铸造工艺设计十篇

铸造工艺设计篇1

1.1缸体铸件技术要求

S10缸体铸件材质为HT250，毛坯重约42kg，重量偏差按照GB/T11351—1989的MT8执行。缸体一般壁厚4+0.8-0.5mm，铸件尺寸公差按GB/T6414—1999的CT8，毛坯缸孔壁厚差要求加工余量要求：2.5mm±0.5mm。可见，缸体基本属于薄壁轻量化设计，且尺寸精度要求较高。铸造工艺设计时应主要考虑立浇工艺，并考虑冷芯为主，以保证其要求的精度。

1.2水套结构分析与措施

水套芯结构特点：①水套芯总高97.5mm，一般厚度5～8mm；②水套芯左端下部有特殊的异形结构。水套芯可能出现异形处变形、断芯，从而影响该处壁厚和尺寸；另外，该异形处存在清砂难度。因此，水套芯应采用强度较高的热芯；水套芯异形处应采用特殊涂料和工艺，以保证该处不发生粘砂和易于出砂。同时，选择底注立浇工艺方案，铁液平稳上升、平稳充型，对整个水套芯的冲击相对于卧浇工艺方案要小很多。

1.3油道结构分析与措施

S10缸体外形单侧有2根油道芯，两侧基本对称，共有4根油道芯。特点是：①油道芯细长，长度266mm，贯穿缸体上下面；②截面单薄，弯曲程度大，在浇注过程中易变形或断裂。因此，油道芯应采用较高强度的热芯；同时为防止和减少热变形，应选用高强度低膨胀的芳东覆膜砂。此外，选择底注立浇工艺方案对细长油道芯受铁液冲击相对于卧浇工艺方案要好很多。

2S10缸体铸造工艺设计

2.1立浇工艺方案选择

依据对S10缸体水套芯和油道芯结构分析，依据对立浇工艺和卧浇工艺在充型时水套芯与油道芯的受力分析，决定选用：缸孔朝上，底注立浇工艺方案。S10缸体铸件工艺如图9；砂芯构成如表4；水套芯和油道芯用芳东覆膜砂，见表5。水套芯异形处实施3层涂料：先刷一层锆英涂料，表干后水套芯整体浸涂水基石墨涂料，最后在异形处再刷锆英涂料。

3试制结果

采用前述工艺措施，按调整后的浇注系统，对热节的3个工艺方案均进行了调试。此外，经铸件解剖表明：水腔清洁，水套异形处光滑无粘砂；水套芯和缸筒芯形成的缸孔壁厚均匀，经检测缸孔壁厚差Δδ≤1.0mm；油道芯未发生断裂和漂浮，油道壁厚正常。对于热节处采用的3个方案，经外观检查和解剖，均未见缩孔和缩松缺陷。铸件经多次加工和加工后解剖表明：尺寸合格，壁厚正常。对热节处的3个工艺方案，为稳定和确保热节处无收缩缺陷，今后可优先选用无冒口的方案1，其次是另2个方案。

4结论

（1）S10缸体水套芯单薄，有异形结构；油道芯贯穿缸体上下平面，细长而弯曲。采用底注立浇工艺，铁液平稳上升，对水套芯和油道芯的冲击小。有利于防止水套芯受冲击变形，保证缸孔壁厚均匀；也有利于防止油道芯漂芯和断芯，保证油道壁厚正常。

（2）水套芯和油道芯设计为热芯，并选用含较大比例宝珠砂的高强度低膨胀的芳东覆膜砂，有利于防止在高温铁液作用下因膨胀而发生的变形，有益于保证缸孔壁厚均匀和油道壁厚正常。水套芯异形结构处实施3层涂料，使不易清理的该处光滑洁净无粘砂。

（3）铸件热节分析计算表明，需要强补缩。按冷铁覆盖面积≥热节散热面积的16.7％的原则，设计的3个工艺方案，试制结果均无收缩缺陷。

铸造工艺设计篇2

通过综合分析模架的结构，考虑铸造工艺要求后，确定采用实型铸造工艺方案以达到降低生产成本、缩短生产周期、提高生产效率。在此基础上，确定该模架的相应铸造工艺参数、浇冒口系统等，并采用华铸CAE软件进行凝固模拟，针对铸件存在的缩孔、缩松等缺陷，通过改变冒口的参数进行工艺优化，获得符合技术要求的铸件。

关键词：

模架；铸钢；实型铸造；工艺优化

实型铸造可获得表面光洁，尺寸较精确，内部较致密，无飞边毛刺的铸件。特别适用于单件小批量生产的大型铸件，在铸造行业中得到广泛应用[1]。本文就采用实型铸造方法生产单件、小批量的模架铸件的铸造工艺设计及工艺优化作了探讨。

1模架的CAD建模

模架用于支撑模具，在结构上具有其特殊性即整体呈"U"形体且侧面有凹槽结构，零件轮廓尺寸为1920mm×1060mm×1500mm，属于大型零件，且零件存在厚大部位。选用UG软件建模[2,3]，在UG的建模环境下首先建立基准平面，根据图纸确定各个部分之间位置关系，再通过拉伸，求差及边倒圆等命令完成模架的三维实体模型。模架的形状如图1。

2铸造工艺设计

该模架的材质为ZG35CrMo，生产性质是单件小批量生产。

2.1铸造工艺方案该铸件属于大型厚壁件，根据确定的生产纲领，采用实型铸造（即普通砂型与消失模相结合的铸造方法）的工艺方案来生产。该方案选用STMMA做为模样材料，采用自硬尿烷树脂砂中的醇酸油尿烷树脂砂进行填充模型表面一定厚度的型砂使用该种型砂填充，其余部分使用干砂填充，这样可以减少自硬树脂砂的用量，降低成本[1]。通过参考资料[4]确定该铸钢件的涂料采用铝矾土70%，锆英粉30%的骨料制备的消失模铸钢涂料,进行刷涂，涂层厚度4mm左右即可。

2.2铸造工艺设计铸造工艺设计中选取浇注系统为开放中间注入式浇注系统，根据铸件材料，确定浇口杯用耐火砖砌成，浇注系统均采用陶瓷管连接。浇注系统示意图见图2。采用阻流截面设计法计算该铸件的各个浇注系统尺寸[5]，并根据算出的数据确定浇注系统中各单元耐火陶瓷管的直径，其中D直=100mm，高度为1450mm，D横=80mm，长度为1560mm，D内=50mm，长度为150mm。设置使用冒口补缩，并配合冷铁加强顺序凝固，冒口选取易割圆柱明冒口，根据铸钢件的凝固收缩率初步确定1＃、2＃、3＃、4＃冒口的尺寸为：冒口直径为300mm,高度为500mm。为保证冒口中的金属液最后凝固，在冒口的周围安放保温冒口套，保温冒口套可购专业厂商生产的，冒口套的尺寸随冒口的尺寸变化。冒口及冷铁的放置位置如图3，图4所示。该件形状为"U"形铸件，为防止出现挠曲变形问题，在制作塑料模样时，对铸件的结构进行了改进，增加了一块肋板以防止铸件在凝固过程中出现变形。如图5为肋板位置图。

3铸造凝固模拟

经过对该铸件物性参数的分析，确定了浇注温度在1570~1600℃，浇注时间为110~130s时，铸件的质量较好。铸件的凝固过程与铸件的缩孔、缩松及应力集中直接相关。对铸件进行凝固过程模拟就是为了预测缩孔及缩松的位置，同样，由凝固时间及凝固顺序也可以根据经验预测缩孔及缩松。采用华铸CAE软件得到原始方案铸件凝固缺陷分布图，如图6所示。可以看出，铸件内部存在大量的缩孔、缩松缺陷，说明冒口的补缩效果不好，冒口的尺寸需要改进。

