铸造工艺课程设计-球墨铸铁连杆铸造工艺设计

攀枝花学院PANZHIHUAUNIVERSITY铸造工艺课程设计说明书设计题目球墨铸铁连杆铸造工艺设计姓名XXXXX院系材料工程学院专业材料成型及控制工程学号XXXXXXX指导老师XXX时间XXXXX攀枝花学院本科课程设计摘要摘要首先，根据提供的零件图获取零件的技术要求、材料组成、结构特点、生产条件、生产批量及性能要求。然后，对零件结构的铸造工艺性进行分析，找出可能存在的结构问题提出改进措施或者预防缺陷的措施根据零件的结构特点、技术要求、生产批量、生产条件选择铸造和造型方法。由零件的结构特点提出多种浇注和分型方案，综合对比分析，选择最为理想的浇注位置及分型面。再次根据铸造工艺方案和零件的特点，选用适宜的工艺参数，设计铸件的浇注系统并绘制铸造工艺图。关键词球墨铸铁，铸造工艺，浇注系统，工艺参数攀枝花学院本科课程设计目录目录摘要第1章绪论111课程设计的意义112设计题目的提出1第2章材料的确定3第3章结构工艺分析4第4章工艺方案的设计541铸型种类及方法确定542型芯结构及制造543分型面的筛选644铸造位置及浇注口的确定6第5章铸件工艺参数确定751加工余量7攀枝花学院本科课程设计目录I52起模斜度及圆角确定853收缩量选择854型芯及型芯头选择8第6章浇注系统的拟定1061系统作用与结构分析1062横浇道及其结构1063各组元截面尺寸确定1064系统引注位置的选用1265冒口及尺寸确定12附录14总结16致谢17参考文献20攀枝花学院本科课程设计目录II攀枝花学院本科课程设计第1章绪论0第1章绪论球墨铸铁是指用球化剂和孕育剂处理铁液后，石墨呈球状的铸铁。11球墨铸铁的发展历史在河南巩县铁生沟西汉中、晚期的冶铁遗址中出土的铁镐，经过金相检验，具有放射状的球状石墨，球化率相当于现代标准的一级水平。而现在的球墨铸铁则是迟到至1947年才在国外研制成功。我国古代的铸铁，在相当长的时期里含硅量都偏低，也就是说，在约2000年前的西汉时期，我国球状石墨，就已由低硅的生铁铸件柔化退火的方法得到。这是我国古代铸铁技术的重大成就，这也是世界冶金史上的奇迹。国际冶金行业过去一直认为球墨铸铁是英国人于1947年发明的。西方某学者甚至声称，没有现代科技手段，生产球墨铸铁是不可想象的。1981年，我国球铁专家采用现代科学手段，对出土的513件古汉魏铁器进行研究，通过大量数据断定汉代我国就出现了球状石墨铸铁。有论文在第18届世界科技史大会上宣读，轰动了国际铸造界。国际冶金专家于1987年对此进行验证后认为古代中国已经摸索到用铸铁柔化制造球墨铸铁的规律，这对世界冶金史重新分期划代具有重要意义。球墨铸铁作为新型工程材料的发展速度是令人惊异的。1949年世界球墨铸铁只有5万吨，1960年为535万吨，1970年增长到500万吨，1980为760万吨。1990年达到900万吨。2000年达到1500万吨。球墨铸铁是生产发展在工业发达国家特别快。世界球墨铸铁产量的75是有美国、日本、意大利、英国、法国六国生产的。我国球墨铸铁生产起步很早。1950年就研制成功并投入生产，至今我国球墨铸铁达230万吨，位于美国、日本之后，位于世界第三位。适合我国国情的稀土煤球划剂的研制成功，铸态球墨铸铁以及奥氏体贝氏体球墨铸铁等各个领域的生产技术和研究工作均达到了很高的技术水平。12球墨铸铁的力学性能在强度和属性方面均具有优越性（1）与灰铸铁相比，灰铸铁的力学性能仅以抗拉强度作为性能指标并且，其最高牌号的抗拉强度只有300MPA而球墨铸铁的最低抗拉强度是400MPA，并且还有10以上的断后延伸率。（2）与可锻铸铁相比，无论是黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁还是白心可攀枝花学院本科课程设计第1章绪论1锻铸铁，虽然他们具有属性指标，但他们的综合力学性能不如球墨铸铁，并且他们只限于生产壁厚在10MM以下，重量不得超过几十公斤的铸件。