第六章铸件工艺设计
第一节概述
为了生产优质而价廉的包模铸件，做好工艺设计是十分重要的。在做工艺设计之前，首先要考虑选用包模铸造工艺生产时，在质量、工艺和经济方面的几个问题。
1.铸件质量的可靠性
对于铸件质量上的要求，一般是包括两个方面，一是保证技术要求的尺寸精度、几何精度和表面光洁度，二是保证机械性能和其它工作性能等内在质量方面的要求。
包模铸造具有少切削、无切削的突出优点。近年来，由于冶金技术、制模、制壳材料和工艺以及检测技术等方面的发展，包模铸件的外部和内在质量不断提高，所以它的应用范围愈来愈广。不少锻件、焊接件、冲压件和切削加工件，都可以用熔模铸造方法生产。
这对于节约机械加工工时和费用，节约金属材料，提高劳动生产率和降低成本都具有很大意义。
但是，熔模铸造生产的铸件，由于冶金质量、热型浇注引起的晶粒粗大、表面脱碳以及内部缩松等方面的原因，铸件的机械性能(尤其是塑性)，还存在一些缺陷。对于某些受力大和气密性要求高的铸件，采用包模铸造时，应充分考虑零件在产品上的作用和性能要求，以确保其使用可靠。有些结构件改用包模铸造生产时，必须考虑原用合金的铸造性能是否能满足零件的质量要求，否则就需要更改材质。
2.生产工艺上的可能性和简易性
熔模铸造虽然可以铸造形状十分复杂的、加工量甚少甚至不加工的零件，但零件的材质、结构形状、尺寸大小和重量等，必须符合熔模铸造本身的工艺要求。如铸件最小壁厚、最大重量、最大平面面积、最小孔槽以及精度和光洁度要求等，都要考虑到工艺上的可能性和简易性。
3.经济上的合理性
采用包模铸造在经济上是否合理，要从多方面考虑。按每公斤的价格来说，包模铸件与同类型锻件相近甚至还高些，但是由于大幅度减少了加工量，因而零件最终成本还是低的。
但也有些零件，可以利用机械化程度较高的方法生产，例如用自动机床高速加工、精密锻造、冷挤压、压力铸造等等，这时，用包模铸造法生产在经济上的优越性就不一定显著，甚至成本还可能高一些，所以在这种情况下，就不一定选用这种方法了。
总之，选择包模铸造法生产时，耍从其工艺特点出发，以零件质量为中心，并兼顾生产技术和经济上的要求。
在确定用包模铸造方法生产之后，工艺设计的任务就是要确定合理的工艺方案，采取必要的工艺措施以满足零件质量的要求。
工艺设计是理论和实践相结合的产物，是技术理论和生产经验的总结性技术资料。还要力求使设计符合实践性、科学性。
做好工艺设计要搞好两个方面的调查研究。首先必须对生产任务、产品零件图、材质和技术要求等方面进行深入分析：其次，要对生产条件如原材料、设备、工艺装备加工和制造能力、工人的操作技术水平等方面进行深入的了解。只有做好这两个方面的调查研究，才能使设计符合生产实际情况。
工艺设计的好坏也要从质量、工艺和经济这三方面去衡量。一项良好的工艺设计应当能在正常的生产条件下，稳定铸件质量，简化生产工艺，效率高而成本低。
熔模铸造工艺设计通常包括下列几项内容,
(1).分析铸件结构工艺性, (2)确定工艺方案和工艺参数,(3)设计浇冒口系统, (4)绘制工艺图或铸件图。
第二节铸件结构工艺性分析
铸件结构工艺性对于零件质量，生产工艺的可能性和简易性以及生产成本等影响很大。结构工艺性不好的铸件，往往孕育着产生缺陷和废品的可能性，也会增加制造成本。所以，做工艺设计时，首先要审查零件图，审查的目的有二：一是审查零件结构设计是否符合包模铸造的生产特点，对于那些设计不合理的部分进行修改。第二个目的是根据已定的零件结构和技术要求，采取相应措施以保证质量。
根据熔模铸造生产特点，零件结构工艺性要考虑以下要求。
1)经济性在精密铸造的生产中，其
蜡型是。在包模铸造上，金属模的目的
是在在射蜡机中，利用压力将液态、糊
态或半固态的蜡?挤射入金属模内，生
产蜡型或塑料型，这些型是用来生产陶
瓷模的，不论是实体模或型壳模。所有
的模型都是可逝性的。在制模的关键性问题上，是如何将蜡型或塑料型从模具中取出，以及如何将芯子从模型中取出等。至于其它的制模问题，用于砂模铸造的
原理同样适用于包模铸造
图2 铸件内角的重设计(2)
在图1中，一个包模铸件因为内图1 铸件内角的重设计(1) 部有一圆角，而且需要用两个抽芯，A及B两个芯子进出的方向如图1(a) 所示，要想将有倒钩的芯子抽出而又不伤损工件是根本不可能。于是，重新设计工件，如图1(b)，将内圆角取消，以避开这种芯子有倒钩无法抽出的困绕。倘若要生产原设计有内圆角的工件，惟有舍弃金属抽芯，而用成本较高的水溶性芯子，随
同蜡型一起自模中取出，再用酸蚀及水溶法
将芯子自蜡型中除去，如此可保持工件的内
圆角而又不会损伤蜡型。
图2系一个有弧形通道的工件，同样如
图2(a) 的设计也无法用金属抽芯来制模，若
改为图2(b) 的设计，将内圆角改为尖角，则
可以用两支抽芯做出弧形通道的内孔。图3刀具余隙的再设计为了后继的加工，往往在工件设计时，一般为避免撞机的困绕，预先留有一个让出刀具到位时的间隙，如图3(a) 所示，但无法抽出金属芯子，若改为图3(b)
的设计，就可以用金属抽芯直接做出
刀具余隙。
另外如图4（a）之原始设计虽
然内孔通道很圆滑，但必须要用较昂
贵的水溶性芯子或陶瓷芯子，而且，
在铸造后，清除孔道中陶瓷材料非常
困难，若改为（b）的设计，可直接
由六个金属抽芯来射制蜡型，另在一图4内孔通道的再设计
个多出的孔洞则可在铸件完成后再设法塞上或焊死。可大幅度提高生产效率及降低成本。
2).现实性精密铸造与其它的制造方法一样，有其一定的极限，因此，在铸件精度的考虑上，应面对现实，设计可以达得到的标准，否则，良品率太低，就丧失了用精密铸造降低生产成本，提高生产效率的目的了。
当铸件芯子部位因受炽热的金属围绕，内外部份的散热状况不一致，内部陶瓷受高温而膨胀，但外部因有金属包覆又无法自由伸展，陶瓷材料因而有强烈的弯曲变形的应力，此时，外部热的不均匀
分布，芯部自然向高温部分扭曲变形，便
使铸件的壁厚产生了不均匀的结果。其变
其设计通则：
内孔的长度in. 壁厚的公差in.
＜2
2～4
＞4
±0.005
±0.010
±0.012
3)铸造性
a) 壁薄的包模铸件
包模铸造工艺几乎制造任何金属的复杂铸件，也可以在小零件的设计及生产上，有助于达到轻薄短小的目的，获得最大的强度重量比值。在设计最小壁厚时，金属熔液的流动性是一个非常重要的考虑因素，因为它直接影响到金属液对模穴充填的能力。几乎同等重要的另一要素，是熔液在充填模穴时，金属液的浇注补充距离，以及铸件表面积之大小，金属的凝固状况，固、液相线的差异度，都归纳于铸造性中，尤其对薄壁铸件特别重要。
可铸出的最小壁厚与合金种类、浇注工艺方法、以及铸件的轮廓尺寸等因素有关。表 2 列举的是12
1in.长管件对各种金属包模铸件之
最小壁厚。其实这些数值并不是真正的最小壁厚，诚如前述，金属液的浇注过热温度、浇注速率、壳模预热温度、铸件的形状及薄壁部分的表面积等都会影响最小壁厚的尺寸，这个表中之建议值为工业生产上的经验值。在这个标
准下生产，良品率最好，亦即浇不足及微缩孔
的现象最少。 在Fig. 7 的上图表显示一个在最小厚度与
最大长度的相互关系，而下图表则显示在铸件有通孔或盲孔时，孔径与孔深的关系。因为铸造过程尚有许多参数会影响其最大值与最小值，但此数值仍有其参考价值。
虽然熔融金属液是浇注入已预热的型壳，但是它仍然可能如同其它的铸造工艺一样，在金属充满薄壁部分之前，先行凝固。当有高的面积与厚度比值时，会促使金属液快速冷却及凝固，不论如何，金属液在充满模穴的过程中，所需行进的距离必须要特别注意，虽然在同样的面积与厚度比值，且厚度相同时，若要完全注满1/2in. 宽、2in. 长的模穴，自然比注满2in. 宽、1/2in. 长的模穴要难得多。
浇注温度在某一特定厚度
铸件及金属上，往往选择可能状
况下以较低的温度，以期避免诸如气孔，夹渣、模壁反应及其它因温度过高而产生的铸疵。不过在浇注薄件时，为求延长金属液在注满模穴的过程中开始凝固的时间，往往还是以提高模温及金属液温来达到目的。
通常, 较低的模温因为可以加速金属液的凝固，可以减少模壁反应，而有较好的表面光洁度，在薄壁铸件生产时，则为了能使金属液充分浇满型壳，祇有牺牲表面质量，而提高模温。
在生产高尔夫球之不锈钢金属木杆头（metal-wood ）时因表面积很大且厚度绝大部分仅有0.030 in.，许多厂家在没有改变浇道系统的设计情况下，为了避免
金属 最小壁厚 in. 碳钢
0.060 300系不锈钢 0.050 400系不锈钢 0.065 铝合金 0.050 镁合金
0.050 铝青铜(10%Al) 0.060 铍铜
0.040 钴-铬合金
0.050
表2 121in.长管件对各种金属之最小壁厚
浇不足，而一味的提高钢水温度（超出熔点约300℃）及型壳的预热温度（约1400℃），结果，浇不足的情况有明显的改善，但微缩孔一堆及因型壳超温软化变形而铸件厚度大于蜡件厚度的情况层出不穷，笔者在改正浇道系统，增大浇注速率，缩短浇注补充距离后，钢水温度降低了100℃，型壳预热温度保持在1150℃
（低于硅氧胶的软化点），同样可铸
满，而又不会有微缩孔及变形增加厚
度的缺陷。
b)壁的连接
当两壁相接便会产生图中所示的
热截圆的变化，d大于a，b，c，换言
之，就是d处热储量最大，凝固最慢，因此，在d处自然在没有冒口补充的情况下，非常容易产生缩孔。
在实际生产时，我们常常为了减弱两壁相接处的热点效应，任意加大该处内
圆角(Fillet)的r，热点问题是解决了，但相对的增大热截图的直径，使缩孔移向铸件的内部，严重时甚至于会产生表面凹陷的现象。
如今将在生产上常会碰到的两壁相交的情况列举于图中，并提出改正的设计建议。
铸件壁厚设计要力求均匀,减少热节。图6-1所示为重7.5公斤的壳体铸件，原设计如a图所示，在A、B、C、D、E、F五处壁过厚，易形成各种铸造缺陷。后改成b图所示，即将上述五处壁厚减薄，形'成6～7mm壁厚的箱形结构。ψ9D 及ψ17D o两孔铸出以消除该处热节。F孔不铸，浇口设在此处。修改后铸件壁厚
均匀，重量减轻至2.3kg。
壁的交接处要做出圆角，不同壁厚间要均匀过渡，这是防止熔模和铸件产生变形和裂纹的重要条件。图6-2所示为铸件壁的几种常用连接形式及其相关尺寸。二、平面
熔模铸件要尽可能避免大的平面，因为大平，干面上极易产生夹砂、凹陷、桔皮、蠕虫状铁刺等表面缺陷，所以铸件上的平面一般应小于200×200mm有大平面的铸件最好设计成曲面或阶梯形平面,或在平面上开设工艺槽、工艺筋、工艺孔等，以防止涂料堆积和型壳的分层、鼓胀。
