1、第四章 造型与制芯一、手工造型手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序。如有箱造型、刮板造型、地坑造型等。下面简要介绍大型复杂铸件是如何采用手工造型的。某厂一大型气缸（下半），材质为ZG20CrMo，铸件重量26500kg，其轮廓尺寸5300mm3600mm1300mm。主要壁厚50mm。最厚处中分面法兰厚450mm，宽400mm，这是铸件的关键部位。缸体在高温下工作，不允许有孔洞类和裂纹等缺陷存在。铸件内外表面均需作磁粉探伤，重要部位和管口等处要求作超声波探伤和射线探伤。由于中分面法兰厚大，要求多个大型冒口补缩，故铸件的浇注重量达41500kg。铸件简图如图4-1所示。第一节手工造型与制
2、芯图4-1气缸铸件简图第一节手工造型与制芯铸件的工艺方案、模样制作及造型操作过程介绍如下(1)工艺方案铸件沿中分面分型，法兰朝上浇注(多箱地面造型、地坑浇注)，采用大型腰型保温冒口补缩。(2)模样的制作采用钢木结构菱苦土模样。(3)造型对这样大型复杂的重要铸件，造型是关键工序，一般要求具有造型操作技师资质者在现场统一指挥，并由经验丰富、技术熟练的造型工精心操作。(4)合型砂型进炉烘干后，要趁热合型，以便热型浇注。1)将模样置于造型平板上，仔细检查一下模样的外形及相关尺寸，要特别注意各活块是否齐全、定位是否准确。2)按工艺要求摆放好第二层横浇道和内浇道(均为成型耐火砖)，套上第一只砂箱，在两端摆
3、放好分直浇道(成型耐火砖)，并用型砂固定好(随后根据填砂量的增加依次摆好)，然后分步填砂紧实。第一节手工造型与制芯3)当型砂紧实到离中分面法兰下沿约80mm处时，刮平摆放好第一层横浇道和内浇道。4)根据填砂紧实的进程，依次套上其他各只砂箱，并按工艺要求在相应部位安置好各外冷铁。5)下型(中箱、底箱)造好后，翻转砂箱，造上型。6)吊走上型并翻转180，修好上型并刷上涂料(涂料为锆石粉，涂层厚度为2mm)。7)起出模样，修好下型并刷上涂料。8)外型造好后，进烘干炉烘干。第一节手工造型与制芯二、手工制芯(1)敷上面砂摆好芯盒并清扫干净，在芯盒腔内表面敷上30mm厚的铬矿砂作为面砂。(2)加入芯骨因为
4、是特大型砂芯，芯骨要刚性好且吊运装置坚固牢靠。(3)翻转芯盒将芯盒翻转在烘芯平板上，修好砂芯，并刷上涂料(涂层厚度约为2mm)。(4)烘干砂芯进烘干炉烘干。第一节手工造型与制芯一、普通机器造型第二节机器造型与制芯1.震实造型及震压造型(1)操作前的准备依次检查各可动部件的可动情况，检查控制系统的动作正确性。(2)操作将砂箱放至工作台模板上面，撒上分型砂，放入型砂，转动按压阀2，使之进行连续动作。(3)说明震压式造型机一次只能完成一箱，因此，在生产过程中，这类机器通常是成对安置的，分别完成砂型的上箱和下箱，接下来还必须由人工进行下箱翻箱和上、下箱合型，劳动强度仍较大。2.微振压实造型二、抛砂造型
5、图4-4抛砂机的工作原理1送砂胶带2弧板3叶片4抛砂头转子第二节机器造型与制芯三、高压造型图4-7多触头高压造型工艺过程简图a)准备加砂b)加砂c)压实d)脱模e)推出铸型1砂斗2多触头3填砂框(附加框)4砂箱5模板6刮砂板第二节机器造型与制芯四、机器制芯(1)震实制芯类似于震实造型，利用跳动的动能使芯盒内的芯砂紧实。(2)挤芯利用柱塞式或螺旋式挤芯机挤制砂芯，只能制造断面一定的简单、直棒砂芯。(3)吹芯利用压缩空气将芯砂吹入芯盒内并紧实(见图4-10顶吹法制壳芯工艺过程简图)。(4)射芯利用压缩空气将芯砂从射砂筒中射入芯盒并紧实，称为射芯。第二节机器造型与制芯图4-8德国BMD-FORMAT
6、IC造型工艺过程简图a)准备(向射砂筒加砂)b)射砂(上下箱同时射砂)c)压实(上下箱同时压实)d)起模e)下芯(下箱转出180)f)合箱(下箱先转回180，复位)g)脱箱h)推出砂型，准备浇注第二节机器造型与制芯图4-9丹麦DISA造型机的工艺过程简图a)射砂b)压实c)起模d)合型e)起模f)关闭造型室第二节机器造型与制芯图4-10顶吹法制壳芯工艺过程简图a)吹分离剂，关闭b)芯盒关闭c)吹砂斗上升d)翻转180，吹砂、结壳e)摇摆倒砂f)吹砂斗下降固化第二节机器造型与制芯图4-10顶吹法制壳芯工艺过程简图(续)g)开盒h)旋转开门，出芯第二节机器造型与制芯图4-11热芯盒射芯机制芯工艺过
