第六章砂芯設(shè)計與鑄造工藝參數(shù)的確定

第六章 砂芯設(shè)計及鑄造工藝設(shè)計參數(shù)§6-1砂芯設(shè)計砂芯的功用:形成鑄件的內(nèi)腔、孔和鑄件外形不能出砂的部位

砂型局部要求特殊性能的部分，有時也用砂芯砂芯應(yīng)滿足以下要求:

具有足夠的強度和剛度

在鑄件形成過程中砂芯所產(chǎn)生的氣體能及時排出型外

鑄件收縮時阻力小，容易清砂一、確定砂芯形狀（分塊）

——分盒面選擇的基本原則總原則：（1）使造芯到下芯的整個過程方便（3）鑄件內(nèi)腔尺寸精確（2）不致造成氣孔等缺陷（4）使芯盒結(jié)構(gòu)簡單（一）保證鑄件內(nèi)腔尺寸精確

凡是鑄件內(nèi)腔尺寸要求較嚴的部分應(yīng)由同一半砂芯形成，避免被分盒面所分割，更不宜化分為幾個砂芯。但手工造型中大的砂芯，為保證某一部位精度，有時需將砂芯分塊。為保證鑄件精度而將砂芯分塊的實例左圖中，要求500mm×400mm方孔四周壁厚均勻（二）保證操作方便

復(fù)雜的大砂芯、細而長的砂芯可分為幾個小而簡單砂芯。細而長的砂芯易變形，應(yīng)分成數(shù)段，并設(shè)法使芯盒通用。在劃分砂芯時要防止液體金屬鉆入砂芯分割面的縫隙，堵塞砂芯通氣道。

右圖為空氣壓縮機大活塞的砂芯。為了便于操作將砂芯分為3塊。這樣可以簡化造芯和芯盒結(jié)構(gòu)（三）保證鑄件壁厚均勻

使砂芯的起模斜度和模樣的起模斜度大小、方向一致，保證鑄件壁厚均勻

保證鑄件壁厚均勻a)不合理b)合理（四）應(yīng)盡量減少砂芯數(shù)目

用砂胎（自帶砂芯）或吊砂可減少砂芯，右圖為12VB柴油機曲軸定位套的機器造型方案。砂胎

在手工造型時，遇到難于出模的地方，一般盡量用模樣“活塊”，即用“活塊”取代砂芯。這樣雖然增加了造型工時，但卻節(jié)省了芯盒、制芯工時及費用活塊（五）填砂面應(yīng)寬敞，烘干支撐面是平面

為此，需要進爐烘干的大砂芯，常被沿最大截面切分為兩半制作。烘干砂芯的幾種方法用平板烘干砂胎支撐烘干用成型烘干器烘干平面烘干板結(jié)構(gòu)簡單通氣性好且價格低廉砂胎烘干法不精確也不方便烘干器雖精確、簡便，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、昂貴且維修量大（六）砂芯形狀適應(yīng)造型、制芯方法

高速造型線限制下芯時間，對一型多鑄的小鑄件，不允許逐個下芯，因此，劃分砂芯形狀時，常把幾個到十幾個小砂芯連成一個大砂芯，以便節(jié)約下芯、制芯時間，以適應(yīng)機器造型節(jié)拍的要求。

對殼芯、熱芯和冷芯盒砂芯要從便于射緊砂芯方面來考慮改進砂芯形狀。

除上述的原則外，還應(yīng)使每塊砂芯有足夠的斷面，保證有一定的強度和剛度，并能順利排出砂芯中的氣體；使芯盒結(jié)構(gòu)簡單，便于制造和使用等。二、芯頭設(shè)計芯頭：伸出鑄件以外不與金屬接觸的砂芯部分。

