铸造工艺论文范文

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第一篇：铸造工艺论文范文

某涡轮后排气接管砂型铸造工艺设计

摘要：涡轮后排气接管是汽车上连接增压器与消声器的连接管，本文主要探讨在现有的砂型铸造生产方式下涡轮后排气接管砂型铸造工艺设计，主要对砂型铸造的浇注系统、冒口及冷铁、砂芯进行设计，并针对该零件选择合适的砂芯材料及制芯机，该铸造工艺设计通过试验后生产出合格铸件。

关键词：涡轮后排气接管;砂型铸造;工艺设计

1 铸造来源及研究意义

铸造是人类较早掌握的一种金属热加工工艺，是应用最广泛的金属液态成型工艺。其原理就是将液态金属倒入铸型型腔里面，等冷却凝固后，得到一定形状的零件或者毛坯[1]。在现代机械制造业中，铸造行业是制造业的重要组成部分，其发展标志着一个国家的生产实力，不管是在发展中国家还是发达国家，铸造业的地位都是不可代替的。

铸造行业中，汽车工业是铸件的最大用户，也是推动铸造业发展的主要动力。一辆汽车中，铸件质量一般占其自重的20%左右，仅次于钢材用量，居第二位。在汽车工业中，汽车最主要的组成部分是发动机，汽车整车的寿命和使用性能都由发动机性能的好坏来决定，其中与汽车发动机相关的气缸体、气缸盖、进气歧管、排气歧管、曲轴、排气接管等基础零部件和主要零部件都是铸造生产得到的[2]。汽车工业的发展方向势必影响到与之联系密切的铸造业前景，汽车工业也是推动铸造业发展的主要动力。作为主要为汽车工业服务的铸造业，面对汽车工业的发展和不断提出的新要求，汽车铸造业无论是铸件材质还是铸造工艺都面临着新的挑战，同时正是在这样一种背景下，完全体现了汽车零件铸造生产的重要性[3]。

本课题研究对象来源于广西桂冠机械有限公司生产的涡轮后排气接管，涡轮后排气接管是连接增压器与消声器的连接管，在汽车行驶过程中，涡轮后排气接管需要承受汽油和空气的混合气在气缸内燃烧后产生的废气，因此其必须具有抗震性、耐磨性、耐热性和气密性。该零件在生产中采用砂型铸造进行生产。

2 砂型铸造简介

砂型铸造以型砂和砂芯为铸造材料制成铸型，是一种通过液态金属在重力作用下充填铸型来实现铸件生产的铸造方法。其所用铸型通常是由砂型及型芯组合而成。对于砂型铸造而言，在生产过程中最基本的原材料主要就是两种——铸造用砂和型砂粘结剂。砂型铸造有很多优点，比如造型材料价格低廉且容易获得，铸型的制造过程比较简单方便，此外，砂型铸造适应范围非常广，不仅能用于单件生产还能用于批量生产，是最传统的铸造方法，其适应性广、成本低、生产周期短[4]。砂型铸造的工艺流程如图1所示。

本课题采用的型砂是由硅质砂和粘土混合成的湿砂型，湿砂型以粘土和适量的水为型砂的主要粘结剂，制成砂型后直接在湿态下合型和浇注。

3 渦轮后排气接管砂型铸造工艺设计

3.1 浇注系统设计

浇注系统截面积的大小对铸件质量也有很大影响。截面积太小，浇注时间长，这样可能会产生浇不足、冷隔、砂眼等缺陷;截面积过大，浇注速度快，这样又可能引起冲砂，使铸件产生渣孔等缺陷，所以必须确定合理的浇注系统的面积，金属液才会以适当的速度充填铸型[5]。

3.1.1 浇注系统类型的选择

根据本文研究对象涡轮后排气接管的结构选择半封闭式(中间注入式)浇注系统比较好，因为浇注中，流速较封闭式慢，有一定挡渣能力，充型较平稳，广泛应用于小型灰铸铁件。

3.1.2 浇注系统的设计与计算

浇注时间的长短表示浇注速度的快慢，其对铸件质量有重要的影响，任何铸件都有某个浇注速度是最理想的，可以说是有一个合适的浇注时间。生产中常用经验公式确定合适的浇注时间。