图6-3所示零件在A、B、C处均有大平面,C处有盲孔。在制壳流水在线生产时，几个平面均易产生缺陷，而且肓孔处在上涂料、撒砂和硬化时均感不便,铸件废品率较高.。后将平面A改成凸面作为熔模预变形(2毫米)，并增设圆环形工艺筋2，B平面做出工艺槽1，C平面做出二个工艺孔3，变盲孔为通孔，在工艺条件相同的情况下，铸件废品率由20～50％降至5%以下，并能稳定地进行生产。三、孔和糟
熔模铸造可铸出比其它任何精密铸造法都复杂的孔型和内腔，从而可以大大节约加工工时和金属，并可减轻零件重量。
对于铸钢件，可铸出直径1.0～1.5mm的小孔。但是，孔和内腔的存在,往往使工艺复杂化，增加生产成本。故从工艺性角度考虑，孔腔形状不宜过于复杂，数量要少。有内腔的铸件，要有两个或更多的通孔，以便于上涂料和撒砂，并使内外型壳能牢固地连接在一起保证焙烧和浇注时内部型壳(即型芯)位置稳定，也便于内腔的清砂。,
零件上要力求避免盲孔。有铸槽的零件，铸槽的宽度和深度要有一定限制。过窄过深的铸槽涂料层过薄，强度不够，清砂也比较困难。表6-2和'图6-4所示
为黑色金腐熔模铸件铸槽深度的尺寸。
四、锻件冲压件和切削加工件改为熔模铸件时的结构要求
由锻件和切削加工件改为熔模铸件时，在满足零件结构强度和刚度前提下，要力求减薄壁厚，并使之均匀，减少热节，如图6-5所示。
冲压件和焊接件壁薄而平面大，结构刚度小，改为熔模铸件时要适当增加壁厚，合理布置加强筋和工艺孔，减少平面面积，提高结构刚度。从简化生产考虑，有时将几个零件合并成整体件，以节约原来的加工和装配工时。例如图6-6所示的车床手柄原由三个机械加工件组成，改为整体熔模铸件后，加工工时由原来88分钟减少到18.5分钟，且节约了许多金属材料。整体铸件也可以是不同合金材料制成的零件，此种结构称做镶合铸件。图6-7所示为铸铝壳体零件局部镶有黄铜套，改为整铸件时，可将加工好的铜芯(即镶件2)放入压型
c)实例
实例1 在图中可见到，当
浇口前有一孔，金属进入模穴后，
首先冲击该孔洞的陶壳，水流分
成二股，减缓了流速，当金属液
流到最远程仅有3
1.0''厚度的地
方，液流温度己降到无法将两股
液流融合一起的地步，而产生了
浇不足的废品，倘若，将浇口前
的孔舍弃不做出来，待铸造后再
加工，则浇不足的缺点完全克服
了，不再有浇不足的缺陷。
实例2 在实际生产的情况下，
往往是铸件壁厚的区域，被薄壁分割，
会造成浇满及凝固补缩的困绕。图6
描述如何对铸件用一点简单的小修正
来克服上述的问题。图中为8630中碳
镍铬钼低合金钢之包模铸件，此铸件
系由薄壁部分连结两端的厚壁部分，
这种状况经常造成浇不足及补缩不良
的疵病。
这个铸件系由三个凸出部分当浇
口，当其中两个浇口处加宽，使其能
直接与桁架支柱A连接，使钢水直接
流入厚壁部分以消除冷接现象，加大
凸出部分体积，同时也加大凸出部分
传给型壳的热，因此可以延长钢水在
薄壁处的凝固时间，还使原先被阻隔
开的厚壁处有较长时间的补缩，亦因
而消除了这部分的缩孔问题。至于第
三个凸出部分虽然同样加大，但因没
有与桁架柱支A连接，不产生质量改
良的效果，仅是为了三个凸出部分一
致而已。
实例3 图是一个两端及中间部份
都是厚而却被厚度仅3
09
.0''的薄壁部份
连接的8620低合金钢铸件，在原设计的
条件下，虽然用了6个浇口及两条小的
连接肋，但铸件的结果并不理想。经过
检讨，将原设计仅0.050高，0.125宽的
连接肋，改为0.091高，0.400宽后，使
连接肋变成补缩肋，仅用2个浇口便可
铸出良好的铸件。
实例4 热裂(Hot tearing)及冷裂
( cold cracking)也可能在精密包模的薄
壁件上发生，热裂可能在铸件壁厚无法
承受金属在型壳中凝固冷缩而造成的应
力，而冷裂与扭曲变形
则可能肇因于铸件厚薄不匀，产生应力
增大及集中，使薄壁处在持续冷却过程中，
超过负荷而发生，虽然很少有机会设计完
全均匀厚度的铸件，但是厚度的急变却应尽
量避免。
如图所示，为一由17–22AS不锈钢制
造的支撑圈，其直径为28吋，内及外砝蓝
均为0.25吋厚，铸造后再用车床加工至0.16
吋厚，而中间连接的腹板(web)仅有0.16吋
厚，在生产时，浇不足及热裂(hot tearing)
的现象非常严重，甚至在热处理时，经常有发丝状裂纹(hairline crack)出现，虽然将中间腹板的厚度增加到0.25吋，就可解法这种疵病，但受重量的限制而不可行，最后，铸造工桯师用了56个冒口才解决这个问题。
包模铸造的浇冒口系统设计
包模铸造是一种复杂的多因素交互作用的生产过程。在这个过程中,浇冒口系统不仅起着充填金属的作用,而且影响着铸件的凝固、收缩和冷却时的温度梯度。许多铸造缺陷如缩孔、疏松、气孔、夹渣、热裂和变形等,都与浇冒口系统有密切关系,所以它对铸件质量的影响很大。
设计浇冒口要考虑多方面的因素，如铸件质量的要求(致密度、结晶粒度等)，铸件结构特点(尺寸、重量、壁厚和形状复杂程度等)、合金种类，制壳工艺特点等等；此外，各厂各地不同的习惯、传统和生产经验也要充分重视，所以浇冒口设计也是一项综合性的技术间题。
一.浇注系统的作用和要求如下: (l)把液体金属引入型腔 因此对于易氧化的合金应尽量要求充填平稳，不产生喷射、飞溅和涡流以及因之而引起的卷入气体、夹杂物和合
金二次氧化等缺陷。对于薄壁铸件应
尽量保证充填良好，不产生冷接(cold shut)、浇不足(misrun)现象。
金属液在模穴中其自由表面的形状(如图l.)，与一般液体在容器的形状完全一样，表面水平部分系与浇注系统金属液重力平衡有关，而模壁部分则随金属液的表面张力，以及金属液与陶瓷模壁的润湿性有关。形成半径Rm 的凸出面和与陶瓷模壁产生θ的接触角,在厚件中
ct a ＞2Rm ()θ-180COS 式中 ct a ———铸件肉厚 Rm ———自由表面与模壁之间的圆弧半径
θ———金属液与陶瓷模壁的接触角，对钢液而言，模壁的润湿性约为θ~180。
金属液在模穴中的充填工作，仅需考虑自由表面随金属液重力平衡的上升速度,因此，比较容易浇足模穴。
在薄件中
ct a ≦2Rm ()θ-180COS
金属液在模穴中的充填工作，其重力必须突破金属液的表面张力，才能顺利充填模穴。因此，薄件比厚件难以浇
满。对钢液而言，3mm 以上为厚件，3mm 以下为薄件考虑。
金属液在模穴中的充填工作，共分为四个阶段，图2.为石蜡熔液模拟金属穴中流动状况。第一阶段金属液流入模穴，因表面张力而形成的凸缘弧线，随着液面的上升而增加，当金属液的压力超出表面张力之阻抗，就进入第二阶段,快速充填模穴，在连续充填的过程中，进入第三阶段，先进入模穴之金属液随着
图l 金属液在模穴中其自由表面的形状
温度降低，开始在金属液的前端形成凝固膜，使金属液的流速降低，甚至在完全兖满前，因凝固膜加厚而阻止金属液继续流动，第四阶段是金属液的压力超出前端凝固膜之阻抗，突破凝固膜之阻抗，产生二次金属液流继续充填工作，再度经历前四阶段过程。假如金属液有足够的超温,可能在第二阶段以前,便完全充满模穴。
金属液的静压力对是否能完全充满模穴，有密切的关系，一般以压头高Hp 示之
g
a COS H CT P γθ
σ2=
上式中 σ———表面张力，熔融中碳钢约为1500dyn/cm CT a ———铸件肉厚，cm
γ———金属液的表面张力，gm/cm 3 g ———重力加速度，cm/sec 2 从上式中加以计算，在1.5mm 宽的模穴中，其压头高要3cm ，而0.5宽的模穴中，其压头高要9cm 才足够。当金属液的温度提高，表面张力值随之而降，其压头高度之需求亦随之而降。
高度约280mm 的浇道，浇注80mrn 长的薄片，以测试在不同厚度的情况下，金属液的充填性。当厚度为2.3mm 时，薄片的尾端均可浇到。当厚度减为1.3mm 时,薄片的尾端就难以浇到。当厚
度减为0.7mm 时，仅可浇到数mm 长。一般而言，利用包模铸造法生产钢铸件时，当铸件肉厚为1~1.2mm 以下时，往往会有大量浇不足的现象，这就要依赖制程工程师调整型壳的焙烧温度及钢液的超温来解决。自然伴随着凝固延缓而致结晶粗大的缺点。
在直浇道系统中，充填性最佳的是在中间偏下部位，上面部位可能压头高度不够，亦即静压不足，而最大部位可能是金属液的稳流状态不佳及初入之金属液温度较低之故。如图3所示，黑色部分表示浇不足的区域，第一层到第三层，其浇到的部分仅达60%，其总压头高为80mm,扣除浇口杯未浇满的高度,其实际高度恐怕不足80rnrn,第四层的浇满率达90%，第五层及第六层为100%，第七层为85%。倘若组树方案略微升高金属液的温度，则第四层以下部位者均可浇满，这个测试可以显示，若要减少浇不足的缺点，焊蜡组树时，虽然根据理论计算最少要有70mm 的压头，但实际作业时，为了确保良品率，一般在最上层的一件都保有100mm 的压头高度。为求下层能够浇满，往往在组树时，要提高30~40mm 焊工件，使冷金属及乱流都存在于浇道的底部。
在决定浇注系统时，往往要先考虑是上注(顶浇)或下注(底浇)，上注法在浇注薄件时，因为热损失最少，流动距离最短，并充分利用重力加速度，对浇注薄壁铸件的充满性，有相当的帮助，若以相同的薄壁铸件，用上注及下注来做充满性比较时，会发现上注可以100%浇满，但下注法可能祇能有50%的充满度。上注法虽然对金属液的充填性有很大的助力，但随之而来的因涡流产生的卷气造成铸件气孔，金属氧化夹杂物等疵病相对增加。图4.显示了几种常用的典型上注及下注浇道系统,typeⅠ中
A及B一般用来生产小
型铸件，有最直接而短
的浇注距离，有最好的
充填率，但表面光洁度
及内部干净度却不佳。
最简单的改变，就是改
为typeⅡ的C及D，对
缺点有相当的改善。若
改为typeⅢ的组树，工件
不焊在下浇道上，而是
焊在经过横浇道后逆向
的直浇道上，这个系统
有一个集渣的横浇道尾缓冲区K，工件如E、F、L的焊在可做冒口补缩作用的
直浇道上，虽然工艺出品率下降
了，但铸件的干净度却大大的提
高了，若铸件表面有细纹则更相
对的提高了良品率。typeⅣ及Ⅴ是
大型铸件，上注及下注两种不同
的组树法。
包模铸造作业中,产生夹杂物
(inclusion)的原因有:
a)模型材料中残留灰分，或者
是作业中异物混入模型材料内，
经脱蜡及焙烧仍存于模穴中的不燃物。
b).陶壳表层剥落。
c.)陶壳表层有裂纹。
