精确成型技术-第四讲--铸造工艺设计2

铸造工艺设计铸件结构设计铸造工艺设计《材料精确成形技术》第四讲铸造工艺设计浇注位置及分型面的选择浇注系统冒口与冷铁浇注位置及分型面的选择浇注位置(Pouringposition)是指铸件在铸型中的位置。分型面(Partingface)是指铸型相互分开、组合接触的表面。1．铸件上的重要工作面和大平面应尽量朝下或垂直安放；2．应保证铸件有良好的液态金属导入位置，保证铸件能充满；3．保证铸件实现一定的凝固次序；4．有利于砂芯的安装和固定。浇注位置的确定铸件上的重要工作面和大平面应尽量朝下或垂直安放平面朝下重要加工面朝下上下上下齿轮轮面应朝下上下上下上下薄壁部分在下部应保证铸件有良好的液态金属导入位置，保证铸件能充满保证铸件实现一定的凝固次序浇注位置应考虑铸件补缩顺序有利于砂芯的安装和固定上下采用悬臂砂芯上下排气不好，补缩不利上下砂芯稳固排气不好，上下砂芯排气较好但无法检查分型面的选择为了完成造型、起模、设置浇冒口和安放砂芯等工作，必须将铸型分成两个或两个以上部分的组合。取决于铸件的结构、特点、技术要求、生产批量以及车间的具体生产条件，通常与浇注位置相结合来考虑。1．尽可能将全部或大部分铸件，或加工基准面与重要的加工面处于同一半型内，不要让分型面穿过尺寸要求很严格的铸件部分；2．应尽量减少分型面的数目，尤其是采用机器造型时；3．应尽量不用或少用砂芯，可以提高生产效率和经济效益；4．分型面应尽量选择平面；5．不要使某一砂箱过高；6．选择分型面时，要有利于下芯、验箱和合型。尽可能将全部或大部分铸件，或加工基准面与重要的加工面处于同一半型内，不要让分型面穿过尺寸要求很严格的铸件部分，以防止错型，减小铸件的尺寸偏差。上下方案1上下方案2应尽量减少分型面的数目尤其是采用机器造型时侧凹部分需用三箱造型下上用砂芯形成侧凹部分中下上中21560上下应尽量不用或少用砂芯，可以提高生产效率和经济效益分型面应尽量选择平面上下曲面分型上下平面分型不要使某一砂箱过高曲面分型使上砂箱高度减少了100mm上下(1)下上(2)第二种方案可降低砂箱高度选择分型面时，要有利于下芯、验箱和合型砂芯吊在上型内砂芯座落在下型中浇注系统正确设计浇注系统是获得高质量铸件的关键之一。浇注系统的组成浇口杯直浇道横浇道内浇道直浇道横浇道内浇道铸件对浇注系统的要求应在一定的浇注时间内充满铸型型腔，保证铸件轮廓清晰，防止出现浇不足缺陷。应能控制液态金属流入型腔的速度和方向，尽可能使金属液平稳流入铸型型腔，防止发生冲击、飞溅和旋涡等不良现象，以免铸件产生氧化夹渣、气孔和砂眼等缺陷。应能把混入金属液中的熔渣和气体挡在浇注系统里，防止产生夹渣和气孔缺陷。应能控制铸件凝固时的温度分布，降低或消除铸件产生缩孔、缩松、裂纹和变形等缺陷的可能。浇注系统结构应力求简单，简化造型工艺，减少液体金属消耗量和降低清理工作量。对浇注系统的要求浇注系统的类型㈠按金属液导入铸件型腔的位置分类1．顶注式（又称上注式，Topgatingsystem）浇注系统金属液从铸件型腔顶部导入的浇注系统⑴铸件上部的温度高于下部，有利于铸件自下而上顺序凝固，能够有效地发挥顶部冒口的补缩作用。⑵液态金属在整个充型阶段始终有一个不变的压头，液流流量大，充型时间短，充型能力强。温度分布顶注式⑶造型工艺简单，模具制造方便，浇注系统和冒口消耗金属量少，浇注系统切割清理容易。