外体铸造工艺设计书

1 外体铸造工艺设计书 一、零件铸造工艺要求和特点 构及技术要求 零件名称：外体 零件生产批量：小批量生产 零件材质： 零件外形轮廓尺寸长为 为 69管直径为 32要壁厚 3小壁厚 大壁厚 18一小型铸件；铸件除满足几何尺寸精度及材质方面的要求外，无其他特殊技术要求。 零件结构的铸造工艺性是指零件的结构应符合铸造生产的要求，易于保证铸件品质，简化铸件工艺 过程和降低成本。审查、分析应考虑如下几个方面： （ 1）铸件应有合适的壁厚，为了避免浇不到、冷隔等缺陷，铸件不应太薄。 （ 2）铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意薄壁过渡和圆角 铸件薄厚壁的相接拐弯等厚度的壁与壁的各种交接，都应采取逐渐过渡和转变的形式，并应使用较大的圆角相连接，避免因应力集中导致裂纹缺陷。 （ 3）壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节。 （ 4）利于补缩和实现顺序凝固。 （ 5）防止铸件翘曲变形。 （ 6）避免浇注位置上有水平的大平面结构。 2 对于零件的铸造工艺性审查、分析如下： 零件的轮廓 尺寸为 10069型铸造条件下该轮廓尺寸的最小允许壁厚查铸造工艺设计及铸件缺陷控制表 2：最小允许壁厚为 4 设计零件的最小壁厚为 于一些难以达到要求的壁厚可以设计工艺余量已满足要求。 表 1 砂型铸造时铸件最小允许壁厚 (合金种类 零件轮廓尺寸 最小允许壁厚 00200 4 从零件的整体结果及尺寸看，该零件的壁厚相差并不是很大，而且在壁厚不一致处 的过度属于平缓过度，能够满足铸造生产的要求，因此，该零件的结构满足铸造工艺性要求。 二、零件铸造工艺方案 1造型，造芯方法的选择 铸件尺寸较小，属于小型零件且小批量批生产。采用湿型粘土砂造型灵活性大。材料成本低，节省烘干设备、燃料、电力等。因此，采用湿型粘土手工造型，模样采用木模。采用树脂砂手工制芯。 2浇注位置和分型面的确定 铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置。确定浇注位置是铸造工艺设计中重要的环节，关系到铸件的内在质量，铸件的尺寸精度及造型工艺过程的难易程度。分型面是指两半铸型相互接 触的表面。分型面的优劣在很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率。 该零件的浇注位置可见铸件图。将零件轴线水平放置，即砂芯水平放置，便于开型，但缺点是由于下部有壁厚较大部位控制铸件自下而上的凝固顺序困难。 3 分型位置也可见铸件图。由于该铸件图比较复杂，开型困难，因此考虑设计两个分型面，即三箱造型。铸件的重要部分大部分置于下部，这样置于下部的重要部分可以得到上部金属的静压力作用下凝固并得到补缩，组织致密。 三、铸造工艺参数设计 铸造工艺设计参数通常是指铸型工艺设计时需要确定的某些数据，这些工艺数据一般都与模样 及芯盒尺寸有关，及与铸件的精度有密切关系，同时也与造型、制芯、下芯及合箱的工艺过程有关。这些工艺数据主要是指加工余量、起模斜度、铸造收缩率、最小铸出孔、型芯头尺寸、铸造圆角等。工艺参数选取的准确、合适，才能保证铸件尺寸精确，使造型、制芯、下芯及合箱方便，提高生产率，降低成本。 件尺寸公差 铸件尺寸公差是指铸件公称尺寸的两个允许的极限尺寸之差。在两个允许极限尺寸之内，铸件可满足机械加工，装配，和使用要求。 零件为砂型铸造手工造型小批量生产，由零件要求得：铸件的尺寸公差为： 由 铸造工艺设计及铸件缺陷控制查表 3： 械加工余量 机械加工余量是铸件为了保证其加工面尺寸和零件精度，应有加工余量，即在铸件工艺设计时预先增加的，而后在机械加工时又被切去的金属层厚度。 