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第四章 冒口工艺及出气孔

发布时间:2020-01-15 23:33    点击次数:151次   

  第四章 冒口工艺及出气孔_机械/仪表_工程科技_专业资料。第四章 冒口、冷铁及出气孔 4.1 冒口的作用与要求 1 作用 补缩,排气、集渣和调节铸件温度场分布 2 基本要求 1)凝固时间 足够长,不小于铸件(被补缩部分)凝固时间 2)体积容量 体积足够大,以

  第四章 冒口、冷铁及出气孔 4.1 冒口的作用与要求 1 作用 补缩,排气、集渣和调节铸件温度场分布 2 基本要求 1)凝固时间 足够长,不小于铸件(被补缩部分)凝固时间 2)体积容量 体积足够大,以储存铸件形成需给予补缩的金属液 3)补缩通道 通道畅通,且扩张角向着冒口 4.2 冒口的形状与分类 1 冒口形状 圆柱形、球顶圆形、长(腰)圆柱形、球形和扁球 形等多种。 2 冒口种类 传统冒口和实用冒口 4.3 冒口设计的主要内容 4.3.1 冒口设计的主要内容 1 冒口的位置和有效补缩距离 2 冒口的尺寸与形状及数量 4.3.2 冒口位置的选择原则 1 尽可能设置在铸件热节的上方或侧旁 2 尽量设置在铸件最高、最厚的部位 3 避免设在铸件重要的、受力大的部位 4 不要设在铸造应力集中处 5 尽可能设置在便于清理冒口残根或铸件加工表面上 6 尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件 4.3.3 冒口的有效补缩距离 1 概念 冒口补缩后形成的致密冒口区与致密末端区长度之 和,称为冒口的有效补缩距离。有效补缩距离是确定冒 口数量的依据 2 影响因素 铸件结构、合金成分及凝固特性、冷却条件、凝固 时析出气体的反压力、冒口的补缩压力、铸件质量要求 3 估算方法 冒口的补缩距离常用冒口补缩距离长度与铸件厚度 的倍数来表示。不同合金及冒口类型都有一定的补缩范 围,具体数值大小可通过查阅图表确定。 1)铸钢件冒口的补缩距离 ① 水平补缩有效距离 ②垂直补缩有效高度 2)铸铁件冒口的补缩距离 灰铸铁件,球墨铸铁件 3)有色合金冒口的补缩距离 取决于合金种类及牌号 铜合金(锡青铜、磷青铜和黄铜),铝合金 M ?V A 4 工艺条件对冒口补缩距离的影响 1)冷铁对冒口补缩距离的影响 增大冒口的有效补缩距离 2)析出气体压力与冒口补缩压力对冒口补缩距离的影响 有效补缩距离因凝固时析出气体压力而减小;增大 冒口的补缩压力,可提高冒口的有效补缩距离。 3)补贴对冒口补缩距离的影响 补贴也称为衬补或增肉,可显著提高冒口的有效补 缩距离。 4.3.4 补贴的设计 1 补贴的作用 保证冒口的补缩通道畅通,消除铸件热节处的缩孔、 延长冒口的补缩距离、减少冒口的数目 2 补贴的分类 1)按补贴的设置方向 2)按补贴所用的材质 贴和保温补贴。 垂直补贴和水平补贴 金属补贴、加热补贴、发热补 3 补贴的类型的选择及尺寸的确定 金属补贴尽可能少用,加热补贴仅用于铸钢件的生 产。水平补贴最大长度为冒口模数的4.7倍。补贴的尺寸 可通过查阅图表和作图法获得。 4.3.5 冒口形状与尺寸的确定 1 冒口形状的选择 冒口形状的选择主要考虑以下两个方面: 1)冒口的补缩效果 球形冒口补缩效果最好;其他冒 口的补缩效果,依次为圆柱形、长方体形等 2)生产的操作方便 铸件被补缩部位的结构情况,造 型起模方便 2 冒口尺寸的确定 借助于模数法、比例法和补缩液量法等设计冒口并 确定尺寸 4.4 通用冒口的设计及计算 1 设计方法 常用模数法和比例法等设计冒口。 