铸造毕业设计

成都理工大学毕业设计（论文）车床拨叉零件毛坯成形工艺设计作者姓名： 专业班级：指导教师：摘 要本设计题目的任务是完成车床拨叉零件成形工艺设计，根据本设计题目生产性质、零件结构特点和用途，确定采用铸造成形工艺方法做出该零件的毛坯。其具体内容包括了铸造工艺方案的设计，铸造工艺参数的确定，砂芯设计，浇注系统设计，冒口设计，冷铁和出气孔设计，砂型及砂芯的烘干等，又对铸造工艺装配进行了设计，内容包括模样、模板、芯盒和砂箱等的设计。绘制出了工艺装配图、铸造工艺图、铸件图和模样图。本题目的研究方法，是运用所学材料成形工艺基础中的铸造成形理论，对金属液在充型、结晶、凝固和冷却过程中发生的一系列物理、化学的变化及铸件内部的变化进行了理论研究和分析。对如何保证铸件的质量，在合金液的成分上进行了研究和探讨，对工艺上采取的相应措施进行了可行性的研究和探讨，针对本题目，如何运用灰铸铁(HT250)铸造出所要求的零件的铸造成型工艺作了详细阐述，对运用砂型铸造设计的浇注系统做出了详细设计，并做出了铸型装配图，铸造工艺图和模样图。关键词：砂型铸造 浇注系统 铸造工艺图 模样 铸型装配图 HT250AbstractThe design project is to complete the task of forming process fork parts of Lathe dial the forming design, according to the nature of the production of a design, part structural characteristics and uses to determine the method used to make the casting forming process of the rough parts.The specific contents of the casting process in the design, casting process parameters identified, the sand core design, gating system design, riser design, the design of cold iron, and out of holes, sand and sand core of drying, but also on the casting assembly has been designed, including appearance, templates, core boxes and sand boxes and other designs. Assembly diagram drawn out process, casting process maps, charts and pattern casting map. The subject of research methods is to use what they have learned material forming technology base in the casting forming the theory of liquid in the filling of metal, crystal, solidification and cooling process in a series of physical and chemical changes and changes in the castings The theoretical research and analysis. Casting on how to ensure the quality of the ingredients in the liquid alloy was carried out research and study on the process to take the appropriate measures to study and explore the feasibility. According to this topic, how to apply grey (HT250) casting