零件为砂型铸造机器造型大批量生产，由铸造工艺课程设计查表 2件的加工余量 4 由铸造工艺课程设计查表 2：铸件加工余量数值为 采用手工造型，金属模板，芯盒，铸件尺寸精度高，故加工余量选小 2 小铸出孔和槽 零件上的孔、槽、台阶等，究 竟是铸出来好还是靠机械加工出来好，这应该从品质及经济角度等方面考虑。一般来说，较大的孔、槽等应该铸出来，以便节约金属和加工工时，同时还可以避免铸件局部过厚所造成热节，提高铸件质量。较小的孔、槽或则铸件壁很厚则不易铸出孔，直接依靠加工反而方便。 根据零件生产批量由铸造工艺课程设计查表 2：最小铸出孔直径尺寸为15 30此零件上的有些孔无需铸出，机械加工较为经济方便 模斜度 为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免损坏砂型或砂芯。这个斜度，称为起模斜度。起模斜度应在铸件上 没有结构斜度的，垂直于分型面的表面上应用。 设计采用木模，根据零件的结构及尺寸，采用“增加厚度法”设置拔模斜度，初步设计的起模斜度如下： 上模板外型模的高 7起模斜度由铸造工艺设计及铸件缺陷控制查表 3：粘土砂造型外表面起模斜度为 2 20 ,a=表面起模斜度为 2 35， a=模板外型模高 21造工艺设计及铸件缺陷控制查表 3：粘土砂造型外表面起模斜度为 1 10 ,a=表面起模斜度为 2 20， a=模样外型模高 30造工艺设计及铸件缺陷控制查表 3：粘土砂造型外表面起模斜度为 1 25 ,a=1表面起模斜度为 2 50， a=2合同一铸件要尽量选用同一起模斜度，以免加工金属模时频繁的更换刀具原则。 5 造收缩率 铸造收缩率又称铸件线收缩率，用模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比 K=（ *100 K 铸造收缩率 模样长度 铸件长度 零件受阻收缩率由铸造工艺课程设计查表 2 表 3 铸铁的铸造收缩率 铸 铁种类 线收缩率（ %） 阻碍收缩 自由收缩 小型铸件 阻收缩率为 他工艺参数的设计 本课程设计所进行的 于属于小批量生产，因此，经过工艺优化之后，无需进行如“分型负数”、“分型负数”“反变形量”等工艺参数的设计 四、砂芯设计 砂芯的功用是形成铸件的内腔、孔和铸件外型不能出砂的部分。砂型局部要求特殊性能的部分有时也用砂芯。 由于外体型腔内芯不好固定，故只采用一整体砂芯，采用树脂砂手工制芯。 6 头的设计 砂芯主要靠芯头固定在砂型上。对于垂直芯头为了保证其轴线垂直、牢固地固定在砂型上，必须有足够的芯头尺寸。由于外体砂芯为一整体砂芯，只需将芯头做的稍长，调整重心，便于固定。如图所示： 表 4 水平芯头的高度和芯头与芯座的配合间隙（ 5106( 50 51100 S S 据实际设计量取计算砂芯长度： 砂芯直径： D=32合间隙由 铸造工艺学查表 7S= 骨设计 为了保证砂芯在制芯、搬运、配芯和浇注过程中不开裂、不变形、不被 7 金属液冲击折断，生产中通常在砂芯中埋置芯骨，以提高其刚度和强度。 因为砂芯尺寸较小，而且采用树脂砂，故砂芯强度较好，砂芯内不用放置芯骨。 五、浇注系统设计 浇注系统是铸型中引导液体金属进入型腔的通道，它由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。 注系统类型的选择 由于该铸件材质为 求浇注系统撇渣能力较强，充型平稳，防止氧化所以选择半封闭式浇注系统， F 横 F 直 F 内 ， F 内 为控流断面。采用底注式浇注。 浇注系统的截面尺寸有不同的确定方法，比如：计算法、图表法和经验法。对于该铸件浇注系统截面尺寸的确定采用计算方法。 