d.)浸浆制壳作业时有局部不坚实现象。
e.)焊蜡组树时,结合处有细缝,在浸浆作业时,浆液渗入形成很薄的陶瓷毛边,脱蜡时未流出,金属液浇入时，被冲断夹于铸件中。
f.)浇注时,从浇口杯上缘落硅进入模穴。
g.)浇注时,随金属液浇入炉渣及除渣剂。浇注时,卷入空气氧化金属产生二次渣,在浇注铜合金、铝合
金含硅、锰、铝较高的钢铁合金恃别容易发生。
前五种原因皆可藉加强制程管制而解决，但后三种则必须要由浇道系统着手。图6所示为夹杂物在直浇道中的运动状况,图4中C 方式的组树法，很显然符合夹杂物的运动方向,达到净化铸件的目的,据图表中分析,当将2mm 的木
屑倾入形状如图7.右的透明模中，发现它的分布如图7左侧图形示，在最上层含量最多中间部分最少，从这又获得另一个信息,在距碓底部30mm 以上，距离浇口杯口100mm 以下的区域内，夹杂物的含量最少，恰巧与前述测试充填性的结论一致，就是一一组树时，最上面的一个工件要保持100mm 的压头高度，最下面的一件，要距离下浇道底部30mm 以上。
前面已说明了如何从浇道设计来达到铸件的干净度，但对卷气而产生的二次渣及气孔并无帮助，一般下浇道与横浇道连接的方式有三类:第一类如图8，下浇道与横浇道直接呈“T"型，这种组合最简单，但产生之卷气最严重，如图片8a 及图片8b
所示，无论是8a 的宽而扁（2
11吋×1吋横浇道，下浇道：横浇道：
水口＝1：4：4），还是8b 的狭而高（1吋×2
11吋横浇道，浇道比＝1：4：4）
组合，当浇注后1秒，观察浇道内液流，均发现有大量的涡流卷气现象，就是在浇注后15秒，在8a 中仍发生连续性的气泡析出，在8b 中虽然略有改善，但仍展现有局部严重涡流及断续性气泡析出。表一是36种''T"型下浇道底与双横浇道之不同组合的静止期统计表，发现其静止期(Clean up) 非常长，甚至有无限大的结论。所以这种最被铸造厂喜爱采用的浇道系统，竟然是最容易产生气孔的组合。
横浇道 吋8
3下浇道 22
1吋下浇道 24
3吋下浇道 28
11吋下浇道
宽（吋） 高（吋）
浇道比
静止期（秒）
浇道比
静止期（秒） 浇道比 静止期（秒）
浇道比
静止期（秒）
正方形横浇道
4
3
4
3
1：3：3 ∞ — — — — — — 1
1
1：5.3：5.3 ∞ 1：4：4 ∞ 1：2.7：2.7 ∞ 1：1.8：1.8 ∞ 2
1
1
2
11
—
— 1：9：9 75
1：6：6
∞ 1：4：4 ∞ 2 2 — — 1：16：16 35 1：10.7：10.7 ∞ 1：7.1：7.1 ∞ 宽、扁横浇道 1
43
1：4：4 10 1：3：3 ∞ 1：2：2 ∞ 1：1.3：1.3 ∞ 811 4
3
— — 1：4：4 55.5 — — — — 2
1
1
1 — — 1：6：6 91 1：4：4 ∞ 1：2.7：2.7 ∞
2 1
— — 1：8：8 ∞
15.35.3
∞ 1：3.5：3.5 ∞ 2 811 — — — — — — 1：4：4 ∞ 2
2
1
1
—
—
1：12：12
151
1：8：8
∞
1：5.3：5.3
∞
窄、高横浇道 43 1
1：4：4 ∞ 1：3：3 ∞ 1：2：2 ∞ 1：1.3：1.3 3 43 8
1
1
— — 1：4：4 57 — — — — 4
3
2
— — 1：6：6 ∞
1：4：4 ∞ 1：2.7：2.7 ∞ 1 2
1
1
1：8：8 ∞ 1：6：6 ∞ 1：4：4 ∞ 1：2.7：2.7 ∞ 1
2 — — 1：8：8 ∞
1：5.3：5.3 ∞ 1：3.5：3.5 ∞ 811 2 — — — — — — 1：4：4 ∞ 2
1
1
2
—
—
1：12：12
∞
1：8：8
∞
1：5.3：5.3
∞
表一''T"型下浇道底与双横浇道之设计对静止期的影响
第二种下浇道底与横浇道的组合方式，是将下浇道底座加大，这种lucite 模的设计构想最主要的着眼点是可以减少涡流卷气的缺点。图9就显示这种浇道，同样也有许多不同
的配比组合，图片9a 显示下浇道底加大而横浇道为宽而扁（2
11吋宽×1吋高，
浇道比＝1：4：4），在浇注后5秒，观察浇道发现仍有涡流存在，图9b 在下浇道底座加大的情况下，配合窄而高的横浇道组合（1吋宽×2
11吋高，浇道比＝
1：4：4），在浇注后5秒，观察浇道发现已没有涡流存在，明显的卷气性少了很多，表二是这种组合静止期的统计，总结表中资料，倘若下浇道底座加大部分的直径为窄而深横浇道宽度的2.5倍,可获得最短的静止期,而与下浇道的尺寸大小横浇道
283吋下浇道 22
1吋下浇道 24
3吋下浇道 28
11吋下浇道 宽(吋) 高(吋) 浇口比
静止期(秒) 浇口比 静止期(秒) 浇口比
静止期(秒) 浇口比 静止期(秒) 加大处直径(吋) 加大处直径(吋) 加大处直径(吋) 加大处直径(吋)
1
2 1
2
1 2 2
正方形横浇道
1:3:3 ∞
0.0 2.2 9.8 — — — — — — — —
— — —
— — — 1 1 — — — — — 1:4:4 — .7 2.3 .5 1:2.7:2.7 — — — ∞ 1:1.8:1.8 — — ∞ — — — — —
1:9:9 — — —
2 1:6:6 — — ∞ 8.
3 1:4:
4 — ∞ ∞ 2 2 — — —
— — 1:16:16 — — — —
1:10.7:10.7 — — — 0.0 1:7.1:7.1 — — ∞ 宽、扁横浇道
1 1:4:4 — 2.9 ∞ ∞ 1:3:3 — 0.
2 7.0 ∞
1:2:2 — — — ∞
1:1.3:1.3 — — ∞ — — —
— — 1:4:4 — — 9.0 ∞ — — — — — — — — — 1 — — — — — 1:6:6 — — ∞ ∞
1:4:4 — — ∞ ∞
1:2.7:2.7 — — ∞ 2 1 — — — — —
1:8:8 — — — ∞
1:5.3:5.3 — — — ∞
1:3.5:3.5 — — ∞
2 — — — — — — — — — — — — — — — 1:4:4 — — 3.1 2
—
—
—
—
—
1:12:12 —
—
—
6.0 1:8:8
—
—
—
2.0 1:5.3:5.3
—
—
3.3 窄、高横浇道
1 1:4:4 ∞ 10.4 2.6 37.5 1:3:3 8.6
5.1 1.8 3.5 1:2:2
— — — 16.0 1:1.3:1.3
— — 14.0
— — — — — 1:4:4 ∞
4.0
5.5 2.8 — — — — — — — — — 4
3
2 — — — — — 1:6:6 ∞ ∞
3.7
4.6
1:4:4
∞
∞
2.2
3.0 1:2.7:2.7 —
—
1.8
1
2
11 — — — — — 1:6:6 — 11.0 19.0 6.4 1:4:4 — ∞ ∞ 5.5 1:2.7:2.7 — — 4.0
1
2 — — — — — 1:8:8 — — —
9.0 1:5.3:5.3 —
∞ ∞ 5.6 1:3.5:3.5
∞
∞ 3.8
2
— — — — — — — — — — —
— — — — 1:4:4 ∞ ∞ ∞
2
—
—
—
—
—
1:12:12 —
—
—
116.5
1:8:8 —
—
—
45 1:5.3:5.3
—
∞
∞
表二 加大下浇道底座对静止期的影响
第三种组合则是在下浇道加一井，称之为有下浇道井之横浇道组合，此组合之目的在有最短的静止期，其结构如图10所示。这种井是一个真正的井，而非一般人常犯的错误，在下浇道底座上挖一个凹槽，甚至仅仅是一个圆球形的凹池，因为凹池无法防止涡流卷气。同样，亦用宽扁，窄高等横浇道组合加以
比较，图片10a （井深43吋，井径2吋，宽2
11吋，1吋高的宽扁横浇道，浇道
比＝1：4：4）及图片10b （井深1吋，井径212吋，宽1吋，高2
11吋的窄高
横浇道，浇道比＝1：4：4）为两种组合浇注后，对涡流卷气加以观察，前者在注入后
1秒便没有涡流气泡，后者在2秒后仍有
轻微气泡。各种不同组合之结论列于表三，总结有井之结构，下浇道井的截面积横浇道
283吋（ψ18）下浇道 221吋（ψ20）下浇道 243吋（ψ24）下浇道 2811吋（ψ30）下浇道 宽 深 浇道比 井径 井深 静止期 浇道比 井径 井深 静止期 浇道比 井径 井深 静止期 浇道比 井径 井深
静止期
正方形横浇道
1:3:3 1.5 — —
— — — — — — — — — — 1
1
— — — — 1:4:4 2 1 1.5 — — — — — — —
— — — — — — — — — 1:6:6 2 2.5 1:4:4 1 2.0 宽、浅横浇道
1 1:4:4 1 1.5 1:3:3 2
2
11
1.5 —
— —
—
—
— — —
— — — — 1:4:4 1 2.0 — — — — —
— — — 1 — — — — 1:6:6 2 2.0 1:4:4 2 1.5 — — — — 2 1 — — — — — — — — 1:5.3:5.3 1:3.5:3.5
2.0 2
—
—
—
— —
—
— — — —
— —
1:4:4
2.0
窄、深横浇道
43
1 1:4:4
211
4
3 1.5
1:3:
3
211
2
11 1.5 —
—
—
—
—
—
—
—
43
8
1
1
— —
—
—
1:4:4 2 1
2.5 — — — — — — — —
4
3
2
—
— — — 1:6:6
2
11
1 2.0 1:4:4
2 1 2.0 — — — —
1
2
11
— — — — 1:6:6
2
1 2.0 1:4:4 2
2
11
2.0 — — — —
1 2
— — — — — — — — 1:5.3:5.3
2
12
1
2.0 1:
3.5:3.5
212
4
3
1.5
8
11
2 — — — — — — — — — —
—
—
1:4:4
2
12
2
3.0
情况下合金的液态和凝固收缩直接靠浇冒口补缩,浇口和冒口合二为一,因此浇注系统应能保证补缩时通道畅通,并保证能提供给铸件必要的补缩金属液,以避免铸件内产生缩孔疏松(shrink porosity)。
(3)在组焊模块和制壳时,浇注系统起着支撑腊树和型壳的作用,所以要求它有足够的强度,防止制壳过程中腊树折断或腊件脱落。
(4)浇往系统也是脱腊时液体模料流出的信道所以浇注系统应能顺利