out the parts required the casting molding process were discussed in detail, to use the sand casting gating system design, and has made the detailed design drawings made casting, casting process chart and shape figure.Keywords：Sand Casting Gating system Casting Chart Appearance Mold assembly drawing HT250目录第1章 前言5第2章 零件毛坯制造方法的确定62.1零件的工艺分析62.2毛坯制造方法的确定8第3章 零件材料的选择及对化学成分的要求93.1零件材料的选择93.2本铸件熔炼时化学成分的要求93.3 HT250合金的熔炼10第4章 铸造工艺方案的确定124.1铸造工艺方法12第5章 零件毛坯的铸造工艺设计135.1铸件浇注位置的确定135.2型芯设计165.3铸造工艺参数的确定185.4绘制铸造工艺图235.5浇注系统设计235.6冒口285.7冷铁29第6章 铸造工艺装备设计326.1. 模样设及模样的种类326.2模样材质的选择及制造步骤326.3模样尺寸的计算336.4模板33第7章 砂箱357.1砂箱选择和设计原则357.2砂箱的结构设计35第8章 支座铸件芯盒的确定368.1芯盒的种类及特点分析368.2芯盒设计的一般原则368.3手工芯盒的设计37第9章 铸型装配379.1下芯原则379.2合型及定位389.3砂型、砂芯的烘干389.4铸型装配图39结论40致谢41参考文献42第1章 前言国家的综合国力是看这个国家的制造业发展水平。其中大型铸、锻件的生产水平，标志着这个国家制造业能力的水平，影响着国民经济。铸造历来是装备制造业得基础，但是我国的铸造行业装备制造业得薄弱环节。我国要从铸造大国迈进，必须尽快解决生产技术水平和人才专业素质问题。我国铸造业现状主要是：铸造企业的平均规模较小，专业化程度不高，铸造生产的技术和装备差，自主创新能力弱，铸件品质不高，距离铸造强国这个目标，还有很强的路要走，但是，国内还是对铸造的研究成果还是不断的推陈出新，铸造成形工艺依铸型材料、造型工艺和浇注方式不同，可分为砂型铸造和特种铸造两大类。砂型铸造适用于金属材料、大小、形状和批量不同的各种铸件，成本低廉，由砂型铸造生产的铸件占铸件总产量的90%以上，特种铸造是指砂型铸造以外的铸造工艺，常见的有熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造和离心铸造等。铸造具有很多特点，与其他形成工艺相比，它不受零件毛坯的重量，尺寸和形状的限制，重量从几克到几百吨，壁厚由0.3到1，形状十分复杂，用机械加工比较困难，耗费大量机床工时，甚至难以制得得零件，都可以用铸造方法获得。铸造由于可选用多种多样成分，加之基本建设投资小，工艺灵活性大和生产周期短等优点因而广泛地应用在机械制造，矿山冶金交通运输，石化通用设备，农业机械，能源电力，轻工纺织，家用电器，土建工程，电力电子，航天航空，国防军工等国民经济各部门，是现代大工业机械的基础。铸造工艺是铸造生产的核心，是能否生产优质铸件的关键，这也是本论文的关键内容。古今中外都把提高和发展工艺水平，视为推动行业技术进步，满足经济和社会发展需要的一个重要组成部分。第2章 零件毛坯制造方法的确定2.1零件的工艺分析 图1-1（零件图和三维截图）2.1.1零件的结构特点（1）结构特点 零件外形有支撑筋板，最小壁厚为5.5mm，最大壁厚为16mm，壁厚差较大，由不同的几何形体组成，属结构复杂机件。结合生产批量，确定采用铸造毛坯。（2）工作条件 拨叉工作时主要承受拉应力和冲击力作用，且工作频繁。要求拨叉强度、硬度设计值为：HBS210241 ，根据拨叉零件在工作中受拉应力和冲击力作用，要求最大抗拉强度硬度为HBS210241。查表2-1得知：宜选用HT250，但必须经过孕育处理，孕育处理后，它的强度和硬度显著提高（=250350MPa，硬度=170270HBS）都可以满足该零件的机械性能。