铸造工艺方案的确定第五章

铸造工艺学第五章铸造工艺方案的确定第五章铸造工艺方案的确定零件结构分析5.1铸造工艺方案分析5.1.2.2思考与练习？5.1零件结构分析铸件质量对零件结构的要求5.1.15.1.2零件结构的铸造工艺工艺分析5.1.25.1.1铸件质量对零件结构的要求1、铸件应有合适的壁厚合金种类铸件轮廓尺寸200200～400400～800800～12501250～20002000碳素铸钢89111416～1820低合金钢8～99～1012162025高锰钢8～91012162025不锈钢、耐热钢8～1010～1212～1616～2020～25灰铸铁3～44～55～66～88～1010～12孕育铸铁（HT300以上）5～66～88～1010～1212～1616～20球墨铸铁3～44～88～1010～1212～1414～6表1砂型铸造时铸件最小允许壁厚单位：mm5.1.1铸件质量对零件结构的要求合金种类铸件轮廓尺寸200200～400400～800800～12501250～20002000高磷铸铁22可锻铸铁2.5～3.53～43.5～4.54～5.55～76～8铝合金334～55～66～88～10黄铜667788锡青铜356788无锡青铜6678810镁合金4456810锌合金345.1.1铸件质量对零件结构的要求图2-1采用加强肋减小铸件壁厚（a）不合理（b）合理2、铸件的临界壁厚5.1.1铸件质量对零件结构的要求3、铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意壁厚过渡和圆角图5-2铸造园角结构的改进（a）不合理（b）合理4、壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节图5-3壁厚力求均匀（a）不合理（b）合理轮辐及辐板的改进设计5.1.1铸件质量对零件结构的要求图5-4均匀壁厚避免形成大热节a）不合理b）合理5.1.1铸件质量对零件结构的要求壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节图壁厚力求均匀（a）不合理（b）合理5.1.1铸件质量对零件结构的要求5、铸件内壁应薄于外壁合金种类铸铁件铸钢件铸铝件铸钢件内壁比外壁应减薄的值10%～20%20%～30%10%～20%15%～20%表2砂型铸造铸件的内外壁厚相差值5.1.1铸件质量对零件结构的要求图5-5铸钢件结构的改进（a）不合理（b）合理5.1.1铸件质量对零件结构的要求6、利于补缩和实现顺序凝固图2-5合金钢壳体结构改进（a）不合理（b）合理5.1.1铸件质量对零件结构的要求7、防止铸件翘曲变形图2-6防止变形的铸件结构（a）不合理（b）合理5.1.1铸件质量对零件结构的要求8、避免浇注位置上有水平的大平面结构图2-7避免水平壁的铸件结构（a）不合理（b）合理5.1.2零件结构的铸造工艺工艺分析1、改进妨碍起模的凸台、凸缘和肋板的结构图5-9外壁内凹的框形件a）不合理b）合理图5-5改进妨碍起模的铸件结构a）不合理b）合理5.1.2零件结构的铸造工艺工艺分析2、取消铸件外表侧凹图带有外表侧凹的铸件结构之改进（a）不合理（b）合理5.1.2零件结构的铸造工艺工艺分析3、改进铸件内腔结构以减少砂芯图铸件内腔结构的改进（a）不合理（b）合理5.1.2零件结构的铸造工艺工艺分析3、改进铸件内腔结构以减少砂芯3、改进铸件内腔结构以减少砂芯194减少和简化分型面。