铸造工艺论文.doc

学 号020623090151 毕业论文论文题目：铸造工艺设计及生产学生姓名：张岗亮 专业班级：材料成型与控制技术专业材料081班 院 系：材料工程系指导教师：李华芳 张银海 2012年6月17日河北机电职业技术学院毕业论文目录目录摘 要1abstract2引 言31 零件材料性能分析42零件结构的铸造工艺性分析53 铸造工艺方案的确定73.1 分型的分析与选择73.2造型（芯）方法的选择73.3 铸型种类的选择83.4 浇注位置的确定94 铸造工艺参数的选择104.1 铸件线收缩率104.2 机械加工余量104.3 起模斜度的选取105 冒口的设计115.1 热节分析115.2 冒口的设计126 浇注系统的设计136.1 浇包的选择136.2 浇注系统的设计136.3 工艺出品率的验算147 铸造工艺装备设计157.1 模板的设计157.2 芯盒的设计16结 论17致 谢18参考文献19河北机电职业技术学院毕业论文摘要摘 要铸造工艺设计是根据铸件要求、生产批量和生产条件，以及对铸件的结构分析，确定工艺方案、工艺参数和工艺规程，设计工艺装备的全过程。对零件结构的铸造工艺性进行分析，明确零件的结构特点，提出改进措施或预防缺陷的措施。主要包括确定铸件的浇注位置和分型面，画出标有机械加工余量和拔模斜度的铸件图，并在铸件图上标出型芯的形状、大小，分型分模面，完成模样工艺图。其次确定造型、造芯工艺方案，确定浇冒口系统和冷铁等的大小、形状和位置，以及浇注温度、浇注时间等。确定各型、芯的制造材料和方法。设计或选用专用的或标准的铸造装备，如砂箱、冒口模、外冷铁、刮板架等。关键词: 铸件结构；工艺方案；工艺参数；工艺规程；浇注系统abstractcasting process design requirements and production according to casting production conditions, and batch and structure analysis of castings, sure process program, process parameters and technical process, the whole process of design process equipment. the casting technology for parts structure is analyzed, and the characteristic of structure, the clear parts some improvement measures or prevent defects measures. include determining the pouring position and casting parting surface, painted with mechanical machining allowance and mold pulling out in the tilt of the casting chart and in casting figure airstrip cores of shape, size, classification, complete parting surface like process diagram. secondly sure modelling, made to determine the core technology solutions, pour riser system and cold iron, etc, size, shape and position, and pouring temperature, injection time and so on. sure each, core manufacturing materials and methods. design or