铸钢件工艺设计

铸钢件生产工艺设计要求和质量标准1铸钢件生产工艺要求及质量标准一、混砂工艺标准（一）材料要求:１、造型砂:符合GＢ９442-88 、JB43５-6３细粒砂要求,一般选用二氧化硅含量较高的天然砂或石英砂，原砂粒度根据铸件大小及壁厚确定,原砂的含泥质量分数应小于２％,原砂中的水份必须严格控制,且一般应进行烘干。

2、水玻璃：水玻璃模应根据铸件大小来确定。

(1）小砂型(芯）为加速硬化采用选用M=2.7—３.２的高模数水玻璃。

(2)中型砂型（芯)可选用Ｍ=2.3—2.６的水玻璃。

(3)生产周期长的大型砂型(芯）选用M=2．0—2.２的低模数水玻璃。

（二)混制比例（质量分数%）造型砂／水玻璃=１００:6～８(三)混制时间：一般情况下混制5分钟，室温或水玻璃密度较大时可适当延长混砂时间。

（四)混制后要求：混制好的造型砂要求无块状或团状,流动性较好。

二、造型工艺要点:（一）基本原则：1、质量要求高的面或主要加工面应放在下面。

2、大平面应放在下面。

3、薄壁部分应放在下面。

4、厚大部分应放在上面。

5、应尽量减少砂芯的数量。

6、应尽量采用平直的分型面。

（二)基本要求：１、木模:要求轮廓完整,无裂纹、无破损、无残缺，表面光洁,尺寸符合铸造工艺图纸要求,并经常进行尺寸校验。

２、砂箱:砂箱的尺寸大小应根据木模规格确定,大、中型砂箱应焊接箱筋。

3、浇注系统:根据铸件的结构特点的工艺要求,选择适宜的浇注系统，通常采用顶注式、底注式。

(1)浇注系统设置基本原则:浇口、冒口安放位置合理,大小适宜不妨碍铸件收缩,便于排气、落砂和清理，应使铸型尺寸尽量减少,简化造型操作，节省型砂用量和降低劳动强度。

（2)内浇道位置的注意事项。

1)内浇道不应设在铸件重要部位。

2)应使金属液流至型腔各部位的距离最短。

3)应不使金属液正面冲击铸型和砂芯。

４）应使金属液能均匀分散，快速地充满型腔。

5）不要正对铸型中的冷铁和芯撑。

4、冒口（1）冒口设置基本原则：1)根据铸件的结构和工艺要求正确选择冒口的形状、大小和安放位置。

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。

薄壁铸钢件工艺设计探讨摘要：薄壁铸钢件在生产过程中容易出现裂纹、缩孔、浇不足以及砂气孔缺陷，其生产工艺与一般铸钢件的生产工艺不同，凝固过程不但要遵循顺序凝固原则，且要兼顾同时凝固原则。

本文根据笔者多年从事此类的设计开发经验，结合我厂在实际生产中几个典型薄壁铸钢件产品的生产情况，提出对薄壁铸钢件在工艺设计中一些问题的探讨和对该类型产品在设计中一些注意要点进行归纳和总结。

关键词：薄壁铸钢件、工艺设计、裂纹、顺序凝固一、前言薄壁铸钢件的生产是一个系统复杂的工程，其凝固过程复杂，铸造过程影响因素很多，质量控制难度大，常易出现裂纹、变形、浇不足以及砂气孔问题。

因此，对于薄壁铸钢件的工艺设计方法和思路与一般的铸钢件的设计有着较大的不同。

其工艺设计更注重要求合理的地开设浇冒口，布置冷铁、拉筋，最大限度减少砂芯、砂型在凝固收缩过程中产生的阻力。

笔者根据多年以来从事此类的设计开发经验，对该类型产品生产过程中常见问题的成因进行分析，在设计上合理实施工艺对策，在消除和减少薄壁铸钢件在生产过程中常见问题的产生方面获得了一些经验。

本文以我厂生产实际中的几个典型薄壁铸钢件产品为例，重点阐述薄壁铸钢件工艺设计的思路和方法，以及对生产过程中常见问题的成因分析及一些解决措施进行归纳总结。

二、薄壁铸钢件工艺设计的一般思路1．产品结构及技术条件分析作为铸造生产厂，多数以根据用户提供的产品图纸做用户所需产品，笔者经过多年时间的设计开发经历感觉到，在用户提供的这些产品图纸中，产品结构往往与我们铸造工作者希望适合铸造产品结构有时会存在一些炯意。

尤其对于薄壁铸钢件来说，其产品结构设计如果对铸造不合理，我们铸造工作者可能会花费很多精力和想很多办法去解决由于结构不合理产生的铸造缺陷，往往这些问题最终得不到彻底的解决。

