工艺技术_支座砂型铸造工艺设计说明书

支座砂型铸造工艺设计说明书第一章 简 介1.1中国古代铸造技术发展中华文明大致经历了石器时代、铜器时代和铁器时代三个历史阶段，这三种材质的工具和技术的创造发明，随着人类的繁衍，不断推动人类文明向高级阶段发展，金属的应用使人类文明产生了根本性的飞跃，而铸造技术的运用和金属的发展紧密联系在一起。对古代很多务农的人来说，铸造技术是一门手艺。据历史考证，我国铸造技术开始于夏朝初期，迄今已有5000多年。到了晚商和西周初期，青铜的铸造技术得到了蓬勃发展，形成了灿烂的青铜文化，遗留到今天的有一批铸造工艺水平较高的铸造产品。中国古代的铸造方法有：石型即用石头或石膏制作铸型；泥型古称“陶范”；金属型古称“铁范”；失蜡型有出蜡法、走蜡法、脱蜡法或刻蜡法；砂型这种方法是伴随泥型一起产生的。中国古代铸造中的精品有：沧州铁狮，司母戊方鼎，四羊方尊，曾侯乙尊盘，永乐大铜钟，大型铜编钟，铜车马仪仗队等。1.2中国铸造技术发展现状尽管近年来我国铸造行业取得迅速的发展,但仍然存在许多问题。第一,专业化程度不高,生产规模小 。我国每年每厂的平均生产量是815t,远远低于美国的4606t和日本的4878t。第二,技术含量及附加值低。我国高精度、高性能铸件比例比日本低约20个百分点。第三,产学研结合不够紧密、铸造技术基础薄弱。第四,管理水平不高,有些企业尽管引进了国外的先进的设备和技术,但却无法生产出高质量铸件,究其原因就是管理水平较低。第五,材料损耗及能耗高污染严重。中国铸铁件能耗比美国、日本高70%120%。第六,研发投入低、企业技术自主创新体系尚未形成。1.3发达国家铸造技术发展现状发达国家总体上铸造技术先进、产品质量好、生产效率高、环境污染少、原辅材料已形成商品化系列化供应，如在欧洲已建立跨国服务系统。生产普遍实现机械化、自动化、智能化（计算机控制、机器人操作）。 在大批量中小铸件的生产中，大多采用微机控制的高密度静压、射压或气冲造型机械化、自动化高效流水线湿型砂造型工艺。 砂处理采用高效连续混砂机、人工智能型砂在线控制专家系统, 制芯工艺普遍采用树脂砂热、温芯盒法和冷芯盒法。熔模铸造普遍用硅溶胶和硅酸乙酯做粘结剂的制壳工艺。铸造生产全过程主动、从严执行技术标准，铸件废品率仅2%-5%；标准更新快（标龄4-5年）；普遍进行ISO9000、ISO14000等认证。重视开发使用互联网技术，纷纷建立自己的主页、站点。铸造业的电子商务、远程设计与制造、虚拟铸造工厂等飞速发展。1.4我国铸造未来发展趋势自中国加入WTO以来,我国铸造行业面临机遇与挑战。其未来发展将集中在以下几方面。第一,鼓励企业重组发展专业化生产,包括铸件大型化和轻量化生产。第二,加大科技投入切实推动自主创新,实现铸件的精确化生产和数字化铸造。第三,培养专业人才加强职工技术培训。第四,大力降低能耗抓好环境保护,实现清洁化铸造。15蠕墨铸铁蠕墨铸铁是在铸铁材料方面介于球墨铸铁与灰铸铁之间的一种材科。蠕虫状石墨是介于球伏与片状之间的一种过渡型石墨，因而使这种铸铁的材质性能也介于球墨铸铁与灰铸铁之间。简要地说，蠕墨铸铁具有接近于球墨铸铁的强度、刚性，一定的韧性，良好的耐磨性；另一方面，它又具有接近于灰铸铁的铸造性能和热传导性能，因此这种铸铁材料愈来愈引起人们的注意，并且巳开始在生产上获得了应用。它具有独特的性能，在汽车发动机、排气管、玻璃模具、柴油机缸盖、制动零、件刹车盘等方面应用取得了良好的效果。第二章 铸造工艺方案的确定21支座的生产条件、结构及技术要求l 产品生产性质大批量生产l 零件材质RuT300l 零件的外型示意图如图2.1所示，支座的零件图如图2.2所示，支座的外形轮廓尺寸为160mm*135mm*100mm，主要壁厚18mm，最大壁厚20mm，为一小型铸件；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。