一、模具類型選擇：匹配鑄件需求與生產批量

二、分型面設計：保證鑄件精度與脫模可行性

1. 優(yōu)先選平面分型：盡量選擇水平或垂直平面作為分型面，避免曲面分型（易導致錯型、增加加工難度），例如大型床身鑄件通常以 “床身底面” 或 “對稱中心面” 為分型面。
2. 避開關鍵精度面：將機床鑄件的 “基準面”（如導軌面、安裝定位面）置于同一砂型（通常是下型），避免分型面穿過關鍵精度面 —— 若關鍵面跨分型面，易因合型誤差導致平面度、平行度超標。
3. 減少分型面數(shù)量：單次分型（1 個分型面）優(yōu)先于多次分型，減少合型次數(shù)可降低錯型風險；若鑄件結構復雜（如帶多層內腔），需設置輔助分型面時，需在模具上設計定位銷 / 定位套保證合型精度。
4. 便于脫模與取件：分型面需確保鑄件在凝固后能順利從模具中取出，避免鑄件與模具（砂型 / 金屬型）產生 “卡滯”—— 例如立柱鑄件的分型面需避開垂直筋條，防止筋條與砂型粘連。

三、澆注系統(tǒng)設計：控制充型與防缺陷

1. 澆注系統(tǒng)類型選擇：
   • 大型機床鑄件（如床身、立柱）優(yōu)先采用底注式 + 階梯式澆注系統(tǒng)：底注式可避免金屬液直接沖擊砂型（減少砂眼），階梯式可實現(xiàn) “自下而上” 平穩(wěn)充型，防止局部過熱或冷隔；
   • 中小型鑄件（如工作臺）可采用頂注式 + 雨淋式澆注系統(tǒng)：頂注式充型速度快，雨淋式可均勻布料，適合薄壁均勻的鑄件。
2. 截面尺寸計算：
   • 根據(jù)灰鑄鐵的澆注溫度（1380-1450℃）、鑄件重量（大型鑄件常達數(shù)噸）及壁厚，通過 “水力學公式” 計算澆口杯、直澆道、橫澆道、內澆道的截面尺寸，確保金屬液流量匹配鑄件體積，避免充型過慢（冷隔）或過快（沖砂）；
   • 內澆道需 “分散布置、對稱進料”：例如床身鑄件的內澆道應沿導軌兩側均勻開設，避免單一內澆道導致局部壁厚處 “縮孔”。
3. 擋渣與排氣設計：
   • 在橫澆道末端設置 “集渣包”（容積不小于鑄件重量的 5%），利用密度差過濾金屬液中的熔渣；
   • 直澆道頂部需開設 “排氣孔”，橫澆道上需設置 “排氣槽”（寬度 8-12mm，深度 2-3mm），確保充型時型腔內的氣體能順利排出（防止氣孔）。

四、冒口與冷鐵設計：控制凝固與消除縮孔

1. 冒口設計：
   • 位置：冒口需設置在鑄件的 “熱節(jié)部位”（即壁厚最厚、散熱最慢的區(qū)域），例如立柱頂部的法蘭處、床身導軌的加厚段；
   • 類型：大型鑄件優(yōu)先采用 “頂冒口”（補縮范圍大），中小型鑄件可采用 “側冒口”（節(jié)省金屬液）；冒口高度通常為直徑的 1.2-1.5 倍，容積需滿足 “補縮鑄件熱節(jié)體積”（冒口體積≈1.5 倍熱節(jié)體積）；
   • 材質：砂型模具中常用 “發(fā)熱冒口”（添加發(fā)熱劑，延長冒口凝固時間），金屬型模具中用 “保溫冒口”（減少散熱），避免冒口先于鑄件凝固失去補縮作用。
2. 冷鐵設計：
   • 作用：在鑄件的薄壁或散熱快的部位設置冷鐵（常用鑄鐵冷鐵、鋼冷鐵），加速局部冷卻，強制實現(xiàn) “從薄壁到厚壁、從遠離冒口到靠近冒口” 的順序凝固；
   • 要求：冷鐵需與鑄件表面緊密貼合（避免冷鐵與鑄件間產生氣隙導致氣孔），大型冷鐵需開設 “排氣孔”；冷鐵尺寸需根據(jù)鑄件壁厚計算，通常冷鐵厚度為鑄件壁厚的 0.8-1.2 倍。

五、砂芯設計（針對復雜內腔鑄件）

1. 砂芯材質選擇：
   • 受力大、要求高的砂芯（如油道砂芯）采用 “樹脂砂芯”（強度高、潰散性好）；
   • 普通內腔砂芯可采用 “水玻璃砂芯”（成本低），但需控制水分含量（避免鑄件產生氣孔）。
2. 砂芯定位與固定：
   • 在砂芯上設計 “芯頭”（與砂型的芯座配合），芯頭需有足夠長度（通常為砂芯直徑的 1.5-2 倍），防止砂芯在充型時移位；
   • 大型砂芯需設置 “芯撐”（金屬芯撐，材質與鑄件匹配），芯撐表面需除銹、涂防銹漆，避免芯撐與鑄件熔合不良產生缺陷。
3. 砂芯排氣：
   • 砂芯內部需開設 “排氣通道”（直徑 8-12mm），并與模具的排氣系統(tǒng)連通，確保砂芯受熱產生的氣體能排出（防止鑄件內部氣孔）。

六、模具尺寸補償：適配灰鑄鐵的收縮特性

1. 收縮率確定：
   • 根據(jù)鑄件結構（壁厚越厚，收縮率越大）、模具類型（金屬型收縮率略小于砂型）確定補償系數(shù)，例如大型床身鑄件的收縮率通常取 1.0-1.2%，小型工作臺取 0.8-1.0%；
   • 鑄件的 “關鍵精度面”（如導軌面、定位孔）需單獨調整收縮率，例如導軌面的收縮率可適當減?。ㄈ?0.9%），避免冷卻后精度超差。
2. 尺寸標注：
   • 在模具圖紙上明確標注 “補償后的尺寸”，并注明收縮率；例如鑄件設計尺寸為 1000mm，收縮率 1%，則模具對應尺寸為 1010mm。

七、模具強度與散熱設計（針對金屬型模具）

1. 模具材質選擇：采用耐熱鑄鐵（如 HT300）或球墨鑄鐵（QT500-7）制作金屬型，確保模具能承受 1400℃以上的金屬液沖擊；
2. 壁厚設計：金屬型的壁厚需均勻（避免局部過熱），通常為鑄件壁厚的 2-3 倍，同時在模具外壁設置 “加強筋”，防止模具長期使用后變形；
3. 散熱系統(tǒng)：在模具的熱節(jié)對應部位（如與鑄件厚壁接觸的模具區(qū)域）開設 “冷卻水套” 或 “散熱片”，控制模具工作溫度在 300-400℃（溫度過高會導致鑄件粘模，過低會影響鑄件成型）。

八、工藝細節(jié)優(yōu)化：減少鑄件缺陷

1. 脫模斜度：在模具的垂直壁面（尤其是砂型模具）設計 0.5-1° 的脫模斜度，避免鑄件脫模時拉傷表面；
2. 圓角過渡：模具的所有棱角處需設計圓角（R2-R5），一方面避免鑄件產生應力集中（機床鑄件需長期承受切削力，應力集中易導致開裂），另一方面防止砂型棱角處脫落產生砂眼；
3. 表面處理：金屬型模具的型腔表面需拋光（粗糙度 Ra≤1.6μm），砂型模具的型腔表面需涂刷 “脫模劑”（如石墨涂料），減少鑄件與模具的粘連。
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