悬梁件铸造工艺设计

悬梁件铸造工艺设计,悬梁,铸造,工艺,设计 悬梁 铸造工艺设计 铸 造 工 艺 卡 卡片编号121 HT-250 共1页 第1页 产品名称 悬梁 每台件数 1 浇冒口重 98kg 零件图号 A3 每型件数 1 每型金属液 539kg 零件名称 悬梁 净 重 441kg 活块数 0 材 质 HT-250 毛 重 539kg 芯 盒 数 1 准 备 　砂　　　 箱 砂芯数量 2个 上箱 1200×2000×400mm 1#芯盒 800×2000×385mm 下箱 1200×2000×400mm 2#芯盒 无 备 砂 型 砂 呋喃树脂自硬砂 芯 砂 呋喃树脂自硬砂 涂料 醇基涂料粉 造 芯 设 备 震动落砂机 硬化方法 自硬 造 型 设 备 震动落砂机 硬化方法 自硬 易割冒口数 1 直浇道尺寸 Φ78 横浇道尺寸 63×60×70 内浇道尺寸 60×50×16 直浇道数量 1 横浇道数量 1 内浇道数量 4 合 箱 合箱至浇注时间 ≥24h 浇注温度 1380℃ 开箱时间 2h 工艺要求要求及操作要点： 1. 铸造收缩率为0.9%； 2. 未注拔模斜度小于0°35′； 3. 加工余量6-10mm； 4. 铸件采用顶注式浇注系统。 铸造工艺课程设计成型一班 鲁道鹏17080140121指导教师 贾克明教授目录1.零件结构分析2.造型材料的选择1铸造工艺课程设计说明书设计题目悬梁件铸造工艺课程设计学 院年 级专 业学生姓名学 号指导教师铸造工艺课程设计说明书 2目目 录录1 1 前前 言言 .41.1 本设计的目的、意义.41.1.1 本设计的目的 .41.1.2 本设计的意义 .51.2 本设计的技术要求.51.2.1 零件结构分析 .61.3 造型材料的选择.71.4 本课题的发展现状.71.5 本领域存在的问题.82 2 设计方案设计方案 .112.1 浇注位置的确定.112.1.1 选择浇注位置时需满足的要求： .112.2 分型面的确定 .123 3 设计说明设计说明 .133.1 铸件尺寸公差.133.2 铸件重量公差.143.3 机械加工余量.143.4 起模斜度.153.5 铸造收缩率.163.6 最小铸出孔.163.7 反变形量.174 4 砂芯的设计砂芯的设计 .184.1 砂芯方案.185 5 浇注系统浇注系统 .205.1 浇注时间的确定.205.2 浇注系统的压力头及阻流面积的计算.215.2.1 压力头的计算 .215.2.2 阻流面积的计算 .215.3 浇道.215.4 浇口杯.225.5 冒口的设计.22铸造工艺课程设计说明书 35.5.1 冒口的尺寸 .236 6 工装设计工装设计 .246.1 砂箱的设计.246.2 模板.256.3 芯盒.267 结结 论论 .28致致 谢谢 .29参参 考考 文文 献献 .30铸造工艺课程设计说明书 41 前 言随着现代社会的高速发展，铸造业已经逐渐渗透进大众的日常生活中。作为国内经济的支柱产业，在近几年，得益于国内汽车，家电，建材等铸造业大用户行业的不断发展，我国的铸造业设备交易市场展现出繁荣的景象，每年都在呈上涨趋势。在改革开放后的 30 多年，我国的铸造技术有了很大的发展，突出的表现在三个方面：造型、制芯机械化、自动化程度明显提高、取代干型黏土砂和油砂的化学硬砂的广泛应用，铸造工艺有凭经验走向科学化。这些对于提高生产效率，降低劳动强度，改善铸件的内在质量和外在质量，节省原材料和能源，起了重大作用。本次铸造工艺为 C 件-悬梁的铸造工艺，悬梁材质为 HT250，在设计过程中，便紧随铸造工艺的发展趋势，采用树脂自硬砂造型，摒弃手工制图等传统方法，熟练运用 Creo Layout 7.0、AutoCAD、Procast、华铸 CAE 等软件进行铸造工艺的设计与改善。确定工艺时，首先在零件图基础上确定铸造工艺参数，绘制毛坯图，并在毛坯基础上进行工艺设计。本次工艺采用树脂砂造型，顶柱式倾斜浇注系统，使用中间分型。浇注系统设计了平做平浇与平做立浇共 2 种方案，使用华铸 CAE 仿真模拟软件分别对其进行初步模拟，分析模拟结果的充型过程、缺陷分布以及工艺改进性等方面，最终浇注系统选择顶柱式倾斜浇注系统，充分保证铸件重要工作部位在铸件下部，提高铸件质量。