图2.1 支座外型示意图 图2.2 支座零件图 22支座结构的铸造工艺性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. 铸件内壁应薄于外壁 铸件的内壁和肋等，散热条件较差，应薄于外壁，以使内、外壁能均匀地冷却，减轻内应力和防止裂纹。4. 壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节。 5. 利于补缩和实现顺序凝固。6. 防止铸件翘曲变形。7. 避免浇注位置上有水平的大平面结构。对于支座的铸造工艺性审查、分析如下：支座的轮廓尺寸为160mm*135mm*100mm。砂型铸造条件下该轮廓尺寸允许的最小壁厚查铸造工艺学表3-2-1得：最小允许壁厚为34 mm。而设计支座的最小壁厚为10mm。符合要求。支座设计壁厚较为均匀，两壁相连初采用了加强肋，可以有效构成热节，不易产生热烈。2. 3造型，造芯方法的选择支座的轮廓尺寸为160mm*135mm*100mm，铸件尺寸较小，属于中小型零件且要大批量生产。采用湿型粘土砂造型灵活性大，生产率高，生产周期短，便于组织流水生产，易于实现机械化和自动化，材料成本低，节省烘干设备、燃料、电力等，还可延长砂箱使用寿命。因此，采用湿型粘土砂机器造型，模样采用金属模是合理的。在造芯用料及方法选择中，如用粘土砂制作砂芯原料成本较低，但是烘干后容易产生裂纹，容易变形。在大批量生产的条件下，由于需要提高造芯效率，且常要求砂芯具有高的尺寸精度，此工艺所需的砂芯采用热芯盒法生产砂芯，以增加其强度及保证铸件质量。选择使用射芯工艺生产砂芯。采用热芯盒制芯工艺热芯盒法制芯，是用液态固性树脂粘结剂和催化剂制成的一种芯砂，填入加热到一定的芯盒内，贴近芯盒表面的砂芯受热，其粘结剂在很短的时间内硬化。而且只要砂芯表层有数毫米的硬壳即可自芯取出，中心部分的砂芯利用余热可自行硬化。2. 4浇注位置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。初步对支座对浇注位置的确定有：方案一如图2.3、方案二图2.4图2.3 浇注位置确定方案一 图2.4 浇注位置确定方案二 确定浇注位置应注意以下原则：1.铸件的重要部分应尽量置于下部2.重要加工面应朝下或直立状态3.使铸件的答平面朝下，避免夹砂结疤内缺陷4.应保证铸件能充满5.应有利于铸件的补缩6.避免用吊砂，吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯，合箱及检验对于方案一如图2.3进行综合分析如下：1.铸件的A面（如图2.3所示）为重要加工面，朝上放置容易产生气孔、非金属夹杂物等缺陷。2.铸件的重要部分也没能全部置于下部。对于方案二如图2.4进行综合分析如下：1.铸件的重要部分全部置于下部，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。2.铸件的重要加工面A面、B面（如图2.4所示）位于侧立面，比较光洁，产生气孔、非金属夹杂物等缺陷的可能性小。综合比较，方案二更加科学可行。2. 5分型面的确定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。初步对支座进行分型有：方案一如图2.5、方案二图2.6、方案三图2.7图2.5 分型面确定方案一 图2.6 分型面确定方案二 图2.7 分型面确定方案三 而选择分型面时应注意一下原则：1. 应使铸件全部或大部分置于同一半型内2. 应尽量减少分型面的数目3. 分型面应尽量选用平面4. 便于下芯、合箱和检测5. 不使砂箱过高6. 