鑄件結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計(材料成型工藝基礎(chǔ))

1、第四章鑄件構(gòu)造與工藝設(shè)計鑄件構(gòu)造設(shè)計砂型鑄造工藝設(shè)計鑄造工藝設(shè)計實例.第一節(jié) 鑄件構(gòu)造設(shè)計鑄件構(gòu)造不僅會直接影響到鑄件的力學(xué)性能、尺寸精度、分量要求和其它運用性能，同時，對鑄造消費過程也有很大影響。所謂鑄造工藝性良好的鑄件構(gòu)造，應(yīng)該是鑄件的運用性能容易保證，消費過程及所運用的工藝配備簡單，消費本錢低。鑄件構(gòu)造要素與鑄造合金的種類、鑄件的大小、鑄造方法及消費條件親密相關(guān)。.一、鑄件壁厚的設(shè)計在確定鑄件壁厚時，首先要保證鑄件到達(dá)所要求的強(qiáng)度和剛度，同時還必需從合金的鑄造性能的可行性來思索，以防止鑄件產(chǎn)生某些鑄造缺陷。.1合理設(shè)計鑄件壁厚鑄件的最小壁厚在各種工藝條件下，鑄造合金能充溢型腔的最小厚度，

2、稱為鑄件的最小壁厚。鑄件的最小壁厚主要取決于合金種類、鑄件大小及外形等要素。鑄件的臨界壁厚在鑄造厚壁鑄件時，容易產(chǎn)生縮孔、縮松、結(jié)晶組織粗大等缺陷，從而使鑄件的力學(xué)性能下降。各種鑄造合金都存在一個臨界壁厚。在最小壁厚和臨界壁厚之間就是適宜的鑄件壁厚。在砂型鑄造條件下，各種鑄造合金的臨界壁厚約等于其最小壁厚的三倍。.砂型鑄造條件下幾種合金鑄件的最小壁厚鑄件尺寸/mmmm鑄鋼灰口鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵鋁合金銅合金 20020085 66533 5200200 50050010 1261012846 850050015 2015 2015 2010 12610 12.2鑄件壁厚應(yīng)均勻、防止厚大截面鑄件

3、壁過厚容易使鑄件內(nèi)部晶粒粗大，并產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷，應(yīng)盡量減小鑄件壁厚并使其均勻。.二、鑄件壁的銜接鑄件的構(gòu)造圓角防止銳角銜接厚壁與薄壁間的聯(lián)接要逐漸過渡緩解收縮應(yīng)力如減緩肋、輻收縮的妨礙防止過大程度面的設(shè)計.不同轉(zhuǎn)角處的熱節(jié).銳角的銜接.輪輻的設(shè)計.肋的幾種布置方式a)不合理；b)合理.薄壁罩殼構(gòu)造a)薄壁程度面；b)薄壁斜面.三、鑄件外形的設(shè)計鑄件的外形應(yīng)便于起模，簡化外型工藝。零件上的凸臺、筋、凹面、外圓角等構(gòu)造經(jīng)常直接影響鑄件的起模。在能夠的情況下，應(yīng)給鑄件的非加工外表設(shè)計構(gòu)造斜度，便于起模。普通鑄件高度愈小，斜度愈大，通常在13范圍內(nèi)。.合理布置加強(qiáng)筋.防止活塊 簡化操作.四、鑄件

4、內(nèi)腔的設(shè)計良好的內(nèi)腔設(shè)計，既可減少型芯數(shù)量，又利于型芯的固定、排氣和清理，因此可防止偏芯、氣孔等缺陷的產(chǎn)生，并簡化外型工藝，降低本錢。.1.減少型芯數(shù)量，防止不用要的型芯懸壁支架.內(nèi)腔的兩種設(shè)計.2.便于型芯的固定、排氣和鑄件的清理軸承架鑄件的構(gòu)造改良.水套鑄件的構(gòu)造改良.五、鑄件構(gòu)造設(shè)計應(yīng)思索的其它要素鑄件構(gòu)造應(yīng)思索成形工藝的特殊性壓鑄件的設(shè)計：應(yīng)盡量消除側(cè)凹和深腔，在無法防止時，至少應(yīng)便于抽芯，以便壓鑄件能從鑄型中順利取出。熔模鑄件的設(shè)計：為便于浸漬涂料和撤砂，孔、槽不宜過小或過深。熔模鑄件應(yīng)盡量防止有大平面，為防止變形，可在大平面上設(shè)工藝孔或工藝?yán)?，以添加型殼剛度?壓鑄便于取出鑄件的設(shè)

