课程设计报告-悬臂支架铸造工艺设计说明书.doc

i xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 课程设计报告课程设计报告 课程设计名称课程设计名称： 悬臂支架铸造工艺设计 学学 生生 姓姓 名：名： xxxxxxxxxxxxxxx 学学 院：院： xxxxxxxxxxxxx 专专业业及及班班级级 ： xxxxxxxxxxxxxx 学学 号：号： xxxxxxxx 指指导导教教师师 ： xxxxx xxxxxxxxxxxxxxx 湖南科技大学本科生课程设计（论文） ii 摘要摘要 铸造生产通常是指用熔融的合金材料制作产品的方法，将液态合金注人预先制 备好的铸型中使之冷却、凝固，而获得毛坯或零件，这种制造过程称为铸造生产， 简称铸造，所铸出的产品称为铸件。大多数铸件作为毛坯，需要经过机械加工后才 能成为各种机器零件；有的铸件当达到使用的尺寸精度和表面粗糙度要求时，可作 为成品或零件直接应用。 本课程设计是为了获得 zg270-500 悬臂支架的合理铸造工艺设计方案，初步设 计悬臂支架的铸造工艺方案，包括选择铸件的浇注位置及分型面，确定型芯的数量、 定位方式、下芯顺序、芯头形状及尺寸，确定工艺参数（如机械加工余量、起模斜 度、铸造圆角级收缩率等）以及浇注系统、冒口、冷铁的形状和尺寸及在砂型中的 布置等，通过 pro/e 进行仿真，根据模拟结果进行分析，铸造工艺方案的合理性， 然后将所确定的工艺方案用文字和铸造工艺符号在 cad 零件图上表示出来，绘制铸 造工艺图。 关键词：铸造工艺设计，悬臂支架，关键词：铸造工艺设计，悬臂支架，creo，cad。 湖南科技大学本科生课程设计（论文） iii usually refers to using the molten alloy casting production material products, the method of the liquid alloy preparation beforehand good mold in injection cooling and solidification, and blank or parts, the manufacturing process is referred to as casting production, referred to as “casting, casting out products are referred to as casting.as most of the casting blank, need after mechanical processing can be all kinds of machine parts;some castings when to use the dimensional accuracy and surface roughness requirements, can be directly applied as finished products or parts. this course is designed to obtain reasonable zg270-500 cantilever casting process design, preliminary design of cantilever casting process, including selection of casting pouring position and parting surface, determine the number of cores, positioning way, the core order, core head shape and size, determine the process parameters (such as machining allowance, mould level angle, casting the rounded shrinkage rate, etc.) and the pouring system, riser and chill the shape and size and arrangement in the sand mold, etc, through the creo simulation, according to the result of simulation is analyzed, the rationality of the casting process, then determine the processing plan in words and casting process representation in the cad drawing, mapping the casting process. keywords: casting process design; cantilever; creo; cad. 