受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度7. 注意减轻铸件清理和机械加工量对方案一如图2.5进行综合分析如下：1. 铸件没有能尽可能的位于同一半型内，这样会因为合箱对准误差使铸件产生偏错。也有可能因为合箱不严在垂直面上增加铸件尺寸。2. 砂芯不能全部位于下半型内。3. 上箱难于取出模样。对方案二如图2.6进行综合分析如下：铸件没有能尽可能的位于同一半型内，这样会因为合箱对准误差使铸件产生偏错。也有可能因为合箱不严在垂直面上增加铸件尺寸。对方案三如图2.7进行综合分析如下：此方案较之方案一与方案二更加科学可行。2. 6砂箱中铸件数量及排列方式确定支座轮廓尺寸为160mm*135mm*100mm，单件质量约为4kg，因此看铸件为小型简单件。如果一箱一件生产则工艺出品率会较低，如此生产成本较高。所以采用一箱四件生产。这样工艺出品率大幅提高，生产成本也大大降低。初步选取砂箱尺寸由铸造实用手册查表1.5-45得：上箱为450*350*200mm 下箱为450*350*200mm由铸造实用手册查表1.5-44得：a20 e30 f30 铸件在砂箱中排列最好均匀对称，这样金属液作用于上砂型的抬芯力均匀，也有利于浇注系统安排，在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2.8所示，其中模样的吃砂量基本确定为：a1=30 a2=40 e1=70 e2=70 f=35图2.8 砂箱中铸件排列示意图 第三章 铸造工艺参数及砂芯设计3. 1 工艺设计参数确定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。3.1.1铸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。支座为砂型铸造机器造型大批量生产，由铸造工艺设计查表1-10得：支座的尺寸公差为CT812级，取CT9级。支座的轮廓尺寸为160mm*135mm*100mm，由铸造工艺设计查表1-9得：支座尺寸公差数值为2.5mm。3.1.2机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。支座为砂型铸造机器造型大批量生产，由铸造工艺设计查表1-13得：支座的加工余量为EG级，取G级。支座的轮廓尺寸为160mm*135mm*100mm，由铸造工艺设计查表1-12得：支座加工余量数值为2.2mm，取2mm。但在分型面及浇注系统设置中，不得已将重要加工面底面朝上放置，这样使其容易产生气孔、非金属夹杂物等缺陷，所以将采取适当加大加工余量的方法使其在加工后不出现缺陷。将底面的加工余量调整为3mm。3.1.3铸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表示：=（L1-L2）/L1*100铸造收缩率L1模样长度L2铸件长度支座受阻收缩率由铸造工艺设计查表1-14得：受阻收缩率为0.93.1.4起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。初步设计的起模斜度如下：外型模的A面（如图3.1所示）高15mm的起模斜度由铸造工艺设计查表1-15得：粘土砂造型外表面起模斜度为=110,a=0.8mm外型模的B面（如图3.1所示）高115mm的起模斜度由铸造工艺设计查表1-15得：粘土砂造型外表面起模斜度为=025,a=1.2mm但是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。所以选用同一起模斜度为=110,a=0.8mm由于A面，B面（如图3.1所示）均为非加工表面，因此起模斜度的形式选用增加和减少铸件尺寸的方法。