铸造工艺设计14.ppt
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1、1液态成形工艺设计液态成形工艺设计沈阳工业大学材料学院2内容提要内容提要1铸造工艺铸造工艺设计依据设计依据内容和程序;内容和程序;2液态成形工艺方案的确定及铸造工艺参数设液态成形工艺方案的确定及铸造工艺参数设计计;3液态成形浇注系统的设计液态成形浇注系统的设计;4冒口、冷铁的设计冒口、冷铁的设计;5铸造工艺装备铸造工艺装备31铸造工艺设计依据铸造工艺设计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、交货期限和现有生产条件等,确定铸造工艺方案和工艺参数,绘制铸造工艺图、编制产品铸造工艺规程或铸造工艺卡,作为生产准备、管理和产品验收的依据,并用于直接指导生产操作和中间检查。45(一)
2、生产任务v(1)铸造零件图纸铸造零件图纸提供的图纸必须清晰无误,有完整的尺寸和各种标记。v(2)零件的技术要求零件的技术要求金属材质牌号、金相组织、力学性能要求,铸件尺寸及重量允许偏差,其他特殊性能要求,是否经水压、气压试验,零件在机器上的工作条件等。v(3)产品数量及生产期限产品数量及生产期限 产品数量是指批量大小。6(二)生产条件v(1)设备能力设备能力起重运输机的吨位和最大起重高度,熔炉的类型、吨位和生产率,造型和制芯机种类、机械化程度,烘干炉和热处理炉的能力,地坑尺寸,厂房高度和大门尺寸等。v(2)车间原材料原材料的应用情况和供应情况。v(3)工人技术水平和生产经验技术水平和生产经验。
3、v(4)模具等工艺装备工艺装备制造车间的加工能力和生产经验。7(三)考虑经济性v各种原材料、炉料等的价格,每吨金属液的成本,各级工种工时费用,设备每小时费用等,都应有所了解,以便考虑该项工艺的经济性。简便适用,有利操作和节能环保8铸造工艺设计的一般内容和程序铸造工艺设计的一般内容和程序 项项目目 内容内容 用途及应用范围用途及应用范围 设计程序设计程序 铸铸 造造 工工 艺艺 图图 在零件图上用规定的在零件图上用规定的红、兰等各色符号表红、兰等各色符号表示出:浇注位置和分示出:浇注位置和分型面,加工余量,收型面,加工余量,收缩率,起模斜度,反缩率,起模斜度,反变形量,浇、冒口系变形量,浇、冒口
4、系统,内外冷铁,铸肋,统,内外冷铁,铸肋,砂芯形状、数量及芯砂芯形状、数量及芯头大小等头大小等 是制造模样、模底板、是制造模样、模底板、芯盒等工装以及进行生产芯盒等工装以及进行生产准备和验收的依据准备和验收的依据 适用于各种批量的生产适用于各种批量的生产 产品零件的技术条件产品零件的技术条件 和结构工艺性分析和结构工艺性分析 选择铸造及造型方法选择铸造及造型方法 确定浇注位置和分型确定浇注位置和分型 面面 选用工艺参数选用工艺参数 设计浇冒口、冷铁和设计浇冒口、冷铁和 铸肋铸肋 型芯设计型芯设计 铸铸 件件 图图 把经过铸造工艺设计后,把经过铸造工艺设计后,改变了零件形状、尺寸改变了零件形状、
5、尺寸的地方都反映在铸件图的地方都反映在铸件图上上 是铸件验收和机加工夹具设是铸件验收和机加工夹具设计的依据。适用于成批、大计的依据。适用于成批、大量生产或重要铸件的生产量生产或重要铸件的生产 在完成铸造工艺图的基在完成铸造工艺图的基 础上,画出铸件图础上,画出铸件图 铸铸 型型 装装 配配 图图 表示出浇注位置,型表示出浇注位置,型芯数量、固定和下芯芯数量、固定和下芯顺序,浇冒口和冷铁顺序,浇冒口和冷铁布置,砂箱结构和尺布置,砂箱结构和尺寸大小等寸大小等 是生产准备、合箱、检验、是生产准备、合箱、检验、工艺调整的依据工艺调整的依据 适用于成批、大量生产的适用于成批、大量生产的重要件,单件的重型