表2-1材料的牌号及应用牌号铸件壁厚/mm/MPa不小于特性及应用举例HT1502.510102020303050175145130120 铸造性能好，工艺简便，铸造应力小，不需要人工时效处理适用于负荷小，对摩擦磨损无特殊要求的简单零件。如：普通机床上的支柱、刀架，轴承座：发动机的进排气管，泵壳，法兰等。HT2002.510102020303050220195170160强度较高，耐磨耐热性较好，减震性好：铸造性能较好，但但需要人工时效处理。适用于承受较大负荷和要求一定的气密性或耐蚀性的零件。例如：一般机械制造中较为重要的铸件（如气缸、村套、棘轮、链轮、齿轮、拨叉等）：汽车、拖拉机的汽缸体、汽缸盖、活塞环联轴器等；具有测量平面的检验工件（如划线平板、V形铁、平尺、水平框架等）；承受压力小于785X104MPa的油缸、阀体；圆周速为1220m/s的带轮等。HT2502.510102020303050270240220200HT300102020303050290250230属于高强度、高耐磨性的灰铸铁，其强度和耐磨性均优于以上牌号的铸铁，但白口倾向大，铸造性能差，需要人工时效处理。适用于承受高负荷和保持高度气密性的零件，例如机械制造中的某些重要零件，如剪床、压力机、自动车床及其他重型车床的床身、机座、机架、主轴箱、卡盘及受力较大的齿轮等。HT350102020303050340290260结论：如壁厚不均，带有深腔；外形带有侧凹，尺寸中等（不大），属结构较复杂的零件。采用砂型铸造生产毛坯零件。2.1.2生产性质 根据生产纲领，需要生产50件该零件毛坯，属于批量生产，生产方式是用砂型铸造。根据该零件的机械性能和生产纲领的要求制定出可行的铸造方案和工艺设计规程。2.1.3技术要求1）作力学性能分析：根据拨叉零件在工作中受拉应力和冲击力作用，要求最大抗拉强度硬度为HBS210241。机械性能要求宜选用材料HT250。2）根据图1-1，14孔在工作时会受到频繁的冲击力和拉应力，而拨叉的大圆弧所要求的加工精度较高，且与离合器的摩擦很频繁，这些都是重要的加工面，在铸造过程中不允许有缩孔组织及夹渣的出现。 2.2毛坯制造方法的确定2.2.1毛坯制造的方法主要有铸造、塑性体积成形和焊接。因为是批量生产，经过初步分析，本机床拨叉零件毛坯的生产有两种方式：可选用铸造和锻造，首先，对于锻造来说，锻出的锻件的质量往往比铸件质量要好，但是，由于锻造的模具设计过于复杂以及在设计成本上往往高出很多，而且对于设备的要求也相当高一些，而对于机床的拨叉零件，经过合理的选用铸造合金和相应合理的设计要求，是可以达到零件所需的工作性能的，而且对于设备的要求没有锻件的高，而且成本也会大大降低，所以鉴于设备和成本要求分析、机床的拨叉零件选用铸造最为合适。结论：结合本题目零件的结构、尺寸特点及技术要求，确定采用铸造方法，作出零件的毛坯。第3章 零件材料的选择及对化学成分的要求3.1零件材料的选择拨叉工作条件：拨叉工作时主要承受拉应力和冲击力作用，且工作频繁。要求拨叉强度、硬度设计值为：HBS210241 ，根据拨叉零件在工作中受拉应力和冲击力作用，要求最大抗拉强度硬度为HBS210241。表2-1列出所选材料、，足以满足零件的机械性能。鉴于本题目的性质，在设计过程中选用HT250。3.2本铸件熔炼时化学成分的要求用于生产铸件的金属材料称为铸造合金，工业中最常用的铸造合金是铸铁，铸钢，铸造非铁合金。本题目要求的是使用HT250的灰铸铁，不同的化学成分决定所需铸铁品种以及牌号何得到牌号。 图3-1碳、硅含量与铸铁组织关系3.3 HT250合金的熔炼1）合金液化学成分的控制、冷却速度、出炉温度。a)如250HT铸铁件的熔炼铁水技术的研究：石墨是决定灰铸铁性能的主导因素。石墨本身的力学性能极差，它好似空洞和缺口存在于金属基体中，因此石墨数量愈多，形态愈粗大，分布愈不均匀，对金属基体的割裂就愈严重，灰铁的抗拉强度底，塑性差，但却有良好的吸震性减磨性和底得缺口敏感性，易于铸造和切削加工。 b)对化学成分的研究：碳和硅。碳是石墨化元素，含碳愈多，可能析出的石墨就愈多，但这种可能性还取决于硅的含量，硅是强烈促进石墨化的元素（孕育剂）。含硅愈多，石墨化的可能性就愈大，反之碳含量高而硅含量少时，容易得到白口铸铁。 c)硫和锰，硫是强烈的反石墨化元素，硫含量高，易促使铸铁形成白口组织。