（课程设计）后罗拉过桥摇臂铸造工艺及工装设计说明书

后罗拉过桥摇臂铸造工艺及工装设计 一、 铸造工艺设计 1、 铸件结构的工艺性分析 生产铸件不仅需要采用先进合理的铸造工艺和设备，而且还要使零件结构本身符合符合铸造生产要求，易于保证铸件品质，简化铸造工艺过程。 1、 1 审查铸件结构 （ 1） 铸件应有合适的壁厚 避免浇不到、冷隔等缺陷，铸件壁不应太薄，有零件图可知本次设计的铸件的材料为 HT150，最大尺寸约为 257.5x95x76，查课本第 17 页知铸件尺寸在 200400mm 之间时，铸件的最小允许壁厚为 45mm 因此该铸件最小壁厚满足要求。 （ 2） 铸件结构不应造成严重的收缩阻 碍 注意壁厚过度和圆角，两壁交接若成直角易形成热节，铸件收缩时阻力较大，在此处经常出现热裂。铸件薄厚壁相接拐弯，等厚度的壁与壁的各种交接，都应采用逐渐过渡和转变的形式，使用较大的圆角相连接，避免因应力集中导致出现裂纹缺陷。 由零件图可知，铸件中成直角相接的两壁薄厚壁相接都用圆角过度，满足设计要求。 2、 铸造工艺方案的确定 2、 1 造型，造芯方法及铸型种类 根据所给后罗拉过桥摇臂的零件图，分析其结构可知其最大尺寸为 257.5x95x76，铸件的质量约为 2.26Kg 所采用的材质为 HT150. 根据本次课程设计要求确定铸造方法为砂型铸造，机器批量造型，所给砂箱的尺寸为850x550x165/165. 2、 2 确定浇注位置与分型面 浇注位置是指浇注时铸件所处的位置，分型面是指两半个铸型相互接触的表面。一般先从保证铸件的质量出发来确定浇注位置，然后从工艺操作方便出发确定分型面，一些质量要求不高 =或者外形复杂生产批量又不大的铸件，为简化操作，也可以先考虑分型面。 2、 2、 1 浇注位置的确定原则 （ 1）铸件重要加工面应朝下或处于侧面 （ 2）铸件的大平面尽可能朝下因为型腔顶面浇注时烘烤严重 型砂易开裂形成夹砂 （ 3）铸件的薄壁部分应朝下或者处于侧面以免产生浇不到、冷隔等缺陷 （ 4）铸件的厚大部分应置于上部或侧面便于安置冒口补缩 分析说给零件的结构，砂型呈水平放置，铸件在型内水平卧倒放置，采用水平分型，所有的砂芯都呈竖直放置，在分型面上设置内浇道进行浇注；铸件在型内呈水平、凹陷部位朝下放置，砂芯在型内呈竖直放置，有利于砂芯的定位与固定，且砂芯结构设计较为简单，凹陷部位朝下放置，使吊砂转变为砂台，有利于砂型的强度与完整性及型腔尺寸的检验，保证了铸件的完整性与尺寸精度。 2、 2、 2 分型面的选择 选择分型面应使工艺简单操作方便，原则如下 （ 1） 使铸件或主要型芯位于同一注型以避免错箱 （ 2） 分型面尽量少，少用三箱，尽量减少型芯的数量 （ 3） 少挖砂，分型面尽量平直 （ 4） 便于下芯，合箱和检查行腔尺寸 （ 5） 不使砂箱过高 分析零件的结构初步确定两种分型方法，如下图所示 （图一） （图二） 图一所示的分型方法，需三个砂芯，且砂芯横放不便于排气，铸件容易产生气孔等缺陷；而且该方法易产生错箱缺陷，根据零件工作条件，要求准确定位，所以该方法不合理 图二所示的分型方法，只用了有两个砂芯，减少了砂芯数目，且 砂芯垂直安放便于排气，而且铸件整体位于一个半型，避免了因错箱而引起的缺陷，因此该分型方法较为合理。 综上所述：分型面选取方案二较为适宜，将其作为分型面选取的最终方案。 2、 2、 3 确定砂箱中铸件的数目 确定在一个砂箱中放几个铸件，应考虑以下几个方面的因素，铸件尺寸、砂箱尺寸、吃砂量和车间起重能力等。一个砂箱中的铸件数目应该是在保证铸件质量的前提下越多越好。 本次设计的铸件在一个砂箱中长约为 260mm，宽约为 100mm，高约为 80mm，重量约为 2.26Kg，砂箱尺寸为 850x550x165/165 查铸造工艺课程设计手册表 1-12 可知模型的最小吃砂量为 因此在长度方向上可以放置 2个铸件距离分别为 120+260+90+260+120=850 在宽度方向上可以放置 3 个铸件距离分别为 45+100+120+100+40+100+45=550。 示意图如下图 3、 确定主要铸造工艺参数 3、 1 确定机械加工余量 铸件为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又在机械加工时被切去的饿金属层厚度。