刹车支架铸造工艺设计

刹车支架铸造工艺设计,刹车,支架,铸造,工艺,设计 刹车支架 铸造工艺设计 铸 造 工 艺 卡 208 HT-200 共1页 第1页 产品名称 刹车支架 每台件数 1 浇冒口重 3.77kg 零件图号 A3 每型件数 1 每型金属液 零件名称 刹车支架 净 重 8.63kg 活块数 0 材 质 HT-200 毛 重 8.75kg 芯 盒 数 2 准 备 　砂　　　 箱 砂芯数量 2个 上箱 700mm×700mm×200mm 1#芯盒 下箱 700mm×700mm×200mm 2#芯盒 备 砂 型 砂 呋喃树脂砂 芯 砂 呋喃树脂砂 涂料 醇基石英粉料粉 造 芯 设 备 震动落砂机 硬化方法 CO2 造 型 设 备 震动落砂机 硬化方法 自硬 易割冒口数 0 直浇道尺寸 Φ6.9 横浇道尺寸 Φ6.6 内浇道尺寸 Φ6 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 1420℃ 开箱时间 3h 工艺要求要求及操作要点： 1. 硬度163~229HBW； 2. 铸造起模角度为2°，未注铸造圆角R2~R3； 3. 线性尺寸未注公差为GB/T 1804-m； 4. 未注形位公差为GB/T 1184-k； 5. 非加工的外表面涂以铁红纯配底漆。 铸造工艺课程设计 说明书 设计题目 刹车支架工艺设计 学 院 年 级 专 业 学生姓名 学 号 指导教师 I 铸造工艺课程设计说明书 目 录 1 零件分析 1 1.1 零件结构信息 1 1.2 技术要求 1 1.3 本课题的发展现状 2 1.4 本领域存在的问题 4 2 铸造工艺方案分析 5 2.1 造型方法、造芯方法的选择 5 2.2 铸造方法的选择 5 2.3 铸型种类的选择 5 2.4 铸件浇注位置的确定 5 2.5 分型面的选择 6 3 铸造工艺参数 9 3.1 收缩率确定 9 3.2 灰铁铸出孔大小确定 10 3.3 加工量确定 10 3.4 起模斜度 13 3.5 砂芯设计 15 3.6 吃砂量确定 19 4 浇注系统的设计 20 4.1 浇注时间的确定 20 4.2 浇注系统的阻流截面积计算 21 5 冒口与冷铁设计 26 6 铸造工艺图 27 7 工艺出品率 28 8 合箱图 29 致 谢 33 参 考 文 献 34 35 1 零件分析 1.1 零件结构信息 刹车支架零件的结构如下图1-1-1刹车支架零件图所示，刹车支架主要为两个圆轴与支撑侧板组成，侧板与底面安装方座垂直，连接中有斜拉筋条，所有孔均需机械加工，其余加工位置如图标记所示。 图1-1-1刹车支架零件图 1.2 技术要求 本次设计的刹车支架零件材质为HT200，最小抗拉强度为200MPa，布氏硬度为163～241HBW，伸长率0.3～0.8%抗弯强度为400 MPa，抗压强度为600～800 MPa，抗剪强度为248 MPa[1]，满足大多数刹车支架、刹车支架零件的机械性能要求。 技术要求： 1. 铸件不得有气孔、缩松、裂纹等铸造缺陷。 2. 未注铸造圆角R3-5。 3. 毛坯要进行退火处理。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，一箱两件生产该件。 为了便于分析直观，依据刹车支架的零件二维图纸，建立刹车支架的三维零件如下图1-2-1刹车支架三维零件图所示。 图1-2-2刹车支架三维零件图 1.3 本课题的发展现状 近年来，我国铸造行业的飞速发展，使铸造技术水平得以不断提高，不过在铸造技术发展中仍旧存在一定不足，这也使我国与国外发达国家在铸造技术水平上尚存在较大差距。 (1) 黑色金属铸造 在黑色金属铸造技术发展上，主要包括铸铁、铸钢以及耐磨材料铸造三个方面，首先在铸铁方面，我国尚未研发出较为稳定的铸造技术来对高性能的球墨铸铁件进行铸造,相比于发达国家，球墨铸铁件中的关键力学性能指标还未达标。此外,我国目前还无法铸造出具有超大断面的球黑铸铁件，对百吨级以上的燃料贮运容器仍旧需要从国外引进。在.铸钢方面，尚未建立完善的耐腐蚀双相不锈钢材料铸造体系，对于耐腐蚀双相不锈钢材料的铸造缺乏足够的基础数据，没有掌握其铸造成形机理。在对耐磨材料进行铸造时，我国已经缩短了与国外发达国家之间的差距，其是在耐磨材料标准上，已经达到国际先进水平，不过少量高锰钢铸件的铸造仍旧无法达到国际标准。由此可见，相比于国外发达国家，我国无论是在铸件质量，还是在铸造工艺上都存在一定差距。 （2）造型材料 在造型材料上，我国仍旧生产毒性较大、性能较差的呋喃树脂粘结剂，这也导致铸钢件存在严重的热裂倾向，而在铸造低碳钢铸件时，又会出现渗碳、渗硫问题。而对于国外来说，其所生产的呋喃树脂具有更高的环保性，不仅毒性较小，而且有着较快的硬化速度与较高的硬度。我国在黏土砂与自硬砂方面的应用不够均衡，黏土砂多是以煤粉制成的，有着较大的毒性，而国外的自硬沙则是以环保型的呋喃树脂制成，因此能够铸造出表面质量良好的铸件。