《铸造工艺》课程设计说明书

目录1绪言2铸造工艺设计2.1铸件结构的铸造工艺性2. 2铸造工艺方案的确定2.3参数的选择工艺2. 4砂芯设计2. 5浇注系统设计3铸造的工艺装备设计3. 1模样设计3. 2模底板的设计3. 3模样在模底板上的装配4结束语参考文献1绪言我本次课程设计的任务是对灰铸铁支承座进行铸造工艺及工装设计。灰铸铁具有良好的铸造性能良好的减振性、良好的耐磨性能良好的切削加工性能、低的缺口敏感性。 灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢，力学性能较差，但抗压强度与钢相当。铸造是指将液态合金注入铸型中使其冷却、凝固，并进行后处理，最终成为金属制品的一种生产方法。 铸件的生产过程，也就是从零件图开始，一直到铸件成品检验合格入库为止，要经过很多道工序，铸件的 生产过程称为铸造生产工艺过程。本次设计采用砂型铸造，其最大优点就是生产成本低，为机械制造行业中广泛应用的毛坯生产工艺方 法。在砂型铸造的过程中，考虑到铸件的结构，生产条件以及加工批量等因素，要对铸件工艺的设计作全 面分析，为避免铸件的缺陷，我们要根据标准选择合理的工艺设计方法。由于每个铸件的生产任务和要求不同，生产条件不同，因此铸造工艺及工装设计的内容也不同。一般 情况下，铸造工艺设计包括以下几种技术文件:铸造工艺图，铸造工艺卡，铸型装配图，铸件图，模样图， 芯盒图，砂箱图，模板图。铸造工艺及工装设计的过程如下：(1) 对零件图纸进行审查和进行铸造工艺性分析(2) 选择铸造方法，确定铸造工艺方法(3) 绘制铸造工艺图(4) 绘制铸件图(5) 绘制铸型装配图(6) 绘制各种铸造工艺装配图工装图要以铸造工艺图为主要设计依据。2铸造工艺设计2. 1铸件结构的铸造工艺性生产铸件，不仅需要采用先进的合理的铸造工艺和设备，而且还要使零件结构本身符合铸造生产的要 求，易于保证铸件品质，简化铸造工艺过程和降低成本。这种对于铸造工艺过程来说的铸件结构的合理性， 称为铸件的“铸造工艺性，它和铸造合金的种类，产量的多少，铸造方法和生产条件等有密切的关系。2. 1 .1审查铸件结构(一) 铸件应有合适的壁厚避免浇不到、冷隔等缺陷，铸件不应太薄。本次设计的铸件材料为HT200，最大尺寸为194 X 155mm。查表得，铸件尺寸在200 X 200mm以下时，灰铸铁最小允许壁厚为x-6mm，铸件最小壁厚满足情况。从合金的结品特点可知，随 着壁厚的增加，中心部分的晶粒变粗大，常出现缩孔、缩松等缺陷，导致力学性能降低。表2-1指 出，随着壁厚的增加，灰铸铁件的相对强度不断的降低。表2-1壁厚与灰铸铁相对强度的关系壁厚（mm）相对强度15-20120-300.930-500.850-700.7所以铸件也不应设计得太厚，各种合金铸件的临界壁厚可按最小壁厚的3倍来考虑，铸件最大壁厚不 满足情况，但由于铸型刚度要求较低，所以设计可行。（二）铸件有最小铸出孔最小铸出孔的尺寸和铸件的生产批量、合金种类、铸件大小、孔处铸件壁厚、孔的长度以及孔的直径 有关。1.加工圆孔表2-2灰铸铁铸件的最小铸出孔（mm）铸件壁厚 应铸最小孔径5050-1001100-2002003045另行规定件最厚处50mm，零件上的加工孔直径均小于30mm，所以均不用铸出。2.不加工孔一般情况下应尽量铸出。但是孔径120-260寸浇注位j置ft 504.03.0-顶面底，侧公称尺寸50-120120-2601顶面加工余量为5mm，底、侧面为4mm。3拔模斜度的确定查表得，顶面加工余量为5mm，底、侧面为4mm。2. 3. 3拔模斜度的确定为了在造型和制芯时便于起模而不致损坏砂型和砂芯，应该在模样或芯盒的出模方向带有一定的斜 度。如果零件本身没有设计出相应的结构斜度时，就要在铸型工艺设计时给出拔模斜度。拔模斜度的大小 应根据模样的高度，模样的尺寸和表面光洁度以及造型方法来确定，见表2-4表2-4拔模斜度测量面高度（mm）金属模aa ( )20-500.5-1.20 45 -250-1001.0-1.50 45 -2金属模测量高度在 20- 50mm,a=0.5-1.2mm,a =0 45 -2 ；测量高度在 x-100mm, a=1.0 1. 5mm, a =0 45 -1 。