7、程简图a)关闭芯盒b)工作台上升，射砂c)工作台下降，砂芯固化d)开盒，取芯1射砂筒及射头2芯盒3夹紧缸4工作台5砂芯6加热板第二节机器造型与制芯一、造型辅机1.翻箱机翻箱机的作用是将造好型的上、下砂箱进行翻转，以便下芯盒检验。在翻箱过程中，砂箱要限位和夹紧；起动和落位时要平稳无冲击，以保证不损坏砂型。第三节造型生产线2.合型机合型机的作用是将造好的砂型和下好砂芯的上、下型合拢，以便进行浇注。对合型机的合型要求是动作平静、准确。完成合型动作的升降缸，一般采用气压传动或液压传动。如果是起动，则必须在气缸本身结构上或控制系统中采用缓冲装置。合型机分静态和动态两种类型。(1)静态合型机在合型过程中，
8、上、下砂型在水平方向没有运动。图4-12上抓式合型机1合型缸2机架3张合缸4螺杆5升降架6立柱7立架8底座9定位缸10定位销11上型辊道12止回块13下型辊道14钢球15销轴16限位器第三节造型生产线(2)动态合型机它在合型过程中，上、下型在水平方向连续运动。为了保证合型准确，合型时上、下型在水平方向的运动必须同步。因此，在动态合型机构中，须设同步机构。动态合型机适用于在连续铸型输送机上进行合型。第三节造型生产线3.落箱机(1)上抓式落箱机其结构如图4-13所示。图4-13上抓式落箱机结构1支撑平板2导向套3拖板4升降气缸5张合气缸6滑槽7撑杆8辊道9机械手10导向立柱第三节造型生产线(2)下
9、托式落箱机这种落箱机主要由辊道气缸、落箱气缸、支架、横梁和滚轮等组成。这种落箱机的落箱行程较大，这样可使铸型输送机上未经落砂、开箱的铸型能通过落箱机。此外，只有当铸型输送机小车台面空载时，才允许落箱气缸动作并进行落箱。第三节造型生产线4.压铁机铸型在浇注时，为了克服液体金属的抬型力，有时需防止压铁。压铁机是使取、放压铁实现机械化、自动化以减轻劳动强度的一种辅机。它形式多样，如悬挂式、顶杆式、机械手抓取式等。图4-14气动机械手抓取式压铁机1平移气缸2滚轮3升降气缸4导杆5导槽6机械手7压铁8砂箱9铸型输送机10压铁回送辊道第三节造型生产线5.捅箱机捅箱机的作用是将砂型连同铸件一起从砂箱中捅出，
10、然后送到落砂机上进行落砂，空砂箱直接送到分箱机旁分箱。图4-15捅箱机示意图1砂箱2机架3机械手4捅头5移动车6提箱气缸7铸型输送器8推进气缸第三节造型生产线6.分箱机分箱机是把从落箱机或捅箱机处运来的空砂箱分开，分别送到上、下型辊道上，以待回用。图4-16自重式分箱机1上型辊道2下型辊道3机架4砂箱推(拉)杆机构5上砂箱6下砂箱7挡铁8托箱辊道9工作台10套座11举升气缸12导向杆13弹簧14挡箱气缸第三节造型生产线二、铸型输送机铸型输送机是在造型生产线上用以联系造型、下芯、合型、压铁、浇注、落砂等工序的输送设备。它一般由小车、辊道、链板或悬链所组成，其系统可实现机械化或半机械化。铸型输送机
11、可按以下方式分类。1)按运输特征分为连续式、脉冲式、间歇式。2)按安装形式分为水平式、垂直式、倾斜式、悬挂式。3)按布置形式分为封闭式、开放式。铸型输送机选用的主要依据是生产批量和生产的组织方式。(1)连续式铸型输送机这是用牵引链条将运载小车联系起来，组成封闭式连续运行的铸型输送机。(2)脉冲式铸型输送机这是根据工艺要求，按一定的生产节拍，有节奏地运行和停歇的封闭式铸型输送设备。(3)间歇式铸型输送机这种机器的运行是间歇的、有节奏的，可变性强。第三节造型生产线三、造型生产线简述1.造型生产线的布置形式第三节造型生产线(1)串联式造型机沿铸型输送机布置，造好的砂型从主机到合型机之间的运行方向与铸
12、型输送机平行或基本平行。图4-18串联式造型生产线的布置1压铁机2转箱机3上型造型机4回箱辊道5合型机6、10落箱机(或捅箱机)7翻箱机8下型造型机9分箱机(2)并联式将造型机组垂直于铸型输送机布置，造好的砂型从主机到合型机的运行方向与铸型输送机相垂直或成一定的角度。图4-19并联式造型生产线布置图1小车清扫机2下型提升机3下型造型机4上型提升机5上型造型机6振动落砂机7捅箱机8压铁机9、11翻箱机10合型机12落箱机第三节造型生产线2.造型生产线中造型机的选择和布置(1)震压造型生产线该生产线是由震压和震实造型机组成的生产线。图4-20中小型震压造型机成组布置1浇注平台2浇注单轨3铸型输送机
