日本人著作熔模铸造资料1

设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 合理的浇注 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 以保证充填和补缩 ———熔模铸件铸造方案设计系列讲座之一 中国科学技术大学 许云祥! 摘 要 合理的浇注速度和静压头、型壳透气性、浇注时的金属液温度和型壳温度、避免浇注时型壳憋气、避免浇注中途 停顿以及保证充填平稳等是保证充填的重要影响因素。避免铸件出现缩孔（松）的 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 有缩孔转移和缩孔分散两种措施， 应根据不同铸件结构合理应用。 关键词：浇注方案 合金充填 铸件补缩 熔模铸造 中图分类号：!"#$%&’ 文献标识码：( 文章编号：)**) + #$$%（#**,）*$ + **’* + *’ 铸造浇注方案是指内浇道如何设置、模组如何组 装、浇注参数如何确定等。铸造浇注方案直接影响铸件 品质以及生产效率，因此合理确定铸造浇注方案是熔模 铸造技术人员日常最重要的工作内容。 ! 保证金属液充填的影响因素 金属液和蜡液的充填试验表明［!］，狭窄型腔的充填 过程可以分为 "个阶段。在充填的第一阶段熔体形成 了凸形弯月面。第二阶段熔体克服了弯月面的表面张 力，力求充填空腔部分。从熔体流的前沿形成固体薄壳 开始进入第三阶段，此时熔体流动速度剧烈降低，最终 在型腔尚未充满前过早地停止了充填。第四阶段，由于 直浇道中压力头的继续提高，或者在惯性力的作用下， 熔体前沿已形成的薄壳破裂，随之形成了窄小的、能量 较小的二次熔体流。在浇注大延续度的薄壁铸件时可 能看到完整的 "个阶段，而在浇注金属液充分过热时， 则在第二阶段就完成了充填过程。因此对于薄壁铸件， 金属液应有一定的浇注速度和过热度。 ) #) 浇注速度 对于壁厚大于 $ %%的铸件，浇注速度一般由浇注 工控制，但对于壁厚小于 $ %%的铸件，则应进行控制 浇注速度的系统组元计算。首先由式（!）［!］计算浇注质 量比速度 !（&’ ( )）。 ! " #$ %! （!） 式中 #———系数，顶注时 # * +#+$，侧注时 # * +#+,，底 注时 # * +#+-； !———铸件薄壁部位的厚度； $———铸件薄壁部位的长度。 ) ## 相对静压头 然后由式（.）［!］求出浇注系统缩颈截面 &+（%.）和相 对静压头 ’/（%）的关系。 &+ ’" / " ! %（"# ." (） （.） 式中 "———损耗系数，"* +#0 1 + #2； #———金属液密度，对于钢取#* 0 +++ &’ ( % 3； (———重力加速度，( * 2#- % ( ).。 式中 ’/指的是模组中最上层铸件顶点与浇口杯 液面的相对高度差以及浇包浇入时的金属液的有效落 差。对于水玻璃型壳，铸钢件的模组组装时的相对高度 差不得小于 0+ %%。另外由式（3）［!］可知，金属液所需 最小相对静压头还与型壳透气性成反比。由于硅溶胶 型壳的透气性小于水玻璃型壳，所以硅溶胶型壳组装时 的最小静压头应比水玻璃型壳大，一般情况下，铸钢件 组装时的相对高度差应大于 !++ %%。 !’/%45 " "!6 ).6（ *+ , *!）. %［"!7- 8# . ..