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    铸造工艺方案制定详解pp

      发布时间:2018-03-18 15:52

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      * 手工造型中,模样及芯盒尺寸精度不高,在下芯、合箱时,造型工需要检测型腔尺寸,并调整砂芯位置,才能保证壁厚均匀。 * 基准面 加工面 加工面 尽量使加工基准面与大部分 加工面在同一砂型内 不合理 合理 铸件的分型面少,铸件精度容易保证,且砂箱数目少。但这不是绝对的。机器造型的中小件,一般只允许有一个分型面,以便充分发挥造型机的生产率,凡不能出砂的部位均采用砂芯,而不允许用活块或多分型面。 但在下列情况下,往往采用多分型面的劈箱造型 1)铸件高大而复杂,采用单分型面会使模样很高 ,起模斜度会使铸件形状有较大的改变 2)砂箱很深,造型不方便 3)砂芯多而型腔深且窄,下芯困难 选择分型面时总的原则是应该尽量减少分型面,但针对具体条件,有时采用多分型面也是有利的。 2.应尽可能减少分型面数目 2.应尽可能减少分型面数目 图b)采用两个分型面,对单件生产的手工造型是合理的,因为它能省去一个大芯盒的花费。 ★尽可能减少铸件的分型面,尽量做到只有一个分型面 3.尽量选用平面分型,简化铸造工艺和装备 尽可能选择平直分型面以简化工装结构及其制造、加工工序和造型操作 摇臂铸件的分型面 2.应使造型工艺简化 ★应尽量使分型面平直,以简化模具制造及造型工艺,避免挖砂造型 3.如铸件形状必须采用不平分型面,应尽量选用规则的曲面 ,在机器造型中,如铸件形状必须采用不平分型面,应尽量选用规则的曲面,如圆柱面或折面。因为只有上、下模底板表面曲度精确一致时才能合箱严密,不规则曲面会给模底板的加工带来困难。 手工造型时,曲面分型面是用手工切挖型砂来实现的,只是增加了切挖的步骤,却减少了砂芯的的数目。因此,手工造型中有时采用挖砂造型形成的不平分型面。 4.分型面应选取在铸件最大投影面处 ——方便起模,不用或少用砂芯。 图5-18 起模方便的分型面 图5-19 铸件两种方案 4.分型面应选取在铸件最大投影面处 5.尽量少用砂芯 将主要砂芯或大部分砂芯尽可能置于下型内,以便于下芯、合型及检查型腔尺寸。 6.尽量避免铸件非加工面产生飞边 ——减少铸件清理工作量 7.尽量降低砂箱高度 分型面通常选在铸件最大截面上,以使砂箱不至于过高。原因:砂箱高,会使造型困难,填砂、紧实、起模、下芯都不方便。过高的砂箱将使造型、合型、验型操作不方便,操作人员容易疲劳,并因此降低生产效率和增加废品率。 几乎所有的造型机都对砂箱高度有限制。手工铸造大型铸件时,一般选用多分型面,即用多箱造型以控制每节砂箱的高度,使其不致过高 8、受力件的分型面不削弱铸件结构强度 如图工字梁受力件,方案在合型时如产生错型,则改变其 截面积分布,使其中一边的强度会减弱,改为方案则可克服此 缺点。 9. 便于下芯、合箱和检查型腔尺寸 选择分型面时,应尽量把全部砂芯或主要砂芯放在下半型中。原因:砂芯固定在上型,费时、费工。且容易损坏砂芯。 4.应尽量使型腔及主要型芯位于下型,以便于造型、下芯、 合型及检验。 注意:选择分型面的上述诸原则,对于某个具体的铸件来说难以全面满足,有时甚至互相矛盾。 因此,必须抓住主要矛盾、全面考虑,至于次要矛盾,则应从工艺措施上设法解决。 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。 