choose special or standard casting equipment, such as sand box, riser mold, the cold iron, scraper frame etc.keywords: casting structure,craft project, process parameters ,process planning, gating system20河北机电职业技术学院毕业论文引 言 毕业论文是在修完所有的课程之后，我们走向社会的一次比较全面的毕业设计。本次论文的课题是12m的渣灌的设计，是对所学的知识和实习期间的一个总结。此次设计中，主要用到铸造工艺、铸造成型等方面的知识。铸造工艺设计就是根据铸造零件的结构特点，技术要求，生产批量和生产条件等确定铸造工艺方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等技术文件的过程。主要是从铸件的造工艺性的改进，铸造，造型，造芯方法的选择，铸造方案的确定，浇注系统和冒口的设计，直至铸件清理方法等完成本次的论文的设计。另外，由于现代科学技术的发展， 拓展了铸造技术的应用，同时也提高了对金属铸件的要求。不仅要求铸件具有高的力学性能，尺寸精度和低的表面粗糙度值；要求具有某些特殊性能，如耐热，耐蚀，耐磨等，同时还要求生产周期短，成本低。所以在设计过程中追求一最少的策划你根本和消耗生产出质量良好，有一定竞争力的品牌。通过本次毕业设计，使我懂得如何查阅相关资料以及怎样解决在实际工作中遇到的实际问题，这为我们以后更好的从事钢铁打下了良好的基础。 本次毕业设计中得到了广大老师和同学的帮助，在此我一一表示诚挚的感谢！由于本人缺乏实践经验，水平有限，且时间又仓促。设计过程中难免有错误和欠妥之处，恳请各位老师和同学指正批评。1 零件材料性能分析渣灌原材料为zg310-570。由铸造合金及其熔炼表6-1及铸造实用数据速查手册表4-6可知在800-820退火后的其力学性能如下：屈服强度s310mpa； 抗拉强度b570mpa；伸长率15%； 断面收缩率21%；冲击韧性akv15j，ak20j/cm3；硬度156-217hbw。 由铸造合金及其熔炼表6-2 可知zg310-570化学成分的上限值（%）如下：c0.50； si0.60； mn0.90； s0.01； p0.01； ni0.30； cr0.35； cu0.3； mo0.2； v0.05。zg310-570为中碳钢。零件对材料性能的要求：渣罐属于生产易耗品，用于盛放转炉生产所排高温钢渣。渣灌的主要技术要求是对强度和韧性的要求;此外对于渣罐防止粘渣、粘钢的方面,对其表面光洁度也有较高的要求;渣灌的尺寸都比较大，属于长久性构件，必须具有足够长的使用寿命,因此渣灌应该也具备一定的耐磨性。2 零件结构的铸造工艺性分析由零件图图1， 图2，图3分析零件结构的铸造工艺性。图1 零件主视图零件重要的部分是零件两端端把，由零件结构分析，渣灌是用来盛放转炉生产所排的高温钢渣。由于该部分直接承受外部载荷，并且对这部分有工艺要求，所以对于端把周围的部分要求很高.在设计铸造工艺时，应重点分析考虑。铸件壁厚比较大，最小壁厚处是零件的靠近端把的底端。其尺寸超过了zg310-570铸件的最小壁厚，浇注成型没有问题。而最大热节处在零件的端把以及周围部位，通过安放冷铁进行补缩的。最终有利于补缩和实现顺序凝固。 图2 零件左视图零件多枝杈结构，铸件成型时的收缩会受到一定的阻碍，枝端结构的形位很容易受到影响。而这是零件结构的最大忌讳，将会直接影响零件的性能，决定着铸件的质量。由于零件的结构性能需要，改进零件结构的操作性不是很大，采用工艺手段避免是主要的方法。如果在不影响零件性能的前提下，可以对零件的结构做出相应的改进。在顶部的相应的木模的放置位置一定要准确，考虑到对其的对称性喝外观的美观性，对造型的要求较高，在顶部要将每一个槽的尺寸尽量挖的相同，且挖的深度要进行相互比较，保证相差不大。