笔者认为，对于薄壁铸钢的生产，前期的产品结构分析是很重要的，铸造工作者在不影响产品最终使用和其结构强度的情况下，是可以适当与用户沟通，争取提出一些结构上的改进和建议，笔者多年以来在这些方面有过切身的体会，并在这些方面取得了一些进步。

铸钢件机架的工艺设计1、铸造工艺方案针对该铸件结构，采用4个明冒口，冒口之间采用外冷铁激冷，形成人为末端区，将铸钢件划分成4个区域，使4个明冒口分别补缩各自区域。

考虑到地脚凸出较高，增设两个小冒口补缩地脚。

冒口和冷铁方案如图2所示。

（1）基本工艺参数铸件的加工量和收缩率是铸造工艺设计的基本工艺参数，选择得是否合理对铸件加工量和后续加工工时等有很大影响，因此合理选择能够较大地降低生产制造成本。

按工艺设计规范，收缩率的选择是根据铸件的最大尺寸而定，这就造成只有一个缩尺，而根据我公司多年实际生产的机架类铸钢件测量情况分析，长度、宽度方向实际收缩是不一样的，尤其是窗口内的收缩不同。

因此我们选择了三个不同收缩率的铸造工艺参数，分别为2%、1、5%、1、0%。

这样在加工量选择上，就可以避免旧工艺通过加大加工量来补偿实际收缩和工艺收缩率之间的偏差，按实际条件放置加工量，从而有效减小加工量，节约钢液和机加工工时，降低生产成本。

通过优化，使该类机架的加工量系数降低了5个百分点，由于铸件吨位较大，每件可直接节约钢液8。

11t。

（2）铸件模数的计算和冒口的选择如图2所示，根据立柱上冒口的补缩距离，确定冷铁的位置后，将铸件分成4部分（见图2）。

按照冒口的模数与铸钢件模数的比计算，M冒=1、2M件，所需要的冒口模数分别为32、64cm、25、44cm、32、16cm。

再考虑到选用的发热保温冒口，参考模数和保温系数，选择冒口直径分别为f1700mm、f1300mm、f1600mm，冒口浇注高度2000mm。

用模数法计算出的冒口，只说明冒口晚于铸件凝固，冒口下没有缩孔，不能说明冒口是否足够补缩整个铸件，如果冒口的有效容积不足以补缩整个铸件或冒口分布不合理，那么在离冒口较远的部位还可能出现缩孔、缩松。

因此，用模数法算出的冒口还必须用铸件所需补给量验算冒口尺寸的方法进行验算。

如果不能满足要求，就需要增加冒口尺寸或增加冒口数量，直至能保证获得致密铸件为止。

大型铸钢件铸造工艺技术大型铸件生产周期长、工序复杂，一般要经历众多工序（如图2—1所示），合理设置其铸造过程中各项工艺是决定铸件最终成功铸造的关键要素。

图2—1大型铸钢件铸造工艺流程2.1大型铸钢件造型用砂铸钢件尤其是大型铸钢件大都采用自硬砂地面造型。

大型铸钢件通常具有厚大断面和高的金属静压头、浇注时间较长，加上铸件凝固过程中金属液体与砂型之间的热作用、机械作用、化学反应非常强烈；铸件表面，尤其在砂芯或砂型凹陷及转角处极易产生金属渗透粘砂，易造成铸件尺寸稳定性差和表面缺陷。

因而大型铸钢件对砂型的高温力学性能、型砂材料的抗粘砂能力要求非常高。

目前国内重机行业用于大型铸钢件的造型用砂主要有水玻璃砂（C02吹气硬化和有机醋自硬化）、树脂自硬砂〔峡喃树脂自硬砂、碱酚醛树脂自硬砂）国内一些主要大型铸件生产企业已逐步完成使用自硬砂铸造工艺的技术改造。

大型铸钢件的面砂一般采用铬铁矿砂等特种砂，这些原砂比硅砂的价格高出很多。

因此，对于旧砂再生系统中铬铁矿砂与石英砂的分离技术也是一项合理利用资源及降低成本的关键性技术。

2.2 铬铁矿砂在造型中的应用2.2.1铬铁矿呋喃树脂砂面砂应用实例（见表2—1）222 铬铁矿砂成份及选择铬铁矿砂属于铬尖晶石。

一般以（FeMg 0・（CrAIFe）2Q形式存在，其中杂质主要为CaO MnQ SiO2、TQ2等金属氧化物和碳酸盐化合物。

铬铁矿砂的比重为（4.4〜4.5 ）3 3kg/cm,堆积比重为（2.0〜2.7 ）kg/cm ,耐火度为2000土25C,熔融触点2040C。

铬铁矿砂的选择主要依据需要配制的型（芯）砂后的工艺参数、铸件质量以及旧砂再生回收率的高低来不断摸索确定。

铬铁矿砂的化学成分及质量分数（％见表2—1。

表2—1 铬铁矿砂的化学成分及质量分数（%2.2.2.1 酸耗值我们在采用呋喃树脂砂工艺时其催（固）化剂为磺酸、苯磺酸之类酸性固化剂硬化，要求原砂呈中性，如存在诸如滑石粉的碱性化合物，固化剂的消耗必然要加大，从而砂型固化慢甚至不能硬化。

