端盖铸造工艺设计

端盖铸造工艺设计,铸造,工艺,设计 铸造工艺课程设计说明书设计题目端盖铸造工艺设计学 院材料科学与工程年 级专 业学生姓名学 号指导教师 教师铸造工艺课程设计说明书I目目 录录1 1 前前 言言.11.1 本设计的目的、意义.11.1.1 本设计的目的.11.1.2 本设计的意义.11.2 本设计的技术要求.12 2 设计方案设计方案.32.1 铸造工艺方案分析.32.1.1 造型方法、造芯方法的选择.32.1.2 铸造方法的选择.32.1.3 铸型种类的选择.32.1.4 铸件浇注位置的确定.32.1.5 分型面的选择.43 3 设计说明设计说明.63.1 铸造工艺参数.63.1.1 收缩率的确定.63.1.2 灰铁铸出孔的确定.63.1.3 加工量确定.73.1.4 起模斜度.103.1.5 砂芯设计.113.1.6 工艺出品率.134 4 浇注系统设计浇注系统设计.154.1 浇注系统.154.1.1 浇注时间的确定.154.1.2 浇注系统面积计算.165 5 模板及芯盒设计模板及芯盒设计.215.1 模底板设计.215.2 上模板设计.225.3 下模板设计.235.4 砂箱设计.235.5 芯盒设计.246 6 结结 论论.25铸造工艺课程设计说明书II致致 谢谢.26参参 考考 文文 献献.27铸造工艺课程设计说明书11 前 言1.1 本设计的目的、意义1.1.1 本设计的目的随着科技的不断发展，出现了越来越多的新型成型技术，但传统的铸造生产仍在工业生产中起到不可或缺的作用。通过本次铸造工艺设计，了解铸造工艺设计中各部分的设计原则和要求，设计出合格的铸件，全面的了解和掌握铸造工艺设计的过程和一般方法。1.1.2 本设计的意义本次铸造工艺学课程设计作为铸造专业实践环节之一，是对铸造专业的学生工艺理论及专业基础知识的检验。了解和掌握铸件的生产与设计过程；根据铸造零件结构、材质、批量、生产条件等因素，确定铸造工艺方案及工艺参数、绘制铸造工艺图、工艺卡等技术文件，参与了解整个铸造生产过程，为以后的毕业设计打下了良好的基础。1.2 本设计的技术要求端盖零的结构如下图 1.2 端盖零件图所示，端盖结构为台阶圆柱回转体。主要工作面位于端盖底面 24mm 厚的圆法兰盘以及小端面，法兰盘侧面需加工，法兰盘平面与基准轴垂直度要求；法兰盘有 M10 安装螺栓通孔及沉头孔；小端面有 4 个 M10 螺丝孔；中间轴孔部分 120、45 孔需要加工且有精度要求。铸造工艺课程设计说明书2本次设计的端盖零件材质为 HT200，最小抗拉强度为 200MPa，布氏硬度为163241HBW，伸长率 0.30.8%抗弯强度为 400 MPa，抗压强度为 600800 MPa，抗剪强度为 248 MPa1，满足大多数端盖、端盖零件的机械性能要求。技术要求：1.铸件不许有气孔、砂眼、夹渣等缺陷；2.铸件应时效处理；3.未注铸造圆角 R1-3；4.螺纹倒角倒小角。灰铸铁具有良好的铸造性能1，材质为灰铁的铸件毛坯一般采用铸造方式获得，本次设计采用砂型铸造，手工造型，一箱两件生产该零件。为了便于分析直观，依据端盖的零件二维图纸，建立端盖的三维零件如下图 1.2.1 端盖三维零件图所示。1.2.1 端盖三维零件图铸造工艺课程设计说明书32 设计方案2.1 铸造工艺方案分析2.1.1 造型方法、造芯方法的选择根据手工造型和机器造型的特点，本次设计选择手工造型，Z148E 型造型机。2.1.2 铸造方法的选择根据零件的各参数，对照表格中的项目比较，选择砂型铸造。2.1.3 铸型种类的选择根据铸型的特点和应用情况选用自硬砂。2.1.4 铸件浇注位置的确定铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。浇注位置是根据铸件的结构特点、尺寸、重量、技术要求、铸造合金特铸造方法以及生产车间的条件决定的。正确的浇注位置能保证获得健全的铸件，并使造型、制芯和清理方便。浇注位置选择一般遵循以下原则2：1）逐渐最重要的部分或交大平面朝下。2）铸型的防止应有利于砂芯的定位与稳固支撑。3）当铸件需要冒口补缩时，最好使补缩部位处于铸件的上部。4）为避免铸件薄壁部分浇不足，浇注使，薄壁部分营放在下边或立放或斜放。5）铸型的放置应有利于在浇注时，砂型和砂芯排气。6）对于平板类铸件，为了防止夹砂，可以倾斜放置，同时也有利于排气，也可减少铁水对铸型的冲刷力。7）应尽量使砂芯全部或者主要部分位于下型，并尽量少用吊芯。8）应使下芯，合箱方便，便于检查型腔尺寸。综合上述原则，考虑到端盖零件结构特点，本次设计采用底部浇注。铸造工艺课程设计说明书42.1.5 分型面的选择铸造分型面是指铸型组元间的接合面，分型面的选择应尽量与浇注位置一致，尽量使两者协调起来，使铸造工艺简单，并易于保证铸件质量2。浇注位置往往同分型面的选择密切相关，所以二者相互影响，为了便于充分考虑二者的相互关联的关系，端盖零件可有以下三种分型方案。分型方案一：将以端盖零件对称轴面做分型面，将该零件分为上、下两部分，选择中间浇注系统适合此分型方案，该分型方案如图 2.5.1 分型方案一。图 2.5.1 分型方案一分型方案一的优点是分型面平直。缺点是将上下铸型分在两块模板上容易出现错箱问题，影响端盖外观质量。分型方案二：在端盖底面法兰盘上做平直分型面，采用顶部浇注系统，该分型方案如图 2.5.2 分型方案二所示。图 2.5.2 分型方案二分型方案二的优点分型面简单，铸型在一个模板上，避免了可能出现的错箱问题。