在工艺改进中，通过多次调整冒口与冷铁的位置，使铸件产生有利于最终铸件综合性能的顺序凝固方式，消除了铸件中的缺陷，并且保证铸件有较高的工艺出品率，符合工厂生产中经济性的原则。1.1 本设计的目的、意义1.1.1 本设计的目的1.了解铸造零件的结构形状及各投影间的关系，建立零件形状的明确完整的立体概念，铸造工艺课程设计说明书 5以保证工艺设计及各项设计制图工作的顺利进行;2.弄清零件图的各项尺寸，并着重记录铸造零件的重量，主要壁厚及最大壁厚，零件最大尺寸(长宽高轮廓尺寸)，以供工艺设计使用;3.零件各项公差要求，零件加工位置及零件各项加工要求(包括表面粗糙度)，并对加工方法做初步了解;4.零件材质及性能要求，以及图纸上指出的各项特殊技术要求。1.1.2 本设计的意义1通过课程设计巩固和加深铸造工艺课及其它有关基础课和技术基础课的知识；2通过铸造工艺课程设计能较系统的掌握铸造工艺及工装的设计方法，锻炼运用铸造工艺手册及其它技术资料的基本技能，以达到培养学生分析和解决铸造生产实际问题的能力；3通过课程设计使学生进一步提高图纸、文字表达能力；4为今后工作打下基础。铸造工艺课程设计说明书 61.2 本设计的技术要求本设计的技术要求图 1.1 悬梁二维图1.铸件表面上不允许有冷隔、裂纹、缩孔和穿透性缺陷及严重的残缺类缺陷（如欠铸、机械损伤等） 。2.铸件需经时效处理3.铸件燕尾导轨面要求无砂眼、气孔、夹砂等缺陷4.表面喷红色防锈漆，内腔涂黄色防锈漆。5.未注铸造圆角半径 R3-R5，未注拔模应小于 1，未注壁厚大于 15.6.燕尾导轨面与床身配磨，保证平面及斜面的接触面，接触面要求按企标。7.精加工前打腻子喷漆色漆铸造工艺课程设计说明书 71.2.1 零件结构分析图 1.2 悬梁三维图1.零件名称：悬梁2.材质：HT2503.零件尺寸：420mm1695mm260mm4.悬梁的内部结构简单壁厚均匀，最大壁厚为 30mm,主要壁厚为 15mm5.HT250 的化学成分，由于铸件的主要壁厚为 15mm,表 1-1 铸件的化学成分化学成分CSiMnPS元素含量2.9-3.21.4-1.70.9-1.190%)，新砂用量很少缺点: (1) 树脂含游离醛高(质量分数为的 0.8%分数的30%0.3%0.5%)，浇注时放出有害气体，污染环境。(2)树脂含氮和发气速度高，铸件易产生气孔。(3)固化剂含硫和树脂砂高温塑性低，铸钢件易出现热裂。(4)型砂吸湿性较大，雨季铸件废品增加。(5)对原砂质量要求较高。(6)冬季硬化速度慢，固化剂易结晶。(7)不能用于碱性原砂适用于单间，小批量生产中，大型铸铁件，铸钢件及非铁合金铸件1.4 本课题的发展现状铸造成型是制造复杂零件的最灵活的方法。先进铸造技术的应用给制造工业带来了新的活力。为数众多的软件问世和计算机技术的迅独猛发展使得为生产在几何形状、尺寸、使用性能等方面都符合要求的铸件提出确切可靠的信息成为可能。铸造厂在其用户进行产品设计和开发阶段就能成为后者在 CAD 层次上一个有力的伙伴。与此同时，铸造厂也遇到了来自铸造行业内部和外部的巨大挑战。或许可以说，处于世纪之交的各国铸造厂都把下述四项目标作为自己的主要任务:铸造工艺课程设计说明书 91.提高铸件质量和可靠性，生产优质近终形铸件;2.加强环保，实现可持续性发展;3.降低生产成本;4.缩短交货期。不言而谕，其中第一项是最重要的，如果不能生产出优质铸件，其它目标就无从谈近十年来铸造技术有重大的发展，世际之交的各国铸造行业在不同程度上遇到来自行业内部和外部的巨大挑战。积极地将信息技术应用到铸造生产中看来是铸造厂使自己能在21 世纪激烈的竞争中生存和发展的一个关键措施。1.5 本领域存在的问题我国铸造行业的整体技术水平比发达国家落后约十几年，无法满足国民经济快速发展的需要。技术落后、设备陈旧、能耗和原材料消耗高、环境污染严重以及工人作业环境恶劣等问题，已经成为行业的共识。具体表现在如下四大问题：1.工艺水平低，铸件质量差(1)铸件加工余量大。由于缺乏科学的设计指导，工艺设计人员凭经验难以控制变形问题，铸造的加工余量一般比国外大 13 倍。加工余量大，铸件的能耗和原材料消耗严重，加工周期长，生产效率低，已成为制约行业发展的瓶颈。(2)大型铸件偏析和夹杂物缺陷严重。大型铸钢件和大型钢锭在凝固结束后，在冒口根部、铸件的厚大断面存在宏观偏析、晶粒粗大问题。(3)铸件裂纹问题严重。