五、砂箱中铸件数量及排列的确定 1、砂箱中的铸件数量的确定原则 对于中小型铸件,若一型中只做一件,则生产效率低下,成本高。为了提高生产效率,在生产中往往把几个相同的铸件放在同一个砂型中,或者把几个材质相同,壁厚相近的不同铸件放在一个砂型中生产,降低成本。 一个型腔中布置多个铸件的数量问题,一般要依据工艺要求和生产条件来确定。如铸件的大小、砂箱的尺寸、合理的吃砂量、浇冒口布置等。因此,在工艺设计中,必须根据各种条件综合考虑,以确定一个砂型中铸件的数量。 砂箱中的铸件数量的确定原则 1) 依工艺要求和生产条件(生产批量及相关设备的相互要求和配合)来确定。例如:合理的吃砂量,浇注系统的布置,砂箱有无箱带,箱带的位置与高低等影响砂箱的通用性,柔性自动化造型线的砂箱有无箱带,以便于铸件在型内的排列。 2) 在自动化造型生产线上,为了便于配合机械、自动浇注,要求所有铸件直浇道位置一致;又如在采用具有压头的造型机时,为了避免通气针与压头相碰,对所有铸件的通气针位置也有一定的要求等,也都影响着一箱中铸件的数量与排列 3) 考虑铸件的生产平衡,造型线金属需求量和熔化量的平衡。而这种现象,在单件小批生产中就比较灵活。因此,在工艺设计中必须根据各种条件综合考虑,以确定砂箱中铸件数量。 3) 在满足生产纲领的要求下,混合模板的几种铸件其所需的箱数应相近,以便于组织生产。因各种铸件的生产批量和废品率不同,因而常出现一种铸件不足,而另一种铸件过剩的局面。为此,可采用快换组合模板,以适应多品种批量生产的需要。更换模板时,可只更换模板中的一部分,既克服了生产不平衡问题,又可充分利用模板面积。其缺点是由于增加了快换组合模板与模底板之间的定位误差,铸件的尺寸精度受到一定的影响。 2、砂箱中的铸件排列: 在同一箱内生产两种或两种以上铸件的模板,称为混合模板。在采用混合模板时,不同名铸件的材质(牌号)应相同,还要注意以下几点: 1) 铸件的壁厚相近,高度的差异小,以便适用同样的浇注温度和浇注时间 2) 要满足铸件最小吃砂量的要求,不影响浇注系统的正确布置。 吃砂量太小,砂型紧实困难,易引起胀砂、粘砂、掉砂、跑火等缺陷。吃砂量太大,增加型砂用量,经济上又不合理。 影响吃砂量的因素主要有:模样的大小,铸件重量,砂型强度、密度,是否有砂箱,浇注系统、冒口的布置和尺寸等,故在设计时应综合考虑。 实际生产中,吃砂量的大小应根据具体生产条件(如紧实方法、加砂方法等)对表中数值予以适当调整。 此外,还必须对上箱顶面到铸件顶面的吃砂量认真核定,此距离过小则容易冲砂、跑火;过大容易产生气孔、浇不到或冷隔等缺陷。 吃砂量 吃砂量:模样与砂箱壁、箱顶(底)和箱带之间的距离 1.结构与铸造工艺的关系; 2.结构与铸件性能的关系。 ◆铸件结构设计时,不仅要保证其力学性能和工作性能要求,还必须考虑铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求。 ◆铸件结构是否合理,对铸件的质量、生产率及其成本有很大的影响。 1)大批量生产:应使所设计的铸件结构便于采用机器造型; 2)单件、小批:应使设计的铸件尽可能在现有条件下生产。 * * 铸件结构不够合理以及不满足合金的铸造性能要求,会发生铸造缺陷 – 缩孔、缩松、变形、裂纹、浇不足、冷隔等。 * 图9-12所示端盖结构,由于图9-12a存在法兰凸缘,不能采用简单的两箱造型。若改成图9-12b所示的结构,取消上部的凸缘,使铸件仅有一个分型面,则将大大简化造型操作。 * * * * 确定浇注位置是铸造工艺设计中重要的一环,关系到铸件的内在质量、铸件的尺寸精度及造型工艺过程的难易,因此往往须制订出几种方案加以分析、对比,择优选用。