第五章 铸造工艺图与设计实例

一、铸造工艺图集中表现铸造工艺内容的铸造工作蓝图。铸造工艺图的内容：在零件结构图中表示。①确定铸件的浇注位置和铸型分型面；②确定和标注机械加工余量、铸造斜度（起模斜度）、铸造圆角半径、工艺余量（包括工艺凸台和工艺肋）和工艺补正量等；③芯头、芯座尺寸与间隙、浇注系统、冒口和出气孔的位置、形状及尺寸等；④在技术要求附注栏中还应说明铸件精度等级、铸造线收缩率、铸件热处理类别、硬度检查位置和某些特殊要求等铸件验收技术条件。第五章铸造工艺图与设计实例第一节铸造工艺图与铸造工艺卡二、铸造工艺符号及其表示方法铸造工艺符号：在铸造工艺设计时，为表达设计意图与要求，在铸件图、铸造工艺图及有关工艺文件中，需要标明代表铸造工艺要求的符号。三、铸造工艺卡铸造工艺卡：体现铸造工艺设计及操作要求的重要技术文件，以表格形式表示，必要时附以简图。内容：各工序的重要工艺参数、操作要点和所使用的主要设备、工装以及工时消耗等。它既是工人操作的，又是生产管理及其他技术文件的重要依据。表5-1铸造工艺符号及表示方法（JB/T2435—1978） 铸造工艺符号及表示方法 铸造工艺图（甲） 铸造工艺图（乙） 1.分型线 用红色线表示，并用红色写出“上、中、下”字样 用细实线表示，并写出“上、中、下”字样 2.分模线 用红色线表示，在任一端画出“<”号 用细实线表示，在任一端画出“<”号 3.分型分模线 用红色线表示 用细实线表示 4.分型负数 用红色线表示，并注明减量数值。 用细实线表示，并注明减量数值。 5.机械加工余量（分两种方法表示，可任选其一） a.用红色线表示，在加工符号附近注明加工余量数值。b.在工艺说明中写出上、侧、下字样，注明加工余量数值。特殊要求的加工余量可将数值标在加工符号附近。 a.粗实线表示毛坯轮廓，双点画线表示零件形状，并注明加工余量数值。b.粗实线表示零件轮廓，在工艺说明中写出上、侧、下字样，注明加工余量数值。（凡带斜度的加工余量应注明斜度）。 6.不铸出的孔和槽 用红色线打叉 不铸出的孔和槽在铸件图中不画出 7.工艺补正量 用红色线表示，注明工艺补正量的数值。 粗实线表示毛坯轮廓、双点画线表示零件形状，注明工艺补正量的数值。 8.冒口 各种冒口均用红色线表示，注明斜度和各部尺寸、并用序号1#、2#区分。 各种冒口均用细实线表示，注明斜度和各部尺寸、并用序号1#、2#区分。 9.冒口切割余量 用红虚线表示，注明切割余量数值。 用虚线表示，注明切割余量数值。 10.补贴 用红色线表示并注明各部尺寸。 用细实线表示并注明各部尺寸。 11.出气孔 用红色线表示，注明各部尺寸。 用细实线表示，注明各部尺寸。 11.砂芯编号、边界符号及芯头边界 芯头边界用细实线表示、砂芯编号用阿拉伯数字1#、2#等标注。边界符号一般只在芯头及砂芯交界处用与砂芯编号相同的小号数字表示。铁芯须写出“铁芯”字样。 芯头边界用蓝色线表示、砂芯编号用阿拉伯数字1#、2#等标注。边界符号一般只在芯头及砂芯交界处用与砂芯编号相同的小号数字表示。铁芯须写出“铁芯”字样。 12.芯头斜度与芯头间隙 用蓝色线表示并注明斜度及问隙数值。 用细实线表示并注明斜度及间隙数值。 14.砂芯增减量与砂芯的间隙 用细实线表示，注明增减量与间隙数值，或在工艺说明中注明。 用蓝色线表示，注明增减量与问隙数值，或在工艺说明中注明。 15.捣砂方向、出气方向、紧固方向 用粗实线表示，箭头表示方向，箭尾画出不同符号。 