（3）与铸钢和结构钢相比，虽然他们的断后伸长率和冲击韧度很高（这是球墨铸铁所不及的），但他们的屈服点却比球墨铸铁的要低，由此表明，材料利用率要比球铁低。攀枝花学院本科课程设计第2章材料的确定2第2章材料的确定该课程设计要求使用球墨铸铁为材料大批量流水线生产汽车连杆。攀枝花学院本科课程设计第3章结构工艺分析3第3章结构工艺分析连杆由连杆体和连杆盖组成。铸件如图样31。连杆盖小孔内直径65MM，外直径100MM。连杆盖大孔内直径90MM，外直径140MM。连杆体长120MM。连杆壁厚16MM。孔和壁均能直接铸造出来。连杆在工作中受交变的拉力、压应力，又受弯曲应力。连杆的损坏形势是疲劳断裂和过量变形。而球墨铸铁符合以上性能要求。图31三维形状及零件图攀枝花学院本科课程设计第4章工艺方案的设计4第4章工艺方案的设计41铸型方法的确定在铸造生产中，砂型铸造应用最为广泛。砂型铸造生产率高、成本低、灵活性大、技术相对成熟，世界上用砂型铸造生产的铸件，占铸件总产量的80以上。在砂型铸造中，造型和制芯是最基本的关键工艺。造型和制芯选择是否合理至关重要。因课程设计产量要求为大批量流水线生产。再综合其他因素，觉得本次设计采用合成树脂砂，配合高压、挤压、冲击、静压等高密度造型工艺，为大量薄壁、光洁、加工余量小的铸件创造了条件。42分型面的筛选分型面选择时，应在保证铸件质量的前提下，尽量简化工艺过程，由于连杆为对称分布的零件，分型面选择少，有以下两种A方案如图41选AA作为分型面。符合选平面作为分型面的原则，但不利于拔模。图41分型面AAB方案如图42连杆在此处分型，符合尽量把铸件放在一个砂箱内的原则。且分型面在最大投影面。在保证铸件的质量和降低成本的前提下，选用B方案。攀枝花学院本科课程设计第4章工艺方案的设计5图42分型面BB43型芯结构及制造连杆零件有两圆柱形孔洞，故型芯应为两圆柱体，其直径应小于45和325MM，又型芯比较简单，故采用整体式芯盒制芯的造芯的造芯方法。44铸造位置及浇注口的确定根据重要表面向下放或侧放原则，将连杆的重要表面放在下面，由于该构件有多个面，因此将其中较大的面朝下放，上面通过放加工余量来保证铸件质量。也需考虑尽量少使用砂芯。浇注口选择应符合铸件凝固方式及特点，保证铸型填充及铸件质量，尽量选取有利浇注位置，分析此结构及造型位置，选用连杆右端分型面为浇注口如图43。从而避免直浇对铸件造成冲击，铸件也容易浇满等。图43浇注位置的选择攀枝花学院本科课程设计第4章工艺方案的设计6攀枝花学院本科课程设计第5章铸造工艺参数确定7第5章铸件工艺参数确定51加工余量根据铸件结构尺寸及造型方法，铸造材料等因素综合考虑，查找（GB/T64141999,GB/T64161999）表51球墨铸铁造型材料为湿砂型，铸件尺寸公差等级与配套加工余量等级（CT/MA）为（108）/G，CT选定为9/G再由GB/T64161999可以查得相应的加工余量数值为28MM；据GB/T64141999可得公差等级CT为9时，因为基本尺寸140MM、100MM均为壁厚，所以它们尺寸公差等级粗一级公差，即为10/H基本尺寸在4063MM之间时，公差数值为2MM基本尺寸在65100MM之间时，公差数值为32MM；基本尺寸在100160MM之间时，公差数值为36MM。由铸件基本尺寸46MM,100MM，140MM知，滑动轴承座铸件的尺寸公差为461，10016，14018。