图3.1 外型模起模斜度示意图3.1.5最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。根据支座的轮廓尺寸160mm*135mm*100mm由铸造工艺设计查表1-5得：最小铸出孔约为6mm支座的孔25（如图3.2所示）考虑加工余量后直径为19mm，厚度为23mm。该孔直径比较大，高径比也不大，则应该铸出。支座的孔14（如图3.2所示）考虑加工余量后直径为8mm，厚度为27mm。该孔直径较小，高径比较大，不应该铸出，机械加工较为经济方便。图3.2 最小铸出孔示意图3.1.6铸件在砂型内的冷却时间铸件在砂型内的冷却时间短，容易产生变形，裂纹等缺陷。为使铸件在出型时有足够的强度和韧性，铸件在砂型内应有足够的冷却时间。支座的冷却时间由铸造工艺设计查表1-25得：冷却时间为3060min。3.1.7铸件重量公差铸件重量公差是以占铸件公称重量的百分比表示的铸件重量变动的允许范围。支座的公称重量约为4kg，尺寸公差为CT9级。由铸造工艺设计查表1-57得：支座的重量公差为MT14级。3.1.8工艺补正量在单件小批量生产中，由于选用的缩尺与铸件的实际收缩率不符，或由于铸件产生了变形等原因，使得加工后的铸件某些部分的壁厚小于图样要求尺寸，严重时会因强度太弱而报废。因此工艺需要在铸件相应的非加工壁厚上增加层厚度称为工艺补正量。但支座在大批量生产前的小批量试产过程中将进行调整，所以设计中不考虑工艺补正量。3.1.9分型负数干砂型、表面烘干型以及尺寸较大的湿砂型，分型面由于烘烤，修整等原因一般都不很平整，上下型接触面很不严。为了防止浇注时炮火，合箱前需要在分型面之间垫以石棉绳、泥条等，这样在分型面处明显增加了铸件的尺寸。为了保证铸件尺寸精确，在拟定工艺时为抵掉铸件增加的尺寸而在模样上减去相应的尺寸称为分型负数。而支座是湿型且是小型铸件故不予考虑分型负数。3.1.10反变形量铸造较大的平板类、床身类等铸件时，由于冷却速度的不均匀性，铸件冷却后常出现变形。为了解决挠曲变形问题，在制造模样时，按铸件可能产生变形的相反方向做出反变形模样，使其于变形量抵消，这样在模样上做出的预变形量称为反变形量。而支座没有较大平板故基本不会产生挠曲变形，所以不用设置反变形量。3.1.11非加工壁厚负余量在手工粘土砂造型、制芯过程中，为了取出木模，要进行敲模，木模受潮时将发生膨胀，这些情况均会使型腔尺寸扩大，从而造成非加工壁厚的增加，使铸件尺寸和重量超过公差要求。为了保证铸件尺寸的准确性，凡形成非加工壁厚的木模或芯盒内的肋板厚度尺寸应该减少，即小于图样尺寸。为减少的厚度尺寸称为非加工壁厚的负余量。支座砂芯属于机器造芯，造型属于机器造型。故不用设置非加工壁厚负余量。3. 2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。支座砂芯的外型如图3.3所示。图3.3 砂芯外型示意图 3.2.1芯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。根据实际设计量取计算砂芯高度： L=97mm 砂芯直径： （A+B）/2=(80+64)/2=72mm芯头长度初步选取由铸造工艺设计查表1-31得：h=2530mm 取h=30mm出于考虑分型面的选取等因素综合芯头选用垂直芯头并且不能做出上芯头，只设计下芯头并且加大下芯头。下芯头长度设计修正为：h=30*(1+40%)=42mm芯头间隙初步选取由铸造工艺设计查表1-31得：s=0.3mm但考虑砂芯为垂直的湿型小砂芯且不设置上芯头，所以使用过盈的芯头，过盈量为0.2mm芯头斜度选取由铸造工艺设计查表1-32得：7 取=73.2.2砂芯的定位结构砂芯要求定位准确，不允许沿芯头轴向移动或绕芯头轴线转动。