2. 4砂芯设计砂芯主要用于形成铸件的内腔和孔，影响铸件的质量，铸造工艺过程和铸造工艺装备。一个铸件所需要的砂芯数量，主要取决于铸件的结构和铸造工艺方案。在满足砂芯支撑稳固、定位准 确和排气通畅的情况下，芯头的数量越少越好，本铸件决定使用2个砂芯。芯头是砂芯的重要组成部分，其作用一般为定位、支撑和排气。定位主要是通过芯头与芯座的配合， 便于将砂芯准确的安放在砂型中;支撑主要是砂芯通过芯头支撑在铸型中，保证砂芯在它本身的重力和金属 液的浮力作用下位置不变;排气主要是在浇注凝固过程中，保证砂芯中产生的大量气体能够及时的从芯头排出铸型。一个砂芯的芯头能否满足这三方面的要求，主要是由芯头的形式、个数、形状和尺寸决定的。根据芯头在砂型中的位置，可分为垂直芯头和水平芯头。考虑铸件结构将砂芯设计为两个，砂芯1# 和2#配合在一起，砂芯2#为铸件内的水平大砂芯，砂芯1#为悬臂砂芯。表2-5水平芯头的长度(mm)LD或（A+B） /22525-5051-1001002025-3530-40101-20024-3530-4035-452#最长两端，芯头长40mm,短端芯头长30mm, 1#为悬臂砂芯，另外查得芯头长3040mm.在大量的生产中，为了加速下芯合箱及保证铸件质量，在芯头的模样上常常做出压环、防压环和集砂 槽。压环用来阻止金属液钻进砂芯的通气道;防压环用来防止芯头压坏芯座的边缘后，散砂落入型肿:集砂 槽用于存放散落的砂粒。表2 一 6压环、防压环和集砂槽的尺寸(mm)芯头直径水平芯头abcr30-5050.5151.550-10051152芯头横截面的尺寸，一般决定于铸件相应部位孔眼的尺寸，为了便于下芯合箱，芯头应有一定的斜度， 芯头和芯座之间应留一定的间隙。表2-7芯头斜度芯头高度h或h1(mm)水平芯头下芯头上芯头aa 1P20-507 1 30 /10 经查表得下芯头的斜度为1 30，芯头与芯座的间隙为0. 5mm。本次设计过程中砂芯1#和2#芯头的 尺寸较小，作用在芯头上的重力和浮力不大，因此不必验算芯头的尺寸。2. 5浇注系统设计芯头浇注系统是砂芯中引导液态合金流入型腔的通道。生产中常常因浇注系统设计安排不合理，造成砂眼、夹砂、气孔、粘砂、缩孔、缩松、浇不足、变形、裂纹、偏析等缺陷。浇注系 统与获得优质铸件，提高生产效率和降低铸件成本的关系是密不可分的。常用的浇注系统大多由浇口杯、 直浇道、横浇道、内浇道等部分组成。2. 5. 1浇注系统的类型选择表2-8浇注系统各组元选择浇口杯结构简单，制作方便，容积小，消耗的金 液少，能缓冲股流，撇渣能力小漏直浇道O方便起模，金属液能较快充满，在直浇道 呈正压状态流动，减少吸气和卷渣冲横浇道渣粒能在横浇道中浮起，能够滞留渣粒， 保夹杂物不被吸入内浇道确内浇道造成的吸动区域小，有助于横浇道发挥撇 作用，模样制造方便，易于从铸件上去除(渣浇注系统分为开放式，封闭式，半封闭式，封闭一开放式几种类型，考虑本铸件采用湿型铸造且铸件 本身较小的特点，以及浇注系统各组元的断面比关系，内浇道对铸件型腔的引注高度，浇道的结构等，选 择封闭式浇注系统，断面F直F横F内。浇注开始时液态合金很快充满浇注系统，铸件成品率高，撇渣 能力较强，浇注初期也有一定的撇渣能力。2. 5. 2浇注系统断面尺寸的确定(1)水力学近似计算公式：计算浇注系统，主要是确定最小断面积(阻流断面)，然后按经验比例确定其他组元的断面积。封闭式 浇注系统的最小断面是内浇道，以伯努利方程为基础的水力学近似计算公式是：F =G/( X tX0. 31 V Hp) (cm2)式中:F内一内浇道总断面积(cm2);G流经内浇道的液态合金重量(Kg );M 流量总耗损系数；t一浇注时间(s);Hp一平均静压力头(cm).(2) 液态合金重量：灰铸铁的密度为7. 8kg/cm3，算出铸件的质量为12.47kg,加上浇注系统中金属液的损耗，铸件G=12.47kg X (1+20% ) =14.965kg.(3) 浇注时间t:G=14.965kg，铸件壁厚在8-15mm，系数S取2. 2。t=sG=8. 51s(4) 流量系数u :a =0. 5(铸型阻力小)按表修正:有两个内浇道，阻力加大，p值取0. 05.得 |J =0. 5-0. 05=0.45。