13、4气吊单轨5上型造型机6回箱辊道7下型造型机8气动推杆9落砂机第三节造型生产线图4-21中小型震压造型机成对布置1气动推杆2落砂机3、6、8气吊单轨4铸型输送机5空箱辊道7上型造型机9下型造型机10合型辊道11浇注平台12浇注单轨(2)抛砂造型生产线抛砂造型生产线以抛砂机为主体，配以刮砂机、起模机和运输设备等。第三节造型生产线一、浇注系统的组成和作用图4-22浇注系统1浇口杯2直浇道3横浇道4内浇道浇注系统一般由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道四个部分组成。第四节浇注系统类型的选择和计算1.浇口杯图4-23漏斗型浇口杯第四节浇注系统类型的选择和计算图4-25设有挡渣装置的浇口杯a)闸板式浇口杯b
14、)滤网式浇口杯c)拔塞式浇口杯d)隔片式浇口杯第四节浇注系统类型的选择和计算2.直浇道图4-26常用直浇道的类型a)圆锥形直浇道b)倒圆锥形直浇道c)耐火砖圆管直浇道d)蛇形直浇道第四节浇注系统类型的选择和计算3.横浇道图4-28横浇道截面形状a)梯形b)圆顶梯形c)圆形第四节浇注系统类型的选择和计算图4-29加强挡渣能力的横浇道a)锯齿形横浇道b)缓流式横浇道c)带离心集渣包横浇道第四节浇注系统类型的选择和计算4.内浇道图4-30内浇道的截面形状a)扁平梯形b)高梯形c)方梯形d)三角形e)新月形f)半圆形g)圆形第四节浇注系统类型的选择和计算图4-31内浇道开设方向a)成直角开设b)逆向开
15、设第四节浇注系统类型的选择和计算1.按金属液的引入位置分类图4-32浇注系统类型a)顶注式b)底注式c)中注式d)阶梯式二、浇注系统类型的选择第四节浇注系统类型的选择和计算1)顶注式浇注系统的特点 对铸型底部冲击力大，金属液与空气接触面大、时间长，容易产生紊流、飞溅、氧化而造成砂眼、冷豆、气孔、氧化物夹杂等铸件缺陷。使铸件自下而上顺序凝固，有利于冒口的补缩。充型性好、结构简单、操作方便。第四节浇注系统类型的选择和计算(1)顶注式顶注式浇注系统把内浇道开设在铸件顶部，如图4-33所示。图4-33顶注式浇注系统的一般形式图4-35压边浇口 压边浇口，如图4-35所示。其特点是浇口以一条窄而长的缝隙
16、与铸件顶部相连。2)顶注式浇注系统的特殊形式：雨淋式浇注系统和压边浇口。雨淋式浇注系统的特点是横浇道(雨淋环)和内浇道(即雨淋孔)都位于铸件上方，金属液分成多股细流注入型腔，因此液流对铸型的冲击作用减轻，液面活跃，杂质易于上浮，能造成铸件自下而上的顺序凝固。第四节浇注系统类型的选择和计算 浇注时，金属液通过压边缝隙顺型壁流下，对铸型的冲刷力小，铸件由下而上顺序凝固。高温金属液全部流经压边缝隙，缝隙周围的砂型被长时间加热，使之不会很快冷凝而切断补缩通道，故压边浇口有良好的补缩作用。(2)中注式浇注系统内浇道一般开设在分型面上。(3)底注式浇注系统1)底注式浇注系统的一般形式。金属液从型腔下面注入
17、，充型平稳，对铸型冲击力小，不会产生飞溅。金属液自下而上缓慢上升，型腔内的气体易于排除，金属液不易被氧化。第四节浇注系统类型的选择和计算图4-36底注式浇注系统的一般形式2)底注式浇注系统的特殊形式。第四节浇注系统类型的选择和计算图4-37牛角浇口a)正牛角b)反牛角2)底注式浇注系统的特殊形式。第四节浇注系统类型的选择和计算图4-38反雨淋式浇注系统1横浇道2内浇道3铸件4浇口盆5直浇道第四节浇注系统类型的选择和计算1)带分配直浇道的阶梯式浇注系统。图4-40带分配直浇道的阶梯式浇注系统1分配直浇道2内浇道3横浇道4主直浇道5浇口盆(4)阶梯式浇注系统高度较大的铸件应采用阶梯式浇注系统。第四
18、节浇注系统类型的选择和计算2)单直浇道阶梯式浇注系统。控制各组元截面积比例。将阻流截面设置在直浇道前的任一组元截面上，使金属液在直浇道中呈不充满状态，并使h有效h0，如图4-41所示。这是以阻流截面为分界的半封闭式浇注系统，在生产中应用最广。图4-41单直浇道阶梯式浇注系统a)内浇道向上倾斜b)、c)、d)带有中间直浇道e)中间直浇道大于主直浇道第四节浇注系统类型的选择和计算 利用形状因素。图4-41a、b、c所示的三种阶梯式浇注系统利用阻流截面来实现逐层注入，图4-41d、e所示结构不仅控制截面积比例，而且还利用了形状因素，因为中间直浇道截面积大于主直浇道截面积，而每层内浇道截面积之和等于直