铸造工艺课程设计说明书5该方案的缺点是，将端盖的重要安装平面放在浇注位置的上表面，增大铸造缺陷缺陷的可能；另外端盖中间的垂直砂芯，下部芯头小，造型下芯容易造成砂芯倒伏。分型方案三：在端盖的法兰盘顶面做分型面，采用底部浇注系统，将铸型分为上、下两部分，该分型方案如图 2.5.3 分型方案三所示。图 2.5.3 分型方案三分型方案三的优点是分型面简单平直，将端盖重要的安装面，放在浇注系统的下面。缺点端盖的上、下型可能出现错箱问题。分型方案四：分型方案四与分型方案二类似，都在端盖的法兰盘处做平直分型面，分型方案四将端盖的主体放在上型，采用底部浇注系统，该分型方案如图 2.5.4 分型方案四所示。图 2.5.4 分型方案四分型方案四的优点是分型面简单平直，将端盖重要的安装面，中间砂芯的下芯头比上芯头大，避免出现下芯倒伏的可能。缺点端盖的铸型都在上型，会造成上砂箱过高。综合比较，方案四将端盖法兰盘重要安装面放在浇注位置的下面；铸型完全在一块模板上，避免了错箱可能；避免了造型下芯倒伏的问题。便于批量生产，提高生产效率。故本次设计分型方案选择分型方案四进行分型分模，采用底部浇注系统。铸造工艺课程设计说明书63 设计说明3.1 铸造工艺参数3.1.1 收缩率的确定铸件线收缩率又称铸件收缩率或者铸造收缩率，是指铸件从线收缩开始温度（从液相中析出枝晶搭成的骨架开始具有固态性质时的温度）冷却到室温时的相对线收缩量，以模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示，即 =1 21 100%式中摸样长度，铸件长度。12由表 3.1.1 灰铁自由收缩率1，可知支撑座材质为 HT200，对应的收缩率为 1%。 表 3.1.1 灰铁收缩率HT100,HT150,HT200灰铸铁牌号小中件中大件特大件HT250HT300HT350自由线收缩率（%）铸造收缩率（受阻收缩率（%） ）0.91.10.81.00.81.00.70.90.70.90.60.80.91.10.70.91.51.03.1.2 灰铁铸出孔的确定该端盖为大批量生产，依据表 3.1.2 灰铸铁不铸出孔直径可知端盖零件中 M10 螺丝孔不铸出，为后续机械加工；端盖底面法兰盘上 M10 螺栓的过孔 11 与沉头孔 18 均为后续机械加工，不铸出。其余端盖的中轴孔 45、120、150，均须铸出。表 3.1.2 灰铸铁件不铸出孔直径 （单位 mm）生产批量不铸出孔直径大量生产1215成批生产1530单件或小批生产3050铸造工艺课程设计说明书73.1.3 加工量确定工艺设计铸件上的机械加工余量是铸件上要用机械加工的方法切去的金属层厚度。加工余量不足，会使铸件因加工表面上残存黑皮和表层缺陷而报废；加工余量太大，会增加机械加工的工作量，且浪费金属材料，从而增加了生产成本，有时还会因截面变厚，热节变大，使铸件晶粒粗大，力学性能降低。铸件的机械加工余量可以用查表的方法确定。铸件切削加工余量等级常常和铸件尺寸公差等级配套确定。铸件尺寸公差的代号用字母 CT 表示2。尺寸公差等级分为 16 级。单件和小批量生产的铸件尺寸公差等级见表 3.1.3 成批和大批量生产铸件的尺寸公差等级（摘自 GB/T6414-1999） 。端盖为砂型铸造手工造型批量生产,故依据表 3.1.3 成批和大批量生产铸件的尺寸公差等级（摘自 GB/T6414-1999）选用铸件公差等级为 CT11（GB/T 6414-1999-CT11） 。表 3.1.3 成批和大批量生产铸件的尺寸公差等级（摘自 GB/T6414-1999）公差等级 CT铸 件 材 料方法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11141114111411141013101391211141114砂型铸造机器造型和壳型81281281281081081079812812金属型铸造（重力铸造或者低压铸造）8108108108107979压力铸造684647水玻璃79797958587979熔模铸造硅溶胶46464646464646注1 表中所列处的公差等级时至在大批量生产、且影响铸件尺寸精度的生产因素已得到充分改进时铸件通常能够达到的公差等级。2 本标准还适用于本表未列出的由铸造厂和采购方之间协议商定的工艺和材料。铸件切削加工余量的代号用字母 MA 表示。切削加工余量等级由精到粗分为A、B、C、D、E、F、G、H、J 共 9 个等级2。单件和小批量生产的铸件加工余量等级按表铸造工艺课程设计说明书8表 3.1.4 毛坯铸件典型的机械加工余量等级选取该端盖的加工等级为 G 级。表 3.1.4 毛坯铸件典型的机械加工余量等级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端盖法兰盘部分尺寸为：240X24X120，基本尺寸 240，查表 3.1.5 铸件尺寸公差数值（摘自 GB/T6414-1999CT11 公差值为 5.6，位于侧面，且该位置双侧加工，查表 3.1.6要求的铸件加工余量(RMA) （摘自 GB/T6414-1999）加工余量等级 RMA(G)对应数值为2.8，则法兰盘侧面加工量为：5.6/4+2.8=4.2mm，圆整去加工量为 4.5mm。