6、铸件重要件,单件的重型铸件 通常在完成砂箱设计后通常在完成砂箱设计后 画出画出 铸造铸造工艺工艺卡片卡片 说明造型、造芯、浇注、说明造型、造芯、浇注、打箱、清理等工艺操作打箱、清理等工艺操作过程及要求过程及要求 是生产管理的重要依据是生产管理的重要依据 根据批量大小填写必要条件根据批量大小填写必要条件 综合整个设计内容综合整个设计内容 9设设计计要要点点铸造工艺铸造工艺 方案的确定方案的确定 工艺参数工艺参数的确定的确定浇注系统浇注系统和冒口和冒口铸造工艺铸造工艺图的绘制图的绘制铸造工艺设计包括:铸造工艺设计包括:选择铸造方法或造型方法选择铸造方法或造型方法铸件的浇注位置和分型面位置,型芯和芯
7、头结构;铸件的浇注位置和分型面位置,型芯和芯头结构;加工余量、收缩率和拔模斜度等工艺参数;加工余量、收缩率和拔模斜度等工艺参数;浇注系统、冒口和冷铁的布置等;浇注系统、冒口和冷铁的布置等;将所确定的工艺方案用文字和铸造工艺符号在零件图将所确定的工艺方案用文字和铸造工艺符号在零件图上表示出来,绘制铸造工艺图。上表示出来,绘制铸造工艺图。10铸造工艺图铸造工艺图在零件图上用各种工艺符号表示出铸造工在零件图上用各种工艺符号表示出铸造工艺方案的图形艺方案的图形铸造工艺图上的工艺符号铸造工艺图上的工艺符号111213142 液态成形工艺方案的确定及液态成形工艺方案的确定及铸造工艺参数设计铸造工艺参数设计
8、 2.1 零件结构的液态成形工艺性零件结构的液态成形工艺性分析分析2.2 浇注位置的浇注位置的确定确定2.3 分型面的分型面的选择选择2.4 液态成形用芯的工艺液态成形用芯的工艺设计设计2.5 铸造工艺设计参数铸造工艺设计参数152.1零件结构的液态成形工艺性分析v首先应对产品零件图进行审查和分析,并着重注意以下两方面的问题。v第一,审查零件结构是否符合铸造工艺的要求。在审查中如发现结构设计有不合理之处,就应与有关方面进行研究,在保证使用要求的前提下予以改进。v第二,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予以防止。铸造零件结构的液态成形工艺性是指零件的结
9、构应符液态成形工艺性是指零件的结构应符合砂型铸造生产的要求,易于保证铸件质量,简化工合砂型铸造生产的要求,易于保证铸件质量,简化工艺、降低成本艺、降低成本。16(一)从避免缺陷方面审查铸件结构(一)从避免缺陷方面审查铸件结构1)铸件应有合适铸件应有合适的壁厚的壁厚 避免浇不到、冷隔等缺陷,铸铸件不应太薄件不应太薄。铸件的最小允最小允许壁厚和铸造许壁厚和铸造合金的流动性合金的流动性密切相关。17v铸件也不应设计得太铸件也不应设计得太厚厚。超过临界壁厚的铸件中心部分晶粒粗大,常出现缩孔、缩松等缺陷,导致力学性能降低。各种合金各种合金铸件的临界壁厚可按铸件的临界壁厚可按最小壁厚的三倍最小壁厚的三倍来
10、考来考虑虑。图2-1采用加强筋减少铸件厚度182)铸件结构不应造成严重的收缩阻碍,注意壁铸件结构不应造成严重的收缩阻碍,注意壁厚过渡和圆角厚过渡和圆角。如图。如图2-2图2-2铸钢件结构的改进 图2-3壁与壁相交的几种形式193)铸件内壁应薄于外壁铸件内壁应薄于外壁 铸件的内壁和筋等,散热条件较差,应薄于外壁,以使内、外壁能均匀地冷却,减轻内应力和防止裂纹。合 金 种 类铸铁件铸钢件铸铝件铸铜件内壁比外壁应减薄的值1020%2030%1020%1520%204)壁厚力求均匀,减少肥厚部分,防止形成热)壁厚力求均匀,减少肥厚部分,防止形成热节节图2-4壁厚力求均匀215)利于补缩和实现顺序凝固)