同时，硫还是形成低熔点（985C）的、分布于晶界上的FeS-Fe共晶体，造成铸铁的热脆性。硫是铸铁中的有害元素，一般将硫控制在0.1%0.15%之间。锰也是阻碍石墨化，具有稳定珠光体的作用，能提高铸铁的强度和硬度，同时，锰对硫的亲和力大，易形成熔点高（1600C）、密度小的MnS,MnS上浮随熔渣排除炉外，故锰是有益元素，一般控制在0.6%1.2%之间。 d)磷。磷对石墨化的影响不显著，但当磷的含量超过0.3%时，便形成呈网状分布于晶界的低熔点、高硬度（390HBS520HBW）的Fe3P共晶体。这有益于增加铸铁的耐磨性，但过高会增加铸铁的冷脆性，所以，高强的的铸铁件一般将磷限制在0.2%0.3%之间。2）针对HT250如何得到珠光体+少量铁素体铸铁的生产。铸件壁厚影响着铸件冷却速度，从而影响到铸件晶体组织的获得，铸件壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响，如图2-2所示，为获得要求珠光体组织，设计最小壁厚不得小于5mm，最大壁厚不得大于25mm。 图3-2 壁厚和碳硅含量对铸铁组织的影响结论：铸件化学成分和壁厚的一般范围，如表 3-1表3-1 铸件化学成分和壁厚范围铸铁牌号铸件壁厚/化学成分（%）石墨组织集体组织2005-253.54.02.53.00.7-0.90.30.1280%-90%的片状石墨， 20%-10%晶间石墨，长度60-250，无向分布，其质量分数为6%珠光体95%；中片状铁素体5%；二磷共晶4%3）是否须进行“孕育处理”、“球化处理”，以保证铸件要求的力学性能呢？如前所说，粗大的石墨对灰铸铁金属的基体割裂作用，灰铸铁的力学性能偏低（=100200MPa）。提高灰铸铁性能的途径是改善其基体组织，减少石墨数量及减小石墨尺寸、并使石墨分布均匀。孕育处理是提高灰铸铁性能的有效方法。孕育处理的原理是：先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、含硅量（C）=2.7%3.3%、（Si）1.0%2.0%）的高温（14001450）铁液，然后向铁液中冲入少量细粒状或粉末状的孕育剂。孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化作用骤然加强，从而得到细晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。处理后强度和硬度都得到明显的加强（=250350MPa，硬度=170270HBS）。由表1-1不难得知，光是HT250本身的性能是不足以满足机床拨叉零件的机械性能的，必须经过孕育处理后，才能满足其所需要的强度和硬度（最大抗拉度硬度为HBS210241。）43第4章 铸造工艺方案的确定4.1铸造工艺方法可供选择砂型铸造方法的种类（1）干型和表干型：干型的主要特点是水分少，强度高，透气性好，成本高，劳动条件差，不易实现机械化和自动化。主要应用在结构复杂。（2）实型铸造：实型铸造应用范围较广，几乎不受铸件结构、尺寸、材料、批量的限制，特别适用于高精度、小余量、复杂铸件的生产。（3）负压铸造：铸件清理方便，劳动强度低，浇注过程中有有害气体，既适用于单件小批量生产，特别适用于大中型精密铸件、薄壁铸件生产。（4）手工铸造：可分为两箱、三箱、叠箱和劈箱造型，适用于小型铸件的批量生产。（5）砂型铸造和特种铸造：铸造成型工艺依铸形材料，造型工艺和浇注方式不同，可分为砂形铸造和特种铸造两大类。砂形铸造适用于金属材料，大小形状和批量不同的各种铸件，成本低廉，有砂形铸造生产的铸件占铸件总产量的90%以上，而砂形铸造的机器造型按成形机理分类又分为：震击，压实，射压，抛砂，气流紧实。两箱造型按其模样分，可分为整体模样、分开模样和刮板模样造型。本设计的零件为轴支座类零件，根据图1-1，可以看出它的下表面为基准面，14孔位装配孔，属于重要加工面，要保证它的质量。如图，可以看出零件的顶面也为重要加工面，也要保证它的质量。为了综合考虑两者的重要加工面的质量，采用上下联办模样进行铸造生产，并在顶面位置加大加工余量，以保证铸件质量。结论：由于本题目的生产性质，50件，结构较为复杂，尺寸不大，故选择两箱砂型铸造，一箱一铸。