19、浇道截面积，这样就保证了中间直浇道不会充满，从而达到从下而上逐层引入金属的目的。第四节浇注系统类型的选择和计算(1)封闭式浇注系统封闭式浇注系统各组元的截面积关系为A内A直，浇注时整个浇注系统处于充满状态。1)用于薄壁小型铸件2)用于中、小型铸件3)用于大、中型铸件4)用于特大型铸件(2)开放式浇注系统开放式浇注系统各组元的截面积关系为A内A横A直。1)铝合金铸件常用各组元截面积比关系第四节浇注系统类型的选择和计算 小件 大中件2)球墨铸铁件常用各组元截面积比关系(多用于厚壁球墨铸铁件)(3)半封闭式浇注系统半封闭式浇注系统各组元的截面积比关系为A内A直A横。1)用于1001000kg的铸铁件
20、2)用于1000kg以上的铸铁件第四节浇注系统类型的选择和计算1.铸铁件浇注系统的计算(1)浇注时间的计算对于10t以下铸铁件，浇注时间t可用式(4-1)计算。第四节浇注系统类型的选择和计算表4-1因数与铸件壁厚的关系第四节浇注系统类型的选择和计算1.铸铁件浇注系统的计算表4-2灰铸铁件允许的最小上升速度(2)内浇道横截面积的计算1)确定平均压头hP及最小剩余压头hm。第四节浇注系统类型的选择和计算图4-42平均压头和剩余压头计算示意图 顶注时：hn=0，hP=h0。底注时：hn=hc，hP=h0-。第四节浇注系统类型的选择和计算 中注时：hn=，hP=h0-。第四节浇注系统类型的选择和计算表
21、4-3压力角的最小值第四节浇注系统类型的选择和计算表4-3压力角的最小值例4-1某圆环形铸件的浇注方案如图4-43所示。要保证金属液充满铸型，试求最小hm的值。第四节浇注系统类型的选择和计算图4-43环形铸件的浇注方案解由图4-43可知S1000mm，铸件壁厚度为20mm，查表4-3得最小压力角=8，取8代入式(4-6)，得hm=1000mmtan。第四节浇注系统类型的选择和计算2)确定流量系数值。表4-4流量系数值3)铸件浇注重量m值的确定。表4-5灰铸铁件浇冒口重量占铸件毛坯重量的百分数(质量分数，)例4-2某灰铸铁件重量为900kg，平均壁厚为15mm，单件生产，干型浇注，试求内浇道总截
22、面积。该铸件铸型图如图4-44所示。第四节浇注系统类型的选择和计算图4-44灰铸铁件铸型图解内浇道总截面积按式(4-4)计算，即第四节浇注系统类型的选择和计算 铸件浇注总重量m。按表4-5查得铸件毛坯重量为900kg，单件生产时浇冒口重量占铸件毛坯重量的2025，取20，即 流量系数。按表4-4查得干型、中等阻力，则0.48。浇注时间t。对于浇注重量为1080kg(10t以下)的铸铁件可按式(4-1)计算，通常取S12，即第四节浇注系统类型的选择和计算 平均压头hP。铸件为中间浇注，h0=70cm，故hP=cm=60cm。内浇道总截面。将以上各值代入式(4-4)得(3)确定浇注系统各组元的比例
23、内浇道总截面积确定之后，根据不同的合金和不同的铸件特点，选择浇注系统各组元截面积的比例关系。第四节浇注系统类型的选择和计算表4-6灰铸铁件浇注系统各组元截面积的比例例4-3某厂生产的Y381型滚齿机支架，材质为HT150灰铸铁，加工精度要求较高，铸件重量为35kg，轮廓尺寸为460mm手工造型、干型干芯、转包浇注。铸件浇注位置和分型面等如图4-45所示。铸件除顶部?100mm凸台处壁较厚(30mm)外，主要壁厚为1215mm，有7个砂芯，属于形状较复杂的薄壁铸件。第四节浇注系统类型的选择和计算图4-45Y381型滚齿机支架铸件工艺简图第四节浇注系统类型的选择和计算 通过阻流截面的铁液重量m。铸
24、件重量为35kg，压边冒口浇注系统重量约为5kg，则 浇注时间t。薄壁铸件的浇注时间可按t=S2计算，其中查表可得S22。流量系数。按表4-4选得干型、中等阻力0.48。确定平均压头hP。根据式(4-5)hP=h0-，h0是作用于内浇道的压头，等于上砂型高与浇口杯高之和，故h0=26mm+7mm=33cm。第四节浇注系统类型的选择和计算 薄壁复杂铸件还需验算型腔内铁液液面上升速度。根据式(4-3)：v=370/14mm/s26.4mm/s，此值大于表4-2所列的v=1020mm/s的数值，是较合适的。核算最小剩余压头hm。根据式(4-6)hmStan可得第四节浇注系统类型的选择和计算第四节浇注