顶部平面的平整度要保证，与最顶层的铸件的盖子的平整度相同，在盖子上扎六个对称的透气孔，减小浇注时内部气压，保证钢水的良好充型和枝杈结构的形状和尺寸。图3 零件俯视图3 铸造工艺方案的确定3.1 分型的分析与选择 分型面一般在确实浇注位置后在选择。生产中，浇注位置和分型面有时是同时确定的。分型面的优劣，很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率。选择分型面时，应该注意以下原则：1.使铸件全部或者大部置于同一半型内2.尽量减少分型面的数目3.型面应尽量选择平面4.于下芯、合箱和检查型腔尺寸5.使砂箱过高6.里的分型面的选择不应该削弱铸件结构强度7.意减轻铸件清理和机械加工量铸件的分型面的选择，要考虑到分型面的选择原则和铸件生产要求和实际的生产条件等等，结合我们属于手工造型和铸件的第一层、第二层和第四层需要安放筋板和冷铁两个主要方面，我们分型面选择三个，分别在第一层、第二层和第四层。3.2造型（芯）方法的选择1.箱造型的具体要求如下：1）模型在砂箱中的位置要放的适当，避免箱带阻碍冒口及浇口开设，见表1 表1 砂箱与模型距离高度类别1米以下11.6米1.8米以上模型至箱底距离100130150模型至箱边距离50100120水口至箱边距离5080100冒口至箱带距离冒口200以下者20mm，冒口250以上者50mm2）按工艺图规定放置外冷铁，两冷铁之间距离不小于80，外冷铁表面不允许有铁锈和油污。3）模型太重时，在上箱箱带上放一铁棍，用铁丝将木型背紧，以免翻箱时模型脱落。4）在模型变化复杂处及浇冒口处，先将新砂填入，插钉子或放铁钩并用手将砂塞紧，然后进行主体造型。5）在砂箱四角与型板之间垫适当高度的砂型以免砂型烘干后下沉影响合箱6）背砂填放厚度，用风冲紧实时，每层厚150250（指松散状态）7）撞砂注意事项先撞砂箱四角和靠箱帮助处后撞中心，撞砂时不得撞到模型上（避免撞跑或移动木型活块及浇口、冷铁）撞砂时砂型各部分紧实度要均匀，保温冒口根部不得接触铸件，按规定留有一定吃砂量8）修好下箱分型面；放正上箱模箱，同时放上浇口和冒口然后再撒分型砂，放下箱锥，吹扫净模型表面分型砂。9）上箱撞紧刮平，取出浇口，扎出气孔，开箱取模修型10）应在砂箱四壁打箱号，（旧号抹去）箱号必须清楚，便于合箱。2.箱制芯的具体要求如下：1）检查芯盒定位销是否精确、牢固，芯盒活块及互换部分是否有明显标记。2）组装芯盒，注意尺寸准确，卡紧、牢固防止撞芯过程中变形、胀芯。3）选择尺寸合适的芯铁，大芯的芯铁必须有足够的强度和刚度。4）在制作前，应将芯盒内擦干净，有时可涂油类或其他脱模剂。芯铁应不影响收缩，容易清理，并保证砂芯起吊平稳。5）制造砂芯时，芯盒的活动部分不能有移位错位的现象。6）砂芯按工艺规定安放冷铁，开设拉筋。7）在芯盒的突出部分应下铁钩子或钉子，然后装砂，用手塞紧再行制作。8）小型砂芯须安设草绳，通气道或扎通气孔，大中型砂芯，一般应作成中空或内填炉渣干砂、焦炭等，填充物和表面的距离随芯大小而定，一般为40200mm。9）大砂芯撑托处要预置耐火砖或铁板等物并应与内部芯铁直接接触。10）大砂芯与小砂芯连接，互相间出气孔必须连通。11）厚大铸件的砂芯按工艺要求采用特种芯砂。12）大圆芯用铁管作芯铁时，铁管上必须有孔，在铁管外缠草绳，草绳层数按工艺要求，然后制造。13）串皮芯子，需用蜡线或小草绳做出气孔，主孔和支孔必须连通。14）圆芯或形状复杂的砂芯，须先在托芯板上铺上一层旧砂，再放砂芯，以增加砂芯与托芯板的接触面。3.3 铸型种类的选择由于渣灌材料为zg310-570，而铸钢件很少采用湿型，高锰钢除外。因为1540-1610浇注钢水时fe首先被氧化，h2o被还原为h。h在液态钢中的溶解量大，而在固态钢中量小，几乎为0，易产生皮下气孔。铸钢多采用漏包底注式，浇注系统为开放式，金属液快速充型，对砂芯砂型的冲刷较大。于是要求砂芯和砂型必须具备很高的强度才不至于产生冲砂，夹砂等缺陷，保证铸件的质量。