精密鑄造鑄件工藝及澆冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì)_第1頁
精密鑄造鑄件工藝及澆冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì)_第2頁
精密鑄造鑄件工藝及澆冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì)_第3頁
精密鑄造鑄件工藝及澆冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì)_第4頁
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文檔簡介

1、第六章 鑄件工藝設(shè)計(jì)第一節(jié) 概 述 為了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)而價(jià)廉的包模鑄件,做好工藝設(shè)計(jì)是十分重要的。在做工藝設(shè)計(jì)之前,首先要考慮選用包模鑄造工藝生產(chǎn)時(shí),在質(zhì)量、工藝和經(jīng)濟(jì)方面的幾個(gè)問題。 1.鑄件質(zhì)量的可靠性 對于鑄件質(zhì)量上的要求,一般是包括兩個(gè)方面,一是保證技術(shù)要求的尺寸精度、幾何精度和表面光潔度,二是保證機(jī)械性能和其它工作性能等內(nèi)在質(zhì)量方面的要求。 包模鑄造具有少切削、無切削的突出優(yōu)點(diǎn)。近年來,由于冶金技術(shù)、制模、制殼材料和工藝以及檢測技術(shù)等方面的發(fā)展,包模鑄件的外部和內(nèi)在質(zhì)量不斷提高,所以它的應(yīng)用范圍愈來愈廣。不少鍛件、焊接件、沖壓件和切削加工件,都可以用熔模鑄造方法生產(chǎn)。 這對于節(jié)約機(jī)械加工工

2、時(shí)和費(fèi)用,節(jié)約金屬材料,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低成本都具有很大意義。 但是,熔模鑄造生產(chǎn)的鑄件,由于冶金質(zhì)量、熱型澆注引起的晶粒粗大、表面脫碳以及內(nèi)部縮松等方面的原因,鑄件的機(jī)械性能(尤其是塑性),還存在一些缺陷。對于某些受力大和氣密性要求高的鑄件,采用包模鑄造時(shí),應(yīng)充分考慮零件在產(chǎn)品上的作用和性能要求,以確保其使用可靠。有些結(jié)構(gòu)件改用包模鑄造生產(chǎn)時(shí),必須考慮原用合金的鑄造性能是否能滿足零件的質(zhì)量要求,否則就需要更改材質(zhì)。 2.生產(chǎn)工藝上的可能性和簡易性 熔模鑄造雖然可以鑄造形狀十分復(fù)雜的、加工量甚少甚至不加工的零件,但零件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小和重量等,必須符合熔模鑄造本身的工藝要求。如鑄件

3、最小壁厚、最大重量、最大平面面積、最小孔槽以及精度和光潔度要求等,都要考慮到工藝上的可能性和簡易性。 3.經(jīng)濟(jì)上的合理性 采用包模鑄造在經(jīng)濟(jì)上是否合理,要從多方面考慮。按每公斤的價(jià)格來說,包模鑄件與同類型鍛件相近甚至還高些,但是由于大幅度減少了加工量,因而零件最終成本還是低的。 但也有些零件,可以利用機(jī)械化程度較高的方法生產(chǎn),例如用自動(dòng)機(jī)床高速加工、精密鍛造、冷擠壓、壓力鑄造等等,這時(shí),用包模鑄造法生產(chǎn)在經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性就不一定顯著,甚至成本還可能高一些,所以在這種情況下,就不一定選用這種方法了。 總之,選擇包模鑄造法生產(chǎn)時(shí),耍從其工藝特點(diǎn)出發(fā),以零件質(zhì)量為中心,并兼顧生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的要求。

4、在確定用包模鑄造方法生產(chǎn)之后,工藝設(shè)計(jì)的任務(wù)就是要確定合理的工藝方案,采取必要的工藝措施以滿足零件質(zhì)量的要求。 工藝設(shè)計(jì)是理論和實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物,是技術(shù)理論和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)性技術(shù)資料。還要力求使設(shè)計(jì)符合實(shí)踐性、科學(xué)性。 做好工藝設(shè)計(jì)要搞好兩個(gè)方面的調(diào)查研究。首先必須對生產(chǎn)任務(wù)、產(chǎn)品零件圖、材質(zhì)和技術(shù)要求等方面進(jìn)行深入分析:其次,要對生產(chǎn)條件如原材料、設(shè)備、工藝裝備 加工和制造能力、工人的操作技術(shù)水平等方面進(jìn)行深入的了解。只有做好這兩個(gè)方面的調(diào)查研究,才能使設(shè)計(jì)符合生產(chǎn)實(shí)際情況。 工藝設(shè)計(jì)的好壞也要從質(zhì)量、工藝和經(jīng)濟(jì)這三方面去衡量。一項(xiàng)良好的工藝設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)能在正常的生產(chǎn)條件下,穩(wěn)定鑄件質(zhì)量,簡化生

5、產(chǎn)工藝,效率高而成本低。 熔模鑄造工藝設(shè)計(jì)通常包括下列幾項(xiàng)內(nèi)容,(1).分析鑄件結(jié)構(gòu)工藝性, (2)確定工藝方案和工藝參數(shù),(3)設(shè)計(jì)澆冒口系統(tǒng), (4)繪制工藝圖或鑄件圖。第二節(jié) 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性分析 鑄件結(jié)構(gòu)工藝性對于零件質(zhì)量,生產(chǎn)工藝的可能性和簡易性以及生產(chǎn)成本等影響很大。結(jié)構(gòu)工藝性不好的鑄件,往往孕育著產(chǎn)生缺陷和廢品的可能性,也會(huì)增加制造成本。所以,做工藝設(shè)計(jì)時(shí),首先要審查零件圖,審查的目的有二:一是審查零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否符合包模鑄造的生產(chǎn)特點(diǎn),對于那些設(shè)計(jì)不合理的部分進(jìn)行修改。第二個(gè)目的是根據(jù)已定的零件結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求,采取相應(yīng)措施以保證質(zhì)量。 根據(jù)熔模鑄造生產(chǎn)特點(diǎn),零件結(jié)構(gòu)工藝性要考慮以