(4)浇注系统设计不合理。由于设计不当，存在卷气、夹杂等缺陷，导致铸件出品率和合格率低。(5)模拟软件应用不普及。铸造过程模拟是铸件生产的一个必要环节，在国外，如果没有计算机模拟技术，就拿不到订单。我国的铸造业计算机模拟起步较早，虽然核心计铸造工艺课程设计说明书 10算部分开发能力较强，但整体软件包装能力较差，导致成熟的商业化软件开发远落后于发达国家，相当一部分铸造企业对计算机模拟技术望而却步，缺乏信任。目前这种局面虽有所好转，但在购买了铸造模拟软件的企业中，能够发挥其作用的还不多见，急需对企业员工进行软件应用培训。(6)普通铸件的生产能力过剩，高精密铸件的制造依然困难，核心技术和关键产品仍依赖进口。2. 能耗和原材料消耗高我国铸造行业的能耗占机械工业总耗能的 25%30%，能源平均利用率为 17%，能耗约为铸造发达国家的 2 倍。我国每生产 1 吨合格铸铁件的能耗为 550700 公斤标准煤，国外为 300400 公斤标准煤，我国每生产 1 吨合格铸钢件的能耗为 8001000 公斤标准煤，国外为 500800 公斤标准煤。据统计，铸件生产过程中材料和能源的投入约占产值的 55%70%.中国铸件毛重比国外平均高出 10%20%，铸钢件工艺出品率平均为55%，国外可达 70%。3. 环境污染严重、作业环境恶劣我国除少数大型企业生产设备精良、铸造技术先进、环保措施基本到位以外，多数铸造厂点生产设备陈旧、技术落后、一般很少顾及环保问题。上世纪 80 年代，政府对规模小、技术水平低、污染严重的企业进行了专业化调整，提高了企业的集约化程度，但铸造生产的粗放型特征没有得到根本改变。生产现场环境恶劣、作业条件差、技术落后、粗放式生产的铸造企业占 90%以上;1998 年在匈牙利举办的第 63 届世界铸造会议上颁发了环境保护奖，获奖铸造厂中没有一个在中国，这与中国的铸造大国地位极不相称。我国铸造业的环境问题还表现在对自然资源的超量消耗上。铸造生产中炉料主要是生铁、废钢、焦炭、石灰石等、型砂、芯砂。主要是原砂、粘土、煤粉、树脂等粘结剂、固化剂、旧砂等的运输、混砂、造型、制芯、烘烤、熔化、浇注、冷却、落砂、清理和后处理等工序，就其作业内容来讲是在机械振动和噪声中进铸造工艺课程设计说明书 11行，有的还在高温?如熔化、浇注中作业，有的产生刺激性气味，粉尘作业环境更是恶劣。在我国铸造车间每生产 1 吨铸件，约散发 50kg 粉尘，熔炼和浇注工序排放废渣 200kg、废气 20m3，造型和清理排废砂约 1315 吨。以年产 2200 万吨铸件计，每年排污物总量为：废渣 440 万吨、废砂近 1650 万吨、废气 4 亿立方米。这些数据足以说明我国铸造行业环境问题的严峻程度，采用高技术实现绿色铸造是当前需要重点解决的关键问题。4. 人才短缺铸造技术人才严重短缺是制约我国铸造技术发展的关键。主要表现在：(1)技术及管理人员数量偏少，分布不均，最少的工厂技术及管理仅占总职工人数的12%，最多的工厂占到 323%，相差 27 倍之多，国企尤其是军工企业比例高。(2)高级人才数量少。铸造企业技术管理人才基本以中专、大专和本科生为主，特别是中专、大专生数量为多，研究生很少。(3)新人才来源困难。很多高校在 20 世纪 90 年代后不再设置铸造专业，一些大中企业的厂办学校也有下降趋势，新人才的来源日益困难。铸造人才缺乏的根本原因在于企业待遇低、工作环境差。国有企业在岗职工年龄 40岁以上的占 80%，2040 岁的人员很少，出现断档。民营企业从事铸造的专业技术人才，从年龄上看，大部分也在 60 岁以上，绝大多数工人更是极少经过专业培训，许多是农民工从事铸造生产。整个行业的技术水平尤其是质量意识和质量控制水平不适应市场竞争的要求。铸造工艺课程设计说明书 122 设计方案2.1 浇注位置的确定浇注位置的确定浇注位置是指浇注金属液时铸件在注型中所处的位置，浇注位置是根据铸件的结构特点、尺寸、重量、技术要求、铸造合金特性、铸造方法和铸造生产车间的条件决定。正确的浇注位置应该能保证获得健全的铸件，并使造型、制芯和清理方便。要依据浇注位置的确定原则选取合理的浇注位置。2.1.1 选择浇注位置时需满足的要求：1）浇注位置应有利于所确定的凝固顺序。2）铸件的重要部位应位于下部。3）重要加工面应朝下或呈直立状态。4）保证铸件能够充满。