用蓝色线表示，箭头表示方向，箭尾画出不同符号。 16.芯撑 用红色线画出“I”符号表示，特殊结构的芯撑写出“芯撑”字样。 用粗实线画出“I”符号表示，特殊结构的芯撑写出“芯撑”字样。 17.模样活块 用红色线表示，并在此线上画出两条平行短线。 用细实线表示，并在此线上画出两条平行短线。 18.拉肋、收缩肋 用红色线表示，注明各部尺寸并写出“拉肋”或“收缩肋”字样。 用细实线表示，注明各部尺寸并写出“拉肋”或“收缩肋”字样。 19.冷铁 用蓝色线表示，圆钢冷铁涂淡蓝色，成型冷铁打叉。 用细实线表示，圆钢冷铁涂淡黑色，成型冷锣打叉。 20.浇注系统 用红色线或红色双线表示，并注明各部尺寸。 用细实线或细实双线表示并注明各部尺寸。 21.本体试样 用细实线表示，注明各部尺寸，写出“本体试样”字样。 用红色线表示，注明各部尺寸，写出“本体试样”字样。 22.冷铁 用红色线描出工艺夹头的轮廓，写出“工艺夹头”字样。 用双点画线画出工艺夹头轮廓，写出“工艺夹头”字样。 23.样板（专门绘制样板图时，应在检验位置注明样板标记） 用蓝色线画出样板轮廓及木材剖面纹理，写出“样板”字样。 用细实线画出样板轮廓及木材剖面纹理，写出“样板”字样。 24.反变形量 用红色线描出工艺夹头的轮廓，写出“工艺夹头”字样。 用双点画线画出工艺夹头轮廓，写出“工艺夹头”字样。第二节典型铸件铸造艺图绘制一、绘制铸造工艺图的程序和1．一般程序①根据产品图及技术条件、产品的批量及交货日期，结合工厂实际条件选择铸造方法。②分析铸件的结构工艺性，判断缺陷倾向，提出结构改进意见和确定铸件凝固原则。③标出浇注位置和分型面。④绘出各视图上的加工余量及不铸孔、沟槽等工艺符号。⑤标出与分型面垂直壁的起模斜度。⑥绘出砂芯形状、砂芯分块线（包括分芯负数）、芯头间隙、压紧环和防压环、积砂槽，标出有关尺寸和砂芯负数，必要时设计芯骨形状、尺寸和吃砂量。⑦画出分盒面，填砂（射砂）方向，砂芯出气方向，起吊方向等符号。⑧绘出浇注系统和冒口的位置、形状、尺寸及数量，同铸试样的形状、位置和尺寸。⑨冷铁和铸肋的位置、形状、尺寸和数量，固定组合方法及冷铁留缝大小等。⑩模样的分型负数，分模面及活块形状，反变形量的大小和位置、形状及非加工壁厚的负余量，工艺补正量的加设位置和尺寸等。大型铸件要画出的吊柄，某些零件上所加的机械加工用夹头或加工基准台面等。2．注意事项①工艺内容尽量在某一视图或剖视图上表示清楚。对于主要工艺内容中浇注位置、分型面、芯头、芯座的尺寸与间隙、浇注系统组元与尺寸、冒口形状与尺寸、内外冷铁等，仍应分别表示在相关视图中。②加工余量的尺寸。如果顶面、内孔和底、侧面数值相同，图面上不标注尺寸，可填写在图纸背面的“模样工艺卡”中，也可写在技术条件中。③相同尺寸的铸造圆角、等角度的起模斜度，图形上可不标注，只写在技术条件中。④砂芯边界线如果和零件线或加工余量线、冷铁线等重合时，则可省去砂芯边界线。⑤在剖面图中砂芯线和加工余量线的相互关系处理：砂芯“透明”，砂芯遮住的加工余量线应绘出；砂芯“非透明”，砂芯遮住的加工余量线无需绘出。⑦标注的各种工艺尺寸或数据不要盖住产品图上的数据，应方便工人操作，符合工厂的实际条件。⑥单件小批产品，铸造工艺图绘再产品图上，直接用于指导生产；大批生产，首先绘制出铸造工艺图，并按图制造试制用的模样、芯盒等。根据试制情况，把铸造、加工余量、收缩率等所有工艺因素进行必要的变更和调整，最后依试制修改后的铸造工艺图进行金属模具的设计。