11、利于补缩和实现顺序凝固 对于铸钢等体收缩大的合金铸件,易于形成收缩缺陷,应仔细审查零件结构实现顺序固的可能性。)方案铸出的件,在A点以下部分,因超出冒口的补缩范围而有缩松,水压试验时出现渗漏;)方案,只在底部76范围内壁厚相等,由此向上,壁厚以13角向上增厚,有利于顺序凝固和补缩,铸件质量良好图2-5合金钢壳体结构改进226)防止铸件翘曲变形)防止铸件翘曲变形 某些壁厚均匀的细长形铸件,较大的平板形铸件以及壁厚不均的长形箱体件,如机床床身等,会产生翘曲变形。前两种铸件发生变形的主要原因是结构刚度差结构刚度差,铸件各面冷却条件的差别引起不大的内应力铸件各面冷却条件的差别引起不大的内应力,但却使铸
12、件显著翘曲变形。后者变形原因是壁厚相差悬珠,冷却过程中引壁厚相差悬珠,冷却过程中引起较大的内应力起较大的内应力,造成铸件变形。23v可通过改进铸件结构、铸件人工时效矫形,塑性铸件进行机械矫形和采用反变形模样等措施解决。图2-6防止变形的铸件结构247)避免水平的大平面结构)避免水平的大平面结构 在浇注时,如果型腔内有较大的水平面存在,当金属液上升到该位置时,由于断面突然扩大,金属液面上升速度变得非常小,极易造成夹砂缺陷或浇不到、渣孔和砂孔等缺陷。应尽可能把水平壁改进为稍带倾斜的壁或曲面壁稍带倾斜的壁或曲面壁。25(二)从简化铸造工艺方面改进零件结构(二)从简化铸造工艺方面改进零件结构v1)改进
13、妨碍起模的凸台、凸缘和筋板的结构;v2)取消铸件外表侧凹;v3)改进铸件内腔结构以减少型芯;v4)减少和简化分型面;v5)有利于砂芯的固定和排气;v6)减少清理铸件的工作量;v7)简化模具的制造;v8)大型复杂件的分体铸造和简单小件的联合铸造;261)改进妨碍起模)改进妨碍起模的凸台、凸缘和的凸台、凸缘和筋板的结构筋板的结构图2-7妨碍起模部分的改进272)取消铸件外表侧)取消铸件外表侧凹凹 铸件外侧壁上有凹入部分必然妨碍起模,需要增加砂芯才能形成铸件形状。图2-8带有外表侧凹的铸件结构之改进283)改进铸件内腔结构)改进铸件内腔结构以减少砂芯以减少砂芯 铸件内腔的筋条、凸台和突缘的结构欠妥,
14、常是造成砂芯多、工艺复杂的重要原因。图2-9铸件内腔结构的改进294)减少和简化分型面)减少和简化分型面 a图必须采用不平分型面,增加了制造模样和模板的工作量图2-10简化分型面的铸件结构305)有利于砂芯的固定和排气)有利于砂芯的固定和排气图2-11撑架结构的改进图2-12活塞结构的改进316)减少清理铸件的)减少清理铸件的工作量工作量 清除表面粘砂、内部残留砂芯,去除浇口、冒口和飞边等操作。这些操作劳动量大且环境恶劣。铸件结构设计应注意减轻清理的工作量。图2-13钢体结构的改进327)简化模具的制造)简化模具的制造单件、小批生产中,模样和芯盒的费用占铸件成本的很大比例。为节约模具制造工时和
15、金属材料,铸件应设计成规则的、容易加工的形状。图2-14阀体结构的改进338)大型复杂件的分体铸造和简单小件的)大型复杂件的分体铸造和简单小件的联合铸造联合铸造 有些大而复杂的铸件,可考虑分成几个分成几个简单的铸件,铸造后再用焊用焊接方法或用螺栓接方法或用螺栓将其连接起来。这种方法常能简化铸造过程,使本来受工厂条件限制无法生产的大型铸件成为可能。342.2 浇注位置的确定浇注位置的确定 v铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内的状浇注位置是指浇注时铸件在型内的状态和位置态和位置。浇注位置与铸型的充填、铸件的冷却、凝固与收缩有关,因而关系到铸件的内外质量;还直接关系到造型工艺的难易,模型、芯盒的设计