对于形状不对称的砂芯，为了定位准确，需要做出定位芯头。定位芯头结构如图3.4图3.4 定位芯头结构图 3.2.3压环、防压环和集砂槽芯头结构在湿型大批量生产中，为了加速下芯、合芯及保证铸件质量，在芯头的模样上常常做出压环、防压环和集砂槽。压环、防压环和集砂槽尺寸由铸造工艺设计查表1-38得：e=2mm f=3mm r=2mm3.2.4芯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。3.2.5砂芯的排气砂芯在浇注过程中，其粘结剂及砂芯中的有机物要燃烧（氧化反应）放出气体，砂芯中的残余水分受热蒸发放出气体，如果这些气体排不出型外，则要引起铸件产生气孔。而支座的砂芯采用热芯盒造芯，故不用有意设置排气道、排气孔等排气。3.2.6砂芯负数大型粘土砂芯在春砂过程中砂芯向四周涨开，刷涂料以及在烘干过程中发生的变形，使砂芯四周尺寸增大。为了保证铸件尺寸准确，将芯盒的长、宽尺寸减去一定量，这个被减去的量叫做砂芯负数。因为砂芯负数只用于大型粘土砂芯，本设计中的砂芯为小型砂芯不设计砂芯负数。第四章 浇注系统及冒口、冷铁、出气孔等设计4.1浇注系统的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。4.1.1选择浇注系统类型浇注系统分为封闭式浇注系统，开放式浇注系统，半封闭式浇注系统和封闭-开放式浇注系统。因为封闭式浇注系统控流截面积在内浇道，浇注开始后，金属液容易充满浇注系统，呈有压流动状态。挡渣能力强，但充型速度快，冲刷力大，易产生喷溅，金属液易氧化。适用于湿型铸件小件。而支座就是采用湿型的铸件小件，所以选择封闭式浇注系统。4.1.2确定内浇道在铸件上的位置、数目、金属引入方向支座结构较为简单且是小型件，铸造时采取一箱四件，故每个铸件上只用一个内浇道。为了方便造型，内浇道开设在分型面上。因为铸件采用底座朝上且铸件全部位于下箱的方式进行铸造，这样铸件凝固顺序为由下至上凝固，这样有利于支座的重要部分先凝固并得到补缩，如此内浇道则设置在底部侧面引入金属液，如图4.1所示。图4.1 内浇道位置示意图 4.1.3决定直浇道的位置和高度实践证明，直浇道过低使充型及液态补缩压力不足，容易出现铸件棱角和轮廓不清晰、浇不到上表面缩凹等缺陷。初步设计直浇道高度等于上沙箱高度200mm。但应检验该高度是否足够。检验依据为，剩余压力头应满足压力角的要求，如下式所列：HMLtg式中 HM最小剩余压力头 L直浇道中心到铸件最高且最远点的水平投影距离压力角由铸造工艺学查表3-4-11得：为910 取10Ltg=180*tg1032mm因为铸件全部位于下箱，所以剩余压力头HM等于上箱高度200mm经过验证剩余压力头满足压力角的要求。4.1.4计算浇注时间并核算金属上升速度根据铸件图计算单个铸件的体积V=(3.14*4/2+6*8)*1.8+3.14*3*0.5-3.14*0.95*2.3+(3*2.5/2)*1+8*1.8*10+3.14*1*0.6*2-3.3*0.6*10*2545cm儒墨铸铁密度由铸造实用手册查表1.1-90得：7.07.2 取密度为7.1一箱四件质量为m=545*7.1*4=15.478kg15.5kg支座大批量生产的工艺出品率约为85%，可估计铸型中铁水总重量GG=15.5/85%18kg初步计算浇注时间由铸造实用手册查表1.4-61得：T=SG=2.2*189s计算铁水液面上升速度 v=C/t=115/9=13mm/s校核铁水上升速度，一般允许铁水的最小上升速度范围由铸造实用手册查表1.4-62得：上升速度v=1020s通过比对13mm/s的上升速度符合实际，不必调整经验系数。