浇注位置与造型(合箱)位置、铸件冷却位置可以不同。 * 应指出,确定浇注位置在很大程度上着眼于控制铸件的凝固。实现顺序凝固的铸件,可消除缩孔、缩松,保证获得致密的铸件。在这种条件下,浇注位置的确定应有利于安放冒口;实现同时凝固的铸件,内应力小,变形小,金相组织比较均匀一致,不用或很少采用冒口,节约金属,减小热裂倾向。铸件内部可能有缩孔或轴线缩松存在。因此多应用于薄壁铸件或内部出现轻微轴线缩松不影响使用的情况下。这时,如果铸件有局部肥厚部位,可置于浇注位置的底部,利用冷铁或激冷措施,实现同时凝固。灰铸铁、球墨铸铁件常利用凝固阶段的共晶体积膨胀来消除收缩缺陷,因此,可不遵守顺序凝固条件而获得健全铸件。 * 各种机床床身的导轨面是关键表面,不允许有砂眼、气孔、渣孔、裂纹和缩松等缺陷, 而且要求组织致密、均匀,以保证硬度值在规定范围内。因此,尽管导轨面比较肥厚,对于灰铸铁件而言,床身的最佳浇注位置是导轨面朝下 缸筒和卷筒等圆筒形铸件的重要表面是内、外圆柱面,要求加工后金相组织均匀、无缺陷 , 其最优浇注位置应是内、外圆柱面呈直立状态 * * * 应尽量使分型面平直 平直的分型面可避免操作费时的挖砂造型或假箱造型;同时,铸件的毛边少,便于清理。如图9-13a所示的杠杆零件,在造型时只能采用不平分型面,若改成图9-13b所示的形状,铸型的分型面则为一简单的平面。 图 杠杆铸件结构 4、减少和简化分型面——简化工装、提高铸件精度 不合理 合理 5、有利于砂芯的固定和排气 铸件结构应有利于型芯的固定、排气和清理,尽量避免使用悬臂砂芯,吊芯及芯撑。 5、有利于砂芯的固定和排气 铸件结构应有利于型芯的固定、排气和清理,尽量避免使用悬臂砂芯,吊芯及芯撑。 不合理 合理 悬臂砂芯:当铸件的孔腔是不通孔时,砂芯只能一 端有芯头 芯撑:芯撑是砂型组装时用来支撑砂芯或局部砂型的金属构件。 6、铸件要有结构斜度 铸件上垂直于分型面的不加工表面应设计出一定的斜度,称为结构斜度。结构斜度便于起模,并可延长模具的使用寿命。铸件结构斜度的大小和许多因素有关,如铸件的高度、造型的方法等,结构斜度的大小随壁的高度增加而减小,并且内壁的斜度大于外壁的斜度。 图9-16 铸件结构斜度 沿着起模方向的不加工表面,应给出结构斜度: 1、手工造型的特点及应用 手工造型:指用手工完成紧砂、起模、修整及合箱等主要 操作的造型过程。 优点:操作灵活、模样等工艺装备可简单、 不需要复杂的 专用造型机等设备、适用面广 缺点:要求工人有很高的技术水平 劳动强度大、生产率低;铸件质量不易稳定 适用范围:常用于单件和小批量生产。 一、造型(芯)方法的选择 造型(芯)是砂型铸造的重要工序,造型方法有手工造型和机器造型两类。 第二节 铸造工艺方案分析 适用范围:适用于中、小型铸件的成批、大量生产。 2、机器造型的优点、特点及分类 机器造型:用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型方法 机器造型的特点 要使用模板、使用标准或专用砂箱、尽量采用单一砂、砂型只能有一个分型面、 一般为流水线生产,浇注速度快,对浇注系统要求高 优点: 生产率高、劳动条件好、铸件质量高、为铸造生产的机械化、自动化打下基础 、对工人操作技术要求不高 缺点: 设备和工装费用高,生产准备时间长;只能用两箱造型 1、砂型的种类 包括湿型、干型、表干型和各种化学硬化砂型 1)湿型(湿砂型或潮型)——湿型是造好的砂型不经烘干,直接浇 入高温金属液体。 主要优点: 生产灵活性大,生产率高,生产周期短,便于组织流水生产; 易于实现生产过程的机械化和自动化; 材料成本低;节省了烘干设备、燃料、电力及车间生产面积; 延长了砂箱使 用寿命; 容易落砂等。 