20图简化分型面的铸件结构（a）不合理（b）合理5.1.2零件结构的铸造工艺工艺分析图改进结构减少分型面（a）不合理（b）合理5.1.2零件结构的铸造工艺工艺分析5、有利于砂芯的固定和排气图撑架结构的改进（a）不合理（b）合理1-轴孔砂芯2-悬臂砂芯图活塞结构的改进（a）不合理（b）合理5.1.2零件结构的铸造工艺工艺分析6、减少清理铸件的工作量图2-15铸钢箱体结构的改进（a）不合理（b）合理5.1.2零件结构的铸造工艺工艺分析7、简化模具的制造图阀体结构的改进（1）不合理（2）合理5.1.2零件结构的铸造工艺工艺分析8、大型复杂件的分体铸造和简单小件的联合铸造图分体铸造的床身结构（a）整体方案（b）分体方案5.1.2零件结构的铸造工艺工艺分析8、大型复杂件的分体铸造和简单小件的联合铸造图铸焊结构的轧钢机架5.2铸造工艺方案分析造型、造芯方法的选择5.2.1浇注位置的选择5.2.2分型面的选择5.2.3砂型中铸件数目的确定5.2.45.2.1造型、造芯方法的选择1、优先采用湿型在考虑应用湿型时应注意以下情况：a.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。b.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。c.造型过程长或需长时间等待浇注的砂型不宜用湿型。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。d.型内放置冷铁较多时，应避免使用湿型。如果湿型内有冷铁时，冷铁应事先预热，放入型内要及时合箱浇注，以免冷铁生锈或变冷二凝结“水珠”，浇注后引起气孔缺陷。5.2.1造型、造芯方法的选择2、造型、造芯方法应和生产批量相适应大量生产的工厂应创造条件采用技术先进的造型、造芯方法、老式的震击式或震压式造型机生产线生产率不够高，工人劳动强度大，噪声大，不适应大量生产的要求，应逐步加以改造。对于小型铸件，可以采用水平分型或垂直分型的无箱高压造型机生产线、实型造型线生产效率又高，占地面积也少；对于中件可选用各种有箱高压造型机生产线、气冲造型线。为适应快速、高精度造型生产线的要求，可选用冷芯盒、热芯盒及壳芯等造芯方法。中等批量的大型铸件可以考虑应用树脂自硬砂造型和造芯、抛砂造型等。单件小批生产的重型铸件，手工造型仍是重要的方法，手工造型能适应各种复杂的要求，比较灵活，不要求很多工艺装备。可以应用水玻璃砂型、VRH法水玻璃砂型、有机酯水玻璃自硬砂型、黏土干型、树脂自硬砂型及水泥砂型等；对于单件生产的重型铸件，采用地坑造型法成本低、投产快。批量生产或长期生产的定型产品采用多箱造型、劈箱造型法比较适宜。虽然模具、砂箱等开始投资高，但可从节约造型工时、提高产品质量方面得到补偿。5.2.1造型、造芯方法的选择3、造型方法应适合工厂条件如有的工厂生产大型机床床身等铸件，多采用组芯造型法。着重考虑设计、制造芯盒的通用化问题，不制作模样和砂箱，在地坑中组芯；而另外的工厂则采用砂箱造型法，制作模样。不同的工厂生产条件、生产习惯、所积累的经验各不一样。如果车间内有吊车的吨位小、烘干炉也小，而需要制作大件时，用组芯造型法是行之有效的。每个铸工车间只有很少的几种造型、造芯方法，所选择的方法应切合现场实际条件。5.2.1造型、造芯方法的选择4、要兼顾铸件的精度要求和成本各种造型、造芯方法所获得的铸件精度不同，初投资和生产率也不一致，最终的经济效率也有差异。因此，要做到多、快、好、省，就应当兼顾到各个方面。应对所选用的造型方法进行初步的成本估算，以确定经济效率高又能保证铸件要求的造型、造芯方法。5.2.1造型、造芯方法的选择5、常用造型制芯方法及其特点铸型种类主要特点应用情况干型水分少，强度高，透气性好，成本高，劳动条件差，不易实现机械化和自动化结构复杂，质量要求高，单件小批量、中大型铸件湿型不烘干，成本低，劳动条件好，机械化造型，手工造型均广泛应用；采用膨润土活化砂及高压造型，可以得到强度高、透气性较好的铸型多用于单件或大批量的中小件水玻璃砂型强度高，硬化快，效率高，粉尘少。可用CO2、酯硬化、烘干、VRH法硬化各种铸件均可应用，对大型铸件效率更高，以铸钢件应用最多树脂砂型强度高，可自硬，精度高。铸件易清理。生产效率高大、中型钢、铁、铝、铜铸件的单件或批量生产表面烘干型（表干型）只将表面层烘干（烘干层厚度约为15~80mm）。具有干型的一些优点，避免和克服了干型的某些缺点同干型相比，生产效率高，成本低。