（ * 9 , *.）.］（3） 式中 !’/%45———金属液最小静压头 !6———型壳厚度 )6———型壳蓄热系数 * 9———开始浇注时的金属液温度 *!———开始浇注时的型壳温度 !7———板状铸件壁厚 - 8———型壳透气性 #———金属液密度 .———金属液比热容 *.———浇注终止时的型壳温度 ) #, 型壳透气性 提高型壳透气性可以大大减少铸件浇不足和冷隔 缺陷的产生。对于硅溶胶型壳，! 1 . 层涂料中耐火粉 料和撒砂粒度分布及涂料粘度对透气性有很大的影响， 试验表明#，面层涂料粘度.$)和"+)（" : 詹杯）相比， *’ 精密铸造 特种铸造及有色合金 .++3年第 "期 ! 许云祥，男，!232年出生，教授，中国科学技术大学经济技术学院，合肥（.3++$!），电话：+$$! ; 3"..-,$ 收稿日期：.++3 ; +" ; !+ 编者按：本系列讲座分 3次刊登。从保证充填性；保证补缩，避免产生缩孔（松）；合理分布铸件热量，避免铸件产生热裂；减小内应力和变形； 方便制壳操作；保证排蜡通畅；尽量提高 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 出品率等 0个方面以生产实例系统地阐述如何正确确定熔模铸件的铸造方案。 #：山屋洋树著 #许云祥编译 #精密铸造技术 #内部资料，.++. 万方数据 !：山屋洋树著 !许云祥编译 !精密铸造实用技术 !内部资料，"##" 采用 "$ %涂料的浇不足率比 &# %的降低了 ’$!。 对于壁厚小于 " ((的铸件，模组组装时的最小静 压头 !)除保证上述值外，还需考虑式（&）［’］所示薄壁 处金属液充填过程中表面张力的影响。 !) " "!*+%"#（#$$） （&） 式中 !———金属液表面张力，, - (，对于中碳钢取!! ’ !$ , - ( "———金属液对型腔表面的润湿角，对于钢考虑 到滞后润湿，取". ’/#0 #———薄壁铸件壁厚，( ! !" 金属液的浇注温度和浇注时的型壳温度 金属液的浇注温度和浇注时的型壳温度是保证充 填性的非常重要的因素。虽然熔模铸造的型壳经过焙 烧，且在热型壳下浇注，但熔模铸件大多数是小件、型壳 较薄，型壳出炉后冷却很快。图 ’所示为型壳焙烧后的 炉外冷却降温情况。由图 ’可知，出炉后 1 (23内，型壳 内部温度平均每 ’ (23几乎降温 ’## 4，型壳外部温度 平均每 ’ (23几乎降温 "## 4。加上熔模铸造型壳的透 气性比砂型低，因此实际上熔模铸造的浇注过热度高于 砂型铸造，其大致参考值为过热度 ’1# 5 ’6# 4!。在作 者的生产实践中，对于横浇道类浇注系统由于基本为顶 注，且铸件相对稍大，一般取 ’"# 5 ’1# 4。对于直浇道 类浇注系统多数件为侧注，一般取 ’$# 5 ’6# 4。具体 地说，对 1#&不锈钢，其熔点为 ’ 177 5 ’ &$$ 4，由于一 般工厂 1#&不锈钢 ,2和 89的质量分数偏下限，因此熔 点取 ’ &&# 5 ’ &$# 4，实际浇注温度定为横浇道类’ $6# 5 ’ $/# 4、直浇道类 ’ 6## 5 ’ 6"# 4。对 1’6不锈钢， 其熔点为 ’ 1:’ 5 ’ 177 4，所以浇注温度相对 1#&钢要 低 &# 5 $# 4。