主要缺点:采用湿型铸造,也容易使铸件产生一些铸造缺陷,例如夹砂结疤、鼠尾、粘砂、气孔、砂眼、胀砂等。 应用范围:主要用于机械化流水生产和手工造型 500Kg以下的铸件。 二、铸型种类的选择 2)干型——在合型和浇注前将整个砂型送入烘干窑中烘干。 主要优点:砂型烘干后,显著提高了砂型的强度、透气性、 降低发气量,使铸件减少气孔、砂眼、粘砂、夹砂 等缺陷,采用涂料后铸件的表面质量亦会得到改善。 主要缺点:干型铸造需要烘干设备,增加燃料消耗,增加吊车 作业次数,延长生产周期,缩短砂箱使用寿命,使铸件的成本 增加,生产率降低,干型落砂比较困难,还会产生大量灰尘, 难于实现机械化和自动化。 应用范围:粘土干型主要用于铸件表面质量要求高,或结构特 别复杂的单件或小批生产及大型、重型铸件。 3)表面烘干型——在浇注前对型腔表层用适当方法烘干一定深度。 工艺规范:仅将砂型表面层烘干,烘干的深度一般为5–20㎜,或 将砂型、砂芯自然干燥24–48h后再合型浇注。 基本特点:表面层强度高、湿度小,因而浇注质量较大的铸件时 不易产 生气孔、粘砂、夹砂、冲砂等缺陷。 技术要求:要采用粗砂,型砂水分要严格控制,而且在造型、制 芯、合型、浇注等方面应严格按照工艺规程操作才能 稳定生产。 4)化学硬化砂型(自硬砂型)——铸型靠型砂自身的化学反应而硬化。 主要优点:强度高、节省能源、效率高 主要缺点:成本高、易产生粘砂等缺陷、砂子回用困难 为减少自硬砂型用量,可采用覆砂铸型,即用普通型砂作背砂,用化学硬化砂作面砂。 化学硬化砂型的粘结剂:水玻璃;树脂;水泥等 优先采用湿砂型——湿型中金属凝固冷却快,铸件表面光洁,节省了铸型的干燥和表面烘干,节约了工时和能耗,降低了成本 2、铸型种类的选择 选择依据:铸件重量、结构和质量要求、生产批量及车间生产条件 ??? 当湿型不能满足要求时再考虑使用表干砂型、干砂型或砂型。 ??? 在考虑应用湿型时应注意以下几种情况: (1)铸件过高,金属静压力超过湿型的抗压强度时,应考虑使用干砂型或自硬砂型等。 ??? 要具体分析:如果铸件壁薄,虽然铸件很高大,但出现涨砂、粘砂、跑火的倾向小。可以把此限制适当放宽。因为在浇注结束前,金属静压力尚未达到最高值时,铸件下部表面上已凝结一层金属壳。此外,采用优质钠膨润土型砂或活化膨润土型砂,其砂型湿压强度较高,为铸造较高大的逐渐创造了条件。 (4)型内放置冷铁较多时,应避免使用湿型。如果湿型内有泠铁时,冷铁应事先预热,放入型内要及时合箱浇注,以免冷铁变冷而凝结“水珠”,浇注后引起气孔缺陷。 (2)浇注位置上铸件有较大水平壁时,用湿型容易引起夹砂缺陷,应考虑使用其他砂型。 (3)造型过程长或需长时间等待浇注的砂型不宜用湿型。例如在铸件复杂,砂芯多,下芯时间长且铸件尺寸大等条件下,湿型放置过久会风干,使表面强度降低,易出现冲砂缺陷。因此湿型一般应在当天浇注。如需次日浇注,应将造好的上下半型空合箱,防止水分散失,于次日浇注前开箱、下芯,再合箱浇注。更长的过程应考虑用其他砂型。 三、铸件浇注位置的确定 铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置。 生产中常以浇注时分型面是处于水平、垂直或倾斜位置,分别称为水平浇注、垂直浇注或倾斜浇注,但这不代表铸件的浇注位置的函义。 三、铸件浇注位置的确定 浇注位置一般于选择造型方法之后确定。根据合金种类、铸件结构和技术要求,结合选定的造型方法,先确定出铸件上质量要求高的部位(如重要加工面、受力较大的部位、承受压力的部位等)。