5、計.熔模鑄件平面上的工藝孔和工藝?yán)?2.鑄件的組合設(shè)計鑄鋼底座的鑄焊因工藝的局限而無法整鑄的構(gòu)造，應(yīng)采用組合設(shè)計。.組合床身鑄件. a)砂型鑄件改為b)組合壓鑄件.第二節(jié) 砂型鑄造工藝設(shè)計砂型鑄造工藝詳細(xì)設(shè)計內(nèi)容包括：選擇鑄件的澆注位置和分型面；確定工藝參數(shù)(機(jī)械加工余量、起模斜度、鑄造圓角、收縮量等)；確定型芯的數(shù)量、芯頭外形及尺寸；確定澆冒口、冷鐵等的外形、尺寸及在鑄型中的布置等。然后將工藝設(shè)計的內(nèi)容(工藝方案)用工藝符號或文字在零件圖上表示出來，即構(gòu)成了鑄造工藝圖。.襯套零件的鑄造工藝圖.繪制的圖樣A.鑄造工藝圖： 利用各種的工藝符號，把制造模型和鑄型所需的資料直接繪在零件圖上所得到的圖

6、樣。 即表示鑄型澆注位置、分型面、澆冒口系統(tǒng)、工藝參數(shù)、型芯構(gòu)造尺寸、控制凝固措施等的圖樣。.B. 鑄件圖：又稱毛坯圖 是反映鑄件實踐外形、尺寸和技術(shù)要求的圖樣，也是鑄造消費、鑄件檢驗與驗收的主要根據(jù)。C.鑄型裝配圖: 表示合型后鑄型各組元之間裝配關(guān)系的工藝圖。 包括：澆注位置、型芯、澆冒口系統(tǒng)和冷鐵布置及砂箱構(gòu)造和尺寸等。.一 澆注位置與分型面的選擇1.澆注位置的選擇澆注時鑄件在鑄型中所處的空間位置，稱為鑄件的澆注位置。鑄件的重要加工面或主要任務(wù)面應(yīng)處于底面或側(cè)面，以防止出現(xiàn)氣孔、砂眼、縮孔、縮松等鑄造缺陷。如錐齒輪鑄件，其輪齒部位是重要加工面和主要任務(wù)面，應(yīng)朝下。 .鑄件的大平面應(yīng)盡能夠朝

7、下或采用傾斜澆注以防止產(chǎn)生夾砂、夾渣、氣孔等缺陷。.鑄件的薄壁部分應(yīng)放在鑄型的下部或側(cè)面以免產(chǎn)生澆不到、冷隔等鑄造缺陷。.對于收縮大的鑄件，為利于設(shè)置冒口進(jìn)展補縮，厚實部位應(yīng)置于上方。在這種情況下，能夠會使重要加工面或主要任務(wù)面朝上。經(jīng)過加大加工余量來保證質(zhì)量。.2.分型面的選擇分型面應(yīng)選擇在最大截面處，保證模型能順利從鑄型中取出.應(yīng)盡量使鑄件的全部或大部置于同一砂箱，以保證鑄件的尺寸精度鑄件的機(jī)加工面和基準(zhǔn)面應(yīng)盡量放在同一砂箱中。即鑄件上的機(jī)械加工面以及機(jī)械加工和尺寸檢查時用于定位和裝夾基準(zhǔn)的外表應(yīng)盡量放在同一砂箱中，以保證鑄件的加工精度。鑄件加工時，以四方頭中心線為定位基準(zhǔn)，加工外螺紋管子

8、堵頭分型方案.應(yīng)盡量減少分型面數(shù)量，并力求采用平面作為分型面以減少砂箱數(shù)，簡化外型工藝。上下彎曲件分型方案繩輪件分型方案.盡量使型腔、主要型芯應(yīng)盡量放在下半鑄型中以利于下芯、合型和檢查型腔尺寸。機(jī)床支柱分型方案方案II的型腔及型芯大部分位于下箱，上型腔淺，且外形簡單，有利于合箱。因此，方案II合理。.二 鑄造工藝參數(shù)的選定鑒于機(jī)械加工和鑄造工藝的需求，對零件和工裝的尺寸應(yīng)作必要的改動。鑄造工藝參數(shù)鑄件尺寸公差收縮率起模斜度芯頭和芯座機(jī)械加工余量. 1.鑄件尺寸公差 即允許的鑄件尺寸變動量。 尺寸精度從CT1CT16，分為16個等級， CT1精度最高。 普通：用粘土砂手工外型時， 單件、小批量消