最大的缺点是液体金属进入型腔后，从高处落下，对铸型冲击大，还容易导致液态金属的飞溅、氧化和卷入气体，形成氧化夹渣和气孔缺陷。顶注式压边浇口铸件浇口底注式浇注系统内浇道设在型腔底部的浇注系统温度分布⑴合金液从下部充填型腔，流动平稳，不易产生冲击、飞溅、氧化和卷入气体，便于型腔中气体的排除。⑵横浇道基本都在充满状态工作，有利于挡渣。底注式浇注系统优点⑴充型后铸件的温度分布不利于自下而上的顺序凝固，削弱了顶部冒口的补缩作用。⑵铸件底部尤其是内浇道附近容易过热，使铸件产生缩松、缩孔、晶粒粗大等缺陷。⑶充型能力较差，对大型薄壁铸件容易产生冷隔和浇不足的缺陷。底注式浇注系统缺点底注式浇注系统的这些缺点，可以通过采用如快浇，分散的多内浇道，底部应用冷铁，用高温金属液补浇冒口等措施来加以解决。⑷造型工艺复杂，金属消耗量大。底注式浇注系统缺点中注式浇注系统液态金属引入位置介于顶注式和底注式之间。一般情况下，金属液经过开在分型面上的横浇道和内浇道进入型腔。对于分型面以下的型腔是顶注，而对于分型面以上的型腔则为底注，故其优、缺点也介于顶注和底注两者之间。中注式浇注系统阶梯式浇注系统在铸件的不同高度上开设多层内浇道的浇注系统称为阶梯式浇注系统。多直浇道式塞球法控制式浇注系统的类型三种形式：封闭式、开放式和半封闭式㈡按浇注系统各单元断面面积的比例分类1、封闭式浇注系统F直＞F横＞F内2、开放式浇注系统F直＜F横＜F内3、半封闭式浇注系统F直＜F横＞F内，且F直＜F内浇注系统各部分的作用液态金属流动的水力学特性1．粘性流体流动2．不稳定流动3．多孔管中流动4．湍流流动浇口杯1．分类及特点两大类漏斗形浇口杯池形浇口杯2．浇口杯中金属液的流动水平旋涡浇口杯浇注状态对浇口盆中金属液流动的影响纵向顺浇纵向反浇浇注状态对浇口盆中金属液流动的影响底坎和浇注方向对浇口盆中金属液流动的影响纵向反浇纵向顺浇侧浇应用实例浇口杯带挡渣板和有底坎的浇口盆中金属液的流动合理不合理加垂直挡板盖金属片的自耗式拔塞式浮塞式直浇道与直浇道窝1．直浇道直浇道将来自浇口杯的金属液引入横浇道、内浇道并最终充填铸型。它提供足够的压头以保证金属液克服沿程的各种阻力，在规定的时间内，以一定的速度充填型腔。圆柱形＋尖角圆柱形＋圆角上大下小圆锥形＋尖角上大下小圆锥形＋圆角代号直浇道形状锥度直浇道与浇口杯连接处试验结果a圆柱形无尖角不充满b圆柱形无圆角充满且吸气c上大下小圆锥形2/100尖角不充满d上大下小圆锥形2/100圆角充满且三排孔出水直浇道水力学试验结果2．直浇道窝由直浇道转入横浇道通常是一个急转弯，如果金属液的流速大，将出现严重的紊流和冲蚀铸型的现象，容易引起铸件缺陷。为了避免这种情况，常在直浇道底设一倒锥形的凹窝，称为直浇道窝。直浇道底窝砂被冲刷空隙干砂芯有阻流作用直浇道窝直浇道底窝直浇道横浇道直浇道窝横浇道横浇道为连接直浇道与内浇道的中间组元，是浇注系统的重要单元，它的功能主要有稳流、分配液流和挡渣三个方面。浇注初期横浇道末端出现的金属浪叠加最后的内浇道横浇道延长部分设计示例1．液流在横浇道中的流动状态上上下下2．横浇道的流量分配作用内浇道流量的不均匀性U可用下式表示：nQqqUminmax浇注系统结构形式流量不均匀性F直:F横:F内3、横浇道的挡渣作用杂质在横浇道中的上浮运动4．内浇道的“吸动”作用内浇道的吸动作用5．横浇道的结构形状内浇道1．内浇道与横浇道的相互位置⑴第一个内浇道不要离直浇道太近，最后一个内浇道距横浇道末端要有一定的距离。