6、下要求。1)經(jīng)濟(jì)性 在精密鑄造的生產(chǎn)中,其蠟型是。 在包模鑄造上,金屬模的目的是在在射蠟機(jī)中,利用壓力將液態(tài)、糊態(tài)或半固態(tài)的蠟擠射入金屬模內(nèi),生產(chǎn)蠟型或塑料型,這些型是用來生產(chǎn)陶瓷模的,不論是實(shí)體?;蛐蜌つ?。所有的模型都是可逝性的。在制模的關(guān)鍵性問題上,是如何將蠟型或塑料型從模具中取出,以及如何將芯子從模型中取出等。至于其它的制模問題,用于砂模鑄造的原理同樣適用于包模鑄造 圖2 鑄件內(nèi)角的重設(shè)計(jì)(2)在圖1中,一個(gè)包模鑄件因?yàn)閮?nèi)圖1 鑄件內(nèi)角的重設(shè)計(jì)(1) 部有一圓角,而且需要用兩個(gè)抽芯,A及B兩個(gè)芯子進(jìn)出的方向如圖1(a) 所示,要想將有倒鉤的芯子抽出而又不傷損工件是根本不可能。于是,重新設(shè)

7、計(jì)工件,如圖1(b),將內(nèi)圓角取消,以避開這種芯子有倒鉤無法抽出的困繞。倘若要生產(chǎn)原設(shè)計(jì)有內(nèi)圓角的工件,惟有舍棄金屬抽芯,而用成本較高的水溶性芯子,隨同蠟型一起自模中取出,再用酸蝕及水溶法將芯子自蠟型中除去,如此可保持工件的內(nèi)圓角而又不會(huì)損傷蠟型。圖2系一個(gè)有弧形通道的工件,同樣如圖2(a) 的設(shè)計(jì)也無法用金屬抽芯來制模,若改為圖2(b) 的設(shè)計(jì),將內(nèi)圓角改為尖角,則可以用兩支抽芯做出弧形通道的內(nèi)孔。 圖3刀具余隙的再設(shè)計(jì) 為了后繼的加工,往往在工件設(shè)計(jì)時(shí),一般為避免撞機(jī)的困繞,預(yù)先留有一個(gè)讓出刀具到位時(shí)的間隙,如圖3(a) 所示,但無法抽出金屬芯子,若改為圖3(b) 的設(shè)計(jì),就可以用金屬抽芯

8、直接做出刀具余隙。另外如圖4(a)之原始設(shè)計(jì)雖然內(nèi)孔通道很圓滑,但必須要用較昂貴的水溶性芯子或陶瓷芯子,而且,在鑄造后,清除孔道中陶瓷材料非常困難,若改為(b)的設(shè)計(jì),可直接由六個(gè)金屬抽芯來射制蠟型,另在一 圖4內(nèi)孔通道的再設(shè)計(jì) 個(gè)多出的孔洞則可在鑄件完成后再設(shè)法塞上或焊死??纱蠓忍岣呱a(chǎn)效率及降低成本。2).現(xiàn)實(shí)性 精密鑄造與其它的制造方法一樣,有其一定的極限,因此,在鑄件精度的考慮上,應(yīng)面對現(xiàn)實(shí),設(shè)計(jì)可以達(dá)得到的標(biāo)準(zhǔn),否則,良品率太低,就喪失了用精密鑄造降低生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)效率的目的了。當(dāng)鑄件芯子部位因受熾熱的金屬圍繞,內(nèi)外部份的散熱狀況不一致,內(nèi)部陶瓷受高溫而膨脹,但外部因有金屬包覆

9、又無法自由伸展,陶瓷材料因而有強(qiáng)烈的彎曲變形的應(yīng)力,此時(shí),外部熱的不均勻分布,芯部自然向高溫部分扭曲變形,便使鑄件的壁厚產(chǎn)生了不均勻的結(jié)果。其變化差異如下內(nèi)孔的長度 in.壁厚的公差 in.2244±0.005±0.010±0.012有孔空心包模鑄造件根據(jù)可能的精度其設(shè)計(jì)通則: 3)鑄造性a) 壁薄的包模鑄件包模鑄造工藝幾乎制造任何金屬的復(fù)雜鑄件,也可以在小零件的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)上,有助于達(dá)到輕薄短小的目的,獲得最大的強(qiáng)度重量比值。在設(shè)計(jì)最小壁厚時(shí),金屬熔液的流動(dòng)性是一個(gè)非常重要的考慮因素,因?yàn)樗苯佑绊懙浇饘僖簩δQǔ涮畹哪芰?。幾乎同等重要的另一要素,是熔液在充填模?/p>

10、時(shí),金屬液的澆注補(bǔ)充距離,以及鑄件表面積之大小,金屬的凝固狀況,固、液相線的差異度,都?xì)w納于鑄造性中,尤其對薄壁鑄件特別重要。金屬最小壁厚 in.碳鋼0.060300系不銹鋼0.050400系不銹鋼0.065鋁合金0.050鎂合金0.050鋁青銅(10%Al)0.060鈹銅0.040鈷-鉻合金0.050表2 1in.長管件對各種金屬之最小壁厚可鑄出的最小壁厚與合金種類、澆注工藝方法、以及鑄件的輪廓尺寸等因素有關(guān)。表 2 列舉的是1in.長管件對各種金屬包模鑄件之最小壁厚。其實(shí)這些數(shù)值并不是真正的最小壁厚,誠如前述,金屬液的澆注過熱溫度、澆注速率、殼模預(yù)熱溫度、鑄件的形狀及薄壁部分的表面積等都會(huì)

11、影響最小壁厚的尺寸,這個(gè)表中之建議值為工業(yè)生產(chǎn)上的經(jīng)驗(yàn)值。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)下生產(chǎn),良品率最好,亦即澆不足及微縮孔的現(xiàn)象最少。在Fig. 7 的上圖表顯示一個(gè)在最小厚度與最大長度的相互關(guān)系,而下圖表則顯示在鑄件有通孔或盲孔時(shí),孔徑與孔深的關(guān)系。因?yàn)殍T造過程尚有許多參數(shù)會(huì)影響其最大值與最小值,但此數(shù)值仍有其參考價(jià)值。雖然熔融金屬液是澆注入已預(yù)熱的型殼,但是它仍然可能如同其它的鑄造工藝一樣,在金屬充滿薄壁部分之前,先行凝固。當(dāng)有高的面積與厚度比值時(shí),會(huì)促使金屬液快速冷卻及凝固,不論如何,金屬液在充滿模穴的過程中,所需行進(jìn)的距離必須要特別注意,雖然在同樣的面積與厚度比值,且厚度相同時(shí),若要完全注滿1/2in