湖南科技大学本科生课程设计（论文） iv 目录目录 第一章第一章 零件简介零件简介.1 1.1零件介绍1 1.2最大尺寸1 1.3铸件材料及性能1 第二章第二章 确定铸造工艺方案确定铸造工艺方案2 2.1造型方法与铸型种类的选择 2 2.1.1造型的选择2 2.1.2型砂的选择2 2.2浇注位置及分型面的确定 2 2.2.1分型面的选择2 2.2.2浇注位置的选择3 第三章第三章 铸造工艺参数设计铸造工艺参数设计5 3.1加工余量的选择5 3.2铸件孔是否铸出的确定 6 3.3起模斜度的确定6 3.4铸造圆角的确定7 3.5铸造收缩率的确定8 3.6活块的确定8 第四章第四章 造型方法设计造型方法设计.9 4.1型芯的设计9 4.1.1空心支座型芯10 4.1.2空心轴套型芯11 4.2活块设计13 第五章第五章 木模的设计木模的设计14 第六章第六章 浇注系统和冒口设计浇注系统和冒口设计.16 6.1浇注系统选择16 6.2冒口的计算与选择16 第七章第七章 铸型装配图设计铸型装配图设计.18 设计体会设计体会21 参考文献参考文献22 湖南科技大学本科生课程设计（论文） 1 第一章第一章 零件简介零件简介 1.1 零件介绍零件介绍 悬臂支架的作用支架是起支撑作用的构架,承受较大的力,也具有定位作用,使零 件之间保持正确的位置。 图 1.1 零件 3d 1.2 最大尺寸最大尺寸 零件最大尺寸 350mm，属于小型铸件，基本壁厚 20mm，有四个直径 20mm 的 孔，可采用机加工方法得到，不铸造出。有一个内凹空腔。 1.3 铸件材料及性能铸件材料及性能 材料为 zg270.500,中碳铸钢，抗拉强度 500mpa。 湖南科技大学本科生课程设计（论文） 2 第二章第二章确定铸造工艺方案确定铸造工艺方案 铸件生产的主要步骤就是根据零件的结构特征、材质、技术要求、生产批量和 生产条件等因素确定铸造工艺方案。其具体内容包括：选择铸件的浇注位置及分型 面，确定型芯的数量、定位方式、下芯顺序、芯头形状及尺寸，确定工艺参数（如 机械加工余量、起模斜度、铸造圆角级收缩率等）以及浇注系统、冒口、冷铁的形 状和尺寸及在砂型中的布置等，然后将所确定的工艺方案用文字和铸造工艺符号在 零件图上表示出来，绘制铸造工艺图。 造型方法与铸型种类的选择造型方法与铸型种类的选择 2.1.1 造型的选择造型的选择 因设计任务书要求选择手工造型 2.1.2 型砂的选择型砂的选择 铸钢用的型砂和泥心砂，其主要的组成部分是石英砂和耐火粘土。作为造型材 料的沙子性质，由砂粒形状和大小，氧化硅的含量，以及沙子中存在的各种混合物 来确定。该铸件型砂选用瘦沙（粘土含量 210%）来代替石英砂。在湿模造型时， 小型和中小型钢铸件泥心砂可以采用小颗粒的半肥沙（粘土含量 1020%）作为附 加物加入石英砂中。加入的耐火粘土，其工艺试样的抗压强度应为 0.50.6kg/mm2。耐火粘土应该是白色或者淡灰色的，不应有可被肉眼看出的混杂物， 如砂子、矿石、石灰等。碎粘土所含水分不应超过 2%。 造芯的方法可采用芯盒造芯和刮板造芯，前者用于造各种形状、尺寸和批量 的砂芯，后者用于造单件小批量生产，形状简单或回转体砂芯。 2.2 浇注位置及分型面的确定浇注位置及分型面的确定 2.2.1 分型面的选择分型面的选择 定义：分型面是指铸型之间的结合面。铸型分型面选择的正确与否是铸造 工艺合理性的关键之一。若选择不当，不仅影响铸件质量，而且还将使制模、 湖南科技大学本科生课程设计（论文） 3 造型、造芯、合型或清理，甚至机械 加工等工序复杂化。分型面的选择主要以 经济性为出发点，即在保证质量的前提下，尽量简化工艺过程、降低生产成本。 一般原则： 1.尽量把分型面开在铸件的最大平面上，便于起模； 2.减少分型面和活块的数量； 3.重要加工面应位于同一型腔中； 4.