4工艺优化

由原工艺的凝固图看出冒口的补缩效果不好，铸件内部形成大量的缩孔缩松等缺陷。为了减少缩孔缩松等缺陷需从改变冒口入手，将原工艺中的冒口直径不变，冒口高度由原来的500mm增至600mm，进行凝固模拟，结果如图7。可以看出，1＃冒口的补缩效果很好，确定1＃冒口直径为300mm,冒口高为600mm。2＃、3＃、4＃冒口的尺寸仍需改进。将2＃、3＃、4＃冒口的直径增至400mm,高度增至700mm，进行凝固模拟，模拟结果如图8。可以看出，2＃冒口的补缩效果良好，确定2＃冒口的直径为400mm,高度为700mm。3＃冒口的补缩通道凝固过早，导致铸件内部出现大量的缩孔、缩松缺陷，4＃冒口的补缩通道虽然没有过早凝固，但是冒口的补缩效果也不好，因此，3＃、4＃冒口的尺寸仍需改进。通过不断的改进，最后确定3＃、4＃冒口的尺寸均为直径500mm，高度800mm时，铸件的内部不再出现缩孔缩松等缺陷。模拟结果如图9，铸件中缺陷消除。

5结语

针对单件、小批量生产的模架采用砂型与消失模相结合的铸造方法，得到了一套生产该模架的铸造工艺方案，并运用华铸CAE软件对模架进行凝固过程模拟及工艺优化，获得无缺陷铸件。且生产铸件过程比传统的砂型铸造方法更加便捷、成本低、生产周期短，提高了生产效率。

参考文献：

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[4]邓宏运，阴世河编著．消失模铸造及实型铸造技术手册[M]．北京：机械工业出版社，2012．

铸造工艺设计篇3

关键词 充型；凝固；缺陷预测

中图分类号：TG24 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）18-0150-01

立柱的三维实体造型及内部结构如图1所示，铸件材质是HT350，属于亚共晶灰铸铁，外型轮廓尺寸为8328 mm×1693 mm×1790 mm，铸件重量为28 t。

1 立柱铸件充型过程

图2是充型过程金属液充型顺序及温度场分布图，从图示的充型过程模拟可以总结出金属液在本次充型过程中有如下结论。

1）金属液从铸件两端浇口处同时冲入铸件内部，首先填充导轨部位，同时具有较高流动速度的金属液向中央汇聚，直至充满导轨，然后逐层上升直至充满型腔，整体而言充型过程遵循从下往上填充的顺序，充型过程金属液液面平稳。

2）由于立柱内部结构复杂，大量筋板呈十字形连接形成大量空腔，这样复杂的结构缓冲了高速金属液，金属液在充型的时流动较为平稳，导轨部位金属液的填充顺序先两端后中间，即首先填充两端，其次中间部位，直至导轨填充完毕；然后金属液从导轨部位流入入型腔时，首先填充两侧然后型腔中部逐层推进，汇合后逐层上升。

3）充型过程中温度场分布是铸件两端温度高，中央部位温度低。充型过程中存在几十摄氏度较高的温差，凝固时由于初始温度不同，各部分在不同的时间凝固，可能会产生较大热应力，可能导致铸件产生冷裂现象。充型过程中导轨的底部中间部分出现凝固现象，但该处局部的凝固不会对铸件整体的充型产生大的影响。

4）最后充填部位是最上层壁，充型过程完成时铸件导轨底部出现凝固。

大型立柱铸件中，导轨主要用以导向并起到承载作用，在部件运动中，反复承受应力和摩擦力，导轨的质量在一定程度上决定了立柱的加工精度、工作能力和使用寿命，导轨的硬度和耐磨性决定导向精度能否长期保持。造型时将其置于铸件底部，以保证其致密性，在浇注时，需要依据内浇口位置、导轨中金属液流动方向、导轨厚度等因素选择合理的充型速度。充型速度过低，受到激冷的底部导轨表面易迅速冷却，形成冷隔、局部不融合等铸造缺陷。浇注速度过高，易对铸型产生冲刷，形成卷气、夹杂，且在来自导轨两端的高速合金液相互对冲的时候，造成铁液飞溅，液面波动而卷入杂质。所以需要选择合适的充型速度，确保导轨处顺利的充型。

2 立柱铸件凝固过程

铸件充型完成后，温度分布的整体特征是纵向为下部温度高于上部温度，横向为侧面温度高于中间温度，立柱的两端靠近高温浇道温度最高。结合温度分布特点凝固顺序整体也呈现为：纵向凝固大致从上向下，横向凝固为从中间到两端，最后凝固区域为立柱的两端位置同时也是最厚的部位。铸件整体的凝固时间较长，凝固速度随着时间的增加呈现越来越慢的趋势。

图3为截面凝固顺序及温度分布图，从图中可以看出铸件整体温度差较小，凝固过程中内部两端温度高于中间温度；凝固方式上同时凝固和定向凝固并存，最后凝固区域为立柱床身台阶底部，此位置壁厚较大，且台阶的存在影响冒口补缩，致使此处很有可能形成缩松缩孔缺陷。

3 缺陷预测及分析

当铸件收缩得不到补缩的时，铸件表面和内部会产生形状和大小不同的孔洞类缺陷，常见孔洞类缺陷有缩孔、缩松、和疏松等。铸件内部的缩孔强烈的降低铸件的强度和韧性，形成大量的微裂纹，本铸件属于大型加工立柱的立柱部分，工作时候反复受到冲击应力和震动，裂纹容易沿着细小的空洞和微裂纹不断延伸，所以必须要求铸件内部具备较高的致密性和较低的缩孔体积分数，以满足工件的使用性能。

缩孔主要分布位置是铸件底部厚大部位和靠近浇道的部位。底部厚大部位的缩孔产生是由于厚大处缩孔体积分数较大，石墨化膨胀不足以弥补该处的收缩，且底部距离冒口和浇道较远，难以受到外来金属液的补缩而形成缩孔。靠近浇道位置处的缩孔在铸件最顶端，受重力和静压力作用，该处液相对底部收缩弥补，而自身得不到其它部位金属液的弥补。

本文主要对铸件铸造充型和凝固过程中温度场、流场、速度场的变化过程的分析，研究在设计的工艺参数下铸件的成型过程，预测了产生缺陷的位置、大小、概率及生成机理。为得到最优的工艺方案和工艺参数，需要对铸件仿真过程进行多次实验模拟并反复比较，以便对工艺参数进行模拟研究，为企业工艺改进及参数优化提供依据。

参考文献

铸造工艺设计篇4

关键词：液态成形与模具方向；课程设计；教学改革

中图分类号：G423.07 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）03-0045-02

专业课程设计是本科教学体系中重要的实践性环节，起着促进学生将理论知识转化为实践应用能力的重要作用。专业课程设计是学生综合运用本专业前修课程的基础理论进行的工程设计的尝试，是培养学生综合应用能力和创新意识的重要手段，它是对前期理论教学效果检验和评价的一种十分有效的形式[1]。南昌航空大学材料成型及控制工程专业液态成形与模具方向（铸造方向）课程设计是《液态金属成形工艺》、《金属液态成型模具设计》和《液态金属精密成形技术》等课程教学过程的一个不可缺少的组成部分，也是液态成形与模具工程技术人员进行工程设计的基本能力训练的重要方式，其目的在于使学生巩固和扩充所学的铸造工艺知识，提高计算、识图、绘图、铸造设计手册运用和理论联系实际的能力。近年来，随着本专业学生规模不断扩大，我们及时分析铸造方向课程设计教学中出现的新问题，以提高学生铸造工艺与模具设计能力提高学生分析和解决铸造工程实际问题的能力为出发点，对铸造方向课程设计教学进行改革，取得了较好的效果。