表51铸件尺寸公差等级与配套用加工余量等级（GB/T64141999）单件、小批量生产铸件公差等级与配套加工余量等级（CT/MA）造型材料铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金轻金属合金干、湿砂型（1513）/J（1513）/H（1513）/H（1513）/H（1513/H（1513）/H自硬砂（1412）/J1311/H1311/H1210/H1210/H1210/H成批大量生产铸铁件尺寸公差等级与配套加工余量等级（CT/MA）铸造工艺方法铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金锌合金轻合金砂型手工造型（1311）/J（1311）/H（1311）/H1311/H1210/H119/H砂型机器造型108/H108/G108/G108/G108/G97/G攀枝花学院本科课程设计第5章铸造工艺参数确定8单件、小批量生产铸件公差等级与配套加工余量等级（CT/MA）造型材料铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金轻金属合金薄壁壳型（108）/H108/G108/G108/G97/G金属铸型97/F97/F97/E86/F低压铸型97/F970/F97/F86/F压力铸型86/D、64/D75/D熔模铸型75/E75/E64/E64/E注公差等级适于尺寸25MM铸件，铸件可提高公差3等级，1016MM，铸件可提高公差2等级，1625MM铸件则可提高公差一级。表52要求的铸件机械加工余量（GB/T64141999）1最大尺寸要求的机械加工余量等级大于至ABCDEFG4001010203040505406301020303040507631000203040507114100160030405081115221602500305071142282504000307091314253552起模斜度连杆的测量面高度为46MM，查找铸造工程师手册，由表知，选宽度16MM，斜度在15。53收缩量选择由铸造材料铁素体球墨铸铁可知，其收缩量在0810之间，综合其他因素，取收缩量选为10。54型芯及型芯头选择攀枝花学院本科课程设计第5章铸造工艺参数确定9连杆内孔为圆柱形孔，由分型方式可知，采用垂直型芯，有利于稳固定位，排气和落砂，由基本尺寸知，型芯长度为46MM，由表查得下型芯高度H值为2530MM，确定为25MM；因此件为大批量流水线生产，决定采用上下芯高度相同原则。定上型芯值为25MM，芯头间隙为051MM,定为10MM；查表知，下芯头斜度定为4，上芯头斜度选择8表53垂直和水平芯头的尺寸参考数值MM当心头直径D或边长为下列数值时的下芯头高度H下值型芯长度3031606110010115015130030150050170070110001001200030151520315020252025202551100253025302530202520253040406010115030353035303525302530406040605070507015130035453540354530403035406050705070608030150040604060355535454060507050708010050170060806080456545655070608060808010070110007090709060806080801008010010012000100120100120801008010080120攀枝花学院本科课程设计第5章铸造工艺参数确定10攀枝花学院本科课程设计第6章浇注系统的拟定11第6章浇注系统的拟定61系统作用与结构分析系统浇注是指砂型中引导金属液流入型腔的通道，一般由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道等组成。浇口杯承接金属液，并经直浇道流入横浇道，再分配给各内浇道流入型腔，因此各交道形状及截面大小均影响铸件质量。62横浇道及其结构横浇道除将金属液分配给个各内浇道外，最主要的作用是挡渣，课阻止水平流动中的熔渣进入型腔。通常为加强其挡渣作用，常采用锯齿形横浇道，稳流式横浇道或带滤网的横浇道。