12、. 寬、2in. 長的模穴,自然比注滿2in. 寬、1/2in. 長的模穴要難得多。澆注溫度在某一特定厚度鑄件及金屬上,往往選擇可能狀況下以較低的溫度,以期避免諸如氣孔,夾渣、模壁反應(yīng)及其它因溫度過高而產(chǎn)生的鑄疵。不過在澆注薄件時(shí),為求延長金屬液在注滿模穴的過程中開始凝固的時(shí)間,往往還是以提高模溫及金屬液溫來達(dá)到目的。 通常, 較低的模溫因?yàn)榭梢约铀俳饘僖旱哪蹋梢詼p少模壁反應(yīng),而有較好的表面光潔度,在薄壁鑄件生產(chǎn)時(shí),則為了能使金屬液充分澆滿型殼,祇有犧牲表面質(zhì)量,而提高模溫。在生產(chǎn)高爾夫球之不銹鋼金屬木桿頭(metal-wood)時(shí)因表面積很大且厚度絕大部分僅有0.030 in.,許多廠家

13、在沒有改變澆道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)情況下,為了避免澆不足,而一味的提高鋼水溫度(超出熔點(diǎn)約300)及型殼的預(yù)熱溫度(約1400),結(jié)果,澆不足的情況有明顯的改善,但微縮孔一堆及因型殼超溫軟化變形而鑄件厚度大于蠟件厚度的情況層出不窮,筆者在改正澆道系統(tǒng),增大澆注速率,縮短澆注補(bǔ)充距離后,鋼水溫度降低了100,型殼預(yù)熱溫度保持在1150(低于硅氧膠的軟化點(diǎn)),同樣可鑄滿,而又不會(huì)有微縮孔及變形增加厚度的缺陷。b)壁的連接當(dāng)兩壁相接便會(huì)產(chǎn)生圖中所示的熱截圓的變化,d大于a,b,c,換言之,就是d處熱儲(chǔ)量最大,凝固最慢,因此,在d處自然在沒有冒口補(bǔ)充的情況下,非常容易產(chǎn)生縮孔。在實(shí)際生產(chǎn)時(shí),我們常常為了減弱兩壁

14、相接處的熱點(diǎn)效應(yīng),任意加大該處內(nèi)圓角(Fillet)的r,熱點(diǎn)問題是解決了,但相對的增大熱截圖的直徑,使縮孔移向鑄件的內(nèi)部,嚴(yán)重時(shí)甚至于會(huì)產(chǎn)生表面凹陷的現(xiàn)象。如今將在生產(chǎn)上常會(huì)碰到的兩壁相交的情況列舉于圖中,并提出改正的設(shè)計(jì)建議。鑄件壁厚設(shè)計(jì)要力求均勻,減少熱節(jié)。圖6-1所示為重7.5公斤的殼體鑄件,原設(shè)計(jì)如a圖所示,在A、B、C、D、E、F五處壁過厚,易形成各種鑄造缺陷。后改成b圖所示,即將上述五處壁厚減薄,形'成67mm壁厚的箱形結(jié)構(gòu)。9D及17Do兩孔鑄出以消除該處熱節(jié)。F孔不鑄,澆口設(shè)在此處。修改后鑄件壁厚均勻,重量減輕至2.3kg。壁的交接處要做出圓角,不同壁厚間要均勻過渡,

15、這是防止熔模和鑄件產(chǎn)生變形和裂紋的重要條件。圖6-2所示為鑄件壁的幾種常用連接形式及其相關(guān)尺寸。二、平面熔模鑄件要盡可能避免大的平面,因?yàn)榇笃剑擅嫔蠘O易產(chǎn)生夾砂、凹陷、桔皮、蠕蟲狀鐵刺等表面缺陷,所以鑄件上的平面一般應(yīng)小于200×200mm有大平面的鑄件最好設(shè)計(jì)成曲面或階梯形平面,或在平面上開設(shè)工藝槽、工藝筋、工藝孔等,以防止涂料堆積和型殼的分層、鼓脹。圖6-3所示零件在A、B、C處均有大平面,C處有盲孔。在制殼流水在線生產(chǎn)時(shí),幾個(gè)平面均易產(chǎn)生缺陷,而且肓孔處在上涂料、撒砂和硬化時(shí)均感不便,鑄件廢品率較高.。后將平面A改成凸面作為熔模預(yù)變形(2毫米),并增設(shè)圓環(huán)形工藝筋2,B平面做

16、出工藝槽1,C平面做出二個(gè)工藝孔3,變盲孔為通孔,在工藝條件相同的情況下,鑄件廢品率由2050降至5%以下,并能穩(wěn)定地進(jìn)行生產(chǎn)。三、孔 和 糟熔模鑄造可鑄出比其它任何精密鑄造法都復(fù)雜的孔型和內(nèi)腔,從而可以大大節(jié)約加工工時(shí)和金屬,并可減輕零件重量。對于鑄鋼件,可鑄出直徑1.01.5mm的小孔。但是,孔和內(nèi)腔的存在,往往使工藝復(fù)雜化,增加生產(chǎn)成本。故從工藝性角度考慮,孔腔形狀不宜過于復(fù)雜,數(shù)量要少。有內(nèi)腔的鑄件,要有兩個(gè)或更多的通孔,以便于上涂料和撒砂,并使內(nèi)外型殼能牢固地連接在一起保證焙燒和澆注時(shí)內(nèi)部型殼(即型芯)位置穩(wěn)定,也便于內(nèi)腔的清砂。, 零件上要力求避免盲孔。有鑄槽的零件,鑄槽的寬度和深

17、度要有一定限制。過窄過深的鑄槽涂料層過薄,強(qiáng)度不夠,清砂也比較困難。表6-2和'圖6-4所示為黑色金腐熔模鑄件鑄槽深度的尺寸。四、鍛件沖壓件和切削加工件改為熔模鑄件時(shí)的結(jié)構(gòu)要求由鍛件和切削加工件改為熔模鑄件時(shí),在滿足零件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度前提下,要力求減薄壁厚,并使之均勻,減少熱節(jié),如圖6-5所示。沖壓件和焊接件壁薄而平面大,結(jié)構(gòu)剛度小,改為熔模鑄件時(shí)要適當(dāng)增加壁厚,合理布置加強(qiáng)筋和工藝孔,減少平面面積,提高結(jié)構(gòu)剛度。從簡化生產(chǎn)考慮,有時(shí)將幾個(gè)零件合并成整體件,以節(jié)約原來的加工和裝配工時(shí)。例如 圖6-6所示的車床手柄原由三個(gè)機(jī)械加工件組成,改為整體熔模鑄件后,加工工時(shí)由原來88分鐘減少到1