图10b 窄、深横浇道
地排除腊料,不致胀裂型壳。
(5)浇注系统结构应力求能简化射腊模结构,并使制模、组焊、制壳和切割等工序操作方便,生产率高。
(6)在保证铸件质量和工艺操作方便的前提下,要尽可能减小浇注系统的重量,提高工艺出品率,节约金属和减小模块外形尺寸。
二、浇注系统各单元结构设计
包模铸造浇注系统通常由以下几个单元组成:浇口杯、直浇口、横浇口、水口。此外，还附设一些其它的单元如撇渣器、缓冲器、排气口等。
浇道系统的设计主要分为两个阶段，首先根据铸件的补缩状况及其外形，决定浇道系统的构造方式，第二阶段才是根据浇满的需求及补缩的考虑计算尺寸。
l.浇口杯的构造
浇口杯的作用是盛接来自浇包的液态金属，并使整个浇注系统建立一定压力以进行充填和补缩。为了防止悦措和焙烧时砂粒进入型腔，浇口杯的设计也非常
重要。为了固定挂钩及防止浸浆时，
浆液进入浇口杯中，在浸浆制壳作
业时，浇口杯上通常有一块封口铁
片，浇口杯杯口外缘设计有三种形
式的边缘。
图l1中斜线部分是陶壳，空白
部分是蜡浇棒,(a)是铁片直接与锥
形浇口杯接触，当铁片去除后，其
破断面直接与杯口相连，砂砾很容
易落入浇道中。(b)示浇口杯在杯口
处有一凸缘，陶壳在凸缘外与浇口杯相连，换言之,其破断面亦在凸缘外，杯口部分是完整无缺，砂砾较不易进入浇道。(c)示浇口杯除凸缘外，尚有凹弧，使破断面完全与杯口隔绝是最好的设
计，不过制模较麻烦，生产速率低，一般均采(b)
设计。尚有部分厂商采用预铸型浇口杯，因为预
铸类似耐火砖，杯口完全无缺损，浸浆祗浸到浇
口杯的一半，亦可防止落砂。
一般浇口杯均设计为光滑的圆锥形，浇铸时，
倘未对准下浇道口，金属液会在浇口杯打转，一
来影响流速，二来会产生卷气，所以，为避免此
缺点，将设计改为图12，(a)浇口杯加飞剌，或如
(b)在浇口杯与下浇道达接处加筋条，这二种设计
除了达到原先
的目的外，尚可
减少浇口杯浸
浆制壳发生干燥龟裂的缺点，至于(b)的设计更
加强了浇口杯与下浇道连接处的强度，减少浇
口杯的折断率。
2.浇道系统的结构性设计
浇道系统第二项主要结构就是直图12小
浇口杯外形有飞刺浇道，直浇这是制壳操作中的支柱，且多数情况下兼有冒口的作用，所以直浇道设计很重要。
包(熔)模铸件尺寸一般都不算大，故不可能每种铸件都设计一种直浇道。特别是产品名目繁多时，为便于组织生产，简化设计，通常根据产品特点,把直浇道做成几种规格,当组焊熔模时,根据零件特点进行选择,对于特殊零件则可单独设计直浇道。
为了便于组焊熔模,直浇道截面形状可为圆形,方形、三角形、多边形等,如图13,一般圆形和方形用的较多。表四可供设计时参考。
表四 直浇道和浇口杯结构参考尺寸
现阶段在精铸工厂所常用的浇道系统可以概括的分为三大类。
第一类是下浇道本身直接当冒口供应铸件补缩之所需，而铸件与浇道连接的通路，就同时肩负水口及冒口颈的功能。这种浇注系统包括了上注、侧注及底注法，通常使用在小铸钢件及铜铸件上，如图14所示，就显示出几种常用的第一类浇道系统，铸件有很好的方向性凝固梯度，可获得密度良好的铸件，因此大多数的零件均采用这种系统，但是，亦有相当大的缺点，浇注时炉渣的混入及因涡流产生二次渣使铸件不干净。金属液的流速与浇注速度关系密切，不过我们可以用茶壶型浇斗过滤炉渣，也可从前
述的浇道组合方式加以改善，使二次渣减到最少，杂质被浇道系统阻拦，不易进入模穴，并可改变水口的尺寸来改变浇注速度，减低对浇注速度的关连。
第二类型的浇道系统,是有局部冒口的浇道系统,如图15所示,这是喷气发动机喷嘴片的铸造方案。用四种不同的组合,其产生的密度与机械性质的差异,如表五
公共尺寸
断面
圆形
正方形 三甪形
长方形
六角形
Ｄ２
Ｄ３
Ｈ
ｈ
Ｒ
Ｄ
Ｄ１
ａ
ｂ
ｃ
ｅ
ｄ
50 58 66 73 80 87 94 100 108
63 70 78 85 92 98 106 113 120
250 250 300 300 300 320 320 320 320
10 10 10 10 12 12 12 12 12
5 5 5 5 5 5 5 5 5
20 25 30 35 40 45 50 55 60
18 23 28 33 37 42 47 52 57
— 18 22 25 29 32 36
— — 27 31 — — —
— 18 22 25 — — —
— 25 30 35 — — —
20 25 30 35 40 45 —
方案类别密度gm/cm3
降伏点kg/mm2抗拉强度kg/mm2伸长率％断面缩减率％
A顶注
B底注
C侧注D叶片部侧注8.302
8.288
8.310
8.311
20.7
20.2
20.7
19.6
47.5
49.9
52.2
52.2
32
32.3
33.7
34.6
39
35.8
41.7
41.2
第三类型浇道系统如图16所示，有一个与浇口杯连为一体的大型冒口，金属液直接由中间冒口浇入，使其保有最热的金属液以供补缩之用。
综观三类浇道系统，另一重
要的结构为横浇道，横浇道的作
用是分配液流、补缩和挡渣，可
用于顶注法或底注法。用于顶注
法时，它是补缩铸件的主要金属
来源，故其截面积较大。横浇道
一般与直浇道一起，在专用模型
中用自由浇注法或射出成型法制
造。横浇道道形状可为环形、圆
盘形、方块形和条形等。条形横
浇道(图17)用得较多，其断面形
状一般为梯形，其截面与长度要能贮存足够的液体金属，但也不宜过长。图17所示的条形横浇口形式可根据铸件形状和大小选择。采用横浇道顶注方案的缺点
是流动不够平稳，对于铝及铜等非铁合金铸件易产生飞溅和合金二次氧化引起的
夹渣和气孔等缺陷，铸件表面光洁度也不如底注
法好。除了前述的三大类浇道系统，用于一般重
力铸造法外，尚有一些产品因纹路细致，或是过
于薄小，难以用重力铸造法来生产，需借助离心
铸造法。而在钛合金铸造时，为求避免钛合金与
型壳耐火材料起模壁反应，尽量降低金属液过热
及型壳的预热温度，而又要良好完满的充填模穴，
一般均采用离心铸造法，离心铸造法的浇道系统
与一般有所不同，图18就是离心铸造法的一种布
置图，左侧部分浇口呈辐射状分布，直接对向离
心铸造盘的圆心，当离心铸造顺时针方向旋转时，
金属液注入，根据相对运动原理，金属液呈反时
针方向运动，其最大离心速度系沿反时针切线方向射出，
因此，对圆心呈辐射排列分布的水口，往往因乱流及流
速不足，而产生浇不足的缺陷。改良的水口布置如右侧
2部分，金属液刚好顺着切线方向非常稳定又迅速的注
入模穴中。图19是另外一种离心铸造方案，把铸件以十
字形分布于浇道之四周，有别于前速辐射状组合之处，
在于每个铸件水口之前，另有一个类似浇口杯的梯形浇
道槽将每个铸件成为一个独立体，当金属液注入浇道时，
金属液因离心力的关系，
而集中在四个浇道槽中，
高速注入每个独立模穴。
以避免因相对运动而产生乱流减速现象。更可藉由
控制浇入量及技巧,使四个浇道槽各自独立不相连，
则浇注完后，很容易将铸件由型壳中取出。至于单
向结晶铸件，如铝、镍、钴磁铁，镍基耐热超合金
涡轮叶片。其铸造方案因为考虑结晶生长的控制，
有如图20的构造。“1”是铜制的水冷板(chill plate)，
整个型壳“2”套架在水冷板上，外层有管状“4”
石墨感应发热体，在石墨管外有“3”高周波感应圈，
当型壳套在水冷板上后，型商就靠石墨管吸收高周波磁场的电磁能发热，来加热型壳使其能保持在金属熔点以上的温度。如此，则当金属液浇注入模中后，除了与水冷板接触部分凝固外，其余部分均保持为液态。然后，水冷板向下(或者感应炉圈及石墨管向上)使型壳缓慢的离开高温区，铸伴逐步的由水冷板向浇口杯方向凝固，结晶也就一点一点的从水冷板上的初晶向上朝一个固定的方向生长，最后便生产出单向(unidirectional)结晶产品，倘若初晶核仅祗有一个时，随后生长的便是单晶产品。
汽车轮毂无冒口砂型铸造 R iserless Sand M ould Ca sti ng of Car Hub 陈言俊,梁如国,张国玲,刘健 (山东大学工程训练中心,山东济南250061) 中国分类号:T G 255;T G 24 文献标识码:B 文章编号:100123814(2004)0720062202 某汽车配件厂采用砂型铸造生产前、后轮毂。原铸造工艺采用两个冒口,其重量占整个铸件重量的1 2还多。不但造成了很大的浪费,而且造成清砂及机械加工困难等。为了解决此问题。我们采用球铁无冒口铸造工艺,经多次改进和生产试验,达到了预期的目的。 1 铸件的结构特点及原铸造工艺 汽车前、后轮毂是空心圆筒类铸件,壁厚比较均匀,中间有一直立砂芯,内壁散热较慢。材质为Q T 400215,原铸造工艺(以前轮毂为例)为:铸件大盘向上、底注、最上部放两个明冒口,每个冒口重5kg 以上(如图1)。原工艺由于冒口大,不仅浪费铁水,而且大盘根部易产生缩松、缩孔等缺陷。这是因为采用底注时,铸件下部的铁水温度较高,而且铸件顶部冒口处的铁水温度相对较低,不利冒口的补缩。冒口清理易带肉,造成铸件加工量小,有的成为废品;冒口清不到根,造成加工困难。后来虽把冒口几经更改(由5kg 改为7kg ,又改为10kg ,而后又改回5kg ),但铸件废品率一直在20%～35%徘徊,有时竟高达40%。 后来,采取了调整化学成分,提高浇注温度,底注快浇,底注慢浇,但都没有从根本上解决问题 。 图1 前轮毂原铸造工艺 图2 前轮毂改进后铸造工艺 2 改进的铸造工艺 把原来大盘向上改为大盘朝下,把底注改为阶梯浇注,去掉顶部冒口,改为四个<20mm 的出气孔。 铸件大盘向下,铸件顶部的圆筒适当增加加工余量,使集中于上部的缩孔、缩松、渣子或气孔加工掉。用出气孔是为了将浇注时型腔内的气体和凝固期间产生的大量气体畅通排出,避免气体聚集产生气孔或进入铸件内形成集中缩孔,或成为分散在树枝晶之间的小孔。 采用阶梯式注入可使金属液先从底部内浇口注入,液流平稳可避免飞溅,当液面上升到一定高度后再从上一层内浇口注入,这样就在铸型不同高度上逐层引进热的金属液,避免了单纯底注时所造成的反向温度分布,从而达到顺序凝固的目的。 另外,铸件大盘在下,底部注入的金属液先冷却,随着金属液面的升高,铸件上部的圆筒结构起到对下部大盘凝固的补缩作用(相当于冒口作用),实际上增大了铸件的垂直补缩距离,使铸件本身产生了自然的顺序凝固,铸件凝固时所产生的缩孔、缩松、气孔(因砂型铸造有水汽)等缺陷都集中在铸件的顶部。此处因留有较大的加工余量,可以将缺陷切除,获得致密铸件。 此外,为了利用石墨化膨胀,铸型刚性就要增加,这样新工艺就规定了要增加铸型紧实度。所以,我们提高型砂混砂质量,多用新砂、细纱、适当增加粘土,以提高型砂强度。在造型中强调增加铸型的紧实度,即使铸型平均硬度不低于75。 3 铁水化学成分 化学成分对无冒口铸造,获得致密铸件也非常重要。这是因为铁水的碳、硅含量直接影响共晶转变时的石墨析出数量,随着碳当量的增加,共晶石墨的析出量愈多,由于石墨化所引起的膨胀量也就愈大,那么型内的膨胀压力也就急剧上升。其膨胀压力的增长在有足够刚性的铸型时,有利于消除缩孔缩松。但碳、硅含量又不能太高,太高又会引起石墨漂浮。碳硅量偏低流动性不好,石墨化膨胀小。所以在调整化学成分时,适当提高碳当量、强化孕育。残余镁量高,白口倾向大,加大了收缩,所以在保证球化的前提下,尽量降低残留镁量。调整后的化学成分见表1。 表1 调整后的球铁化学成分(质量分数,%) 元素 C Si M n S P M g 残R E 残含量范围3.5 ～3.92.01～2.4 <0.6 <0.5<0.08 0.03～0.06 0.02～0.04 4 合理的浇注温度和浇注速度 浇注温度主要影响铁水的液态体收缩率,浇注温 度愈高,铁水的液态体收缩率也愈大。无冒口铸造的最安全浇注温度在1280℃以上能增加补缩能力,但不应 2 6 EXPER I M ENT H ot W ork ing Technology 2004N o .7