适用于铸件结构较复杂、质量要求较高的单件、小批量生产的中、大型铸件双快水泥砂型利用快凝、快硬的双快水泥作粘结剂制作铸型，具有自硬、快硬的优点生产效率高，劳动条件好，与水玻璃流态砂相比，铸铁件无缩沉和不粘砂。用于单件、成批量生产的铸铁件石灰石砂型通常用水玻璃做粘结剂，吹CO2使之硬化，或配制成水玻璃自硬砂。具有硅粉尘少、易清理、可减少工人矽肺职业病等优点目前主要用于钢铸件的生产中。应用于大型铸钢件时有缩沉现象，还产生大量CO2气体（1）按铸型的种类分，有粘土湿型、粘土干型、粘土表干型、水玻璃砂型、有机树脂砂型等，其特点和主要应用场合见表表常用造型方法特点和应用5.2.1造型、造芯方法的选择（2）按紧实方式分，有手工造型和机器造型两大类。手工造型是传统的铸造工艺方法，以前仅限于粘土砂造型，现在已经发展到树脂砂、水玻璃砂等新型铸造型砂的造型，是单件小批量铸造生产不可或缺的造型手段。具体见表。造型方法主要特点应用情况组芯造型铸件由砂芯组成，可在砂箱、地坑中或用夹具组装用于单件或成批生产结构复杂的铸件脱箱造型造型后取走砂箱。在无箱或加套箱的条件下浇注用于大量、成批或单件生产的小件砂箱造型在砂箱内造型，操作方便，劳动量小大、中、小铸件，大量、成批和单件生产刮板造型用专制的刮板刮制，可节省制造模样的材料和工时，操作麻烦，生产率低用于单件、外形简单的铸件地坑造型在地坑中造型，不用砂箱或只用一个盖箱。才做费时，生产周期长用于单件生产的大、中型铸件表手工造型分类5.2.1造型、造芯方法的选择（3）有机树脂砂和水玻璃砂造型、制芯工艺，树脂砂和水玻璃砂是除了粘土砂之外，在铸造工艺中应用最为广泛的另外两大型砂类别，是铸造工艺和造型材料的两大进步，有效提高了铸件的尺寸精度和内部质量，大大提高了铸件生产率。表2-6和2-7是树脂砂和水玻璃砂的具体特点和应用范围。5.2.1造型、造芯方法的选择树脂砂种类配方优缺点适用范围粘结剂固化剂呋喃树脂自硬砂呋喃树脂，加入量为原砂质量分数的0.8%~1.5%对甲苯磺酸，加入量为树脂质量分数的30%~50%优点：(1)常温强度高，树脂加入量少，耗砂量少。(2)高温强度高，型砂耐热性好。(3)树脂粘度小，便于混砂。(4)树脂稳定性好，可存放1~2年。(5)树脂砂硬透性好(即每间隔5min，测得型、芯内外各部分硬度均匀一致的特性)。(6)旧砂再生率高(90％)，新砂用量很少缺点：(1)树脂含游离醛高(质量分数为0.3％~0.5％)，浇注时放出有害气体，污染环境。(2)树脂含氮和发气速度高，铸件易产生气孔。(3)固化剂含硫和树脂砂高温塑性低，铸钢件易出现热裂。(4)型砂吸湿性较大，雨季铸件废品增加。(5)对原砂质量要求较高。(6)冬季硬化速度慢，固化剂易结晶。(7)不能用于碱性原砂适用于单件、小批量生产中、大型铸铁件、铸钢件及非铁合金铸件碱性酚醛树脂自硬砂碱性酚醛树脂加入量为原砂质量分数的1.5%~2.0%甘油醋酸酯，加入量为树脂质量分数的30%~40%优点：(1)树脂砂中不含硫、磷、氮等元素可防止由这些元素引起的铸造缺陷。(2)型、芯砂在浇注初期有一定热塑性，可减少铸钢件的热裂倾向。(3)树脂游离醛少，改善了劳动环境，(4)对原砂要求不高，碱性原砂也可使用。(5)硬化性能好，在较低温度下可固化。(6)抗吸湿性好。(7)溃散性好缺点：(1)树脂强度偏低，加入量较多。(2)树脂粘度大，混砂难均匀。(3)型、芯砂导热性较差。(4)旧砂再生率较低适用于铸钢，特别是不锈钢、球墨铸铁件及非铁合金铸件胺固化酚尿烷自硬砂酚醛树脂：聚异氰酸酯=1：1总加入量为原砂质量分数的1.5%有机胺加入量为酚醛树脂质量分数的0.7%~0．8%优点：(1)在可使用时间内，型、芯砂的流动性好。(2)树脂硬化速度快，可使用时间和起模时间之比可达0.75：1.0。(3)树脂聚合固化过程中没有其他副产物生成，型、芯砂硬透性好。(4)型、芯砂发气量低，落砂性能好缺点：(1)聚异氰酸酯活性大，遇水易水解，要求原砂含水量很低。(2)型、芯砂耐高温性差，芯子易被冲蚀，而且易产生脉纹类铸造缺陷。(3)聚异氰酸酯的价