第5章 零件毛坯的铸造工艺设计5.1铸件浇注位置的确定铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置，浇注位置是根据铸件的结构、技术要求，铸件合金特性，铸造方法以及生产车间的各种条件决定的如图5-1。浇注位置确定的一般原则：（1）铸件的重要加工面、主要工作面和受力面应尽量放在底部或侧面，以防止这些表面上产生沙眼、气孔和夹渣等缺陷。（2）浇注位置应有利于所确定的凝固顺序。对于体收缩较大的合金，浇注位置应尽量满足顺序凝固的原则。铸件厚实部分一般应置于浇注位置的上方，以利于设置冒口补缩。（3）浇注位置应有利于砂芯的定位和稳固支撑，使排气通畅。尽量避免吊芯、悬臂砂芯。（4）铸件上的大平面应置于下部或倾斜放置，以防止夹砂等缺陷。有时为了方便造型，采用“横做立浇”、“平做斜浇”的办法。（5）铸件的薄壁部位应置于浇注位置的下部或侧面，以防止浇不到、冷隔等缺陷。（6）在大批量生产中，应使铸件的毛刺、飞翅易于清理。（7）要避免厚实铸件的冒口下面的主要工作面产生偏析。图5-1 综上确定浇注位置 图5-1 浇注位置5.1.1分型面的选择浇注位置确定后，即可确定分型面。铸造分型面是指铸型组元间的结合面，分型面确定的合理与否，关系到模样制造的难易程度。同时合理选择分形面，对于简单化铸造工艺，提高生产率，降低成本，提高铸件质量等有直接关系。根据分型面确定的原则，重点考虑应尽量把铸件的加工定位面和主要加工面放在同一箱内，以减少加工定位的尺寸偏差。为方便起模，分型面应选在铸件的最大截面处。对于较高的铸件，尽量不使铸件在一箱内过高。在考虑造型、浇注、置芯的基础上，分型面的选择还有利于清理。选择分型面是应考虑到造型方法，所以选用方案一，如图5-2。方案一 方案二 图 5-2分型面的选择示意图5.1.2造型方法的选择分析本题目铸件是否带有侧凹结构，考虑为方便取模，是否采用活块造型、挖砂造型；考虑为使铸件上的重要面朝下浇注，可能要采用假箱造型等。结论：砂箱中逐渐数量的确定原则：砂箱中的铸件数量一般要根据工艺要求和生产条件来确定，因本零件生产的属于小批量生产（ 50件），因此采用一个砂箱生产一个铸件。5.1.3凝固方式的确定控制铸件凝固的措施很多，但指导运用这些措施的基本原则只有两个，即定向凝固和同时凝固。（1）定向凝固原则：铸件的定向凝固，采取各种工艺措施，保证铸件各部分按照远离冒口的部分最先凝固，然后向着冒口方向逐步凝固，最后才是冒口本身凝固的顺序进行。铸件按照定向凝固原则进行凝固，就能保证缩孔集中在冒口中，以获得致密的铸件。它的优点为：冒口补缩作用好，铸件内部致密。缺点为：在凝固期间容易使铸件各部分存在着较大的温度差。在铸件过渡部分产生热裂。凝固后也容易使铸件产生应力和变形。定向凝固需加冒口、冷铁。（2）同时凝固原则：采取各种工艺措施，保证铸件结构上各部分同时凝固，铸件各部分之间几乎没有温度差。它的优点为：不宜产生热裂，凝固后也不易产生热裂和变形。缺点为：在铸件的中心区域往往有缩松，铸件不致密2。（3）对灰铸铁来说，由于灰铸铁在浇注时的流动性比较好，在冷却过程中，其塑性较差，不易补缩，所以该铸件选用同时凝固原则。结论：根据以上所说的定向凝固和同时凝固的原则，对比定向凝固与同时凝固之间存在着相互对应的优点和缺点，本铸件的结构特点是铸件的厚实和壁厚不均匀，兼顾灰铸铁铸件塑性较差，应尽量避免铸造应力的产生，因此应采取同时凝固，在铸件厚大部位处增设间隔外冷铁已达到同时凝固的目的。5.2型芯设计5.2.1型芯种类的选择砂芯的种类有：（1）按尺寸大小分：大、中、小。（2）按干湿程度分类：湿芯用于中小薄壁件；干芯用于大中小件均可。（3）按粘结剂分类：粘土砂芯，水玻璃砂芯，水泥砂芯，油脂砂芯，树脂砂芯等。（4）按制芯工艺分类：常规砂芯，自硬砂芯，热芯盒砂芯，冷芯盒砂芯，壳芯等。（5）按砂芯复杂程度分类：可分为5级2。结论：根据以上的种类的分析比较，确定选用干芯。5.2.2砂芯顺序设计砂芯设置的基本原则：（1）尽量减少砂芯数量：为了减少制造工时，降低铸件成本和提高其尺寸精度，对于不太复杂的铸件，应尽量减少砂芯数量，且采用合并砂芯减少砂芯数量，提高铸件尺寸精度。（2）复杂砂芯可分块制造：因尺寸太大，制芯和下芯操作困难而分成几块制造，砂芯是为了操作方便而分块制造的。