薄壁部分应放在内浇道以下或置于铸型下部。5）使铸件大平面朝下，对于大的平板类铸件可采用倾斜浇注以便增大金属液面的上升速度，防止产生缺陷。根据设计要求，浇注位置我设计了以下两种方案：方案一：浇注温度较低冷却较快，金属凝固时没有实现顺序凝固的可能，所以设置浇注位置时尽量使金属液同时凝固，而且浇注位置要设置到零件的加工面上，易于清理，保证铸件的表面质量与美观，方便起模，选择顶注式浇注系统，倾斜浇注，选定的浇注位置如下图 2-1 所示：铸造工艺课程设计说明书 13图 2.1 浇注位置示意图方案二：这种浇注方式的优点是充型平稳，对砂芯冲击力小，金属液氧化小。但是此种方法不利于起模，不易于清砂。如图 2.2 所示图 2.2 浇注位置示意图经过分析，我决定采用方案一顶注式浇注式浇注方式进行浇注。2.2 分型面的确定分型面是指两个半铸型相互接触的表面。分型面一般在浇注位置确定后再选择，但分析各种分型面方案的优点和不足之后，可能需要重新调整浇注位置，本次根据铸件结构特点，设计了以下两个分型方式：方案一：该方案易分型，但不好取浇注系统，而且易产生错箱，不容易拔模，且采用吊芯，容易出现缺陷,优点是砂箱不高。图 2.2 分型面方案一方案二：容易充满，可减少薄壁件浇不到，冷隔方面的缺陷，且冒口尺寸小，该方案的分型铸造工艺课程设计说明书 14面位于同一平面切在铸件的最大断面处，造型时比较简单，且方便起模，保证逐渐质量，同时使铸件便于补缩，并且适合雨淋式浇注系统。图 2.3 分型面方案二因此我们根据分型面的选择原则采用方案二的分型方式进行分型。铸造工艺课程设计说明书 153 设计说明设计说明3.1 铸件尺寸公差铸件尺寸公差铸件尺寸公差是指允许的铸件尺寸变动量。公差就是最大极限尺寸与最小极限尺寸代数和的绝对值。铸件尺寸保持在两个允许的极限尺寸之内，就可以满足加工、装配和使用的要求。根据铸件的技术要求，查表 3-1，3-2，我们取铸件公差等级为 GB/T 6414-1999 CT12，取尺寸公差为 15表 3-1 小批生产铸件的尺寸公差等级（GB6414-86）公差等级 CT造型材料铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铝合金轻金属合金干湿型砂131513151315131513151113自硬砂121411131113111310121012表 3-2 铸件尺寸公差 摘自（GB/T 6414 1999）毛坯铸件基本尺寸铸件尺寸公差等级 CT大于至12345678910111213141516100.090.130.180.260.360.520.7411.522.84.210160.10.140.20.280.380.540.781.11.62.23.04.416250.110.150.220.300.420.580.821.21.72.43.24.668101225400.120.170.240.320.460.640.91.31.82.63.6579111440630.130.170.240.360.500.7011.422.845.68101216631000.140.180.260.400.560.781.11.62.23.24.4691114181001600.150.200.280.440.620.881.21.82.53.657101216201602500.220.300.500.7211.422.845.68111418222504000.240.340.560.781.11.62.23.24.46.29121620254006300.400.640.91.21.82.63.657101418222863010000.7211.422.84681116202532100016000.801.11.62.23.24.6791318232937160025002.63.85.48101521263342250040004.46.291217243038494000630071014202835445663001000011162332405064铸造工艺课程设计说明书 163.2 铸件重量公差铸件重量公差铸件的重量公差定义为以占铸件公称重量的百分率为单位的铸件重量变动的允许值。所谓公称重量是包括加工余量和其他工艺余量，作为衡量被检验铸件轻重的标准。