在冷芯盒制芯方面，我国普遍存在粘膜或使用毒性较大溶剂的问题,该问题会给自然环境带来很大污染，而且涂料的自动化程度较低，只能进行小批量的制作，难以保障涂料质量，旧砂再生回收率只达到30%至60%，而国外的回收率则高达80%以上。 （3）有色金属与合金材料 在有色金属与合金材料铸造技术上，主要包括高温合金铸造、铝合金铸造、镁合金铸造、钛合金铸造、铜合金铸造以及金属基复合材料制造，现阶段我国已能够对复杂单晶叶片进行小批量的生产，不过在产品合格率.上却较低。此外，我国尚未研发出铝合金熔体精炼技术，虽然具有丰富的基础理论研究成果，但却缺乏实践。我国还对不同种类的稀土镁合金材料进行了研发，在镁合金材料性能上处于世界领先水平，不过对于大型复杂的镁合金铸件，无论是在理论还是在工艺上都远远不如发达国家。我国还开始尝试高Nb钛铝合金的铸造技术研发，而美国已对钛铝合金进行批量生产与应用。此外，我国对低温钛合金的技术研发时间较短，相比于国外还存在较大差距。 1.4 本领域存在的问题 比较完整的体系，国际竞争力进一步提升,其中部分产品的技术水平和市场占有率跃居世界前列，已经成为铸造大国，但产业大二不强，自主创新能力薄弱，产能还存在过程，自主创新产品推广应用困难等问题依然突出。 2 铸造工艺方案分析 铸造工艺包括：造型方法、造芯方法、铸造方法及铸型种类的选择。 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，选择手工造型。 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） 铸件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，考虑到刹车支架零件结构特点，刹车支架适合采用顶部、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，刹车支架零件可有以下三种分型方案。 分型方案一：将以刹车支架零件支架大平面做分型面，将铸件大部分置于上箱，底部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，但是将刹车支架两个重要孔上端置于上箱，容易造成铸造夹渣缺陷。 分型方案二：将以刹车支架零件底面最大安装台上平面做分型面，将铸件完全置于上、下箱之间，底部浇注形式适合方案，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，缺点是将重要孔轴端面置于于上箱，容易造成重要面的铸造夹渣缺陷，而且该分型方案，不便于大轴孔侧面做活块或者做加减胎处理，因为分型面至活块下端距离很近，容易造成活块将砂型破坏进而不能顺利造型。 分型方案三：与分型方案一类似，只是将上、下箱颠倒，将铸件大部分置于下箱，定浇注形式适合方案，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 综合比较，方案三较为合理，故本次设计分型方案选择分型方案三进行分型分型，采用顶部浇注系统。 3 铸造工艺参数 设计的具体说明。 对于不同的专业、不同的设计，说明的情况有所不同，可包含以下列出的一种或几种： 设计的整体说明部分：对所做的设计的各个部分、各个方面作全面的说明，例如：。 计算部分：要列出各零部件的工作条件、给定的参数、计算公式以及各主要参数计算的详细步骤和计算结果；根据此计算应选用什么元、器件或零、部件。 结构设计部分：包括机械结构设计、各种电气控制线路设计及功能电路设计、计算机控制的硬件装置设计等，以及以上各种设计所绘制的图纸。 样机或试件的各种实验及测试情况：包括实验方法、线路及数据处理等。 方案的校验：说明所设计的系统是否满足各项性能指标的要求，能否达到预期效果。校验的方法可以是理论验算（即反推算），包括系统分析；也可以是实验测试及计算机输出的上机运算等。 3.1 收缩率确定 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 ε=L1−L2L1×100% 式中L1—摸样长度，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%。 表3-1-1灰铁收缩率 灰铸铁牌号 HT100,HT150,HT200 HT250 HT300 HT350 小中件 中大件 特大件 自由线收缩率（%） 铸造收缩率（受阻收缩率（%）） 0.9~1.1 0.8~1.0 0.8~1.0 0.7~0.9 0.7~0.9 0.6~0.8 0.9~1.1 0.7~0.9 1.5 1.0 3.2 灰铁铸出孔大小确定 该刹车支架为成批生产，依据表3-2-1灰铸铁不铸出孔直径可知，零件图中孔直径小于Φ15的孔不铸出；中M12、M16螺纹孔为后续机械加工，不铸出；两个圆轴孔直径为Φ28、Φ32须铸出。 