铸造铸钢件的流程(一)铸钢件平尺工艺设计的主要内容在大多数情况下，铸造工艺设计包括：确定铸钢件的浇注位置和分型面，画出标有机械加工余量和拔模斜度的铸件图。

可以在零件图内画出，也可专门画出铸件图。

在铸钢件图上标出型芯的形状、大小，分型分模面，完成模样工艺图。

确定造型、造芯工艺方案，包括重要型、芯的舂砂方向、出气方向、吊芯方向。

确定浇冒口系统和冷铁等的大小、形状和位置，以及浇注温度、浇注时间等。

确定各型、芯的制造材料和方法。

设计或选用专用的或标准的铸造装备。

如砂箱、冒口模、外冷铁、刮板架等。

制订必要的工艺文件。

如工艺卡片等。

确定检验方法及其他。

在不同条件下，铸造工艺设计内容将是不同的，有时非常简略，例如只确定分型面、机械加工余量和浇冒口系统等。

（二）影响铸造工艺的因素在设计铸件的工艺方案时，影响铸造工艺的因素有：花岗石平板的批量,大批生产和单件、小批量的工艺方案可能完全不同。

铸件的大小、用途。

铸造车间起重运输设备的能力。

现有的烘房、熔化炉、热处理炉的容量。

车间型砂、芯砂的种类和制备能力。

车间现有砂箱、浇冒口等工艺装备和在要求交货期内生产专用工装的可能性和经济性。

因此，在设计铸造工艺方案前，应详细研究零件图，铸件的工艺条件、使用时的工作条件、铸件生产量的大小及交货期限；同时也应当考虑车间现有条件，并查明具有哪些适用的工装工具，确定在交货期内完成任务的可能性。

三、铸造工艺设计的原则保证铸件具有所要求的质量水平。

所设计的工艺应保证尽可能低的成本。

充分利用车间现有的设备，减轻操作工的劳动强度，达到高的劳动生产率。

应尽量采用价格较便宜，容易采购到的原材料。

尽量采用标准的或通用的工装。

必须设计专用工装时，在保证质量和劳动生产率高的前提下，尽可能设计简单、制造方便和成本较低的专用工装。

所设计的工艺应保证尽可能使大量的铸件很快离开车间的生产现场，提高车产面积的利用率。

使花岗石平台生产的上、下工序（模样车间和机械加工车间等）成本最低。

铸钢件的工艺流程铸钢件的工艺流程主要包括模具制造、熔炼、热处理和加工等环节。

下面将详细介绍铸钢件的工艺流程。

首先是模具制造。

模具是铸造过程中的重要工具，它的设计与制造质量直接影响着铸钢件的形状、尺寸和质量。

模具制造包括两个主要步骤：模具设计和模具制造。

模具设计需要根据实际需要确定铸钢件的形状和尺寸，并预留合理的缩短量和余量，以便在铸造后进行加工修整。

模具制造则需要根据模具设计图纸进行模具结构的加工、组装和调试，确保模具具备铸造所需的形状和尺寸。

接下来是熔炼。

铸钢件的熔炼是指将钢水熔化成液态钢液的过程。

熔炼主要通过高温炉进行，一般采用电炉或炼钢炉来进行熔炼。

在熔炼过程中，需要添加适量的合金元素来改善钢液的性能，如增加硅、锰、镍等元素的含量。

同时，还需要进行炉尘处理和脱氧剂的加入，以提高钢液的纯净度和流动性。

然后是热处理。

热处理是指将铸造后的钢件进行加热和冷却处理，以改变其组织和性能的过程。

热处理可以分为退火、正火和淬火等不同类型。

退火是将钢件加热至一定温度，然后慢慢冷却，目的是使钢件的组织均匀化，消除内部应力，提高韧性。

正火是将钢件加热至一定温度，然后较快冷却，目的是提高钢件的硬度和强度。

淬火是将钢件加热至一定温度，然后迅速冷却，目的是使钢件表面形成硬质组织。

最后是加工。

加工是指通过机械或其他手段，将已经铸造和热处理完成的钢件进行切割、车削、铣削、钻孔等工艺操作，最终得到符合要求的形状、尺寸和表面粗糙度的成品。

加工的过程中需要根据铸钢件的具体要求，在保证尺寸和性能的前提下，尽可能减小加工余量，以提高加工效率和降低成本。

综上所述，铸钢件的工艺流程包括模具制造、熔炼、热处理和加工等环节。

通过合理的模具设计和制造，精确的熔炼和热处理，以及高效的加工工艺，可以生产出质量优良、尺寸精确的铸钢件。

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一、工艺流程。

1. 工艺设计。