25、系统类型的选择和计算2.铸钢件浇注系统的计算第四节浇注系统类型的选择和计算表4-7钢液流量表4-8钢液在型腔内上升速度的推荐值第四节浇注系统类型的选择和计算第五节冒口的设置与计算1)冒口设置应符合顺序凝固原则，冒口的大小和形状应使冒口金属液最后凝固。2)在整个凝固期间冒口应有充足的金属液补偿铸件的体收缩。3)冒口中的金属液必须有足够的补缩压力和通畅的补缩通道，以使金属液顺利地流到需补给的部位。冒口必须满足的三个基本条件：1)冒口设置应符合顺序凝固原则，冒口的大小和形状应使冒口金属液最后凝固。第五节冒口的设置与计算2)在整个凝固期间冒口应有充足的金属液补偿铸件的体收缩。3)冒口中的金属液必须有足
26、够的补缩压力和通畅的补缩通道，以使金属液顺利地流到需补给的部位。一、冒口的种类图4-46常见冒口类型a)顶冒口b)侧冒口1顶明冒口2顶暗冒口3侧明冒口4侧暗冒口第五节冒口的设置与计算二、冒口的形状图4-47常用的冒口形状a)球形b)球顶圆柱形c)圆柱形d)腰圆柱形(明)e)腰圆柱形(暗)第五节冒口的设置与计算三、冒口的位置1)冒口应尽量放在铸件被补缩部位的上部或最后凝固的热节点旁边，以便利用金属液的重力进行补缩。2)铸件不同高度上有热节需要进行补缩时，可在不同水平面上安放冒口，并采用冷铁使各个冒口的补缩范围隔开，如图4-48所示。3)冒口应尽量不阻碍铸件的收缩。4)冒口最好设置在铸件需要切削加
27、工的表面上，以减少精整铸件的工时。5)力求用一个冒口同时补缩一个铸件的几个热节，或者补缩几个铸件的热节，如图4-49a所示。6)为了加强铸件的顺序凝固，应尽可能使内浇道靠近冒口或通过冒口进入铸件，如图4-49b所示。第五节冒口的设置与计算图4-48铸件上不同高度冒口的隔离a)阶梯形热节b)上下有热节1顶明冒口2铸件3侧暗冒口4冷铁第五节冒口的设置与计算图4-49一个冒口补缩几个热节或几个铸件a)补缩三个热节点b)补缩四个铸件1、4冒口2铸件3横浇道第五节冒口的设置与计算1.补缩通道图4-50向热节圆处补缩示意图1冒口2轮缘3辐板4缩孔5液相线等温面6固相线等温面第五节冒口的设置与计算四、冒口的
28、补缩通道2.补缩通道的形成图4-51冒口补缩通道示意图a)补缩通道畅通b)末端区凝固结束，中间区通道消失c)铸件凝固的三个区域(1)末端区铸件末端区多一个散热面，第五节冒口的设置与计算使这个区域的金属冷凝加快，越接近末端区凝固得越早，造成顺序凝固，朝向冒口张开的楔形补缩通道有利于金属液补缩，如图4-51a所示。(2)冒口区冒口区的一端与冒口连接，在冒口的热作用下，越靠近冒口温度降得越慢，造成顺序凝固，在冒口区的前沿也形成了楔形补缩通道，有利于金属液补缩，如图4-51b所示。(3)中间区末端区的散热条件和冒口区的加热作用均已消失，铸件上各点的冷却速度相同，液相线等温面相互平行，为同时凝固，致使中
29、间区域发生的收缩得不到金属液的补偿而产生轴线缩松，如图4-51c所示。第五节冒口的设置与计算图4-52冒口的水平补缩距离a)平板b)阶梯板c)方形断面板第五节冒口的设置与计算五、冒口的补缩距离1.碳钢铸件冒口的补缩距离图4-53冒口区长度、末端区长度和冒口补缩距离与铸件壁厚的关系a)冒口区长度与铸件壁厚的关系b)末端区长度与铸件壁厚的关系c)冒口补缩距离与铸件壁厚的关系第五节冒口的设置与计算例4-4图4-54所示为环形铸钢件，冒口直径为?200mm，试确定冒口的数目及补缩方案。图4-54环形铸钢件冒口补缩方案第五节冒口的设置与计算解(1)确定宽厚比铸钢件厚度为90mm，宽度为270mm，宽 厚
30、3 1(杆件)。(2)确定冒口补缩距离(3)求设置冒口数量n第五节冒口的设置与计算2.铸铁件冒口的补缩距离图4-55球墨铸铁冒口水平方向补缩距离a)单面补缩b)双面补缩第五节冒口的设置与计算六、铸钢件的冒口1)根据铸件结构特点划分成几个补缩区，并找出各补缩区的热节点。2)由铸件热节或厚大截面确定冒口位置与形式。3)由铸件的主要热节与对冒口的基本要求确定冒口的形状和尺寸。4)根据补缩距离确定冒口数量。5)校核补缩能力。第五节冒口的设置与计算1.冒口尺寸的确定方法图4-56求热节圆直径示意图(1)比例法比例法又称为热节圆法。第五节冒口的设置与计算(2)模数法通过计算模数来确定冒口尺寸的方法称为模数
31、法。第五节冒口的设置与计算2.工艺出品率表4-9碳钢和低合金钢铸件的工艺出品率第五节冒口的设置与计算表4-10齿轮类铸钢件的工艺出品率第五节冒口的设置与计算1.灰铸铁的冒口表4-11常用冒口的形式和参数七、铸铁件的冒口第五节冒口的设置与计算表4-12灰铸铁件顶冒口尺寸(手工造型)表4-13灰铸铁凝固收缩率第五节冒口的设置与计算2.球墨铸铁件的冒口表4-14球墨铸铁件冒口尺寸第五节冒口的设置与计算1.大气压力冒口图4-57大气压力冒口a)大气压力冒口示意图b)普通冒口c)砂芯形状d)大气压力冒口1尖角砂型2砂芯3铸件4冒口八、特种冒口第五节冒口的设置与计算2.发热冒口图4-58发热冒口a)明冒口