二、实例1．铁牛一55拖拉机前轮轮毂①零件工艺分析；②浇注位置；③分型面；④浇注系统；⑤砂芯设计；⑥收缩率。2．阀体图5-2铸钢阀体铸造工艺图。材质：ZG230一450（旧牌号ZG25）；铸件质量：22kg。技术要求：①外表和内腔所有型砂、氧化皮、飞边毛刺应清理干净。②不允有缩孔、缩松、裂纹、夹杂物等存在。③铸件水压试验，6MPa压力持续试压2min以上，不能有渗漏现象。水压试验必须于涂漆前进行。（1）凝固原则确定使用顺序凝固原则进行铸造，为此要加设冒口。采用水玻璃砂造型，热芯盒法制芯。（2）铸造工艺方案方案一：垂直浇注。将ø180mm法兰向上，采用顶冒口进行补缩。优点：冒口位置比阀体高，补缩有利。分型面通过三个法兰中心线，最容易起模。缺点：平造立浇方案要求多件串联浇注，操作复杂，因而未选用此方案。不选用此方案。工艺：平造、平浇方案用800mm×800mm的砂箱，放置4件，并放置4个大小相同的大气压力侧暗冒口，每个冒口同时补缩两个相邻铸件，冒口的补缩颈与两个厚法兰边相连。模板布置简图如图5-3。方案二：水平浇注（图5-2）。分型通过三个法兰中心线的平面。采用侧暗冒口进行补缩。方案操作简便，故确定采用这种方案。（3）主要工艺参数①加工余量确定：大多数加工面均取3～4mm，最厚处增至7mm（考虑起模斜度）。a.一般尺寸均按2％考虑（实际经验）；b.两侧法兰间距按1％考虑（收缩受阻碍，实际收缩率较小）。c.两个侧法兰尺寸按1％考虑（保证厚度和加工尺寸）。②铸钢收缩率确定：（4）芯头设计每铸件有一个砂芯，砂芯具有3个水平芯头，长度均取30mm。只在芯头端部留芯头间隙，上下方向不留间隙，以免砂芯浮起，影响铸件壁厚均匀性。（5）缺陷防止防止阀体产生收缩缺陷措施：①缺陷位置：法兰和本体相交处，存在Φ36mm的3个环形热节；阀体中心部位还存在Φ20mm的2个近似环形的热节。②措施：3个法兰热节用侧冒口实现顺序凝固。冒口直接对热节补缩。2个中心热节侧冒口无法直接补缩（薄壁与冒口隔开）。防止该处产生缩孔、缩松，可用不同方法解决。a.另增顶冒口，增加造型和去冒口工作量，损害外观。b.增设补缩肋，在薄壁部分增加工艺肋，使侧冒口和内部热节区之间行成补缩通道，减少冒口数目，节约钢液，改善铸件外观。第一种补缩肋方式：如图5-4，补缩肋设在侧法兰和内部热节之间。由于在清整时要割去这两条肋，故仍然有较大的切割工作量，影响外观。补缩肋方式第二种补缩肋方式：如图5-5，增加4mm×30mm的两条扁肋。内部左右增加10mm厚度的月牙形补贴两条，不影响使用，对铸件强度、刚度有利，因此，割去。这样，既保证了外观，又节约了钢液，还减少了切割工作量。因此，决定用此法进行生产。（6）冒口计算条件：单个铸件质量为22kg，每箱4件，每箱放置4个冒口。ZG230-450的体收缩率为3％，密度7.8g/cm3，主、侧法兰根部热节圆直径T=36mm。计算铸件从浇注到凝固以后需要补缩的钢液的体积。把此体积视为球形，求出其直径d0。冒口直径D：，取95mm。冒口高度按经验取：H=1.7D；H=1.7×95mm=161.5mm，取160mm。冒口全部放在上箱内，补贴厚度：1.2T＝1.2×36mm=42mm，（按经验取）。补贴高度：0.4H＝0.4×160mm=64mm，（按冒口高度的0.4倍计算取65mm。按第二种补缩肋方式增设两条补缩肋，其大小根据热节圆滚圆法确定。内腔过小，阀座处装配不便，所以，补缩肋未全部加在内部，向阀体外部移出4mm。