重量小于450kg形状复杂的薄壁类铸铁件，其浇注时间公式(1)如下：

式中，t—浇注时间，s;

GL——浇注的金属液重量，kg，包括浇冒口在内的铸件质量;

S1——系数，由铸件壁厚决定，由表1查取。

本文研究对象属于小型复杂薄壁铸铁件，查表可知S=1.63，代入式(1)得到浇注时间为：t=S1=1.63×4.2s。

平均静压力头的确定：

根据铸件结构及浇注系统设计原则，选择的浇注方式为中间注入式，运用平均静压力头高度计算公式：

其中：H0——浇口杯顶面到分型面的距离，hc——铸件在铸型中的总高度。

HP=H0-0.125hc=620-0.125×336=578mm。

运用灰铸铁浇注系统内浇道的最小截面积计算公式：

其中，GL、t、Hp由上述计算得知，?滋为浇注系统的流量损耗因数，对于铸铁件的?滋值一般从表2中选取。

代入式3：

对于半封闭式浇注系统，中、小型铸件采用：

对于该铸件属于小型薄壁铸件选取直浇道截面积为内浇道的1.15倍，横浇道截面积为内浇道截面积的1.4倍，即，Ag=1.15×156=179.4mm2，Aru=1.4×156=218.4mm2。针对涡轮后排气接管实体结构，内浇道截面积设计为178mm2，横浇道设计为375mm2，直浇道设计为314mm2。

3.2 冒口及冷铁设计

为了增加金属液的补缩，合理的设置冒口的位置及大小、合理的使用冷铁对铸件的质量都起着至关重要的作用。涡轮后排气接管漏气现象主要是由于缩孔缩松缺陷的影响，断裂是由于浇不足、缩孔缩松缺陷的影响。

3.2.1 冒口的设计

冒口是设置在铸型内贮存金属液的结构，在铸件浇注过程中用来提供补给，补偿在铸件形成过程中可能产生的收缩，可以有效的防止缩孔、缩松、排气和集渣。冒口的形状取决于铸件缺陷的尺寸和形状，运用计算机数值模拟之后，在出现或可能出现缺陷的部位添加冒口进行补缩，从而达到铸件的质量要求。冒口的形状直接影响其补缩效果，在设计冒口时，应从体积相同的形体中，选用散热面积最小的，这样冒口的散热较慢，凝固时间长，这样的就会得到好的补缩效果。

冒口设置在补缩不足的区域，这样凝固时间得到延长，顺序凝固梯度容易建立，进而铸件的补缩效果也得到保证。根据冒口设计的基本原则、铸件的基本结构及常见的冒口形状，在此选用圆柱形冒口;根据模拟结果中出现缺陷的部位，我们可以确定冒口安放的位置及大小。在砂型铸造涡轮后排气接管中，根据铸件产生缺陷的位置，将冒口设置在铸件最高最厚且有利于机加工的顶部平面部分。

涡轮后排气接管为灰铸铁件，冒口的补缩距离一般为铸件壁厚或热节圆直径的10～17倍，铸件壁厚为5mm，在此选取冒口的补缩距离为50mm。

3.2.2 冷铁的设计

固体金属吸收热量的性能比干砂快很多，因此在铸件的转角或者断面部位放置冷铁，可以增加铸件局部冷却速度，从而保证铸件质量。根据以往砂型铸件常出现的缺陷可知，在接管下部有缩松现象，冷铁的激冷速度比较快，因此在该部位增加冷铁实现局部激冷，解决缩松缺陷。

3.3 砂芯设计

在生产复杂、空腔铸件的砂型铸造过程中，制芯是重要环节之一，砂芯通常用于形成铸件的内腔或孔洞[6]。本课题的研究对象涡轮后排气接管为管类零件，在铸造生产过程中首先需要制作砂芯来形成接管内腔。

