺
1) 铸钢件熔炼
平炉 转炉 电弧炉 ( 常见三相电弧炉)
2) 铸造工艺
钢的浇注温度高( ＞1500℃) 、 收缩大( 比铸铁大3倍) 流动性差, 易吸气和氧化, 铸造困难→易产生浇不足、 气孔、 缩孔、 缩松、 热裂、 粘砂等
工艺措施: ①铸钢用型砂应有高的耐火性、 抗粘砂性; 高强度、 透气性和退让性——大而均匀石英砂
②安置冒口和冷铁——顺序凝固
③在壁厚交接处设防裂筋
④热处理——正火或退火
三、 铸造非铁合金及熔铸
常见铸造铜合金、 铸造铝合金
要求: 掌握常见的牌号、 用途( 表2-7) 、 ( 表2-8)

第三章 金属的铸造成形工艺
铸造:
制造铸型型腔→浇注→冷凝→获得零件
§3-1 重力作用下的铸造成形
靠自重充填型腔
一、 砂型铸造
型腔——型砂制作
将一个形状与铸件相应, 并考虑加工余量及收缩余量的模样, 埋入型砂→紧实, 打开砂型, 拨模→型腔
模样分块, 与砂型分型面可不同
1．各种造型方法( 图3-1)
图a 整体模造型 ( 砂型分成两块)
图b 分模造型 ( 模样分两块)
图c 挖砂造型 ( 分型面是阶梯面)
费时, 生产率低
图d 三箱造型 ( 两个分型面, 三砂箱)
图e 活块造型 ( 90°旋转, 中心线分型、 分模)
最大截面( 外形轮廓)
2．铸件内腔形状的影响
内腔形状——靠型芯来形成
( 图3-2) 带空腔铸件的造型方法
型芯的固定——靠芯头( 垂直芯头、 水平芯头)
[注]: 外形轮廓相同的实心铸件与有空腔的铸件, 造型方法基本相同。
3．型芯对分型面及造型方法的影响
( 图3-3) 、 ( 图3-4)
4．机器造型——紧砂、 起模主要工序实现机械化
大批量生产, 机械化, 流水线生产
( 1) 紧砂方式
压实式、 震实式、 震压式、 抛砂式、 射压式
( 图3-5) 震压式( 中小型铸件)
( 图3-6) 抛砂式( 重大件)
( 2) 起模方式
顶箱式——四根顶杆顶住砂箱四角, 徐徐上升( 图3-7)
漏模式——有筋条或较深凹、 凸形状, 起模困难砂型( 图7-8)
翻转式——180°翻转( 图3-9)
( 3) 工艺特点
采用模板造型( 图3-10) a) 、 b) ——定位销精度高
不适合三箱造型及活块造型, ( 可经过外型芯改进)
5．机器造芯
震压式造芯机( 参见图3-5)
射芯机( 图3-11) —— 小型芯( 不到1秒钟)
[注]砂型成形的特点
应用最广泛、 最灵活
单件、 小批量手工造型、 成批大量机器造型
可浇注低熔点非铁金属, 也可浇注高熔气铁水、 钢水
成型件尺寸、 形状均可
但—型只能浇注一次, 生产率低
冷却速度慢, 铸件晶粒不细密——影响机械性能
二、 壳型铸造
三、 金属型铸造
亦称”硬模铸造”
可重复使用, ”永久型铸造”
1．材料及结构
材料——金属型材质熔点高于浇入液态合金的温度
如: 浇注Sn、 Zn、 Mg低溶气合金——灰铸铁
浇注Al、 Cu——用合金铸铁或钢
金属型结构——保证铸件( 连同浇、 冒口) 能从金属型中顺利取出
整体式, 水平分型式, 垂直分型式, 复合分型式( 图3-14)
[注]: 浇注系统多采用底注或侧注式
型芯——金属型芯
砂芯
2．铸造工艺
为保护铸件质量, 提高使用寿命, 采取下列措施
( 1) 加强排气( 图3-16)
( 2) 喷刷涂料
耐火材料+粘结剂
( 3) 预热, 并控制温度( 120~350℃)
( 4) 及时开型( 无退让性, 内应力较大→开裂) 减少内应力
3．特点及适用范围
”一型多铸”, 铸件质量好, 机械性能↑, 劳动条件好
但成本高, 周期长, 不适合单件、 小批生产, 不宜形状复杂、 薄型、 大型铸件, 使用范围受限制
——适用于Cu、 Al、 Mg等非铁合金大批生产
四、 熔模铸造
熔模铸造, 或”失蟆铸造”
浇入由蜡模熔失后形成的中空型腔成型。
1．基本工艺过程
( 图3-17)
蜡模制造→结壳→脱蜡→熔化→浇注
制造压型→压制→装配蜡模组
2．特点及适用范围
精密成型工艺
五、 气化模铸造
用聚苯乙烯发泡的气化模代替木模, 用干砂( 树脂砂、 水玻璃) 代替普通型砂造型, 浇注—气化模燃烧、 气化、 消失而形成铸件
六、 陶瓷型铸造
精密铸造( 砂型、 熔模基础)
1．基本工艺过程
( 图3-19)
2．特点及适用范围——厚大的精密铸件
