《鑄造工藝學(xué)》實驗指導(dǎo)書

鑄造工藝學(xué)《鑄造工藝學(xué)》指導(dǎo)書（材料科學(xué)與工程專業(yè)）院系專業(yè)班級學(xué)號姓名成績材料與環(huán)境工程學(xué)院材料科學(xué)與工程教研室2022年3月前言本課程是材料科學(xué)與工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)實踐課程。實驗和試驗研究是工科大學(xué)生必備的知識能力，也是學(xué)習(xí)知識、掌握技能的重要環(huán)節(jié)。材料科學(xué)與工程專業(yè)要求培養(yǎng)的學(xué)生既有較深厚的理論知識，又有多方面的動手試驗研究能力。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)分別屬于幾門課程，不僅相互聯(lián)系不夠密切，而且有部分重復(fù)內(nèi)容。因此本課程的目的是為了使實驗教學(xué)既與課程相聯(lián)系，又有實驗教學(xué)的獨特性，同時滿足開放實驗室對實驗教學(xué)的要求。根據(jù)應(yīng)用型本科專業(yè)發(fā)展的需要，本實驗教材中特別安排以培養(yǎng)學(xué)生實驗研究能力、動手、創(chuàng)新能力為目的的綜合性實驗。實驗既介紹了實驗?zāi)康?、基本原理與實驗內(nèi)容，同時結(jié)合課本知識，解決實際問題時提出自己的想法。本實驗主要內(nèi)容為根據(jù)所學(xué)知識，針對具體的一個鑄件，設(shè)計出具體澆鑄系統(tǒng)，滿足生產(chǎn)的需要。訓(xùn)練學(xué)生綜合運用所學(xué)的專業(yè)理論知識，指導(dǎo)解決實際問題的能力，使學(xué)生更深入地理解澆注系統(tǒng)設(shè)計與零件結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，增強理論和實踐的聯(lián)系，進(jìn)一步訓(xùn)練學(xué)生的動手能力和從事科學(xué)研究的基本思路和方法，為學(xué)生的畢業(yè)論文設(shè)計和以后的工作學(xué)習(xí)打下一個堅實的基礎(chǔ)。