第六章铸件工艺设计 第一节概述 为了生产优质而价廉的包模铸件，做好工艺设计是十分重要的。在做工艺设计之前，首先要考虑选用包模铸造工艺生产时，在质量、工艺和经济方面的几个问题。 1.铸件质量的可靠性 对于铸件质量上的要求，一般是包括两个方面，一是保证技术要求的尺寸精度、几何精度和表面光洁度，二是保证机械性能和其它工作性能等内在质量方面的要求。 包模铸造具有少切削、无切削的突出优点。近年来，由于冶金技术、制模、制壳材料和工艺以及检测技术等方面的发展，包模铸件的外部和内在质量不断提高，所以它的应用范围愈来愈广。不少锻件、焊接件、冲压件和切削加工件，都可以用熔模铸造方法生产。 这对于节约机械加工工时和费用，节约金属材料，提高劳动生产率和降低成本都具有很大意义。 但是，熔模铸造生产的铸件，由于冶金质量、热型浇注引起的晶粒粗大、表面脱碳以及内部缩松等方面的原因，铸件的机械性能(尤其是塑性)，还存在一些缺陷。对于某些受力大和气密性要求高的铸件，采用包模铸造时，应充分考虑零件在产品上的作用和性能要求，以确保其使用可靠。有些结构件改用包模铸造生产时，必须考虑原用合金的铸造性能是否能满足零件的质量要求，否则就需要更改材质。 2.生产工艺上的可能性和简易性 熔模铸造虽然可以铸造形状十分复杂的、加工量甚少甚至不加工的零件，但零件的材质、结构形状、尺寸大小和重量等，必须符合熔模铸造本身的工艺要求。如铸件最小壁厚、最大重量、最大平面面积、最小孔槽以及精度和光洁度要求等，都要考虑到工艺上的可能性和简易性。 3.经济上的合理性 采用包模铸造在经济上是否合理，要从多方面考虑。按每公斤的价格来说，包模铸件与同类型锻件相近甚至还高些，但是由于大幅度减少了加工量，因而零件最终成本还是低的。 但也有些零件，可以利用机械化程度较高的方法生产，例如用自动机床高速加工、精密锻造、冷挤压、压力铸造等等，这时，用包模铸造法生产在经济上的优越性就不一定显著，甚至成本还可能高一些，所以在这种情况下，就不一定选用这种方法了。 总之，选择包模铸造法生产时，耍从其工艺特点出发，以零件质量为中心，并兼顾生产技术和经济上的要求。 在确定用包模铸造方法生产之后，工艺设计的任务就是要确定合理的工艺方案，采取必要的工艺措施以满足零件质量的要求。 工艺设计是理论和实践相结合的产物，是技术理论和生产经验的总结性技术资料。还要力求使设计符合实践性、科学性。 做好工艺设计要搞好两个方面的调查研究。首先必须对生产任务、产品零件图、材质和技术要求等方面进行深入分析：其次，要对生产条件如原材料、设备、工艺装备加工和制造能力、工人的操作技术水平等方面进行深入的了解。只有做好这两个方面的调查研究，才能使设计符合生产实际情况。
轴承座铸造工艺设计说明书 一、工艺分析 1、审阅零件图 仔细审阅零件图，熟悉零件图，而且提供的零件图必须清晰无误，有完整的尺寸和各种标记。仔细样。注意零件图的结构是否符合铸造工艺性，有两个方面：（1）审查零件结构是否符合铸造工艺 （2 ）在既定的零件结构条件下，考虑铸造过程中可能出现的主要缺陷，在工艺设计中采取措施避 零件名称：轴承座 零件材料：HT150 生产批量：大批量生产 2、零件技术要求 铸件重要的工作表面，在铸造是不允许有气孔、砂眼、渣孔等缺陷。 3、选材的合理性 铸件所选材料是否合理，一般可以结合零件的使用要求、车间设备情况、技术状况和经济成本等， 用铸造合金（如铸钢、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁、铸造铝合金、铸造铜合金等）的 牌号、性能、工艺特点、价格和应用等，进行综合分析，判断所选的合金是否合理。 4、审查铸件结构工艺性 铸件壁厚不小于最小壁厚5-6又在临界壁厚20-25以下。 二、工艺方案的确定
1、铸造方法的确定 铸造方法包括：造型方法、造芯方法、铸造方法及铸型种类的选择 （1）造型方法、造芯方法的选择 根据手工造型和机器造型的特点，选择手工造型 （2）铸造方法的选择 根据零件的各参数，对照表格中的项目比较，选择砂型铸造。 （3）铸型种类的选择 根据铸型的特点和应用情况选用自硬砂。 2、浇注位置的确定 根据浇注位置选择的4条主要规则，选择铸件最大截面，即底面处。 3、分型面的选择 本铸件采用两箱造型，根据分型面的选择原则，分型面取最大截面，即底面。 三、工艺参数查询 1、加工余量的确定 根据造型方法、材料类型进行查询。查得加工余量等级为11~13， 取加工余量等级为12。
铸造生产的工艺流程 铸造生产是一个复杂的多工序组合的工艺过程，它包括以下主要工序： 1）生产工艺准备，根据要生产的零件图、生产批量和交货期限，制定生产工艺方案和工艺文件，绘制铸造工艺图； 2）生产准备，包括准备熔化用材料、造型制芯用材料和模样、芯盒、砂箱等工艺装备； 3）造型与制芯； 4）熔化与浇注； 5）落砂清理与铸件检验等主要工序。 成形原理 铸造生产是将金属加热熔化，使其具有流动性，然后浇入到具有一定形状的铸型型腔中，在重力或外力（压力、离心力、电磁力等）的作用下充满型腔，冷却并凝固成铸件（或零件）的一种金属成形方法。 图1 铸造成形过程
铸件一般作为毛坯经切削加工成为零件。但也有许多铸件无需切削加工就能满足零件的设计精度和表面粗糙度要求，直接作为零件使用。 型砂的性能及组成 1、型砂的性能型砂（含芯砂）的主要性能要求有强度、透气性、耐火度、退让性、流动性、紧实率和溃散性等。 2、型砂的组成型砂由原砂、粘接剂和附加物组成。铸造用原砂要求含泥量少、颗粒均匀、形状为圆形和多角形的海砂、河砂或山砂等。铸造用粘接剂有粘土（普通粘土和膨润土）、水玻璃砂、树脂、合脂油和植物油等，分别称为粘土砂，水玻璃砂、树脂砂、合脂油砂和植物油砂等。为了进一步提高型（芯）砂的某些性能，往往要在型（芯）砂中加入一些附加物，如煤份、锯末、纸浆等。型砂结构，如图 2 所示 图2 型砂结构示意图 工艺特点 铸造是生产零件毛坯的主要方法之一，尤其对于有些脆性金属或合金材料（如各种铸铁件、有色合金铸件等）的零件毛坯，铸造几乎是唯一的加工方法。与其它加工方法相比，铸造工艺具有以下特点： 1）铸件可以不受金属材料、尺寸大小和重量的限制。铸件材料可以是各种铸铁、铸钢、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、锌合金和各种特殊合金材料；铸件可以小至几克，大到数百吨；铸件壁厚可以从0．5 毫米到1 米左右；铸件长度可以从几毫米到十几米。 2）铸造可以生产各种形状复杂的毛坯，特别适用于生产具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、缸体、叶片、叶轮等。 3）铸件的形状和大小可以与零件很接近，既节约金属材料，又省切削加工工时。 4）铸件一般使用的原材料来源广、铸件成本低。 5）铸造工艺灵活，生产率高，既可以手工生产，也可以机械化生产。 铸件的手工造型手工造型的主要方法砂型铸造分为手工造型（制芯）和机器造型（制芯）。手工造型是指造型和制芯的主要工作均由手工完成；机器造型是指主要的造型工作，包括填砂、紧实、起模、合箱等由造型机完成。泊头铸造工量具友介绍手工造型的主要方法：手工造型因其操作灵活、适应性强，工艺装备简单，无需造型设备等特点，被广泛应用于单件小批量生产。但手工造型生产率低，劳动强度较大。手工造型的方法很多，常用的有以下几种： 1．整模造型 对于形状简单，端部为平面且又是最大截面的铸件应采用整模造型。整模造型操作简便，造型时整个模样全部置于一个砂箱内，不会出现错箱缺陷。整模造型适用于形状简单、最大截面在端部的铸件，
1．结合所学知识，查找相应资料，对所给零件或铸件原铸造工艺进行分析（工艺图设计，参数选取，砂芯设计，冒口设计，模板设计等）谈谈你的体会，及对教材、课堂教学的建议。 2．查资料，完成所指定锻件的生产过程，锻件图设计、相应的计算过程、下料、加热、锻造及热处理工艺进行分析。 3．结合汽车零件生产。阐述埋弧焊原理、工艺特点、质量保证措施。 1.结合所学知识，查找相应资料，对所给零件或铸件原铸造工艺进行分析（工艺图设计，参数选取，砂芯设计，冒口设计，模板设计等）。
1.1 制动盘铸造要求及现状 一、生产技术状况：制动盘种类繁多，特点是壁薄，盘片及中心处由砂芯形成。不同种类制动盘，在盘径、盘片厚度及两片间隙尺寸上存在差异，盘毂的厚度和高度也各不相同。单层盘片的制动盘结构比较简单。铸件重量多为6-18kg。 二、技术要求：铸件外轮廓全部加工，精加工后不得有任何缩松、气孔、砂眼等铸造缺陷。金相组织为中等片状型，石墨型，组织均匀，断面敏感性小（特别是硬度差小）。 三、力学性能: σb ≥250MPa , HB180～240 , 相当于国际 HT250 牌号。 四、有些外商对铸件的化学成分也作要求，本设计不作详细介绍。 1.2 设计内容 用金属型覆砂技术克服上述局限性，解决当前所遇到的铸造问题，保证工艺出品率。即在金属型与铸件外形间覆薄砂层，形成砂型胶。优点是同时具备金属型和砂型铸造的特点，金属型与熔体不直接接触，冷却速度和金相组织易于控制，同时提高金属型寿命，铸件形状可较复杂。铸件可保证致密无气孔、缩孔、缩松等缺陷，工艺出口率高。 2.1 设计任务要求 名称:制动盘 材料：HT220 类型：成批生产 本铸件属于盘状薄壁件，盘面上的风道利于空气对流，达到散热的目的。如下图所示。采用金属型覆砂工艺，需考虑金属型材料及芯砂材料。 2.2金属型材料选择 根据以往金属型设计经验，选择常用的HT200作为金属型材料，参数如下：牌号：HT200 标准：GB 9439-88