3.3.1 砂芯材料的选择

在铸造过程中，当从浇道口浇入高温金属液时，支撑部位很小的砂芯会迅速被高温金属液包围，因此砂芯会受产生比较大的应力，为保证铸造精度，需做到砂芯在常温干强度和高温度强度方面要比铸型高。在一定条件下，使用树脂砂其本身的综合经济效益也是可观的。铸造行业中应用树脂芯砂之后，其发展速度在铸造生产中远远超过了任何芯砂。其中，覆膜砂就是一种用于铸造砂芯的树脂砂，它是指包覆着一层树脂膜砂粒的简称。

我国覆膜砂行业广泛应用于汽车缸体缸盖、进气歧管、排气歧管、各类管件以及泵体等各种复杂铸件的生产。在室温下，覆膜砂大部分呈干态分散的自然颗粒状，不管是干态还是湿态都可较长时间地存放[7]，在此选用覆膜砂作为涡轮后排气接管砂芯材料。

3.3.2 制芯机的选择

根据实际生产需要，针对本文研究对象涡轮后排气接管，目前所使用的覆膜砂制芯设备是覆膜砂射芯机(图2)。该企业使用的覆膜砂射芯机是本人在实习时参与研究制作的，射砂机构是该射芯机的主要工作机构，其中还包括供砂机构、工作台、将射砂机构与工作台连接成一个整体的立柱、机座等部分以及控制系统等辅助机构[8]。

覆膜砂射芯机对涡轮后排气接管进行砂芯制作，整个制芯过程为：

①砂闸板开启，向射砂筒加砂;

②停止加砂，砂闸板关闭;

③砂闸板充气密封;

④从水平方向夹紧芯盒;

⑤射砂筒下降，使芯盒紧贴射砂板;

⑥关闭排气阀;

⑦开启射砂阀进行射砂;

⑧关闭射砂阀，射砂结束;

⑨开启排气阀;

⑩射砂筒上升;

{11}松开水平加紧装置;

{12}砂闸板密封排气松开;

{13}取出砂芯。

上述动作大部分是互相联系的，必须按次序进行。整个系统采用PLC控制，温控装置采用数显温度仪，保证模具温度均衡。

制成的砂芯能否直接用于砂型铸造，必须还要进行进一步的验证，验证的方面也是多种多样，不仅要考虑到砂芯的外表几何形状是否符合基本要求、尺寸精度等级够不够高、表面质量包括表面粗糙度等是否达到要求，还要细致地观察砂芯的颜色，因为砂芯固化情况的好坏可以通过颜色来检查。烧制比较好的正常的砂芯中心是淡黄色的，而外表面是黄褐色的，并且颜色比较均匀，如图3所示，过烧的砂芯外表一般呈现出褐色，有的甚至呈现出黑色，而发生硬化不足时，砂芯中心呈现白色，外表呈现黄色。

4 总结

砂型铸造是该企业常用的铸造生产方法，砂型铸造铸型制造简单，造型材料简单易得，一直是铸造生产中的基本工艺，本文主要介绍了涡轮后排气接管砂型铸造工艺简介，对砂型铸造所需的主要铸造工艺进行设计;后续将设计好的砂型铸造模型用铸造数值模拟软件进行充型过程及凝固过程模拟结果分析，砂型铸造模拟结果分析得知，为了增加金属液的补缩，合理的设置冒口的位置及大小、合理的使用冷铁对铸件的质量都起着至关重要的作用。涡轮后排气接管漏气现象主要是由于缩孔缩松缺陷的影响，断裂是由于浇不足、缩孔缩松缺陷的影响，通过铸造数值模拟确定了缺陷产生的部位及大小，通過对其进行工艺改进之后铸件本身不再出现缺陷，进而解决了铸件的漏气、断裂问题。对于铸件底部出现缩松现象的砂型铸造，将冒口和冷铁配合使用，改善铸件的凝固顺序，在同样的浇注条件下，改进的铸造工艺能够生产出质量合格的涡轮后排气接管。

采用此工艺进行砂型铸造加工的涡轮后排气接管，在铸件本身没有出现浇不足、缩孔缩松等缺陷，仅在浇注系统部分出现浇不足和缩孔缩松现象。由于浇注系统在后续加工中会去掉，不属于铸件本身，并不影响涡轮后排气接管的使用，因此对于铸件本身来说已经是合格铸件，证明了工艺设计的有效性，为企业生产涡轮后排气接管铸造生产提供依据。

参考文献：

[1]李荣德，米国发.铸造工艺学[M].北京：机械工业出版社， 2013.