§3-2 外力作用下的铸造成形
离心力作用
压力作用
一、 离心铸造
铸型高速回转, 靠离心力充型, 凝固
1．离心铸造的基本类型
立式离心铸造( 图3-20)
卧式离心铸造( 图3-21)
成型件的离心铸造( 图3-22)
2．特点及适用范围
二、 压力作用下的铸造成形
压力铸造( 压铸) 高压作用( 300～700大气压)
低压铸造——介于金属型与压力之间( 低压作用0.2～0.7大气压)
挤压铸造( 挤铸)
[注]: 几种铸造方法的比较
铸造方法
比较项目
砂型
金属型
熔模
压力
低压
陶瓷型
适用金属
任意
不限制
非铁合金为主
不限制
以铸钢为主
铝、 锌、 镁等低熔合金
非铁合金为主,
黑色金属也可
不限制
以铸钢为主
适用铸件大小
任意
中、 小铸件为主
以小铸件为主( <25kg)
一般<10 kg
中型也可
中、 小铸件为主
大、 中铸件为主
批量
不限制
大批大量
一般成批大量小批量也可
大批、 大量
成批大量
单件、 小批
铸件尺寸公差mm
100±1.0
100±0.4
100±0.3
100±0.3
100±0.4
100±0.35
表面粗糙度
粗糙
Ra25~Ra12.5
Ra25~Ra3.2
Ra6..3~Ra1.6
Ra25~6.3
Ra25~Ra6.3
内部质量
结晶粗
结晶细
结晶粗
表层结晶细内部多有气孔
结晶细
结晶粗
加工余量
大
小
小或不加工
小或不加工
较小
小或不加工
生产率
低、 中
中、 高
低、 中
最高
中
低
最小壁厚
3.0
铝合金2~3
铸铁4.0
一般0.7
0.5~1.0
一般2.0
1.0

第四章 铸造工艺设计
砂型铸造工艺设计
为获得好的铸件, 减少工作量, 降低成本——合理制订铸造工艺方案, 绘制铸造工艺图。
§4-1 铸造工艺方案的确定
铸造工艺方案——①选择铸件的浇注位置及分型面
②型芯的数量、 形状及其固定方法
③确定工艺参数( 加工余量、 起模斜度、 圆角、 收缩率)
④浇冒口、 冷铁形状、 尺寸及其布置
铸造工艺图——在零件图上用各种工艺符号表示出铸造工艺方案的图形
它是制造模样和铸型, 进行生产准备和铸件检验的依据——基本工艺文件。
( 图4-1) 圆锥齿轮的零件图, 铸造工艺图及模样图
一、 工艺符号及其表示方法( 表4-1)
二、 浇注位置及分型面的选择
浇注位置——浇注时铸件在砂型中所处的空间位置
分型面——砂箱间的接触表面
影响铸件质量、 工艺的难易
1．浇注位置的选择原则
1) 铸件的重要加工面应朝下
因为铸件的上表面易产生砂眼、 气孔、 夹渣等缺陷, 组织不如下表面致密。
若难以朝下, 则应尽力使其位于侧面。
若重要加工面有数个, 则将较大的平面朝下
( 如图4-2) c) 由于车床床身导轨面是关键表面, 将导轨面朝下( 选( 1) ) 。
2) 铸件的大平面应朝下
型腔的上表面除了易产生气孔、 夹渣等缺陷外, 大平面还常产生夹砂缺陷, 故对平板、 圆盘类铸件, 大平面应朝下( 如图4-2, a) 选方案( 1) 。
3) 为防止铸件薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷, 应将面积较大的薄壁部分置于铸型下部, 或使其处于垂直或倾斜位置如( 图4-2) b) 油盘, 选( 1) 。
4) 对于容易产生缩孔的铸件, 应使厚的部分放在分型面的上部或侧面——厚处直接安放冒口, 实现自下而上的顺序凝固。如图( 4-2) d, 选( 1) 。
2．分型面的选择原则
在保证铸件质量的前提下, 尽量简化工艺, 节省人力物力。
( 1) 应便于起模, 使造型工艺简化。
如尽量使分型面平直、 数量少, 避免不必要的活块和型芯等。
如( 图4-3) 三通铸件的分型面选择, ( d) 最优
( 2) 应尽量使铸件全部或大部置于同一砂箱, 以保证铸件精度,
如图( 4-5) , 摇臂铸件, 选( a)
虽分型面为曲面( 挖砂或成型底板) , 但大部分轮廓位于一箱之中, 尺寸精度较好。
( 3) 为便于造型、 下芯、 合箱和检验铸件壁厚, 应尽量使型腔及主要型芯位于下箱。但下箱型腔也不宜过深, 尽量避免使用吊芯和大的吊砂。
[注]以上两种选择有密切关系
从工艺设计步骤——先定浇注位置, 再选分型面, 在定分型面时, 应尽可能与浇注位置相一致。