结合生产条件估计主要废品倾向和容易发生缺陷的部位(如厚大部位容易出现收缩缺陷。大平面上容易产生夹砂结疤。薄壁部位容易发生浇不到、冷隔。薄厚相差悬殊的部位应力集中,容易发生裂纹等)。这样在确定浇注位置时,就应使重要部位处于有利的状态,并针对容易出现的缺陷,采取相应的工艺措施予以防止。 1、铸件重要部位或主要加工表面、耐磨面、受力部位应位于下部或呈直立状态。——铸件下部金属在上部金属的静压力下凝固并得到补缩,组织致密。 起重机卷筒浇注位置 床身浇注位置 确定浇注位置的主要原则: 4.易产生缩孔的构件,应使厚截面位于分型面附近的上部或侧面 2 、铸件局部薄壁部位或铸件大平面朝下 ——避免气孔和夹渣,防止大平面发生夹砂缺陷 气孔、非金属夹杂物等缺陷多出现在朝上的表面,而朝下的表面或侧立面通常比较光洁,出现缺陷的可能性小。个别加工表面必须朝上时,应适当放大加工余量,以保证加工后不出现缺陷。 3. 使铸件的大平面朝下 , 避免夹砂结疤类缺陷 对于大的平板类铸件,可采用倾斜浇注,以便增大金属液面的上升速度,防止夹砂结疤类缺陷。倾斜浇注时,依砂箱大小,H值一般控制在 200~400mm范围内。 具有大平面的铸件正确的浇注位置 4、应保证铸件能充满——避免冷隔、浇不到 曲轴箱盖的浇注位置 车床切削盘浇注位置 不合理 合理 合理 对具有薄壁部分的铸件,应把薄壁部分放在下半部或置于内浇道以下,以免出现浇不到、冷隔等缺陷。 5、应有利于实现顺序凝固 ——避免出现缩孔、缩松,获得致密铸件 6、尽量减少砂芯数量 浇注位置应有利于砂芯的定位和稳固支撑,保证排气通畅及 下芯和检验方便。尽量少用或不用砂芯,若确需使用砂芯时 ,应尽量避免用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯。——避免出现缩 孔、缩松,获得致密铸件 机床床腿铸件 两种浇注位置 箱体的 浇注位置 不合理 合理 不合理 7. 应有利于铸件的补缩 对于因合金体收缩率大或铸件结构上厚薄不均匀而易于出现缩孔、缩松的铸件,浇注位置的选择应优先考虑实现顺序凝固的条件,要便于安放冒口和发挥冒口的补缩作用 双排链轮铸钢件的正确浇注位置 8. 避免用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯,便于下芯、合箱及检验 经验表明 , 吊砂在合箱、浇注时容易塌箱。向上半型上安放吊芯很不方便。悬臂砂芯不稳固,在金属浮力作用下易偏斜,故应尽力避免。此外,要照顾到下芯、合箱和检验的方便。 不合理 合理 9. 应使合箱位置、浇注位置和铸件冷却位置相一致 ——可避免在合箱后,或于浇注后再次翻转铸型。翻转铸型不仅劳动量大,而且易引起砂芯移动、掉砂、甚至跑火等缺陷。 只在个别情况下,如单件、小批生产较大的球墨铸铁曲轴时,为了造型方便和加强冒口的补缩效果,常采用横浇竖冷方案。 此外,应注意浇注位置、冷却位置与生产批量密切相关。同一个铸件,如球铁曲轴,在单件小批生产的条件下,采用横浇竖冷合理。而单大批量生产时,则应采用造型、合箱、浇注和冷却位置一致的卧浇、卧冷方案。 分型面的重要性: ①恰当与否会影响铸件质量; ②使制模、造型、造芯、合箱或清理等工序复杂化; ③甚至还可增大切削加工的工作量。 四、分型面的选择 分型面:两半铸型相互接触的表面。分型面主要是为了取出模样而设置的。分型面一般在确定浇注位置后再选择。但分析各种分型面方案的优劣之后,可能重新调整浇注位置。生产中,浇注位置和分型面有时是同时确定的。 1.