18、8.5分鐘,且節(jié)約了許多金屬材料。整體鑄件也可以是不同合金材料制成的零件,此種結(jié)構(gòu)稱做鑲合鑄件。圖6-7所示為鑄鋁殼體零件局部鑲有黃銅套,改為整鑄件時(shí),可將加工好的銅芯(即鑲件2)放入壓型c)實(shí)例實(shí)例1 在圖中可見到,當(dāng)澆口前有一孔,金屬進(jìn)入模穴后,首先沖擊該孔洞的陶殼,水流分成二股,減緩了流速,當(dāng)金屬液流到最遠(yuǎn)程僅有厚度的地方,液流溫度己降到無法將兩股液流融合一起的地步,而產(chǎn)生了澆不足的廢品,倘若,將澆口前的孔舍棄不做出來,待鑄造后再加工,則澆不足的缺點(diǎn)完全克服了,不再有澆不足的缺陷。實(shí)例2 在實(shí)際生產(chǎn)的情況下,往往是鑄件壁厚的區(qū)域,被薄壁分割,會(huì)造成澆滿及凝固補(bǔ)縮的困繞。圖6描述如何對鑄件

19、用一點(diǎn)簡單的小修正來克服上述的問題。圖中為8630中碳鎳鉻鉬低合金鋼之包模鑄件,此鑄件系由薄壁部分連結(jié)兩端的厚壁部分,這種狀況經(jīng)常造成澆不足及補(bǔ)縮不良的疵病。這個(gè)鑄件系由三個(gè)凸出部分當(dāng)澆口,當(dāng)其中兩個(gè)澆口處加寬,使其能直接與桁架支柱A連接,使鋼水直接流入厚壁部分以消除冷接現(xiàn)象,加大凸出部分體積,同時(shí)也加大凸出部分傳給型殼的熱,因此可以延長鋼水在薄壁處的凝固時(shí)間,還使原先被阻隔開的厚壁處有較長時(shí)間的補(bǔ)縮,亦因而消除了這部分的縮孔問題。至于第三個(gè)凸出部分雖然同樣加大,但因沒有與桁架柱支 A連接,不產(chǎn)生質(zhì)量改良的效果,僅是為了三個(gè)凸出部分一致而已。實(shí)例3 圖是一個(gè)兩端及中間部份都是厚而卻被厚度僅的薄

20、壁部份連接的8620低合金鋼鑄件,在原設(shè)計(jì)的條件下,雖然用了6個(gè)澆口及兩條小的連接肋,但鑄件的結(jié)果并不理想。經(jīng)過檢討,將原設(shè)計(jì)僅0.050高,0.125寬的連接肋,改為0.091高,0.400寬后,使連接肋變成補(bǔ)縮肋,僅用2個(gè)澆口便可鑄出良好的鑄件。實(shí)例4 熱裂(Hot tearing)及冷裂( cold cracking)也可能在精密包模的薄壁件上發(fā)生,熱裂可能在鑄件壁厚無法承受金屬在型殼中凝固冷縮而造成的應(yīng)力,而冷裂與扭曲變形則可能肇因于鑄件厚薄不勻,產(chǎn)生應(yīng)力增大及集中,使薄壁處在持續(xù)冷卻過程中,超過負(fù)荷而發(fā)生 ,雖然很少有機(jī)會(huì)設(shè)計(jì)完全均勻厚度的鑄件,但是厚度的急變卻應(yīng)盡量避免。如圖所示,

21、為一由1722AS不銹鋼制造的支撐圈,其直徑為28吋,內(nèi)及外砝藍(lán)均為0.25吋厚,鑄造后再用車床加工至0.16吋厚,而中間連接的腹板(web)僅有0.16吋厚,在生產(chǎn)時(shí),澆不足及熱裂(hot tearing)的現(xiàn)象非常嚴(yán)重,甚至在熱處理時(shí),經(jīng)常有發(fā)絲狀裂紋(hairline crack)出現(xiàn),雖然將中間腹板的厚度增加到0.25吋,就可解法這種疵病,但受重量的限制而不可行,最后,鑄造工桯師用了56個(gè)冒口才解決這個(gè)問題。包模鑄造的澆冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì)包模鑄造是一種復(fù)雜的多因素交互作用的生產(chǎn)過程。在這個(gè)過程中,澆冒口系統(tǒng)不僅起著充填金屬的作用,而且影響著鑄件的凝固、收縮和冷卻時(shí)的溫度梯度。許多鑄造缺陷如縮

22、孔、疏松、氣孔、夾渣、熱裂和變形等,都與澆冒口系統(tǒng)有密切關(guān)系,所以它對鑄件質(zhì)量的影響很大。設(shè)計(jì)澆冒口要考慮多方面的因素,如鑄件質(zhì)量的要求(致密度、結(jié)晶粒度等),鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(尺寸、重量、壁厚和形狀復(fù)雜程度等)、合金種類,制殼工藝特點(diǎn)等等;此外,各廠各地不同的習(xí)慣、傳統(tǒng)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)也要充分重視,所以澆冒口設(shè)計(jì)也是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)間題。一.澆注系統(tǒng)的作用和要求如下:圖l 金屬液在模穴中其自由表面的形狀(l)把液體金屬引入型腔 因此對于易氧化的合金應(yīng)盡量要求充填平穩(wěn),不產(chǎn)生噴射、飛濺和渦流以及因之而引起的卷入氣體、夾雜物和合金二次氧化等缺陷。對于薄壁鑄件應(yīng)盡量保證充填良好,不產(chǎn)生冷接(cold shu

23、t)、澆不足(misrun)現(xiàn)象。金屬液在模穴中其自由表面的形狀(如圖l.),與一般液體在容器的形狀完全一樣,表面水平部分系與澆注系統(tǒng)金屬液重力平衡有關(guān),而模壁部分則隨金屬液的表面張力,以及金屬液與陶瓷模壁的潤濕性有關(guān)。形成半徑Rm的凸出面和與陶瓷模壁產(chǎn)生的接觸角,在厚件中 2Rm式中 鑄件肉厚 Rm自由表面與模壁之間的圓弧半徑 金屬液與陶瓷模壁的接觸角,對鋼液而言,模壁的潤濕性約為180。金屬液在模穴中的充填工作,僅需考慮自由表面隨金屬液重力平衡的上升速度,因此,比較容易澆足模穴。在薄件中 2Rm金屬液在模穴中的充填工作,其重力必須突破金屬液的表面張力,才能順利充填模穴。因此,薄件比厚件難以