对于 &’# 不锈钢，其熔点为 ’ &/" 5 ’ $1" 4，因此浇注温度相对 1#& 不锈钢要高 :# 5 /# 4。当然特殊件的浇注温度应另外处理。 图 ’ 型壳焙烧后的炉外冷却特性! 以上浇注温度是型壳在炉前直接浇注时的出炉温 度，如果是抬包浇注，还需考虑金属液注入浇包过程中 的降温以及浇包本身的吸热影响。图 "所示为金属液 在出炉过程和浇注过程中的降温情况。由图 "可知，钢 液从炉中进入浇包，温度下降了 &$ 4，因此关于抬包浇 注时的出炉温度，山屋洋树!提出，对于保持在 /## 4 以上的浇包，出炉温度在上述直接浇注的温度基础上， 夏季加 &# 4、冬季加 $# 4。 对于薄壁铸件，为了保证充填性、不产生冷隔与浇 不足，除保证内浇道的面积、静压头及浇注过热度外，还 应尽量使型壳出炉浇注迅速，尽量使薄壁部位的型壳冷 却缓慢。 图 " 出炉过程和浇注过程的金属液温度降低注! 图 1所示为小型静翼叶片的蜡模铸造方案。为了 保证平稳充填，采用了底注方案，在环形横浇道上组装 了各个叶片，叶片的前端很薄，因此组装时将薄壁的前 端部位面向中心直浇道方向，利用直浇道的热量使叶片 薄壁部位的型壳冷却缓慢，从而保证了叶片薄壁部位的 金属液充填性，不产生冷隔和浇不足缺陷。 图 1 小型静翼叶片的铸造方案! 图 &所示铸件的前端尖而薄，为了保证前端浇足， 组装时在铸件的前端增设了虚线所示的增强性辅助浇 道，利用此辅助浇道的热量使尖端部位型壳冷却缓慢， 保证了金属液的充填性，同时有效地防止了蜡模尖端被 碰损。 ! !# 避免浇注过程中在型壳内憋气 铸件浇注过程中憋气，增加了憋气部位的气体压 力，降低了充填时的相对静压头，减缓了金属液的充填 速度，因此憋气部位往往是易产生浇不足和冷隔的部 位。图 $ ;所示拨杆铸件，铸件壁厚 1 !6 ((、长度 !# 设计合理的浇注方案以保证充填和补缩 万方数据 图 ! 模组的增强性辅助浇道! !：山屋洋树著 "许云祥编译 "精密铸造实用技术 "内部资料，#$$# %% &&，原先设计上下两个内浇道，钢液从两个内浇道 同时进入，夹在中部的气体无法排出而憋气，中部形成 浇不足类型气孔。后改为图 ’ (所示铸造方案，由一个 内浇道底注，铸件上部设置集气包，型腔内气体在底注 时排进集气包，不仅保证了充填性，不产生冷隔、浇不 足，而且减少了气孔和夹杂缺陷。 图 ’ 拨杆铸件及其铸造方案［#］ )* 直浇道 #* 拉条 +* 集气包 !* 铸件 ’* 内浇道 ,* 横浇道 ! "" 避免浇注过程中途停顿 浇注过程如中途停顿，则停顿阶段金属液流前端极 易氧化结膜和凝固，而产生冷隔、浇不足缺陷，因此浇注 过程中切忌中途停顿。图 , - 方案浇注过程中当金属 液到达拨叉的 ./.位置时，新注入的金属液将全部进入 内浇道在上部的两个拨叉型腔，内浇道在下部的两个拨 叉型腔的充填停顿，结果此两个拨叉型腔的金属液前端 降温凝固结壳，阻碍金属液继续充型，产生浇不足和冷 隔。图 , (所示方案充填连续，避免了浇不足和冷隔。 图 , 拨叉铸件的铸造方案［+］ ! "# 金属液充填过程应平稳 金属液充填过程应尽可能平稳，以尽量减少卷入气 体、夹杂和二次氧化的可能性。底注方案的金属液由下 而上平稳注入，能有效防止型腔内卷入空气而产生的气 孔和针孔。因此对于易产生气孔的铸件和易氧化的合 金应尽量采用底注方案。 在浇注容易产生氧化膜的高合金钢铸件时，常常会 因出现氧化膜而降低铸件的气密性。