4.1.5计算阻流截面积根据水力学近似计算公式：F内= m/t(2gHp)0.5 cm式中 m流经阻流的金属质量 kgt充满行腔总时间 s金属液密度 kg/cm 浇注系统阻流截面的流量系数Hp充填型腔时的平均计算压力头 cmF内=18/0.0071*9*0.5*(2*1000*20)0.5 3cm4.1.6确定浇口比浇口比由铸造实用手册查表1.4-58得：S直：S横：S内=1.4：1.2：14.1.7计算内浇道截面积内浇道是控制充型速度和方向，分配金属液，调节铸件各部位的温度和凝固顺序，浇注系统的金属液通过内浇道对铸件有一定补缩作用。由于设计内浇口有四个，因此S内=3/80.4cm内浇道形状取梯形断面形状如图4.2图4.2 内浇道截面示意图 梯形断面大小由铸造实用手册查表1.4-75得：a=7mm b=5mm c=7mm4.1.8计算横浇道截面积横浇道的功用是向内浇道分配洁净的金属液，储留最初浇入的含气和渣污的低温金属液并阻留渣滓，使金属液流平稳和减少产生氧化夹杂物。由于设计横浇口有两个，因此S横=3*1.2/2=1.8 cm横浇道形状取梯形断面形状如图4.3图4.3 横浇道截面示意图 梯形断面大小由铸造实用手册查表1.4-75得：A=15mm B=10mm C=16mm4.1.9计算直浇道截面积直浇道的功用是从浇口杯引导金属液向下，进入横浇道、内浇道或直接进入型腔。并提供足够的压力头，使金属液在重力作用下能克服各种流动阻力充型。由于设计直浇口有一个，因此S直=3*1.4=4.2cm直浇道形状取圆形截面形状如图4.4图4.4 直浇道截面示意图 圆形断面大小由铸造实用手册查表1.4-75得：D=25mm 为了方便取模直浇道做成上小下大的倒圆锥形，（通常锥度取1/50）。因此直浇道上端是直径约为：D1=25-（1/50）*150=22mm4.1.10浇口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*25=50mm浇口窝高度为横浇道高度两倍，因此h=2*16=32mm浇口窝底部放置耐火砖防止充型。4.1.11浇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4.5所示图4.5 浇口杯截面示意图 浇口杯断面大小由铸造实用手册查表1.4-89得：D1=68mm, D2=64mm, H=52mm4.2冒口的设计冒口是铸型内用于储存金属液的空腔，在铸件形成时补给金属，有防止缩孔、缩松、排气、集渣的作用。支座所用的蠕墨铸铁在凝固时其体积变化情况与一些工业上常用的金属及合金不同，其特点是在液态冷却时发生收缩，冷却至共晶温度时停止收缩，由于析出石墨而发生膨胀，在接近凝固终了时余下的液态金属凝固时又开始收缩，直至凝固结束。所以其凝固时的膨胀和液态收缩趋于互相补偿。故蠕墨铸铁补缩时需要的铁水量少，而且支座壁厚均匀无厚大壁，所以可利用浇注系统进行补缩不设置冒口。4.3冷铁的设计为了增加铸件局部冷却速度，在型腔内部及工作表面安放的金属块称为冷铁。支座铸件壁厚较为均匀，且无厚大壁，固不易产生裂纹缩松等缺陷。而且设置冷铁会增加生产工序，使成本增大。所以不设置冷铁，但是采用在壁厚交叉部位的型腔和砂芯上刷激冷涂料用以防止缩松等缺陷。4.4出气孔的设计出气孔用于排出型腔内的气体，改善金属液充填能力、排除先冲到型腔中的过冷金属液与浮渣，还可作为观察金属液充满型腔的标志。出气孔设置位置详见工艺图。防止出气孔过大导致铸件形成热节，以至产生缩孔，出气孔根部直径，不应大于设置处铸件壁厚的0.5倍。即出气孔直径应小于10.5mm(0.5*21mm)。防止出气孔过小导致型内气压过份增大，出气孔根部总截面接应大于内浇口总截面积3cm。因此设计出气孔根部直径为10mm，一箱4件共4个出气孔。