16、和制作。35确定浇注位置时应考虑以下原则:确定浇注位置时应考虑以下原则:估计到铸件发生缺陷的可能估计到铸件发生缺陷的可能(1)铸件的)铸件的重要部分重要部分应尽量置于下部应尽量置于下部;(2)重要加工面重要加工面应朝下或呈直立状态应朝下或呈直立状态;(3)使)使铸件的大平面铸件的大平面朝下,避免夹砂类缺陷朝下,避免夹砂类缺陷;(4)应保证铸件能)应保证铸件能充满充满;(5)应有利于)应有利于顺序凝固顺序凝固;(6)避免用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯,使下芯、合箱)避免用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯,使下芯、合箱及检验方便。及检验方便。(7)应使)应使合箱位置、浇注位置和铸件冷却位置相一致合箱位置、浇注位置
17、和铸件冷却位置相一致;此外,应注意浇注位置、冷却位置与生产批量密切相此外,应注意浇注位置、冷却位置与生产批量密切相关。关。36钳工平板钳工平板(1 1)铸铸件件的的重重要要加加工工面面或或主主要要工工作作面面应应朝朝下下或或位位于侧面,避免砂眼、气孔和夹渣于侧面,避免砂眼、气孔和夹渣 金属液的比重大于砂、渣。浇注时,砂眼气泡和夹渣往往上浮到铸件的上表金属液的比重大于砂、渣。浇注时,砂眼气泡和夹渣往往上浮到铸件的上表面,所以上表面的缺陷通常比下部要多。同时,由于重力的关系,下部的铸面,所以上表面的缺陷通常比下部要多。同时,由于重力的关系,下部的铸件最终比上部要致密。因此,为了保证零件的质量,重要
18、的加工面应尽量朝件最终比上部要致密。因此,为了保证零件的质量,重要的加工面应尽量朝下,若难以做到朝下,应尽量位于侧面。当铸件的重要加工面有数个时,则下,若难以做到朝下,应尽量位于侧面。当铸件的重要加工面有数个时,则应将较大的平面朝下。应将较大的平面朝下。对于体收缩大的合金铸件,为放置冒口和毛坯整修方对于体收缩大的合金铸件,为放置冒口和毛坯整修方便,重要加工面或主要工作面可以朝上。便,重要加工面或主要工作面可以朝上。37 因为因为卷扬筒的圆周表面质量要求高,不允许存有卷扬筒的圆周表面质量要求高,不允许存有明显的铸造缺陷明显的铸造缺陷。若采用若采用卧铸卧铸,圆周的,圆周的朝上表面朝上表面的质量难以
19、保证;的质量难以保证;若采用若采用立铸立铸,由于全部,由于全部圆周表面圆周表面均处于侧立位置,其均处于侧立位置,其质量均匀一致,较易获得合格铸件。质量均匀一致,较易获得合格铸件。卷扬筒的浇注位置方案38 因为铸件上部凝固速度慢,晶粒较粗大,易在铸件上因为铸件上部凝固速度慢,晶粒较粗大,易在铸件上部形成砂眼、气孔、渣孔等缺陷。铸件下部的晶粒细小,部形成砂眼、气孔、渣孔等缺陷。铸件下部的晶粒细小,组织致密,缺陷少,质量优于上部。组织致密,缺陷少,质量优于上部。机床机床床身导轨床身导轨和铸造和铸造锥齿轮锥齿轮的锥面都是主要的工作的锥面都是主要的工作面,浇注时应朝下。面,浇注时应朝下。实际浇铸机床床身
20、落砂后的照片39(2)铸件的大平面铸件的大平面应朝下,减少辐射防开裂夹渣应朝下,减少辐射防开裂夹渣因为在浇注过程中因为在浇注过程中金属液对型腔上表面有强烈的热辐射金属液对型腔上表面有强烈的热辐射,型砂因急剧热膨胀和强度下降而型砂因急剧热膨胀和强度下降而拱起或开裂拱起或开裂,于是铸件,于是铸件表面形成表面形成夹砂夹砂缺陷。同时铸件的大平面朝下,也缺陷。同时铸件的大平面朝下,也有利于有利于排气、减小金属液对铸型的冲刷力排气、减小金属液对铸型的冲刷力。因此,平板、圆盘。因此,平板、圆盘类铸件的大平面应朝下。类铸件的大平面应朝下。40(3)面面积积较较大大的的薄薄壁壁部部分分置置于于铸铸型型下下部部或
