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1、1.3 鑄造工藝設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計,鑄造工藝設(shè)計是根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)條件等，確定鑄造方案和工藝參數(shù)，繪制工藝圖，編制工藝卡和工藝規(guī)程等。,鑄造工藝設(shè)計包括：,鑄件的澆注位置 鑄型分型面 鑄造工藝參數(shù) ,1）澆注位置的選擇,鑄件的重要加工面或主要的工作面應(yīng)朝下或位于側(cè)面； 鑄件的大平面應(yīng)朝下； 面積較大的薄壁部分置于鑄型下部或側(cè)面； 鑄件易產(chǎn)生縮孔的厚大部分應(yīng)放在上部或側(cè)面，便于安放冒口，使鑄件自下而上順序凝固。,澆注位置澆注時鑄件在鑄型中的空間位置。,1.3.1 澆注位置與分型面,車床床身,圖中機床床身導(dǎo)軌是主要工作面，澆注時應(yīng)朝下。,在液體澆注過程中，其中的氣體和熔渣往

2、上浮； 由于靜壓力較小，使鑄件上部組織不如下部的致密。,卷揚筒,主要加工面為外圓柱面，采用立式澆注，卷筒的全部圓周表面位于側(cè)位。,充型過程中，灼熱的金屬液會對砂型上表面有強烈的熱輻射作用，使該表面的型砂拱起或開裂，導(dǎo)致金屬液鉆進裂縫處，這將使鑄件的該表面產(chǎn)生夾砂缺陷。,,大平面澆注位置,箱蓋的澆注位置比較,圖 (b)所示的箱蓋鑄件，薄壁部分置于鑄型上部，易產(chǎn)生澆不足、冷隔等缺陷。改置于圖(a)所示位置后，薄壁部分置于鑄型下部，可避免出現(xiàn)上述缺陷。,2）鑄型分型面的選擇:,分型面為兩半鑄型相互接觸面。分型面選擇是否合理，對鑄件的質(zhì)量影響很大。選擇不當(dāng)還將使制模、造型、造芯、合型、清理、甚至切削加

3、工等工序復(fù)雜化。分型面的選擇應(yīng)在保證鑄件質(zhì)量的前提下，使造型工藝盡量簡化。,盡量使鑄件全部或大部置于同一砂箱，以 保證鑄件的精度； 盡量使鑄件的加工面和加工基準處于同一砂箱； (3) 盡量減少分型面的數(shù)量，分型面應(yīng)盡量平直； 分型面的選擇應(yīng)盡量減少型芯和活塊的數(shù)量，以 簡化制模、造型等工序。 (5) 盡量使型腔及主要型芯位于下型。 (6) 為了便于起模，分型面應(yīng)選在鑄件的最大截面 。,分型面選擇原則:,床身鑄件的分型方案,應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)量,鑄件圖所示的三通鑄件其內(nèi)腔必須采用一個T字型芯來形成； 當(dāng)中心線ab呈垂直時，鑄型必須有三個分型面； 當(dāng)中心線cd呈垂直時，鑄型有兩個分型面，

4、當(dāng)中心線ab與cd都呈水平位置時，鑄型只有一個分型面。,分型面應(yīng)盡量平直,圖為起重臂分型面的選擇，按圖 (a)分型，必須采用挖砂造型；采用圖(b)方案分開，可采用分模造型，使造型工藝簡化。,輪形鑄件在批量不大的生產(chǎn)條件下，多采用三箱造型；但在大批量生產(chǎn)條件下，采用機器造型時，需采用環(huán)狀型芯。,避免使用活塊,未延伸凸臺 延伸凸臺,如圖(a)所示凸臺均妨礙起模，必須采用活塊或增加型芯來克服。改成圖(b)的結(jié)構(gòu)避免了活塊和砂芯，起摸方便，簡化造型。,機械加工余量---應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)批量、合金種類、鑄件尺寸、加工面的位置、澆注位置等確定。,1.3.2 鑄造工藝參數(shù)確定,鑄件的機械加工余量是