24、澆滿。對鋼液而言,3mm以上為厚件,3mm以下為薄件考慮。 金屬液在模穴中的充填工作,共分為四個(gè)階段,圖2.為石蠟熔液模擬金屬穴中流動(dòng)狀況。第一階段金屬液流入模穴,因表面張力而形成的凸緣弧線,隨著液面的上升而增加,當(dāng)金屬液的壓力超出表面張力之阻抗,就進(jìn)入第二階段,快速充填模穴,在連續(xù)充填的過程中,進(jìn)入第三階段,先進(jìn)入模穴之金屬液隨著溫度降低,開始在金屬液的前端形成凝固膜,使金屬液的流速降低,甚至在完全兗滿前,因凝固膜加厚而阻止金屬液繼續(xù)流動(dòng),第四階段是金屬液的壓力超出前端凝固膜之阻抗,突破凝固膜之阻抗,產(chǎn)生二次金屬液流繼續(xù)充填工作,再度經(jīng)歷前四階段過程。假如金屬液有足夠的超溫,可能在第二階段以

25、前,便完全充滿模穴。金屬液的靜壓力對是否能完全充滿模穴,有密切的關(guān)系,一般以壓頭高Hp示之 上式中 表面張力,熔融中碳鋼約為1500dyn/cm 鑄件肉厚,cm 金屬液的表面張力,gm/cm3 g重力加速度,cm/sec2 從上式中加以計(jì)算,在1.5mm寬的模穴中,其壓頭高要3cm,而0.5寬的模穴中,其壓頭高要9cm才足夠。當(dāng)金屬液的溫度提高,表面張力值隨之而降,其壓頭高度之需求亦隨之而降。 高度約280mm的澆道,澆注80mrn長的薄片,以測試在不同厚度的情況下,金屬液的充填性。當(dāng)厚度為2.3mm時(shí),薄片的尾端均可澆到。當(dāng)厚度減為1.3mm時(shí),薄片的尾端就難以澆到。當(dāng)厚度減為0.7mm時(shí),

26、僅可澆到數(shù)mm長。一般而言,利用包模鑄造法生產(chǎn)鋼鑄件時(shí),當(dāng)鑄件肉厚為11.2mm以下時(shí),往往會(huì)有大量澆不足的現(xiàn)象,這就要依賴制程工程師調(diào)整型殼的焙燒溫度及鋼液的超溫來解決。自然伴隨著凝固延緩而致結(jié)晶粗大的缺點(diǎn)。在直澆道系統(tǒng)中,充填性最佳的是在中間偏下部位,上面部位可能壓頭高度不夠,亦即靜壓不足,而最大部位可能是金屬液的穩(wěn)流狀態(tài)不佳及初入之金屬液溫度較低之故。如圖3所示,黑色部分表示澆不足的區(qū)域,第一層到第三層,其澆到的部分僅達(dá)60%,其總壓頭高為80mm,扣除澆口杯未澆滿的高度,其實(shí)際高度恐怕不足80rnrn,第四層的澆滿率達(dá)90%,第五層及第六層為100%,第七層為85%。倘若組樹方案略微升

27、高金屬液的溫度,則第四層以下部位者均可澆滿,這個(gè)測試可以顯示,若要減少澆不足的缺點(diǎn),焊蠟組樹時(shí),雖然根據(jù)理論計(jì)算最少要有70mm的壓頭,但實(shí)際作業(yè)時(shí),為了確保良品率,一般在最上層的一件都保有100mm的壓頭高度。為求下層能夠澆滿,往往在組樹時(shí),要提高3040mm焊工件,使冷金屬及亂流都存在于澆道的底部。在決定澆注系統(tǒng)時(shí),往往要先考慮是上注(頂澆)或下注(底澆),上注法在澆注薄件時(shí),因?yàn)闊釗p失最少,流動(dòng)距離最短,并充分利用重力加速度,對澆注薄壁鑄件的充滿性,有相當(dāng)?shù)膸椭粢韵嗤谋”阼T件,用上注及下注來做充滿性比較時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)上注可以100%澆滿,但下注法可能祇能有50%的充滿度。上注法雖然對金

28、屬液的充填性有很大的助力,但隨之而來的因渦流產(chǎn)生的卷氣造成鑄件氣孔,金屬氧化夾雜物等疵病相對增加。圖4.顯示了幾種常用的典型上注及下注澆道系統(tǒng),type中A及B一般用來生產(chǎn)小型鑄件,有最直接而短的澆注距離,有最好的充填率,但表面光潔度及內(nèi)部干凈度卻不佳。最簡單的改變,就是改為type的C及D,對缺點(diǎn)有相當(dāng)?shù)母纳啤H舾臑閠ype的組樹,工件不焊在下澆道上,而是焊在經(jīng)過橫澆道后逆向的直澆道上,這個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)集渣的橫澆道尾緩沖區(qū)K,工件如E、F、L的焊在可做冒口補(bǔ)縮作用的直澆道上,雖然工藝出品率下降了,但鑄件的干凈度卻大大的提高了,若鑄件表面有細(xì)紋則更相對的提高了良品率。type及是大型鑄件,上注及

29、下注兩種不同的組樹法。包模鑄造作業(yè)中,產(chǎn)生夾雜物(inclusion)的原因有:a)模型材料中殘留灰分,或者是作業(yè)中異物混入模型材料內(nèi),經(jīng)脫蠟及焙燒仍存于模穴中的不燃物。b).陶殼表層剝落。c.)陶殼表層有裂紋。d.)浸漿制殼作業(yè)時(shí)有局部不堅(jiān)實(shí)現(xiàn)象。e.)焊蠟組樹時(shí),結(jié)合處有細(xì)縫,在浸漿作業(yè)時(shí),漿液滲入形成很薄的陶瓷毛邊,脫蠟時(shí)未流出,金屬液澆入時(shí),被沖斷夾于鑄件中。f.)澆注時(shí),從澆口杯上緣落硅進(jìn)入模穴。g.)澆注時(shí),隨金屬液澆入爐渣及除渣劑。澆注時(shí),卷入空氣氧化金屬產(chǎn)生二次渣,在澆注銅合金、鋁合金含硅、錳、鋁較高的鋼鐵合金恃別容易發(fā)生。 前五種原因皆可藉加強(qiáng)制程管制而解決,但后三種則必須要

30、由澆道系統(tǒng)著手。圖6所示為夾雜物在直澆道中的運(yùn)動(dòng)狀況,圖4中C方式的組樹法,很顯然符合夾雜物的運(yùn)動(dòng)方向,達(dá)到凈化鑄件的目的,據(jù)圖表中分析,當(dāng)將2mm的木屑傾入形狀如圖7.右的透明模中,發(fā)現(xiàn)它的分布如圖7左側(cè)圖形示,在最上層含量最多中間部分最少,從這又獲得另一個(gè)信息,在距碓底部30mm以上,距離澆口杯口100mm以下的區(qū)域內(nèi),夾雜物的含量最少,恰巧與前述測試充填性的結(jié)論一致,就是一一組樹時(shí),最上面的一個(gè)工件要保持100mm的壓頭高度,最下面的一件,要距離下澆道底部30mm以上。前面已說明了如何從澆道設(shè)計(jì)來達(dá)到鑄件的干凈度,但對卷氣而產(chǎn)生的二次渣及氣孔并無幫助,一般下澆道與橫澆道連接的方式有三類:

31、第一類如圖8,下澆道與橫澆道直接呈“T"型,這種組合最簡單,但產(chǎn)生之卷氣最嚴(yán)重,如圖片8a及圖片8b所示,無論是8a的寬而扁(吋×1吋橫澆道,下澆道:橫澆道:水口1:4:4),還是8b的狹而高(1吋×吋橫澆道,澆道比1:4:4)組合,當(dāng)澆注后1秒,觀察澆道內(nèi)液流,均發(fā)現(xiàn)有大量的渦流卷氣現(xiàn)象,就是在澆注后15秒,在8a中仍發(fā)生連續(xù)性的氣泡析出,在8b中雖然略有改善,但仍展現(xiàn)有局部嚴(yán)重渦流及斷續(xù)性氣泡析出。表一是36種''T"型下澆道底與雙橫澆道之不同組合的靜止期統(tǒng)計(jì)表,發(fā)現(xiàn)其靜止期(Clean up) 非常長,甚至有無限大的結(jié)論。所以這種最

32、被鑄造廠喜愛采用的澆道系統(tǒng),竟然是最容易產(chǎn)生氣孔的組合。 橫澆道下澆道下澆道下澆道下澆道寬(吋)高(吋)澆道比靜止期(秒)澆道比靜止期(秒)澆道比靜止期(秒)澆道比靜止期(秒)正方形橫澆道1:3:3111:5.3:5.31:4:41:2.7:2.71:1.8:1.81:9:9751:6:61:4:4221:16:16351:10.7:10.71:7.1:7.1寬、扁橫澆道11:4:4101:3:31:2:21:1.3:1.31:4:455.511:6:6911:4:41:2.7:2.7211:8:815.35.31:3.5:3.521:4:421:12:121511:8:81:5.3:5.3窄

33、、高橫澆道11:4:41:3:31:2:21:1.3:1.331:4:45721:6:61:4:41:2.7:2.711:8:81:6:61:4:41:2.7:2.7121:8:81:5.3:5.31:3.5:3.521:4:421:12:121:8:81:5.3:5.3表一''T"型下澆道底與雙橫澆道之設(shè)計(jì)對靜止期的影響 圖8a 寬扁橫澆道 圖8b 窄高橫澆道 圖9a 寬扁橫澆道 圖9b 窄高橫澆道第二種下澆道底與橫澆道的組合方式,是將下澆道底座加大,這種lucite 模的設(shè)計(jì)構(gòu)想最主要的著眼點(diǎn)是可以減少渦流卷氣的缺點(diǎn)。圖9就顯示這種澆道,同樣也有許多不同的配比組合

34、,圖片9a顯示下澆道底加大而橫澆道為寬而扁(吋寬×1吋高,澆道比1:4:4),在澆注后5秒,觀察澆道發(fā)現(xiàn)仍有渦流存在,圖9b在下澆道底座加大的情況下,配合窄而高的橫澆道組合(1吋寬×吋高,澆道比1:4:4),在澆注后5秒,觀察澆道發(fā)現(xiàn)已沒有渦流存在,明顯的卷氣性少了很多,表二是這種組合靜止期的統(tǒng)計(jì),總結(jié)表中資料,倘若下澆道底座加大部分的直徑為窄而深橫澆道寬度的2.5倍,可獲得最短的靜止期,而與下澆道的尺寸大小無關(guān)。橫澆道下澆道下澆道下澆道下澆道寬(吋)高(吋)澆口比靜止期(秒)澆口比靜止期(秒)澆口比靜止期(秒)澆口比靜止期(秒)加大處直徑(吋)加大處直徑(吋)加大處直徑(

35、吋)加大處直徑(吋)1212122正方形橫澆道1:3:30.02.29.8111:4:4.72.3.51:2.7:2.71:1.8:1.81:9:921:6:68.31:4:4221:16:161:10.7:10.70.01:7.1:7.1寬、扁橫澆道11:4:42.91:3:30.27.01:2:21:1.3:1.31:4:49.011:6:61:4:41:2.7:2.7211:8:81:5.3:5.31:3.5:3.521:4:43.121:12:126.01:8:82.01:5.3:5.33.3窄、高橫澆道11:4:410.42.637.51:3:38.65.11.83.51:2:216

36、.01:1.3:1.314.01:4:44.05.52.821:6:63.74.61:4:42.23.01:2.7:2.71.811:6:611.019.06.41:4:45.51:2.7:2.74.0121:8:89.01:5.3:5.35.61:3.5:3.53.821:4:421:12:12116.51:8:8451:5.3:5.3表二加大下澆道底座對靜止期的影響第三種組合則是在下澆道加一井,稱之為有下澆道井之橫澆道組合,此組合之目的在有最短的靜止期,其結(jié)構(gòu)如圖10所示。這種井是一個(gè)真正的井,而非一般人常犯的錯(cuò)誤,在下澆道底座上挖一個(gè)凹槽,甚至僅僅是一個(gè)圓球形的凹池,因?yàn)榘汲責(zé)o法防止渦流

37、卷氣。同樣,亦用寬扁,窄高等橫澆道組合加以比較,圖片10a(井深吋,井徑2吋,寬吋,1吋高的寬扁橫澆道,澆道比1:4:4)及圖片10b(井深1吋,井徑吋,寬1吋,高吋的窄高橫澆道,澆道比1:4:4)為兩種組合澆注后,對渦流卷氣加以觀察,前者在注入后1秒便沒有渦流氣泡,后者在2秒后仍有輕微氣泡。各種不同組合之結(jié)論列于表三,總結(jié)有井之結(jié)構(gòu),下澆道井的截面積應(yīng)為下澆道的5倍,其深度與直徑相同時(shí),其靜止期最短。圖10b 窄、深橫澆道橫澆道(18)下澆道(20)下澆道(24)下澆道(30)下澆道寬深澆道比井徑井深靜止期澆道比井徑井深靜止期澆道比井徑井深靜止期澆道比井徑井深靜止期正方形橫澆道1:3:31.