为方便取模采用上小下大的锥形，斜度为起模斜度=110出气孔总截面积为3.14*（1.0/2）*4=3.14cm4.5铸件工艺出品率的校核铸型中铁水总重量=铸件重量+浇注系统重量+冒口重量+气孔等的重量=15500+0.7*0.5*7*4*7.1+（1.5+1）*1.6/2*32*7.1+（3.14*1.25+3.14*1.1）*15/2*7.1+（3.14*3.4+3.14*3.2）*5.2/2*7.1+3.14*2.5*3.2*7.1+3.14*（1.0/2）*4*20*7.115500+70+455+469+1264+446+445=18649g=18.649kg工艺出品率=铸件重量/铸型中铁水总重量=15.5/18.64983%在计算浇注系统时估计工艺出品率为85%，基本符合事实。第五章 铸造工艺装备设计铸造工艺装备是造型、造芯及合箱过程中所使用的模具和装置的总称。5.1模样的设计5.1.1模样材料的选用 模样是造型工艺过程必须的工艺装备，用来形成铸型的型腔，因此直接关系着铸件的形状和尺寸精确度。支座为大批量生产，所以用金属模样，该金属模样的材料选用如下：模样：铝合金（质轻、不生锈，加工性能好，加工后表面光滑，并有一定的耐磨性，但耐磨性较差）出气针、气孔针：45号钢5.1.2金属模样尺寸的确定模样尺寸铸件尺寸（1K），（模样尺寸精确到小数点后两位） 注：K 铸件线收缩率支座的收缩率K=0.9%5.1.3壁厚与加强筋的设计模样壁厚由铸造实用手册查表1.52得：模型壁厚6mm。由于模样轮廓尺寸较小约为：160mm*135mm*100mm，内部不用设置加强筋。5.1.4金属模样的技术要求模样的尺寸精度、表面光洁度是影响铸件质量的一个重要因素，因此对其表面光洁度和尺寸偏差应严格控制。由铸造实用手册查表1.55得：模样表面的粗糙度为3.2，模样与模板接触面的粗糙度为6.3 。5.1.5金属模样的生产方法为增加材料浇注后的致密度，现将材料制作成与该模样形状类似的腔体，然后进行热处理，以增加其硬度，增加抗磨损能力，然后在用机器按模样的尺寸加工成模样的形状。5.2模板的设计模板也称型板，是由摸底板和模样、浇冒口系统及定位销等装配而成。模底板用来连接与支承模样、浇冒系统、定位销等。本设计采用单面模底板，其工作面是平面。5.2.1模底板材料的选用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，选用铸造铝合金作为模底板的材料。5.2.2模底板尺寸确定模底板长砂箱长2砂箱分型面出边缘厚度 450225=500 mm模底板宽砂箱宽2砂箱分型面出边缘厚度 350225400 mm由铸造实用手册查表1.534得：模底板的壁厚取为12mm 5.2.3模底板与砂箱的定位模底板与砂箱之间采用定位销与销套定位。5.3芯盒的设计5.3.1芯盒的类型和材质采用热芯盒，芯盒材料为铝合金。5.3.2芯盒的结构设计芯盒的壁厚由铸造实用手册查表1.511得：68mm，取7mm5.4砂箱的设计砂箱的设计内容有：选择类型和材质，确定砂箱尺寸。结构设计，定位及紧固等。5.4.1砂箱的材质及尺寸支座零件机械造型用砂箱可选用的材料牌号由铸造工艺课程设计手册查得有：HT15-33,HT20-40,QT45-5,QT60-2,QT40-10,ZG15ZG45。选择HT200为砂箱材料，需进行人工时效或退火处理。根据通用砂箱的规格尺寸选砂箱的尺寸：上箱为450*350*200mm 下箱为450*350*200mm5.4.2砂箱型壁尺寸及圆角尺寸普通机械造型砂箱常用向下扩大的倾斜壁，底部设突缘，防止塌箱，保证刚性，便于落砂，箱壁上流出气孔。由铸造实用手册表1.5-47查得：箱壁壁厚为t=10mm,b1=25 mm , h1=10 mm,h2=15 mm箱壁型式如图5.1：图5.1 箱壁形式示意图 砂箱过渡圆角示意图如图5.2。