一、铸造课程设计存在的问题

我校每届学生安排在在第7学期后4周进行课程设计。学生须在规定的时间内独立完成给定零件的铸造工艺和相应模具设计任务。学生根据铸造工艺设计手册，结合零件的材质、结构特点、技术要求和批量等对零件进行铸造工艺性分析，选择合理的铸造工艺方法，制定铸造工艺方案，确定铸造工艺参数，设计浇铸系统和冒口的形状和尺寸，设计与铸造工艺相适应的工装。铸造课程设计的主要特点是结合所学铸造专业知识解决实际生产问题，是学生首次对专业知识的综合运用[2]。因此，课程设计题目既要结合所学课堂重点内容又要符合企业生产实际。同时，为了达到培养学生独立从事工程设计能力的目的，课程设计的题目数量要足够多，应满足1人1题。随着学生规模的增大，我校铸造方向每届有3个班，约120人。课程设计教学效果未能完全达到教学大纲的要求，主要存在以下问题：（1）课程设计题目过于陈旧，与企业实际生产脱节，达不到培养学生工程实践能力的目的，与企业对学生的能力要求有一定距离；而且我校由于历史原因，题目覆盖面较窄，主要为航空用铝合金、镁合金零件为主，其他民用材料如球铁、铸钢较少，使学生再就业面上处于劣势。（2）课程设计题库零件图数量少，难以满足1人1题的要求，存在多人一题现象，起不到培养学生独立从事工程设计的能力的作用。（3）由于科研需求，引进一些非铸造专业的青年教师，这些教师本身铸造知识薄弱，缺乏铸造工程实践经验。（4）通常，学生完成课程设计的铸件不进行实际浇注实验验证，学生不清楚自己设计的铸造工艺是否合理，也就不可能提出更合理的设计方案，不利于培养学生分析问题和解决问题的能力。（5）大型现代化铸造企业已将计算机模拟技术用于优化铸造工艺设计[2、3]，如果铸造专业学生在校期间不掌握铸造过程计算机模拟技术，无疑将不能适应铸造企业的要求。

二、铸造课程设计改革与实践

1.“真刀真枪”做课程设计。我校曾隶属于航空工业总公司，主要为航空企事业培养学生，课程设计主要以航空用铝合金、镁合金零件为主。1999年，南昌航空大学实行江西省人民政府与国防科工局共建后，坚持“立足江西、面向全国，服务地方、服务国防”的服务方向。大部分学生毕业后在地方企业就业，因此，我校铸造方向建立了洪都航空工业集团公司、中国南方航空工业集团有限公司、江铃汽车股份有限公司、江西宏伟汽车零部件制造有限公司、浙江阀门超达铸造有限公司等涵盖航空、地方企业的校外实践实习基地。通过协商，这些企业提供大量实际生产零件建设课程设计题库，戴斌煜等老师完成省教改课题：“液态成形与模具专业方向课程设计数据包开发（编号：JXJG-07-7-22）”。以解决企业实际生产问题为题目，使学生“真刀真枪”做课程设计。题目涵盖铝合金、镁合金、铸钢、球墨铸铁和灰铸铁等多种材质，数量满足1人1题的要求，可以满足学生根据毕业去向和兴趣选题。同时，为了确实提高学生解决工程实践能力，聘请企业铸造技术人员做兼职指导教师，和校内教师一起指导学生课程设计，强化学生液态成形工艺设计能力。

2.提高青年教师铸造工程实践能力。近五年，针对学科建设和科研需求，引进了多名非铸造专业博士、硕士青年教师充实教师队伍。但这些教师在铸造相关课程方面，尤其课程设计教学能力偏弱。为了尽快帮助青年教师提高教学能力，尤其指导课程设计实践教学能力，组织青年教师到铸造企事业单位交流学习，选派5名青年教师到校外实践实习基地进行为期半年的挂职锻炼，深入铸造生产一线，了解铸造新工艺、新设备和新材料，丰富铸造工程实践经验，提高分析和解决实际铸造工程问题的能力，达到快速提高青年教师指导学生铸造课程设计能力的目的。

3.铸造过程模拟优化铸造工艺设计。近年来，国外已经使用计算机模拟技术优化铸造工艺设计[2，3]，根据铸件铸造过程模拟结果，判断铸造过程中是否会产生冷隔、浇不足、缩孔、缩松、变形和裂纹等铸造缺陷。为适应现代铸造生产的要求，在铸造课程设计中增加了铸造过程模拟的内容，用于优化铸造工艺设计。我校在第7学期铸造课程设计前开设了32学时的《铸造过程数值模拟》课程，其中16学时为上机操作，向学生讲授铸件充型过程流场模拟、凝固过程温度场模拟方面知识和技能，为课程设计打好基础。教学实践表明，课程设计引入铸造过程模拟技术，使设计结果可视化，学生可以对所设计的铸造工艺进行验证，预测出现铸造缺陷，判断铸造工艺方案的合理性，进一步优化工艺方案，提高设计质量。这些过程充分调动了学生的学习积极性和主动性，有助于培养学生创新能力、综合分析能力和解决实际问题的能力。

4.参加中国大学生铸造工艺设计大赛，提高学生铸造工艺设计能力。中国大学生铸造工艺设计大赛由国家教育部高等学校机械学科教学指导委员会、中国机械工程学会及其铸造分会、铸造行业生产力促进中心和中国机械工业教育协会等单位联合主办。举办中国大学生铸造工艺设计大赛的目的在于鼓励在校学生学习铸造专业知识，提高学生的实际操作技能，为学生提供社会实践活动的平台，为大学生就业创造有利条件和机会，为铸造企业培养优秀人才，促进我国铸造行业的发展[4]。大赛命题均来自企业实际生产零件，评审专家也以企业技术人员为主。我校铸造方向学生已连续参加三届中国大学生铸造工艺大赛，获大赛二等奖4项，三等奖5项，在中国机械工程学会铸造分会网站、大江网、中国校庆网均有宣传报道。这不仅彰显了我校人才培养的质量，也提高了我校材料成型及控制工程专业的知名度。参赛学生受益匪浅，铸造工艺设计能力和解决铸造工程实际问题能力明显提高，就业竞争力显著提高。

本课程设计教学成果已在南昌航空大学材料成型及控制工程专业液态成形与模具方向（铸造方向）07、08、09级学生中应用，并取得实质性的教学效果。（1）学生铸造工艺设计能力明显增强。近三年，指导学生获中国大学生铸造工艺设计大赛二等奖4项，三等奖5项。（2）专业建设特色凸现，人才质量明显提高。2010年，南昌航空大学材料成型及控制工程专业获批为国家特色专业建设点。（3）教师教学能力明显提高。2012年，液态成形与模具方向教学团队获南昌航空大学优秀教学团队。（4）课程设计引入铸造过程模拟技术，学生对所设计的工艺进行验证和优化，提高了设计质量。

参考文献：

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[4]曹阳，苏仕方.浅谈参加中国大学生铸造工艺设计大赛应注意的问题[J].铸造，2011，60（3）：313-314.