9、費為CT13 CT15級； 大批量為CT11CT14級。.2.機(jī)械加工余量(RMA)在鑄件加工外表上留出的、預(yù)備切削去除的金屬層厚度，稱為機(jī)械加工余量。機(jī)械加工余量過大：切削加工任務(wù)量大，浪費金屬資料；過?。阂资沽慵髲U。等級：分為10級：A、B、J、K級，加工余量值依次增大。(上面?zhèn)让娴酌?影響要素：合金種類、鑄件的尺寸大小、消費批量、消費方法、加工面與基準(zhǔn)面間隔等。.3.鑄件線收縮率 (1)定義： 指鑄件從線收縮開場溫度冷卻至室溫時，線尺寸的相對收縮量。 (2選?。捍蠹⒅匾煌课豢蛇x取不同的收縮率；普通件可選取同一收縮率。 .4. 起模斜度(1定義：為了起模方便，在平行于起模方向的側(cè)

10、壁 加放的一定斜度。(2選取：對同一件，盡能夠選用同一同模斜度； 立壁愈高，斜度應(yīng)越小； 內(nèi)壁的斜度值應(yīng)大于外壁； 機(jī)器外型比手工外型斜度??； 金屬模比木模斜度小。.(3方式：a添加壁厚；b加減壁厚；c減少壁厚。 .5.最小鑄出孔與槽(1)不鑄出： 鑄件較小的孔、槽，尤其是位置精度要求高的孔、槽不用鑄出。 單件小批：直徑或邊長 30不鑄； 大批：直徑或邊長4的深孔均不鑄。(2)鑄出：不需加工的孔、槽，普通要鑄出。查表.6. 芯頭和芯座1芯頭：砂芯伸出鑄件外面不與金屬液接觸的部分。2芯座：由芯頭的容貌在鑄型中所構(gòu)成的空腔。3作用：定位、固定、排氣及清砂。.車輪鑄件的砂芯個數(shù).復(fù)雜內(nèi)腔的砂芯分塊.

11、懸臂型芯及扁擔(dān)型芯.型芯頭的構(gòu)造.三 澆冒口系統(tǒng)一)澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)是引導(dǎo)金屬液進(jìn)入鑄型型腔的一系列通道的總稱。合理地設(shè)置澆注系統(tǒng)，能防止鑄造缺陷的產(chǎn)生。對澆注系統(tǒng)普通有以下要求：1)使金屬液平穩(wěn)、延續(xù)、均勻地流入鑄型，防止對砂型和型芯的沖擊。2)防止溶渣、砂?；蚱渌s質(zhì)進(jìn)入鑄型。3)調(diào)理鑄件各部分的溫度分布，控制冷卻和凝固的順序，防止縮孔、紡松及裂紋的產(chǎn)生。規(guī)范的澆注系統(tǒng)應(yīng)放在分型面處，并朝向上箱。.1澆注系統(tǒng)的組成及作用根本組元有：澆口杯(又稱外澆口)、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道。.各組元作用澆口杯：接受金屬液的沖擊和分別熔渣，防止金屬液對砂型的直接沖擊。直澆道：一個圓錐形的垂直通道，利用它的

12、高度所產(chǎn)生的靜壓力，可以控制金屬液流入鑄型的速度并提高充型才干。橫澆道：主要起擋渣作用，金屬液在橫澆道內(nèi)速度減緩，熔渣及氣體能充分上浮而不進(jìn)入鑄型。內(nèi)澆道：把金屬液直接引入鑄型的通道。利用它的位置、大小和數(shù)量可以控制金屬液流入鑄型的速度和方向，以及調(diào)理鑄件各部分的溫度分布。.2澆注系統(tǒng)的常見類型按澆注系統(tǒng)各組元截面積的比例，澆注系統(tǒng)可分為：封鎖式澆注系統(tǒng)：各組元中總截面積最小的是內(nèi)澆道，即F直F橫F內(nèi)，易被金屬液充溢，撇渣才干較好，可防止金屬液卷入氣體，常用于中小型鑄鐵件。但易引起噴濺和猛烈氧化，不適于易氧化的有色合金鑄件或壓頭大的鑄件，也不宜用于用柱塞包澆注的鑄鋼件。開放式澆注系統(tǒng)：最小截面