其中R=20 mm,R1=40 mm图5.2 砂箱过渡圆角示意图 5.4.3砂箱排气孔尺寸由铸造实用手册表1.5-49查得：C=40 mm,c1=50mm,c2=20mm,d=10 mm上箱通气孔共2排，下箱通气孔共2排第六章 蠕墨铸铁（RuT300)的配料及熔炼计算6.1 蠕墨铸铁（RuT300)的配料计算铸造生产支座用儒墨铸铁RuT300合金成分控制为：C3.43.8, Si2.52.9, Mn0.10.3, S0.02, P0.1，Mn0.0150.025生产原料选用天津Q10生铁，回炉料，废钢，75#硅铁，65#锰铁。原料化学成分由铸造合金配料速查手册查表1.3-9得：炉料名炉料成分（%）CSiMnPS天津Q10生铁4.30.880.10.040.036回炉料3.612.70.310.040.01废钢0.210.240.520.03-75#硅铁-77-65#锰铁-67-冲天炉烧损率5-15-200+50首先考虑由炉前蠕化孕育处理后，原铁液质量分数减少0.10.2，硅吸收0.8，锰微减，硫的质量分数减少4080，因此原铁液化学成分应控制在：C3.53.9, Si1.72.3,Mn0.10.3, S0.03, P0.1.计算炉料中各元素应有的含量（质量分数），公式如下：W炉料=W原铁液/（1）式中 W炉料炉料中元素含量（质量分数） W原铁液原铁液中元素含量（质量分数）熔炼过程中元素的增减率因此据公式计算炉料中各元素应有的含量（质量分数）如下：WC炉料=WC原铁液/（1C）=3.80/（1-5%）=4%WSi炉料=WSi原铁液/（1Si）=2.20/（1-15%）=2.59%WMn炉料=WMn原铁液/（1Mn）=0.3/（1-20%）=0.38%WP炉料=WP原铁液/（1P）=0.06/（1+0%）=0.06%WS炉料=WS原铁液/（1S）=0.02/（1+50%）=0.03%根据工艺出品率及成品率估算用回炉料为25%，设天津Q10生铁用量为A,废钢用量为B则可列方程有： 4.3%*A+3.61%*25%*0.21%*B=4%.1式 A+25%+B=100%.2式连列1式，2式解方程得：A68% B7%计算硅铁和锰铁的加入量，设硅铁用量为C, 锰铁为DC=(炉料中应加入的硅含量-炉料的硅含量)/硅铁的硅含量 =2.59%-（0.88%*68%+2.7%*25%+0.24%*7%）/77% =1.69%D=(炉料中应加入的锰含量-炉料的锰含量)/硅铁的锰含量=0.38%-（0.10%*68%+0.31%*25%+0.52%*7%）/67% =0.30%核算磷，硫含量是否超标： WP炉料=0.04%*68%+0.04%*25%+0.03%*7%=0.0393%0.06%WS炉料=0.0036%*68%+0.01%*25%+0*7%=0.005%0.03%通过计算得回炉料为25%，天津Q10生铁用量为68%,废钢用量为7%,硅铁用量为1.69%,锰铁用量为0.30%.6.2 蠕墨铸铁生产控制6.2.1蠕化剂及蠕化处理铸造支座用RuT300选用稀土硅铁合金（RE30）作为蠕化剂，蠕化率要求达到50%,稀土硅铁合金（RE30）蠕化处理反应平稳。蠕化处理的方法是在将颗粒状合金均匀的在出铁槽随流加入，每包处理0.81t。此方法操作简单，吸收率高。6.2.2孕育化处理由于蠕化处理后铁液中镁和稀土的作用，使铁液容易具有结晶过冷和在组织中出现游离渗碳体的倾向，因此孕育处理亦是蠕墨铸铁生产中的一个必要环节，其作用为消除结晶过冷倾向，减少自由渗碳体；提供足够的石墨晶核，增加共晶团体，使石墨呈细小均匀分布，提高力学性能；延缓蠕化衰退。孕育剂选用含硅75%的硅铁。孕育处理的方法是将硅铁在出铁槽随流加入。第七章 砂型铸造设备选用7.1 造型工部设备选用工艺分析确定采用砂箱内尺寸为450350100/200mm的微振压实造型线生产支座。选择这种造型线组织