38、5111:4:4211.51:6:622.51:4:412.0寬、淺橫澆道11:4:411.51:3:321.51:4:412.011:6:622.01:4:421.5211:5.3:5.31:3.5:3.52.021:4:42.0窄、深橫澆道11:4:41.51:3:31.51:4:4212.521:6:612.01:4:4212.011:6:6212.01:4:422.0121:5.3:5.312.01:3.5:3.51.521:4:423.0 (2)補(bǔ)充液體金屬凝固時(shí)的體積收縮。包模鑄造以生產(chǎn)小件為主,多數(shù)情況下合金的液態(tài)和凝固收縮直接靠澆冒口補(bǔ)縮,澆口和冒口合二為一,因此澆注系統(tǒng)應(yīng)能保

39、證補(bǔ)縮時(shí)通道暢通,并保證能提供給鑄件必要的補(bǔ)縮金屬液,以避免鑄件內(nèi)產(chǎn)生縮孔疏松(shrink porosity)。 (3)在組焊模塊和制殼時(shí),澆注系統(tǒng)起著支撐臘樹和型殼的作用,所以要求它有足夠的強(qiáng)度,防止制殼過程中臘樹折斷或臘件脫落。 (4)澆往系統(tǒng)也是脫臘時(shí)液體模料流出的信道所以澆注系統(tǒng)應(yīng)能順利地排除臘料,不致脹裂型殼。 (5)澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)力求能簡化射臘模結(jié)構(gòu),并使制模、組焊、制殼和切割等工序操作方便,生產(chǎn)率高。 (6)在保證鑄件質(zhì)量和工藝操作方便的前提下,要盡可能減小澆注系統(tǒng)的重量,提高工藝出品率,節(jié)約金屬和減小模塊外形尺寸。 二、澆注系統(tǒng)各單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 包模鑄造澆注系統(tǒng)通常由以下幾個(gè)單

40、元組成:澆口杯、直澆口、橫澆口、水口。此外,還附設(shè)一些其它的單元如撇渣器、緩沖器、排氣口等。 澆道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要分為兩個(gè)階段,首先根據(jù)鑄件的補(bǔ)縮狀況及其外形,決定澆道系統(tǒng)的構(gòu)造方式,第二階段才是根據(jù)澆滿的需求及補(bǔ)縮的考慮計(jì)算尺寸。 l.澆口杯的構(gòu)造澆口杯的作用是盛接來自澆包的液態(tài)金屬,并使整個(gè)澆注系統(tǒng)建立一定壓力以進(jìn)行充填和補(bǔ)縮。為了防止悅措和焙燒時(shí)砂粒進(jìn)入型腔,澆口杯的設(shè)計(jì)也非常重要。為了固定掛鉤及防止浸漿時(shí),漿液進(jìn)入澆口杯中,在浸漿制殼作業(yè)時(shí),澆口杯上通常有一塊封口鐵片,澆口杯杯口外緣設(shè)計(jì)有三種形式的邊緣。圖l1中斜線部分是陶殼,空白部分是蠟澆棒,(a)是鐵片直接與錐形澆口杯接觸,當(dāng)鐵片去

41、除后,其破斷面直接與杯口相連,砂礫很容易落入澆道中。(b)示澆口杯在杯口處有一凸緣,陶殼在凸緣外與澆口杯相連,換言之,其破斷面亦在凸緣外,杯口部分是完整無缺,砂礫較不易進(jìn)入澆道。(c)示澆口杯除凸緣外,尚有凹弧,使破斷面完全與杯口隔絕是最好的設(shè)計(jì),不過制模較麻煩,生產(chǎn)速率低,一般均采(b)設(shè)計(jì)。尚有部分廠商采用預(yù)鑄型澆口杯,因?yàn)轭A(yù)鑄類似耐火磚,杯口完全無缺損,浸漿祗浸到澆口杯的一半,亦可防止落砂。一般澆口杯均設(shè)計(jì)為光滑的圓錐形,澆鑄時(shí),倘未對準(zhǔn)下澆道口,金屬液會(huì)在澆口杯打轉(zhuǎn),一來影響流速,二來會(huì)產(chǎn)生卷氣,所以,為避免此缺點(diǎn),將設(shè)計(jì)改為圖12,(a)澆口杯加飛剌,或如(b)在澆口杯與下澆道達(dá)接處

42、加筋條,這二種設(shè)計(jì)除了達(dá)到原先的目的外,尚可減少澆口杯浸漿制殼發(fā)生干燥龜裂的缺點(diǎn),至于(b)的設(shè)計(jì)更加強(qiáng)了澆口杯與下澆道連接處的強(qiáng)度,減少澆口杯的折斷率。 2.澆道系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)澆道系統(tǒng)第二項(xiàng)主要結(jié)構(gòu)就是直圖12小澆口杯外形有飛刺澆道,直澆這是制殼操作中的支柱,且多數(shù)情況下兼有冒口的作用,所以直澆道設(shè)計(jì)很重要。包(熔)模鑄件尺寸一般都不算大,故不可能每種鑄件都設(shè)計(jì)一種直澆道。特別是產(chǎn)品名目繁多時(shí),為便于組織生產(chǎn),簡化設(shè)計(jì),通常根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn),把直澆道做成幾種規(guī)格,當(dāng)組焊熔模時(shí),根據(jù)零件特點(diǎn)進(jìn)行選擇,對于特殊零件則可單獨(dú)設(shè)計(jì)直澆道。為了便于組焊熔模,直澆道截面形狀可為圓形,方形、三角形、多邊形等

43、,如圖13,一般圓形和方形用的較多。表四可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。公共尺寸斷面圓形正方形三甪形長方形六角形505866738087941001086370788592981061131202502503003003003203203203201010101012121212125555555552025303540455055601823283337424752571822252932362731182225253035202530354045表四直澆道和澆口杯結(jié)構(gòu)參考尺寸現(xiàn)階段在精鑄工廠所常用的澆道系統(tǒng)可以概括的分為三大類。第一類是下澆道本身直接當(dāng)冒口供應(yīng)鑄件補(bǔ)縮之所需,而鑄件與澆道連接的通路,就同時(shí)

44、肩負(fù)水口及冒口頸的功能。這種澆注系統(tǒng)包括了上注、側(cè)注及底注法,通常使用在小鑄鋼件及銅鑄件上,如圖14所示,就顯示出幾種常用的第一類澆道系統(tǒng),鑄件有很好的方向性凝固梯度,可獲得密度良好的鑄件,因此大多數(shù)的零件均采用這種系統(tǒng),但是,亦有相當(dāng)大的缺點(diǎn),澆注時(shí)爐渣的混入及因渦流產(chǎn)生二次渣使鑄件不干凈。金屬液的流速與澆注速度關(guān)系密切,不過我們可以用茶壺型澆斗過濾爐渣,也可從前述的澆道組合方式加以改善,使二次渣減到最少,雜質(zhì)被澆道系統(tǒng)阻攔,不易進(jìn)入模穴,并可改變水口的尺寸來改變澆注速度,減低對澆注速度的關(guān)連。 第二類型的澆道系統(tǒng),是有局部冒口的澆道系統(tǒng),如圖15所示,這是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴片的鑄造方案。用四種