32、b)暗冒口1发热材料2保温材料3型砂隔片4排气孔第五节冒口的设置与计算3.保温冒口第五节冒口的设置与计算4.易割冒口图4-59易割冒口a)型圆孔隔片b)型圆孔隔片c)星形孔隔片1冒口2隔片3铸件第五节冒口的设置与计算一、均匀壁上的垂直补贴例4-5图4-61所示为筒形碳钢件，要求全部加工，不允许有轴线缩松，试确定冒口补贴的厚度。解按比例画出添加加工余量后的铸件图，以铸件的初始厚度为35mm，查得铸件高度在85mm以下为铸件末端区，不需要放补贴，需要放补贴的高度为例4-6试确定图4-62所示阀体法兰的冒口补贴。解按以下步骤进行：1)按比例画出添加加工余量后的法兰图。2)考虑到砂型尖角的热影响，作必
33、要的修正后，在热节点画出热节圆直径?65mm。3)按热节点厚度为65mm作法兰，因而产生具有等壁厚的法兰(凡是厚度不等的铸件，在计算补贴值之前，均要作出等壁厚线)。第六节补贴的设置与计算4)画出法兰中心线，在致密的人为末端区之上，用径向线作圆周等分，等分间隔取弧长100mm。5)由图4-60查各分隔点上的补贴厚度。第六节补贴的设置与计算图4-60补贴厚度与铸件壁厚和高度的关系第六节补贴的设置与计算表4-15杆件补贴尺寸的补偿因数第六节补贴的设置与计算例4-5图4-61所示为筒形碳钢件，要求全部加工，不允许有轴线缩松，试确定冒口补贴的厚度。图4-61碳钢筒形铸件的补贴法第六节补贴的设置与计算解按
34、比例画出添加加工余量后的铸件图，以铸件的初始厚度为35mm，查得铸件高度在85mm以下为铸件末端区，不需要放补贴，需要放补贴的高度为第六节补贴的设置与计算例4-6试确定图4-62所示阀体法兰的冒口补贴。图4-62法兰的补贴法第六节补贴的设置与计算解按以下步骤进行：第六节补贴的设置与计算1)按比例画出添加加工余量后的法兰图。2)考虑到砂型尖角的热影响，作必要的修正后，在热节点画出热节圆直径?65mm。3)按热节点厚度为65mm作法兰，因而产生具有等壁厚的法兰(凡是厚度不等的铸件，在计算补贴值之前，均要作出等壁厚线)。4)画出法兰中心线，在致密的人为末端区之上，用径向线作圆周等分，等分间隔取弧长1
35、00mm。5)查各分隔点上的补贴厚度。二、凸肩补贴图4-63凸肩补贴的形式和尺寸第六节补贴的设置与计算第六节补贴的设置与计算图4-64凸肩补贴末端的形式a)不正确b)正确第六节补贴的设置与计算图4-65轮毂直径较大时用凸肩来扩大致密的冒口区第六节补贴的设置与计算第六节补贴的设置与计算三、局部热节点的补贴1)按1 1比例画出热节圆的局部图形，并按相同比例画出补正量和加工余量，如4-67所示。2)画出热节点内切圆直径dy。3)按照d1=1.05dy，d2=1.05d1的递增规律自下而上地增大各圆的直径，各圆的圆心分别在前一个圆的圆周上，并与铸件壁的一侧相切。4)连接各圆切点形成的曲线，就是补贴的外
36、形曲线。第六节补贴的设置与计算图4-67齿轮铸件轮缘的补贴a)铸件b)滚圆法第六节补贴的设置与计算一、冷铁的设置与计算1.冷铁的作用第七节冷铁、铸肋的设置与计算(1)消除铸件局部热节在铸件局部厚大难以设置冒口的部位设置冷铁，可以防止铸件产生缩孔或缩松。(2)控制铸件的顺序凝固或同时凝固在铸件不均匀壁厚的热节处或在铸件均匀壁厚的某一端设置冷铁，可以使铸件形成顺序凝固或同时凝固。(3)减少冒口数量使用冷铁可以使铸件产生人为的凝固末端区和增长末端区，从而增加冒口的补缩距离，起到减少冒口数量的作用。(4)减小冒口尺寸在一定条件下要得到无缩孔的铸件，如果加大冷铁，则可以适当减小冒口尺寸；反之，如果减小冷
37、铁，就必须增大冒口尺寸。(5)防止铸件产生裂纹在铸件壁与肋的交接处设置冷铁可消除热节，能有效地防止铸件裂纹。(6)提高铸件的硬度和耐磨性加快铸件某些特殊部位的冷却速度，以达到细化晶粒、提高铸件表面硬度和耐磨性的目的。第七节冷铁、铸肋的设置与计算2.冷铁的设置(1)外冷铁造型时放置在模样表面上的冷铁称为外冷铁。图4-68常见外冷铁的形状a)圆形b)方形c)梯形d)弧形1)外冷铁尺寸的确定。第七节冷铁、铸肋的设置与计算2)外冷铁材料。3)外冷铁安放要求。图4-69暗冷铁1铸件2覆砂层3冷铁第七节冷铁、铸肋的设置与计算(2)内冷铁放置在型腔内，能与铸件熔合为一体的起激冷作用的金属物称为内冷铁。1)内