这些氧化膜有的 是在浇包金属液表面形成的一次氧化膜，也有的是进入 型腔后形成的二次氧化膜。乌拉巴叶夫的研究表明［)］， 浇包中形成的一次氧化膜是经过下部内浇道进入型腔 的，其氧化膜夹杂出现在下部热节，而浇注过程中产生 的二次氧化膜夹杂则出现在上部热节。二次氧化膜的 形成取决于金属液在型腔中的上升速度，当浇注温度为 ) ,$$ 0、金属液上升速度小于 % && 1 2时，金属液的整 个表面上将形成完整的氧化薄膜，而当金属液的上升速 度提高到 #$ && 1 2以上时，氧化薄膜不再形成。乌拉巴 叶夫认为，容易氧化成膜的金属液，在由氧化物构成的 型腔中流动时，金属液面将不断缩紧而紧贴铸型表面， 氧气进入金属液的清洁表面，又重新形成氧化膜，使得 氧化膜不断增厚。当金属流的速度大于 #$ && 1 2时，氧 化薄膜的增长速度被金属流的破坏速度所抵消。为消 除薄膜缺陷，乌拉巴叶夫提出，铸型中的金属液流的上 升速度应处于 ), 3 ,$ && 1 2范围内。图 4 所示为乌拉 巴叶夫建议的阀体铸件的铸造方案。该阀体件质量为 # "’ 56，材质为 78)#9:)%;<=><，原铸造时因夹杂和氧化 膜而在水压试验时渗漏。图 4方案在直浇道和补缩竖 浇道之间设置了切向节流道，因此补缩竖浇道起到了离 心集渣作用。节流道的缩颈截面的大小在保证上述金 属液面上升速度条件下确定。采用该方案后阀体铸件 不再有缩孔、夹杂、氧化膜缺陷，耐压试验达到了要求。 图 4 容易氧化生膜的不锈钢阀体的铸造方案［)］ 金属液在型腔内的流动状态对浇不足、冷隔、气孔 的产生有很大影响。当如图 % - 所示内浇道进入型腔 的断面发生突变时，容易因吸动作用产生负压以及涡 流，因而常常产生冷隔、气孔。此时所产生的冷隔的特 征是铸件的棱角部位出现冷隔线，线的两端有清楚的高 度差。因此在内浇道与铸件型腔相接处设置较大的圆 $% 特种铸造及有色合金 #$$+年第 !期 万方数据 !：山屋洋树著 !许云祥编译 !精密铸造实用技术 !内部资料，"##" 角，减缓断面突变，避免金属液剧烈注入，能减少此类冷 隔和内浇道附近的渣气孔之类缺陷。图 $ %，当从 &和 ’方向浇注时都会产生回流，必然在与孔相应的型芯的 背后容易出现涡流，同时金属液的流动动能减小，使得 孔的上部轮廓下陷和产生冷隔或产生气孔。此时，为了 防止涡流产生，应采用 (方向浇注的方案。 图 $ 金属流的流动与涡流! 浇注时金属液在直（横）浇道内的激烈冲击，很容易 卷入气体而在铸件内形成气孔，为此应缓解直（横）浇道 内的冲击，金属液应尽量贴着杯壁、浇道壁注入。 ! !" 重要铸件采用过滤网或浇注系统集渣包 浇注时很难完全避免卷入杂质粒子。试验发现［)］， 由直浇道上部落入的杂质粒子在直浇道高度方向的各 层铸件上分布是不均匀的，杂质粒子最少的铸件位于浇 口杯液面 )## **以下和直浇道底部 +# **以上，所以 不论是直浇道类还是横浇道类浇注系统，最好在直浇道 底部留有 +# , -# **的缓冲坑。缓冲坑还可容存冷金 属液，减少底部铸件浇不足缺陷。 重要铸件采用陶瓷过滤网可有效防止夹砂和夹杂。 图 .所示为尼基辛开发的一种可捕捉外来夹杂的浇注 系统集渣包结构。 图 . 带缝隙过滤器的金属集渣包结构［)］ )/ 浇口杯 "/ 环形横浇道 +/ 径向缝隙 -/ 突起块 0/ 直浇道 " 铸造浇注方案应保证补缩，避免产生 缩孔（松） 缩孔（松）是金属液凝固时体积收缩的结果。