铸造工艺设计篇5

一、引言

机械类机械制造基础系列课程包括机械制造技术基础、机械制造实习和实验。其历史悠久，在1980-2000年期间，机械制造技术基础课程学时数最高达到120学时，机械制造实习（原金工实习）和实验最长达到8周，一般由金工教研室教师负责教学组织和安排，通过教师设计和参与指导实习和实验将理论课与实践课紧密结合。但2000年后，由于课程改革，很多学校的机械制造技术基础课程被分解为材料成形技术基础和机械制造技术基础两门课，而且两门课被分散到材料和机械两个学院，原金工实习拓展为工程训练课程独立归属到工程训练中心，导致理论与实践严重脱节[1]。单方面强调理论的重要性，或者单方面强调实践的重要性都不利于工程知识的构建。制造工程科学是建立在工程实践和工程理论基础上，理论可以指导实践，实践反过来又能丰富理论的内涵。因此，理论课教师应积极设计相关教学环节，将理论与实践紧密结合，实践课教师应该积极配合理论课教师实现教学设计。从而拉近理论与实践的距离，而不是将两者脱节和分离[2]。国内高校中近年来对理-实一体化课程的研究逐步增多[3-5]，但其方法有将课堂放到车间的边讲边练，学用结合；有制定模块，讲练交替的；还有给予职业发展取向，强化技能应用的。总的来看还是停留在用实践来理解工艺原理，进一步提高工艺技能。职业化教育的倾向比较明显。国外一些知名大学，通过综合性实践课程和项目来实现理论与实践的有机结合[6]，例如，加拿大滑铁卢大学所开设的机械工程实践入门1和2，机械工程设计项目1和2；将有关机械制造工艺、机械设计通过项目和实践紧密联系在一起，更加强调理论与实践的有机结合。通过借鉴国内外在理论与实践课程方面的改革经验，通过对课程中一个特定章节的案例分析，为构建机械制造技术基础综合课程的理实一体化课程体系和教学内容打下实践的基础。本文作者在学校教学质量工程研究项目和湖北省教学研究项目的支持下，通过文献研究和调研，提出了构建“机械制造技术基础综合课程”的研究项目，并做了大量的研究工作，形成了旨在提高学生分析问题解决问题的能力的课程体系和教学内容及方法。

二、理实一体化课程体系及教学内容设计

“机械制造技术基础综合课程”课程体系：以现代制造技术为基础、以典型案例实践与分析为先导、以计算机辅助工艺设计为核心、了解传统工艺方法的特点、培养综合工程能力和创新精神[7]。根据课程体系要求，按照教学内容，将每一知识点的教学按照先到实习车间进行实践教学，获得工程实践的感性认识和动手能力。然后在课堂上进行归纳，总结。同时提出问题和项目任务，学生通过自学、设计、制作获得产品功能；最后，再到课堂对存在的问题进行研讨、获得解决问题的方案和创新报告。根据上述课程体系要求和分析，确定“机械制造技术基础综合课程”的教学内容为：体念传统制造工艺方法，掌握先进制造工艺装备操作，讲授与讨论制造工艺基本知识，进行典型零件工艺分析与制作实践，项目设计与工艺设计研讨，项目实施与制作、运行考核、报告与答辩。主要针对机械类专业原来金工实习和机械制造技术基础两门课合计学时为200，经过整合实际学时为176，其中实践内容所占比例不能与理论教学完全分开，只能根据教学需要，有时可能要进行分析、讨论，有时需要实验、制作。按照课程章节内容同时安排认识实践、讲课、动手操作、工艺分析讲课、项目任务实施与答辩。其中铸造工艺理实结合课程教学内容设计如表1所示。

三、铸造工艺章节案例实施方案

1.教学目标。根据机械类专业对毕业生能力要求，本章节可以贡献给专业论证中毕业生能力指标中的第3、6、7，具有初步铸件结构设计能力、铸造工艺设计能力；掌握砂型铸造的操作技能；了解其他铸造方法特点及应用、铸造合金的特点及应用，能够用3D打印技术实现工艺设计，并实施工艺过程。

2.实施步骤与教学方法。①铸造工艺认识实践。以班为单位到铸造实训室，优先由实习指导教师演示砂型铸造过程，然后学生亲自动手铸造十二生肖工艺品。学生参观实训室，记录相关设备、工模具。由教师组织看录像片，了解其他特种铸造工艺过程。②铸造工艺基础知识讲座。由教师讲授金属及合金的流动性、收缩性、偏析与吸气，铸造性能与力学性能间的关系，讨论铸造合金的选择。认识零件图与铸造工艺图，分析铸造工艺参数与铸造工艺图设计。③砂型铸造工艺实践。由实习指导老师安排学生铸造两通铸件，从零件图分析、铸造工?图设计、到选择模样、芯盒、造型、制芯、合箱、浇注、清理和质量分析[8]。其他造型方法（整模、活块、三箱）的演示性示范讲解。④铸件结构设计原理讲座。由教师讲授砂型铸造的铸件结构设计，包括外形、内腔、壁厚、壁间连接的设计原则、减小铸造应力的设计；其他特种铸造方法的铸件结构设计。⑤铸造工艺综合设计与制作项目。教师下达项目任务书（如图1所示），组织学生分析典型铸件的结构设计与铸造工艺间的关系。结构设计与铸造工艺的多样性，分组设计不同铸件结构和工艺方案。

四、教学效果分析

2016年3―7月，在材控1404-06，工程1401-02班中进行改革试点，学生经过有关铸造工艺知识的学习和操作实践，初步学会采用铸件的结构工艺性设计原理和铸造工艺设计方法完成槽轮铸件的结构工艺性设计，铸造工艺设计；并用FDM3D打印制作模样和芯盒，然后用砂型铸造工艺实现了铸造工艺设计。取得了良好的教学效果。

1.学生结构设计和工艺设计结果。通过结构设计获得如下两个结构的铸件，由于结构设计中，中心轮毂高于轮缘，为了实现大批量机器造型，应采用分模两箱造型，芯盒也采用两半分开式芯盒。

2.FDM3D打印制作的模?雍托竞小Mü?工艺设计，将三维图转换为3D打印文件，控制3D打印机打印获得了模样和芯盒。见图2中所示。

3.砂型铸造的槽轮铸件。用模样和芯盒砂型造型后获得的铸型以及浇注的铸件见图2。学生通过实践―理论学习―实践―设计―再实践，获得了本质上的飞跃。从过去金工实习完了就只知道造型、学了机械制造技术基础课后也不知道如何指导实践，到现在可以理解相关知识，不仅能动手造型、还能利用课程相关理论设计工艺、用3D打印制作模样和芯盒、通过铸造实施分析设计方案的合理性。

4.学生报告与答辩。学生根据各自的任务分工，首先完成各自的报告，然后由项目负责人完成整体项目设计与制作报告，报告提交后，由学生组成答辩委员会，教师也是答辩委员会成员之一，学生每个项目选一人，全班组成5―7人的答辩委员会，经过项目自述、提问和回答问题等环节，使学生得到一次完整的学习与实践经历，取得较好的教学效果。学生反映“通过项目设计与制作，对课堂所学有了更深的理解，通过团队协作解决一系列问题更是增强了团队合作能力。”“通过这次实验，我们逐渐学会将理论的设计与实践的铸造相结合，以结合实际为出发点，让我们对机械制造工艺这门课程及铸造这门技术学问有了一个更深层次的认识与理解，对我们今后这方面的学习及工作有很大的帮助”。