13、是直澆道橫截面，即F直 F橫 F內(nèi)，撇渣才干較差，熔渣及氣體隨液流進(jìn)入型腔，呵斥廢品。但金屬液流出內(nèi)澆道的速度較低，沖刷力小，受氧化的程度輕。主要適于易氧化的有色金屬件、球鐵件和用柱塞包澆注的中大型鑄鋼件。按金屬液導(dǎo)入鑄件型腔的位置，澆注系統(tǒng)可分為：頂注式澆注系統(tǒng)，底注式澆注系統(tǒng)，中注式澆注系統(tǒng)，階梯式澆注系統(tǒng)，縫隙式澆注系統(tǒng)等.常見澆注系統(tǒng)類型.二)冒口冒口是在鑄型中設(shè)置的一個儲存金屬液的空腔。主要作用是在鑄件凝固收縮過程中提供由于鑄件體積收縮所需求的金屬液，對其進(jìn)展補縮，防止鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷。鑄件清理時，將冒口切除，獲得健全的鑄件。.冒口分類.簡單例如例1：分別指出圖示鑄件在單件小

14、批和大批消費時應(yīng)選擇 何種外型方法？請畫出各自的鑄造工藝圖。.上中中下冒口放收縮率1%單件小批手工三箱外型上下大批量兩箱機(jī)器外型外型芯塊余量：上面?zhèn)让嫦旅?第三節(jié) 鑄造工藝設(shè)計實例例1：支架零件鑄造工藝設(shè)計資料為HT200，單件、小批量消費任務(wù)時接受中等靜載荷，試進(jìn)展鑄造工藝設(shè)計。1.零件構(gòu)造分析：筒壁過厚，轉(zhuǎn)角處未采用圓角。修正后的構(gòu)造如圖b所示。2.選擇鑄造方法及外型方法：采用砂型鑄造手工外型中的兩箱外型。3.選擇澆注位置和分型面 采用方案較為合理。.4.確定工藝參數(shù)：1鑄件尺寸公差：取CT15。2要求的機(jī)械加工余量：取H級。3鑄件線收縮率：取0.8。4起模斜度：取1。5不鑄出的孔：6個1

15、8孔均不鑄出6芯頭方式：采用程度芯頭。5.設(shè)計澆注系統(tǒng)：采用同時凝固原那么，在鑄件分型面處的兩凸緣位置設(shè)內(nèi)澆道。 6.繪制鑄造工藝圖：如圖b)所示。.例2、C6140車床進(jìn)給箱體鑄造工藝設(shè)計資料：HT200消費批量：單件小批或大批量消費要求：保證基準(zhǔn)面D的質(zhì)量要求D.1、方案I分型面在軸孔中心線上凸臺A用型芯來成形，槽c那么用型芯或活塊制出。主要優(yōu)點：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。主要缺陷：基準(zhǔn)面D朝上，使該面較易產(chǎn)生缺陷，且型芯數(shù)量較多。適宜大批量消費，必需加大D面的加工余量。其工藝圖見后面.2方案II從基準(zhǔn)面D分型，鑄件絕大部分位于下箱。凸臺

16、E和槽C妨礙起模，需采用活塊或型芯來抑制。缺陷：除基準(zhǔn)面朝上外，其軸孔難以直接鑄出。軸孔假設(shè)擬鑄出，因無法制出型芯頭，必加大型芯與型壁間的間隙，致使飛邊清理困難。適宜單件消費。.3方案III從B面分型，鑄件全部位于下箱優(yōu)點：鑄件不會產(chǎn)生錯箱缺陷，基準(zhǔn)面朝下，其質(zhì)量易于保證，同時鑄件最薄處在鑄型下部，鑄件不易產(chǎn)生澆缺乏、冷隔的缺陷。缺陷：凸臺E、A和槽C都需采用活塊或型芯，內(nèi)腔型芯上大下小，穩(wěn)定性差，假設(shè)擬鑄出軸孔，其缺陷與方案II一樣。適宜單件消費。.分型面的選擇b)與鑄造工藝圖c)上下.例3、軸座鑄造工藝設(shè)計材 料：HT00消費批量：單件小批或大批消費要求：零件上40內(nèi)孔外表是應(yīng)特別保證的重要外表；此外軸座底平面也有一定的加工及裝配要求。.1單件小批消費工藝方案如圖中方案I所示：采用兩個分型面、三箱外型，并選擇底板朝下的澆注位置。不僅可以保證內(nèi)孔的鑄造質(zhì)量，而且可以使軸座