金属 凝固时的体收缩在重力作用和大气压力的推动下，将出 现凝固收缩流动，使一部分金属液从铸件系统中冷却慢 的部位流向冷却较快的部位，而在冷却慢的部位留下空 洞，形成缩孔。缩松则是铸件局部凝固时金属液补缩困 难形成的。钢液凝固时体积收缩是一种自然规律，因此 就包含浇注补缩系统在内的铸件系统而言，缩孔（松）是 不可避免的，但仅就铸件而言是可以避免的。 防止缩孔的措施主要有两种。其一是缩孔转移，所 谓转移是指将缩孔由铸件本体中转移到浇注补缩系统 中去。为了实现缩孔的转移，铸件的凝固过程必须遵循 顺序凝固原则，即从铸件远处的薄壁部位到最后的补缩 组元（冒口、直浇道、横浇道或浇口杯等）的凝固时间必 须遵循连续增长的原则。此类铸件的内浇道（或冒口） 应设置在铸件热节部位，原则上是有几个热节则需设置 几个内浇道（或冒口），同时补缩组元应储存安全的补缩 金属液量。 图 )#所示为 1型快速接头铸件简图。原设计方案 在 )"方的端面上设置了两个内浇道，采用横浇道类浇 注系统。很显然 ’部位的凝固时间比 &部位长，形成 不了 ’!&!内浇道的凝固顺序。但由壁厚可知，’部 位与 &部位的凝固时间差并不太大，因此采用了空隙 保温法［)］，在涂挂了 -层以后在型壳的 &部位刷上蜡， 然后继续涂挂至 2层。型壳焙烧后如图 )# %所示在 & 部位相应型壳中形成了 ) , )!0 **的空隙，浇注后可以 明显观察到 &部位型壳外表比其他部位型壳外表颜色 暗，说明空隙具有明显的保温作用。研究表明［)］，&部 位的凝固时间可以延长约 ) ! 0倍，从而保证了 ’!&! 内浇道的凝固顺序，避免了 ’部位出现缩孔（松）。 图 )# )0"!- **（2英寸）快速接头铸件简图 及型壳空隙（+#-和 +)2）［-］ 防止缩孔的另一措施是缩孔分散，也就是通常所说 的同时凝固法，其本质是将缩孔分散到铸件各个部位， 主要应用于壁厚较薄且较均匀而难以实行顺序凝固时， 将缩孔转移到浇注补缩系统中去的铸件或铸件部位。 此时铸造方案设计应避免形成新的过热点，对局部轻微 的热节而又难以设置内浇道和冒口的铸件部位（孤立热 节）应设法改善其散热条件，提高其凝固冷却速度。 图 ))为 ++ !) **（) !0英寸）3 )" !4 **（# !0英寸）异 径有边接头。原铸造方案如图 ))中虚线所示在大孔端 面设置了两个内浇道 &，钢液从内浇道进入后沿管壁和 #$ 设计合理的浇注方案以保证充填和补缩 万方数据 肋腔流动冲击 !处型壁，!处形成过热点，且由于两个 内浇道使铸件内腔封在浇注系统一侧而导致内腔散热 缓慢，但铸件外侧的两根肋仅为 " ## $ %&’ ##，起不到 补缩通道作用，因而铸件内腔相应 !处出现缩松，钝化 后该处发暗黑。后将内浇道改为如图中所示 ( 处，避 免了钢液冲击形成过热点，组装时大端内孔敞开加快了 内腔的凝固冷却，!处缩松不再出现。 图 %% ""&% ##（%&’英寸）) %* &+ ##（,&’英寸） 异径有边接头铸件简图（",-，"%.）［-］ 图 %*所示为 ’, & / ##（*英寸）球阀手柄的铸造方 案。图 %* 0所示原方案在手柄的两端附近设两个内浇 道，采用框形横浇道，每组装 *件。手柄中部槽形的上 侧受横浇道影响型壳散热不良，致使上侧过热，槽部上 侧金属液如箭头所示向下侧补缩流动，而使 !