表 3.1.5 铸件尺寸公差数值（摘自 GB/T6414-1999） （单位：mm）毛坯铸件基本尺寸铸件尺寸公差等级 CT1）大于至123456789101112132）142）152）162）3）100.090.130.180.260.360.520.7411.522.84.210160.10.140.20.280.380.540.781.11.62.23.04.416250.110.150.220.300.420.580.821.21.72.43.24.668101225400.120.170.240.320.460.640.91.31.82.63.6579111440630.130.170.240.360.500.7011.422.845.68101216631000.140.180.260.400.560.781.11.62.23.24.4691114181001600.150.200.280.440.620.881.21.82.53.657101216201602500.220.300.500.7211.422.845.68111418222504000.240.340.560.781.11.62.23.24.46.29121620254006300.40.60.91.21.82.3.571014182228铸造工艺课程设计说明书9046663010000.7211.422.84681116202532100016000.801.11.62.23.24.6791318232937160025002.63.85.48101521263342250040004.46.2912172430384940006300710142028354456630010000111623324050641）在等级 CT1CT15 中对壁厚采用粗一级公差（见第 7 章）2）对于不超过 16mm 的尺寸，不采用 CT13CT16 的一般公差，对于这些尺寸应标注个别公差。3）等级 CT16 仅适用于一般公差规定为 CT15 的壁厚。端盖的法兰盘底面为单侧加工， 位于浇注下面，查表 3.1.6 要求的铸件加工余量(RMA) （摘自 GB/T6414-1999）加工余量等级 RMA(G)对应数值为 2.8，则该尺寸的加工量为：5.6/2+2.8=5.6mm，取整数为 6mm。端盖上端面端加工部分尺寸 120X120，基本尺寸为 120，对应公差等级 CT11 公差值为 5，位于分型面和浇注位置的顶面，且为单侧加工，加工余量等级降一级即为 RMA(H)，对应数值为 3，则加工量为：5/2+3=5.5mm，则端盖上表面加工量为 5.5mm。端盖中间轴孔加工尺寸为 120X46，基本尺寸为 120，对应公差等级 CT11 公差值为5，位于侧面，双侧加工，加工余量等级为 RMA(G)，对应数值为 2.2，则加工量为：5/4+2.2=3.45mm，圆整取加工量为 3.5mm。3.1.6 要求的铸件加工余量(RMA) （摘自 GB/T6414-1999） (单位：mm)最大尺寸1）要求的机械加工余量等级大于至ABCDEFGHJK400.10.10.20.30.40.50.50.711.440630.10.20.30.30.40.50.711.42631000.20.30.40.50.711.422.841001600.30.40.50.81.11.52.23461602500.30.50.711.422.845.582504000.40.70.91.31.42.53.557104006300.50.81.11.52.234691263010000.60.91.21.82.53.5571014100016000.711.422.845.581116160025000.81.11.62.23.24.5691418铸造工艺课程设计说明书10250040000.91.31.82.53.5571014204000630011.422.845.581116226300100001.11.52.234.5691217241）最终机械加工后铸件的最大轮廓尺寸。2）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。端盖中间轴孔加工尺寸为 45X29，基本尺寸为 45，对应公差等级 CT11 公差值为4，位于侧面，双侧加工，加工余量等级为 RMA(G)，对应数值为 0.7，则加工量为：4/4+0.7=1.7mm，圆整取加工量为 2.0mm。端盖 150 中间轴孔为黑皮面不加工，此处随型腔做砂芯铸出。3.1.4 起模斜度为了使模样(或芯)易于从砂型(或芯盒)中取出(砂型铸造)，或者从铸型中取出铸件(金属型铸造)，铸件垂直分型面的表面要留有起模斜度(也称拔模斜度)。铸造斜度可以用不同的方法形成，起模斜度可采取增加铸件壁厚（如图 3.4.1 中图 1） 、增减铸件壁厚（如图3.4.1 中图 2）或者减小铸件壁厚（如图 3.4.1 中图 3）的方法来形成。图 3.4.1在铸件上添加起模斜度，原则上不应超过铸件的壁厚工差要求。铸件的起模斜度值参考表 3.4.1 起模斜度（JB/T 5105-1991） 。表 3.4.1 起模斜度 （摘自 JB/T 5015-1991）起模斜度金属模样、塑料模样木模样测量面高度 HmmAA mmAA mm103300.64000.810401501.42051.6铸造工艺课程设计说明书11401000501.60551.61001600351.60402.01602500302.20352.62504000303.60354.24006300254.60305.663010000205.80257.41000160002511.61600250002518.22500025如图 3.4.2 端盖零件铸件二维图所示，该端盖零件底座垂直分型面的总高度为131.5mm（计算完加工量之后的尺寸） ，采用金属模样造型，底部浇注，分型面端盖的法兰盘的底面，则垂直分型面的台阶高度分别为 16.5mm、85mm、30mm。