三、 砂芯形状, 个数及分块
砂芯作用——形成铸件内腔或便于外形起模。
( 图4-6) 、 ( 图4-7) 砂芯分块 ( 图4-8) , ( 图4-9)

§4-2 工艺参数的确定
工艺方案确定后→工艺参数
一、 机械加工余量和铸孔
机械加工余量——在铸件上为切削加工而加大的尺寸, 称~
余量过大——切削加工费工, 且浪费材料;
余量过小, 制品会因残留黑皮而报废, 或因铸件表层过硬而加速刀具磨损。
加工余量应根据铸件生产批量、 合金种类、 造型方法、 加工要求、 铸件的形状、 尺寸及浇注位置等来确定。
大量生产——机器造型, 精度高, 余量小
铸钢件——表面粗糙, 余量比铸铁大
非铁合金——价贵, 表面光滑, 余量小
( 表4-2) ( 表4-3) ——说明
另: 铸件的孔、 槽是否铸出, 不但取决于工艺上的可能性, 还须考虑其必要性。
一般, 较大的孔、 槽应铸出→减小加工工时, 减小热节,
较小的孔、 槽不必铸出→留待加工更经济。
不加工的特形孔、 价格较贵的非铁金属铸孔——尽量铸出
( 表4-4) 铸件的最小铸出孔
二、 起模斜度( 拔模斜度)
为了使模型样( 或型芯) 易于从砂型( 或芯盒) 中取出, 应在模样或芯盒的起模方向带有一定的斜度, 此倾斜度称拔模斜度或铸造斜度。
( 图4-10) 起模斜度的形式
( 图4-11) 自带型芯的起模斜度
[注]: 标注用角度α或宽度a表示 ( 表4-5)
三、 铸造图角
防止在夹角处产生冲砂及裂纹
圆角半径约为相交两壁平均厚度的1/3~1/2.
四、 铸造收缩率
由于合金的线收缩, 铸件冷却后的尺寸将比型腔的尺寸小, 为了保证铸件的应有尺寸, 模样和芯盒的制造尺寸应比铸件大( 线收缩率) 。
收缩率的大小与合金的种类、 铸件的结构、 尺寸等有关。
一般: 灰铸铁 0.7%~1.0%
铸造碳钢 1.3%~2.0%
铝硅合金 0.8%~1.2%
锡青钢 1.2%~1.4%
五、 芯头及芯座
( 图4-12) ( 图4-13)
§4-3 浇、 冒口系统
一、 浇注系统
引导金属液流入铸型型腔的一系列通道的总称。
组成——浇口杯( 外浇口)
直浇道
横浇道 ( 图4-14)
内浇道
1．尺寸的确定
2．常见浇注系统的类型
顶注式 ( 图4-15) a
分型面( 中间) 注入式 b
底注式 c
阶梯式 d
3．内浇道与铸件型腔连接位置的选择: ①②③④⑤
二、 冒口
铸型中设置的一个储存金属液的空腔
作用——提供体收缩时所需的金属液。
对其进行补缩→防止产生缩孔、 缩松等( 冒口清除)
冒口的设置——铸件热节圆直径较大的部位
冒口尺寸的计算——比例法 ( 表4-6) ( 图4-18)

第五章 铸件的结构设计
铸件结构设计: 保证其工作性能和力学性能要求、 考虑铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求, 铸件结构设计合理与否, 对铸件的质量、 生产率及其成本有很大的影响。
§5-1 铸件设计的内容
一. 铸件的外形设计
铸件的外形必须力求简单、 造型方便; 加强肋的布置应有利于取模; 尽量避免不必要的型芯和活块; 应注意避免不必要的曲线和圆角结构; 沿着起模方向的不加工表面, 应给出结构斜度( 表5－1) 。
二．铸件的内腔设计
内腔必须力求简单、 尽量少用或不用型芯; 型芯在铸型中必须支撑牢固和便于排气、 固定、 定位和清理; 为了固定型芯, 以及便于清理型芯, 应增加型芯头或工艺孔。
三．铸件壁厚设计
铸件壁厚应均匀, 不应过厚或过薄; 壁厚不均匀的铸件应有利于定向凝固。
( 表5－2)
四．铸件壁( 肋) 间的连接设计
铸件内表面及外表面转角的连接处应为圆角, 以免产生裂纹、 缩孔、 粘砂和掉砂缺陷( 表5－4) ; 为了防止裂纹, 应尽可能采用能够自由收缩或减缓收缩受阻的结构, 如轮辐设计成弯曲形状; 在铸件的连接或转弯处, 应尽量避免金属的积聚和内应力的产生, 厚壁与薄壁相连接要逐步过渡, 并不能采用锐角连接, 以防止出现缩孔、 缩松和裂纹( 表5－5) ; 对细长件或大而薄的平板件, 为防止弯曲变形, 应采用对称或加肋的结构。
§5-2 结构设计时应考虑的其它方面
一． 应用性能
二． 不同铸造工艺的特殊性
三． 结构的剖分与组合