确定平均压头Hp:中间注入，p=c/2, c=194cm.由 Hp=Hq-P2/2c=Ho-c/8, Ho=HM+c/2Ltan a +c/2其中，L=200mm，铸件壁厚在 8 15mm，压力角a =9 10，取 10，得 H0131mm,取 H0=150mm,H0 为上砂箱高度。得 Hp=12.6cm, Hm= 53mm。F 内=14.965/(0. 45 X 8. 51X 0. 31 X V 12.6) =3. 55cm2。设置两个内浇道，则每个内浇道截面积为1. 78cm2。查表得选择II型内浇道，取F内=1.8cm2。则内浇 道总截面积为3.6 cm2截面尺寸:A=16mm, B=12mm, C=13mm由封闭式系统各组元的断面比为:F内：F横：F直=1: 1. 1: 1. 15。则F横=3. 96cm2，查表得选择II型横浇道，取F 横=4cm2截面尺寸:A=30mm, B=18mm, R=13mmF直=4.14cm2，圆形截面，查表可得，直浇道下部最小直径为25mm。查表得，浇口杯尺寸:D1=66mm, D2=62mm, h=50mm.(6)核算最小剩余压头Hm-.Hm=-上砂箱的高度，直浇道中心到铸件最高最远点距离L=200mm,若压力角a=10,我们只需要HM 大于35.3mm即可，这样进行浇铸，就能得到轮廓清晰的完整铸件。考虑到浇注系统的高度，我们取上箱 高度为150mm，即上箱的尺寸为500x400x150mmo2.5.3冒口的设计常见的铸造缺陷如缩孔、缩松、裂纹等都与铸件的凝固和收缩有关，在铸件的厚实部位常设置冒口， 并按顺序凝固原则使冒口最后凝固。灰铸铁的结品范围窄，更接近于层状凝固。凝固时的膨胀和液态收缩 趋于相互补偿。故灰铸铁件补缩所需要的铁水的量少，铸型刚度要求较低，一般灰铸铁件可不设置冒口。 3铸造的工艺装备设计3. 1模样设计本次设计的是下模样。本设什中来用就是金属模样，选ZL102铸造铝合金，其收缩率为1%模样结构的设计过程如下：1) 模样尺寸的确定模样的尺寸=铸件尺寸X (1+K);式中，K为铸件收缩率。计算得模样外尺寸:A=273.1mm, B=256.1mm, H=98.0mm。对于芯头及冒口尺寸按原工艺图计算。因模样壁厚为8mm，查表得模样非工作面圆角半径为3mm。2) 模样的壁厚和加强筋模样平均轮尺寸(A+B) /2=(273.1+256.1)/2mm=246.6mmA/2, bB/2，则仅在模样长度和宽度中心轴上设有交叉十字形加强筋。模样高度98. 0mm 100mm，查得筋的斜度取1 30。3) 模样类型的选择本次设计采用机器造型用金属单面模样。4) 模样技术要求模样表面光洁度:模样工作表面为6,模样分型面为4,模样定位销孔为67。模样装配凸耳采用外凸耳。3. 2模底板的设计本次设计的是下模板，单面模板采取的是顶杆式，模底板材料决定为灰铸铁。本次设计选用的Z145A造型机为可调节顶杆式起模的镇压式造型机，顶杆起模行程为150mm。Z145A造型机砂箱最大内形尺寸为500 X 400mm。模样外尺寸:A=273.1mm, B=256.1mm,H=98.0mm。根据铸件重量在1125kg,查得模型的最小吃砂 a=30mm,b=50mm,c=60mm,d=50mm，H=98. 0mm。砂箱最大尺寸适合，且其内只能放一个模样，砂箱高 度98.0mm+60mm=158mm.造型选用的砂箱尺寸500 X 400 X 180mm。材料为铸铁。砂箱平均尺寸500mm,高度200mm,查表得 b=18mm。其配合的模底板尺寸:A0=A+2b=536mm,B0=B+2b=436mm模底板的材料为铸铁，高度在 80150mm，取90mm，小于顶杆的起模行程。加强筋的距离由模板的平均轮廓尺寸决定，查表为K=300mm,K1=250mm.因模底板尺寸A0= 536mm，B0=436mm，所以在模底板上将加强筋布置成工装图上所示。表3-1壁厚和加强筋（单位：mm）模板平均轮廓尺寸（A0+B0）/2铸铁壁厚5tt1501-750141612模底板定位销孔中心距应根据所配用砂箱销套的中心距C来确定，用同一钻模钻出。表3-2（单位:mm ）砂箱尺寸（A+B）/2定位销直径M铁250-5002075本设计中选用直径20mm的定位销。