21、或使使其其处于垂直或倾斜位置,防止产生浇不足冷隔处于垂直或倾斜位置,防止产生浇不足冷隔曲轴箱曲轴箱41大平板类铸件的倾斜浇注42 大面积薄壁铸件浇注位置(大面积薄壁铸件浇注位置(油盘铸件)油盘铸件)43(4)易形成缩孔的铸件,易形成缩孔的铸件,较厚部分置于上部或侧面,较厚部分置于上部或侧面,利于顺序凝固利于顺序凝固44(5)(5)应尽量减少型芯的数量应尽量减少型芯的数量45不合理不合理:合理的方案合理的方案:(6)(6)要便于安放型芯、固定和排气要便于安放型芯、固定和排气462.3 分型面的选择分型面的选择v分型面是指两半铸型相互接触的表面分型面是指两半铸型相互接触的表面。除了地面软床造型、明
22、浇的小件和实型铸造法以外,都要选择分型面。v分型面一般在确定浇注位置后再选择分型面一般在确定浇注位置后再选择。但分析各种分型面方案的优劣之后,可能需重新调整浇注位置。生产中,浇注位置和分型面有时是同时确定的。分型面的优劣,在很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率。4748选择分型面时,应注意以下原则:选择分型面时,应注意以下原则:v分型面主要是分型面主要是为了取出模样而设置的为了取出模样而设置的,但对铸件精,但对铸件精度会造成损害。度会造成损害。v一方面它使铸件产生一方面它使铸件产生错偏错偏,这是因合箱对准误差引,这是因合箱对准误差引起的;起的;v另一方面由于合箱不严,在垂直分型面方向上另
23、一方面由于合箱不严,在垂直分型面方向上增加增加铸件尺寸铸件尺寸。(1)应使铸件全部或大部置于同一半型内应使铸件全部或大部置于同一半型内49基准面放在同一个砂箱中管子堵头分型方案(管子堵头分型方案(a合理合理b不合理)不合理)50床身铸件,其床身铸件,其顶部平面为加工基准面。顶部平面为加工基准面。l图中方案图中方案a在妨碍起模的凸台处增加了在妨碍起模的凸台处增加了外部型芯外部型芯,因采用整模造型使加工,因采用整模造型使加工面和基准面在同一砂箱内,铸件精度高,是大批量生产时的合理方案。面和基准面在同一砂箱内,铸件精度高,是大批量生产时的合理方案。l若采用方案若采用方案b,铸件若产生,铸件若产生错型
24、错型将影响铸件精度,但在单件、小批生产条将影响铸件精度,但在单件、小批生产条件下,铸件的尺寸偏差在一定范围内可用划线来矫正,故在相应条件下方案件下,铸件的尺寸偏差在一定范围内可用划线来矫正,故在相应条件下方案b仍可采用。仍可采用。51不合理不合理合理合理尽量使加工基准面与大部分尽量使加工基准面与大部分 加工面在同一砂型内加工面在同一砂型内 后轮毂的分型方案后轮毂的分型方案52(2)应尽量减少分型面的数目应尽量减少分型面的数目v分型面少,铸件精度容易保证,且砂箱数目少。分型面少,铸件精度容易保证,且砂箱数目少。v但应考虑以下具体条件:但应考虑以下具体条件:机器造型机器造型的中小件,一般的中小件,
25、一般只许可一个分型面只许可一个分型面,以便充分发挥造型机的生产率。,以便充分发挥造型机的生产率。凡不能出砂的部位均采用砂芯,而不允许用活块或凡不能出砂的部位均采用砂芯,而不允许用活块或多分型面。但对于大型复杂件,如磨床床身等,采多分型面。但对于大型复杂件,如磨床床身等,采用多分型面的劈箱造型。用多分型面的劈箱造型。53 多一个分型面多一份误差,使精度下降;多一个分型面多一份误差,使精度下降;分型面多,造型工时多,生产率下降;分型面多,造型工时多,生产率下降;机器造型只能两箱造型,分型面多,不能进行大批量生产。机器造型只能两箱造型,分型面多,不能进行大批量生产。如下图所示为一双联齿轮毛坯,若大批
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