⑵内浇道一般应置于横浇道的中部（中置式），其底面与横浇道的底面相平。内浇道与横浇道的配置⑴液流不要正对着冲击细小砂芯和型壁，以避免因飞溅、涡流等使铸件产生夹杂、气体等缺陷，导入位置应选择在沿着型壁方向较好。⑵应仔细分析液流在型腔中的流动情况，避免发生溢流、喷射等现象。2．内浇道与铸件的相对位置⑷内浇道不要开设在铸件机加工基准面上，以避免因浇道切割残留量而影响铸件的夹持和定位。⑸内浇道的位置最好选择在铸件平面或凸出部位上，不要妨碍铸件浇冒口的切割、打磨清理等工序。⑶对于大型复杂的薄壁铸件可能会产生浇不足现象，应给予足够的重视。3、内浇道的结构形状断面薄而宽提高浇注系统挡渣能力的措施122233122354阻流式缓流式使用大孔滤网砂芯离心集渣包126233采用过滤装置⑴滤网砂芯⑵过滤网陶瓷过滤片在浇注系统中的安放位置过滤片上下a)b)c)d)12341AAA－A上下过滤片浇注系统尺寸的简要计算按流体力学公式计算浇注系统冒口与冷铁型腔中增设用以储存补充收缩用金属液的空腔，这就是冒口。增加铸件局部的冷却速度，在型腔内及工作表面安放的激冷物称作冷铁。一次缩孔二次缩孔缩松显微缩松缩陷（缩凹，外缩孔）各种收缩类缺陷冒口的设置位置和分类铸件冷铁冒口冒口及顺序凝固的形成1．冒口设置的位置⑴注意铸件的凝固方向；冒口设计注意事项⑵应尽可能地设置在铸件最高处；⑶不要设在铸件受力大或重要的部位；⑷位置不要选在铸造应力集中或应力较大的地方，要注意不要对铸件的收缩产生阻碍；⑸安放的位置应考虑铸件清理、切割、打磨的方便。⑹在铸件不同高度上布置冒口时，应同时采用冷铁等工艺措施将各个冒口补缩区隔离开冒口设计注意事项冷铁设计1．冷铁的材料材料种类温度密度比热c热导率蓄热系数b导温系数a℃Kg/m3J/(kg℃)W/(m℃)J/(m℃)m2/s铜208930385.23923.671.14×10-4铝3002680941.3273.82.521.1×10-4铸铁207200669.937.21.347.78×10-6钢207850460.546.51.31.28×10-5钢12007500669.331.51.266.3×10-6人造石墨－15601356.5112.81.55－镁砂100031001088.63.50.3441.03×10-62．冷铁设计⑴冷铁的安放位置①冷铁的安放位置必须符合铸件对凝固顺序的要求，形成合理的温度梯度和凝固方向；②避免冷铁对浇道进行直接的冷却，以免造成浇不足、缩孔等铸造缺陷；③冷铁安放的位置应不引起铸件局部的应力集中⑵冷铁形状⑶冷铁尺寸2．冷铁设计3．内冷铁内冷铁的形状及安置方法作业题解释（1）为什么铸件上的重要工作面和大平面应尽量朝下或垂直安放。（2）尽可能将全部或大部分铸件，或加工基准面与重要的加工面处于同一半型内，不要让分型面穿过尺寸要求很严格的铸件部分。图示灰铸铁零件平均线收缩率为1%，加工余量为3mm，拔模斜度为1°。写出该零件的砂型铸造工艺设计方案，画出铸件图、模具图和铸型示意图。作业题作业题为何“横浇道”又是“挡渣道”，如何提高横浇道的挡渣效果？简述铸件结构工艺性及其设计的基本原则？砂型铸造生产的主要工艺参数有哪些？非加工表面的负余量是怎样形成的？简述浇注位置的选择原则。简述分型面的选择原则。思考题浇注系统的结构一般由哪些部分组成？简述冒口的类型及设计冒口时的注意事项。思考题