加工余量过大，浪费金属和加工工时，过小降低刀具寿命，不能完全 去除表面缺陷，达不到设计要求，因此应该合理选择铸件的机械加工余量。 铸件机械加工余量的大小要根据铸造合金种类，铸造工艺方法，生产批量，铸件尺寸精度，铸件尺寸及浇注位置等来确定。 查铸造工艺课程设计手册表 2-9 可知灰铸铁砂型机器造型的铸件机械加工余量等级为 810/G ；再由表 2-8 可知该零件的基本尺寸面为 95mm，面为 76mm，面为70mm，面为 78mm，由于基本尺寸均小于 100mm，尺寸公差等级选择 9，加工余量等级选择 G，因而可确定所有机械加工余量均为 3mm。其余面均不需 要机械加工，因而无需加工余量。此外面 由于分型的需要面与面应处于同一表面，因此加工余量应在原有的3mm上再加 2mm（如下图）。 3、 2确定起模斜度 为了方便起模，再摸样和砂芯的出模方向留有一定的斜度，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使用，其大小以模样的起模高度表面粗糙度以及造型方法而定。 查铸造工艺课程设计手册表 2-11 可知粘土砂造型模样外表面的起模斜度 由表 2-14可知铸孔起模斜度 由零件图给定的尺寸根据上面两表来确定各面的 起模斜度（部分零件图如下） 面的起模斜度为 0 30 面的起模斜度为 1 10 铸孔的起模斜度为 7 3、 3最小铸出孔 查铸造工艺课程设计手册表 2-16 由于本次设计零件为批量生产，材料为 HT150 因此最小铸出孔直径为 1530mm有零件图所给尺寸可知，铸件中 M6， M10的孔均不需铸出。 3、 4铸造收缩率 铸件在冷却过程中，体积一般都要收缩，由于收缩使铸件各部分尺寸均小于模样原来尺寸，为了使铸件冷却后的尺寸与铸件图尺寸一致，则需要在模样上加上收缩尺寸，增加尺寸的收缩量一般用铸造收缩率 K表示 查铸造工艺课程设计手册表 2-15 可知 通常简单的厚实铸件可视为自由收缩，其余均视为阻碍收缩。又由于本次设计铸件为小型灰铁件，为结构复杂的薄壁件，因而铸造收缩率选择 0.9%。 3、 5砂芯数量，形状和固定方法 一个铸件所需要的砂芯数量主要取决于铸件的结构和铸造工艺方案，在满足砂芯支撑稳固，定位准确和排气通畅的情况下，芯子的数量越少越好。 本次工艺设计，根据铸件结构和前面所确定的分型方法选取两个砂芯，如图所示号砂芯，号砂芯。 号砂芯长度约为 76，直径约为 47，芯头采用垂直芯头，芯头尺寸可 查铸造工艺课程设计手册得到 查表 3-1可得垂直芯头高度和芯座的配合间隙 干型砂芯 L100mm 40mmD63mm所以取 S=0.5 h=2530选 h=25 取 S1=1.8S=0.9 取 1mm h1=0.65h=16.25 取 16mm 查表 3-2可得垂直芯头顶面与芯座的配合间隙 干型砂芯 40mmD263mm 取 S2=1mm 查表 3-3可得垂直芯头的斜度（芯头高度 h， h1均小于 40mm） 上部芯头 1 10取 7 a17mm 下部芯头 7 取 7 a5mm 取 3 号砂芯砂芯高度约为 15mm，长 X 宽 =25X13.5，芯头也采用垂直芯头，尺寸可查手册得到 查表 3-1可得垂直芯头高度和芯座的配合间隙 干型砂芯 L100mm A+B/2=19.25mm25mm所以取 S=0.2 h=1520选 h=15 由于砂芯尺寸较小可取 S1=S h1=0.65h=9.75 取 10mm 查表 3-2可得垂直芯 头顶面与芯座的配合间隙 干型砂芯 A+B/2=19.25mm25mm 取 S2=0mm 查表 3-3可得垂直芯头的斜度（芯头高度 h， h1均小于 40mm） 上部芯头 1 10取 7 a17mm 下部芯头 7 取 7 a5mm 3、 6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课程设计手册查表 3-7： 由于砂芯直径较小不需要压环、防压环和集砂槽芯头结构。 4确定浇注系统 金属液流入铸型型腔的通道为浇注系统，主要是选择浇注系统的类型，内浇道的开设位置，各组元截面积，形状和尺寸。 4、 1选择浇注系统类型 由于本次设计的铸件体积小，铸件壁为薄壁，故可选用顶注搭边式浇注系统。