应使铸件全部或大部分置于同一半型内 图 轮毂分型方案 选择分型面的原则 分型面主要是为了取出模样而设置的,但对铸件精度会造成损害 箱对准时的误差会使铸件产生错偏 箱不严,会使铸件在垂直分型面方向上的尺寸增加 因此,为了保证铸件精度,如果做不到上述要求,也应尽可能把铸件的加工面和加工基准面放在同一半型内。 不合理 合理 3.应使铸件全部或大部放在同一砂箱 尽量使加工基准面与大部分 加工面在同一砂型内 加工基准面 被加工面 本章学习的根本目的是掌握铸件结构设计的基本内容以及结构设计应注意的事项。 要求掌握铸件外形、内腔、壁厚、肋间连接等设计的基本原则; 熟悉铸件结构设计时形状、尺寸等有关规定; 了解铸件结构设计对使用性、工艺性、经济性等的影响。 重点:铸件外形、内腔、壁厚、筋间连接等的设计 难点:型芯的设计及布排。 第5章 铸造工艺方案制定 铸造工艺方案设计的内容: 铸造工艺方法选择 浇注位置 分型面选择 砂芯设计 第一节 零件结构分析 ①功用设计:保证其工作性能和力学性能要求 ②依铸造经验修改和简化工艺:考虑铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求; 冶金材质:(铸件材质的选择和适用性) 考虑经济性 零件结构的铸造工艺性 ??? 指的是零件的结构应符合铸造生产的要求,易于保证铸件品质,简化铸造工艺过程和降低成本。 铸件主要设计步骤: 零件结构的工艺性分析 审查零件结构是否符合铸造工艺; 铸件的结构包括:铸件外形、内腔、壁厚、壁与壁的连接及加强肋、凸台、法兰等。 在即定的零件结构条件下,考虑铸造过程可能出现的主要缺陷; 不合理 → 协商修改 在工艺中采取措施予以保证 1、铸件壁厚设计 ◆最小壁厚: 在一定的铸造条件下,铸造合金能充满型腔的最小厚度。主要取决于合金的种类、铸件的大小及形状等因素。 ◆临界壁厚: 各种铸造合金都存在一个临界壁厚,在砂型铸造条件下,各种铸造合金临界壁厚约等于其最小壁厚的3倍。 一、铸件质量对零件结构的要求 ◆缺陷分析: 1)如果所设计铸件的壁厚小于允许的 “最小壁厚”,铸件就易产生浇不足、冷隔等缺陷。 2)在铸造厚壁铸件时,容易产生缩孔、缩松、结晶组织粗大等缺陷,从而使铸件的力学性能下降。 ◆结论:铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁厚之间 ◆措施: 1)可改变铸件截面形状,保证承载能力,减轻重量,便于型芯固定、排气和铸件的清理。 2)如采用丁字形、工字形、槽形或箱形结构,脆弱处安加强筋。 最小壁厚: 每种铸造合金都有其适宜的壁厚,不同铸造合金所能浇注出铸件的“最小壁厚”也不相同。 主要取决于合金的种类和铸件的大小(表5-2)。 表5-2 砂型铸造时铸件最小允许壁厚 合金种类 铸件轮廓尺寸/㎜ <200 200~400 400~800 800~1250 1250~2000 >2000 碳素铸钢 8 9 11 14 16~18 20 低合金钢 8~9 9~10 12 16 20 25 高锰钢 8~9 10 12 16 20 25 不锈钢、耐热钢 8~10 10~12 12~16 16~20 20~25 — 灰铸铁 3~4 4~5 5~6 6~8 8~10 10~12 孕育铸铁(HT300以上) 5~6 6~8 8~10 10~12 12~16 16~20 球墨铸铁 3~4 4~8 8~10 10~12 12~14 14~16 合金种类 铸件轮廓尺寸/㎜ <50 50~100 100~200 200~400 400~600 600~800 铝合金 3 3 4~5 5~6 6~8 8~10 黄铜 6 6 7 7 8 8 锡青铜 3 5 6 7 8 8 无锡青铜 6 6 7 8 8 10 镁合金 4 4 