根据铸件的技术要求，根据表 3-3 我们取悬梁的公差等级为 10% 表 3-3 铸件重量公差数值（%） （摘自 GB/T 6414 1999）3.3 机械加工余量机械加工余量铸件为保证其加工面尺寸和零件精度，应有加工余量，即在铸件工艺设计时预先增加的，而后在机械加工时又被切去的金属层厚度，称为机械加工余量，简称加工余量。机械加工余量值由精到粗共分为十个等级：A、B、C、D、E、F、G、H、J 和 K，根据 要求，不同的铸造方法所采用的机械加工余量下表所示。表 3-4 铸件加工余量等级（摘自 GB/T 6414 1999）最大尺寸1）要求的机械加工余量等级大于至ABCDEFGHJK400.10.10.20.30.40.50.50.711.440630.10.20.30.30.40.50.711.42631000.20.30.40.50.711.422.841001600.30.40.50.81.11.52.23461602500.30.50.711.422.845.582504000.40.70.91.31.42.53.557104006300.50.81.11.52.234691263010000.60.91.21.82.53.5571014100016000.711.422.845.581116160025000.81.11.62.23.24.5691418250040000.91.31.82.53.5571014204000630011.422.845.581116226300100001.11.52.234.5691217241）最终机械加工后铸件的最大轮廓尺寸。重量 kg重量公差数值重量公差等级MT7891011121314100-400456810121416400-1000345681012141000-40002345681012铸造工艺课程设计说明书 172）等级 A 和 B 仅用于特殊场合，例如，在采购方与铸造厂已就加持面或者基准目标商定模样装备、铸造工艺和机械工艺的成批上产情况下。由表 3-4,3-5 可知当我们选用的铸件材料为灰铸铁造型方法为砂型铸造机器造型和壳型时且本零件的最大轮廓尺寸为 1695mm，加工余量等级为 H，考虑到方便加工，加工余量为 9mm。3-5 毛坯铸件典型的机械加工余量等级（摘自 GB/T 6414 1999）3.4 起模斜度起模斜度铸件高度为 260mm,查表得选用木模 =035，a=4.2mm表 3-6 铸铁件起模斜度（摘自 GB/T 6414 1999）起模斜度金属模样、塑料模样木模样测量面高度 HmmAA mmAA mm103300.64000.810401501.42051.6401000501.60551.61001600351.60402.01602500302.20352.62504000303.60354.24006300254.60305.663010000205.80257.41000160002511.61600250002518.2要求的机械加工余量等级铸件材质方法铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金锌合金轻金属合金镍基合金钴基合金砂型铸造手工造型GKFHFHFHFHFHFHGKGK砂型铸造机器造型和壳型EHEGEGEGEGEGEGFHFH压力铸造DFDFDFDFDFDF熔模铸造EEEEEEE铸造工艺课程设计说明书 182500025注：1 当凹处过深时，可用活块或芯子形成2 自硬砂造型时，模样凹处内表面的起模斜度值允许被按其表面的斜度值增加 50%。3 对于取模困难的模具，允许采用较大的取模斜度，但不得超过表中数值的一倍。4 芯盒的取模斜度可参照本表选择。5 当造型机工作压在 700KPa 以上，允许将本表的起模斜度增加，但不得超过 50%。6 铸件结构本身在起模方向上有足够的斜度时，不在增加起模斜度。