铸造工艺设计： 就是根据铸造零件的结构特点,技术要求,生产批量和生产条件等,确定铸造方案和工艺参数,绘制铸造工艺图,编制工艺卡等技术文件的过程.设计依据： 在进行铸造工艺设计前,设计者应掌握生产任务和要求,熟悉工厂和车间的生产条件,这些是铸造工艺设计的基本依据.设计内容： 铸造工艺设计内容的繁简程度,主要决定于批量的大小,生产要求和生产条件.一般包括下列内容： 铸造工艺图,铸件(毛坯)图,铸型装配图(合箱图),工艺卡及操作工艺规程.设计程序： 1零件的技术条件和结构工艺性分析;2选择铸造及造型方法;3确定浇注位置和分型面;4选用工艺参数;5设计浇冒口,冷铁和铸肋;6砂芯设计;7在完成铸造工艺图的基础上,画出铸件图;8通常在完成砂箱设计后画出;9综合整个设计内容.铸造工艺方案的内容： 造型,造芯方法和铸型种类的选择,浇注位置及分型面的确定等.铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置.分型面是指两半铸型相互接触的表面.确定砂芯形状及分盒面选择的基本原则,总的原则是： 使造芯到下芯的整个过程方便,铸件内腔尺寸精确,不至造成气孔等缺陷,使芯盒结构简单.1保证铸件内腔尺寸精度;2保证操作方便;3保证铸件壁厚均匀;4应尽量减少砂芯数目;5填砂面应宽敞,烘干支撑面是平面;6砂芯形状适应造型,制型方法.铸造工艺参数通常是指铸型工艺设计时需要确定的某些数据.1铸件尺寸公差： 是指铸件各部分尺寸允许的极限偏差,它取决于铸造工艺方法等多种因素.2主见重量公差定义为以占铸件公称质量的百分率为单位的铸件质量变动的允许值.3机械加工余量： 铸件为保证其加工面尺寸和零件精度,应有加工余量,即在铸件工艺设计时预先增加的,而后在机械加工时又被切去的金属层厚度,称为机械加工余量,简称加工余量.代号用MA，由精到粗分为ABCDEFGH和J9个等级。
铸造工艺设计:就是根据铸造零件的结构特点,技术要求,生产批量和生产条件等,确定铸造方案和工艺参数,绘制铸造工艺图,编制工艺卡等技术文件的过程. 设计依据:在进行铸造工艺设计前,设计者应掌握生产任务和要求,熟悉工厂和车间的生产条件,这些是铸造工艺设计的基本依据. 设计内容:铸造工艺设计内容的繁简程度,主要决定于批量的大小,生产要求和生产条件.一般包括下列内容:铸造工艺图,铸件(毛坯)图,铸型装配图(合箱图),工艺卡及操作工艺规程. 设计程序: 1 零件的技术条件和结构工艺性分析; 2 选择铸造及造型方法; 3 确定浇注位置和分型面; 4 选用工艺参数; 5 设计浇冒口,冷铁和铸肋; 6 砂芯设计; 7 在完成铸造工艺图的基础上,画出铸件图; 8 通常在完成砂箱设计后画出; 9 综合整个设计内容.
铸造工艺方案的内容:造型,造芯方法和铸型种类的选择,浇注位置及分型面的确定等.铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置. 分型面是指两半铸型相互接触的表面. 确定砂芯形状及分盒面选择的基本原则,总的原则是:使造芯到下芯的整个过程方便,铸件内腔尺寸精确,不至造成气孔等缺陷,使芯盒结构简单. 1 保证铸件内腔尺寸精度; 2 保证操作方便; 3 保证铸件壁厚均匀; 4 应尽量减少砂芯数目; 5 填砂面应宽敞,烘干支撑面是平面; 6 砂芯形状适应造型,制型方法. 铸造工艺参数通常是指铸型工艺设计时需要确定的某些数据. 1 铸件尺寸公差:是指铸件各部分尺寸允许的极限偏差,它取决于铸造工艺方法等多种因素. 2 主见重量公差定义为以占铸件公称质量的百分率为单位的铸件质量变动的允许值.
熔模铸造工艺流程 模具制造 制溶模及浇注系 统 模料处理 模组焊接 模组清洗 上涂料及撒砂 涂料制备 重
复 型壳干燥(硬化 多 次 脱蜡 型壳焙烧 浇注 熔炼 切 割 浇 口 抛 光 或 机
工 钝化 修整焊补 热处理 最后清砂 喷丸或喷砂 磨内
口 震 动 脱 壳 模料 制熔模用模料为日本牌号：K512模料 模料主要性能： 灰分≤0.025% 铁含量灰分的10% ≤0.0025% 熔点 83℃-88℃（环球法）60℃±1℃ 针入度 100GM（25℃）3.5-5.0DMM 450GM（25℃）14.0-18.0DMM 收缩率 0.9%-1.1% 比重 0.94-0.99g/cm3 颜色新蜡——兰色、深黄色 旧蜡——绿色、棕色
蜡（模）料处理 工艺参数： 除水桶搅拌时温度 110-120℃ 搅拌时间 8-12小时 静置时温度 100-110℃ 静置时间 6-8小时 静置桶静置温度 70-85℃ 静置时间 8-12小时 保温箱温度 48-52℃ 时间 8-24小时 二、操作程序 1、从脱蜡釜泄出的旧蜡用泵或手工送到除水桶中，先在105-110℃下置6-8小时沉淀，将水分泄掉。 2、蜡料在110-120℃下搅拌8-12小时，去除水份。 3、将脱完水的蜡料送到70-85℃的静置桶中保温静置桶中保温静置8-12小时。 4、也可将少量新蜡加入静置桶中，静置后清洁的蜡料用手工灌到保温箱蜡缸中，保温温度48-52℃，保温时间8-24小时后用于制蜡模。
5、或把静置桶中的回收蜡料输入到气动蜡模压注机的蜡桶中，保温后压制浇道。 三、操用要点 1、严格按回收工艺进行蜡料处理。 2、除水桶、静置桶均应及时排水、排污。 3、往蜡缸灌蜡时，蜡应慢没缸壁流入，防止蜡液中进入空气的灰尘。 4、蜡缸灌满后应及时盖住，避免灰尘等杂物落入。 5、经常检查每一个桶温，防止温度过高现象发生。 6、作业场地要保持清洁。 7、防止蜡液飞溅。 8、严禁焰火，慎防火灾。 压制蜡（熔）模 一、工艺参数 室温20-24℃压射蜡温50-55℃ 压射压力0.2-0.5Mpa 保压时间10-20S 冷却水温度15±3℃ 二、操作程序
?? 铸件冒口系统对铸件的质量具有很大的影响，不正确的冒口系统将导致缩孔缩松等铸造缺陷。然而到目前为止，可以说铸造行业中大多数铸造工艺设计仍然是以经验为基础的，冒口系统的计算都是基于模数法和经验公式。随着计算机技术的高速发展，铸造ＣＡＤ／ＣＡＥ技术研究也取得了很大的进展［１－１１］。本文用铸造ＣＡＥ软件ＤｉｇｉｔａｌＣａｓｔ进行铸造ＣＡＥ分析和总结了大量试验结果与统计回归分析的基础上，提出一种新的冒口设计计算方法。 １冒口设计数理模型 为了对铸造冒口系统进行计算机辅助设计，首先 要建立相关的数学物理模型。目前，尽管冒口系统的设计计算方法很多，如模数法、比例法、Ｃａｉｎｅ法［１２－１３］、周界商法［１４］、三次方程法［１５］等，国内应用比较普遍的方法有模数法、补缩液量法和比例法［１６］，各种冒口设计方法的演变和发展都是基于模数理论体系［１７］。 １．１模数法 根据Ｃｈｖｏｒｉｎｏｖ公式，铸件和冒口的凝固时间ｔＣ和ｔＲ 分别为： ｔＣ＝（ＭＣ／ＫＣ）２，ｔＲ＝（ＭＲ／ＫＲ） ２ （１）根据补缩条件，冒口的凝固时间应大于等于铸件 的凝固时间，即应： （ＭＲ／ＫＲ） ２≥（ＭＣ／ＫＣ）２（２） 式中：ＭＲ、ＭＣ分别为冒口模数和铸件模数，ＫＲ、ＫＣ分别为冒口和铸件的凝固系数。 对于普通冒口，ＫＲ＝ＫＣ，从而式（２）可改写成： ＭＲ＝ｆ?ＭＣ （３） 式中：ｆ为冒口的安全系数，一般取ｆ＝１．０￣１．２。 对于碳钢、低合金钢铸件，冒口、冒口颈与铸件的模数应符合下列关系。 侧冒口：ＭＣ∶ＭＮ∶ＭＲ＝１∶１．１∶１．２（４）内浇道通过冒口： ＭＣ∶ＭＮ∶ＭＲ＝１∶（１￣１．０３）∶１．２ （５）顶冒口：ＭＲ＝（１．２￣１．０）ＭＣ （６）式中：ＭＮ为冒口颈的模数。 此外，冒口还必须能提供足够的金属液，以补偿铸件和冒口在凝固结束前的体收缩和因型壁移动而扩大的型腔体积，使缩孔不致伸入铸件内。用公式来表示： ε（ＶＣ＋ＶＲ）＋Ｖｅ≤η?ＶＲ （７） 式中：ＶＣ、ＶＲ、Ｖｅ分别为铸件体积、冒口体积和因型 壁移动而扩大的体积，ε为金属液从浇注完毕到凝固结束的体积收缩率，η为冒口的补缩效率，η＝（补缩体积／ 基金项目：上海市教委科技发展基金重点资助项目（０２ＦＺ２７）。收稿日期：２００７－１１－０９收到初稿，２００８－０１－１５收到修订稿。作者简介：李培耀（ １９５５－），男，浙江奉化人，副教授，研究方向为铸造ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ。Ｅ－ｍａｉｌ：ｐｅｉｙａｏｌｉ＠ｓｕｅｓ．ｅｄｕ．ｃｎ李培耀１，俞正江２ （１．上海工程技术大学材料工程学院，上海２０１６２０；２．上海重型机器冶铸厂，上海２００２４５） 摘要：在铸造ＣＡＥ分析和大量试验结果统计回归分析的基础上，提出了一种新的冒口设计计算方法。采用该方法对实 际工业生产的１７８０轧机机架铸件进行了冒口系统计算机辅助设计计算，并对设计结果的正确性、合理性与可行性进行 了分析和实际生产验证。铸件经工厂质检处检验，全部合格。证明该算法是正确，可靠和实用的。 关键词：铸造；冒口；ＣＡＤ 中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标识码：Ａ文章编号：１００１－４９７７（２００８）０６－０５８９－０３ ＬＩＰｅｉ－ｙａｏ１，ＹＵＺｈｅｎｇ－ｊｉａｎｇ２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１６２０， Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈａｎｇｈａｉＨｅａｖｙＭａｃｈｉｎｅｒｙＦｏｕｎｄｒｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｃａｓｔｉｎｇＣＡＥａｎｄｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａ，ａｎｅｗａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｃａｓｔｉｎｇｒｉｓｅｒｄｅｓｉｇｎｈａｓｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．ＴｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｈａｓｂｅｅｎｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｕｓｅｄｉｎＣＡＤｄｅｓｉｇｎｉｎｇｏｆｒｉｓｅｒｓｆｏｒｔｈｅ１７８０ｍｉｌｌｈｏｕｓｉｎｇｃａｓｔｉｎｇａｎｄｖａｌｉｄａｔｅｄｉｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｗｏｒｋｓｗｅｌｌａｎｄｉｓｈｉｇｈｌｙａｃｃｕｒａｔｅ，ｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｓｔｉｎｇ；ｒｉｓｅｒ；ＣＡＤ 铸造冒口计算机辅助设计新算法 ＡＮｅｗＡｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒＣａｓｔｉｎｇＲｉｓｅｒＣＡＤ ######$%& %%%%%%& %& 计算机应用 Ｊｕｎ．２００８Ｖｏｌ．５７ Ｎｏ．６ 铸造 ＦＯＵＮＤＲＹ ５８９
