铸造工艺设计范例【汇编4篇】

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铸造工艺设计【第一篇】

该铸件属于大型厚壁件，根据确定的生产纲领以及该零件的结构特点，若采用普通铸造工艺，会使用较多的砂芯，砂芯的放置、定位、排气等问题会大大增加铸造工艺的难度。针对该件单件小批量的生产纲领，采用实型铸造工艺（即普通砂型与消失模相结合的铸造方法）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。通过参考资料[3]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铸造工艺设计

选取开放式底注浇注系统。根据铸件材质，确定浇口杯用耐火砖砌成，浇注系统均采用陶瓷管砌成。在设计浇注系统时，为了获得好的铸件质量，采用在宽度方向上相对浇注的方式，即两个直浇道通过"搭桥"方式与浇口杯连接，其分布见图2所示。采用阻流截面设计法计算该铸件的各个浇注系统尺寸[4]，直浇道截面积为，高度1030mm；横浇道截面积为，长度为4525mm；内浇道截面积为，长度为60mm；"搭桥"浇道截面积为，长度为3040mm。设计使用冒口补缩，并配合冷铁以加强顺序凝固，冒口选取易割明冒口；1#冒口32个，直径为180mm，高为360mm的圆柱体，2#冒口8个，直径为250mm，高360mm的圆柱体。冒口及冷铁的放置位置如图3、图4所示。该件为长条类铸件，轮廓尺寸：4600mm×2550mm×550mm，为防止挠曲变形，在制作塑料模样时，按铸件可能产生变形（"热凹冷凸"[5]）的相反方向做出反变形的塑料模样；留反变形量为2mm/m。

3铸造凝固模拟

经过对该铸件物性参数的分析，确定了浇注温度为1570~1600℃，浇注时间为470~500s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软件得到的铸件开始凝固图、凝固过程图和凝固结束图分别见图5~图7；整个浇注系统及铸件底部、侧部最先凝固，然后依次从下而上凝固，冒口底部及铸件顶部为最后凝固的位置。由图7可知：整个铸件凝固结束后，缩孔缩松大部分分布在冒口及浇道中，铸件绝大部分的外表面都没有缺陷，而且有可能出现缺陷的外表面为该铸件的非承载面，且这些面放有机加工余量，基本不会影响铸件性能。

4结论

针对单件、小批量生产的后梁支座采用砂型与消失模相结合的铸造方法，得到了一套生产该后梁支座的铸造工艺方案，并运用华铸CAE软件对其进行凝固过程模拟分析，得出该铸造工艺方案具有可行性，且生产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。

铸造工艺设计【第二篇】

本文拟生产的马氏体不锈钢叶轮材质为ZG1Cr13Ni。该材质浇注温度高，砂型铸造易产生表面粘砂；由于缩性大，极易产生缩松、裂纹和晶粒粗大等铸造缺陷；此外，其冷裂倾向也较严重。图1和图2分别是马氏体不锈钢叶轮毛坯尺寸和三维实体。由图可见，该铸件属于结构复杂件，一方面是壁厚不均匀，厚壁和薄壁之间尺寸相差较大，补缩、收缩应力等问题需在工艺设计时特别关注；另一方面是存在各种曲面，而且曲面处壁厚极不均匀且相对较薄，因此，工艺设计时要充分考虑保证充型的完整性。根据叶轮铸件的结构特点，本文选择了两箱造型法，并将铸造分型面设置在叶轮中间部位，分型面位置见图3。铸件顶端壁厚较厚，应考虑在该位置添加冒口。铸件的凝固时间取决于它的体积V和传热表面积A的比值，其比值称为凝固模数。