其中水玻璃自硬砂的主要技术指标及选用：对于水玻璃生产的技术要求：水玻璃模数：夏天（5-10月）水玻璃高模数m=2.35-2.55，水玻璃低模m=2-2.35;冬天（11-4月）水玻璃高模m=2.55-2.75，水玻璃低模=2.35-2.5；水玻璃浓度42-48be，操作时可按温度气温和湿度进行调节。流砂方式：直接采用搅拌机流砂砂型芯的性能要求：二十四小时后抗压强度0.9mpa，水分：夏天4.7-6.3 ，冬天4.5-6 3.4 浇注位置的确定零件结构的独特性使得铸件的造型方案没有多的选择。分型面的确定，不可能采用倾斜浇注，浇注位置没有多的选择方案。分型面选择确定浇注位置。合箱，浇注，冷却位置一致。4 铸造工艺参数的选择4.1 铸件线收缩率铸件为中型铸件，有很多枝端，下芯数目较多，收缩受阻。参考铸造手册表1-1常用铸造合金的铸造收缩率，铸造手册表3-37砂型铸造普通合金铸件的铸造收缩率。取铸件铸造线收缩率=1.8%。4.2 机械加工余量由铸造手册表1-2，选取铸件的机械加工余量等级为h（手工造型），选取尺寸公差为ct14级由铸造工艺学表3-3-3选取铸件的加工余量为14-21mm（结合渣灌为双面加工，结合渣灌的基本尺寸）4.3 起模斜度的选取由铸造手册表1-6自硬砂造型模样外表面的起模斜度（jb/t5105-1991）可知手工造型，模样采用木模样，测量面高度h上=172.5mm，h下=212.5mm。取模样斜度=035,a=2.6mm。5 冒口的设计5.1 热节分析钢渣水淬是目前国内炼钢厂广泛应用的炼钢作业后处理工艺。生产中高温下的钢渣排放到渣灌中，由电动平车运输到水淬现场，通过支臂部位实施渣罐倾渣水淬。水淬渣罐是该工艺核心部件，渣罐铸造质量好坏不仅影响水淬效果，而且关系到水淬安全。铸造生产渣罐时，支臂和支轴部位对强度和尺寸精度要求严格，是影响渣罐质量的关键因素。5.1.1 支臂渣罐倾渣工作时，25t的渣罐自身重量和40几吨的钢渣重量的负荷全部由支臂来承担，因此对支臂包括连接支臂与罐体的筋板的强度要求很高。以前渣罐支臂部位的设计都存在一个共同特点，即支臂部位的厚度与罐体和筋板的厚度相差很大，其形状、尺寸如图4所示。图4 原设计渣罐支臂与支轴部位示意图从图4看出，两条支臂对于整个渣罐形成了两个大的热节。经计算各个部位模数为:罐体部位（m罐）3.5cm；筋板部位（m筋）7.0cm，支臂部位（m臂）3.5cm。可以看出，铸造时无论罐嘴向上或者向下，支臂部分只能通过筋板和罐体去补缩，而罐体和筋板的模数却恰恰是支臂部分的一半，凝固时间（z）与模数存在如下关系:z1/z2=m12/m22支臂部位的凝固时间为罐体部位凝固时间的4倍，凝固速度远远低于渣灌本体和筋板，从顺序凝固的角度讲，让罐体通过筋板去补缩支臂是完全不可能的。目前，我们解决这个问题的方法是在支臂部位加设冷铁。经过计算，冷铁可以通过降低热节模数，达到融化掉内冷铁的同时改变凝固顺序的目的。5.1.2 支轴渣罐体上的支轴，是渣罐使用过程中的另一重要部位，其中并列的两个支轴在渣罐车行走的过程中承担了罐体和钢渣的全部重量。支轴的中心距和4个支轴的水平度要求特别高，一般图面要求在5mm以内。如果中心距超差，渣灌就会落不到渣灌车上。如果4个支轴不在一条水平线上，行走过程中就会出现有一支轴不接触地面的情况。与支臂相比，支轴成为更大的热节。为实现对轴头的准确定位和解决铸造的热节问题，采取了如下措施：整个支轴做活块处理，支轴部分制作锻件，与罐体结合的锥体部分则采用聚乙烯为基体的塑料泡沫，轴头作为预埋件在聚氯乙烯发泡后结合在整个支轴的内部，在轴头上事先钻出螺纹孔，与罐体模型结合在一起，造型结束以后，取出螺栓。为进一步将轴头定位，在砂箱箱帮上用螺栓将轴头固定，然后用煤气将泡末燃烧干净，用压缩空气吹净残渣，用芯卡从内部顶牢支轴。支轴部位定位见图5图5 支轴部位定位从图5中可以看出，作为锻件的支轴，在铸造过程中，恰好形成了支轴部位的冷铁，使集中在支轴部位的热节迅速减小，而且锻轴是经过加工的，尺寸很准，轴头固定后，保证了轴头之间的中心距相等的水平高度。