⽬录
第⼀节铸造⼯艺设计的概念、设计依据、内容及程序 (1)
第⼆节铸造⼯艺设计与经济指标和环境保护的关系 (3)
第⼆章铸造⼯艺⽅案的确定 (4)
第⼀节零件结构的铸造⼯艺性 (4)
第⼆节造型、造芯⽅法的选择 (4)
第四节分型⾯的选择 (8)
第三章砂芯设计及铸造⼯艺设计参数 (10)
第⼀节砂芯设计 (10)
第⼆节铸造⼯艺设计参数 (12)丙烷脱氢制丙烯
第四章浇注系统设计 (17)
第⼀节液态⾦属在浇注系统基本组元中的流动 (17)
第⼆节浇注系统的基本类型及选择 (21)
第三节计算阻流截⾯的⽔⼒学公式 (25)
第四节铸铁件浇注系统设计与计算 (28)
第六节⾦属过滤技术 (35)
第五章冒⼝、冷铁和铸肋 (37)
第⼀节冒⼝的种类及补缩原理 (37)
第⼆节铸钢件冒⼝的设计与计算 (39)
第三节铸铁件实⽤冒⼝的设计 (44)
第四节提⾼通⽤冒⼝补缩效率的措施和特种冒⼝ (53)
第五节冷铁 (56)
第六节铸肋 (59)
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。钓鱼岛岛主
（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
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，都有显著的影响。
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。
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
1.零件结构的铸造⼯艺性
指的是零件的结构应符合铸造⽣产的要求，易于保证铸件品质，简化铸造⼯艺过程和降低成本。
2.考察零件结构铸造⼯艺性的依据
1.避免缺陷⽅⾯
壁厚不能有急剧变化
设计铸件时应避免出现冷却时使铸件收缩受阻的形状
铸件应避免设计成⼤的⽔平平⾯
设计铸件窗⼝时不得削弱铸件强度
铸件不要设计成有清砂困难的形状
设计需加⼯的铸件时不要忘记设计加⼯时的装卡部位
设计有加⼯⾯的铸件时不要忽视尽量减少加⼯⾯积
简化铸造⼯艺⽅⾯
设计重⽽⼤的铸件时不应忘记在铸件上设计吊运措施
设计铸件时，肋的布置不应妨碍起模
设计铸件内腔肋时不得妨碍清砂或削弱型芯强度
设计铸件凸台时不得妨碍起模和造型
设计铸件时应注意尽量不采⽤多个分型⾯
设计铸件时应尽量减少采⽤型芯
设计的铸件应尽量避免采⽤孤悬的型芯
设计的铸件不应引起型芯⽀撑不稳定
材质⽅⾯
灰铸铁的加强肋不应设在受拉伸侧
球墨铸铁件（缸体）结构的合理与不合理
可锻铸铁轴承座
铜合⾦三通阀阀体铸件
第⼆节造型、造芯⽅法的选择
砂型铸造的各种造型、造芯⽅法可参照以下原则选⽤：
1、优先采⽤潮型
当湿型不能满⾜要求时再考虑使⽤表⼲砂型、⼲砂型或其它砂型。
在考虑应⽤湿型时应注意以下⼏种情况：
（1）铸件过⾼，⾦属静压⼒超过湿型的抗压强度时，应考虑使⽤⼲砂型或⾃硬砂型等。
要具体分析：如果铸件壁薄，虽然铸件很⾼⼤，但出现涨砂、粘砂、跑⽕的倾向⼩。可以把此限制适当放宽。因为在浇注结束
前，⾦属静压⼒尚未达到最⾼值时，铸件下部表⾯上已凝结⼀层⾦属壳。此外，采⽤优质钠膨润⼟型砂或活化膨润⼟型砂，其砂型湿压强度较⾼，为铸造较⾼⼤的逐渐创造了条件。
（2）浇注位置上铸件有较⼤⽔平壁时，⽤湿型容易引起夹砂缺陷，应考虑使⽤其他砂型。
（3）造型过程长或需长时间等待浇注的砂型不宜⽤湿型。例如在铸件复杂，砂芯多，下芯时间长且铸件尺⼨⼤等条件下，湿型放置过久会风⼲，使表⾯强度降低，易出现冲砂缺陷。因此湿型⼀般应在当天浇注。如需次⽇浇注，应将造好的上下半型空合箱，防⽌⽔分散失，于次⽇浇注前开箱、下芯，再合箱浇注。更长的过程应考虑⽤其他砂型。