對芯頭的要求：

定位和固定砂芯，使砂芯在鑄造中有準確的位置，并能承受砂芯重力及澆注時液體金屬對砂芯的浮力，使之不破壞。

芯頭應(yīng)能及時排出澆注后砂芯所產(chǎn)生的氣體至型外

上下芯頭及芯號容易識別，不致下錯方向或芯號

下芯、合型方便，芯頭應(yīng)有適當斜度和間隙芯頭可分為垂直芯頭和水平芯頭（包括懸臂式芯頭）兩大類（一）芯頭的組成典型的芯頭的結(jié)構(gòu)如右圖所示。包括：芯頭長度、斜度、間隙、壓環(huán)、防壓環(huán)和積砂槽等結(jié)構(gòu)

典型的芯頭結(jié)構(gòu)a）水平芯頭b）垂直芯頭1、芯頭長度砂芯伸入鑄型部分的長度擴大下芯頭的垂直芯頭2、芯頭斜度對垂直芯頭，上、下芯頭都應(yīng)設(shè)有斜度擴大下芯頭的垂直芯頭3、芯頭間隙

為了下芯方便，通常在芯頭和信座之間留有間隙4、壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽

典型的芯頭結(jié)構(gòu)a）水平芯頭b）垂直芯頭壓環(huán)的作用

合箱后它能把砂芯壓緊，避免金屬液沿間隙鉆入芯頭。防壓環(huán)的作用

下芯、合箱時，它可防止此處砂型被壓塌，因而可以防止掉砂。集砂槽的作用

用來存放個別的散落砂粒，這樣就可以加快下芯速度。（二）芯頭承壓面積的核算

由于砂芯的強度通常都大于鑄型的強度，故只核算鑄型的許用壓應(yīng)力即可。芯頭的承壓面積S應(yīng)滿足下式[]壓芯skFS3F芯計算的最大浮芯力k安全系數(shù)，k=1.3-1.5[σ壓]

鑄型的許用壓應(yīng)力

如果實際承壓面積不能滿足上式要求，則說明芯頭尺寸過小，應(yīng)適當放大芯頭。若受砂箱等條件限制，不能增加芯頭尺寸，可采用提高芯座抗壓強度（許用壓應(yīng)力）的方法，如在芯座部分附加砂芯、鐵片、耐火磚等。在許可的情況下，附加芯撐，也等于增加了承壓面積。（三）特殊定位芯頭

特殊定位芯頭a)、b)垂直芯頭c)、d)水平芯頭

有的砂芯有特殊的定位要求，如防止砂芯在型內(nèi)繞軸線轉(zhuǎn)動，不許可軸向位移偏差過大或下芯時搞錯方位，這時就應(yīng)采用特殊定位芯頭。第六章砂芯設(shè)計及鑄造工藝設(shè)計參數(shù)第二節(jié)鑄造工藝設(shè)計參數(shù)鑄造工藝設(shè)計參數(shù)（簡稱工藝參數(shù)）

通常是指鑄造工藝設(shè)計時需要確定的某些數(shù)據(jù)，這些工藝數(shù)據(jù)一般都與模樣及芯盒尺寸有關(guān)，即與鑄件的精度有密切關(guān)系，同時也與造型、制芯、下芯及合箱的工藝過程有關(guān)。鑄造工藝設(shè)計參數(shù)主要有：鑄件尺寸公差鑄件重量公差機械加工余量鑄造收縮率起模斜度最小鑄出孔及槽工藝補正量分型負數(shù)反變形量砂芯負數(shù)非加工壁厚的負余量分芯負數(shù)一、鑄件的尺寸公差指鑄件各部分尺寸允許的極限偏差我國的鑄件尺寸公差標準GB6414－86ISO8062-1984《鑄件尺寸公差制》粗精12345678910111213141516精度CT1CT16232鑄件基本尺寸公差等級CT大于至12345678910111213141516－10－－0.180.260.360.520.741.01.52.02.84.2－－－－1016－－0.200.280.380.540.781.11.62.23.04.4－－－－1625－－0.220.300.420.580.821.21.72.43.24.66810122540－－0.240.320.460.640.901.31.82.63.65.07911144063－－0.260.360.500.701.01.42.02.84.05.6810121663100－－0.280.400.560.781.11.62.23.24.469111418100160－－0.300.440.620.881.21.82.53.65.0710121620160250－－0.340.500.701.01.42.02.84.05.6811141822鑄件尺寸公差數(shù)值(mm)注：1、CT1和CT2沒有規(guī)定公差值，是為將來可能要求更精密的公差保留的