图 3.4.2 端盖零件铸件二维图依据表 3.4.1 起模斜度（JB/T 5105-1991）以及表 3.3.3 铸件尺寸公差数值（摘自GB/T6414-1999） ，综合比较，为了使脱模顺利，85mm 的高度，增大起模斜度，采用增减壁厚方式，选取金属模样的起模角度为 0.5；其余尺寸均不超过 40mm，则采用增减壁厚方式，选取金属模样的起模角度为 1.5。铸造工艺课程设计说明书123.1.5 砂芯设计依据前文分析，端盖在背后端盖处需设计砂芯，依据加工量数值计算此处砂芯长度为 131.5，砂芯直径为 113、150、45 台阶圆柱，查表 3.5.1 垂直心头高度，其上芯头高度为 25mm，下芯头高度为 30mm。当 D 或者（A+B）/2 为下列数值时的高度 hL303060611001011501513003015005017007011000100120002000301515203150202520252025511002530253025302025202530404060101150303530353035253025304060406050705070151300354535453545304030404060507050706080608030150040604060355535554060507050708010080100501700608060804565456550706080608080100801007011000709070906080608080100801001001501001200010012010012080100801008012010015020008012080120100150由 h 查 h1上芯头高度 h1520253035404550556065708090100120150下芯头高度 h11515152020252530303535404550556580为了便于下芯顺畅，一般芯头需要设置斜度，查表 3.5.2 垂直芯头的斜度，对应芯头铸造工艺课程设计说明书13的高度，设置上、下芯头的斜度都为 5。表 3-84 垂直芯头的斜度 a (单位 mm)芯头高度h1520253035405060708090100120150用a/h表示斜度时用角度a 表示时上芯头2345679111214161922281/510下芯头11.522.533.545678910131/105上、下芯头与芯座的间隙依据表 3.5.3 垂直芯头与芯座的间隙确定，因采用湿型砂型铸造，故设计间隙值为 S=1.0mm,下芯头与芯座的单边间隙位 0.5mm，上芯头与芯座的间隙位侧面单边 0.5mm，顶面为 1.0mm。表 33.5.3 垂直芯头与芯座之间的间隙 S (单位 mm)铸型种 类D 或（A+B）/25151100101150151200201300301400401500501700701100010011500150120002000湿型0.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.0干型0.51.01.51.52.02.53.03.54.05.06.07.0依据前文论述设计端盖砂芯如图 3.4.2 端盖砂芯二维图所示。铸造工艺课程设计说明书14图 3.4.2 砂芯二维图3.1.6 工艺出品率由前文铸造工艺选择的浇注系统尺寸，预估工艺出品率，计算如下：浇口杯体积为：浇=(802)2+(802)(702)+(702)2 3.14 543= 2387973直浇道体积为：直=(352)2 3.14 250 = 240406.33直浇道窝体积为：窝=2 (352)33 3.14 = 11218.963横浇道体积为：横=(28 + 18) 302 799.5 = 5516553内浇道体积为：内=(14 + 11) 12102 18.25 4 = 109503则浇冒质量为：浇冒=(238979 + 240406.3 + 11218.96 + 551655 + 10950)1000000000 7.85 = 8.27铸造工艺课程设计说明书15一箱两件，铸件质量为 19.51X2=39.02Kg则预估工艺出品率为：39.0239.02 + 8.27 100% = 82.52%铸造工艺课程设计说明书164 浇注系统设计4.1 浇注系统4.1.1 浇注时间的确定端盖铸件单件重量为 19.51Kg。由于该件为一箱两件生产的砂型铸造生产形式，依据表 4.1.1 铸铁件工艺出品率参照单件大批量生产，确定浇注过程中的总体金属液重量，浇冒占比为 20%，则浇注时所需金属液总质量为 19.51X2X1.2=46.824Kg。工艺出品率 =铸件重量铸件重量 + 浇冒口重量 100%表 4.1.1 铸铁件工艺出品率（%）铸件重量/Kg大量流水生产成批量生产单件小批生产100085908090对于重量小于 450Kg 的形状复杂的薄壁铸铁件，其浇注时间可按经验公式（4-1）计算 （4-1） =SGL式中 浇注时间（s） ；t 型内金属液总重量，包含浇冒口系统重量（Kg） ； GL系数，取决于逐渐壁厚，可由表 4.1.2 系数 和铸件壁厚 的关系查出。S S 表中壁厚 指铸件的主要壁厚，对实心体铸件取壁厚（为铸件的当量厚度）= 2EE 铸件的体积/铸件的面积。