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铸造工艺设计论文
材料工程学院
铸造工艺课程设计
说明书
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1
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8
6月27
零件结构的铸造工艺性与技术条件分析.
铸型中类，造型、造芯方法的选择.
凝固原则，浇注位置，分型面的选择比较、论证
主要工艺参数的确定
浇注系统类型的选择和尺寸计算。
冒口冷铁的选择和计算。
型砂型芯及涂料配方性能及烘干规范。
铸件缺陷的防治措施，铸件的验收规范和允许修补的条件。
序号
计算过程或说明
结论
一．阅读零件图，分析工艺
二．铸件质量的计算
三．确定浇注时间
四．确定浇注系统，以及分型面的选择与论证
五．砂芯的设计
六．冒口、冷铁等的选择和计算
七．型砂、芯砂及涂料的配方性能及烘干规范
八铸件缺陷的防治措施铸件验收规范和允许修补的条件
九．参考资料
1.读图、审图、分析工艺。
（1）该零件为托架，材质为HT150
（2）生产类型：
单件小批量生产。
造型材料：
树脂砂造型。
造型方法：
手工造型。
（3）铸件壁厚：
最薄处5毫米，最厚处
22毫米
（4）造型方法：
分模造型
造芯方法：
芯盒造芯
铸型种类：
干型
2．主要工艺参数：
铸造收缩率：
1%（灰铸铁的收缩率为1%）
机械加工余量：
2mm（根据机械加工余量的数量GB/T11350-89可得）
起模斜度：
0.5º~4º（木模的起模斜度为
0.5º~4º）
最小铸出孔和槽：
单件小批量生产大的最小铸出孔为30~50mm
浇注温度：
1320~1400℃（根据《铸造工艺及设备》一书表3-1可得）
该铸件可分为6个部分进行计算其体
积，计算过程如下：
V长方体=1.64x0.24x1.36
=0.535296
V2圆=
Πx1.18
=0.81847868
V3圆=
Πx1.22=0.48191464
V4圆=
Πx0.24=0.10316784
V5圆=
Πx0.06=0.03323376
V6筋=0.44x0.24x1.04=0.109824
综上可知：
V总=V长方体+V2圆+V3圆+V4圆+V5圆
+V6筋=0.91174996
HT密度ρ为7.3kg/
铸件的重量G=ρv总=0.91174996x7.3
=6.656kg
浇冒口重量占铸件重量的比例
铸件重量/kg
大量
生产%
成批
生产%
单件小
批生产%
<100
20-40
20-30
25-35
该铸件为单件小批生产，铸件重量<100kg,
则取比例为35%；
浇冒口的重量G1=6.656x35%
=2.3296kg
则可知，金属液的重量G2=G+G1
=8.9856kg
1浇注时间经验公式：
t=k
式中:
t—浇注时间（s）
G2—浇入型内的金属液的总
重量（kg）
k—系数，灰铸铁取2.0
l—铸件的平均壁厚
铸件的平均壁厚l=13.5mm
将数据代入上述公式可知:
浇注经验时间t=8.8s
2.验算浇注时间：
计算所得的浇注时间是否合适，通常以
型内金属液面上升速度来验证。
浇注时间过长
，会在金属液面上产生较厚的氧化层，造成气
孔.夹渣等缺陷。
铸铁件允许的最小液面上升
速度见下表：
型内铁液液面允许的最小上升速度
铸件厚
度/mm
铸件厚度大于
40mm以及所
有水平位置浇
注的平板铸件
11-40
4-10
<4
最小上
升速度
mm/s
8-10
11-20
21-30
31-100
3.计算金属液液面上升速度：
V=C/t
C—铸件最低点到最高点的距离，按浇注
时的位置确定（mm）
t—计算的浇注时间（s）
V=142/8.8=16.1mm/s
由上表可知铁液的最小上升速度为
11-20mm/s.