（3）选择合适的砂芯形状：砂芯形状的选择，应使芯盒有宽阔的捣砂面，便于填砂、舂砂、安放芯骨和采取排气措施。（4）砂芯烘干支撑面最好是平面：这一点对于需要烘干硬化的砂芯尤其重要。（5）砂芯得分盒面应尽量与砂型得分性面一致：起芯与起模斜度的大小与方向应尽量一致，以保证由砂芯和砂型之间所形成的壁厚均匀，减少披缝，同时也有利于砂芯中气体的排出。（6）便于下芯、合型：将砂型分成两块后，便于下芯时检验窗口型腔的尺寸，以避免整体砂芯移动的影响，从而保证窗口位置的准确。（7）沿高度方向的分层砂芯：选择砂芯的划分面时，应力求使同层砂芯组合后的上面为平面。（8）被分开的砂芯每段要有良好的定位条件，要尽量避免靠芯撑支撑，尤其是压力容器铸件，防止因芯撑溶合不好造成铸件渗漏。5.2.3型芯的形状、数量结论：根据以上原则，为了提高本铸件的尺寸精度，采用合并砂芯减少砂芯数量且方便下芯，采用一个砂芯。如图5-3图 5-3 砂芯示意图5.2.4芯头设计砂芯的定位砂芯定位要准确，不允许沿芯头方向移动或绕芯头转动。芯头需要有一定的定位结构，根据砂芯在砂型中放置的位置，定位芯头通常分为以下三种形式：1）垂直定位芯头2）水平定位芯头3）特殊定位芯头结论：由于上面用了垂直芯头，、垂直定位芯头。砂芯在砂型中的位置一般是靠芯头来固定的，也有用芯撑或铁丝来固定。因本铸件只有一个孔需要安防芯头，壁厚不均，属结构较复杂的零件，图所示。因此采用芯头固定。5.2.5芯头的尺寸和排气分析与确定 芯头的尺寸与采用的铸造工艺有关，一般决定于铸件相应部位孔、槽的尺寸。为了下芯和合型的方便，芯头应有一定的斜度，芯头与芯座之间应有一定的间隙。一般来说，在实际生产中，上芯头的高度比下芯头低，上芯头的斜度比下芯头大。5.2.6垂直芯头的尺寸确定垂直芯头的高度时垂直芯头的主要尺寸，主要是根据砂芯在型腔中安放时的稳定程度，同时，还应考虑木模制造时，是否易于变形以及放置芯骨时要有一定的吃砂量等因素确定。垂直芯头与芯座之间的间隙，芯头的斜度、高度选取得是干型为1.5，斜度为10。5.2.7砂芯的排气方案确定由于本铸件只有一个砂芯，而砂芯在高温金属液的作用下，由于水分蒸发及有机物的挥发，分解和燃烧，在浇注后很短时间内会产生大量气体，当砂芯排气不良时，这些气体会侵入金属液中，使铸件产生气孔缺陷。因此，在砂芯的结构设计、制造方式，以及在下芯、合型操作中，都要采取必要的措施，使浇注时在砂芯中产生的气体能顺利地通过芯头及时排出。5.3铸造工艺参数的确定5.3.1铸件尺寸公差铸件的尺寸公差是指铸件的公称尺寸的两个允许极限尺寸之差。在这两个允许极限尺寸之内可满足加工、装配和使用的要求。铸件的尺寸精度取决于工艺设计过程控制的严格程度，铸件的尺寸精度越高，对工艺的控制就越严格，但铸件的生产成本相应的就越高。因此在规定铸件的尺寸公差时，必须从实际出发，综合考虑各种因素，达到既保证铸件的质量，又不过多的增加生产成本的目的。按照GB/T64141999铸件尺寸公差与机械加工余量的规定，铸件尺寸公差分为16级，表示为CT1CT16。参见表5-1：表 5-1 摘自（GB/T64141999）单位：mm毛皮铸件基本尺寸铸件尺寸公差等级CT大于至123 45678910111213141516-10161016250.090.10.110.130.140.150.180.20.220.260.280.300.360.380.420.520.540.580.740.780.8211.11.21.51.61.722.22.42.83.03.24.24.44.4-6-8-10-12 考虑到是成批生产，该铸件的最大壁厚为10mm，综上因素考虑。该铸件选用公差等级11级。即CT=3.2。如图5-2。表 5-2 成批和大批量生产铸铁的尺寸公差等级（GB/T64141999）方 法公 差 等 级CT铸 件 材 料铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金轻金属合金镍基合金砂型铸造手工造型1315131513151315131511131315砂型铸造机器造型和壳型12141113111311131012101212145.3.2机械加工余量GB/T16141999铸件 尺寸公差与机械加工余量中规定，要求的机械加工余量适用于整个毛坯零件，且该值尺寸应根据最终机械加工后成品铸件的最大轮廓尺寸和相应的尺寸范围选取。