E=表 4.1.2 系数 和铸件壁厚 的关系S 铸件壁厚 2.53.53.588.015铸造工艺课程设计说明书17mm系数S1.631.852.2因为端盖铸件的斜度依据增加壁厚方式来形成，故壁厚适当取大值计算。浇注时间: =2.2X=15.05St = SGL46.8244.1.2 浇注系统面积计算浇注系统常用的分类有两种：根据浇注系统个单元断面的比例关系，可分为封闭式、半封闭式、开放式、封闭开放式等 4 种类型；根据内浇道在铸件上的相对位置（引入位置） ，可分为顶注式、中注式、底注式和阶梯注入式等 4 种类型。本次端盖浇注系统设计采用封闭浇注系统、底部浇注式，查表 4.2.1 浇注系统各单元断面比例及其应用，因为该端盖为中、小型灰铁件砂型铸造，故选择浇注系统的断面比关系为：=1：1.1：1.15。内横直表 4.2.1 浇注系统各单元断面比例及其应用截面比例直横内应用21.51大型灰铸铁砂型铸造1.41.21中、大型灰铸铁件砂型铸造1.151.11中、小型灰铸铁件砂型铸造1.111.061薄壁灰铸铁件砂型铸造1.51.11可锻铸铁1.11.21.31.51表面干燥型中、小型铸铁件1.21.41表面干燥型重型机械铸铁件1.11.251.11.51干型中、小型铸铁件1.21.11干型中型铸铁件1241.54球墨铸铁件124铝合金、镁合金铸件1.231.221青铜合金铸件11212铸钢件漏包浇注铸造工艺课程设计说明书181.50.811薄壁球墨铸铁小件底注前文计算的铸件高度 131.5mm，缩尺为 1%，依据吃沙量前文查表选取为a=b=60mm，铸型在上砂箱，则上砂箱最小高度为 131.5X1.01+60=192.815mm，取上砂箱高度 250mm（下砂箱取 150mm） 。确定静压头高度，依据表 4.3.1 普通漏斗形外浇口尺寸，初步浇口杯高度尺寸，暂定浇口杯高度为 50mm。表 4.2.1 普通漏斗形外浇口尺寸直浇道下端直径d/mm/mmD1/mmD2h/mm铁液容量/Kg165652400.516185854420.618206056440.720226258460.822246460480.924266662501.026286864521.228307066541.3本次设计采用底部浇注形式， 则计算静压头高度为:20.0+5.4-=13.2815/8=23.759cm则依据截面比的关系：=1：1.1：1.15。内浇道采用内横直截面比设计法，则内浇道计算公式为：内= 2其中本次设计浇注系统为浇口杯、直浇道、内浇道 4 个部分的四单元浇注系统，则有：X23.7599.2cm =(k221 +k21+k22)p=1.152(1 +(1.151.1)2+ 1.152)=铸造工艺课程设计说明书195.89cm2内= t2h=46.8240.007850.515.05X29819.2=依据表 4.2.2 内浇道尺寸，选取与计算的=5.89cm2接近的面积，即内浇口面积内为 6.0cm2为本次设计的内浇口总断面面积，一箱两件，每个铸件设计为 2 个内浇口，则每个内浇口面积为 1.5cm2，依据表 4.2.2 内浇道尺寸，选取内浇道断面积 1.5cm2的内浇口，对应的内浇口尺寸 a=14mm，b=11mm，c=12mm，则内浇道总断面面积为 6.0cm2。表 4.2.2 内浇道尺寸（单位：mm）序号内浇道断面积/A内cm2abcabcabcabcda10.311936464399536.58.520.41194757531096479.530.5119586764101074810.540.611968.66.586.54.511117591250.8141261089851212861013.561.015137119109514149711.51571.218147.5121011106151610712.516.581.52018814111211717181181418.591.82119916121312818201291520.5102.2232110171315131920221491723112.625231117.513.5171392424151018.524.5123.02824121814191410262716112026133.43225121915201510282817122128144.03830122115221610303018132230.5154.54036122216241711323020142432.5165.0423812.523172518113435201525.534175.4444013241825.51912353521152635铸造工艺课程设计说明书20186.045411425212620123736221627.537199.05650173023342416454228193445.52012.05852223728362820504832223950计算出横浇道总断面面积为A_横 =1.1X6.0=6.6cm2,查表 4.2.3 浇注系统截面面尺寸，取值为 7.0cm2 的横浇道，对应的横浇道尺寸为：A=28mm，B=18mm，H=30mm。