38、冷铁材料。2)内冷铁尺寸的确定。3)内冷铁安放要求。第七节冷铁、铸肋的设置与计算3.冷铁的计算(1)外冷铁的计算冷铁的尺寸主要是指它的厚度。(2)内冷铁的计算1)加工孔中内冷铁尺寸的确定。图4-70内冷铁在加工孔中的应用第七节冷铁、铸肋的设置与计算2)铸件局部小热节中内冷铁尺寸的确定。表4-16螺旋内冷铁的参考值第七节冷铁、铸肋的设置与计算表4-16螺旋内冷铁的参考值第七节冷铁、铸肋的设置与计算图4-71螺旋内冷铁应用示意图第七节冷铁、铸肋的设置与计算1.防裂肋图4-72防裂肋的设置形式第七节冷铁、铸肋的设置与计算二、铸肋的设置与计算图4-73拉肋的设置1拉肋2铸件第七节冷铁、铸肋的设置与计算
39、2.拉肋1)有壁厚为8mm的薄壁箱体，其模数M件0.4cm，浇注温度为1300，浇注时间约为10s，铁液中w(C)=3.35%，w(Si+P)=2.5%，试确定是否需要安放冒口。解先从图4-74中查出3.8，再从图4-75中，找出浇注时间为10s和模数M件0.4cm的两点作连线相交于铁液后补量坐标上，查出后补量。第八节技能训练训练训练1 冒口的相关计算冒口的相关计算2)铁液化学成分同上例，铸件壁厚为40mm，模数M件2cm，浇注时间为18s，浇注温度为1300，试确定是否需要安放冒口。解先从图4-74中查得1.5，再从图4-75中查得N1.0%。第八节技能训练图4-75确定铁液后补量的线图第八
40、节技能训练3)已知铸件重量m件=120kg，模数M件1.5cm，收缩时间t收缩50t凝固，收缩量0.5，试求灰铸铁冒口h=2d时的冒口直径d。解查图4-76，在0.5的左上图找出M件1.5cm与t收缩50%t凝固的交点，由此向右与m件120kg的线相交，便可读出相交点处冒口直径d=70mm，而冒口在完全凝固状态下的重量为3.2kg。第八节技能训练4)试求图4-77所示法兰的模数。图4-77法兰解法兰与管壁的交接处形成热节，用作图法估计热节的冷却速度，相当于法兰增厚到72mm，第八节技能训练再将增厚的法兰看成是交接截面的杆状件，故其模数为5)图4-78所示为双法兰铸钢件，材质为ZG 310-57
41、0，但上下法兰均需设冒口补缩。图4-78双法兰铸钢件的冒口布置图1侧暗冒口2明顶冒口解 求铸件模数M件。已知a=10cm，b=20cm，非冷却面，则M件ab/2(a+b)-d=10cm20cm/2(10cm+20cm)-8cm3.85cm。第八节技能训练 求M冒及M颈。由M件与M冒的比例关系可知第八节技能训练 确定铸件金属的体收缩率。因为铸件材质为ZG 310-570，浇注温度取1500，查表4-17得4.5。确定冒口的形状和尺寸。根据有关模数法计算冒口的方法可得出：顶部明冒口取M冒4.5cm；b=2a，h=1.5a的腰圆柱形冒口，其冒口根部宽、长分别是a=190mm，b=380mm，高度h=
42、285mm，单个冒口重量为123kg。当钢液的收缩率为4.5时，每个冒口的最小补缩能力约为250kg。验算冒口数目。冒口在铸件上的布置如图4-78所示。近似地用圆筒周长D3.14400mm=1256mm代替法兰热节中心的圆周长，上下法兰厚度均为100mm，宽、厚比为2 1，查图4-60得冒口区长度为150mm，冒口的总作用范围(以侧暗冒口为依据)是：(2402150)2mm1080mm，略小于1256mm，说明侧暗冒口的数目不足，但对于没有气密性要求的铸件来说，上述4个冒口可以基本满足铸件质量要求。第八节技能训练 校核冒口的最大补缩能力。从上述计算结果知道，四个冒口最大补缩能力的总重量是m补2
43、50kg2200kg2=900kg，铸件重量m件710kg。可见冒口有足够的金属液供给铸件补缩。表4-17确定钢的体收缩率图表第八节技能训练6)图4-79所示的厚实铸件(铸钢)用一个顶冒口补缩。图4-79发热冒口的补缩能力1冒口的残留体积2铸件解铸件的体收缩量V缩70dm35%=3.5dm3。第八节技能训练使用普通冒口时M普冒1.25cm=6cm。M热冒M普冒1.434.2cm。根据铸件的结构特点，决定采用直圆筒形的发热冒口套。根据以往的生产经验，暂定冒口尺寸为?230mm345mm。此冒口的M冒4.3cm，m冒9.8kg，14.4dm3。模数已满足了铸件的要求，但能否满足对铸件补缩的要求，还