件重量 通过用 件，绘出三维立体图，系统计算出出零件的重量为 Q/中： Q:铸件质量（ K:收缩率系数（ 1%） 道最小断面积 在本设计中铸件重 注系统中金属初步按铸件重量的 20%估算，则浇注重量 G= 1+20%） = 8 注时间 由于铸件为 铸造工艺学 8得 0mm/s 初步计算浇注时间由铸造工艺学 得： t=p 压头的计算 对于中间注入式浇注系统，平均静压头 H 内浇道以上到浇口杯的高度 P 内浇道以上型腔高度 C 铸件型腔的总高度 在本设计中， C=69P=00 入上式计算得： 算的 1 注系统各组元截面面积的计算 流量系数由砂型铸造工艺设计查表 5 =注时间 t=均静压头 1属液密度 =03 kg/=3* F 阻 =G/（ =铸造工艺学表 8 取其浇道比如下： F 直 F 横 F 内 =1:2: 计算得： F 直 = 横 =2 F 直 = 内 =F 直 =浇道的截面形状选择为圆锥， 横浇道一般选择为高阶梯形，而内浇道 9 则一般选择 为扁平梯形。 （ a） （ b） （ c） 图 3 内浇道 (a)、横浇道 (b)、直浇道 (c)的截面形状 由铸造工艺设计查表 5 内浇道： F 内 =a=18b=14c=9 横浇道： F 横 =A=16B=11C=16 直浇道： F 直 =D=10浇道窝的设计 浇口窝对于来自直浇道的金属有缓冲作用，能缩短直 横浇道拐弯处的紊流 区，改善横浇道内的压力分布，并能浮出金属液中的气泡。 浇口窝直径为直浇道下端直径两倍，因此 D=2 10=20 口窝高度为横浇道高度两倍，因此 h=2 16=32 口杯的设计 浇口杯是用来承接来自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢出，便于浇注，并可以减轻金属液对型腔的冲击，还可分离渣滓和气泡，阻止其进入型腔。 浇口杯选用普通漏斗形浇口杯，其断面形状如图 6所示，由铸造工艺课程设计查表 4： 66 2 h=5010 图 4 浇口杯截面示意图 核最小压力头 为了避免浇不足缺陷，直浇道应有足够的剩余压头，其定义为直浇道总高度与铸件制高点之差。剩余压头为 口中心距铸件远端距离为 L， 由铸造工艺课程设计查表 4足条件。 口种类和尺寸 冒口的主要作用在于补偿铸件的液态和凝固时期的收缩，还可以排气，集渣和调节温度分布。而铸钢的液态和凝固时期的体收缩率高，缩孔形成倾向大，需要保证铸件的顺序凝固，因而其冒口设计十分重要。 1）由铸造工艺 分析，铸件下面的管状铸件部分不需采用冒口，而在顶部设置环形冒口 ,该帽口为明冒口。 比例法 确定冒口尺寸最常用的方法时比例发，尤其时铝镁合金铸件生产中得到广泛应用。 11 （ 1） 垂直补缩方式：根据铸造工艺学表 ) 70 Hz/3 dM/z/5 知 )=4， 9， Hz/选择 dM/ 算得 又根据生产经验， HM/ 5. （ 2） 水平补缩方式：水平补缩的冒口直径要比垂直的大 dM/比值约在 的 6 综上：最终取 6。 艺出品率 铸件质量为 克，铸件加浇注系统的总质量为 克。则工艺出品率为： M 铸 /M 总 =合格。 外体 尺寸为 10069件质量为 此看铸件为小型简单件。 初步选取砂箱尺寸由铸造工艺课程设计查表 6 上箱为 300 250 75，下箱为 300 250 75结合已经确定分型面及浇注位置以及砂箱尺寸，基本确定铸件 在砂箱内的排列如图 7 所示，由铸造工艺课程设计查表 1 模样的吃砂量基本确定为： 12 表 9 模型的最小吃砂量 最小吃砂量 砂箱尺寸 模样高 40 50 60 70 80 吃沙量 32 35 38 40 45 300 500 图 5 砂箱中铸件示意图 冷铁的作用： 1）与浇注系统和冒口配合控制逐 渐的凝固次序。 2）加速逐渐的凝固速度，细化晶粒组织，提高铸件力学性能。 3）还可划分冒口的补缩区域，控制和扩大冒口补缩范围，提高冒口补缩效率。 本铸件由于存在壁大厚出所以需要安放冷铁加快其冷却，防止浇不足等缺陷。 13 六、模板模样设计绘制模板装配图 包括：模底板、模样（包括浇冒口）及模样的定位，紧固定装置，砂箱定位装置等。 1）要求模板有足够的强度与刚度； 2）有良好的耐磨性，较高的表面光洁度及尺寸精度； 3）力求结构简单、合理、安装维修方便； 构 由砂型铸造工装设计查表 10：选择装配式模板，结构为单面模板顶箱式。 