[2]白朝中，龚伟，雷振.进气管砂型铸造工艺与模具设计[J]. 模具工业，2014，40(6)：57-62.

[3]王怀林.汽车典型零部件的铸造工艺[M].北京：北京理工大学出版社，2003.

[4]林勃.砂型铸造工艺学[M].机械工业出版社，1992.

[5]李弘英，赵成志.铸造工艺设计[M].机械工业出版社，2005.

[6]李魁盛，马顺龙，王怀林.典型铸件工艺设计实例[M].机械工业出版社，2008.

[7]李远才.覆膜砂及制型(芯)技术[M].机械工业出版社， 2008.

[8]王录才，宋延沛.铸造设备及其自动化[M].北京：机械工业出版社，2013.

作者：申会明

第二篇：左摆体的铸造工艺设计

摘 要：文章从左摆体铸造工艺的设计出发，分析了铸件的冷却、凝固、清理、处理等工艺过程。

关键词：铸造;铸钢;非硅质砂;冒口

1 造型方法的选择

铸造按砂型的紧实成型方式分为手工造型和机器造型。手工造型灵活，适应性强，适于单件小批生产。但其生产效率低、劳动强度大，质量不易稳定。机器造型砂型紧实度高，强度大，精度较高。但噪音较大。选择震击式机器造型，是借机器震击使型砂具有动能和惯性，从而紧实成型，造型上松下紧，达到较好的紧实度和强度。

2 浇注位置和分型面的选择

铸件的浇注位要根据零件的结构特点、技术要求、车间条件等因素综合考虑。因此设计方案的选择要满足放砂芯较容易，整个砂芯作为一个整体，不易产生偏芯;砂芯的定位和支撑较稳固;因错型而造成的尺寸偏差较小;起模方便;分型面选在最大截面处，铸件的毛刺，飞翅易于清除;下箱的铸件主要工作面质量较好，浇注位置选择中注式，能满足零件的质量要求。

3 铸件工艺参数的选择

3.1 铸造收缩率

铸件在凝固和冷却过程中，体积要发生收缩，固态下的收缩量以模样和铸件的长度差除以模样长度的百分数表示，即：K=■×100%，我们确定铸钢的收缩率为1.70%。

3.2 铸件尺寸公差

铸件尺寸公差等级的选定，综合考虑铸件的生产批量和生产方式、铸件的设计要求、造型和制芯材料等因素。确定尺寸公差等级为CT12。根据毛坯铸件的各部分的尺寸查表确定公差等级CT12的数值。毛坯铸件基本尺寸约为380 mm的CT12数值为9.0 mm;毛坯铸件基本尺寸约为450 mm的CT12数值为10.0 mm;毛坯铸件基本尺寸约为820 mm的CT12数值为11.0 mm。

3.3 铸件重量公差

铸件重量公差等级根据铸件的生产方式，铸造金属种类和铸造工艺方法选取。铸件重量公差等级根据铸件尺寸公差等级对应选取。铸件重量上偏差和下偏差相同。确定重量公差等级为MT12。查表得MT12铸件重量公差数值为12 kg。

3.4 机械加工余量

机械加工余量使用于整个毛坯铸造，加工余量的代号用MA表示。根据铸造合金种类、造型方法、尺寸公差等级、铸件的最大轮廓尺寸来确定机械加工余量等级。根据铸件的各部分的尺寸确定机械加工余量为E级的数值。

3.5 起模斜度

起模斜度的大小根据模样的高度、模样的尺寸和表面粗糙度以及造型方法来确定。选用起模斜度：木模样外起模斜度为0 ?觷40 ';内起模斜度为0 ?觷55 '。

3.6 最小铸出孔和槽

机械零件上有许多孔、槽和台阶等，一般应尽可能在铸造时铸出，最小铸出孔或槽的尺寸根据铸件的生产产量、合金种类、铸件大小、孔或槽处铸件的壁厚、孔的长度和直径来确定。孔的尺寸≤Φ80 mm，槽的尺寸h>d1;d1=(1+20%)d;L>3 d1 h，不予铸出，燕尾槽上部的槽不铸出，在零件图上尺寸较小的孔(Φ50)不铸出;同时零件下部的燕尾槽为方便起模，燕尾槽不铸出。