实践证明，采取以上措施以后，铸造渣罐的支轴部位中心距和水平偏差都控制在了3mm以内，满足了图面要求。5.2 冒口的设计在渣罐底部圆弧中心与六个脚要设置冒口，底部圆弧中心上部设置一个保温明冒口，尺寸600mm600mm（足够大的名冒口作用有利于补缩，便于排气，保证浮砂和渣子上浮）。根据模数法，该渣罐铸件底部圆弧面热节模数按园板计算，根据m底=t底/2（a底）5t底）式中底部圆弧面截面的长度a底=2158mm=215.8cm，底部圆弧面厚度 t底=135mm=13.5cm，则a底/ t底=165故铸件底部圆弧面热节模数m底=t底/2=8cm.该铸件底部圆弧面选取600mm600mm保温明冒口模数m底冒=v/a=3.14(600/2)2600/23.14(600/2)2+23.14(600/2)600 =10cm。zg310-570按碳钢有关公式来进行计算，当m底冒m底时，就可实现冒口对铸件最后凝固部位的补缩，m底冒/m底=10/8=1.251.2，冒口符合要求。同时冒口必须具有足够的金属液补充铸件被补缩的部分的体积收缩，补缩热节部位质量g质=3.14215821581307.85106=14923kg，冒口质量g质冒=3.14（600/2）26007.85106=1331kg冒口能补缩最大热节质量g底最大=【（-）/】g质，式中保温冒口补缩效率=25%，钢的凝固收缩率=4.5%，则g底最大=【（25-4.5）/4.5】1331=6064kg，故g底最大g底，因此底部圆弧面冒口补缩需要钢液量也是足够的。6 浇注系统的设计6.1 浇包的选择我们采用的是电弧炉炼钢，由两台10t电弧炉，铸件毛坯包括冒口总重大概为25t，两炉浇注一件，采用阶梯注式漏包（采用80mm塞头注口）浇注钢液，浇注温度1580oc，铸件本体实际浇注时间约为3分钟，整个铸件包括冒口的实际浇注时间约为10分钟。浇注时待明冒口中钢液上来三分之一高度后及时加保温剂，浇满后停留5-10秒再点浇至满为止，然后完成浇钢。采用点冒口补缩，这样补缩效果好，且保证铸件质量。6.2 浇注系统的设计浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道之总称，它是由浇口杯（外浇口）、直浇道、直浇道窝、横浇道和内浇道等部分组成1.系统的基本要求：1）所确定的内浇道的位置，方向和个数应符合铸件的凝固原则或补缩方法。2）规定的浇注时间内充满型腔。3）提供必要的充型压力头，保证铸件轮廓、棱角清晰。4）使金属液流动平稳，避免严重紊流。防止卷入、吸收气体和使金属过度氧化。5）具有良好的阻渣能力。6）金属液进入型腔时线速度不可过高，避免飞溅、冲刷型壁或砂芯。7）保证型内金属液面有足够的上升速度，以免形成夹砂结疤、皱皮、冷隔等缺陷。8）不破坏冷铁和芯撑的作用。9）浇注系统的金属消耗小，并容易清理。10）减小砂型体积，造型简单，模样制造容易。2.本铸件的浇注系统的设计铸钢件用漏包浇注，采用开放式浇注系统，以包孔截面积为基准，各组元截面积比如下：s包:s直:s横:s内=1:(1.82.0): (1.82.0): (2.02.5)取 s包:s直:s横:s内=1:1.8: 2.0:2.5s包=(70/2)2=302=3846.5 mm3 s直=6923.7 mm3 ，s横=7693 mm3 ，s内=9616.25 mm3设一个直浇道，d直=80mm， r直=40mm。设一个单向横浇道d横=80mm， r横 =40 mm。设四个相同的内浇道d内=2=55.33mm，圆整为d内=55mm，r内=27.5mm。取直浇道窝高94mm，直浇道高2508=2000mm。浇口杯为70，高为100mm。横浇道长为1300mm，内浇道高2503=750mm。内浇道共有两层，第一层为底返内浇道，采用的80mm耐火管四道均布，另一层内浇道在中间箱高度2/3处。位置如图6所示。 