44、要进行验算。V补2/32/314.4dm3=9.6dm3，因V补大于V缩，故冒口足够大。第八节技能训练1.生产条件和技术要求(1)生产性质年产量为6000件。(2)材质HT150灰铸铁。(3)结构及使用条件进给箱体位于床身侧面，内装齿轮和轴，它是车削加工的进给部分。图4-80进给箱体零件图第八节技能训练训练训练2 设计设计C640型进给箱体的铸造工艺型进给箱体的铸造工艺2.铸造工艺方案的选择(1)造型方法的选择由于生产批量大，进给箱体铸件采用机器造型和制芯，选择ZB3512型半自动微振压实造型机，成对布置在造型线上，分别造上型和下型。(2)浇注位置的选择进给箱体浇注位置有两种方案，如图4-81
45、所示。(3)分型面的选择图4-82所示为进给箱体分型面的选择方案。图4-81进给箱体浇注位置选择方案第八节技能训练(4)铸件数目的确定ZB3512型半自动微振压实造型机的砂箱，最大尺寸为1150mm650mm200mm/220mm。(5)工艺参数的确定1)铸件线收缩率的确定：进给箱体的材料为HT150，重量为37kg，收缩时将受到阻碍。2)机械加工余量：进给箱体加工余量等级取F级，加工余量为3mm，公差等级取11级，铸造公差为7mm。3)铸件重量的确定：铸件的尺寸公差、铸件重量允许误差可按有关表格查取。4)铸孔：箱体上九个轴孔均要求铸出。5)起模斜度：按表1-13和表1-14选取起模斜度。第八
46、节技能训练(6)砂芯设计将箱体内腔的砂芯分为两块制造，然后再组合在一起(方案)，如图4-83a所示。图4-83砂芯设计方案a)方案b)方案第八节技能训练(7)浇注系统设计图4-84进给箱体浇注系统的结构第八节技能训练1)内浇道：由于箱体外部四周都有砂芯，因此内浇道的开设位置只能选在两个凸台砂芯之间。2)横浇道：横浇道选择高梯形截面，挡渣作用较好。(8)浇注系统计算内浇道截面积按水力学公式计算。第八节技能训练图4-85平均压头计算示意图第八节技能训练(9)绘制铸造工艺图铸造工艺图见进给箱体工艺示意图，如图4-86所示。(10)绘制铸型装配图进给箱体铸型装配图如图4-87所示。(11)绘制铸件图进
47、给箱体铸件图如图4-88所示。第八节技能训练1.生产性质、结构特点和技术要求(1)生产性质批量生产。(2)材质铬钼铜合金铸铁，牌号为HTRCr。(3)结构特点该铸件壁厚不均匀，平均壁厚为35mm，外形尺寸为?970mm2155mm。(4)技术要求该件化学成分要求为w(C)=2.8%3.3%，w(Mn)=0.71.0，w(Si)=1.62.3,w(P)0.2，w(S)0.15，w(Cr)=0.150.35，w(Mo)=0.300.60，w(Cu)=0.601.0。第八节技能训练训练训练3 设计柴油机气缸套的铸造工艺设计柴油机气缸套的铸造工艺2.造型方法和砂型种类4-86.TIF第八节技能训练2W
48、P6.eps第八节技能训练图4-87进给箱体铸型装配图第八节技能训练图4-88进给箱体铸件图第八节技能训练图4-89气缸套金属模样0.05MPa，干压强度应大于0.88MPa。第八节技能训练3.浇注位置和分型面图4-90气缸套的铸造工艺图a)气缸套铸造工艺图b)气缸套铸造工艺立体图1横浇道2铁液过桥3下出气冒口4上出气冒口5雨淋式浇注系统6浇口盆7直浇道8铸件9集渣包10内浇道第八节技能训练4.砂芯分块和制芯第八节技能训练5.浇注系统和冒口(1)雨淋式浇注系统1)内浇道：上端孔眼直径为15mm，下端孔眼直径为22mm，共16只，总截面积为28.2cm2。2)横浇道：其截面尺寸为70mm/50m
49、m70mm，总截面积为84cm2(双向)。(2)底注切线浇道1)内浇道：截面尺寸为60mm/55mm6mm，共12道，总截面积为41.4cm2。2)横浇道：截面尺寸为65mm/45mm70mm，总截面积为38.5cm2(单向)。3)直浇道：截面尺寸为?80mm，截面积为50cm2，各单元截面积比为A横 A直1 0.93 1.2。第八节技能训练图4-91气缸套铸型装配图4)浇口盆：容量为1000kg。第八节技能训练(3)冒口上部为环形冒口，铸件上端加高250mm，冒口内侧补贴斜度为6。(4)出气冒口上出气冒口1个，直径为40mm；下出气冒口3个，直径为30mm。第八节技能训练6.主要工艺参数第八节技能训练7.合型浇注第八节技能训练