4 砂箱中铸件数量及吃砂量的确定

砂箱中的铸件数量根据工艺要求和生产条件来确定，在工艺设计中根据各种条件综合考虑，以确定砂箱中铸件数量。吃砂量按铸件重量来确定。吃砂量太小，砂型紧实困难，易引起胀砂、包砂、掉砂、跑火等缺陷。吃砂量太大，又不经济合理。综合以上根据铸件尺寸大小、考虑到浇注系统的布置和一定的吃砂量、生产工艺要求、生产批量、造型方法等确定吃砂量为60 mm。

5 铸件相关计算

5.1 铸件体积的计算

我们采用铸件总体积分割成几个体积之和的近似计算。

铸件的体积

V=422×356×222.5-68×68×3.14×422+68×422×831+280.5×68×831=39 835 922.918-7 965 834.324+

73 745 617.768+20 410 463.35=12 572 169.71 mm3

5.2 铸件质量的计算

铸件的质量

G=V×?籽=12 572 169.71×7.85=98.691532.22 kg≈99 kg

考虑铸件出品率及各种工艺参数，确定出品率为50%，所以浇入铸型内钢液的总质(重)量为99×(1+50%)=145 kg。

6 砂芯设计

①砂芯的固定及定位：砂芯在砂型中的位置一般用芯头固定。根据零件图、浇注位置及分型面的选择，所设计的砂芯为垂直加水平放置的砂芯，芯头的固定形式为垂直加水平固定。砂芯的定位要准确，根据砂芯在砂型中放置的位置，为防止沿垂直方向移动和限制绕水平轴旋转，我们选用垂直加水平芯头定位的形式。

②芯头的尺寸和间隙：芯头横截面的尺寸与采用的铸造工艺有关，一般决定于铸件相应部位孔、槽的尺寸。根据砂芯在型腔中安放时的稳定程度及用木模制造时是否易于变形、放置时的吃砂量。

③砂芯的排气：浇注时，砂芯在高温金属液体作用下由于有机物的挥发，分解和燃烧，以及水分蒸发，浇注后短时间内会产生大量的气体。由于本铸件所用的砂芯直径不大，所以采用通气针进行排气。

7 浇注系统类型的选择及引入位置的确定

本铸件采用封闭开放式的浇注系统—阻流浇口。此系统有利于挡渣又使冲型平稳。浇注系统的引入位置影响到浇注系统结构类型的确定。应有利于铸件清理、铸件凝固补缩、改善铸件铸态组织、提高铸件外观质量、金属液平稳充满铸型、减少铸件收缩应力和防止裂纹等。

参考文献：

[1] 刘文川.对气缸体类铸件铸造工艺图绘制的几点看法[J].铸造，1996，(12).

作者：牛群英

第三篇：金属型微精密铸造工艺的研究

摘要：本文基于微铸造工艺，采用金属型模具，以锌合金(Zn-

Al-Cu)为研究材料，应用离心铸造方法制备微尺度拉伸工件。微尺度拉伸工件长度4mm，最小宽度为0.2mm，最小厚度为100μm。最终3个微尺度拉伸工件都没有完全成形，据此，金属型微精密铸造工艺的成形能力亟待提高，各工艺参数还有待进一步改进。

关键词：微精密铸造金属型锌合金

1 概述

现代社会业已进入了科学与技术高速发展的全新阶段，传统的铸造方法已不能够满足高精密的快速材料制备领域，新型铸造方法逐渐崭露头角。微铸造工艺作为一种新型技术，发展时间较短。最早由德国卡尔斯鲁厄研究中心开发[1-4]，该工艺不仅可以满足尺寸精度要求，且可以极大地改善铸件质量，同时可实现工件快速制造，它的出现弥补了现有铸造方法的不足。国内对于微铸造的研究尚属于起步阶段，上海大学[5]，哈尔滨工业大学[6]都对该工艺进行过相关研究，但都没有达到理想的效果，要达到实用化目的还有很长的路要走。