图6 浇注位置结构6.3 工艺出品率的验算计算浇注系统体积v浇：v直=r直2h=4022000=10048000 mm3v横=r横2h=4021300=6531200 mm3v内=4r内2h=427.5260=569910 mm3图7浇口杯示意图由图7计算浇口杯体积v杯=1/31172167-1/347267 =2392745.94-154909.807 =2237836.1 mm3v浇=v直+v横+v内+v杯=19386946.1 mm3浇注金属液总体积v液=vm+v型+v浇=425357142.9 mm3浇注金属液总质量m液=v液0=425357142.97.0=297747200010-3g=29775kg工艺出品率=m铸/m液100%=88.0%，出品率比较理想。浇注时间= m液/q =29775/120=248s河北机电职业技术学院 毕业论文7 铸造工艺装备设计7.1 模板的设计 由于是手工多箱造型，而且零件的支端较多，根据零件形状和尺寸的要求，采用添加相应的模板造型。模样是用木材、金属或其他材料制成，用来形成铸型型腔的工艺装备。在模样上填砂并紧实，起模后形成铸型的型腔，浇入金属液后即形成铸件。为了保证铸件质量，模样必须有足够的强度和刚度，表面要光滑、尺寸要精确。同时还要使用方便、制造简单，成本低廉。为了方便操作，模样的原材料选用木质材料。在造型过程中，准备好木模，在放好砂箱和端把（耳子）的同时，根据需要安放好木模，对其要求是位置要摆放准确。造型完成后，放置大概24小时后起模。浇注系统则是先用耐火砖预埋成型。 7.2 砂箱的设计砂箱是铸造生产中必备的工艺装备。砂箱的结构和尺寸是否合理，对获得优质铸件、提高劳动生产率、减轻劳动强度都有很大的影响。 1.箱的结构和尺寸应满足下列要求：1） 砂箱内腔尺寸应保证合理的吃砂量，箱带不应妨碍浇冒口的设置和阻碍铸件的收缩，箱壁不能妨碍砂型排气等。2） 砂箱应有足够的强度和刚度。3） 箱壁和箱带既要有利于粘附型砂，又要有利于落砂和脱出铸件。4） 砂箱的定位装置要准确，锁紧装置要简便，起吊装置要安全。5） 在满足工艺要求的前提下，砂箱的结构要便于加工制造。6） 砂箱的材料要价格低廉，来源广泛，坚固耐用。7） 砂箱规格尽可能标准化、系列化、通用化、以减少砂箱数目，便于制造、使用、管理和降低成本。常用的砂箱底座结构，如图8图8 砂箱座2.砂箱的结构构成铸型的一部分，容纳和支承砂型的刚性框叫做砂箱。它包括内腔的尺寸、箱壁、箱带、箱肋和出气孔等。还应包含有砂箱的定位、锁紧和吊轴装置。在此只作简要说明。根据本铸件的要求，现使用的砂箱如图： 图9 砂箱外形7.2 芯盒的设计在铸造生产中，除了少数简单的铸件，不需要砂芯形成铸件的内腔或孔洞形状外，大部分都由砂芯构成铸件的内腔。芯盒是制造砂芯用的模具，其质量的好坏直接影响到砂芯的质量和造芯的效率。设计芯盒时应以铸造工艺方案、生产批量和设备条件为依据，确定其结构形式和尺寸。整个芯盒结构可分为主体结构和外围结构两部分。主体结构包括盒体的壁厚、肋、边缘、镶块和活块等。对这些结构的要求是：有足够的强度强度和刚度，合理的尺寸精度和表面粗糙度。外围结构主要包括芯盒的定位、紧固装置、把手和吊轴，以及芯盒在造型机工作台上的固定装置等。对这些结构的基本要求是：尺寸准确，性能稳定，使用轻巧方便。 根据本铸件的要求所使用的芯盒如图10： 图10 芯盒 结 论渣灌铸造工艺方案采用多箱手工造型，造型与制芯分开制作，主要进行两大工序的生产。砂型（芯）均采用水玻璃自硬砂。铸件毛重23820kg。在渣罐底部圆弧中心与六个脚要设置冒口，底部圆弧中心上部设置一个保温明冒口，冒口质量1331kg，保温冒口补缩效率=25%，钢的凝固收缩率=4.5%，选用包孔直径=70mm，平均浇注速度q=120kg/s，浇包容量m=15t，包孔数n=2的浇包。采用漏包底注式浇注系统，设一个80mm，高2000mm的直浇道；一个80mm，长1300mm的单向横浇道；四个80mm，高750mm的内浇道和一个夹角为70。，高100mm的