2、鑄件的基本尺寸小于或等于16mm時，CT13至CT16的公差值需單獨標注，可提高2～3級

一種鑄造方法得到的尺寸精度如何，與生產(chǎn)過程的許多因素有關(guān)，其中包括：鑄件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性模具的類型和精度鑄件材質(zhì)的種類和成分造型材料的種類和品質(zhì)技術(shù)和操作水平可以通過以下措施來提高公差等級：對設(shè)備和工裝進行改進、調(diào)整和維修嚴格工藝過程的管理提高操作水平鑄件基本尺寸即鑄件圖上給定的尺寸，應(yīng)包括機械加工余量。

公差帶應(yīng)對稱分布，有特殊要求時，也可非對稱分布，并應(yīng)在圖樣上注明或技術(shù)文件中規(guī)定。壁厚尺寸公差一般可降低一級例如：圖樣上一般尺寸公差為CT10級，則壁厚尺寸公差為CT11級。在圖樣上采用公差等級代號標注，如GB6414－86CT10二、鑄件重量公差以占鑄件公稱質(zhì)量的百分率為單位的鑄件質(zhì)量變動的允許值。

GB/T11351－89規(guī)定了鑄件質(zhì)量公差的數(shù)值、確定方法及檢驗規(guī)則，與GB6414－86《鑄件尺寸公差》配套使用。

質(zhì)量公差代號用字母“MT”（MassTolerances的縮寫）表示。質(zhì)量公差等級和尺寸公差等級相對應(yīng)，由精到粗也分為16級，從MT1～MT16。

所謂公稱質(zhì)量是指包括加工余量和其它工藝余量，作為衡量被檢驗鑄件輕重的基準質(zhì)量。鑄件公稱質(zhì)量可用如下方法確定：

小批和單件生產(chǎn)時，以計算質(zhì)量或供需雙方共同認定的任意合格鑄件的實稱質(zhì)量作為公稱質(zhì)量。

成批和大量生產(chǎn)時，從供需雙方共同認定的首批合格鑄件中隨機抽取不少于10件，以實際質(zhì)量的平均值作為公稱質(zhì)量。公稱質(zhì)量（kg）質(zhì)量公差等級MT12345678910111213141516＜0.4－56810121416182024－－－－－＞0.4~1－456810121416182024－－－－＞1~4－3456810121416182024－－－＞4~10－23456810121416182024－－＞10~40－－23456810121416182024－＞40~100－－－23456810121416182024＞100~400－－－－234568101214161820＞400~1000－－－－－2345681012141618＞1000~4000－－－－－－23456810121416＞4000~10000－－－－－－－234568101214＞10000~40000－－－－－－－－2345681012鑄件質(zhì)量公差數(shù)值％注：表中質(zhì)量公差數(shù)值為上、下偏差之和，即一般為上偏差，一般為下偏差三、機械加工余量為保證鑄件加工面尺寸和零件精度，應(yīng)有加工余量，即在鑄件工藝設(shè)計時預(yù)先增加的，而后在機械加工是又被切去的金屬層厚度，簡稱加工余量。加工余量過大，浪費金屬和加工工時過小，降低刀具壽命，不能完全去除鑄件表面缺陷，缺陷甚至露出鑄件表皮，達不到設(shè)計要求。加工余量和尺寸公差的關(guān)系最小加工量等于加工余量減去鑄件尺寸的下偏差影響加工余量的主要因素有：鑄造合金種類鑄造工藝方法生產(chǎn)批量設(shè)備及工裝的水平加工表面所處的澆注位置（頂、底、側(cè)面）鑄件基本尺寸的大小和結(jié)構(gòu)選取加工余量圖例四、鑄造收縮率鑄造收縮率K的定義是%100LLLKJJM×-=LMLJ模樣（或芯盒）工作面的尺寸鑄件尺寸鑄造收縮率的影響因素：合金的種類及成分鑄件冷卻、收縮時受到的阻力的大小冷卻條件的差異等因此，要十分準確地給出鑄造收縮率是很困難的如何正確地選擇鑄造收縮率？對于大量生產(chǎn)的鑄件，一般應(yīng)在試生產(chǎn)過程中，對鑄件多次劃線，測定鑄件各部分的實際收縮率，反復(fù)修改木模，直至鑄件尺寸符合鑄件圖樣要求。然后再以實際鑄造收縮率設(shè)計制造金屬模。對于單件、小批量生產(chǎn)的大型鑄件，鑄造收縮率的選取必須有豐富的經(jīng)驗，同時要結(jié)合使用工藝補正量，適當放大加工余量等措施來保證鑄件尺寸達到合格。五、起模斜度