要求的机械加工余量等级有10级，称之为A、B、C、D、E、F、G、H、J和K共10个等级。参见表5-3、5-4。5-3 要求的铸件机械加工余量（RMA）（GB/T64141999）单位：mm最大尺寸要求机械加工余量等级大于至ABCDEFGHJK_400.10.10.20.30.40.50.50.711.4表5-4 毛坯铸件典型的机械加工余量等级方 法要求的机械加工余量等级铸 件 材 料铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金锌合金轻金属合金镍基合金砂型铸造手工铸造GKFHFHFHFHFHGKGK砂型铸造机器造型和壳型EHEGEGEGEGEGFHFH在这里，我们选用机械加工余量等级为F级。凸台外面的机械加工：R=F+2RMA+CT/2=F+2.1； （5-1）内腔作机械加工：R=F-(2RMA+CT/2)=F-4.2； （5-2） RF-铸件毛坯的基本尺寸。F-最终加工后的尺寸。RMA-要求的机械加工余量。CT-铸件公差。5.3.3铸件工艺补贴（余量）在手工造型和制芯时，为了起模和起芯的方便。需要敲动模样和芯盒内的肋板，以及由于木模和肋板吸潮而引起的膨胀，这都会造成铸件非加工壁的的厚度增加，致使铸件尺寸超差和重量超重。为了保证铸件尺寸准确，对形成铸件非加工面壁厚的木质模样，肋板的尺寸应予以减小，即小于图样上尺寸，所减少的尺寸称为非加工壁厚的负余量。在确定铸件线收缩率时，如果已经考虑负余量的因素，就不用另作考虑了。5.3.4铸件工艺补正量铸件的工艺补正量是用以防止铸件局部尺寸由于各种因素（例如铸件线收缩率选用值和实际值不符，铸件变形、有规律的操作偏差等）的影响而超差，在铸件相应部位上增加金属厚度。5.3.5起模斜度当铸件本身没有足够的结构斜度，应在铸件设计或铸造工艺设计时给出铸件的起模斜度，以保证铸型的起模。起模斜度可采取增加壁厚或减少铸件壁厚的方式来形成。在铸件上加起模斜度原则上不应超出铸件壁厚公差要求。这里我们采用木模，查阅铸造手册 铸造工艺得知:参见表5-5：5-5 模样的起模斜度。模样外表面的起模斜度测量高度起模斜度金属模样、塑料模样木模样/mm/mm10401100.81250.6模样凹处内表面的起模斜度10402201.62502.05.3.6铸造收缩率铸件线收缩率又称铸件收缩率或铸造收缩率，是指铸件从线收缩开始温度（从液相中析出枝晶搭成的骨架开始具有固态性质的温度）冷却到室温时 的相对线收缩量，以模样与铸件的长度差处以模样长度的百分比表示： =L1-L2L1100%=3.5% （5-3）式中 L1表示模样长度; L2表示铸件长度表 5-6 各种铸铁件的收缩率铸件的种类线收缩率受阻收缩自由收缩灰铸铁中小型铸件0.81.00.91.1线收缩率是考虑各种影响因素后的铸件实际收缩率，它不仅与铸造金属的收缩率和线收缩起始温度有关，而且还与铸件结构、铸型种类、浇冒口系统结构、砂型和砂芯的退让性因素有关。见表5-6。5.3.7最小铸孔在机械零件上往往有很多孔和槽，一般应尽可能在铸造时铸出。这样既可以节约金属，减少机械加工的工作量、降低成本，又可使铸件壁厚比较均匀，减少形成缩孔、缩松等铸造缺陷的倾向。但在铸件上的孔和槽尺寸太小，而铸件的壁厚又较厚和金属压力较高时，反而会使铸件产生粘砂，造成清理和机械加工困难。有的孔必须反复采用复杂而且难度较大的工艺措施才能铸出，而实现这些措施还不如用机械加工的方法制出更为方便和经济。本题中队孔距的要求很精确，铸出的孔如有偏心，就很难保证加工精度。因此在确定孔零件上的孔和槽是否铸出时，又要考虑到铸出这些孔和槽的必要性和经济性。最小铸出孔和槽的尺寸，和铸件的生产批量、合金种类、逐渐大小、孔处铸件壁厚、孔的长度和直径有关。表 列出灰铸铁铸件不铸出孔直径的最小铸出孔（槽）尺寸，见表5-7表5-7 灰铸铁不铸出孔直径生产批量不铸出孔直径大量生产1215成批生产 1530单件或小批量生产 3050 灰铸铁和球墨铸铁的最小铸出孔和槽的经验数值取下表5-8： 表5-8 铸件的最小铸出孔铸件厚壁200 应铸出的最小孔径灰铸铁303540另行规定球墨铸铁354045另行规定 但是考虑到本铸件，14如果不铸出，就使得壁厚悬殊太大，在铸件冷却时造成的应力就很大，加上灰铸铁的流动性很差，在浇注冷却时会产生很大的应力，就容易造成裂纹，是铸件质量难以保证，所以得出一结论：该零件的孔要铸出。