63各组元截面尺寸确定查铸造工程师手册，有常用球墨铸铁浇注系统尺寸表612内浇道横浇道直浇道铸件质量GC/KG数目单个横截面积/CM2总截面面积/CM2截面面积/CM2直径/MM截面面积/CM2310302153051011930362342综合其他因素选各组元截面面积分别为19CM2、36CM2、42CM2、1、内浇道横截面选择扁平梯形如图61，其特点是扁平梯形内浇道高度低，熔渣不易进入，广泛用于铸铁件生产。根据内浇道横截面积S内19CM2，查表61“球墨铸铁件浇注系统标准值”A28MM，B26MM，C9MM，内浇道横截面积如下图所示2、横浇道的界面形状选择梯形如图62，因为梯形横浇道当渣能力强、开设容易，应用广。由S横36C，表61“球墨铸铁件浇注系统标准值”得A19MM，B14MM，C12MM。所以横浇道横截面积如下图所示攀枝花学院本科课程设计第6章浇注系统的拟定123、直浇道。直浇道横截面积通常采用圆形如图63，由S直42CM2，查表61“灰铸铁件浇注系统标准值”D23MM。所以该轴承座的直浇道的横截面积如下图所示图61内浇道横截面积图图62横浇道横截面积图图63直浇道表62常用球墨铸铁浇注系统各组元截面尺寸内浇道尺寸/MM（S内/MM2横浇道尺寸/MM（S横/MM2直浇道尺寸/MM（S直/MM2攀枝花学院本科课程设计第6章浇注系统的拟定13ABCAG/CM2ABCARU/CM2DAS/CM218166101812203020312321715191422362342252381922315254827572826924241826542963302810293022328435983835113834234011441133浇注时间T的计算如下G型内金属液的总质（重量）（KG）S1系数，取决于铸件壁厚，由表查出。64系统引注位置的选用内浇口常设在铸件中部某一高度的分型面上，且内浇道开在横浇道尾端1540MM处，可将金属液从合适的地方引入型腔，这种浇注方法应用普遍，适用于各种壁厚均匀、高度不大的中、小型铸件。故滑动轴承座应选择中注式浇口。65冒口及尺寸确定一般小型、壁厚均匀的铸件可不设冒口，故在此省略。攀枝花学院本科课程设计第6章浇注系统的拟定14综上所述将内浇道开设在下型的分界面上，并将金属液浇口杯处注入，将横浇道开设在上型分型面上，起集渣排气作用；在上型开设直浇道，以形成必要的静压力，在上型顶面开设浇口杯，以便于浇注。铸造工艺图如图64。图64连杆铸造工艺图攀枝花学院本科课程设计附录15附录铸造工艺卡拟定铸件名称材料牌号生产类型毛坯质量最小壁厚铸件图连杆QT40015大批量流水线生产64716MM造型方法砂箱铸造、两箱造型一箱多件规格长宽高紧固方法上箱100050080造型砂箱内部尺寸/MM下箱100050080压铁紧固420KG烘干温度烘干时间H方法砂型烘干3005烘干炉浇道数量截面积横浇道1个19CM2内浇道1个36CM2浇冒口尺寸MM直浇道1个42CM2浇注工艺规格出炉温度/浇注温度/浇注速度/SEC冷却时间/H130013001350355510热处理工艺攀枝花学院本科课程设计附录16一箱四件浇注系统俯视示意图浇注系统主视示意图攀枝花学院本科课程设计附录17攀枝花学院本科课程设计总结18总结通过课程设计巩固和加深了我们对铸造工艺课及其它有关基础课和技术基础课的知识；握铸造工艺及工艺工装的设计方法，锻炼运用铸造工艺手册及其它技术资料的基本技能；使我们进一步提高图纸、文字表达能力；为今后工作打下基础。本文为铸造工艺课程设计的课题设计报告，设计课题为滑动轴承座的铸造工艺设计。报告从连杆零件图开始分析，逐步确定铸造工艺方案，至模样模板以及芯盒的设计，其过程和数据均已一一给出。在此次课程设计中，团队发挥了较大的作用。在课程设计的初期，由于我们都对铸造工艺有相应的不了解，故大家都去查找了相关资料。在课题设计过程中，铸造工艺图无疑是很重要的，其标示出了分型面、机械加工余量、砂芯形状尺寸、