经过生产验证，每箱金属总质量为143kg，浇冒口质量为55kg。用Φ18mm大气压力砂芯，砂芯插入冒口深度为50mm。铸件工艺出品率*第三节铸造工艺设计实例分析一、CA10B型汽车正时齿轮室盖1．生产条件及技术要求a.结构：（图5-6）铸件为薄壁扁平形盖，除固定螺孔处及个别部分厚度较大外，均为4.5mm。铸件外形尺寸：324mm×284mm×87.5mm。质量：6.5kg。b.使用条件：起支撑和密封作用，不承受载荷。①生产性质：大量生产。②材质：HT150。③结构及使用条件④主要技术要求：满足铸件几何尺寸精度及材质要求。⑤造型、熔化、浇注：a.造型：在多触头高压造型线上造型，上、下型主机的最大压实力均为785kN。砂箱尺寸：940mm×660mm×250／250（上、下箱高度均为250mm）mm，造型机最高比压1.3MPa，每箱放置4个铸件。最高生产率：120型/h。b.熔化：采用10t无芯工频感应电炉熔化铁液，c.浇注：用转包浇注。2．铸造工艺方案（1）凝固顺序铸件属于普通灰铸铁的薄壁小件，决定采用同时凝固原理拟定工艺方案，不设置冒口。内浇道从铸件侧边开设，应尽快地使铁液充满整个铸件。（2）浇注位置和分型面（图5-6）浇注位置的选择：保证重要的加工面朝下或呈垂直位置。①Φ72mm轴孔中心线呈垂直状态（减少加工出现气孔、夹砂及渣孔缺陷）。②以底部大平面为分型面，铸件全部置于上箱中（铸件外观齐整）。不使用砂芯，铸件的主要凹腔由下箱上的砂胎来成形。③Φ72mm内孔部分，用上箱的吊砂来成形（减少下砂箱的砂胎高度，减少起模困难。）。④零件模板布置简图如图5-7所示。3．造型工艺（1）对型砂的要求。（表5-2）（2）比压压选择较一般扁平件略高，为0.8～1.0MPa（上、下砂型都有吊砂或砂胎，起模困难）。表5-2型砂的组成及性能要求 配比（％） 性能要求 新砂 旧砂 煤粉 膨润土 湿压强度／MPa 湿拉强度／MPa 紧实率（％） 破碎性（％） 透气性AFS 有效粘土含量（％） 总细粉含量（％） 可燃物含量（％） 流动性（％） 水分（参考）（％） 5～10 90～95 0.5～1 l～1.5 0.07～0.09 0.01～0.02 40～45 70～80 >80 8～10 <15 <5 80～90 3.2～3.7（3）浇注系统该造型线实行多品种生产。直浇道的形状和位置（已标准化）：高为180mm，上端为Φ38mm，下端为Φ40mm，装在模板上。浇口杯模：采用阻流式横浇道，保障浇注时使直浇道尽快充满，加快挡渣效果和避免带入气体。装在造型机的触头上。（4）加工余量：底、侧面为2.5mm，局部为2mm。（5）收缩率：取1％。4．起模真空问题的防止上、下砂型都有吊砂或砂胎。为了防止起模时产生过大真空力而破坏砂型，在下模板的每个模样凹腔内，安装6个16mm的通气塞均布。消除了起模真空力的有害作用而顺利起模。二、6100型汽车用铸态球墨铸铁曲轴1．生产条件及技术要求：（1）生产性质：大量生产。（2）材质：QT600-3。（3）结构及使用条件：铸件质量：44.6kg，外形尺寸：Φ190mm×918mm，弯曲实心曲轴。主轴颈零件尺寸：Φ75mm，铸件：Φ82mm。连杆轴颈零件尺寸：Φ62mm，铸件：Φ72mm。使用中承受最大扭矩：412N-m。最大功率：115kW。曲轴是汽车发动机的重要零件。