铸造工艺学课本

目 录

第一章 铸造工艺设计概论

第一节 铸造工艺设计的概念、设计依据、内容及程序 .........................

第二节 铸造工艺设计与经济指标和环境保护的关系 ..............................

第二章 铸造工艺方案的确定

第一节 零件结构的铸造工艺性 .........................................................................

第二节 造型、造芯方法的选择 .........................................................................

第三节 浇注位置的确定 .......................................................................................

第四节 分型面的选择 ............................................................................................

第三章 砂芯设计及铸造工艺设计参数

第一节 砂芯设计 ......................................................................................................

第二节 铸造工艺设计参数 ...................................................................................

第四章 浇注系统设计

第一节 液态金属在浇注系统基本组元中的流动 ........................................

第二节 浇注系统的基本类型及选择 ................................................................

第三节 计算阻流截面的水力学公式 ................................................................

第四节 铸铁件浇注系统设计与计算 ................................................................

第五节 其他合金铸件浇注系统的特点 ...........................................................

第六节 金属过滤技术 ............................................................................................

第五章 冒口、冷铁和铸肋

第一节 冒口的种类及补缩原理 .........................................................................

第二节 铸钢件冒口的设计与计算 ....................................................................

第三节 铸铁件实用冒口的设计 .........................................................................

第四节 提高通用冒口补缩效率的措施和特种冒口 ...................................

第五节 冷铁 ...............................................................................................................

第六节 铸肋 ............................................................................................................... 第一章 铸造工艺设计概论

第一节 铸造工艺设计的概念、设计依据、内容及程序

一、概念

??? 现代科学技术的发展，要求金属铸件具有高的力学性能、尺寸精度和低的表面粗糙度值；要求具有某些特殊性能，如耐热、耐蚀、耐磨等，同时还要求生产周期短，成本低。因此，铸件在生产之前，首先应进行铸造工艺设计，使铸件的整个工艺过程都能实现科学操作，才能有效地控制铸件的形成过程，达到优质高产的效果。

??? 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。铸造工艺设计的有关文件，是生产准备、管理和铸件验收的依据，并用于直接指导生产操作。因此，铸造工艺设计的好坏，对铸件品质、生产率和成本起着重要作用。

二、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。此外，要求设计者有一定的生产经验和设计经验，并应对铸造先进技术有所了解。具有经济观点和发展观点，才能很好地完成设计任务。

??? （一）生产任务

??? （1）铸造零件图样??? 提供的图样必须清晰无误，有完整的尺寸和各种标记。设计者应仔细审查图样。注意零件的结构是否符合铸造工艺性，若认为有必要修改图样时，须与原设计单位或订货单位共同研究，取得一致意见后以修改后的图样作为设计依据。

??? （2）零件的技术要求??? 金属材质牌号、金相组织、力学性能要求、铸件尺寸及重量公差及其他特殊性能要求，如是否经水压、气压试验，零件在机器上的工作条件等。在铸造工艺设计时应注意满足这些要求。

??? （3）产品数量及生产期限??? 产品数量是指批量大小。生产期限是指交货日期的长短。对于批量大的产品，应尽可能采用先进技术。对于应急的单件产品，则应考虑使工艺装备尽可能简单，以便缩短生产周期，并获得较大的经济效益。

??? （二）生产条件

??? （1）设备能力包括起重运输机的吨位和最大起重高度、熔炉的形式、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。

??? （2）车间原材料的应用情况和供应情况。

??? （3）工人技术水平和生产经验。

??? （4）模具等工艺装备制造车间的加工能力和生产经验。

??? （三）考虑经济性

??? 对各种原材料、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，以便考核该项工艺的经济性。

三、设计内容和程序 铸造工艺设计的一般内容和程序

项目 内容 用途及应用范围 设计程序

铸造工艺图 在零件图上，用标准（JB2435-78）规定的红、蓝色符号表示出：浇注位置和分型面，加工余量，铸造收缩率（说明）。起模斜度，模样的反变形量，分型负数，工艺补正量，浇注系统和冒口，内外冷铁，铸肋，砂芯形状，数量和芯头大小等 用于制造模样、模板、芯盒等工艺装备，也是设计这些金属模具的依据。还是生产准备和铸件验收的根据。适用于各种批量的生产。 （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