部位产 生外露缩松。图 %* 1为改进后的铸造方案，在手柄的 大端和中端附近设 *个内浇道，采用框形直浇道，每侧 组装 "件，两侧组装时铸件适当叉开，合计每组装 .件， 保证了型壳散热，不仅铸件工艺出品率由 *,!提高到 ’,!以上，而且消除了槽部内侧的外露缩孔。 图 %* ’,&/ ##（*英寸）球阀手柄的铸造方案示意［-］ 图 %" 0为 *’ &- ##（%英寸）球阀阀体铸件简图，图 中虚线所示为内浇道。由图 %"可知阀体中孔附近为局 部热节，但因较难设置内浇道补缩而成为孤立热节，因 此铸件易在中孔附近出现缩孔（松）。图 %" 1所示铸造 方案，采用横浇道，将中孔朝下。硅溶胶型壳强度高，浇 注后将铸件型壳组叉放在铁板上或湿砂上，可加快中孔 部位的凝固冷却速度，避免中孔附近产生缩孔。对此类 孤立热节的型壳进行局部水淬激冷处理，能有效防止该 处产生缩孔［’］。型壳局部水淬激冷处理为将焙烧后的 型壳从焙烧炉中挑出，在浇注前迅速将型壳的孤立热节 相应部位浸入水中一定深度（本件为 + 2 *, ##），水淬 " 2 / 3，然后从水中提出型壳，叉壳至炉前浇注。局部水 淬型壳从水中提出后，型壳未淬部分将向水淬部分传 热，使水淬后的局部型壳温度回升至 *’, 2 -,, 4，在此 温度条件水淬部位型壳内的自由水和吸附水已经消失。 浇注时水淬部分的铸件处于较低的型壳温度条件下凝 固，提高了孤立热节的凝固冷却速度，因而防止了该处 产生缩孔。 图 %" *’&- ##（%英寸）球阀阀体铸件简图 及铸造方案（",-，"%.）［-］ 参 考 文 献 % !"#$%%&"’(&)&*+,-./#01#2$3.3456$#23&457"510：408&%57*9 55$%&$，%6/- * 熔模精密铸造编写组 &熔模精密铸造：上册 &北京：国防工业出版社， %6/%& " 张尔玺 &熔模组合设计与铸件质量 &特种铸造及有色合金，%6/’（’）：-- 2 -/ - 许云祥 &熔模铸钢件缩孔（松）的防止 &特种铸造及有色合金，*,,*（%）： *+ 2 *6 ’ 刘学庆，许云祥 &熔模铸件孤立热节型壳局部水淬激冷试验 &特种铸造 及有色合金，*,,"（*）：’, 2 ’% !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! " "" " （编辑：张振斌） 杭州学林科技开发服务部铸造研究室 杭州余杭亚太化工有限公司 杭州富阳江南轻工包装机械厂 提供铸造专业咨询资料和 消失模模料（7899:）及发泡制模工艺设备 （%）需咨询资料联系方式 联系地址：杭州市文二路 .,号 *"’室 邮编："%,,%* 联系人：章舟 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师 电话：,’+% ; //,.*%*, 开户银行：建行杭州高新开发区支行 单位名称：杭州市西湖区学林科技开发服务部 帐号："",.%.+"’*.%"+’6 （*）需消失模模料联系方式 联系人：唐锁云高级工程师 电话：,’+% ; /."/%+’6 /."+/6// 手机（,）%",.’+*+"6 （"）需发泡制备设备联系方式 联系人：吕清波厂长 电话：,’+% ; ."*’%’/* 手机：（,）%"+,./%-’*, !" 特种铸造及有色合金 *,,"年第 -期 万方数据