（4）型内放置冷铁较多时，应避免使⽤湿型。如果湿型内有泠铁时，冷铁应事先预热，放⼊型内要及时合箱浇注，以免冷铁变冷⽽凝结“⽔珠”，浇注后引起⽓孔缺陷。
认为湿型不可靠时，可考虑使⽤表⼲砂型，砂型只进⾏表⾯烘⼲，根据铸件⼤⼩及壁厚，烘⼲深度在15~18mm。它具有湿型的许多优点，⽽在性能上却⽐湿型好，减少了⽓孔、冲砂、胀砂、夹砂的倾向。多⽤于⼿⼯或机器造型的中⼤件。
对于⼤型铸件，可以应⽤树脂⾃硬砂型、⽔玻璃砂型以及粘⼟⼲砂型。⽤树脂⾃硬砂可以获得尺⼨精确、表⾯光洁的铸件，但成本较⾼。
2、造型、造芯⽅法应和⽣产批量相适应
欧柏宁
⼤量⽣产的⼯⼚应创造条件采⽤技术先进的造型、造芯⽅法。⽼式的震击式或震压式造型机⽣产线⽣产率不⾼，⼯⼈劳动强度⼤，噪声⼤，不适应⼤量⽣产的要求，应逐步加以改造。对于⼩型铸件，可以采⽤⽔平分型或垂直分型的⽆箱⾼压造型机⽣产线、实型造型线⽣产效率⼜⾼，占地⾯积也少；对于中件可选⽤各种有箱⾼压造型机⽣产线、⽓冲造型线。为了适应快速、⾼精度造型⽣产线的要求，造芯⽅法可选⽤：冷芯盒、热芯盒及壳芯等造芯⽅法。
中等批量的⼤型铸件可以考虑⽤树脂⾃硬砂造型和造芯、抛砂造型等。
单件⼩批量的重型铸件，⼿⼯造型仍是重要的⽅法，⼿⼯造型能适应各种复杂的要求，⽐较灵活，不要求很多⼯艺装备。可以应⽤⽔玻璃砂型、VRH法⽔玻璃砂型、有机酯⽔玻璃⾃硬砂型、粘⼟⼲砂、树脂⾃硬砂型及⽔泥砂型等；对于单件⽣产的重型铸件，采⽤地坑造型法成本低，投产快。批量⽣产或长期⽣产的定型产品采⽤多箱造20世纪最伟大的运动员
型、劈箱造型法⽐较适宜。虽然模具、砂箱等开始投资⾼，但可以从节约造型⼯时、提⾼产品质量⽅⾯得到补偿。
3、造型⽅法应适合⼯⼚条件
如有的⼯⼚⽣产⼤型机床床⾝等铸件，多采⽤组芯造型法。着重考虑设计、制造芯盒的通⽤化问题，不制作模样和砂箱，在地坑中组芯；⽽另外的⼯⼚则采⽤砂箱造型法，制作模样。不同的⼯⼚⽣产条件、⽣产习惯、所积累的经验各不⼀样。如果车间内吊车的吨位⼩、烘⼲炉也⼩，⽽需要制作⼤件时，⽤组芯造型法是⾏之有效的。
每个铸⼯车间只有很少的⼏种造型、造芯⽅法，所选择的⽅法应切合现场实际条件。
4、要兼顾铸件的精度要求和成本
各种造型、造芯⽅法所获得的铸件精度不同，初投资和⽣产率也不⼀致，最终的经济效益也有差异。因此，要做到多、快、好、省，就应当兼顾到各个⽅⾯。应对所选⽤的造型⽅法进⾏初步的成本估算，以确定经济效益⾼⼜能保证铸件要求的造型、造芯⽅法。
第三节浇注位置的确定
铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置。确定浇注位置是铸造⼯艺设计中重要的⼀环，关系到铸件的内在质量、铸件的尺⼨精度及造型⼯艺过程的难易，因此往往须制订出⼏种⽅案加以分析、对⽐，择优选⽤。浇注位置与造型（合箱）位置、铸件冷却位置可以不同。⽣产中常以浇注
时分型⾯是处于⽔平、垂直或倾斜位置，分别称为⽔平浇注、垂直浇注或倾斜浇注，但这不代表铸件的浇注位置的函义。
浇注位置⼀般于选择造型⽅法之后确定。根据合⾦种类、铸件结构和技术要求，结合选定的造型⽅法，先确定出铸件上质量要求⾼的部位（如重要加⼯⾯、受⼒较⼤的部位、承受压⼒的部位等）。结合⽣产条件估计主要废品倾向和容易发⽣缺陷的部位（如厚⼤部位容易出现收缩缺陷。⼤平⾯上容易产⽣夹砂结疤。薄壁部位容易发⽣浇不到、冷隔。薄厚相差悬殊的部位应⼒集中，容易发⽣裂纹等）。这样在确定浇注位置时，就应使重要部位处于有利的状态，并针对容易出现的缺陷，采取相应的⼯艺措施予以防⽌。
应指出，确定浇注位置在很⼤程度上着眼于控制铸件的凝固。实现顺序凝固的铸件，可消除缩孔、缩松，保证获得致密的铸件。在这种条件下，浇注位置的确定应有利于安放冒⼝；实现同时凝固的铸件，内应⼒⼩，变形⼩，⾦相组织⽐较均匀⼀致，不⽤或很少采⽤冒⼝，节约⾦属，减⼩热裂倾向。铸件内部可能有缩孔或轴线缩松存在。因此多应⽤于薄壁铸件或内部出现轻微轴线缩松不影响使⽤的情况下。这时，如