5 6 8 10 锌合金 3 4 — — — — 表5-3 熔模铸造时铸件的最小壁厚 铸件尺寸㎜ 最小壁厚/㎜ 碳钢 高温合金 铝合金 铜合金 10~50 1.5~2.0 0.6~1.0 1.5~2.0 1.5~2.0 50~100 2.0~2.5 0.8~1.5 2.0~2.5 2.0~2.5 100~200 2.5~3.0 1.0~2.0 2.5~3.0 2.5~3.0 200~350 3.0~3.5 — 3.0~3.5 3.0~3.5 >350 4.5~5.0 — 3.5~4.0 3.5~4.0 表5-4 金属型铸造时铸件的最小壁厚 铸件尺寸㎜ 最小壁厚/㎜ 铝硅合金 铝镁合金、镁合金 铜合金 灰铸铁 铸钢 50×50 2.2 3 2.5 3 5 100×100 2.5 3 3 3 8 225×225 3 4 3.5 4 10 350×350 4 5 4 5 12 一、铸件结构的合理性 1、铸件应有合理的壁厚 减少壁厚虽然可以减少铸件质量,但是过小的壁厚往往不易浇满。 不合理 合理 1、铸件应有合理的壁厚 铸件的临界壁厚,各种合金铸件的临界壁厚可按最小壁厚的3倍来考虑。 对于受力铸件可考虑采用加强筋的方法减小壁厚 2、铸件结构不应造成严重收缩阻碍,注意壁厚过渡和圆角 ◆缺陷分析: 铸件各部分冷却速度不同而收缩不一致,形成较大的内应力。当此应力超过合金的强度极限时,铸件会产生裂纹。 ◆轮辐为直线、偶数: 造型等分简便,但轮缘、轮辐、轮毂间比例不当,常因收缩不一致,内应力过大,产生裂纹。 ◆轮辐为奇数或弯曲: 可通过轮缘或轮辐本身的微量变形自行减缓内应力。 铸件壁的连接 设计铸件壁的连接或转角时,也应尽力避免金属的积聚和内应力的产生。 (1)铸件的结构圆角 ——铸件结构的基本特征 结构圆角可使铸件壁间的转角处避免热节、减轻应力集中、改善结晶方向,从而提高转角处的机械性能。 ◆外圆角还可美化铸件外形;内圆角还可防止金属液冲坏型腔尖角。铸造内圆角的大小应与铸件的壁厚相适应。 3、壁厚力求均匀,避免厚大截面,防止形成热节 铸件壁厚的均匀性是使铸件各壁的冷却速度相近,并非要求所有的壁厚完全相同。 (1)、壁厚力求均匀 壁厚差别过大 → 厚壁处易于产生缩孔、缩松缺陷。 壁厚不均匀 →冷却速度不同→收缩不一致→产生热应力→厚薄连接处产生裂纹。 (2)避免锐角连接 — 减小热节和内应力。锐角连接处易出现热结合应力,并会导致应力集中,从而产生裂纹、缩孔等缺陷。 对于铸件结构中有两个或三个甚至更多个壁相连的情况,可采用交错接头或环形接头的形式。 铸件壁联结应尽量避免金属积聚 铸件如果因为结构需要不能做冷压室式压铸到壁厚均匀,则不同壁厚的联接应采用逐渐过渡的形式。 铸件壁厚的过渡形式 (3)厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡 — 减少应力集中 5、铸件内壁应薄于外壁 —避免热应力;防止裂纹、缩孔、缩松 铸件内壁散热条件比外壁散热条件差,凝固速度慢,力学性能往往比外壁的要低;同时在铸造过程中易在内、外壁交接处产生热应力,导致铸件产生裂纹,合金铸件易出现缩孔、缩松。 6、利于补缩和实现顺序凝固 ——获得致密铸件 对铸钢类体收缩较大的合金铸件,易于形成收缩缺陷,应仔细审查零件结构实现顺序凝固的可能性。 7、防止铸件翘曲变形 某些壁厚均匀的细长形铸件,较大的平板形铸件以及壁厚不均匀的铸件等会发生翘曲变形。铸件发生翘曲变形的原因是结构刚度差,铸件各面冷却条件的差别引起内应力,而使铸件变形。 