第二章 铸造工艺方案的确定
2.1 概述 1 砂型铸造工艺设计的概念 根据零件结构的砂型铸造工艺性分析，结合产量和技术要求 及生产条件，确定造型和制芯工艺，编制工艺卡等技术文件。 2 砂型铸造工艺设计依据 1）生产任务；2）生产条件；3）考虑经济性 3 砂型铸造工艺设计内容和基本流程 1）零件图纸的审查（分析零件的技术要求及其砂型铸造的结构 工艺性）→2）拟订工艺方案（选择造型、制芯方法，确定浇注位 置和分型面，选择机械加工余量、起模斜度和收缩余量等工艺参 数） → 3）砂芯设计（砂芯分块及砂芯本体和芯头） → 4）浇注 系统、冒口等设计→ 5）绘制铸造工艺图及相关图纸（铸件（毛 坯）图，合箱图） → 6）工艺装备设计（型板图、芯盒图、砂箱 图、专用量具和样板图、组合下芯夹具图等） → 7）编制工艺规 程及工艺卡等技术文件
2.2 砂型铸造零件结构的工艺性
1 零件结构的铸造工艺性概念 是指零件的结构应符合铸造生产要求。从避免铸件缺陷和简化
铸造工艺两个方面审查零件结构
合金流动性 充型能力 铸件结构 2 铸造零件的设计步骤 1）功用设计 曲轴 2）基于铸造经验修改和简化设计 铸造方法
3）冶金设计（铸件材质的选择和适用性）
4 砂芯的设计工作内容 砂芯分块、确定下芯顺序、设计芯头、校核芯头及 解决砂芯通气等问题。 5 确定砂芯形状（分块）的基本原则 复杂砂芯分块制造，以简化芯盒结构，便于生产操作， 保证铸件尺寸精度 。总的原则 是： 使造芯到下芯的整 个过程方便，铸件尺寸精确，不致造成气孔等缺陷，使 芯盒结构简单。 6 砂芯设计的基本原则 1）尽量减少砂芯数量 2）复杂砂芯可分块制造 3）保证铸件内腔尺寸精度和壁厚均匀 4）选择合适的砂芯形状，适应造型、制芯方法 5）填砂面应宽敞，烘干支撑面最好为平面 6）复杂砂芯分块数量较多时，应采用“基础砂芯”
2） 从简化铸造工艺方面改进零件结构
（1）铸件外形
合理设计凸台、肋条和结构斜度，避免侧凹结构
（2）铸件内腔
不用或少用型芯，便于型芯的固定、排气和清理 （3）减少和简化分型面，便于清理 （4）分体铸造和联合铸造 压铸件结构的工艺性
金属型铸件结构的工艺
熔模铸造铸件结构的工艺性
2.3 造型、制芯方法的确定
等，查阅铸造工艺设计相关手册确定。
8 绘制铸件图 铸件图是以零件图为基础并考虑分型面、起模斜度、 铸件尺寸公差和机械加工余量等绘制而成，用双点划线 表示零件轮廓形状尺寸。
7 芯头的设计 1）芯头的基本作用 定位、固定和支撑砂芯，排气 2）芯头的分类及组成 水平芯头和垂直芯头, 包括芯心 头长度、斜度、间隙、压环、防压环和积砂槽等结构 3）芯头的定位 砂芯不仅要求安放稳固，而且要求定位 准确，不允许砂芯发生移动或者绕芯头轴线转动 4）芯头尺寸设计 （1）垂直芯头的尺寸和间隙 芯头的高度、芯头斜度（芯头和芯座的上部斜度 比下部斜度大） 、芯头的间隙 （2）水平芯头的尺寸和间隙 芯头长度（芯头不要太长，只要满足芯头的基本作 用 ，强度校核） 、芯头斜度（一般不留斜度，只在 芯座上带有斜度，上芯座斜度约为10°，下芯座斜度 约为5°）、芯头的间隙 芯头与芯座的斜度关系 芯头的斜度不得大于 芯座，以免合箱时相碰
1.优先采用湿型
2.应和生产批量相适应 3.适合企业生产条件 4.兼顾铸件的精度要求和生产成本 2.4 浇注位置与分型面的选择