5、指為進行機械加工而增大的尺寸。零件圖上所有標注粗糙度符號的表面均需機械加工，均應(yīng)標注機械加工余量。 鑄鋼件表面粗糙、變形較大，其加工余量應(yīng)比鑄鐵件大； 有色合金鑄件表面較光潔、平整，其加工余量要小些； 鑄鐵件中灰鑄鐵件的加工余量較可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵的要小。,機械造型的鑄件比手工造型的精度高，故加工余量要小些； 鑄件的尺寸愈大或加工面與基準面間的距離愈大，由于鑄件尺寸誤差增大，機械加工余量也隨之加大； 由于鑄件的上表面比其底面和側(cè)面更易產(chǎn)生缺陷，故加工余量應(yīng)比底面和側(cè)面的大。,收縮余量---按合金收縮率放大模樣尺寸。,在制造模型或芯盒時，應(yīng)根據(jù)鑄造合金收縮率的大小，將模型或芯盒放大，以保證該合金

6、的鑄件冷卻至室溫時能符合尺寸要求。 鑄造合金收縮率的大小，隨鑄造合金種類、成分及鑄件的尺寸和結(jié)構(gòu)的不同而改變。通?；诣T鐵的收縮率為0.71.0%；鑄鋼的為1.52.0%；有色合金的為1.01.5%。,拔模斜度---為便于起模，凡垂直于分型面的立壁在制造模型時必需留拔模斜度。,造型和制芯時，為了很方便地把模型從鑄型中或芯子從芯盒中取出，在起模方向上做出一定的斜度。 拔模斜度的大小取決于該垂直壁的高度、造型方法及表面粗糙度等因素。 隨垂直壁高度的增加，其拔模斜度應(yīng)減??；機器造型的拔模斜度較手工造型的小；外壁的拔模斜度也小于內(nèi)壁的。,拔模斜度---為便于起模，凡垂直于分型面的立壁在制造模型時必需留拔

7、模斜度。,型芯頭---型芯端頭的延伸部位，芯頭須留有一定斜度。 最小鑄出孔及槽---鑄件的孔、槽是否鑄出，應(yīng)從工藝、質(zhì)量及經(jīng)濟上考慮。較大的孔、槽應(yīng)當(dāng)鑄出，以減少切削加工工時，節(jié)約金屬材料，同時也可減小鑄件上的熱節(jié)；孔、槽較小而壁較厚，則不易鑄出，直接加工。,支座,方案 沿底版中心分型。軸孔下芯方便，但底版上四個凸臺必須采用活塊且鑄件在上、下箱各半。,方案 沿底面分型，鑄件全部在下箱，不會產(chǎn)生錯箱，鑄件易清理。但軸孔內(nèi)凸臺必須采用活塊或下芯且軸孔難以鑄出。,實例分析,1.3.2 鑄造工藝簡圖繪制,鑄造工藝圖---是在零件圖上用各種工藝符號表示出鑄造工藝方案和工藝參數(shù)的圖形,,1）常用鑄造工藝符

8、號及表示方法,首先要考慮這個零件有 幾種可能的分型方案,對澆注位置的選擇,鑄型分型面選擇,繪制方法,,繪圖要領(lǐng),分型面的選擇,澆注位置畫法(上和下),工藝參數(shù)定性給出即可,,2）典型零件工藝分析,凡加工表面均應(yīng)加余量,余量大小注在粗糙度符號上,分型面、澆注位置,50,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,66,,10,30,,,,,+3,+3,+3,+3,+4,,,,,,,,,,,鑄造圓角R35,收縮率1%,拔模斜度：為便于起摸，在模型的垂直于分型面的表面上設(shè)置的斜度,支座鑄造工藝圖,鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性是指所設(shè)計的零件采用鑄造方法生產(chǎn)的方便性，即是否容易鑄造。 零件的結(jié)