铸造工艺设计篇6

关键词：气缸体材料技术工艺铸造

中图分类号：TK42 文献标识码： A 文章编号：

1铸造工艺方案确定

铸造工艺方案确定主要包含三方面内容：砂箱中铸件数量及排列、浇注位置、分型面选定。

1.1砂箱中铸件数量及排列

砂箱中铸件数量一般是根据工艺要求和生产条件来决定，根据单件铸件尺寸和砂箱内框尺寸（长宽高）大小来定，同时要考虑合理的吃砂量、砂铁比。

目前铸造厂各机型吃砂量：

A、气缸体类砂箱侧面最小吃砂量在80mm上下浮动，高度方向最小吃砂量120mm。

B、缸盖类砂箱侧面最小吃砂量约70左右，顶底面吃砂量（侧浇）110mm左右。

1.2浇注位置确定

浇注位置是根据铸件结构特点、尺寸、重量、技术要求、铸造合金特性、铸造方法以及生产车间条件决定的。

1.3分型面选定

缸盖类大部分是用砂芯包围而成，其分型面基本选在内腔水道闷头孔中心线位置；缸体类分型面选在缸孔中心线平面上。

2工艺参数设定

工艺参数设定包含：加工余量、铸件收缩率、拔模斜度、最小铸出孔、反变形量、工艺补正量、分型（盒）负数等。

2.1加工余量

为了获得光滑的表面，铸件表面需要进行机加工。铸件的加工余量一般是在工艺图或技术要求中用文字描述；采用非标准加工余量时，应在工艺图上所需部位直接标出。

2.2铸件收缩率

铸件收缩率是指铸件从收缩开始温度（液相中析出枝晶搭成的骨架开始有固态性质时的温度）冷却到室温时相对体积收缩量，通常以模样与铸件长度差值比表示。

气缸体、缸盖铸件结构复杂且壁厚不均匀，其各部位冷却速度不同，互相制约，各个方向的收缩率也不一样，砂芯越多，铸件收缩阻力就越大，收缩率就越小。

气缸体类长向缸孔段铸造收缩率按1%计算，曲轴箱段铸造收缩率按0.6 %计算，前后端插片长向收铸造缩率缸顶1%过渡到机脚的0.6%；外型长向铸造收缩率1%，其余方向铸造收缩率0.8 %。

缸盖类进气道圆芯头座长向铸造收缩率按1%计算，其余铸造收缩率按0.8％计算。

2.3拔模斜度

铸件本身没有足够的结构斜度，应该在铸造工艺设计时给出铸件的拔模斜度，以保证铸型、砂芯的起模。一般芯盒起模斜度为1～1.5°；外型芯头座拔斜度3～5°，工作面拔模斜度1.5°。

2.4最小铸出孔和槽

缸盖、缸体零件上有很多孔、槽和台阶，一般应尽可能在铸造时铸出。这样可以节约金属，减少机加工工作量、降低成本，又可以使铸件壁厚比较均匀，减少形成缩孔、缩松等铸造缺陷的倾向。但是，当铸件上的孔、槽尺寸太小，金属压力较大时，反而会使铸件产生粘砂、断芯。铸造厂铸件目前在生产机型其孔径小于15mm时，一般不铸出。

2.5反变形量

反变形量在长条形的缸盖类铸件上使用比较多，由于缸盖类铸件壁厚不均匀，长度越大，高度越小，各部分凝固、冷却速度不同，引起收缩不一致，铸件产生翘曲变形。

2.6工艺补正量

工艺补正量是用以防止铸件局部尺寸由于各种工艺因素（例如铸件收缩率选用值和实际值不符、铸件变形、有规律的操作偏差等）的影响而超差，在铸件上相应部位增加金属层厚度。

2.7分型（盒）负数

造型起模后铸型变形引起分型面凹凸不平，合型时就增加了型腔的高度，铸件尺寸增大。为保证铸件尺寸符合图样要求，在模样上必须减去相应高度，减去的数值称为分型负数。同理，在芯盒模具的分盒面减去的数值称为分盒负数。

3熔炼工艺

3.1炉前成分控制

铁水熔炼过程中，每炉分别制取化学分析和光谱分析式样，测定铁水中的C、Si、Mn、P、S等元素的含量。光谱分析采用DV4型光谱分析仪。两种测试结果比较校正，增加炉前铁水成分控制的及时性和可靠性，使炉前和炉后各主要元素含量测试偏差控制在正负0.05%内。

3.2碳当量和硅碳比

一般的机床灰铸造铁杆，为保证铸造件强度，都采用在较高CE下，提高Si/C和辅以合金化的措施。缸套铸造件为减少形成铸造缺陷的倾向，CE也设计为高值，但Si/C并不高，且熔炼中不允许加入任何合金元素，通过加大炉料中废钢量（废钢量由一般的10%增加到30%）的方法保证其各项性能。

4排气系统设计

4.1排气孔设置原则：

4.1.1出气孔一般设置在铸件的最高部位，金属液最后到达的部位，砂芯发气和蓄气较多的部位，型腔内气体难以排出的“死角”处。

4.1.2通常不宜设置排气孔在铸件热节和厚壁处，以免出气孔冷却快导致铸件在该处产生收缩缺陷，如确实需要，可采用引出式排气孔。

4.1.3排气槽尽量不与型腔直通，可采用折线方式排气，以防止散砂掉入型腔形成砂眼。

4.1.4为防止铁液堵死排气通道，可在芯头处用封箱泥条封住。

4.1.5铁水最后到达的地方往往容易形成气孔，可以设置溢流槽，排出含杂质较多了冷铁水，又可防止气孔产生。

4.1.6明排气孔根部总截面积最小应等于内浇道总截面积，若条件允许，排气孔根部总截面积要比内浇道总截面积大1.5倍以上，以保证型腔内气体顺畅排出，浇注过程铁水流动平稳。

4.2排气孔尺寸：

4.2.1圆形排气孔尺寸底部尺寸不宜过大，一般等于铸件该处壁厚的1/2～3/4，排气孔尺寸尽量取大值。

4.2.2排气孔直径大于20mm时，可设计成片状排气通道。

参考文献

铸造工艺设计篇7

关键词：

铸件缺陷；计算机模拟；Expert软件；UG系统；预测；优化

中图分类号：

TB

文献标识码：A

文章编号：1672-3198（2014）04-0184-03

1 前言

随着现代高科技的迅猛发展，企业科技更新已成为不可逆转的发展趋势，计算机模拟技术是一项先进技术，涉及数学、流体力学、材料科学、计算机科学、计算机图形学……，需要综合多学科知识；其理论性很强、应用性很广，它随着指导理论的发展而发展，必将在装备制造领域中发挥出重要的作用。

2 Expert模拟分析系统

铸造，是一门理论性和工艺性都极强的学科，而且其生产过程很封闭，人们经常称之为“黑箱子”工程，因此在生产中对铸件质量的控制是十分困难的。在过去，铸件的浇冒口工艺设计与工艺参数的制定，必须要有足够经验的技术人员方能完成。尽管看上去设计很合理，但在实践过程中还是会出现预想不到的缺陷，而且出现缺陷时往往找不到关键原因之所在，须经过多次反复实践与调整才能最终形成合理的铸造工艺方案。

工厂生产的铸件是千差万别的，几何尺寸变化万千，每个铸件都这样反复多次试验，势必造成巨大浪费。例如补缩冒口计算大了，虽然可以避免缩松缺陷所造成的废品，但工艺出品率会大大下降，造成了原材料的过大损耗；冒口计算小了补缩不够，则造成整个铸件出现缩孔缩松缺陷，严重的导致报废，只好再次生产时，加以改进。即使冒口大小设计合理了，如果冒口在铸件上的摆放位置不当，没有足够的补缩通道，同样还会导致补缩不足，造成铸件缺陷……，这样不仅浪费原材料而且实现起来时间比较长，既影响交货期，又增加成本，因而造成不必要的损失。

怎样才能解决这种被动的局面呢？经过反复琢磨思考，参阅了诸多现代铸造杂志与文献，决定采用计算机模拟技术，即计算机模拟动态充型、动态凝固过程新工艺。经过实践证明，运用这项新技术，可完全避免上述的问题。