45、不同的組合,其產(chǎn)生的密度與機(jī)械性質(zhì)的差異,如表五方案類別密度gm/cm3降伏點(diǎn)kg/mm2抗拉強(qiáng)度kg/mm2伸長率斷面縮減率A頂注B底注C側(cè)注D葉片部側(cè)注8.302 8.2888.3108.31120.7 20.220.719.647.5 49.952.252.232 32.333.734.639 35.841.741.2第三類型澆道系統(tǒng)如圖16所示,有一個(gè)與澆口杯連為一體的大型冒口,金屬液直接由中間冒口澆入,使其保有最熱的金屬液以供補(bǔ)縮之用。綜觀三類澆道系統(tǒng),另一重要的結(jié)構(gòu)為橫澆道,橫澆道的作用是分配液流、補(bǔ)縮和擋渣,可用于頂注法或底注法。用于頂注法時(shí),它是補(bǔ)縮鑄件的主要金屬來源,故其截面

46、積較大。橫澆道一般與直澆道一起,在專用模型中用自由澆注法或射出成型法制造。橫澆道道形狀可為環(huán)形、圓盤形、方塊形和條形等。條形橫澆道(圖17)用得較多,其斷面形狀一般為梯形,其截面與長度要能貯存足夠的液體金屬,但也不宜過長。圖17所示的條形橫澆口形式可根據(jù)鑄件形狀和大小選擇。采用橫澆道頂注方案的缺點(diǎn)是流動(dòng)不夠平穩(wěn),對于鋁及銅等非鐵合金鑄件易產(chǎn)生飛濺和合金二次氧化引起的夾渣和氣孔等缺陷,鑄件表面光潔度也不如底注法好。除了前述的三大類澆道系統(tǒng),用于一般重力鑄造法外,尚有一些產(chǎn)品因紋路細(xì)致,或是過于薄小,難以用重力鑄造法來生產(chǎn),需借助離心鑄造法。而在鈦合金鑄造時(shí),為求避免鈦合金與型殼耐火材料起模壁反應(yīng)

47、,盡量降低金屬液過熱及型殼的預(yù)熱溫度,而又要良好完滿的充填模穴,一般均采用離心鑄造法,離心鑄造法的澆道系統(tǒng)與一般有所不同,圖18就是離心鑄造法的一種布置圖,左側(cè)部分澆口呈輻射狀分布,直接對向離心鑄造盤的圓心,當(dāng)離心鑄造順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí),金屬液注入,根據(jù)相對運(yùn)動(dòng)原理,金屬液呈反時(shí)針方向運(yùn)動(dòng),其最大離心速度系沿反時(shí)針切線方向射出,因此,對圓心呈輻射排列分布的水口,往往因亂流及流速不足,而產(chǎn)生澆不足的缺陷。改良的水口布置如右側(cè)2部分,金屬液剛好順著切線方向非常穩(wěn)定又迅速的注入模穴中。圖19是另外一種離心鑄造方案,把鑄件以十字形分布于澆道之四周,有別于前速輻射狀組合之處,在于每個(gè)鑄件水口之前,另有一個(gè)

48、類似澆口杯的梯形澆道槽將每個(gè)鑄件成為一個(gè)獨(dú)立體,當(dāng)金屬液注入澆道時(shí),金屬液因離心力的關(guān)系,而集中在四個(gè)澆道槽中,高速注入每個(gè)獨(dú)立模穴。以避免因相對運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生亂流減速現(xiàn)象。更可藉由控制澆入量及技巧,使四個(gè)澆道槽各自獨(dú)立不相連,則澆注完后,很容易將鑄件由型殼中取出。至于單向結(jié)晶鑄件,如鋁、鎳、鈷磁鐵,鎳基耐熱超合金渦輪葉片。其鑄造方案因?yàn)榭紤]結(jié)晶生長的控制,有如圖20的構(gòu)造。“1”是銅制的水冷板(chill plate),整個(gè)型殼“2”套架在水冷板上,外層有管狀“4”石墨感應(yīng)發(fā)熱體,在石墨管外有“3”高周波感應(yīng)圈,當(dāng)型殼套在水冷板上后,型商就靠石墨管吸收高周波磁場的電磁能發(fā)熱,來加熱型殼使其能保持

49、在金屬熔點(diǎn)以上的溫度。如此,則當(dāng)金屬液澆注入模中后,除了與水冷板接觸部分凝固外,其余部分均保持為液態(tài)。然后,水冷板向下(或者感應(yīng)爐圈及石墨管向上)使型殼緩慢的離開高溫區(qū),鑄伴逐步的由水冷板向澆口杯方向凝固,結(jié)晶也就一點(diǎn)一點(diǎn)的從水冷板上的初晶向上朝一個(gè)固定的方向生長,最后便生產(chǎn)出單向(unidirectional)結(jié)晶產(chǎn)品,倘若初晶核僅祗有一個(gè)時(shí),隨后生長的便是單晶產(chǎn)品。3, 鑄件的尺寸精度與鑄造方案的關(guān)系鑄件的尺寸精度主要與模型材料,型殼材料、型模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及精度有直接而密切的關(guān)系,但是鑄造方案對它的影響亦不容忽視。圖21顯示鑄件“l(fā)”焊在澆道“2”上,右側(cè)部分的焊接法,所占之空間較小,單位長度澆道上,可焊工件件數(shù)較多,換言之,就是鋼水利用率較高,但是因扭曲變形而造成不良率卻又高達(dá)50%左右,倘若改為左側(cè)的組樹方案,雖然鋼水利用率較低,但是,鑄件良品率卻高達(dá)100%。綜合而言,還是左側(cè)利用工字梁原理組樹避免變形的方式較為經(jīng)濟(jì)合算。同理圖22為一長條形圓棒亦是左側(cè)方案垂直組焊,優(yōu)于右側(cè)方案之水平組焊。圖23是一個(gè)管狀鑄件,它原始的方案設(shè)計(jì),是上下各一個(gè)十字型的橫澆道,各以四個(gè)水口與鑄件相連,用四個(gè)水口的目的,除了增加進(jìn)水量,縮短進(jìn)料及補(bǔ)縮距離外,尚考慮利用十字型中四個(gè)水口的平均收縮,來確保圓管的真圓度。但是,因?yàn)?/p>

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