9、構(gòu)應(yīng)符合鑄造生產(chǎn)的要求；易于保證鑄件品質(zhì)，簡化鑄造工藝工程、降低成本。,1.4 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性,（一）鑄件壁的設(shè)計,（1）鑄件應(yīng)有合理的壁厚； （2）鑄件的壁厚應(yīng)盡可能的均勻； （3）按順序凝固原則設(shè)計鑄件結(jié)構(gòu) 對于收縮大的合金材料壁厚分布，應(yīng)符合順序凝固原則，便于合金的補縮防止產(chǎn)生縮孔與縮松缺陷；,1.4.1 合金鑄造性能對鑄件結(jié)構(gòu)的要求,頂蓋鑄件的設(shè)計,閥體鑄件的設(shè)計,壁厚有差別時鑄件的設(shè)計,,,,圖(a)所示各部分冷卻速度不同，易形成熱應(yīng)力，致使鑄件簿壁與厚壁連接處產(chǎn)生裂紋。厚壁處易形成縮孔、縮松。 在設(shè)計鑄件時，應(yīng)盡可能使壁厚均勻，以防止上述缺陷產(chǎn)生，如圖(b)所示。,鑄件壁厚應(yīng)均

10、勻,（二）鑄件壁的連接,(2) 壁與壁之間應(yīng)避免銳角連接，以減小熱節(jié)和內(nèi)應(yīng)力。 (3) 厚壁與薄壁的連接應(yīng)逐步過渡，以防止應(yīng)力集中。 (4) 壁與壁之間應(yīng)避免交叉。對中、小型鑄件壁與壁的連接，應(yīng)設(shè)計成交錯接頭；對大型鑄件可采用環(huán)狀接頭。,鑄件兩壁的直角連接，會在直角處形成金屬的局部積聚，內(nèi)側(cè)散熱條件差，容易形成縮孔和縮松。,(1) 設(shè)計結(jié)構(gòu)圓角,（二）鑄件壁的連接,為了減少熱節(jié)和防止鑄件產(chǎn)生縮孔與縮松，鑄件壁應(yīng)避免交叉連接和銳角連接。中、小鑄件可采用交錯接頭，大鑄件宜用環(huán)形接頭,(2) 壁與壁之間應(yīng)避免銳角連接，以減小熱節(jié)和內(nèi)應(yīng)力。,減少鑄件中的應(yīng)力集中現(xiàn)象，防止產(chǎn)生裂紋,(3) 厚壁與薄壁的

11、連接應(yīng)逐步過渡，以防止應(yīng)力集中。,1.鑄件的結(jié)構(gòu)是否使鑄件的收縮受阻,輪輻的設(shè)計方案,鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量減少鑄件收縮受阻，防止變形和裂紋,（三）其它避免變形、開裂問題的解決,輪輻為偶數(shù)、直線型，對于線收縮很大的合金，會因應(yīng)力過大而產(chǎn)生裂紋。改為奇數(shù)輪輻，或帶孔輻板和彎曲輪輻 ，可借輪輻和輪緣的微量變形來減少應(yīng)力，防止裂紋。,大平面傾斜結(jié)構(gòu),大平面的設(shè)計,鑄造斜度,2.應(yīng)盡量避免設(shè)計過大面積水平面的鑄件,將水平壁改成傾斜壁，就可防止熔融金屬上升較慢，否則不利于合金的充型，易產(chǎn)生澆不到、冷隔等缺陷。,3.對于較長易撓曲的梁形鑄件，應(yīng)將其截面設(shè)計成對稱截面。,如圖 (a)所示的鑄鋼梁，由于受較大熱應(yīng)力，