铸件图 反映铸件实际形状、尺寸和技术要求。用标准规定符号和文字标注，反映内容：加工余量，工艺余量，不铸出的孔槽，铸件尺寸公差，加工基准，铸件金属牌号，热处理规范，铸件验收技术条件等 是铸件检验和验收、机械加工夹具设计的依据。

适用于成批、大量生产或重要的铸件 （7）在完成铸造工艺图的基础上，画出铸件图

铸型装配图 表示出浇注位置，分型面、砂芯数目，固定和下芯顺序，浇注系统、冒口和冷铁布置，砂箱结构和尺寸等 是生产准备、合箱、检验、工艺调整的依据。适用于成批、大量生产的重要件，单件生产的重型件 （8）通常在完成砂箱设计后画出

铸造工艺卡 说明造型、造芯、浇注、开箱、清理等工艺操作过程及要求 用于生产管理和经济核算。依据批量大小，填写必要内容 （9）综合整个设计内容

??? 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。广义地讲，铸造工艺装备的设计也属于铸造工艺设计的内容，例如模样图、芯盒图、砂箱图、压铁图、专用量具图和样板图、组合下芯夹具图等。

??? 大量生产的定型产品、特殊重要的单件生产的铸件等铸造工艺设计一般订得细致，内容涉及较多。单件、小批生产的一般性产品，设计内容可以简化。在最简单的情况下，只绘一张铸造工艺图。

??? 铸造工艺设计所涉及的内容和一般设计程序如表所列。

第二节 铸造工艺设计与经济指标和环境保护的关系

??? 铸造工艺设计人员应时刻关心铸件成本、节约能源和环境保护问题。从零件结构的铸造工艺性的改进，铸造、造型、造芯方法的选择，铸造工艺方案的确定，浇注系统和冒口的设计，直至铸件清理方法等，每道工序都与上述问题有关。举例而言，对铸钢件采用保温冒口后，绝大多数的铸件工艺出品率都可以提高10％～20％，甚至更高。

??? 专门的分析表明，铸件的工艺出品率还不能充分表明保温冒口的经济效益，应该用铸件成品率来考核。铸件成品率的定义是铸件质量除以投入熔炉中的金属原料质量，，以百分数表示。它和铸件工艺出品率的差别是计入了熔炼和浇注的损耗。对铸钢来说，这种损耗约占6％。用普通砂型冒口的铸钢件成品率约为43％；而用保温冒口的铸钢件成品率约为68％。相应地，利润率也由原来的5.37％增加为14.16％。

??? 由此可见，铸造工艺设计时，采用不同的工艺，对铸造车间或工厂的金属成本、熔炼金属量、能源消耗、铸件工艺出品率和成品率、工时费用、铸件成本和利润率等，都有显着的影响。

??? 铸造工艺设计中要注意节约能源。例如，采用湿型铸造法比干型铸造法要节省燃料消耗。使用自硬砂型取代普通干砂型，采用冷芯盒法制芯，而不选用普通烘干法制或热芯盒法，都可以节约燃料或电力消耗。

??? 为了保护环境和维护工人身体健康，在铸造工艺设计中要避免选用有毒害和高粉尘的工艺方法，或者应采用相应对策，以确保安全和不污染环境。例如，当采用冷芯盒制芯工艺时，对于硬化气体中的二甲基乙胺、三乙胺、SO2等应进行严格的控制，经过有效地吸收、净化后，才可以排放入大气。对于浇注、落砂等造成的烟气和高粉尘空气，也应净化后排放。