2叶轮铸造工艺设计与优化

马氏体不锈钢叶轮铸造工艺模拟分析

采用有限元分析软件对铸造工艺进行模拟，铸件模型选择的材料为马氏体不锈钢，砂箱模型选择的材料为树脂砂，铸件与砂箱之间的换热系数为500W/（m2•K），浇注温度为1560℃，充型速度为42kg/s，浇注时间为27s，热传递方式为空气冷却，设置重力加速度为/s2，初始条件为金属液温度1560℃、砂箱温度25℃，运行参数采用默认设置。叶轮充型过程模拟结果见图5。可以看出，金属液充满浇道，整体充型平稳，见图5a。当浇注完成后，铸型内腔全部被充满，不存在浇不足现象，见图5b。模拟结果表明，该铸件的铸造工艺设计方案保证了浇注过程的平稳性，也保证了铸件形状的完整性，说明浇注系统设计合理。图6为铸件浇注265s后透视状态图，可以发现，叶轮下端圆环、分型面中心部位交界处存在缩孔，且个别叶轮侧冒口底端存在封闭的高温区间，该位置也可能出现缩孔。由此可见，该工艺设计方案在保证铸件补缩方面还存在设计不足。因此，原设计方案必须改善冒口设计，或者采取必要的工艺补救方案。

工艺优化

针对初始设计工艺所出现的缺陷问题，对叶轮铸造工艺进行优化。考虑在叶轮底端圆环和叶轮中心位置出现的缩孔，我们分别在叶轮底端加入圆环形冷铁，在叶轮中间部位六个侧冒口之间加设楔形冷铁。改进后叶轮铸造工艺图如图7所示。对改进后的工艺方案进行模拟，工艺改进后的叶轮充型模拟结果。当充型开始14s时，充填部位型腔内金属液完全充满浇道，充型平稳，没有明显飞溅，见图8a，说明浇注系统设计仍能保证充型的平稳性；图8b是充型至27s时（充型完毕）的状态图，可以看出，金属液已完全充满型腔，型腔内不存在浇不足等缺陷。

3结论

（1）不锈钢叶轮铸件选取阶梯式浇注方式和开放式浇注系统，可以保证铸件充型过程中金属液的平稳性及充型后的铸件形状完整性。

（2）不锈钢叶轮铸件直接采用明冒口和暗冒口不能完全防止铸件内产生缩孔与缩松，当冒口与冷铁配合使用时可以消除缩孔与缩松。

（3）浇注实验表明，采取本文优化设计的铸造工艺方案可以获得形状完整、没有内部缺陷的叶轮铸件。

铸造工艺设计【第三篇】

关键词：热节；缺陷；铸件；工艺设计

侧架的内腔连接筋较多，生产制造时容易受人为影响，常常因为对接不良而产生错位[1]。铸造工艺过程比较复杂，易于显现出来缺陷，利用微机模拟仿真，便可在熔炼浇注前对可能出现的缺陷位置和凝固持续时间进行计算，以便设计出最合适的工艺，以保证铸件的生产品质，缩短试验时间，为生产提供理论依据[2]。

1模拟计算前处理

铸件分析

铸件外型尺寸为长，宽，高；体积为×107mm3,毛坯质量为381kg。平均壁厚为25mm，内腔连接筋较多，材质为B级钢，多用于铁路机车车辆上，其凝固方式为中间凝固，实验性能不好，液相温度高，易形成集中缩孔热裂等铸造缺陷。此零件是对称的，为了加快仿真时间，模拟运算时，只取零件的一半。计算网格数目166万。

边界条件及参数设置

边界条件以及相关参数的设置准确与否，直接影响金属液体和铸型等的换热，会导致热节计算、凝固进程以及缺陷预测偏差很大，经过多次试验、模拟，进行如下设置。凝固过程在液态金属未完全充满型腔时已经开始，对于快浇大中件的砂型铸造，t凝＞＞t浇，充型时间很短暂，不考虑充型对初始条件的影响，结果计算误差不大，由于侧架尺寸比较大，充型速度大，砂型的起始温度设定为室温（即20℃），铸件初始温度稍低于浇注温度为1580℃。设铸件与砂型之间的换热系数为1100W/m2,砂型表面与大气之间的换热系数为500W/m2。

2裸件凝固模拟及制定工艺

凝固进程模拟及确定热节

边界条件设置好之后，进行无浇注系统和无冒口的裸件凝固计算。通过凝固计算预测出侧架各个部位的凝固时间，确定热节部位及预测各热节的凝固时间。从而使得铸件的浇冒口可以按照热节的温度、出现部位进行设计，参照热节的凝固时间设计，使得铸件按照顺序凝固进行[3]。通过凝固模拟计算得出铸件的整体凝固时间为，侧架左右两侧凹进去的部位凝固时间最长，为最后凝固部位，是第一热节；凹进去的侧旁的热节为倒数第二最后凝固的部位，凝固时间约为321s，为第二热节，第三热节凝固时间为303s，第四热节为243s，充型结束以内，没有明显的热节，确定了侧架的热节和凝固次序。铸件凝固进程如图1所示。