表3-2-1 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 ≤12～15 成批生产 ≤15～30 单件或小批生产 ≤30～50 3.3 加工量确定 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。刹车支架为砂型铸造手工造型批量生产，依据表3-3-1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CT12（GB/T 6414-1999-CT12）。 表3-3-1成批和大批量生产铸件的尺寸公差等级（摘自GB/T6414-1999） ·方法 公差等级CT 铸 件 材 料 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 11~14 11~14 11~14 11~14 10~13 10~13 9~12 11~14 11~14 砂型铸造机器造型和壳型 8~12 8~12 8~12 8~10 8~10 8~10 7~9 8~12 8~12 金属型铸造（重力铸造或者低压铸造） — 8~10 8~10 8~10 8~10 7~9 7~9 — — 压力铸造 — — — — 6~8 4~6 4~7 — — 熔模铸造 水玻璃 7~9 7~9 7~9 — 5~8 — 5~8 7~9 7~9 硅溶胶 4~6 4~6 4~6 — 4~6 — 4~6 4~6 4~6 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]。成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刹车支架的加工等级为F级。 表3-3-2毛坯铸件典型的机械加工余量等级 方法 要求的机械加工余量等级 铸件材质 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 G~K F~H F~H F~H F~H F~H F~H G~K G~K 砂型铸造机器造型和壳型 E~H E~G E~G E~G E~G E~G E~G F~H F~H 压力铸造 — D~F D~F D~F D~F D~F D~F — — 熔模铸造 E E E — E — E E E 刹车支架的两轴孔端面需要加工尺寸为：Φ64X64、Φ40X44，基本尺寸分别为64、44，查表3-3-3铸件尺寸公差数值（摘自GB/T6414-1999）CT12公差值为5.6，位于浇注位置的底面，查3-3-4要求的铸件加工余量(RMF) （摘自GB/T6414-1999）加工余量等级RMA(F)对应数值为0.5，刹车支架下端面的加工量为：5.6/4+0.5=1.9mm，圆整取加工量为2.0mm。其上端面RMA(G)对应数值为0.7，怎上端面加工量为5.6/4+0.7=2.1mm，圆整取加工量为2.5mm。 表3-3-3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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 132） 142） 152） 162）3） — 10 0.09 0.13 0.18 0.26 0.36 0.52 0.74 1 1.5 2 2.8 4.2 — — — — 10 16 0.1 0.14 0.2 0.28 0.38 0.54 0.78 1.1 1.6 2.2 3.0 4.4 — — — — 16 25 0.11 0.15 0.22 0.30 0.42 0.58 0.82 1.2 1.7 2.4 3.2 4.6 6 8 10 12 25 40 0.12 0.17 0.24 0.32 0.46 0.64 0.9 1.3 1.8 2.6 3.6 5 7 9 11 14 40 63 0.13 0.17 0.24 0.36 0.50 0.70 1 1.4 2 2.8 4 5.6 8 10 12 16 63 100 0.14 0.18 0.26 0.40 0.56 0.78 1.1 1.6 2.2 3.2 4.4 6 9 11 14 18 100 160 0.15 0.20 0.28 0.44 0.62 0.88 1.2 1.8 2.5 3.6 5 7 10 12 16 20 160 250 — 0.22 0.30 0.50 0.72 1 1.4 2 2.8 4 5.6 8 11 14 18 22 250 400 — 0.24 0.34 0.56 0.78 1.1 1.6 2.2 3.2 4.4 6.2 9 12 16 20 25 400 630 — — 0.40 0.64 0.9 1.2 1.8 2.6 3.6 5 7 10 14 18 22 28 630 1000 — — — 0.72 1 1.4 2 2.8 4 6 8 11 16 20 25 32 1000 1600 — — — 0.80 1.1 1.6 2.2 3.2 4.6 7 