在范围内，所以浇注时间符合。
1.确定内浇道的截面积。
铸件重量6.656kg铸件壁厚最薄处5mm，
最厚处22mm，
查《铸造工（技师高级技师）》一书，
表1-15
可查的S内=1.6
2校核砂箱高度是否满足
浇注铸型的最小压头H小，对充满型腔是
必须的，计算的压头不能低于H小值：
H小=L1tg
式中：
L1—自直浇道中心线到铸件最高、
最远的水平距离。
L1=162mm
—保险压力角（参考《铸造工艺及
设备》一书，表3-7）取
=13度
由以上可得H小=37.4mm
H均=
H均—作用于内浇道的金属液静压头
G2—型内金属液的顶总重量（kg）
μ—流量系数（根据《铸造工艺及设计》
一书的表3-5及表3-6可确定μ的值为0.7）
t—浇注时间（s）
所以综上可计算出H均，H均=253mm
H均>H小，所以合理。
3.确定浇注方式
顶住式浇注系统的优点是：
金属液容易
充满型腔，凝固顺序自下而上，有利于铸件
的补缩，对薄壁铸件可以防止浇不到，冷隔
等缺陷，浇注系统结构简单，紧凑，便于造
型，节约金属。
但在浇注时，金属液易产生飞
溅、氧化、容易产生砂眼、氧化夹渣等缺陷。
这种浇注系统适用于结构简单，高度不大的
薄壁铸件。
底注式浇注系统的优点是：
充型平稳不
会产生飞溅、氧化倾向小，排气容易。
但铸件
的温度分布不利于自下而上的定向凝固，当铸
件较高时补缩效果差。
此零件为托架，结构较简单，铸件比较
高，铸件需要补缩，所以综上所属，该铸件的
浇注方式选择顶住式浇注系统为宜。
4.分型面的选择比较及论证：
如上图a、b所示的分型面，若将铸件同时置于
于上下两箱内，那么一旦发生错箱，就会产生
e¹不等与e²的现象，使铸件产生很大的的尺寸
偏差，若将整个铸件都置于下箱内，则不管是
否发生错箱，都能保证e¹等于e²从而保证了铸件的尺寸精度。
所以，分型面应放置在如图a所示的位置。
5.确定浇注系统组元截面之间的比例关系，计
算各浇道的截面尺寸。
根据《铸造工艺及设备》一书，表3-8，可
查得：
∑S内：
∑S横：
∑S直=1：
1.1：
1.15
因为∑S内=1.6
则可得：
∑S横=1.76
∑S直=1.84
6.确定内浇道、直浇道、横浇道及浇口杯的形
状尺寸。
根据《铸造适用数据速查手册》一书，表
1-25，可得：
内浇道
α=11
b=7
c=17
横浇道
A=16
B=11
C=18
直浇道
D=17
《根据铸铁件生产实用技术》一书表1-24
可得浇口杯的形状和尺寸如下：
d
A
B
C
E
H
R1
R2
φ20
20
80
60
100
20
60
10
12
型芯是铸型的一个重要组成部分，型芯的
作用时形成铸件大的内腔，孔洞，阻碍起模部
分的外形以及铸型中有特殊要求的部分。
1.心头设计。
芯头是指伸出铸件以外不与金属液接触的砂芯
部分心头的作用是定位、支撑和排气。
对砂芯的要求：
定位和固定砂芯，使砂芯在
铸型中有准确的位置，并能承受砂芯重力及浇
注时液体金属对砂芯的浮力，时砂芯不被破坏。
芯头应能及时将浇注后砂芯所产生的气体排出
型外；下芯合型方便芯头应有适当的斜度和间
隙。
芯头可分为垂直芯头和水平芯头，此图采用
垂直芯头。
垂直芯头的结构如下图所示;
a—斜度S-间隙
h—下部心头的高度
h1—上部芯头的高度
根据《铸造工》一书
表1-7垂直芯头高度和芯头与芯座的配合间隙
表1-8垂直芯头的斜度
表1-9垂直芯头顶面与芯座配合间隙
可得：
S=0.5S2=1
上部芯头a1=10ºα=7
下部心头a=7ºα=5
1．冒口的选择及冒口各部分尺寸
在铸造生产中，由于铸件结构和铸造参数的
因素，在膜腔内各点的熔融状态的金属液凝固
时间是不相等的，这就会在铸件凝固后产生热
应力造成铸件变形，裂纹等，同时，由于冷却
凝固时间不等，铸件回出现疏松冷隔，气孔等
缺陷。
因此在铸造生产中常采用一些措施来防
止或减少铸件缺陷的产生。
该铸件需要补缩，且铸件壁厚连接处，壁厚
相差较大有可能会产生热节，所以应采用冒口
或冷铁，但因该铸件具有一定的斜度，采用冷
铁时会比较麻烦，所以采用冒口来防止热节的