實驗一澆注系統(tǒng)設(shè)計實驗?zāi)康?.了解鑄造生產(chǎn)工藝過程及其特點；2.了解砂型的結(jié)構(gòu)，了解零件、模樣和鑄件之間的關(guān)系；3.了解澆注系統(tǒng)設(shè)計的一般原則；4.根據(jù)具體實物設(shè)計出合適的一套澆注系統(tǒng)。實驗原理1澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)是為金屬液流入型腔而開設(shè)于鑄型中的一系列通道。其作用是：①平穩(wěn)、迅速地注入金屬液；②阻止熔渣、砂粒等進(jìn)入型腔；③調(diào)節(jié)鑄件各部分溫度，補充金屬液在冷卻和凝固時的體積收縮。正確地設(shè)置澆注系統(tǒng)，對保證鑄件質(zhì)量、降低金屬的消耗量有重要的意義。若澆注系統(tǒng)不合理，鑄件易產(chǎn)生沖砂、砂眼、渣孔、澆不到、氣孔和縮孔等缺陷。典型的澆注系統(tǒng)由外澆口、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道四部分組成，如圖1-1所示。對形狀簡單的小鑄件可以省略橫澆道。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直澆道它是連接外澆口與橫澆道的垂直通道。改變直澆道的高度可以改變金屬液的靜壓力大小和改變金屬液的流動速度，從而改變液態(tài)金屬的充型能力。如果直澆道的高度或直徑太大，會使鑄件產(chǎn)生澆不足的現(xiàn)象。為便于取出直澆道棒，直澆道一般做成上大下小的圓錐形。③橫澆道它是將直澆道的金屬液引入內(nèi)澆道的水平通道，一圖1-1典型澆注系統(tǒng)般開設(shè)在砂型的分型面上，其截面形狀一般是高梯形，并位于內(nèi)澆道的上面。橫澆道的主要作用是分配金屬液進(jìn)入內(nèi)澆道和起擋渣作用。④內(nèi)澆道它是直接與型腔相連，并能調(diào)節(jié)金屬液流入型腔的方向和速度、調(diào)節(jié)鑄件各部分的冷卻速度。內(nèi)澆道的截面形狀一般是扁梯形和月牙形，也可為三角形。冒口常見的縮孔、縮松等缺陷是由于鑄件冷卻凝固時體積收縮而產(chǎn)生的。為防止縮孔和縮松，往往在鑄件的頂部或厚實部位設(shè)置冒口。冒口是指在鑄型內(nèi)特設(shè)的空腔及注入該空腔的金屬。冒口中的金屬液可不斷地補充鑄件的收縮，從而使鑄件避免出現(xiàn)縮孔、縮松。冒口是多余部分，清理時要切除掉。冒口除了補縮作用外，還有排氣和集渣的作用。澆注系統(tǒng)設(shè)計首先應(yīng)正確地選擇澆鑄系統(tǒng)的類型及開設(shè)位置，要根據(jù)具體情況認(rèn)真研究，對各種可能方案進(jìn)行反復(fù)比較，要能保證又足夠的空間開設(shè)澆口和冒口系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上還要確定澆注系統(tǒng)各組元的合理尺寸及其之間的比例關(guān)系，這兩方面相互依存，某一方失誤將帶來不良的結(jié)果。澆鑄位置的選擇主要有以下幾種情況：從鑄件薄壁處引入：適用于收縮不大的合金，如灰鑄鐵等。從鑄件厚壁處引入：適用于有一定壁厚差而凝固時合金的收縮量較大的鑄件，如鑄鋼等。內(nèi)澆道盡可能不開設(shè)在鑄件重要的部位；金屬液經(jīng)過內(nèi)澆口，容易造成內(nèi)澆口附件鑄型局部過熱，造成該部分鑄件晶粒粗大，影響質(zhì)量。內(nèi)澆道要引導(dǎo)液流不正面沖擊鑄型型壁或砂芯，或者型腔中薄弱的凸出部分。澆注系統(tǒng)的位置選擇，應(yīng)該使金屬液在型腔內(nèi)流動的路程盡可能短，避免因澆道過長，金屬液的溫度降低而造成的澆不足的現(xiàn)象。內(nèi)澆道開在非加工面上時，要盡可能開在隱蔽的，不易看到的或容易打磨的地方。盡可能保持鑄件外表的美觀。此外，開設(shè)澆注系統(tǒng)時要注意使之容易脫箱。澆筑時間的計算，液態(tài)金屬從開始進(jìn)入鑄型到充滿鑄型所經(jīng)歷的時間叫做澆鑄時間（用來表示）。合適的澆鑄時間與鑄件結(jié)構(gòu)、鑄型工藝條件，合金種類及選用的澆注系統(tǒng)類型等有關(guān)。計算10t以下各類鑄鐵件的澆鑄時間，常用公式為：（1-1）其中：——澆鑄時間（s）G——包括冒口在內(nèi)的鑄件總重量（kg）——鑄件壁厚（mm），對于壁厚寬度大于4倍的鑄件，即為壁厚，對于圓形或正方形的鑄件，取其直徑或邊長的一半，對壁厚不均勻的鑄件，可以取平均壁厚、主要壁厚、最小壁厚。S1——系數(shù)。對于普通灰鐵取2.0，鑄鋼件取1.3-1.5.計算所得的澆鑄時間是否合適，通常以鑄型內(nèi)金屬液面上升速度來驗證，以免金屬液面上產(chǎn)生較厚氧化層，造成氣孔，夾渣等缺陷。鑄件允許的最小液面上升速度見表1-1表1-1鑄型內(nèi)鐵液面允許的最小上升速度鑄型內(nèi)鐵液面上升的速度可以按式（1-2）計算其中：C——鑄件的最低點到最高點的距離，按澆鑄時間的位置確定（mm）——澆鑄時間（s）按上式求得的上升速度如低于允許的最小上升速度時，就要強行縮短澆筑時間，或調(diào)整鑄件澆鑄的位置，以免高度紊流而造成大量氧化夾渣。阻流元件（或內(nèi)澆道）截面積的計算及各組元之間的比例關(guān)系的確定。阻流組元截面大小實際上反應(yīng)了澆鑄時間的長短，在一定壓頭下阻流截面大，澆鑄時間九短，所以阻流截面的大小對鑄件質(zhì)量的影響與澆鑄時間的長短一致。生產(chǎn)中，確定阻流截面尺寸的方法和實用圖、表大多都來自于以水力學(xué)原理為基礎(chǔ)的。水力學(xué)計算法，把金屬液看成普通流體，澆注系統(tǒng)視為充滿流動金屬液的管子，根據(jù)流量方程和伯努利方程可推導(dǎo)出鑄件澆鑄系統(tǒng)阻流截面面積的計算公式（1-3）。其中：F阻——內(nèi)澆道截面積（cm2）；G——流經(jīng)阻流面積的金屬液總重量（kg）；——流量系數(shù)；——充滿型腔的總時間（s）H均——充填型腔的平均計算靜壓頭（cm）。對于封閉式澆注系統(tǒng)，注入位置主要有以下幾種類型：頂注式底注式中間注入實例：圖示是支承輪鑄造工藝圖。材料HT200，鑄件質(zhì)量約19kg，輪廓尺寸φ300mm×100mm，生產(chǎn)批量為單件。（1）從圖紙上可以看出，該鑄件外形結(jié)構(gòu)為旋轉(zhuǎn)體，輻板下有三根加強肋并與φ40孔形成六等分均布，外形較為簡單。主要壁厚為35mm。雖然輪緣略厚些，但主要熱節(jié)處是輪轂。另外輪轂部位φ40的孔加工精度高，輪轂孔需下一個型芯。該鑄件應(yīng)注意防止輪轂部位產(chǎn)生縮孔和氣孔。(2)造型方法支承輪鑄件采用兩箱造型。輻板上三個通孔由1#型芯和上型吊砂形成，中間輪轂孔由2#型芯形成。(3)分型面的確定分型面位置如圖2-23所示。整個鑄型的大部分都處于下型，上型只是φ240mm×16mm的凸砂型和100mm×31mm的輪轂凹砂型。這樣分型既便于下芯，又便于開設(shè)澆冒口。

根據(jù)圖示，確定以下內(nèi)容并回答問題。在圖示中用鉛筆標(biāo)注鑄件的澆注系統(tǒng)與冒