Expert分析系统，即首先使用UG做出铸件的三维实体模型，输出stl文件，然后用Expert软件接收stl文件，对铸件模型进行“前处理”即网格划分，计算机将铸件分成无限多个立方格，立方格越小计算越精确（但格太小则计算速度过慢，要视计算机配置合理选择）。然后对铸件模型进行充型解算：计算机按给定充型速度自动将每个网格充入钢液，直到每个小格都充满为止，计算结果保存为mih文件。之后在解算器中输入铸件材质、造型材料、浇注温度、铸型温度、热阻等相关技术参数进行凝固解算，保存为in文件。计算结果生成图形为流动、温度、液相分布构造二维、三维图、色标图，速度、温度梯形构成矢量分布图，可以任选的多个部位构造多点温度曲线图。之后，便可以在后处理中进行铸件动态充型与动态凝固模拟。在动态充型模拟过程中，可以直观的看到钢液由浇口充入铸型直至浇满的全过程，这样一来，对充型速度快慢、钢液在充型过程中流动是否平稳等工艺性问题可直接做出主观判断；在动态凝固模拟过程中，可直观看到铸件的凝固顺序、冒口的补缩过程，对于浇冒口以及冷铁的摆放位置是否合理、冒口大小是否合适可及时做出判断；在缺陷显示模块中，可将铸件模型分层切片查看内部缩孔、缩松等缺陷，判定缺陷存在的部位。

经过计算机模拟，及时有效的发现铸件存在的问题与缺陷，结合理论分析，优化和改进设计参数和模具结构，直到铸件在计算机模拟后达到没有缺陷，再投入生产。这样，再经过实际生产中的有效控制，铸件的质量得到了极大的保证，铸出来的铸件几乎完美无缺陷。

3 Expert模拟分析系统的具体应用

Expert模拟分析系统，对铸件的工艺参数制定、浇冒系统的设计具有关键的指导性意义。它结合计算机辅助计算，确保精确的温度场数值模拟，辅助浇注系统优化设计温度计算，进行动态充型、凝固模拟，从而科学有效地对小到公斤级、大到百吨级铸件进行缺陷预测（如缩孔、缩松等），优化铸造工艺。几年来我公司采用这一新技术对几十种产品进行模拟分析、优化工艺，减少浪费，提高经济效益达1500多万元，特别是在新产品开发、研制以及生产大型铸件的环节上，更是起到了至关重要的作用。下面就以图例说明：

4 结论

通过实践证明：运用计算机模拟技术，可以有效地预测铸件缺陷、优化铸造工艺，使铸件的生产过程更加趋于科学化、合理化，从而降低了原材料消耗、避免了铸造废品，提高生产效率、减少了经验依赖、增强了企业的竞争优势，可行并应大力推广使用。

参考文献

[1]荆涛.凝固过程数值模拟[M].北京：北京电子工业出版社，2002.

[2]缪良.铸造企业管理[M].北京：北京中国水利水电出版社，2007.

[3]李魁盛，侯福生.铸造工艺学[M].北京：北京中国水利水电出版社，2005.

铸造工艺设计篇8

从7月14日至8月3日在XX独立拜访，主要是回访以前的一些意向客户。主要有下面这些：

XX水暖器材有限公司

中小型企业，员工总数约100人。新建厂房，目前以生产软管为主，计划明年8月筹建重力铸造项目。希望我方能附带模具开发。目前公司主要生产软管和一些水暖附件，有计划明年上铸造项目，开发龙头新产品。现阶段正在考察各方面的因素。其目前关注的是自身各方面条件是否能达到铸造项目要求，以及我司的各方面服务。销售措施：不间断拜访，及时解除客户各方面担忧，为客户提供技术和工艺指导，帮助其成功筹建重铸项目。

路达阀门有限公司

目前没有具体计划筹建重力铸造项目，只是了解其工艺和技术要素。以后可能会向这方面发展。饶厂长对我们反映主要是价格太高。主要原因还是不了解铸造。其新厂房在龙溪阀门工业区，有计划投入铸造这一块。

依斯特阀门有限公司

目前还是在观望阶段，希望在XX看到我们的设备。然后再计划筹备项目。现在公司主要生产阀门，顺带给客户做些龙头，但反映较好。于是就计划研发龙头系列产品。研发已经开始，10月份的时侯会来我公司参观考察。

凯达铜业有限公司

公司规模为中小型，员工总数200人左右。目前采用工艺为压铸和翻砂铸造。有计划更换电炉，但目前当地变电所输送功率太小，无法满足工厂用电，每周停电2次。主要生产锁具配件和门把手等。现在正在跟其客户谈一个新项目，本产品业务稳定，考虑明年上铸造项目，现在用的是高压铸造，主要生产的是锁具配件，但有加工其他铜产品。

鼎盛水暖器材有限公司

企业属中小型，员工总数约200人。目前主要工艺为红冲锻压，也有部分采用翻砂铸造。（约占15%）主要做贴牌加工，花样多，批量少。受业务量限制，铸造项目目前短期不列为日程计划。现在考虑我们提供的方案，开模具手工浇铸。因产品品种烦杂，量很少，且单一产品业务不稳定，所以现在只是等待。

浙江永和洁具有限公司（台州永和阀门有限公司）

大型集团公司，下设有：永和阀门、永和铜业、永和水暖三个厂。员工总数1000以上。以前有铸造车间，所用设备是国产，因技术不完善而搁置，后来成本太高而放弃使用。现在所有铸造产品都采用外加工。近1～2年不考虑上铸造项目，因为目前应总主要关心的还是阀门这一块，最近又在打开美国市场，无暇搞这些事。以前铸造车间搞失败了，所以不敢轻易再尝试。主要也因为铸造业务量小，产品不稳定。

恒达阀门厂

企业属中小型，员工总数约200人。现采用翻砂工艺，厂房正在扩建。对我们设备和铸造都有兴趣，但目前因产品品种杂，量少，不稳定。所以项目暂时搁浅。项目启动再到我公司考察。

爱迪西铜业

大型企业，员工总数约600人。厂房目前正在新建。在上海平湖区正投资建水龙头生产基地。有计划采用重力铸造，但目前还处于观望期。现有生产工艺主要是红冲锻压。基本没有用到重力铸造。最近在搞一个软管生产车间，平湖那边的厂房还没完工。那边搞好了，需要我们重力铸造设备时会具体考察我公司的。

浙江益明阀门有限公司

中型企业，员工总数300人左右。目前拥有1条重铸生产线，全部是国产老式设备，大部分已经老化，有计划增设和更换新设备。目前正在试验阶段，用手工硬模浇铸。估计10月份左右就会有相关日程计划。

双林阀门制造厂

企业规模中小型，员工总数约200人。所有产品出口，拥有“双林”品牌。对品质和公司形象非常关注，拥有良好的企业理念和企业文化。有计划扩大规模。现在主要工艺是红冲锻压。铸造产品很少，一般采取外加工。短期内没有日程计划上铸造项目，但对此项目很有兴趣。因目前业务量不大，而且时机也未成熟。因今年在干江工业区购得一块地皮，明年计划搬迁并扩大规模。届时会考虑上铸造项目。

XX东海岸金属制品有限公司

目前采用手工硬模和翻砂铸造，因这两种方式对铜质要求不高。听说其他公司上这个项目都不成功，于是目前不敢贸然上这个项目。主要考虑材料成本问题，现生产的产品主要是中低档，材料是劣质锌铜合金。业务来源OEM。今年无计划投入这项目。

康意洁具有限公司

现用一套“韩标”设备在生产，但目前只有部分产品能用设备生产，还有部分用手工硬模浇铸。设备使用率很低。本来计划今年8月新建厂房，扩大规模增添设备。后因某些原因推迟到明年。