9 13 18 23 29 37 1600 2500 — — — — — — 2.6 3.8 5.4 8 10 15 21 26 33 42 2500 4000 — — — — — — — 4.4 6.2 9 12 17 24 30 38 49 4000 6300 — — — — — — — — 7 10 14 20 28 35 44 56 6300 10000 — — — — — — — — — 11 16 23 32 40 50 64 1）在等级CT1~CT15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CT13~CT16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。 同样计算两圆轴侧面的加工量为2.0mm。 3-3-4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 A B C D E F G H J K — 40 0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.5 0.7 1 1.4 40 63 0.1 0.2 0.3 0.3 0.4 0.5 0.7 1 1.4 2 63 100 0.2 0.3 0.4 0.5 0.7 1 1.4 2 2.8 4 100 160 0.3 0.4 0.5 0.8 1.1 1.5 2.2 3 4 6 160 250 0.3 0.5 0.7 1 1.4 2 2.8 4 5.5 8 250 400 0.4 0.7 0.9 1.3 1.4 2.5 3.5 5 7 10 400 630 0.5 0.8 1.1 1.5 2.2 3 4 6 9 12 630 1000 0.6 0.9 1.2 1.8 2.5 3.5 5 7 10 14 1000 1600 0.7 1 1.4 2 2.8 4 5.5 8 11 16 1600 2500 0.8 1.1 1.6 2.2 3.2 4.5 6 9 14 18 2500 4000 0.9 1.3 1.8 2.5 3.5 5 7 10 14 20 4000 6300 1 1.4 2 2.8 4 5.5 8 11 16 22 6300 10000 1.1 1.5 2.2 3 4.5 6 9 12 17 24 1）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。 刹车支架小轴侧面凸出M12螺丝安装台端面加工尺寸为Φ28，其加工量为：4.6/2+0.5=2.8，圆整取加工量为3.0mm。 刹车支架大轴侧面凸出M16螺丝安装台端面加工尺寸为32，其加工量为：5/2+0.5=3.0。 刹车支架安装座加工尺寸为140x100x24,基本尺寸为140，位于浇注位置的侧面，其加工量为7/2+1.5=5.0mm。 3.4 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） 测量面 高度H mm 起模斜度≤ 金属模样、塑料模样 木模样 A A mm A A mm ≤10 3˚30‘ 0.6 4˚00‘ 0.8 >10~40 1˚50‘ 1.4 2˚05‘ 1.6 >40~100 0˚50‘ 1.6 0˚55‘ 1.6 >100~160 0˚35‘ 1.6 0˚40‘ 2.0 >160~250 0˚30‘ 2.2 0˚35‘ 2.6 >250~400 0˚30‘ 3.6 0˚35‘ 4.2 >400~630 0˚25‘ 4.6 0˚30‘ 5.6 >630~1000 0˚20‘ 5.8 0˚25‘ 7.4 >1000~1600 — — 0˚25‘ 11.6 >1600~2500 — — 0˚25‘ 18.2 >2500 — — 0˚25‘ — 该刹车支架零件垂直分型面的高度大于40不超过100mm的，采用金属模样造型，中间浇注，分型面在刹车支架中中间对称面上，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，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°，即每个垂直分型面的侧面均加起模斜度为0.5°。 根据以上结果，最终确定刹车支架铸件三维图如图3-4-2刹车支架铸件三维图，通过软件计算该刹车支架铸件质量为8.6255kg。 图3-4-2刹车支架零件三维图 3.5 砂芯设计 依据前文分析，刹车支架中两轴孔要铸出，所以该处设计垂直砂芯，两个砂芯尺寸分别为Φ24X48.5，Φ28X68.5。 设计两个圆柱砂芯的心头高度，查表3.5.1垂直芯头的高度h和h1，设计垂直砂芯芯头高度，两处砂芯上芯头高度都设计为25mm，下芯头高度设计为15mm。 