表 4.2.3 浇注系统截面面尺寸横浇道直浇道序号断面积/A横cm2A /mmB /mmC /mmA /mmB /mmC /mm序号断面积/A横cm2D/mm11.0119101810611.81522.01510162013823.12032.416111822141034.92543.017132024151147.13053.619142228171259.63564.0201523301813612.64075.0241625352015715.94586.0271728362216819.65097.0281830382417923.755108.03020324026181028.260119.03222344228191133.2651211.03624374530211238701313.03827405232241344751413.83828425533251450.38015174430466036281556.7851619.54632506539301663.790172452365472433317719518285640587846361878.5100铸造工艺课程设计说明书2119346044668651401986.51052038.56545709054432095.21102148655580102604821104115计算出直浇道总断面面积为=1.15X6.0 =6.96cm2,又因为直,故查表 4.2.3直：直横= 1.15：1.1， 横= 7.0 直=7.61.151.1= 7.32浇注系统截面面尺寸，直浇道截面面积取 9.6cm2，直径为 35mm。最终确定各浇道截面尺寸如下图 4.3 浇道截面尺寸所示。图 4.3 浇道截面尺寸铸造工艺课程设计说明书225 模板及芯盒设计5.1 模底板设计模底材料选择铸铁模底板，参考设计为吊轴与模底板整铸式，如图 5.1.1 铸铁模底板整铸式吊轴的结构图所示。图 5.1.1 铸铁模底板整铸式吊轴的结构由工艺布置图以及吃砂量，综合考虑造型机 Z148E 的砂箱框内最大尺寸800X650X300mm，设计模板尺寸为 750X500X65mm，可知端盖模底板平均轮廓尺寸为625mm，依据表 5.1.1 加强肋间距表，对应铸铁材质的加强肋间距为 200300mm 之间。表 5.1.1 加强肋间距 （单位：mm）模底板平均轮廓尺寸（A0+B0）/23000铸铝120150200240铸铁300300300350400400450500K铸钢300300400400450450500500铸造工艺课程设计说明书23铸铝100120150200铸铁250300300350400400400K1铸钢250300300400400450450参考上述表格尺寸，设计端盖的模底板为铸铁模板，加强肋的间距均匀设置，另外在模底板的长度方向即 750mm 方向上，设计固定耳，本次设计一块模底板上设置 4 个固定耳，最终模底板设计如下图 5.1.2 端盖模底板结构所示。图 5.1.2 端盖模底板结构5.2 上模板设计上模板上设计端盖零件的主体部分，依据前文，将端盖零件的上模样，安装固定在上模板上；浇筑系统、补缩冒口，依据铸造工艺分析及排布，设计在上模板上。最终设计上模板三维图如图 5.2.1 端盖上模底板结构所示。图 5.2.1 端盖上模底板结构铸造工艺课程设计说明书245.3 下模板设计下模板上有两个砂芯的芯头座，依据前文芯头座与砂芯间隙的查表选取，设计每个芯头座的尺寸，另外每个芯头座加上积砂槽；另外下模板上还有两直浇道窝。下模板定位销、导向销同上模板设计，最终设计下模板三维图如图 5.3.1 端盖下模底板结构所示。图 5.3.1 端盖下模底板结构5.4 砂箱设计砂箱是铸造车间造型所必需的工艺装备，用于制造和运输砂型，砂箱结构既要符合砂 型工艺的要求，又要符合车间的造型、运输设备的要求。因此，正确地设计砂箱的结构和尺寸，对于保证铸件的质量，提高生产效率，减轻劳动强度，降低成本以及保证生产安全，都有重要的意义。在砂箱的设计中，应遵循以下原则： 1) 砂箱应满足铸件在生产过程中的各项工艺要求； 2) 砂箱应有足够的强度和刚度； 3) 砂箱定位装置应保证铸件精度要求，并持久耐用； 4) 砂箱材料应来源广泛、价格低廉； 5） 尺寸和结构应符合造型机、起重设备、烘干设备的要求； 6）对砂型有足够的附着力，使用中不掉砂或塌箱，但又要便于落砂。按照以上原则，砂箱材料采用成本低、制造方便、强度与刚度均较高的铸铁。端盖的上砂箱内框尺寸为 700X400X250mm，下砂箱内框尺寸为 700X400X150mm。设计砂箱适当的壁厚，最终砂箱与模板装配关系位置如图 5.4.1 所示铸造工艺课程设计说明书25图 5.4.1 装配图5.5 芯盒设计端盖中轴孔孔处作砂芯，该芯子为圆柱回转体，芯盒设计为对半开形式铸铝芯盒，如图 5.5.1 芯盒所示，图 5.5.1 芯盒图铸造工艺课程设计说明书266 结结 论论此次为期三周的课程设计，通过对端盖的成型工艺及其工装设计，深刻的体验了从一张图纸到整个零件的成型的生产过程。此次课程设计学到了很多东西：如熟悉查阅参考资料及手册，绘制出工艺图、工装图、装配图，能正确运用常用计算公式；熟悉常用铸造工艺符号和表达方法；如何撰写相应的设计说明书，包括分型面、浇注系统、工装设计计算等。总的来说，此次课程设计学到了以前没有掌握的知识，更加深刻的理解了零件的工艺过程，受益匪浅。与此同时学会了作为一个工程人员应该如何更加全面的看待问题，需要从经济成本、环保、健康、质量等考虑，在满足以上要求的前提下把复杂的问题简单化，解决矛盾问题等。铸造工艺课程设计说明书27致 谢感谢各位老师在此课程设计期间给予的帮助。铸造工艺课程设计说明书28参 考 文 献1 中国铸造协会.铸造工程师手册(第三版) 北京：机械工业出版社，2010.2 机械工程学会铸造学会编.铸造手册（第 5 卷：铸造工艺） （M）.北京：机械工业出版社，2006.3 叶荣茂、吴维冈、高景燕.