消失模铸造工艺流程及车间环境状况分析消失模铸造简称EPC，又称气化模铸造或实型铸造。它是采用泡沫塑料模样代替普通模样紧实造型，造好铸型后不取出模样、直接浇入金属液，在高温金属液的作用下，泡沫塑料模样受热气化、燃烧而消失，金属液取代原来泡沫塑料模样占据的空间位置，冷却凝固后即获得所需的铸件。 消失模铸造工艺简图： 消失模铸造生产线的工艺流程分为白区与黑区两大部分。 一、白区工艺流程： 首先根据铸件的材质以及壁厚选择适合它的原始珠粒。将原始珠粒按定量加入间歇式予发机中进行预发泡，使其达到工艺要求的密
度，通过予发机硫化床干燥后发送到熟化仓内进行熟化。熟化后的珠粒运送到成型间，将珠粒注入到成型机上的模具中，通蒸汽将其膨胀融解成型，形成铸件模样，通冷水进行冷却降温，使白模具有一样的强度，这时成型机起模人工取出白模放到白模烘干车上，运输至热风隧道通过式烘干室进行烘干。白模烘干车在烘干室轨道上行走，每推进室内一车，在另一端顶出一车，以此循环。烘干室采用热风强制循环系统，烘干室内的温度及湿度通过PLC自动控制达到工艺要求，大大提高了生产效率，并节约能源。白模烘干后运输到组模间组装、粘结浇冒口。组装好的白模运输至一次涂料间浸刷涂料，不同材质的铸件选择不同的涂料配方，将原材料放入涂料搅拌机中进行搅拌，达到工艺要求时间后测试涂料密度，经测试合格后再放入涂料槽中供工人使用。将浸刷好的白模放到烘干车上运输至黄模一次烘干室进行烘干，烘干后的黄模运输到二次涂料间进行二次浸刷涂料，达到工艺要求的涂层厚度，再运输至黄模二次烘干室进行烘干、修补。经过二次烘干后的黄模用烘干车运输到黑区造型工部进行填箱、造型，烘干车空车返回成型间。至此白区工艺流程全部结束。 二、黑区工艺流程： 1、造型工部： 造型工部由两条造型线和一条回箱线组成，砂箱的循环运行是由砂箱轨道、手动变轨车来完成，每一条生产线由工艺要求的砂箱数量组成。每一条造型线由一台2吨单维振实台，两台4吨变频三维振实台组成。造好型的砂箱依次进入两条浇注冷却线，浇注冷却线由真空对接机组成。浇注冷却线进入一定数量砂箱后真空对接机自动对接、人工浇注。浇注完成后进行保压冷却，保压后真空对接机复位，撤真空，保压结束后进入冷却段进行冷却。在这两条浇注线浇注的同时，造型线造好型的砂箱依次进入令外两条浇注线等待浇注，并重复前两条浇注线的动作，以此循环。 本造型工部采用BSZ-04k变频三维振实台，其结构及工作原理：
铸铁件冒口设计诸葛胜铸铁冒口设计手册一、概述冒口是一个个储存金属液的空腔。其主要作用是在铸件成形过程中提供由于体积变化所需要补偿的金属液，以防止在铸件中出现的收缩类型缺陷（如图 1 和图 2 所示），而这些需要补偿的体积变化可能有：图1 各种缩孔图 2 缩孔生产图 a)和冒口的补缩图 b) 1—缩孔 2—型腔胀大 3—铸件(虚线以内) 1—一次缩孔 2—二次缩孔 3—缩松 4—显微缩松 5—缩陷（缩凹，外缩孔）（1）铸型的胀大（2）金属的液态收缩（3）金属的凝固收缩补偿这些体积变化所需要的金属液量随着铸型和金属种类的不同而异。此外，冒口还有排气及浮渣和非金属夹杂物的作用。铸件制成后，冒口部分（残留在铸件上的凸块）将从铸件上除去。由此，在保证铸件质量要求的前提下，冒口应尽可能的小些，以节省金属液，提高铸件成品率。由此冒口的补缩效率越高，冒口将越小，铸件成品率越高、越经济。FOSECO 公司的发热保温冒口具有高达3 5%的补缩效率；因而，具有极高的成品率和极其优越的经济性。在金属炉料价格飞涨的情况下，其优越性显得尤其突出。另外，高品质发热保温冒口，及其稳定可靠的产品质量是获得高品质铸件的重要手段和可靠的质量保证。二、铸铁的特点铸钢和铸铁都是铁碳合金，它们在凝固收缩过程中有共同之处）如凝固前期均析出初生奥氏体树枝晶，都存在着液态、凝固态和固态下的收缩），但也有不同的特点。其根本不同之处是铸铁在凝固后期有“奥氏体+石墨”的共晶转变，析出石墨而发生体积膨胀，从而可部分地或全部抵消凝固前期所发生的体积收缩，即，具备有“自补缩的能力”。因此在铸型刚性足够大时，铸铁件可以不设冒口或采用较小的冒口进行补缩。灰铸铁在共晶转变过程中析出石墨，并在与枝晶间的液体直接接触的尖端优先长大，其石墨长大时所产生的体积膨胀直接作用在晶间液体上，进行“自补缩”。对于一般低牌号的灰铁铸件，因碳硅含量高，石墨化比较完全，其体积膨胀量足以补偿凝固时的体收缩，故不需要设置冒口，只放排气口。但对高牌号的灰铸铁件，因碳、硅含量较低，石墨化不完全，其产生的体积膨胀量不足以补偿铸件的液态和凝固体收缩，此时必须要设置冒口。球墨铸铁在共晶转变时石墨的析出同样会产生体积膨胀，但是它产生缩松的倾向性却比灰铸铁大得多。因为球墨铸铁共晶团的石墨核心是在奥氏体包围下长大的，石墨球长大时所产生的体积膨胀要通过奥氏体的膨胀来发生作用，
铸造工艺设计流程 铸件STL—读取相关信息（壁厚，体积，临界体积）—铸造合金—密度—浇注方式选择（顶注、中注、顶注）—浇注系统设计—判定浇注方案是否合理—冒口设计—案例特征存储 浇注系统设计的需求分析 通用浇注系统设计 设计原则 ?引导金属液平稳、连续的充型，避免由于湍流过度激烈而造成夹卷空气、产生金属氧化物夹杂和冲刷型芯； ?充型过程中流动的方向和速度可以控制，保证铸件轮廓清晰、完整； ?在合适的时间内充满型腔，避免形成夹砂、冷隔、皱皮等缺陷； ?调节铸型内的温度分布，有利于强化铸件补缩、较少铸造应力、防止铸件出现变形、裂纹等缺陷； ?具有挡渣、溢渣的能力，净化金属液； ?浇注系统结构应当简单、可靠，减少金属液消耗，便于清理。
通用浇注系统设计流程图 图71：通用浇注系统设计流程图
铸钢件浇注系统设计 铸钢件浇注系统计算 方法1转包浇注： （1）转包浇注时尺寸计算定义
(2)数据字段定义 序号字段名类型及长度是否可空含义说明 公式1： zg_jz1_jmb_n zg_jz1_jmb_h zg_jz1_jmb_zh内浇道横浇道直浇道截面积比值 zg_jz1_n内浇道截面积 zg_jz1_h横浇道截面积 zg_jz1_j直浇道截面积 公式2 zg_jz1_jsyldxsh金属液流动系数S' zg_jz1_zljmj阻流截面积A阻 zg_jz1_jzzhl流经阻流截面的金属液重量GL zg_jz1_jzshj浇注时间t zg_jz1_jzhbs浇注比速k 公式3 zg_jz1_c系数C 公式4，铸件相对密度 zg_jz1_lktj铸件轮廓体积VC zg_jz1_xdmd铸件相对密度 公式4：浇道具体尺寸 选择浇道类型，选择浇道具体尺寸 zg_jz1_na内浇道截面积尺寸a、b、h和R zg_jz1_nb zg_jz1_nh
球墨铸铁模具支座 一、生产条件及技术要求 1、生产性质试制研发。 2、材质材质为QT400—15。 3、零件图 4、主要技术要求力学性能：σb>400MPa；δ≥15%；130-180HBW。金属组织：球化等级≤4级；石墨大小5.8级；φ（P）≤20%;ω(Fe3C)≤3%. 二、造型、制芯 1、造型采用手工造型；砂箱尺寸600mm*620mm*250mm，每型4件。
2、制芯设备芯盒制芯。 三、熔炼工艺 1、铁液的化学成分ω(C)=3.6%-3.9%；ω(Si) ≤3.0%；ω(Mn)＜0.5%；ω(P) ≤0.07%； ω(S)＜0.03%；ω(Mg)残=0.03%-0.05%；ω(Re)残=0.01%-0.03%。 2、球化剂稀土镁硅铁合金，加入量为铁液质量分数的1.5%-1.7%。 3、出炉温度 1420-1440℃。 4、浇注温度 1320-1380℃。 5、孕育剂 75Si-Fe合金孕育，加入量为包内铁液质量分数的0.3%-0.7%。 6、熔炼设备0.5t无芯工频感应电炉熔炼原铁液；在100Kg铁液包中进行球化处理；转50Kg浇包进 行浇注。 四、主要工艺参数 1、加工余量 2-3mm,模具支座面机械加工余量取3mm；模具支座底面及侧面机械加工余量取2mm。 2、收缩率 1%。 3、拔模斜度 1°。 4、砂型硬度砂型硬度大于40（C型硬度计）。 5、吃砂量吃砂量为30-60mm。 6、型砂性能湿压强度为0.12-0.14MPa，透气性≥100cm2/（Pa*s），紧实率为40%-48%（夏季），41%-47%（冬季）。 7、铸造圆角铸造圆角为R2。 五、铸造工艺方案 1、浇注位置及分型面的选择由于本铸件采用试制研发的方案进行设计，其可能的分型面的选取有如下图所示的6种：