12、產(chǎn)生了變形，改成(b)工字截面后，雖然壁厚仍不均勻，但變形減小。,設(shè)計細長類、大平板鑄件時，不應(yīng)忽視截面形狀的選擇,4.鑄件上易產(chǎn)生變形或裂紋的部位，設(shè)計加強 筋結(jié)構(gòu)，防止變形。,圖(a)所示薄而大的平板、收縮時易發(fā)生翹曲變形，加上幾條筋之后便可避免翹曲變形，如圖(b)所示。,加強筋設(shè)計,消除鑄件大截面，防止鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松；,,筋的作用：防止變形 ，增加鑄件的剛度和強度,加強筋設(shè)計,消除鑄件的熱裂，防止鑄件產(chǎn)生裂紋；,防裂筋的方向與收縮應(yīng)力方向一致，而且筋的厚度應(yīng)為連接壁厚的3413。,加強筋設(shè)計,設(shè)計鑄鐵件的加強筋時，應(yīng)使筋處于受壓狀態(tài)下使用；筋的尺寸應(yīng)適當(dāng)： 筋的設(shè)計不能過高或過

13、薄，否則在筋與鑄件本體的連接處易產(chǎn)生裂紋鑄鐵件還易形成白口。 處于鑄件內(nèi)腔的筋，散熱條件較差，應(yīng)比表面筋設(shè)計得薄些。一般外表面上加強筋的厚度為本體厚度的0.8倍，內(nèi)腔加強筋的厚度為本體厚度的0.60.7倍。,1.4.2 鑄造工藝對鑄件結(jié)構(gòu)的要求,（一）鑄件的外形便于起模 1、避免外部側(cè)凹和凸起 2、盡量使分型面平直 3、凸臺、筋條結(jié)構(gòu)應(yīng)便于起模 4、應(yīng)具有結(jié)構(gòu)斜度 （二）鑄件的內(nèi)腔 1、不用或少用型芯和活塊 2、有利于型芯的定位、排氣和清理,1、避免鑄件的外形有側(cè)凹。,（一）鑄件的外形便于起模,,如圖 (a)所示的端蓋，由于存有法蘭凸緣，鑄件產(chǎn)生了側(cè)凹，使鑄件具有兩個分型面，

14、所以常需采用三箱造型，或者增加環(huán)狀外型芯，使造型工藝復(fù)雜。 圖(b)所示為改進設(shè)計后，取消了上部法蘭凸緣，使鑄件僅有一個分型面，因而便于造型。,如圖 (a)所示的托架，原設(shè)計時忽略了分型面盡量平直的要求，在分型面上增加了外圓角，結(jié)果只得采用挖砂(或假箱)造型。 圖(b)為改進后的結(jié)構(gòu)，便可采用簡易的整模造型。,2 、盡可能使分型面為平面，去掉不必要的外圓角。,如圖 (a)和 (b)所示凸臺均妨礙起模，必須采用活塊或增加型芯來克服。 改成(c)、(d)的結(jié)構(gòu)避免了活塊和砂芯，起摸方便，簡化造型。,3、凸臺、筋條結(jié)構(gòu)應(yīng)便于起模,4、在鑄件上設(shè)計結(jié)構(gòu)斜度,在鑄件的所有垂直于分型面的非加工面上，應(yīng)設(shè)計有結(jié)構(gòu)斜度。 如果沒有結(jié)構(gòu)斜度的，鑄造工藝人員應(yīng)鑄造前給出拔模斜度。 結(jié)構(gòu)斜度的大小，隨垂直壁的高度而異。高度愈小，斜度愈大；內(nèi)側(cè)面的斜度應(yīng)大于外側(cè)面的。 鑄件的結(jié)構(gòu)斜度與拔模斜度不同，前者由設(shè)計零件的人確定，且斜度值較大；后者由鑄造工藝人員在繪制鑄造工藝圖時設(shè)計，且只對沒有結(jié)構(gòu)斜度的立壁給予較小的角度（0.53.0）。,鑄件要有結(jié)構(gòu)斜度,,鑄件上垂直于分型面的不加工表面，最好具有結(jié)構(gòu)斜度，這樣起模省力，鑄件精度高。,1.鑄件內(nèi)腔盡量不用或少用型芯，以簡化鑄造工藝,（二）鑄件的內(nèi)腔,以垛代砂芯,2.當(dāng)鑄件的內(nèi)腔較復(fù)雜、需用型芯形成時，應(yīng)考慮好型芯的穩(wěn)固、排氣順暢和清理方便。,