7 同一铸件，上、下两个起模斜度应取在分型面上的同一点 3.5 铸造收缩率铸造收缩率3-7 各种铸铁件的铸件线收缩率（%） （摘自 GB/T 6414 1999）线收缩率铸件的种类受阻收缩率自由收缩中小型铸件0.81.00.91.1大中型铸件0.70.90.81.0特大型铸件0.60.80.70.90.70.90.81.0灰铸铁特殊的圆筒形铸件长度方向直径方向0.50.60.60.8珠光体球墨铸铁0.81.21.01.3球墨铸铁铁素体球墨铸铁0.61.20.81.2珠光体可锻铸铁1.21.81.52.0可锻铸铁铁素体可锻铸铁1.01.31.21.5白口铸铁 b1.51.75铸造收缩率的定义为: （3-1）%100/ )(JJMLLLK式中模样（或芯盒）工作面的尺寸；铸件尺寸MLJL因为我所选用的材料为 HT250,铸件为中小型铸件，根据表中数据查的悬梁的线收缩率为 0.9%铸造工艺课程设计说明书 19 铸造收缩率与铸造合金种类、浇冒口系统结构、铸件结构、铸型种类（含砂型和砂芯的退让性）等因素有关。铸造合金从凝固状态转变为固态会产生收缩；合金的成分与其含量不同，其收缩率同样会发生变化，这是铸造合金的特性。浇冒口结构阻碍收缩铸件结构的复杂性，砂型和砂芯的退让性差，都会阻碍到铸件由液态变为固态的收缩。因此，实际的铸造收缩率是由上述各种因素综合形成的。3.6 最小铸出孔最小铸出孔表 3-8 铸件最小铸出孔（摘自 GB/T 6414 1999）铸件厚度200灰铸铁303540另行规定应铸出的最小孔径球墨铸铁354045另行规定 机械零件上往往有很多孔、槽和台阶，一般应尽可能在铸造时铸出。这样既可节约金属，减少机械加工的工作量、降低成本，又可使铸件壁厚比较均匀，减少形成缩孔、缩松等铸造缺陷的倾向。但是，当铸件上的孔、槽尺寸太小，而铸件的壁厚又较厚和金属压力较高时，反而会使铸件产生粘砂,造成清理和机械加工困难，有的孔、槽必须采用复杂而且难度较大的公益措施才能铸出，而实现这些措施还不如用机械加工方法制出更为方便和经济。查表 3-9 得，最小铸出孔为：30-50.因此 24 个直径为 30mm 的螺孔不用铸出。表 3-9 灰铸铁的不铸出孔直径（摘自 GB/T 6414 1999）生产批量不铸出孔直径大批量生产1215成批生产1530单件或小批量生产30503.7 反变形量反变形量大型床身类、大型平板类、大型铸钢箱体类、细长的纺织机械类铸件，由于冷却速度不均匀，铸件冷却后常出现变形。从铸造工艺角度解决挠曲变形问题，可在制造模样时，在铸件可能产生变形的相反方向做出变形量，使铸件冷却后变形的结果正好将其抵消，得到符合图样要求的铸件。这种在制模时预先做出的变形量，叫做反变形量，又称铸造工艺课程设计说明书 20反挠度、反弯势、假曲率。我们将本件当做一般床身，本件长为 1695mm，约为 2000mm，一般壁厚为 16mm，导轨厚度为 33mm，因此留反变形量 2.5mm。表 3-10 机床床身的反变形量 （mm）名称铸件尺寸一般壁厚导轨厚度反变形量L-3-6 床身长 200016332.5L-3-8 床身长 261416333.5F-1 床身长 316219325C6150-g 床身长 235014345铸造工艺课程设计说明书 214 砂芯砂芯的设计的设计砂芯的功能是形成铸件内腔、孔和铸件外形不能铸出砂的部位。砂型局部要求特殊性能的部分，有时也用砂芯。对砂芯的要求主要是：1）砂芯的形状、尺寸以及在砂型中的位置均应保证铸件的形状和尺寸符合要求。2）具有足够的强度和刚度。3）在铸件形成过程中砂芯所产生的气体能及时排出型外。4）铸件收缩时的阻力小，容易清砂。4.1 砂芯方案砂芯方案对于本次设计的零件悬梁，采用树脂自硬砂制芯，涉及不到砂芯的烘干。砂芯可以帮助铸件成型、确保铸件精度的关键因素。分析铸件的结构，因为该铸件为对称结构，铸件的尺寸较中小，只需要做一个整体砂芯。芯头是伸出铸件型腔以外的砂芯一部分，它可以起到定位砂芯的作用。根据悬梁的型腔结构，设置 3 个垂直芯头。因为 L=260mm,D=120mm，取间隙 S=3.0，H垂直=60mm。芯头斜度为 5铸造工艺课程设计说明书 22图 4.1 悬梁件砂芯三维图铸造工艺课程设计说明书 235 浇注系统浇注系统浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道，主要由浇口杯、直浇道、横浇道、和内浇道 4 个部分组成。浇注系统设计的合理与否对铸件质量影响很大，大约 30%的铸件废品是由于浇注系统设计不当导致的。设计时应根据铸件的结构特点、合金种类、技术要求合理地设计浇注系统。