1 浇注位置的选择
1）浇注位置的概念 铸件的浇注位置是指浇注时铸件在
铸型中所处的状态和位置。
水平浇注 垂直浇注 倾斜浇注 浇注时分型面所处的空间位置
2）确定浇注位置一般原则
①铸件的重要部位应置于下部
②铸件的重要加工面应朝下或或呈侧立面
③铸件的大平面应位于下部或倾斜 ④保证铸件的充型能力
⑤有利于铸件的补缩
⑥避免用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯、合箱及
检验
⑦尽量使合箱位置、浇注位置和铸件冷却位置一致 大平板类倾斜浇注 球墨铸铁曲轴 横浇竖冷 立浇
2 分型面的选择
1）分型面的概念 是指两半铸型相互接触的表面。
2.7 铸造工艺参数的确定
1 铸造工艺参数
铸造工艺设计参数的简称，通常是指铸造工艺设 计时需要确定的某些数据 2 铸件尺寸公差 1）概念 铸件公称尺寸的两个允许极限尺寸之差。
GB/T6414-1999 《铸件尺寸公差》 16级 CT1～CT16
2）影响铸件尺寸公差的因素 ①铸造方法、合金种类、铸件结构的复杂性； ②生产批量、铸件尺寸精度与表面粗糙度； ③模具的类型和精度，造型材料的种类和品质，技术 和操作水平等
2.6 砂芯设计 1 砂芯的功用 形成铸件的内腔、成形孔及铸件外形不能 起模的部位。 2 砂芯的基本要求 砂芯的形状尺寸及在砂型中的位置应符合铸件要求， 具有足够的强度和刚度，在铸件形成过程中砂芯所产生 的能及时排除型外，铸件收缩时阻力小，容易清砂。 3 砂芯分类 砂芯按体积大小分类，分为小砂芯、中砂芯和大砂芯 砂芯按体粘结剂分类，分为粘土砂芯、水玻璃砂芯、 油脂砂芯、树脂砂芯和水泥砂芯 砂芯按制芯工艺分类，分为常规砂芯、自硬砂芯、热 芯盒砂芯、冷芯盒砂芯、温芯盒砂芯和壳芯 砂芯按复杂程度分类，分为Ⅰ级砂芯、Ⅱ级砂芯、Ⅲ级 砂芯、Ⅳ级砂芯和Ⅴ级砂芯
4 机械加工余量 1）概念 机械加工余量，简称加工余量，是为保证铸件 加工面的尺寸精度而留出的尺寸余量 国家标准（GB/T6414-1999 ）规定的机械加工余量等 级有10级，依次分别称之为A、B、C、D、E、F、G、 H、J和K级，与《铸件尺寸公差》配套使用 2）影响加工余量的主要因素 合金种类、铸造方法、铸件尺寸精度与表面粗糙度、 生产批量、工艺装备技术水平等 3）加工余量的确定 基于合金种类、铸造方法及生产工艺技术水平， 确定铸件尺寸公差等级和加工余量等级（铸件顶面的 加工余量应比底面、侧面的加工余量降一级选用）， 然后再根据铸件尺寸公差等级和加工余量等级及铸件 加工后零件的最大轮廓尺寸和相应的尺寸范围选取加 工余量数值。
5 铸造收缩率 ε=[（LM－LJ）/LJ]×100% LM：模样尺寸； LJ ：铸件尺寸 铸造收缩率不仅与铸造合金的种类有关，而且还与铸 件尺寸大小、铸件结构复杂程度和铸型性质等有关。 熔模铸造 综合收缩率 6 起模斜度 1）概念 在模样或芯盒平行于起模方向的壁上设置的 斜度。结构斜度 2）影响起模斜度的主要因素 铸造方法、造型（芯） 方法、模样材料、垂直壁的高度及表面粗糙度 3）起模斜度的设计方法 增加厚度法、减小厚度法和 加减厚度法；根据加工面、非加工面和铸件壁厚选择 具体具体的设计方法。