2 模数法 1)模数的概念 铸件或冒口体积与其散热面积之比值 模数小,凝固时间短 2)模数法的基本原理 冒口尺寸 4)体积关系式 3)模数关系式 冒口模数通常为铸件模数的1.2倍,确定 校核冒口的补缩能力,保证冒口能提供 足够的金属液 5)铸件形状系数 铸件形状系数值大,冒口的补缩效率高 6)模数法设计冒口基本步骤 ①计算铸件(补缩部位)的模数; ②求出冒口和冒口径 的模数③确定冒口的类型和形状尺寸; ④确定冒口的数 量;⑤校核冒口的最大补缩能力 3 比例法 1)比例法的概念 比例法是在大量工艺实践的基础上总结出的冒口尺 寸经验确定方法。 2)比例法设计冒口基本步骤 选择冒口的类型和形状,查取相关图、表,确定冒 口尺寸和铸件壁厚或热节圆半径的比例关系,计算冒口 尺寸 4.5 铸钢件冒口 1 铸钢铸造工艺性能 液态和凝固收缩大,易产生缩孔缺陷,需确保铸件的 顺序凝固。 2铸钢件冒口设计方法 1)模数法 ⑴计算铸件(补缩区)的模数;⑵求出冒口 和冒口颈的模数;⑶ 确定冒口的类型和数量及形状尺寸; (4)校核冒口的数量;(5)校核冒口的最大补缩能力 2)比例法 ⑴ 确定热节圆直径 ⑵ 确定冒口形式及尺寸 ⑶校核冒口补缩能力 3 特种冒口设计 铸钢件常用特种冒口主要有大气压力冒口、发热冒 口和保温冒口。 1)大气压力冒口 采用透气砂芯向冒口中导气 (1)砂芯位置与结构;(2)砂芯尺寸和结构;(3)砂 芯配方 2)发热冒口 采用发热材料作冒口套,顶部采用发热 剂的冒口 (1)发热材料选择;(2)冒口套最小壁厚;(3)隔离 层厚度和排气孔;(4)模数法确定冒口尺寸 3)保温冒口 采用保温材料作冒口套,顶部采用保温剂 的冒口 (1)保温材料选择;(2)保温冒口套厚度;(3)模数 法确定冒口尺寸 M ?V A 4.6 灰铸铁件的冒口设计 1 灰铸铁铸造工艺性能 结晶范围窄,接近于逐层凝固,石墨化膨胀,凝固 收缩小,不易产生缩松,Mc≦1cm的铸件可不设置冒口 2 通用(传统)冒口设计 1)比例法 (1)侧冒口 (2)顶冒口和暗侧冒口 2)压边浇冒口 3)冒口有效补缩距离 (1)根据冒口有效补缩距离L与冒口直径DR的比值,确 定有效补缩距离L (2)根据铸件壁厚和铸型性质,确定有效补缩距离L M ?V 3 灰铸铁件实用冒口(内压控制冒口)设计 1)实用冒口设计的基本原理 冒口主要补偿液态收缩,冒口颈在铸件发生共晶石 墨化膨胀前适时凝固,使铸件形成一个封闭系统,利用 全部或部分的共晶膨胀量在铸件内部建立压力,实现自 补缩,从而消除缩孔和缩松缺陷。 2)实用冒口适用范围 灰铸铁件、球墨铸铁件,且铸型强度足够高 3)灰铸铁件实用冒口(内压控制冒口) 灰铸铁件内压控制冒口的种类分为加压冒口,减压 冒口和无冒口工艺;其种类及设计方法同于球墨铸铁件, 差别在于所适用的铸件模数范围不同 A M ?V 4.7 球墨铸铁件冒口设计 1 球墨铸铁铸造工艺性能 凝固收缩小,呈糊(粥)状凝固,流动性差,易产 生缩松 2 通用(传统)冒口设计 1)比例法 2)模数法 3)球墨铸铁件冒口有效补缩距离 有效补缩距离随铸件结构、铸型条件和浇注条件而变化 3 实用冒口(内压控制冒口)设计 1)直接实用冒口(加压冒口)设计 (1)基本原理 安放冒口是为了补给铸件的液态(一次) 收缩,当液态收缩终止或共晶石墨化膨胀开始时,冒口 颈及时凝固冻结 A M ?V A (2)冒口的体积 冒口的有效体积应大于铸件的液态 冒口颈应在铸件液态收缩结 收缩。 (3)冒口颈尺寸和模数 束或共晶膨胀开始之时及时冻结(凝固,冒口颈截 面形状可选用圆形、正方形或矩形。 (4)冒口的有效补缩距离 (5)直接实用冒口的优缺点 (6)应用条件 薄壁铸铁件,铸型要有足够高的强度 和刚度;铁液具有较高的冶金质量,浇注温度波动 范围不得超过±25℃,常用大气压力冒口。 可视为无限长。 M ?V A 2)减压冒口(控制压力冒口)设计 (1)基本原理 在共晶石墨化膨胀初期冒口颈畅通,可 使铸件内部铁液回填冒口已释放“压力”,控制回填程 度使铸件内建立适中的“内压”。 (2)冒口的体积和模数 冒口高于铸件最高点的体 积大于铸件需补缩的体积,模数与铸件厚大部分的关键 模数和铁液冶金质量有关。 (3)冒口颈尺寸和模数 冒口颈模数为冒口模数的 0.67倍,冒口颈截面形状可选用圆形、正方形或矩形。 (4)冒口的有效补缩距离 液的最远距离 由凝固部位向冒口回填铁 M ?V (5)冒口的位置和数目 冒口应安放在模数大的部位。 复杂铸件可依铁液输送距离和模数-体积份额图决定冒 口位置及数目 (6)应用条件 铁液冶金质量高,快速浇注,温度控制 在1370~1427℃±25℃;湿型中模数为0.48~2.5cm的 球铁件,模数为0.75~2.0cm的灰铁件,铸型表面硬度 大于85;采用暗冒口,最好为大气压力冒口。 3)无冒口工艺 球墨铸铁件无冒口工艺应满足以下条件: ①铁液冶金质量好;②铸件的平均模数大于2.5cm;③ 铸型的强度、刚度足够高,且铸型间紧固牢靠;④低温 快浇;⑤内浇道多且采用扁、薄型结构;⑥设置大小适 中、均匀分布的明出气孔 A M ?V A 4.8 冷铁 1 冷铁的概念 在型腔内部及工作表面安放的以增加铸 件局部冷却速度的金属块称为冷铁。 2 冷铁的作用 防止缩孔缩松及壁厚交叉部位和急剧变化 部位产生裂纹;扩大冒口补缩距离或范围,减少冒口数 量或体积;改善铸件局部的金相组织和力学性能;使整 个铸件接近于同时凝固,减轻或厚壁铸件中的偏析。 3 冷铁的分类及选材设计 1)内冷铁 放置在型腔内部并与铸件熔合为一体的金属 激冷块称为内冷铁,材质应和铸件材质相同,表面处理、 质量和尺寸等严加控制 2)外冷铁 造型(芯)时放置在模样(芯盒)表面的金 属激冷块称为外冷铁,可采用钢、铸铁、铜和铝等金属, 也可采用蓄热系数比石英砂大的石墨等非金属材料 M ?V A 4.9 出气孔 1 出气孔作用 排除铸型型腔内气体,改善液态合金的 充型能力,监视液态合金充满程度。 2 出气孔位置和结构类型 1)空间位置 出气孔一般设在铸件的顶部及难于排气的 “死角”处等部位,避免设在铸件厚壁处。出气孔包括 明出气孔和暗出气孔 2)结构类型 (1)出气孔;(2)出气针;(3)出气片 3 出气孔形式和尺寸 1)圆形出气孔; 2)扁形出气孔 4 出气针和出气片尺寸 1)出气针; 2)出气片 M ?V A 5 铸造工艺图 1)铸造工艺图的概念 在零件图上用规定的红、蓝等色符号和文字表示出 浇注位置、分型面、加工余量、收缩率、起模斜度、浇 注系统、冒口、型芯形状与数量及芯头大小等内容,从 而反映铸件的铸造工艺方案的图样。 2)铸造工艺符号及表示方法 3)汽车 前轮毂铸造工艺图 M ?V A M ?V A 6 铸造工艺卡 1)铸造工艺卡的概念 铸造工艺卡是体现工艺设计及操作要求的 重要技术文件,主要以表格形式表示,必要 时并附以简图。 2)砂型铸造工艺卡格式与内容 内容应包括各工序的重要工艺参数、操作 要点、所使用的主要设备、工装以及工时单 耗等。


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