M的值取75mm，则C=A+2M=600+2 X 75=750mm。模底板与砂箱之间常常用定位销和销套定位，此处只设计定位销。在造型过程中为使砂箱不被卡死常 将两个定位销分别做成圆形的和带有平面的，分别为定位销和导向销。模底板上的定位销安放在销耳上，设在沿中心线长度方向的两端，样式如图3-3所示。图3-3吊耳的样式由模底板平均尺寸(A0+B0 ) /2 =1500mm，查表得，d=18+0.035mm, h=20mm, e=40mm, A=60mm, D=25mm。装配上的定位销和导向销材料选45号钢淬火，查标准尺寸得，d=20mm,d=18mm, d2=13mm,d3=16mm,l1=18mm,l2=40mm, l3=20mm,K=12mm, l=50mm,S=12mm, D=23mm。导向销前端倾斜角度为 10。配套的螺母尺寸:d=M16, c=0.8mm,dM=22.5mm, e=26.75mm, m=14.8mm, s=24mm.模板用螺栓固定在造型机工作台上，这时应设置紧固耳。其位置要和造型机工作台上台面上的T型 槽相对应。因模底板平均轮廓尺寸(A0-+B0-) /2500mm,查得模底板铸铁固耳尺寸:h=20mm, h1=h+5mm, a=8mm, A=30mm, L=50mm, L1=70mm,b=15mm,b1=25mm,R=10mm.紧固耳数为4。3. 3模样在模底板上的装配(1) 模样在模底板上的放置形式以简单方便节约成本考虑，采取平放式将模板平放在模底板上，模底板不必挖槽。(2) 模样在模底板上的定位模样在模底板上常用定位销来定位，定位销采取的是圆柱销，定位销将模样装配在模底板上的形式见 图纸所示。对照定位销在模样上的分布位置，因模样壁厚t为8mm，边缘需固定处高度H6t，则定位销穿过底板装配在模样上定位销类型选择不淬硬钢圆柱销。1. 定位销穿过模样装配在模底板，查得，R取(1.52) d，定位销中心到铸件上边缘距离A可取NR， d可取0. 75t=6mm。贝U R取12mm,A取 20mm。2. 定位销穿过底板装配在模样上，a145，查得，定位销中心到铸件下边缘距离C= (26) d, R可取(1.52) d，h模底板厚，d可取0. 75d即6mm。则R 取 12mm, C 取 24mm。可使用同样的圆柱销，查得标准尺寸:d=6mm, c=1. 2mm, l=55mm。(3) 模样在模底板上的紧固方式为了模样和底板的定位和紧固，在现成凸缘或凸耳上设置定位销孔，紧固螺纹孔。采用螺栓紧时用的是下固定法。螺钉和螺栓的个数及分布见图纸。单面模样在模底板上的紧固有3处用45号钢全螺纹六角螺栓。C取24mm, d=M16,dm=17mm,D=36mm。查标准尺寸得，d=16mm, c=0. 8mm, dm=22mm, e=26. 17mm, k=10mm,r=0. 6mm，s=24mm.a=6mm, l=35mm,H1=43mm, H2= 46mm。与螺栓配套的弹簧垫圈标准尺寸:d=M16, d1=16.2mm, b=4.1mm,s=4. 1mm.有1处紧固因模型高度不 够，采用开槽圆柱头螺钉。C 取 15mm, d=M10, d-=11mm, D=23mm,查得标准尺寸:d=10mm, dk=16mm, k=6mm, n=2.5mm, r=0.4mm,1=40mm.(4) 直浇道窝模的设计及其在模板上装配紧固直浇道窝模用铆钉。D110d5D5.5D28.8h3h23螺钉长L8-554结束语铸造业是关系国计民生的重要行业，是汽车、石化、钢铁、电力、造船、纺织、装备制造等支柱产业 的基础，是制造业的重要组成部份。目前，我国铸造业正处在从铸造大国向铸造强国起步的新阶段。因此， 必须抓住机遇，利用高科技技术提升铸件质量。这次课程设计，我运用了大学以来学到的各方面知识，让 我学习和应用知识的能力得到了全方位的展示，而且我对铸造工艺有了正确和精准的认识。参考文献1帅联合编写组砂型铸造工艺及工装设计.北京出版社，1980. 8.叶荣茂，吴维冈，高景艳.铸造工艺课程设计，哈尔滨工业大学出版社，1989.4.3 魏华胜.铸造工程基础.机械工艺出版社，2002. 2.4 王成刚，张佑林，赵奇平.上程图学简明教程，武汉理大学出版社,2004. 7.