尽量采用平直的分型面，不要是曲面、折面； 5.减少型芯数量，同时注意下芯、合型及检验的方便； 6.便于浇冒口设置，型芯的安放和固定； 7.避免在机加工平面设置分型面。 综合以上原则，有以下方案。 方案（1）铸件呈竖直状态，其零件的冶金质量及尺寸精度要求较好，但不 易造型，需采用图示的三箱造型工艺； 方案（2）铸件呈水平状态，且上下沙箱高度一致，造型方便适合于大批量 流水生产作业，但需要改进型砂配比，加强撇渣等工艺措施来保证铸件质量。 根据生产方式，和生产的批量，选择方案二。 2.2.2浇注位置的选择浇注位置的选择 铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型腔中的位置。浇注位置的选择取决于 合金种类、铸件结构和轮廓尺寸、铸件表面质量要求以及现有的生产条件。选 湖南科技大学本科生课程设计（论文） 4 择铸件浇注位置时，主要以保证铸件质量为前提，同时做到简化造型和浇注工 艺，确定铸件浇注位置时，应注意以下几点： 1.重要加工面应超下或呈直立状态； 2.铸件的大平面应朝下； 3.应有利于铸件的补缩； 4.应保证铸件有良好的液态金属导入位置，保证铸件能充满； 5.应尽量少用或不用砂芯。 综上所述，悬臂支架铸件采用中注式浇注系统，浇注位置的选择如下图所示： 1.浇口杯 2.冒口 3.直浇道 4.内浇道 5.横浇道 6.铸件 图 2.1 浇注示意图 湖南科技大学本科生课程设计（论文） 5 第三章第三章 铸造工艺参数设计铸造工艺参数设计 确定铸造工艺参数必须以零件尺寸为依据，零件的详细尺寸如图所示。 图 3.1 零件尺寸 加工余量的选择加工余量的选择 该槽轮为成批、大量生产，可采用机器造型及造芯，但本次课程设计则全采 用手工造型和造芯。根据参考文献2 p189 表 9.4 可知查得尺寸公差等级 ct 应为 1114 级，选 11 级，加工余量等级为 gk 级，rma 选 h。由课程设计题目知最大 尺寸为 350mm，根据参考文献2 p189 表 9.3 查得尺寸公差配套使用的铸件机械加 工余量（rma） ，并由确定加工余量中铸件顶面（相对于浇注位置）的加工余量应 比底、侧面加工余量大。孔的加工余量与顶面的等级相同。一般情况下，顶面加工 湖南科技大学本科生课程设计（论文） 6 余量应按照 ct11 级、rma-h 级；底面、侧面的加工余量为 ct9 级、rma-g 级。 则顶面的加工余量取 5mm,底面和侧面的加工余量取 3.5mm。 结论：顶面的加工余量取 5mm，侧面的加工余量取 3.5mm，底面的加工余量取 3.5mm。加工余量如图 3.2。 图 3.2 加工余量图 3.2 铸件孔是否铸出的确定铸件孔是否铸出的确定 因为该铸件材料是 zg270.500，成批生产，孔径 30mm，根据参考文献2 p196 表 9.10 查得普通碳钢铸件的最小铸出孔直径是 60mm，则该孔不应该铸出。 结论：该孔径为 20mm 的孔不应铸出。 3.3 起模斜度的确定起模斜度的确定 湖南科技大学本科生课程设计（论文） 7 根据标准铸件模样起模斜度中的规定，该铸件选用增加铸件厚度的起模斜 度形式如图 3.3： 图 3.3 起模斜度 用手工方法加工模具时用宽度标注，该铸件模具是木模，高度 100mm，由根据 参考文献2 p194 表 9.8 砂型铸造时模样外表面及内表面的起模斜度查得木模外表 面起模斜度 1.4mm，木模内表面起模斜度 2.6mm。 结论：木模外表面起模斜度 1.4mm，木模内表面起模斜度 2.6mm。 3.4 铸造圆角的确定铸造圆角的确定 因为铸件的 1、2、3、4 处的有尖角如图 2.4， 则在做木模时此处应改成圆角 设半径为 1mm。 图 3.4 尖角所在位置 湖南科技大学本科生课程设计（论文） 8 3.5 铸造收缩率的确定铸造收缩率的确定 该铸件材料为中碳铸钢，根据参考文献2 p192 表 9.7 知中碳铸钢的铸造收缩 率为 1.6%2.0%，该铸件收缩率选 1.7%，则制造尺寸放大一个线收缩率。 结论：铸造收缩率 1.7%。 3.6 活块的确定活块的确定 铸件有四个小凸台，用于钻孔，凸台表面倒角为 3，方便取模，后机加工中出 孔。在木模上安装四个圆形木片。 综上所述考虑到铸件的加工余量、收缩量、拔模斜度、铸造圆角、工艺补正量 及芯头间隙后的铸件尺寸如图 3.5： 图 3.5 最后的铸件尺寸 湖南科技大学本科生课程设计（论文） 9 第四章第四章 造型方法设计造型方法设计 要确定造型方法必须根据铸件的外形来选择分型面和型芯形状。