铸造工艺课程设计手册（M）.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1989.4 李日.铸造工艺仿真 ProCAST 从入门到精通M.中国水利电出版社,2010 年 01 月第 1 版.5 范金辉，华勤.铸造工程基础 M. 北京：北京大学出版社，2009.8.6中国机械工程学会铸造分会，铸造手册 （第三版 第 2 卷：铸钢）M.北京：机械工业出版社，2006. 20202020年秋季学期材年秋季学期材料成型及控制工料成型及控制工程专业程专业铸造铸造工艺课程设计答辩工艺课程设计答辩报告报告学生姓名：夏天翔学 号：17080140201指导教师：孙建波 端盖铸造工艺设计目录目录l 端盖基本信息及技术要求l 铸造工艺方案分析l 铸造工艺参数确定l 浇注系统设计l 模板及芯盒设计l 结论 1 端盖的基本信息及技术要求1.1基本信息 端盖零的结构如右图1.1端盖零件图所示，端盖结构为台阶圆柱回转体。本次设计的端盖零件材质为HT200，最小抗拉强度为200MPa，布 氏 硬 度 为 163241HBW，伸长率0.30.8%抗弯强度为400 MPa，抗压强度为600 800 MPa，抗 剪 强 度 为 248 MPa1，满足大多数端盖、端盖零件的机械性能要求。1 端盖的基本信息及技术要求1.2技术要求主要工作面位于端盖底面24mm厚的圆法兰盘以及小端面，法兰盘侧面需加工，法兰盘平面与基准轴垂直度要求；法兰盘有M10安装螺栓通孔及沉头孔；小端面有4个M10螺丝孔；中间轴孔部分120、45孔需要加工且有精度要求。技术要求：1.铸件不许有气孔、砂眼、夹渣等缺陷；2.铸件应时效处理；3.未注铸造圆角R1-3；4.螺纹倒角倒小角。灰铸铁具有良好的铸造性能1，材质为灰铁的铸件毛坯一般采用铸造方式获得，本次设计采用砂型铸造，造型机造型，一箱两件生产该零件。2 铸造工艺方案分析2.1 造型方法、造芯方法的选择 根据手工造型和机器造型的特点，本次设计选择手工造型，Z148E型造型机。2.2 铸造方法的选择 根据零件的各参数，对照表格中的项目比较，选择砂型铸造。2.3 铸型种类的选择 根据铸型的特点和应用情况选用自硬砂。2.4 铸件浇注位置的确定 铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。浇注位置是根据铸件的结构特点、尺寸、重量、技术要求、铸造合金特铸造方法以及生产车间的条件决定的。正确的浇注位置能保证获得健全的铸件，并使造型、制芯和清理方便。浇注位置选择一般遵循以下原则2：1）逐渐最重要的部分或交大平面朝下。2）铸型的防止应有利于砂芯的定位与稳固支撑。3）当铸件需要冒口补缩时，最好使补缩部位处于铸件的上部。2 铸造工艺方案分析2.4 铸件浇注位置的确定4）为避免铸件薄壁部分浇不足，浇注使，薄壁部分营放在下边或立放或斜放。5）铸型的放置应有利于在浇注时，砂型和砂芯排气。6）对于平板类铸件，为了防止夹砂，可以倾斜放置，同时也有利于排气，也可减少铁水对铸型的冲刷力。7）应尽量使砂芯全部或者主要部分位于下型，并尽量少用吊芯。8）应使下芯，合箱方便，便于检查型腔尺寸。综合上述原则，考虑到端盖零件结构特点，本次设计采用底部浇注。2.5 分型面的选择 铸造分型面是指铸型组元间的接合面，分型面的选择应尽量与浇注位置一致，尽量使两者协调起来，使铸造工艺简单，并易于保证铸件质量2。浇注位置往往同分型面的选择密切相关，所以二者相互影响，为了便于充分考虑二者的相互关联的关系，端盖零件可有以下三种分型方案。2 铸造工艺方案分析2.5 分型面的选择 分型方案一：将以端盖零件对称轴面做分型面，将该零件分为上、下两部分，选择中间浇注系统适合此分型方案，该分型方案如图2.5.1分型方案一。分型方案二：在端盖底面法兰盘上做平直分型面，采用顶部浇注系统，该分型方案如图2.5.2分型方案二所示。图2.5.1 分型方案一图2.5.2 分型方案二优点：分型面平直。缺点：将上下铸型分在两块模板上容易出现错箱问题，影响端盖外观质量。优点：分型面简单，铸型在一个模板上，避免了可能出现的错箱问题。缺点：将端盖的重要安装平面放在浇注位置的上表面，增大铸造缺陷缺陷的可能；另外端盖中间的垂直砂芯，下部芯头小，造型下芯容易造成砂芯倒伏。2 铸造工艺方案分析2.5 分型面的选择 分型方案三：在端盖的法兰盘顶面做分型面，采用底部浇注系统，将铸型分为上、下两部分，该分型方案如图2.5.3分型方案三所示。分型方案四：分型方案四与分型方案二类似，都在端盖的法兰盘处做平直分型面，分型方案四将端盖的主体放在上型，采用底部浇注系统，该分型方案如图2.5.4分型方案四所示。图2.5.3 分型方案三图2.5.4 分型方案四优点：分型面简单平直，将端盖重要的安装面，放在浇注系统的下面。缺点：端盖的上、下型可能出现错箱问题。优点：分型面简单平直，将端盖重要的安装面，中间砂芯的下芯头比上芯头大，避免出现下芯倒伏的可能。缺点：端盖的铸型都在上型，会造成上砂箱过高。2 铸造工艺方案分析2.5 分型面的选择 综合比较，方案四将端盖法兰盘重要安装面放在浇注位置的下面；铸型完全在一块模板上，避免了错箱可能；避免了造型下芯倒伏的问题。便于批量生产，提高生产效率。故本次设计分型方案选择分型方案四进行分型，采用底部浇注系统。3 铸造工艺参数确定3.1 收缩率的确定 铸件线收缩率又称铸件收缩率或者铸造收缩率，是指铸件从线收缩开始温度（从液相中析出枝晶搭成的骨架开始具有固态性质时的温度）冷却到室温时的相对线收缩量，以模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示，即式中 L1模样长度，L2铸件长度。