产生。
冒口是在铸型内专门设置的储存金属液的空
腔，用以补偿铸件成型过程中可能产生收缩，
所需的金属液，防止缩孔、缩松的产生。
并起
到排气集渣的作用。
冒口的设计可采用比例法，比例法也称热节
圆法，这种方法就是使冒口的根部直径大于铸
件被补缩处热节圆直径或壁厚，再以冒口根部
直径来确定其他尺寸。
冒口的根部直径计算公式：
D=cd
D-冒口根部直径
d-铸件被补缩处热节处内切圆直径
c-比列系数（根据表4-6可得）
根据表4-6选择普通顶冒口中的B型冒口，
冒口的形状和各部分的尺寸如下：
2.冒口的个数，根据公式L=nl/（πD件）
式中L—冒口延伸度
n—冒口数量
l—冒口沿着轮缘方向的尺寸
D件—轮缘直径
根据上式可得，冒口的个数n=
1.型砂的配比及性能:
种
类
配比（重量百分比）
性能
使用范围
新砂
旧砂
粘土
膨润土
纸浆或糖浆
水分%
湿透气性
湿压强度
干剪
20/40
30/50
40/70
铸铁件用砂
—
—
30
70
4
~
6
_
_
7
~
8
>100
4.5
~
6
>1.5
小件面砂
2芯砂的配比及性能
砂
料
新
砂
配比（重量百分比%）
性能
用
途
旧
砂
粘
土
纸浆
或
糖
浆
木
屑
彭
润
土
焦
炭
粒
水
分
%
透
气
性
湿
压
强
度
干
剪
强
度
20/40
30/50
铸
铁
件
芯
砂
—
60
40
5
-
7
2
-
3
——
—
—
7.5
-
8.5
>100
0.5
-
0.7
>2.0
中
小
件
芯
砂
3.铸铁件型芯用涂料成分比。
涂料配方：
石墨粉:
50%
糊精：
1.5-2.0%
沥青：
2.5-3.0%
松香：
1.5-2%
汽油：
50%
4．因为该铸件使用的是树脂砂，因此无需烘干。
1．铸件缺陷及防治措施；
（1）气孔和针孔
防治措施：
炉料要烘干、除锈、去油污、；焦
炭的质量要好，以提高金属液的出炉温度；孕
育剂，球化剂和所用的工具要烘干；防止液体
金属在熔炼过程中的过度氧化，；制造砂型时舂
砂要均匀，型、芯排气要通畅；出气冒口要放
在型腔的最高处和型腔中气体不易排出的地方。
（2）缩陷、缩孔和缩松
防治措施:
正确设计内浇道、冒口、冷铁
的位置，确保铸件在凝固收缩过程中不断有液体
金属补充；改进铸件结构，使铸件有利于补缩；保证铸型有足够的强度，对较大的铸件采用干型，防
止型壁向外扩张。
（3）冷裂
防治措施:
力求铸件壁厚均匀，使铸件各
部分的冷缺速度尽量趋于一致；尽量不使铸件
收缩受阻；延长铸件开箱时间，使铸件在型内
缓慢冷缺；对铸件进行时效处理，减少残留应
力。
（4）热裂
防治措施:
铸件要尽量避免壁厚的突然变
化，铸件的转角处做到适当的铸造圆角，铸件
中容易产生拉应力的部位和凝固较迟的部位可
采用冷铁或工艺肋；粘土砂中加入适量木屑或
采用有机粘结剂，以改善型芯砂的溃散性；砂
型和砂芯不应舂的过紧；改用刚度合适的芯骨，芯骨外部要有足够的吃砂量。
（5）冷隔
防治措施:
提高浇注温度，改善熔炼工艺，防止金属液氧化，提高流动性；改变铸件浇注位置，薄壁大平面应尽量放在下面或采用倾斜浇注；加强对
合型、紧固铸型的检查，防止分型面和砂芯出
气孔等处跑火。
（6）粘砂
防治措施:
湿型在保证有足够透气性的前提
下，尽可能选用粒度细的原砂；提高砂型的紧
实度，尤其是高大砂型下部的紧实度；减少吃
砂量忆提高粘砂层的冷却速度；避免型芯局部
过热；选用耐火度高或冷却能力强的造型材料。
2.铸件缺陷修补的原则：
修补后的铸件外观、性能和寿命均能满足要
求，且经济上合算，即应修补。
反之，技术上无
把握，经济上得不偿失，就不进行修补。
《手工造型工》机械工业出版社
《铸造工艺及设备》机械工业出版社
《热加工实训》机械工业出版社
《造型工》机械工业出版社
《铸造使用数据速查手册》
《铸铁件生产使用技术》等资料
铸件质量
6.656kg
浇注的经验时间
8.8s
铁液的最小上升速度16.1
mm/s
内浇道的截面积
1.6
H均为
253mm
横浇道的
截面积
1.76
直浇道的
截面积
1.84
冒口个数
为
升级会员 