（3）压（紧）环、防压环和集砂槽 压环（压紧环） r=2～5mm ；防压环（防压肩） 高度 0.5～2mm 宽度5～12mm；集砂槽 深度 2～5mm 宽度 3～6mm 起到存放散落砂粒的作用 ； （4）定位芯头 砂芯的固定和定位方式 一般用芯头固定，也有用芯 撑、螺栓结构等固定 要求固定牢靠，不得出现砂芯漂 浮等问题，以保证砂芯位置的准确 （5） 芯撑和芯骨 ①芯骨 材料 铁丝和铸铁； 尺寸与吃砂量 ②芯撑 材料选择 熔点和成分 尺寸大小 熔化时间 表 面质量 洁净平整 放置位置 非加工表面或不重要的表 面上 （6） 砂芯排气系统 1）扎通气孔 2）挖通气道 3）用腊线作通气孔 4） 放填料
3）铸件尺寸公差的确定 基于铸件技术要求和铸造方法及生产工艺技术水平， 确定尺寸公差等级（壁厚尺寸公差可比一般尺寸的公差 降低一级），然后再根据尺寸公差等级及铸件基本尺寸 选取铸件尺寸公差数值。 3 铸件重量（质量）公差 1）概念 铸件质量公差是以占铸件公称质量的百分数表 示铸件的质量变动的允许范围。 GB/T1351-89 《铸件质量公差》 16级 MT1～MT16， 与《铸件尺寸公差》配套使用。 2）影响铸件质量公差的因素 合金种类、铸造方法、铸件尺寸精度与表面粗糙度、 生产批量等 3）铸件公称质量和质量公差的确定 铸件实称质量的平 均值铸件公称质量；铸件质量公差等级与其尺寸公差等 级对应选取，然后根据铸件公称质量确定质量公差。

2）确定分型面基本原则
①分型面应尽可能选在最大截面处 ②尽可能使铸件全部或大部置于同一半型 ③尽量减少分型面的数目 ④分型面尽可能选用平面 ⑤避免使砂箱过高，便于下芯、检查、合型和浇注 ⑥注意减轻清理和机械加工量
⑦受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度
确定分型面与浇注位置的基本原则有的相互矛盾， 要根据零件的特点及生产条件加以灵活应用(依据生产实 践经验)。分型面的选择与其浇注位置有着密切的关系， 只有将两者结合起来，综合考虑，才能做到简化生产并 易于保证铸件质量。 2.5 砂箱中铸件数量及排列的确定 1 砂箱（型）中铸件数量的确定原则 合理的吃砂量 ，浇注系统尽可能对称分布、直浇道 位置一致，铸件生产平衡（不同大小铸件合理搭配） 。 2 铸件砂箱（型）中的排列 一箱生产多件同种铸件时，浇注系统尽可能对称分布。
7 最小铸出孔和槽
一般来说，较大的孔、槽等应铸出来；较小的孔、 槽，则不宜铸出。但有些复杂的孔、槽只能通过铸造 铸出，如弯曲孔无法进行机械加工。
1）影响起最小铸出孔（槽）尺寸的主要因素 合金种类、铸造方法、铸件结构和生产批量等 2）最小铸出孔（槽）尺寸的确定 基于合金种类、铸造方法、铸件结构和生产批量
曲轴 球墨铸铁 锻件
4）考虑经济性
3 砂型铸造零件结构的工艺性分析 1）从避免缺陷方面审查铸件结构 （1）铸件应有合适的壁厚，介于最小壁厚与临界壁厚 （2）铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意壁厚过渡 和圆角 （3）内壁壁厚小于外壁 （4）壁厚应尽可能均匀，避免肥厚部分，防止形成热节 （5）有利于补缩和实现顺序凝固 （6）防止铸件翅曲变形 （7）避免水平方向出现较大平面