铸件的外形 如图 4.1 所示。 图 4.1 铸件的 3d 模型 由上图可看出，该铸件结构简单，成左右对称分布，根据浇注位置确定原则中 重要面、大平面及薄壁部位朝下或侧立，铸件有一个内凹圆柱空心轴套以及空心支 座，所以可以确定该铸件需要平放，即平做平浇，如前所述分型面选在水平对称面 上，模样如图所示。 图 4.2 模样 2d 剖面图 型芯的设计型芯的设计 悬臂支架的空心支座和内凹圆柱空心轴套需采用内型芯来成型，为水平型芯。 芯头的尺寸与采用的工艺有关，一般决定于铸件相应部位孔、槽的尺寸。 湖南科技大学本科生课程设计（论文） 10 4.1.1 空心支座型芯空心支座型芯 该空心支座最大尺寸为 136mm，水平尺寸为 33.5mm，需要用到竖直型芯和 水平芯头，为了合型方便，芯头安装至型芯中部， 。根据参考文献2 p218 表 10.3 知，水平芯头长度一般取 2535，,查得水平芯头的斜度及间隙 s1=0.5，s2=1.0，s3=1.5。 所以水平芯头长度为 20mm，水平芯头的斜度及间隙 s1=0.5，s2=1.0，s3=1.5。 空心支座型芯 3d 图 4.3，空心型芯尺寸 4.4，上芯盒 4.5，下芯盒 4.6，空 心支座芯盒型芯装配图 4.7 如下图所示。 图 4.3 空心支座型芯 图 4.4 空心支座型芯尺寸 湖南科技大学本科生课程设计（论文） 11 图 4.4 下芯盒图 4.6 上芯盒 图 4.7 空心支座芯盒型芯装配图 4.1.2 空心轴套型芯空心轴套型芯 该型芯为中心对称的阶梯状圆柱，水平尺寸为 170mm，两端直径 30mm， 需要用到水平型芯和水平芯头。根据参考文献2 p218 表 10.3,10.4 知，水平芯 头长度一般取 30mm40mm。水平芯头的斜度及间隙 s2=1.0mm。 所以芯头长度选 30mm，水平芯头间隙 s2=1.0mm。 空心轴套型芯 3d 图 4.8，空心轴套型芯尺寸 4.9，空心轴套型芯盒 4.10，空 心轴套型芯芯盒装配图 4.11 如下图所示。 湖南科技大学本科生课程设计（论文） 12 4.8 空心轴套型芯 4.9 空心轴套型芯尺寸图 湖南科技大学本科生课程设计（论文） 13 图 4.10 空心轴套型芯的芯盒 图 4.11 空心轴套型芯芯盒装配图 4.2 活块设计活块设计 铸件中有四个凸台，在铸造成型中需要利用活块来成型，凸台直径为 28mm， 加上加工余量为 34mm，凸台活块 3d 示意图及尺寸如下图所示。 4.12 凸台活块 3d 图4.13 凸台活块尺寸 湖南科技大学本科生课程设计（论文） 14 第五章第五章 木模的设计木模的设计 根据铸件工艺参数中铸件的收缩量、加工余量、拔模斜度、铸造圆角、工艺补 正量及芯头间隙，设计木模。木模每处的尺寸=铸件实际尺寸+加工余量+收缩量+型 芯与芯头的间隙量。木模是与刚好跟计算好的空心轴套和空心支座型芯及芯头配合， 则木模的形状如图 5.1 所示： 图 5.1 木模的形状 经设计：木模的剖面图如图 5.2 所示： 图 5.2 木模剖面图 湖南科技大学本科生课程设计（论文） 15 经计算：木模的尺寸如图 5.3： 图 5.3 木模尺寸 湖南科技大学本科生课程设计（论文） 16 第六章第六章 浇注系统和冒口设计浇注系统和冒口设计 浇注系统选择浇注系统选择 因该铸件质量不大、高度不高和形状简单，则选用中注式浇注系统。采用中注 式浇注系统。 已知铸钢密度 =7.8510 3kg/m3 估算铸件质量 m=10.5kg，悬臂支架壁厚为 33mm 根据参考文献3 p141 表 4.9 可得 a=1.52.35，n=0.5。 根据参考文献3 p141 式 4.3 可估算 =agn。 可得浇注大概时间 =4.5s。 根据参考文献3 p145 表 4.26 得铸钢件内浇道总截面积 a内=4/cm2,又因为 a 内： a 横：a 直=1：0.8:1.1。 得 a 直=4cm2。 a 横=3.2cm2。 a 内4.4cm2。 如图 6.1 所示。 图 6.1 直浇道、横浇道、内浇道尺寸。 6.26.2 冒口的计算与选择冒口的计算与选择 应铸件平放两端高度不一，应将冒口应设置在铸件两端热节点高处，保证铸件 充满金属液体，两端可安放圆柱明顶冒口。 该铸件 hc=167mm，b=33.5mm,查（参考文献3 p177 表 5.10)得 h=1.5 d=b/2=1