由表3.1.1灰铁自由收缩率1，可知支撑座材质为HT200，对应的收缩率为1%。3 铸造工艺参数确定3.2 铸出孔的确定 该端盖为大批量生产，依据表3.2灰铸铁不铸出孔直径可知端盖零件中M10螺丝孔不铸出，为后续机械加工；端盖底面法兰盘上M10螺栓的过孔11与沉头孔18均为后续机械加工，不铸出。其余端盖的中轴孔45、120、150，均须铸出。3 铸造工艺参数确定3.3 加工量确定 端盖为砂型铸造手工造型批量生产,故依据表3.3成批和大批量生产铸件的尺寸公差 等 级（摘 自GB/T6414-1999）选用 铸 件 公 差 等 级 为CT11（GB/T 6414-1999-CT11）。3 铸造工艺参数确定3.3 加工量确定 单件和小批量生产的铸件加工余量等级按表表3.3.2毛坯铸件典型的机械加工余量等级选取该端盖的加工等级为G级。3 铸造工艺参数确定3.4 起模斜度确定在铸件上添加起模斜度，原则上不应超过铸件的壁厚工差要求。铸件的起模斜度值参考表3.4.1起模斜度（JB/T 5105-1991）。依据表3.4.1起模斜度（JB/T 5105-1991）以及铸件尺寸公差数值综合比较，为了使脱模顺利，85mm的高度，增大起模斜度，采用增减壁厚方式，选取金属模样的起模角度为0.5；其 余 尺 寸 均 不 超 过40mm，则采用增减壁厚方式，选取金属模样的起模角度为1.5。3 铸造工艺参数确定3.5 砂芯参数确定砂 芯 直 径 为 113、150、45台阶圆柱，查表3.5.1垂直芯头高度，其上芯头高度为25mm，下芯头高度为30mm。3 铸造工艺参数确定3.5 砂芯参数确定为了便于下芯顺畅，一般芯头需要设置斜度，查表3.5.2垂直芯头的斜度，对应芯头的高度，设置上、下芯头的斜度都为5。3 铸造工艺参数确定3.5 砂芯参数确定上、下芯头与芯座的间隙依据表3.5.3垂直芯头与芯座的间隙确定，因采用湿型砂型铸造，故设计间隙值为S=1.0mm,下芯头与芯座的单边间隙位0.5mm，上芯头与芯座的间隙位侧面单边0.5mm，顶面为1.0mm。3.6 工艺出品率3 铸造工艺参数确定4.1 浇注时间确定 端盖铸件单件重量为19.51Kg。由于该件为一箱两件生产的砂型铸造生产形式，依据表4.1.1铸铁件工艺出品率参照单件大批量生产，确定浇注过程中的总体金属液重量，浇冒占比为20%，则浇注时所需金属液总质量为19.51X2X1.2=46.824Kg。对于重量小于450Kg的形状复杂的薄壁铸铁件，其浇注时间可按经验公式（4-1）计算4 浇注系统设计4.1 浇注时间确定 4 浇注系统设计4.2 浇注系统面积确定本次端盖浇注系统设计采用封闭浇注系统、底部浇注式，查表4.2.1浇注系统各单元断面比例及其应用，因为该端盖为中、小型灰铁件砂型铸造，故选择浇注系统的断面比关系为 4 浇注系统设计4.2 浇注系统面积确定计算出直浇道总断面面积为直浇道截面面积取9.6cm2，直径为35mm。最终确定各浇道截面尺寸如下图浇道截面尺寸所示。4 浇注系统设计5.1 模底板设计模底材料选择铸铁模底板，参考设计为吊轴与模底板整铸式，如图5.1.1铸铁模底板整铸式吊轴的结构图所示。5 模板及芯盒设计5.1 模底板设计综合考虑造型机Z148E的砂箱框内最大尺寸800X650X300mm，设计模板尺寸为750X500X65mm，可知端盖模底板平均轮廓尺寸为625mm，依据表5.1.1加强肋间距表，对应铸铁材质的加强肋间距为200-300mm之间。5 模板及芯盒设计5.1 模底板设计参考上述表格尺寸，设计端盖的模底板为铸铁模板，加强肋的间距均匀设置，另外在模底板的长度方向即750mm方向上，设计固定耳，本次设计一块模底板上设置4个固定耳，最终模底板设计如下图5.1.2端盖模底板结构所示。5 模板及芯盒设计5.2 上下模板设计将端盖零件的上模样，安装固定在上模板上；浇筑系统、补缩冒口，依据铸造工艺分析及排布，设计在上模板上。最终设计上模板三维图如图5.2.1端盖上模底板结构所示。下模板上有两个砂芯的芯头座，另外下模板上还有两直浇道窝。下模板定位销、导向销同上模板设计，最终设计下模板三维图如图5.2.2端盖下模底板结构所示。5 模板及芯盒设计图5.2.1 上模板图5.2.2 下模板5.3 砂箱设计砂箱材料采用成本低、制造方便、强度与刚度均较高的铸铁。端盖的上砂箱内框尺寸为700X400X250mm，下砂箱内框尺寸为700X400X150mm。设计砂箱适当的壁厚，最终砂箱与模板装配关系位置如图5.3.1所示5 模板及芯盒设计图5.3.1 合箱图5.4 芯盒设计 端盖中轴孔孔处作砂芯，该芯子为圆柱回转体，芯盒设计为对半开形式铸铝芯盒，如图5.4.1芯盒所示5 模板及芯盒设计图5.3.1 合箱图 此次为期三周的课程设计，通过对端盖的成型工艺及其工装设计，深刻的体验了从一张图纸到整个零件的成型的生产过程。此次课程设计学到了很多东西：如熟悉查阅参考资料及手册，绘制出工艺图、工装图、装配图，能正确运用常用计算公式；熟悉常用铸造工艺符号和表达方法；如何撰写相应的设计说明书，包括分型面、浇注系统、工装设计计算等。总的来说，此次课程设计学到了以前没有掌握的知识，更加深刻的理解了零件的工艺过程，受益匪浅。与此同时学会了作为一个工程人员应该如何更加全面的看待问题，需要从经济成本、环保、健康、质量等考虑，在满足以上要求的前提下把复杂的问题简单化，解决矛盾问题等。6 结论敬请老师批评指正