端盖铸造工艺设计

端盖铸造工艺设计,铸造,工艺,设计 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