表3-5-1 垂直芯头的高度h和h1 (单位mm) L 当D或者（A+B）/2为下列数值时的高度h ≤30 30~60 61~100 101~150 151~300 301~500 501~700 701~1000 1001~2000 >2000 ≤30 15 15~20 — — — — — — — — 31~50 20~25 >20~25 20~25 — — — — — — — 51~100 >25~30 >25~30 >25~30 20~25 20~25 30~40 40~60 — — — 101~150 >30~35 >30~35 >30~35 >25~30 25~30 >40~60 40~60 50~70 50~70 — 151~300 >35~45 >35~45 >35~45 30~40 30~40 >40~60 50~70 50~70 60~80 60~80 301~500 — 40~60 40~60 35~55 35~55 >40~60 50~70 50~70 80~100 >80~100 501~700 — >60~80 >60~80 45~65 45~65 50~70 60~80 60~80 80~100 >80~100 701~1000 — — — 70~90 70~90 60~80 60~80 80~100 80~100 >100~150 1001~2000 — — — — 100~120 100~120 >80~100 80~100 80~120 >100~150 >2000 — — — — — — — 80~120 80~120 >100~150 由h查h1 上芯头高度h 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 80 90 100 120 150 下芯头高度h1 15 15 15 20 20 25 25 30 30 35 35 40 45 50 55 65 80 查表3-5-2垂直芯头的斜度a，下芯头斜度为5°，上芯头斜度为10°。 表3-5-2 垂直芯头与芯座之间的间隙S (单位mm) 铸型种 类 D或（A+B）/2 ≤51 51~100 101~150 151~200 201~300 301~400 401~500 501~700 701~1000 1001~1500 1501~2000 >2000 湿型 0.5 0.5 1.0 1.0 1.5 1.5 2.0 2.0 2.5 2.5 3.0 3.0 干型 0.5 1.0 1.5 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 5.0 6.0 7.0 刹车支架底部减重方孔平均尺寸为90mm，长度29mm，该砂芯为水平砂芯，查表表3-5-3 水平芯头的长度l，设计水平砂芯的心头长度为30mm。 表3-5-3 水平芯头的长度l （单位：mm） L D或者（A+B）/2 ≤25 26~50 51~100 101~150 151~200 201~300 301~400 401~500 501~700 701~1000 1001~1500 1501~2000 >2000 ≤100 20 25~35 30~40 35~45 40~50 50~70 60~80 — — — — — — 101~200 25~35 30~40 35~45 45~55 50~70 60~80 70~90 80~100 — — — — — 查表3-5-4 水平芯头的斜度及间隙，设计水平砂芯的心头间隙值为S1=0.5，S2=1.5，S3=2.0。 表3-5-4 水平芯头的斜度及间隙 （单位：mm） D或者（A+B）/2 ≤50 51~100 101~150 151~200 201~300 301~400 401~500 501~700 701~1000 1001~1500 1501~2000 >2000 湿型 S1 0.5 0.5 1.0 1.0 1.5 1.5 2.0 2.0 2.5 2.5 3.0 3.0 S2 1.0 1.5 1.5 1.5 2.0 2.0 3.0 3.0 4.0 4.0 4.5 4.5 S3 1.5 2.0 2.0 2.0 3.0 3.0 4.0 4.0 5.0 5.0 6.0 6.0 干型 S1 1.0 1.5 1.5 1.5 2.0 2.0 2.5 2.5 3.0 3.0 4.0 5.0 S2 1.5 2.0 2.0 3.0 3.0 4.0 4.0 5.0 5.0 6.0 8.0 10.0 S3 20. 3.0 3.0 4.0 4.0 6.0 6.0 8.0 8.0 9.0 10.0 12.0 最终完成刹车支架砂芯设计如图3-5-1刹车支架砂芯图所示。 图3-5-1刹车支架砂芯图 最终完成刹车支架三维砂芯设计如图3-5-2刹车支架三维砂芯图所示，其中黄色为砂芯，绿色块位置为上下模加减胎位置，加减胎设计是为了减少砂芯设计。 图3-5-2刹车支架三维砂芯图 3.6 吃砂量确定 模样与砂箱、箱顶、箱底和箱带之间的距离称为吃沙量。