為了方便起模，在模樣、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免損壞砂型或砂芯。這個斜度，稱為起模斜度。

起模斜度應(yīng)在鑄件上沒有結(jié)構(gòu)斜度的、垂直于分型面（分盒面）的表面上應(yīng)用其大小應(yīng)依模樣的起模高度、表面粗糙度以及造型（芯）方法而定。使用起模斜度時應(yīng)注意：起模斜度應(yīng)小于或等于產(chǎn)品圖上所規(guī)定的起模斜度值，以防止零件在裝配或工作中與其它零件相妨礙。

盡量使鑄件內(nèi)、外壁的模樣和芯盒斜度取值相同，方向一致，以使鑄件壁厚均勻。

在非加工面上留起模斜度時，要注意與相配零件的外形一致，保持整臺機器的美觀。

同一鑄件的的起模斜度應(yīng)盡可能只選用一種或兩種斜度，以免加工金屬模時頻繁地更換刀具。起模斜度的形式a)增加鑄件尺寸法b)增加和減少鑄件尺寸法c)減少鑄件尺寸法起模斜度形式的選用

在鑄件不與其它零件配合的非加工面上采用？增加鑄件尺寸法

在鑄件加工面上采用？增加鑄件尺寸法增加和減少鑄件尺寸法減少鑄件尺寸法

在鑄件與其它零件配合的非加工面上采用？增加和減少鑄件尺寸法減少鑄件尺寸法六、最小鑄出孔及槽零件上的孔、槽、臺階等，是鑄出來好，還是機械加工出來好？這應(yīng)從品質(zhì)及經(jīng)濟角度等方面全面考慮。一般說來：

較大的孔、槽等應(yīng)鑄出來，以便節(jié)約金屬和加工工時，同時還可以避免鑄件局部過厚所造成的熱節(jié)，提高鑄件質(zhì)量孔、槽比較小，或鑄件壁很厚，則不宜鑄出孔，直接依靠加工反而更方便有特殊要求的孔，如彎曲孔，無法實行機械加工，則一定要鑄出?？捎勉@頭加工的受制孔（有中心線位置精度要求）最好不鑄出，鑄出后很難保證鑄孔中心位置準確，再用鉆頭擴孔也無法糾正中心位置。生產(chǎn)批量最小鑄出孔直徑d/mm灰鑄鐵件鑄鋼件大量生產(chǎn)12～15成批生產(chǎn)15～3030～50單件、小批量生產(chǎn)30～5050鑄件的最小鑄出孔＊最小鑄出孔直徑指的是毛坯孔直徑七、工藝補正量

在單件、小批量生產(chǎn)中，由于選用的收縮率與鑄件的實際收縮率不符，或由于鑄件產(chǎn)生了變形、操作中的不可避免的誤差（如工藝上允許的錯型偏差、偏芯誤差）等原因，使得加工后的鑄件某些部分的厚度小于圖樣要求尺寸，嚴重時會因強度太弱而報廢。