防止措施: 改进铸件结构:细长件大而薄弯曲变形对称或加肋 铸件热处理矫形 机械矫形 采用反变形模样 8、避免出现过大的水平面 薄壁罩壳铸件,当其壳顶呈水平面时,因薄壁件金属液散热冷却快,渣、气易滞留在顶面,易产生浇不足、冷隔、气孔和夹渣缺陷。过大的平面不利于金属液的填充,容易产生浇不到等缺陷,在进行铸件的结构设计时,应尽量将水平面设计成倾斜形状, 9、铸件上易产生变形和裂纹的部位,应设计加强筋,防止变形 1、改进妨碍起模的凸台、凸缘和肋条的结构 ——应考虑便于造型起模,尽量避免使用活块或外壁型芯 二、零件结构的铸造工艺性 外壁内凹的框形件 铸件整体凸台结构设计 不合理 合理 不合理 合理 2、避免外部侧凹—减少砂芯和分型面 铸件在起模方向上若有侧凹,就必须在造型时增加较大的外壁型芯才能起模,若将其改成图b所示结构,则可省去外壁型芯,显然后一种结构是合理的。 2、避免外部侧凹—减少砂芯和分型面 3、改进铸件结构,尽量减少砂芯数量 ——降低成本、提高生产率、保证尺寸精度 4、减少和简化分型面——简化工装、提高铸件精度 减少铸件分型面的数量,不仅可以减少砂箱的用量,降低造型工时,而且可以减少错箱、偏芯等缺陷,从而提高铸件的精度。 图9-12 端盖的设计 不好的铸件结构 较好的铸件结构 4、减少和简化分型面——简化工装、提高铸件精度 减少铸件分型面的数量,不仅可以减少砂箱的用量,降低造型工时,而且可以减少错箱、偏芯等缺陷,从而提高铸件的精度。 1.结构与铸造工艺的关系; 2.结构与铸件性能的关系。 ◆铸件结构设计时,不仅要保证其力学性能和工作性能要求,还必须考虑铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求。 ◆铸件结构是否合理,对铸件的质量、生产率及其成本有很大的影响。 1)大批量生产:应使所设计的铸件结构便于采用机器造型; 2)单件、小批:应使设计的铸件尽可能在现有条件下生产。 * * 铸件结构不够合理以及不满足合金的铸造性能要求,会发生铸造缺陷 – 缩孔、缩松、变形、裂纹、浇不足、冷隔等。 * 图9-12所示端盖结构,由于图9-12a存在法兰凸缘,不能采用简单的两箱造型。若改成图9-12b所示的结构,取消上部的凸缘,使铸件仅有一个分型面,则将大大简化造型操作。 * * * * 确定浇注位置是铸造工艺设计中重要的一环,关系到铸件的内在质量、铸件的尺寸精度及造型工艺过程的难易,因此往往须制订出几种方案加以分析、对比,择优选用。浇注位置与造型(合箱)位置、铸件冷却位置可以不同。 * 应指出,确定浇注位置在很大程度上着眼于控制铸件的凝固。实现顺序凝固的铸件,可消除缩孔、缩松,保证获得致密的铸件。在这种条件下,浇注位置的确定应有利于安放冒口;实现同时凝固的铸件,内应力小,变形小,金相组织比较均匀一致,不用或很少采用冒口,节约金属,减小热裂倾向。铸件内部可能有缩孔或轴线缩松存在。因此多应用于薄壁铸件或内部出现轻微轴线缩松不影响使用的情况下。这时,如果铸件有局部肥厚部位,可置于浇注位置的底部,利用冷铁或激冷措施,实现同时凝固。灰铸铁、球墨铸铁件常利用凝固阶段的共晶体积膨胀来消除收缩缺陷,因此,可不遵守顺序凝固条件而获得健全铸件。 * 各种机床床身的导轨面是关键表面,不允许有砂眼、气孔、渣孔、裂纹和缩松等缺陷, 而且要求组织致密、均匀,以保证硬度值在规定范围内。因此,尽管导轨面比较肥厚,对于灰铸铁件而言,床身的最佳浇注位置是导轨面朝下 缸筒和卷筒等圆筒形铸件的重要表面是内、外圆柱面,要求加工后金相组织均匀、无缺陷 , 其最优浇注位置应是内、外圆柱面呈直立状态 * * * * 手工造型中,模样及芯盒尺寸精度不高,在下芯、合箱时,造型工需要检测型腔尺寸,并调整砂芯位置,才能保证壁厚均匀。 *