由前文可知刹车支架单件重量为8.63Kg，依据表3-6-1按重量确定吃砂量表，可确定吃沙量最小尺寸为a=50mm，b=50mm，c=40mm，d=40mm，e=40mm， f=30mm。实际选取数值略比该值大，可充分考虑现有模板及砂箱标准尺寸。 表3-6-1 按铸件重量确定的吃沙量 （单位mm） 铸件重量/kg a b c d e f <5 5~10 11~20 21~50 51~100 101~250 251~500 501~1000 1001~2000 2001~3000 3001~4000 4001~5000 5001~10000 >10000 40 50 60 70 90 100 120 150 200 250 275 300 350 400 40 50 60 70 90 100 120 150 200 250 275 300 350 400 30 40 40 50 50 60 70 90 100 125 150 175 200 250 30 40 50 50 60 70 80 90 100 125 150 175 200 250 30 40 50 60 70 100 — — — — — — — — 30 30 30 40 50 60 70 120 150 200 225 250 250 250 4 浇注系统的设计 4.1 浇注时间的确定 刹车支架铸件单件重量为8.63Kg。由于该件为一箱两件生产的砂型铸造生产形式，依据表3-2-1铸铁件工艺出品率参照成批量生产，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8.63X2/（1-20%）=21.575Kg。 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 <100 75~80 70~80 65~75 100~1000 80~85 80~85 75~80 >1000 — 85~90 80~90 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 t=SGL （4-1） 式中 t — 浇注时间（s）； GL— 型内金属液总重量，包含浇冒口系统重量（Kg）； S —系数，取决于逐渐壁厚，可由表4-1-2系数S 和铸件壁厚δ 的关系查出。 表中壁厚δ指铸件的主要壁厚，对实心体铸件取壁厚δ=2δE（δE 为铸件的当量厚度）δE=铸件的体积/铸件的面积。 表4-1-2 系数S 和铸件壁厚δ 的关系 铸件壁厚δ mm 2.5~3.5 >3.5~8 >8.0~15 系数S 1.63 1.85 2.2 因为刹车支架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: t=SGL=2.2X21.575=10.22S 4.2 浇注系统的阻流截面积计算 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。 本次支撑座浇注系统设计采用封闭浇注系统、顶注式，查表4-2-1浇注系统各单元断面比例及其应用，因为该支撑座为中、小型灰铁件砂型铸造，故选择浇注系统的断面比关系为：A内：A横：A直=1：1.1：1.15。 表4-2-1 浇注系统各单元断面比例及其应用 截面比例 应用 A直 A横 A内 2 1.5 1 大型灰铸铁砂型铸造 1.4 1.2 1 中、大型灰铸铁件砂型铸造 1.15 1.1 1 中、小型灰铸铁件砂型铸造 1.11 1.06 1 薄壁灰铸铁件砂型铸造 1.5 1.1 1 可锻铸铁 1.1~1.2 1.3~1.5 1 表面干燥型中、小型铸铁件 1.2 1.4 1 表面干燥型重型机械铸铁件 1.1~1.25 1.1~1.5 1 干型中、小型铸铁件 1.2 1.1 1 干型中型铸铁件 1 2~4 1.5~4 球墨铸铁件 1 2 4 铝合金、镁合金铸件 1.2~3 1.2~2 1 青铜合金铸件 1 1~2 1~2 铸钢件漏包浇注 1.5 0.8~1 1 薄壁球墨铸铁小件底注 前文计算的铸件总高度106.5mm，铸件在上箱铸件高度为6.6缩尺为1%，，依据吃沙量前文查表选取为a=b=50mm，则上砂箱最小高度为6.5X1.01+50=56.565mm，取上砂箱高度100mm（下砂箱取200mm）。 确定静压头高度，依据表4-2-1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54mm。 表4-2-1普通漏斗形外浇口尺寸 直浇道下端直径d/mm D1/mm D2/mm h/mm 铁液容量/Kg ≤16 Φ56 Φ52 40 0.5 >16～18 Φ58 Φ54 42 0.6 >18～20 Φ60 Φ56 44 0.7 >20～22 Φ62 Φ58 46 0.8 >22～24 Φ64 Φ60 48 0.9 >24～26 Φ66 Φ62 50 1.0 >26～28 Φ68 Φ64 52 1.2 >28～30 Φ70 Φ66 54 1.3 本次设计采用底部浇注形式， 则计算静压头高度为:HP=10+5.4=15.4cm 则依据截面比的关系A内：A横：A直=1：1.1：1.15。