因工藝需要在鑄件相應(yīng)非加工面上增加的金屬層厚度稱為工藝補正量。工藝補正量可粗略地按下述經(jīng)驗公式來確定式中e工藝補正量L加工面到加工基準面的距離a)大型連桿b)大型鑄鋼齒輪c)大型鑄鋼底座

由于單件生產(chǎn)不能在取得該產(chǎn)品的經(jīng)驗數(shù)據(jù)后再設(shè)計,為了確保鑄件成品而采用工藝補正量。

對于成批、大量生產(chǎn)的鑄件或永久性產(chǎn)品，不應(yīng)使用工藝補正量，而應(yīng)修改模具尺寸。

使用工藝補正量要求有豐富的經(jīng)驗，各種大型鑄件的工藝補正量的經(jīng)驗數(shù)據(jù)都是在一定生產(chǎn)條件下取得的，在使用時應(yīng)仔細分析。八、分型負數(shù)

干砂型、表面烘干型以及尺寸很大的濕型，分型面由于烘烤、修整等原因一般都不很平整，上下型接觸面很不嚴密。為了防止?jié)沧r跑火，合箱前需要在分型面之間墊以石棉繩、泥條或油灰條等，這樣在分型面處明顯地增大了鑄件的尺寸。為了保證鑄件尺寸精確，在擬定工藝時，為抵消鑄件在分型面部位的增厚（垂直于分型面的方向），在模樣上相應(yīng)減去的尺寸,稱為分型負數(shù)。分型負數(shù)的大小和砂箱尺寸、鑄件大小有關(guān)。一般大件，起模后分型面容易損壞，修型烘干后變形量大，所以合型時墊的石棉繩等也厚度大些，故分型負數(shù)也應(yīng)增大。此外，還和工廠習(xí)慣，墊用材料有關(guān)。一般在0.5～6mm之間。干砂型、表面烘干型、自硬砂型以及砂箱尺寸超過2m以上的濕型才應(yīng)用分型負數(shù)。濕型分型負數(shù)一般較小。模樣的分型負數(shù)的幾種留法(圖中打叉部分為芯頭模樣)a)兩半模樣都留負數(shù)b)上半模樣都留負數(shù)c)下半模樣都留負數(shù)砂箱平均輪廓尺寸（）/mm分型負數(shù)a/mmⅠⅡ≤80012801~1500231501~2000342001~300045＞3000562長＋寬模樣的分型負數(shù)注：1.Ⅰ適用于工藝裝備好、成批生產(chǎn)的干砂型、表干型

Ⅱ適用于工藝裝備差、單件生產(chǎn)的干砂型

2.采用流態(tài)砂、水玻璃砂、化學(xué)自硬砂、固化后起模者，分型負數(shù)應(yīng)減小九、反變形量設(shè)計要求的鑄造較大的平板類、床身類鑄件時，由于冷卻速度的不均勻性，鑄件冷卻后常出現(xiàn)變形。為了解決撓曲變形問題，在制造模洋時，按鑄件可能產(chǎn)生變形的相反方向作出反變形模樣，使鑄件冷卻后變形的結(jié)果正好將反變形抵消，得到符合鑄件。

這種在模樣上作出的預(yù)變形量稱為反變形量（又稱反撓度、反彎勢、假曲率）。影響反變形量的因素:合金性能鑄件結(jié)構(gòu)和尺寸澆冒口系統(tǒng)的布局澆注溫度、速度打箱清理溫度造型方法砂型剛度歸納起來有兩方面：一是鑄件冷卻時的溫度場的變化二是導(dǎo)致鑄件變形的殘余應(yīng)力的分布如何判斷鑄件的變形方向？鑄件冷卻緩慢的一側(cè)必定受拉應(yīng)力而產(chǎn)生內(nèi)凹變形冷卻較快的一側(cè)必定受壓應(yīng)力而發(fā)生外凸變型例如各種床身導(dǎo)軌處都較厚大，因此軌面總是產(chǎn)生下凹變形再如下圖所示箱體，壁厚雖均勻，但內(nèi)部冷卻慢，外部冷卻快，因此壁發(fā)生向外凸出變形，模樣反變形量應(yīng)向內(nèi)側(cè)凸起。箱體反變形量方向一般中小鑄件壁厚差別不大且結(jié)構(gòu)上剛度較大時，不必留反變形量。使用反變形量的鑄件主要有：大的床身類、平臺類大型鑄鋼箱體類細長的紡織零件（如龍肋、胸梁等）反變形量的形式如下圖所示：a)月牙形b)竹節(jié)形c)三角形十、砂芯負數(shù)（砂芯減量）