设计浇注系统应遵守以下原则：1）金属液的充型过程中应控制金属液的流动方向和速度，尽可能使金属液平稳，连续地充满型腔；2）在合适的时间内充满型腔，避免形成夹砂、冷隔、皱皮等缺陷，保证铸件轮廓清晰、完整；3）调节铸型内的温度分布，有利于强化铸件的补缩、减少铸造应力，防止铸件出现变形、裂纹等缺陷；4）浇注系统应具备挡渣、溢渣、净化金属液的能力；5）浇注系统应该结构简单、可靠、减少金属液的消耗，且便于清理。5.1 浇注时间的确定浇注时间的确定 （5-1）nmBp -注时间；m-铸件或浇注金属质量，算上浇注系统后和加工余量等，铸件的质量约 540kg 左右；-铸件壁厚，取 15mmB-系数，铸铁 B=2；P-系数，取 p=0.33；n-系数，取 n=0.33；带入式中得 51snmBp金属液在铸型中的上升速度 V型=C/ （5-2）V型-金属液在铸型中上升速度；铸造工艺课程设计说明书 24C-铸件高度，铸件高约为 260mm；计算得 V5.1mm /s根据表当铸件壁厚为 15 时，型内铁液最小上升速度 5.1mm/s，浇注时间满足要求。5.2 浇注系统的压力头及阻流面积的计算浇注系统的压力头及阻流面积的计算5.2.1 压力头的计算压力头的计算根据平均压力头计算公式计算平均压力头 ，对于顶注式有： Hp=H0 （5-3）式中 Hp平均压力头；H0阻流截面以上的金属压力头，铸件平均压力头H0=400mm则平均压力头Hp为40cm。5.2.2 阻流面积的计算阻流面积的计算根据 Osann 公式计算最小阻流面积： （5-4）p2gHm阻S式中 m-浇注金属液质量，m=539kg；-金属液密度，=7.0g/cm3；-浇注时间，=51s；-流量系数，修正后 =0.5；g-重力加速度 9.8m/s2；Hp-阻流截面的平均计算压力头 Hp =40cm ；计算得最小阻流面积 S阻=34cm2。浇道比为: S直 S横: S内 =1.4：1.2：1=47：40.8：34 （5-5）铸造工艺课程设计说明书 255.3 各浇道的截面积各浇道的截面积直浇道截面形状为圆形，A直=47cm2，直浇道直径为 78mm。直浇道窝的直径为直浇道直径的 1.4-2 倍，高度为横浇道高度的 2 倍。考虑到采用顶注式的浇注系统，金属液对铸型的冲击较大。横浇道截面为梯形，为了防止最初进入横浇道的金属液杂质进入型腔，末端设有 120mm 延长段以容纳最初浇注的低温、含气、含渣的金属液体，防止其进入铸型；横浇道尺寸如下：a=70mm，b=60mm，h=63mm，长度=1500mm，A横=40.8cm2。内浇道的功能是控制充型速度和方向，分配金属液，本设计我们选用扁平形截面形式，因为这种形状内浇道易于清理。设置两个内浇道，内浇道尺寸如下：a=60mm，b=50mm，c=16mm，长度=85mm，A内=34cm2。 （直浇道） （横浇道） （内浇道）图 5.2 浇注系统各截面形状5.4 浇口杯浇口杯浇口杯是漏斗形的外浇口，单独制造或直接在铸型内形成，成为直浇道顶部的扩大部分。其作用是承接来自浇包的金属液，防止飞溅和溢出，方便浇注；减少金属液对铸型的直接冲击；可能撇去部分熔渣、杂质、阻止其进入直浇道内；提高金属液静压力。铸造工艺课程设计说明书 26浇口杯分为漏斗形浇口杯和浇口盆两类。此次设计为了方便浇注我所采用的是漏斗形浇口杯，5.4.1 浇口杯示意图表 5.1 浇口杯尺寸浇口杯尺寸铸件质量/kgABlHH1daRR1H2铁液消耗量/kg200-600320200110155155020302545595.5 冒口的设计冒口的设计本设计采用顶冒口，由于在铸件的上部有两个热节，且两个热节互相对称，因此为了防止出现缩孔、缩松的情况，我们采用了顶冒口。补缩距离为壁厚的 5 倍，因此本次采用了 25 个冒口。5.5.1 冒口的尺寸冒口的尺寸对于壁厚为 38mm 的部分我们采用高为 80mm 直径为 60mm 的冒口。对于壁厚为 30mm 的部分我们采用高为 80mm 直径为 50mm 的冒口。铸造工艺课程设计说明书 27图 5.5.1 冒口示意图铸造工艺课程设计说明书 286 工装设计工装设计6.1 砂箱的设计砂箱的设计砂箱是保障砂型与砂型精确合型的重要装备，砂箱设计需要充分考虑砂箱顶使用性，砂型结构需要满足砂型要求，保证上下砂型的精确定位与牢固连接。