内浇道采用截面比设计法，则内浇道计算公式为： A内=GLρ∙μ∙t2gℎp 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： hp=k221+k12+k22Hp=1.1521+1.151.12+1.152x15.4=5.963cm A内=GLρ∙μ∙t2gℎp=215757.85X0.5X10.22X2X981X5.963=4.97cm2 依据表4-2-2内浇道尺寸，选取与计算的A内=4.97cm2稍大的断面的面积，本次设计选取内浇口面积为6.0cm2为本次设计的内浇口总断面面积，一箱两件，每件设计2个内浇口，设计为4个内浇口，则每个内浇口面积为1.5cm2，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/cm2 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ a b c a b c a b c a b c d a 1 0.3 11 9 3 6 4 6 4 3 9 9 5 3 6.5 8.5 2 0.4 11 9 4 7 5 7 5 3 10 9 6 4 7 9.5 3 0.5 11 9 5 8 6 7 6 4 10 10 7 4 8 10.5 4 0.6 11 9 6 8.6 6.5 8 6.5 4.5 11 11 7 5 9 12 5 0.8 14 12 6 10 8 9 8 5 12 12 8 6 10 13.5 6 1.0 15 13 7 11 9 10 9 5 14 14 9 7 11.5 15 7 1.2 18 14 7.5 12 10 11 10 6 15 16 10 7 12.5 16.5 8 1.5 20 18 8 14 11 12 11 7 17 18 11 8 14 18.5 9 1.8 21 19 9 16 12 13 12 8 18 20 12 9 15 20.5 10 2.2 23 21 10 17 13 15 13 19 20 22 14 9 17 23 11 2.6 25 23 11 17.5 13.5 17 13 9 24 24 15 10 18.5 24.5 12 3.0 28 24 12 18 14 19 14 10 26 27 16 11 20 26 13 3.4 32 25 12 19 15 20 15 10 28 28 17 12 21 28 14 4.0 38 30 12 21 15 22 16 10 30 30 18 13 22 30.5 15 4.5 40 36 12 22 16 24 17 11 32 30 20 14 24 32.5 16 5.0 42 38 12.5 23 17 25 18 11 34 35 20 15 25.5 34 17 5.4 44 40 13 24 18 25.5 19 12 35 35 21 15 26 35 18 6.0 45 41 14 25 21 26 20 12 37 36 22 16 27.5 37 19 9.0 56 50 17 30 23 34 24 16 45 42 28 19 34 45.5 20 12.0 58 52 22 37 28 36 28 20 50 48 32 22 39 50 计算出横浇道总断面面积为A横=1.1X6=6.6cm2,查表4-2-3浇注系统截面面尺寸，设计横浇道截面面积为3.3cm2的横浇道，横浇道布置在直浇道两侧，则每段横浇道断面面积为1.76cm2对应的横浇道尺寸为：A=17mm，B=13mm，H=22mm。 表4-2-3浇注系统截面面尺寸 横浇道 直浇道 Ⅰ Ⅱ 序号 断面积A横/cm2 A /mm B /mm C /mm A /mm B /mm C /mm 序号 断面积A横/cm2 D/mm 1 1.0 11 9 10 18 10 6 1 1.8 Φ15 2 2.0 15 10 16 20 13 8 2 3.1 Φ20 3 2.4 16 11 18 22 14 10 3 4.9 Φ25 4 3.0 17 13 20 24 15 11 4 7.1 Φ30 5 3.6 19 14 22 28 17 12 5 9.6 Φ35 6 4.0 20 15 23 30 18 13 6 12.6 Φ40 7 5.0 24 16 25 35 20 15 7 15.9 Φ45 8 6.0 27 17 28 36 22 16 8 19.6 Φ50 9 7.0 28 18 30 38 24 17 9 23.7 Φ55 10 8.0 30 20 32 40 26 18 10 28.2 Φ60 11 9.0 32 22 34 42 28 19 11 33.2 Φ65 12 11.0 36 24 