大型粘土砂芯在舂砂過程中砂芯向四周漲開，刷涂料以及在烘干過程中發(fā)生的變形，使砂芯四周尺寸增加。為了保證鑄件尺寸準確，將芯盒的長、寬尺寸減去一定量，這個被減去的尺寸稱為砂芯負數(shù)。

砂芯負數(shù)只應(yīng)用于大型粘土砂芯，其數(shù)值依工廠實際經(jīng)驗確定。

流態(tài)砂芯、自硬砂芯、殼芯、熱芯盒砂芯及小的粘土砂芯均不采用砂芯負數(shù)。砂芯尺寸300~500500～800800～12001200～15001500～20002000～2500>2500砂芯負數(shù)1.5~22~33~44~55~66~77鑄鋼件的砂芯負數(shù)(mm)注：1、砂芯尺寸是指與舂砂方向垂直的最大輪廓尺寸2、當砂芯高度（指舂砂方向）大于寬度2倍時，可取下限，當砂芯高度與寬度相近時采用上限3、圓柱形砂芯應(yīng)較表中數(shù)值減少1/2～1/3十一、非加工壁厚的負余量

在手工粘土砂造型、制芯過程中，為了取出木模（如芯盒中的肋板），要進行敲模，木模受潮時將發(fā)生膨脹，這些情況均會使型腔尺寸擴大，從而造成非加工壁厚的增加，使鑄件尺寸和重量超過公差要求。為了保證鑄件尺寸的準確性，凡形成非加工壁厚的木?；蛐竞袃?nèi)的肋板厚度尺寸應(yīng)該減小，即小于圖樣尺寸。所減小的厚度尺寸稱為非加工壁厚的負余量鑄件重量鑄件壁厚≤78～1011～1516～2021~3031~4041~5051~6061~8081~100≤50kg-0.5-0.5-0.5-1.551~100kg-1.0-1.0-1.0-1.0-1.5-2.0101～250kg-1.0-1.5-1.5-2.0-2.0-2.5251～500kg-1.5-1.5-2.0-2.5-2.5-3.0501～1000kg-2.0-2.5-2.5-3.0-3.5-4.0-4.51～3t-2.0-2.5-3.0-3.5-4.0-4.5-4.53～5t-3.0-3.0-3.5-4.0-4.5-5.05～10t-3.0-3.5-4.0-4.5-5.0-5.5＞10t-4.0-4.5-5.0-5.5-6.0非加工壁厚的負余量下表為非加工壁厚的負余量經(jīng)驗數(shù)據(jù)，適用于手工造型、制芯十二、分芯負數(shù)

對于分段制造的長砂芯或分開制造的大砂芯，在接縫處應(yīng)留出分芯間隙量，即在砂芯的分開面處，將砂芯尺寸減去間隙尺寸，被減去的尺寸，稱為分芯負數(shù)。

分芯負數(shù)是為了砂芯的拼合及下芯方便而采用的。不留分芯負數(shù)，就必須用手工磨出間隙量，這將延長工時并惡化勞動條件。分芯負數(shù)可以留在相鄰的兩個砂芯上，每個砂芯各留一半；也可留在指定的一側(cè)的砂芯上。根據(jù)砂芯接合面的大小一般留1～3mm。分芯負數(shù)多用于手工造芯的大砂芯