本论文基于微铸造工艺，应用自行设计的金属型模具，采用离心铸造技术制备微尺度合金拉伸件，进而确定离心金属型微精密铸造工艺。

2 试验材料及方法

2.1 试验材料及设备

本试验材料采用锌合金(Zn-Al-Cu)合金，合金成份如表1所示。该合金作为常用的工业压铸合金，具有良好的铸造性能及优异的综合性能。

表1试验中锌合金实际成份

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试验设备采用改装的液态金属离心微成形系统，如图1所示[7]。

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图1液态金属离心微成形系统示意图[7]

2.2 试验方法

基于微铸造的工艺，本文采用离心铸造的方法，即将液态金属浇入旋转的铸型里，在离心力作用下充型并凝固成铸件的铸造方法。

本试验采用的微精密铸造工艺可以分成几步：第一

步，金属铸型的加工。如图1中所示，工件最终在图1中D，即金属型中成形。为了研究微精密铸造工艺，金属模具设计有三个微拉伸工件，示意图如图2所示。其中三种不同厚度的微拉伸工件，分别为100μm、200μm和300μm，工件尺寸如图2所示。第二步，模具安装。将金属铸型装入石墨模具中，安装好模具，对模具进行预热，预热温度为280℃。第三步，液态金属离心浇注过程。锌合金放入陶瓷坩埚，通过电阻炉加热熔化，加热温度为440℃，并保温60min，使其充分熔化，并保证成份恒定。离心转速分别为2700rpm，3000rpm和3300rpm。待金属加热到指定温度，转速达到预定转速后，立即把熔融的金属注入带有金属铸型的石墨模具中。第四步，取出金属铸型。待冷却到室温，打开金属铸型，取出微拉伸工件。

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图2模具内工件示意图

3 试验结果

本试验制备的工件属于微尺度拉伸件，长度为4mm，最小宽度为0.2mm，最小厚度为100μm。通过模具预热温度280℃，离心系统转速达到3300rpm，把温度为440℃液态金属浇入旋转模具中，制备的工件如图3所示。

由图3中可以看出，厚度为300μm拉伸件成形一部分，长度达到3mm，厚度为200μm，拉伸件成形长度也达到2.5mm，而厚度为100μm拉伸件几乎没有成形。

4 结论

金属型微精密铸造工艺在模具预热温度280℃，离心转速3300rpm，浇铸温度为440℃的工艺条件下，300μm厚拉伸件成形長度3mm，200μm厚拉伸件成形长度2.5mm，而100μm厚拉伸件没有成形。3个工件都没有完全成形，由此，金属型微精密铸造工艺的成形能力亟待提高，各工艺参数还有待进一步改进。

参考文献：

[1]G.Bumeister,K.Mueller,R.Ruprech and J.Haussel.Production of Metallic High Aspect Ratio Microstructures by Microcasting.Microsystem Technologies. 2002,8:105-108.

[2]G.Bumeister,R.Ruprech and J.Haussel.Microcasting of Parts Made of Metal Alloys.Microsystem Technologies. 2004,10:261-264.

[3]G.Bumeister,R.Ruprech and J.Haussel.Replication of LIGA Structures using Microcasting.Microsystem Technologies. 2004,10:484-488.

[4]G.Baumeister,S.Rath and J.Hausselt.Microcasting of Al Bronze and a Gold Base Alloy Improved by Plaster-bonded Investment. Microsystem Technologies. 2006,12(8):773-777.

[5]李海斌，翟启杰.微铸造技术[J].现代铸铁，2004，24(2)：1-3.

[6]李邦盛，任明星，傅恒志.微精密铸造工艺研究进展[J].铸造，2007，56(7)：673-678.

[7]杨闯.微熔模精铸过程微尺度成形及充型流动规律研究[D].哈尔滨工业大学，2010:90.

基金项目：黑龙江工程学院大学生创新创业训练计划项目资助

（201311802090）。

作者：杨闯