37 45 30 21 12 38 Φ70 13 13.0 38 27 40 52 32 24 13 44 Φ75 14 13.8 38 28 42 55 33 25 14 50.3 Φ80 15 17 44 30 46 60 36 28 15 56.7 Φ85 16 19.5 46 32 50 65 39 30 16 63.7 Φ90 17 24 52 36 54 72 43 33 17 71 Φ95 18 28 56 40 58 78 46 36 18 78.5 Φ100 19 34 60 44 66 86 51 40 19 86.5 Φ105 20 38.5 65 45 70 90 54 43 20 95.2 Φ110 21 48 65 55 80 102 60 48 21 104 Φ115 计算出直浇道总断面面积为A直=1.15X6=6.9cm2,，故查表4.2.3浇注系统截面面尺寸，直浇道截面面积取6.9cm2，直径为Φ30mm。 最终确定各浇道截面尺寸如下图4-2-1浇道截面尺寸所示。 图4-2-1浇道截面尺寸 5 冒口与冷铁设计 灰铸铁和球磨铸铁在凝固过程中都析出石墨并伴随相变膨胀，有一定的自补缩能力，因而缩松、缩孔的倾向小性较铸钢件小。铸铁件的补缩应以浇注系统后补缩（浇注系统在完成教主以后，对铸件的补缩，称为后补缩）和石墨化膨胀自补缩为基础，只是由于铸件本身结构、合金成分、冷却条件等原因，不能建立足够的后补缩和自补缩的情况下才应用冒口，一个需要设置冒口补缩的铸件，也必须利用后补缩和自补缩，冒口仅是补充后补和自补不足的差额。 本次刹车支架不设计冒口。 6 铸造工艺图 由前文铸造工艺参数选取以及吃砂量的确定，因为一箱两件生产该刹车支架，可确定铸造工艺排布图，刹车支架的铸造工艺图如图6-1-1刹车支架铸造工艺图所示。 图6-1-1刹车支架铸造工艺图 最终确定刹车支架铸件图见附录一；一箱两件铸造工艺布置图，见附录二；铸造工艺卡，见附录三。 7 工艺出品率 依据铸造工艺图，建立三维铸件以及浇注系统三维如图7-1-1刹车支架铸件及浇注系统三维图所示，通过软件分析各部分质量，一箱两件，单个铸件质量为8.63Kg，浇注系统质量为3.772Kg， 则工艺出品率为：8.63X28.63X2+3.122×100%=82.1% 图7-1-1刹车支架铸件及浇注系统三维图 8 合箱图 由前文计算选取的吃沙量以及铸造工艺排布，选择砂箱内框尺寸，上砂箱内框尺寸为：400X350X150，下砂箱内框尺寸为：400X350X100。 根据表8-1-1常用造型机所用砂箱的最佳尺寸，依据本次设计数据，选择500X400砂箱尺寸对应的造型机为Z145。 表8-1-1 常用造型机所用砂箱的最佳尺寸 砂箱尺寸 （mm） 400×300 500×400 600×500 800×600 造型机 Z114A，Z124 Z145，ZZ415 Z146，ZB326 ZB148A，3ZZ318 砂箱尺寸 800×700 1000×800 1100×900 1600×1200 造型机 Z148A，Z158 Z2310，Z2410 ZB1410 ZB1416 最终确定刹车支架的合箱图如下图8-1-1合箱图所示。 图8-1-1合箱图 最终确定刹车支架的下模板装配图如下图8-1-2下模板装配图图所示。 图8-1-2下模板装配图 刹车支架砂芯，芯盒设计芯盒材质为ZL101，对开式两半芯盒，芯盒采用定位销定位，蝶形螺母和活节螺栓紧固及开合。最终确定刹车支架的芯盒装配图如下图8-1-3芯盒装配图图所示。 图8-1-3芯盒装配图 致 谢 对孙建波导师和给予指导或协助完成研究工作的组织和个人表示感谢。 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. 引用是学术论文的重要写作方法，“参考文献”是论文中引用文献出处的目录表，凡引用本人或他人文献中的学术思想、观点或研究方法、设计方案等，无论借鉴、评论、综述，还是用作立论依据、学术发展基础，都应编入参考文献目录表。参考文献应是作者亲自阅读或引用过的，不应转入他人文后的文献。 非正式发表的文献不可引用；产品说明书不能作为参考文献； 同一文献只能在参考文献中利用一次。 注意： (1) 要求严格按照样例的格式书写参考文献，不要错用中文和英文标点符号，英文作者的姓在前、名缩写在后；期刊文献要写出题目和页码。 (2) 通过“插入”“交叉引用”，插入文献序号。双击序号能自动定位。移动引用位置会自动重新编号。实现对一篇文献的多次引用。 (3) 文中所有数字、英文字母采用The New Roman字体； (4) 表格采用三线格， 其中两侧粗线用1.5磅，细线1/2磅； (5) 图、表标题标示方法。 例：图2-1 射砂机构装配图；（采用五号字体） 表2-1 射砂机构结构参数表；（采用五号字体，包括表格内容） 表格内容及图片上的字体比正文小四字体小一号，采用五号字。 不用此信息时，删除此文本框。 不要删除行尾的分节符，此行不