胜泰五金卫材有限公司

之前与我们有过合作，但由于某些原因中途终止了，造成一定负面影响。不过他们采购经理刘勇先生对我们的设备还是很感兴趣，再次与总经理磋商购买我们的设备。如果老板同意，将直接按照以前的方案来完成交易。估计需要以下设备：铸造机，砂芯机，切割机，混砂机。

世进法门有限公司

中型企业，员工总数约500人。目前主要采用红冲锻压（约占70％），铸造少量（约30％）。铸造采用的是翻砂铸造。有计划投资重力铸造。现已对其保价，估计本周六或周日（8月11日）来我公司参观考察。

XX主要走访了集中在城关到清港路段的工业园区，其中具体包括有清港、楚门、机电工业园、汽摩工业园、坎门科技工业园等地，一共有142家企业。其中生产阀门的一共有86家；生产龙头等洁具配件的企业一共有31家；生产其他铜铝锌等产品的有25家。大约比例为3：1：1。其中目前在生产工艺上主要采用红冲锻压的有74家，主要采用铸造工艺的有24家，外购毛坯只作金加工的有21家，其它生产工艺（如压铸和拉铜棒等）有23家。大约比例为7：3：2：2。其中有些企业的部分产品需要铸造加工的有80家，约占总数的56.3％，这其中有54家是外加工的，而只有26家是自己加工的，大约比例是2：1。这26家企业中拥有重力铸造设备的仅10家，而采用翻砂铸造的有6家，大约比例是2：1。也就是说还有87％市场在等待我们开发。综合以上数据说明重力铸造设备在XX的市场潜力是非常可观的。

目前XX阀门生产厂家还是大多数，约占整个水暖行业的90％。而阀门一般的外形比较简单，所以引用红冲锻压工艺的比较多。红冲锻压只能对外形和构造上比较简单的产品加工，但其优点主要在于效率高和产品加工强度高。而重力铸造主要是针对外形和构造较复杂的产品加工，其优点在于表面光洁度和后续加工简单，而且所需人力少，占地面积小，综合资源浪费较少，但对铜质原料要求较高。翻砂铸造在工艺原理上和重力浇注大致一样，其一次性投入不高，但其铸造品质低，人力资源要求高，占地面积大，综合资源浪费较高，且污染环境。翻砂铸造的成本：黄铜加工2000～5000元/吨，青铜加工6000～10000元/吨。

8月3日同侯科一起从XX出发去温州瑞安市，当天我们去拜访“立信机电公司”的林总（侯科以前业务上朋友）。主要目的是希望通过林总的关系了解瑞安市场，以及合作开发市场。8月4日去龙湾区海城街道，有600多家水暖企业在此设立办事处，已成为中国三大水暖洁具市场之一。现正在规划兴建大规模水暖洁具生产基地，占地面积101.6公顷，预计明年正式建成投产。但是目前还是以手工作坊为主。我们走访了有“温州市凯泰洁具有限公司”、“乐泰洁具有限公司”、“欧伦洁具有限公司”三家较具规模的企业。给我们带来的信息也是明年在新工业区建成后，再考虑筹建重力铸造项目。我们现在所需要做的工作就是大力宣传铸造工艺和我们的设备。

经过这二次的实际走访，客户反映主要问题有以下几点：

一、模具

相当一部分客户希望我们能为其提供模具，包括模具的设计方案和技术支持。因为重铸工艺在XX仅少数几家。真正能把重铸操作好的更少。可以说它在XX是一种新型的生产工艺。然而模具直接严重影响生产效率和产品质量，进而也影响到我公司口碑。我们能否与XX当地“连法模具”公司合作，互相作为媒介宣传，进而更深层次合作？

二、价格

据我调查得知，一般国产设备仅几万元，与我门的设备价格悬殊太大，让客户望而却步。在XX做的较好的有意大利“伊姆乐”、韩国“韩标”、比我们稍贵，其他的都比我们要便宜。以电炉为例：“伊姆乐”40万左右，“韩标”35万左右。而XX本地也有生产电炉的，例如：新颖牌。他们虽然公司不大，但在XX乃至台州地区都有很多客户在使用。其价格很便宜，低于8万。而且还能承诺先使用3个月，再付款。保修期也是一年。

三、浇铸技术支持和服务

虽然重力铸造已经在欧洲普及，甚至已经革新到低压铸造了，但是在国内还仍有很多企业在沿用以前的翻砂工艺，根本不了解重力铸造，甚至有些企业并不认同重力铸造。客户不仅关注设备的操作与性能及维护上的技术支持，还希望我们为其提供铸造工艺技术支持。客户购买设备目的是提高生产效率和产品质量，从而来获得更多的经济效益。但是自身没有相关技术人才，导致有一部分公司买回的设备搁置，无法投入生产。因此，我们更重要的是推广重力铸造工艺。

铸造工艺设计篇9

关键词 铝合金铸件；压力铸造；工艺控制

中图分类号：TG292 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）042-067-02

20世纪80年代以来，汽车结构的变化主要方向是以提高使用的经济性为目标，降低燃油消耗，特别是普通型汽车，实现轻量化和小型化是现代汽车最显著的特征之一。根据目前国内外汽车工业的发展动态，轿车、轻型车用铸件中，大多数的铸铁件将被铝铸件代替，从而达到汽车轻量化的目的。

铝合金壳体类铸件一般形状不规则，部分结构不易机加工，目前车用铝铸件大部分还是铸造毛坯面的结构；同时，铝铸件工作环境较为恶劣，通常对强度要求较为严苛，而且因为对于表面质量和内部质量要求也较为严格，一般需要生产厂家在过程控制中进行X光探伤等相关检测。

本文研究对象是一款铝合金壳体盖，其结构相对比较简单，仅两处涉及到机加工，但同样需要进行工艺性分析，目的是在壳体盖设计基础上，运用计算机模拟仿真技术改进其工艺方法，从而提高铝合金壳体件的合格率。

1 壳体工艺分析

1.1 产品结构及原材料概况

这款传感器壳体盖（sensor cover）应用于管柱式电动助力转向系统（C-EPS），是C-EPS总成的重要部件之一：壳体外形不规则，有2处凸台设计，但凸台的高度各不相同；最大外径为105 mm，高度为40 mm，主要壁厚截面为3.5 mm；壳体仅大筒和小筒的外径表面需要进行机加工，公差需要保证在+/-0.1 mm范围内，但内腔不需要加工，降低了产品的难度（图1）。

考虑到C-EPS的溃缩试验的性能要求，Sensor Cover需要满足承受不小于20KN的静态压溃力。为了满足这款薄壁壳体高强度、高耐压的要求，设计Sensor Cover按照GB6414-86 CT6级进行控制，不允许裂纹，夹杂的存在，同时不允许用焊补或浸渍的类似方法进行产品修复。

Sensor Cover的原材料为AC46000（参考欧盟标准 EN1706：1998），其化学成分见表1，机械性能见表2。

1.2 产品工艺分析

1.2.1 生产流程

Sensor Cover的生产流程（图2）包括：来料、熔炼/压铸、切边/清整、机加工、清洗、装配等。

除了按EN1706标准控制来料保证铸件的产品质量，在熔炼过程（一般温度控制在700℃～740℃）中，也要注意除氢的控制（图3）。

1.2.2 缺陷分析

虽然Sensor Cover结构简单，但同样易产生常见的铸造缺陷：

1）花斑：当发现Sensor cover成品件颜色有时会发暗、发黑时（图4），需要控制金属和模具的温度差异，熔炼时的充型速度和喷丸过程中喷涂量的大小。

2）气孔缺陷：对于压铸产品，气孔缺陷是必然存在的。对于Sensor Cover的控制是保证关键区域（图5）中不产生超过ASTM E505 2级标准的气孔。

这一气孔标准要求是为了保证壳体的强度测试，该区域的内部气孔需要进行100%X射线探伤（图6），保证以10 mm*10 mm=100 mm2为单位计算时：

气孔面积S≈0.3*0.3*3.14*6+0.45*0.45*3.14*3+0.4*0.4*3.14*2+0.5*0.5*3.14*2≈6.185 mm2

可接收气孔直径要求是≤φ1.6 mm，经换算气孔率=6.185/100≈6.2%；同时保证机加工表面的气孔最大不超过2.0 mm（图7）。

通过目视检查可以控制Sensor Cover的外观缺陷，但目前还只能依靠X光探伤检测内在缺陷。当批量化生产Sensor Cover时，无论是考虑到生产节拍还是成本费用，很能实现100%探伤，因此需要使用CAE等辅助技术作为压铸工艺分析的参考，尽可能在毛坯阶段控制改善铸件的内在质量。