采用该种浇注系统，金属液沿型壁注入，充型快而平稳，可减少冲砂。 4、 2确定内浇道在铸件上的位置、数目、金属引入方向 后罗拉过桥摇臂结构较为简单属于中小类铸件，铸造时采取一箱六 件，为便于造型，内浇道开设在分型面上。因为铸件采用底座朝上且铸件大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，这样有利于铸件的重要部分先凝固并得到补缩，如此内浇道则设置在分型面上，由一个内浇道从侧面引入金属液。 内浇道具体位置如下图所示： 4、 3直浇道的位置和高度 高度 125mm 位置在砂箱偏离中心一定距离的位置 4、 4 计算浇注时间并核算金属夜上升速度 液态金属从开始进入铸型到充满铸型所经历的时间浇注时间。合适的浇注时间与铸件的结构、铸型工艺条件、合金种类和选用的浇注系统类型等 有关。 根据课本第 62 页知，计算 10t 以下各类铸件的浇注时间，常用以下公式： 31 G s 式中 为浇注时间，单位为 S G 为铸件总质量，单位为 Kg 为铸件壁厚，对于壁厚不均匀的铸件，取平均壁厚、主要壁厚或最小壁厚，单位mm 1s 为系数。对于普通灰铸铁一般取 2.0 对于本次设计的铸件，一箱六件总质量约为 15Kg，平均壁厚约为 20mm 所可得浇注时间为 331 2 2 0 1 5 1 3 . 3S G s 计算铁水液面上升速度 85 6 . 3 /1 3 . 3C m m s 查询课本第 63 页表 3-3 可知型内铁液液面允许的最小上升速度 为 1020mm/s，所以上式所求的 V10,不满足要求，由于金属液上升较慢容易造成气孔夹渣等缺陷，说一要强行缩短浇注时间，说以取浇注时间为 =8s，此时金属夜上升速度为 85 1 0 . 6 /8C m m s 此时满足型内铁液液面允许的最小上升速度的要求。 综上确定，浇注时间为 =8s。 4、 5 计算阻流截面积 查寻课本知根据水力学近似计算公式 = 0 . 3 1 HGF阻 均 式中， F阻 内浇道截面积， 2cm G 流经阻流的金属质量 kg； 充满行腔总时间 ； 浇注系统阻流 截面的流量系数 ； H均 充填型腔时的平均计算压力头 cm； 由于铸件的工艺出品率为 70%，所以流经阻流的金属质量约为 G=2.5X6/70%=21.4Kg，充型时间 =8s,.流量系数 =0.42，浇注温度升高， +0.05，顶注式能使增大 0.1，所以=0.42+0.05+0.1=0.57，充填型腔时的平均计算压力头 H均 =16.5cm,将数据代入上式得 22 1 . 4= = 3 . 7 3 c m0 . 3 1 8 0 . 5 7 1 6 . 5F 阻 4、 6确定浇口比 浇口比由课本 可 查表 3-6 得： = 1 . 1 5 : 1 . 1 : 1S S S 直 内横： ： 式中 : S直 直浇道截面 积； 横S 横浇道截面积； 内S 内浇道截面积； 4、 7 计算内浇道截面积 由于有 6 个内浇道，所以由 4.5 计算可知内浇道截面积为 S内 =F阻 /6=0.6 2cm ，查手册取 S内 =0.6 2cm 横浇道形状取梯形断面形状如下图（ a）：梯形断面大小由查表得：a=9mm； b=6mm； c=11mm。 4、 8 计算横浇道截面积 本次设计一个横浇道连接 4 个内浇道，而另一个横浇道连接 2 个内浇道则 2= 0 . 6 4 1 . 1 = 2 . 6 4 c mS 横 1 查手册取 =3cmS横 1 2= 0 . 6 2 1 . 1 5 = 1 . 3 8 c mS 横 2 查手册取 2=2cmS横 2 综上为了加工过程方便与满足铸造要求取 2=3cmS横 1 横浇道形状取梯形断面形状如下图（ b）：梯形断面大小由铸造工艺课程设计手册查表得： a=13mm； b=20mm； c=17mm。 4、 9 计算直浇道截面积 设计直浇口有一个则 2= 0 . 6 6 1 . 1 5 = 4 . 1 4 c mS 直 查手册取并根据给定的直浇道尺寸取截面积为 4.9，直浇道截面取圆截面如下图 c，尺寸取直径， D=25mm a 内浇道 b 横浇道 c 直浇道 4、 10 浇口窝的设计 查询课本 52 页，可粗略定出浇口窝的尺寸如下 浇口窝上