砂型的尺寸确定需要根据铸件尺寸、吃砂量、铸件在砂箱内部布置等方面来确定尺寸。表 6-1 按铸件重量确定的吃砂量（单位 mm）铸件重量/kgabcdef251500120120708070501100015015090901201001200020020010010015020013000250250125125200铸件重量为 539Kg，设计为一箱一件形式，依据表 6-1 按重量确定吃砂量表，可确定吃砂量最小尺寸为 a=150mm，b=150mm，c=90mm，d=90mm，f=120mm。实际选取数值略比该值大，设计时考虑现有模板及砂箱标准尺寸。砂箱的材质为铸钢，上箱的尺寸为 80020001850mm，下箱为 8002000200mm铸造工艺课程设计说明书 29图 6.1 砂箱6.2 模板模板 模样本体结构类型:可参照表选择。平装式结构简单，容易加工，最常用。嵌入式在特殊条件下应用。选定模样结构后，便可依据铸造工艺图确定模样的外形。模样外形设计如图（6-2）和（6-3）所示：铸造工艺课程设计说明书 30图 6-2 上模板铸造工艺课程设计说明书 31图 6-3 下模板6.3 芯盒芯盒芯盒是制造砂芯的专用模具，芯盒的尺寸精度和结构是否合理，将在很大程度上直接影响到砂芯的质量和制芯效率。设计芯盒时应以产品零件图、生产批量、铸造工艺方案、铸造工艺图（或砂芯图)、制芯设备的技术规格、工装加工能力及技术水平等为依据，根据砂芯的结构形状和尺寸大小来确定芯盒的类型、材质、结构形式和尺寸。芯盒设计一般应满足如下要求：1) 芯盒材料和结构形式应与生产批量相适应，且应具有必要的强度、刚度和耐磨性，以保证达到要求的使用寿命。2) 确保砂芯的几何形状和尺寸精度。3) 有利于安放芯骨、开设排气道等。铸造工艺课程设计说明书 324) 尽可能减轻芯盒重量，满足选用的制芯设备的装配和操作要求。5) 简化芯盒的制造工艺，减少加工工时，降低制造成本。本设计的芯盒图如图 6.4 所示。6.4 芯盒铸造工艺课程设计说明书 337 结结 论论通过此次设计我们对悬梁件的铸造方式进行的设计说明，本次悬梁件铸造工艺设计过程中，便紧随铸造工艺的发展趋势，采用树脂自硬砂造型，摒弃手工制图等传统方法，熟练运用 Creo Layout 7.0、AutoCAD、Procast、华铸 CAE 等软件进行铸造工艺的设计与改善。这大大提升了我们的工作效率，减少了所用成本。此次设计中确定工艺时，首先在零件图基础上确定铸造工艺参数，绘制毛坯图，并在毛坯基础上进行工艺设计。本次工艺采用树脂砂造型，顶柱式倾斜浇注系统，使用中间分型。浇注系统设计了平做平浇与平做立浇共 2 种方案，使用华铸 CAE 仿真模拟软件分别对其进行初步模拟，分析模拟结果的充型过程、缺陷分布以及工艺改进性等方面，最终浇注系统选择顶柱式倾斜浇注系统，充分保证铸件重要工作部位在铸件下部，提高铸件质量。在工艺改进中，通过多次调整冒口与冷铁的位置，使铸件产生有利于最终铸件综合性能的顺序凝固方式，消除了铸件中的缺陷，并且保证铸件有较高的工艺出品率，符合工厂生产中经济性的原则。需要改进的地方是由于此件比较大，我认为采用传统的砂型铸造可能会在操作时候存在困难，而且在型砂方面的选择，成本上可能存在一些问题，且成本可能不是最佳的。因此我认为可以采用消失模铸造来代替传统的砂型铸造 。这样可以减轻砂型造型的工作难度，还能降低生产成本。铸造工艺课程设计说明书 34致 谢感谢贾克明讲师对我本次课程设计做出的指导，对本次设计所设计到的各个参考文献的作者做出感谢，感谢您们对于我本次设计提供了极大的帮助，让我的设计得以更轻松简单。顺利完成课程设计。铸造工艺课程设计说明书 35参 考 文 献1 李魁盛典型铸件工艺设计实例M机械工业出版社，19982 中国铸造协会， 铸造工程师手册编写组铸造工程师手册 M机械工业出版社，2010 年 10 月第 3 版3 李弘英,赵成志.铸造工艺设计M.机械工业出版社, 2009.4 李晨曦铸造工艺及工装合计M化学工业出版社，2014 年 08 月第 1 版.5 中国机械工程学会铸造分会. 铸造手册.第 5 卷,铸造工艺-第 2 版M. 机械工业出版社, 2003.6 李荣德，米国发，荣守范铸造工艺学M机械工业出版社，2013.7 叶荣茂，吴维冈，高景艳铸造工艺课程设计手册M哈尔滨工业大学出版社，1995.36