2 工艺参数及设备选用

根据Sensor Cover结构特点及技术要求，一般采用350T压力铸造，结合以往铸件产品的生产经验，发现若模具结构、工艺参数选用不当，容易造成压铸过程中液态金属充填速度过快，型腔内气体无法完全排除，从而造成成品中伴有气孔及氧化夹杂物等缺陷，因此降低了铸件质量。可以看出合理的工艺参数的选择是确保铸件质量的先决条件。

2.1 工艺装备的设计

为确保铸件尺寸精度不受到工装夹具精度的影响着，为此款壳体重新设计制作了模具（图8）。

2.2 加工余量的选定

按Sensor Cover装配设计要求，外圆保证切削加工成形。由于薄壁件壳体铸件的表层致密层一般仅为0.8 mm，为防止过加工，导致中心组织较疏松，降低壳体性能或耐压能力，因此在模具设计中采用定位销配合定位，进而将机加工量减小到0.5 mm范围了，不仅提高了铸件内在质量，同时节约了机加工时间。

2.3 模具方案的选择

运用AnyCasting软件在Sensor Cover模具设计前期进行模流分析，采用3种不同入水口的虚拟设计，模拟铸件凝固过程的数值，以及预测缺陷区域（图9）。通过比较，方案c的流道设计在液流填充方面更为顺畅，实际生产发现壳体件的内部缺陷明显改善，提高壳体的成品率。

2.4 熔炼温度的设置

基于Sensor Cover壳体结构重量的考虑，选用350T冷压室压铸机可以满足铸件的压力要求，将壳体的浇注温度设定为（640+/-20）℃，升压速率设定为1.3 kPa/s基本上可以让金属液体在平稳压力下缓慢充填，防止了紊流、飞溅所产生的二次氧化夹渣或对型芯的冲刷。

2.5 合金液的净化

为进一步防止气孔、针孔、夹渣的产生，Sensor Cover的工艺控制中又采用了二次精炼的步骤，在合金出炉前精炼一次，在合炉后浇注前进行第二次精炼。同时在过滤过程中采用了三次过滤，首先在升液管口部采用纤维过滤网过滤，又在横浇口上安放了陶瓷过滤网，同时在横浇口与缝隙口端部安放了双层纤维过滤网，这样有效地防止了Sensor cover铸件中产生夹渣缺陷。

3 效果

取用实际生产的6件壳体，经过X光射线探伤后，关键区域内部控制合格率达到100%；然后进行精车，机加工面气孔也达到了ASTM E505 2级水平；最后进行破坏性压溃试验，发现6件壳体全部通过，可承受压力达到25KN以上如图10。

4 结论

压力铸造的工艺流程较长，较难进行过程控制，因此必须从来料开始进行管理，从而提高铸件的合格率。实践表明，Sensor Cover的工艺方案是合理可行的，有效的工艺措施也为其他大型壳体的批量生产奠定了基础，积累了经验。

参考文献

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铸造工艺设计篇10

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。因此，根据4个部分需要补缩的液量验证冒口大小，是否满足补缩液量。通过查询资料获得该种材质的凝固收缩值S=4.2，冒口补缩效率η=14%，可计算出3种规格冒口安全系数分别为1.3、1.8、1.9，满足冒口设计要求。（3）冷铁的选择将直接外冷铁改用挂砂外冷铁（见图2），避免了直接外冷铁激冷产生裂纹缺陷。立柱上激冷挂砂外冷铁的厚度选择为立柱宽度的2/3左右，以达到快速形成孤立液相区的目的。考虑到地脚和上下梁处较厚大，采用了挂砂外冷铁激冷的方法，降低铸件模数，增加冒口补缩效果。（4）浇注系统的设计对于铸钢件的浇注系统设计，必须满足3个要求：①开放式浇注系统。②适宜的金属液上升速度。③合理的浇注位置。而其中对于机架类铸件合理的浇注位置尤为重要。从温度场的分布分析，钢液进入型腔的位置在浇注完毕时温度最高，凝固时间最长，因此内浇口一定要选择远离立柱上激冷挂砂外冷铁部位，靠近冒口下，从而形成顺序凝固，利于冒口补缩。因此，必须避免以往造型过程中内浇口随意放置的情况。对于较大冒口，为了提高冒口的补缩效率，也为了减小冒口在凝固过程中成分的偏析，尤其是C、S、P等元素的偏析，我们采用了高温低牌号钢对冒口多次补浇的浇注方案。（5）浇注温度的选择由于该机架属于厚大截面铸钢件，在浇注温度控制表中查找该材质的浇注温度，选择其中下限1540～1560℃。而补浇要求高温低牌号，所以选择温度控制到1590～1600℃。

2.计算机模拟仿真

我公司采用的是华中科技大学研发的华铸CAE/InteCast集成系统模拟软件，是以铸件充型过程、凝固过程数值模拟技术为核心对铸件进行铸造工艺分析，预测实际生产过程中可能出现缺陷的类型和位置，从而对铸造工艺进行针对性的改进和优化，以达到良好的铸件质量。该机架主要是通过对铸件的凝固过程进行数值模拟，通过对凝固过程中液态的变化和定量缩孔、缩松的分析判断，验证工艺设计方案是否合理。（1）模拟参数的选择剖分网格大小：20mm；型腔选用砂型：水玻璃砂造型；浇注温度，1560℃；材质：GS-45N。（2）模拟结果分析图3是计算机模拟仿真凝固过程液态变化和定量缩松、缩孔的几幅片段图片。从凝固过程中液相区的变化来分析，基本符合工艺设想的情况。在凝固到29730s时（见图3b），从立柱激冷挂砂外冷铁处液相区分开，形成单个冒口补缩的孤立液相区；凝固到158438s时（见图3f），液相全部消失，凝固完成。图4为最终凝固后定量缩松、缩孔结果，从图中可以看出，铸件本体无缺陷，缩孔、缩松都集中在冒口内，符合铸造工艺设计。

3.铸件检验结果

（1）理化检验机架热处理后取本体试块进行试验，主要进行化学成分和力学性能检验，其结果分别如表3、表4所示。（2）磁粉检测磁粉检测是检测铸件表面质量的重要方法之一。在机架粗加工后，对铸件进行100%磁粉检测，尤其是针对以往容易出现裂纹缺陷的圆角、外冷铁部位及冒口下成分偏析部位进行重点检测，检测结果无裂纹出现，满足客户要求。（3）超声波检测超声波检测是检测铸件内部质量的重要方法之一。轧机机架能否通过超声波检测是验证该铸造工艺是否成功的关键，在粗加工后对机架的所有加工表面按照客户要求的SN320-10标准进行了检测，没有发现裂纹、缩松、缩孔等缺陷，特别是易产生超声波缺陷的冒口下和冒口之间的人为末端区，没有发现超声波缺陷，通过了客户的无损检测要求。

4.结语