料、结构尺寸及定位销，销耳尺寸 对模底板材料的要求是有足够的强度，有良好的耐磨性，抗震耐压，铸造和加工性。根据模样的结构及生产要求，选用 由砂型铸造工装设计查表 10 模底板平面尺寸的确定：模底板的平面尺寸根据所选用的造型机和已定的砂箱内尺寸确定。 200=265 模底板壁厚：根据模底板平均轮廓 尺寸和底板所选用的材料，由铸件工艺学查表 11钢模底板壁厚 =11 设计金属模样结构及尺寸，包括铸件模样、浇口、冒口、出气口孔及芯头模样，凡形成铸件轮廓尺寸的均应放缩尺；芯头尺寸，压紧环，集砂槽以及浇冒口系统模样不放缩尺，只需按工艺图上给出的尺寸绘制。 14 模样尺寸 =铸件尺寸 （ 1+K） 值 1% 铸件尺寸 =零件尺寸 +加工余量 +拔模斜度 七、设计绘制芯盒装配图 盒材料的选择 采用 由线收缩率 标准： 盒分盒 面的设计 芯盒 1和芯盒 2分型面方案图 ， 芯盒结构如下图所示： 图 13（ 1） 图 13（ 2） 15 盒内腔尺寸的确定 芯盒内腔尺寸 =（零件尺寸工艺尺寸） （ 1+K） 盒的定位与夹紧 由于芯盒较小采用止口定位，即在分盒面上加工出止口，依靠止口将两半芯 盒定位。然后再用螺母将其锁紧，螺母尺寸由砂型铸造工装设计查表11 图 14螺栓夹紧装置的结构和主要尺寸 属芯盒的尺寸偏差 分开式芯盒分盒面之间的间隙取 分盒面上芯盒内腔错位的允许偏差为 距公差为 盒的搬运 芯盒的搬运：本芯盒体积小，所以不设置手柄和吊轴，直接用芯盒边缘实现搬运过程 16 八、铸件缺陷分析与解决方案 铸造工艺设计的是否合理，影响到是否能够获得合格的、高质量的铸件。此次设计铸件可能存在一些缺陷：金属液进入型腔内，如果太快会冲击芯子，出现夹杂等，影响铸件质量。因此需控制金属液的流速，保证金属液平稳充型。 九、设计总结 怎么说呢！这几周课程设计于我来说，有太多的感慨，当然也有太多的辛酸与汗水。然而从这期间所学到的东西，将会让我受益终身啊。 17 回顾大学三年来，也许从来都没有过这种孜孜不倦的激情和学习的浓厚兴趣。对图形的思考、和同学的讨论、听老师的悉心指教都给我留下了深刻的印象，对铸造工艺设计也有了深层次的学习和了解。当然这里我不得不承认，由于考研在即，自己有点心急乱了分寸，总担心时间不够，以至于忽 视了自己的专业课 自己将来的饭碗，却都没好好把握，现在想来不禁让人羞愧不已，尤其，在这次课程设计的过程中体现的淋漓精致，从分型面的选择到浇注系统的确定，我无一不是落在最后面的，甚至于老师都觉得我没怎么用心呀，当然这都是事出有因的啊。在这里我要十分的感谢徐志峰老师啊，如果没有徐老师的和蔼可亲，就不会有我一而再而三的问一些简单到可笑的问题的勇气，如果不是徐老师的严格到有些苛刻的要求，就不会有我一遍又一遍翻书查资料的耐心，真的，我打心里觉得我这个一个星期所学到的知识与充实可以敌的过这整个学期， 这都是徐老师督促的功效啊。与我这种自制力不强的人来说，有人管是一种福气呀。因为有了人管，自己才会重视，重视了就会用心，用心了才有可能学好知识呀。 这几个星期，几乎大多数晚上都是子时以后睡觉的，因为自己也是一个要强的人啊，但基础又差，不想老是成为老师批评的对象，因此就不得不花别人更多的时间啊，对数据的反反复复的计算、一遍又一遍的核实、对图形一次又一次的修改、还有那参考资料的翻阅，无一，我不是投入了大量的时间啊，说实话，这次课程设计对于自己真是一种极大的考验啊，然而就是那些个老师也说过的难熬的挣扎的时刻锻炼到了 自己，几周累积下来， 不仅 充实了 我所学 过 的知识，也培养了我 与同学交流的能力，更使我养成了一种看待问题的逻辑思维，从 如何去做一件事情， 到 如何去把握一件事情， 到最后 如何 去 完成一件事情 ，这些无疑都是 18 知识之外的最珍贵经验与财富呀。 通过这次 课程 设计， 我可以很自信