缺陷预测及工艺制定预测的缺陷

主要在铸件的厚大部位[4]，尤其是中间顶部的肋板处，缺陷比较集中，根据缺陷预测的位置及凝固进程，制定了如下工艺方案。（1）冒口。铸件中间上部两肋板交叉处壁最厚，液相结晶凝固最慢，分别设置冒口，尺寸为ф100mm×130mm。铸件中心空腔靠近第三热节的凸台，预测有缩孔，对称地在两凸台分别设计冒口，尺寸为ф85mm×90mm。铸件最长框架中间上部设计一冒口，尺寸为ф50mm×85mm，第一热节处，铸件两侧各设置一冒口，尺寸都为ф×，并设计了冒口颈。（2）冷铁。第二热节处设计外冷铁，尺寸为ф16mm×50mm，两肋板交叉处下方设置一冷铁，尺寸为ф16mm×90mm，第四热节共四个位置设计四个冷铁，尺寸都为ф16mm×30mm。（3）浇注系统。浇注位置从两侧导柱头浇注，分型面在零件竖直方向中间平面上；内浇口安放在两端，内浇口长宽高分别为、25mm、40mm，从浇口杯流进钢液，设计为过桥浇注，一件一箱，直浇道直径为、高424mm,为了缓冲液体流动速度，在直浇道正下方设计了一浇口窝，浇口窝由一个立方体块和一个半球组成，立方体块在半球上方，立方体块的长宽高尺寸分别为：、、，半球的直径为71mm。

有浇补系统的铸件模拟计算

凝固时间是，与裸件的凝固时间相比，时间变为4倍，其原因是设置了浇补系统总质量增加，从凝固进程图中看出，冒口和浇注系统都比铸件热节凝固时间要晚，从而很好地补缩了铸件凝固过程中的收缩，裸件凝固预测的热节已经基本消除，最后凝固的部位都从裸件中的热节转移到浇冒系统中，表明铸造浇冒工艺设计是合理的[5]。

3预测缺陷与实物对比

比较实物纵剖面图和对应缺陷预测，可以发现此剖面内部型腔没有大缺陷，只是中间空腔上部有少许缩松，实物和预测情况基本吻合，表明上述工艺是切实可行的。

4结语

（1）通过反复试验，找到了合适的初始条件和边界条件相关参数，为准确预测热节、缺陷奠定了基础。（2）通过不加浇冒系统的裸件凝固模拟，找出了各个热节、预测出各热节的凝固时间，并预测出铸件的缺陷大小和位置，从而为合理地设计浇冒系统提供了参考。（3）参照各个热节以及缺陷大小和位置，设计出了合理的浇冒系统，进行电脑虚拟浇注后，发现热节和缺陷已经基本消除，并与实物缺陷相比较，结果计算机预测缺陷和实物缺陷基本吻合。（4）电脑虚拟浇注为铸造实验的进行提供了科学的指导作用，可以降低试制时间、改进工艺及降低实验耗费，是一种科学可靠的铸造技术。

参考文献

[1][M].London:Butterworths,1972.

[2]柳百城。铸造技术和计算机模拟发展趋势[J].铸造技术，2005（7）：611-616.

[3]中国机械工程学会铸造分会。铸造手册[M].北京：机械工业出版社，2004：46-82.

[4]王文清，李魁盛。铸造工艺学［M］.北京：机械工业出版社，2002．

[5]李英民，崔宝侠。计算机在材料热加工领域中的应用[M].北京：机械工业出版社，2001.

[6]刘敬豪，凌云飞。支撑座一体侧架铸造工艺研究及实践[J].中国铸造装备与技术，2013(2).

铸造工艺设计【第四篇】

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

[1]李志博，袁洪志，等。大型立柱铸造工艺[J].铸造技术，2009（12）.