果铸件有局部肥厚部位，可置于浇注位置的底部，利⽤冷铁或其它激冷措施，实现同时凝固。灰铸铁、球墨铸铁件常利⽤凝固阶段的共晶体积膨胀来消除收缩缺陷，因此，可不遵守顺序凝固条件⽽获得健全铸件。
根据对合⾦凝固理论的研究和⽣产经验，确定浇注位置时应考虑以下原则：
1、铸件的重要部位应尽量置于下部
铸件下部⾦属在上部⾦属的静压⼒下凝固并得到补缩，组织致密。
2、重要加⼯⾯应朝下或呈直⽴状态
经验表明，⽓孔、⾮⾦属夹杂物等缺陷多出现在朝上的表⾯，⽽朝下的表⾯或侧⽴⾯通常⽐较光洁，出现缺陷的可能性⼩。个别加⼯表⾯必须朝上时，应适当放⼤加⼯余量，以保证加⼯后不出现缺陷。
各种机床床⾝的导轨⾯是关键表⾯，不允许有砂眼、⽓孔、渣孔、裂纹和缩松等缺陷，⽽且要求组织致密、均匀，以保证硬度值在规定范围内。因此，尽管导轨⾯⽐较肥厚，对于灰铸铁件⽽⾔，床⾝的最佳浇注位置是导轨⾯朝下。缸筒和卷筒等圆筒形铸件的重要表⾯是内、外圆柱⾯，要求加⼯后⾦相组织均匀、⽆缺陷，其最优浇注位置应是内、外圆柱⾯呈直⽴状态。
3、使铸件的⼤平⾯位置朝下，避免夹砂结疤类缺陷
对于⼤的平板类铸件，可采⽤倾斜浇注，以便增⼤⾦属液⾯的上升速度，防⽌夹砂结疤类缺陷。倾斜浇注时，依砂箱⼤⼩，H 值⼀般控制在200~400mm范围内。
4、应保证铸件能充满
对具有薄壁部分的铸件，应把薄壁部分放在下半部或置于内浇道以下，以免出现浇不到、冷隔等缺陷。
5、应有利于铸件的补缩
对于因合⾦体收缩⼤或铸件结构上厚薄不均匀⽽易于出现缩孔、缩松的铸件，浇注位置的选择应优先考虑实现顺序凝固的条件，要便于安放冒⼝和发挥冒⼝的补缩作⽤。双排链轮铸钢件的正确浇注位置如图所⽰。
6、避免⽤吊砂、吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯、合箱及检验
经验表明，吊砂在合箱、浇注时容易塌箱。向上半型上安放吊芯很不⽅便。悬臂砂芯不稳固，在⾦属浮⼒作⽤下易偏斜，故应尽⼒避免。此外，要照顾到下芯、合箱和检验的⽅便。
7、应使合箱位置、浇注位置和铸件冷却位置⼀致
这样可以避免在合箱后，或于浇注后再次翻转铸型。翻转铸型不仅劳动量⼤，⽽且易引起砂芯移动、掉砂、甚⾄跑⽕等缺陷。
只在个别情况下，如单件、⼩批量⽣产较⼤的球墨铸铁曲轴时，为了造型⽅便和加强冒⼝的补缩效果，常采⽤横浇竖冷⽅案。于浇注后将铸型竖起来，让冒⼝在最上端进⾏补缩。当浇注位置和冷却位置不⼀致时，应在铸造⼯艺图上注明。
此外，应注意浇注位置、冷却位置与⽣产批量密切相关。同⼀个铸件，例如球铁曲轴，在单件⼩批⽣产的条件下，采⽤横浇竖冷是合理的。⽽当⼤批⼤量⽣产时，则应采⽤造型、合箱、浇注和冷却位置⼀致的卧浇、卧冷⽅案。
第四节分型⾯的选择
分型⾯（parting plan）是指两半型相互接触的表⾯。
除了地⾯软床造型、明浇的⼩件、实型铸造法及熔模铸造以外，都要选择分型⾯。分型⾯的选择原则
1.应使铸件全部或⼤部置于同⼀半型内
分型⾯主要是为了取出模样⽽设置的，但对铸件精度会造成损害。
1）箱对准时的误差会使铸件产⽣错偏
2）箱不严，会使铸件在垂直分型⾯⽅向上的尺⼨增加因此，为了保证铸
件精度，如果做不到上述要求，也应尽可能把铸件的加⼯⾯和加⼯基准
⾯放在同⼀半型内。
2.应尽量减少分型⾯的数⽬
分型⾯少，铸件精度就容易保证，且砂箱数⽬少。但这不是绝对的。
3.机器造型的中⼩件，⼀般只允许有⼀个分型⾯，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，⽽不允许⽤活块或多分型⾯。
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