（4）主要技术要求①力学性能方面：抗拉强度：σb≥588MPa，伸长率：δ≥3％，冲击韧度：ak≥14.7，布氏硬度：197～259HBS。②金相方面：球化在3B级以上，珠光体基体大于75％，碳化物及磷共晶总量≤5％。③铸件尺寸公差要求：第四主轴颈摆差≤2.5mm，加工余量公差mm，非加工面公差：±1.0mm（曲柄侧面为非加工面），中心孔距外圆径向偏差≤0.5mm，曲轴总长：912.23～912.43mm。（5）造型、制芯①造型：使用ZB3512电磁微震压实造型机，压力≥6.5MPa。砂箱尺寸：1150mm×650mm×220／200mm。②制芯：采用K85壳芯机制芯。（6）熔化、浇注①熔化：用10t无芯工频感应电炉熔化得到原铁液，在1t铁液包中进行球化处理。②浇注：用转150kg浇包进行浇注。≤0.07％，采用冲入法进行球化处理：球化剂：包钢6号稀土镁合金，加入量：1.3％～1.6％。处理温度：1693～1713K。浇注温度：1543～1623K。用75％Si—Fe孕育。孕育剂量：0.7％～0.9％。=3.8％～4.0％，2．熔炼工艺铸造球墨铸铁曲轴的化学成分确定为：=0.9％～1.1％，=0.6％～0.75％，≤0.04％，=0.5％～0.6％3．铸造工艺方案的确定（1）凝固顺序对于曲轴的球墨铸铁液态收缩采用冒口补缩，即依顺序凝固原则去考虑，以消除集中缩孔。冷却到共晶凝固阶段，会出现糊状凝固，铁液补缩困难，这时则依靠石墨化膨胀作用实现自身补缩，以便消除缩松。工艺方案：设置冒口，铁液经冒口引入铸件。（2）浇注、冷却位置的选择①竖浇竖冷方案。优点：冒口在最高位置，冒口内金属液的压头高，对铸件补缩有利。缺点：竖浇竖冷工艺难于在大量生产的流水线上应用，且几种浇注方式都有导致铸件出现砂孔、气孔和热节缩松等缺陷的可能。②横浇竖冷方案优点：充型平稳，铁液先经冒口进入型腔，提高冒口内金属液的温度。浇注后，将铸型转90度竖冷。充分发挥冒口补缩作用，有利于获得健全的铸件。缺点：操作繁重，效率低，不适应流水线生产的要求。③横浇横冷方案铸型的造型、浇注、冷却均呈水平状态。优点：充型平稳、劳动条件好、生产率高、便于大量生产的流水作业，一汽、东风汽车公司都选用这种方案生产。缺点：冒口的补缩压力较竖冷方案为小。实践证明：控制铁液成分和浇注温度，控制型砂和铸型硬度等工艺因素，收缩缺陷可以消除。最终方案：横浇横冷方案。（2）浇注系统（3）型砂及芯砂①型砂（单一砂）性能要求：湿压强度0.11～0.15MPa，湿拉强度0.027～0.040MPa，透气率大于100（AFS），紧实率38％～44％，有效粘土含量6.5％～8.0％，水分4％～6％，流动性（80±5）％，有效煤粉含量6％～7％，总细粉含量11％～14.5％，使用粒度为70／140目的原砂。②采用壳芯树脂砂制芯：砂芯成分：100／200目的新砂，酚醛树脂4％～6％，乌洛托品0.7％～1％，水0.8％～1.25％，硬脂酸钙0.2％～0.3％。壳芯制芯主要工艺参数：吹砂压力0.3～0.4MPa，吹砂时间15～25s，烘烤时间40～50s，烘烤温度180～200℃。（5）加工余量主轴颈为3.5mm，连杆轴颈为4mm，法兰和曲轴小端面为4mm，轴颈台肩为3mm。（6）铸造收缩率取0.7％。5．质量检验及主要缺陷大量生产铸造曲轴，必须加强质量检验工作，特别是无损检验，方能有效控制质量。主要检验：炉前铁液球化质量，曲轴本身的球化质量检验和珠光体基体比例（≥75％）测定等。主要缺陷：皮下气孔、夹渣和有时球化不良。*