精密铸造过程工艺流程图 本文由灵寿县洞里矿产加工厂整理制作，转载请注明出处，公司网址https://www.doczj.com/doc/1e4568686.html, 公司专业生产铸造用石英砂、石英粉、铝矾土，质优价廉，真诚期待与您的合作 具设计-----磨具制造----压蜡-----修蜡-----组树-------制壳（沾浆）-----脱蜡----型壳焙烧------化性分析---浇注----清理-----热处理-------机加工-----成品入库。 如过在详细点就是： 压蜡（射蜡制蜡模）---修蜡----蜡检----组树（腊模组树）---制壳（先沾浆、淋沙、再沾浆、最后模壳风干）---脱蜡（蒸汽脱蜡）-------模壳焙烧--化性分析--浇注（在模壳内浇注钢水）----震动脱壳---铸件与浇棒切割分离----磨浇口---初检（毛胚检）---抛丸清理-----机加工-----抛光---成品检---入库 铸造生产流程大体就是这样总的来说可以分为压蜡、制壳、浇注、后处理、检验 压蜡包括（压蜡、修蜡、组树） 压蜡---利用压蜡机进行制作腊模 修蜡---对腊模进行修正 组树---将腊模进行组树 制壳包括（挂沙、挂浆、风干) 后处理包括（修正、抛丸、喷砂、酸洗、） 浇注包括（焙烧、化性分析也叫打光谱、浇注、震壳、切浇口、磨浇口） 后处理包括（喷砂、抛丸、修正、酸洗） 检验包括（蜡检、初检、中检、成品检） 现代熔模精密铸造方法在工业生产中得到实际应用是在二十世纪四十年代。当时航空喷气发动机的发展，要求制造象叶片、叶轮、喷嘴等形状复杂，尺寸精确以及表面光洁的耐热合金零件。由于耐热合金材料难于机械加工，零件形状复杂，以致不能或难于用其它方法制造，因此，需要寻找一种新的精密的成型工艺，于是借鉴古代流传下来的失蜡精密铸造，经过对材料和工艺的改进，现代精密铸造方法在古代工艺的基础上获得重要的发展。所以，航空工业的发展推动了精密铸造的应用，而精密铸造的不断改进和完善，也为航空工业进一步提高性能创造了有利的条件。 我国是于上世纪五、六十年代开始将精密铸造应用于工业生产。其后这种先进的精密铸造工艺得到巨大的发展，相继在航空、汽车、机床、船舶、内燃机、气轮机、电讯仪器、武器、医疗器械以及刀具等制造工业中被广泛采用，同时也用于工艺美术品的制造。 所谓精密铸造工艺，简单说就是用易熔材料（例如蜡料或塑料）制成可熔性模型（简称熔模或模型），在其上涂覆若干层特制的耐火涂料，经过干燥和硬化形成一个整体型壳后，再用
铸造生产的工艺流程 铸造生产就是一个复杂的多工序组合的工艺过程,它包括以下主要工序: 1)生产工艺准备,根据要生产的零件图、生产批量与交货期限,制定生产工艺方案与工艺文件,绘制铸造工艺图; 2)生产准备,包括准备熔化用材料、造型制芯用材料与模样、芯盒、砂箱等工艺装备; 3)造型与制芯; 4)熔化与浇注; 5)落砂清理与铸件检验等主要工序。 成形原理 铸造生产就是将金属加热熔化,使其具有流动性,然后浇入到具有一定形状的铸型型腔中,在重力或外力(压力、离心力、电磁力等)的作用下充满型腔,冷却并凝固成铸件(或零件)的一种金属成形方法。 图1 铸造成形过程
铸件一般作为毛坯经切削加工成为零件。但也有许多铸件无需切削加工就能满足零件的设计精度与表面粗糙度要求,直接作为零件使用。 型砂的性能及组成 1、型砂的性能 型砂(含芯砂)的主要性能要求有强度、透气性、耐火度、退让性、流动性、紧实率与溃散性等。 2、型砂的组成 型砂由原砂、粘接剂与附加物组成。铸造用原砂要求含泥量少、颗粒均匀、形状为圆形与多角形的海砂、河砂或山砂等。铸造用粘接剂有粘土(普通粘土与膨润土)、水玻璃砂、树脂、合脂油与植物油等,分别称为粘土砂,水玻璃砂、树脂砂、合脂油砂与植物油砂等。为了进一步提高型(芯)砂的某些性能,往往要在型(芯)砂中加入一些附加物,如煤份、锯末、纸浆等。型砂结构,如图2所示。 图2 型砂结构示意图 工艺特点 铸造就是生产零件毛坯的主要方法之一,尤其对于有些脆性金属或合金材料(如各种铸铁件、有色合金铸件等)的零件毛坯,铸造几乎就是唯一的加工方法。与其它加工方法相比,铸造工艺具有以下特点: 1)铸件可以不受金属材料、尺寸大小与重量的限制。铸件材料可以就是各种铸铁、铸钢、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、锌合金与各种特殊合金材料;铸件可以小至几克,大到数百吨;铸件壁厚可以从0.5毫米到1米左右;铸件长度可以从几毫米到十几米。 2)铸造可以生产各种形状复杂的毛坯,特别适用于生产具有复杂内腔的零件毛坯,如各种箱体、缸体、叶片、叶轮等。 3)铸件的形状与大小可以与零件很接近,既节约金属材料,又省切削加工工时。 4)铸件一般使用的原材料来源广、铸件成本低。 5)铸造工艺灵活,生产率高,既可以手工生产,也可以机械化生产。 铸件的手工造型 手工造型的主要方法 砂型铸造分为手工造型(制芯)与机器造型(制芯)。手工造型就是指造型与制芯的主要工作均由手工完成;机器造型就是指主要的造型工作,包括填砂、紧实、起模、合箱等由造型机完成。泊头铸造工量具友介绍手工造型的主要方法: 手工造型因其操作灵活、适应性强,工艺装备简单,无需造型设备等特点,被广泛应用于单件小批量生产。但手工造型生产率低,劳动强度较大。手工造型的方法很多,常用的有以下几种: 1. 整模造型 对于形状简单,端部为平面且又就是最大截面的铸件应采用整模造型。整模造型操作简便,造型时整个模样全部置于一个砂箱内,不会出现错箱缺陷。整模造型适用于形状简单、最大截面在端部的铸件,如齿轮坯、轴承座、罩、壳等(图2)。
铸造CAD／CAE智能冒口工艺优化设计 CAD之家https://www.doczj.com/doc/1e4568686.html, 更新日期:2010-11-15 铸造凝固模拟(CAE)技术可以在铸件实际浇注前对多个铸造工艺方案进行验证，预测缩孔、缩松、卷气、夹杂、裂纹、应力集中等常见铸造缺陷，为优化铸造工艺提供参考。因为CAE的前提是必须要有一个初始工艺方案，所以目前CAE的作用还基本体现在对已有工艺方案的验证，不能智能地设计铸造工艺。一个合理的铸造工艺依赖工艺人员丰富的专业知识和宝贵的经验，而对经验不足者，很难在短时间内得到合理的工艺方案。即便借助CAE软件，由于对模拟显示结果的理解程度不同，基于模拟结果进行工艺优化的能力也因人而异。专业技能知识，现场经验积累、软件的正确使用和熟练程度等，都决定了凝固模拟(CAE)与工艺优化设计(CAD)的有效衔接。本研究以铸钢件的冒口智能优化为突破口，结合CAE模拟得到的铸件孤立液相区信息与周界商法，进行了铸钢件冒口的自动优化设计研究，实现了CAD与CAE的耦合，开发出了一套基于UG(UniGraphics)和孤立液相区的铸钢件智能冒口优化设计系统。 1 智能化冒口工艺设计路线 冒口的选择是铸造工艺设计中非常重要的一部分，同时是铸造工艺设计的难点所在。常用的冒口设计方法包括模数法、补缩液量法、比例法、Q参数法、三次方程法、周界商法。在铸钢件冒口设计中，模数法是一个广泛应用的计算方法。铸件模数对冒口设计至关重要，应用整体模数法设计冒口，不如采用局部模数法准确，但是很难获得准确的局部模数，因为局部模数的获得要靠设计人员对铸件进行手动分割，局部分割的体积、形状各异，散热面积各异，导致计算出的局部模数不能定量，这是制约铸造工艺CAD 实用化的瓶颈之一。 本研究基于CAE凝固模拟的孤立液相区进行铸钢件的冒口自动优化设计，能定量地跟踪各个孤立液相区的体积和表面积大小，以及各孤立区的凝同时间，比局部模数法更准确、方便。软件编制的总体技术路线如图l所示。首先使用本课题组开发的华铸CAE软件对不带冒口工艺的铸件模型进行初步的温度场计算，得到铸件的孤立液相区信息;接着利用UG/Open二次开发技术，将计算结果信息导人三维CAD 软件UG中，以面片形式建立孤立液相区三维模型，在原铸件模型的相应位置显示各孤立区;然后根据周界商法，对大于一定体积的孤立液相区，计算出所需冒口的体积，选择合适的冒口种类，根据体积查询冒口标准数据库，确定冒口的尺寸;最后，根据孤立液相区在铸件模型中的相对位置，在相应位置建立冒口的三维参数化模型，从而实现冒口的自动生成与定位。得到的推荐方案，可直接用于实际生产。但为保险起见，一般还要采用CAE软件进行模拟验证，如不理想，以此为参考进行优化，最终获得在保证铸件质量完好条件下的体积最小的冒口。
消失模铸造工艺流程 一、工艺流程示意图 二、工艺流程 模样生产工艺流程图 铸件 清砂（抛丸机）、 打磨浇冒口 上涂料 烘干 粘接 发泡膜 浇注及 冷却 埋箱 造型 落砂 铸件 热处理 铸件成品 EPS EPMMA STMMA 预热 → 加料、搅拌 → 抽真空 → 喷水雾 → 停止抽真空 → 出料 → 干燥 → 料仓 珠粒 可发性 预发泡 发泡成型 干燥 筛分 熟化 闭模 → 预热模具 → 加料 → 合模 → 发泡成型 → 冷却 → 脱模 浇冒 口 组合 落砂斗 → 水平振动筛 → 型砂冷却 → 提升机 → 磁选、除尘 → 储砂斗 零件图 铸件图 模样图 模具 图 模具 EPS 珠粒 预发泡 熟化 成型 冷却 出模 干燥 模样组合 检验 新砂、旧砂、覆塑料膜密封砂箱、置浇口杯
（一）预发泡： 预发泡目的：为了获得低密度、表面光洁、质量优良的泡沫模样。 流程：预热→ 加料、搅拌→ 抽真空→ 喷水雾→ 停止抽真空→ 出料→ 干燥→ 料仓、熟化 EPS预发温度100~105℃；STMMA预发温度105~115℃；EPMMA预发温度120~130℃。进入预发机的加热蒸汽压力在0.15~0.20MPa范围调节。 说明： ①间歇式蒸汽预发泡机必须满足加热均匀(蒸汽与珠粒接触)筒体内温度在90~130℃范围容易调节和控制。搅拌要充分、均匀，筒体底部和侧壁要有刮板，防止珠粒因过热而粘壁，搅拌速度可调。筒体底部冷凝水的排除要畅通，否则影响预发泡效果。 ②加热蒸汽压力可调并稳定，且蒸汽中不能夹带水分。 ③出料要干净，每批发泡后，筒体内残留的料要吹扫干净。 熟化：把预发泡珠放置几小时以上，让空气进入珠粒内，使珠粒变得干燥有弹性，变形后又能复原的过程。熟化时间一般为10~24h，熟化时间不能太长否则发泡剂损失太多影响发泡成型质量。 （二）成形发泡的工艺过程为： 闭模→ 预热模具→ 加料→ 合模→ 发泡成型→ 冷却→ 脱模→ 模样熟化 要点：珠粒均匀填满模具，模具必须预热到100℃，水蒸气温度一般在120℃左右，压力为0.15MPa。 模样熟化：将模样置入50~70℃的烘干室强制干燥5~6h,可达到在室温下自然熟化2天的效果。 （三）模样的粘合 对复杂的模样往往不能整体发泡成形，而分块制造，最后需要将各块粘合成整体。另外，模样与浇冒口系统组成模样组，也需要粘合工序。粘合工序一般是采用粘结剂来完成的。目前国内使用的消失模铸造用的粘结剂可分为热熔胶型、水溶型和有机溶剂型粘胶。 粘接剂要求：