5.3.8浇注温度浇注温度对铸件的影响是非常关键的，主要表现在以下几个方面：（1） 在浇注时，金属液温度越高，实际结晶温度就越低，过冷度就越大，形核就越多，得到的铸件需要孕育处理。（2） 保证浇注温度，防止铸件产生冷隔，浇不到等缺陷。（3） 铁水要求有一定的过热度，浇注温度取熔点+1500C，这里一般取14501470。5.3.9工艺肋 工艺肋又称铸肋，分为两种：一种防止铸件产生热裂的称为收缩肋；另一种防止铸件产生变形的称为拉肋。这里需要设置肋板，称为收缩肋，=10mm为铸件壁厚这里取肋板厚度t=1/3=3mm，长度为l=10t=30mm，高度h=27mm。5.4绘制铸造工艺图要考虑是否画出工艺余块。可根据题目给出的对机件的质量要求决定，见图5-4。图5-4 铸造工艺图5.5浇注系统设计5.5.1生产中常用的几种浇注系统浇注系统按照各单元的比例分类分为：封闭式，开放式，半封闭式，封闭-开放式。按内浇道在铸件上的注入位置分类，又分为：顶部浇注，中间浇注底部注入，和分层注入。5.5.2本题目铸件采用的浇注系统浇注系统是砂型中引导液态金属进入型腔的通道。合理的浇注系统设计，应根据铸件的结构特点、技术条件、合金种类，选择浇注系统结构类型，确定引入位置，计算节目尺寸等。浇注系统的设计应遵循的原则如下：（1）引导金属液平稳、连续的充型，避免由于端流过度强烈而造成夹卷空气，产生金属氧化物夹杂和冲刷型芯。（2）充型过程中流动的方向和速度可以控制，保证铸件轮廓清晰、完整。（3）在合适的时间内充满型腔，避免形成夹砂、冷隔、皱皮等缺陷。（4）调节铸型内的温度分布，有利于强化铸件补缩，减少铸造应力，防止铸件出现变形、裂纹等缺陷。（5）具有挡渣、溢渣能力，净化金属液。（6）浇注系统结构应当简单、可靠，减少金属液消耗，便于清理。一般铸件的浇注系统由以下4部分组成：外浇口、直浇道、横浇道、内浇道3。据铸件合金的种类，铸造性能特点，铸件的高度尺寸，结合所采用的铸造工艺，参考同类铸件的生产经验，确定采用普通砂型铸造。5.5.3内浇道在铸件上开设位置、内浇口引入方向的设计及内浇道数量A、顶部注入：基本形式、雨淋式、压边式、楔形式、搭边式。B、中间注入：基本形式、阻流式、稳流式、锯齿式、过滤网式。C、底部注入：基本形式、底雨淋式、牛角式、阶梯式、垂直缝隙式。结论：根据以上各种浇注系统的比较，并结合本铸件的结构特征，选用中间注入，这种浇道的结构如图所示。5.5.4浇注系统尺寸的设计1）浇注时间的计算首先先计算铸件的质量,如图，该零件的截面积分为4个部分，如图5-5： 图5-5 零件分成四个部分计算 对于铸件毛坯S1=r2=1.352=5.723cm2 （5-4） V1=S1*h=S1*2=11.446cm3 （5-5） 对于S2我们近似取一半圆作为计算：及S2= (R2-r2)= （2.72-1.82）=12.717cm2 （5-6）V2=S2*h=12.717*1.2=15.26cm3 （5-7）对于S3=L*2R-（S1/2+S2）- 12R*L =8.722cm2 （5-8）V3=S3*h=8.722cm3 （5-9）工艺肋截面积取近似三角形计算：S4=1/2l*h=1.62cm2 （5-10）V4=S4*=0.486cm3 （5-11）v总=V1+V2+V3+v4=35.914cm3 （5-12）对于灰铸铁件，通常取密度=0.0069kg/cm3GL=V总=0.248kg （5-13）对于重量小于450kg的形状复杂的薄壁铸铁件，其浇注时间可按经验公式 t=SGL （5-14） 式中t浇注时间（s）；GL型内金属液总总重量，包括浇，冒口系统重量（kg）；S系数，取决于铸件壁厚，由表5-9查处。表5-9 因数s和铸件壁厚的关系铸件壁厚/mm2.53.53.58.08.015系数S1.631.852.2S根据本铸件壁厚最大壁厚为16.6，平均壁厚为10，超过915的最高限，因此估算取值为2.0。而根据铸造手册查得，浇冒口重量占铸件毛坯重量的35%，因此 t=SGL=2*0.248(1+0.35)=1.2s。 （5-15）5.5.5浇注系统结构尺寸的设计型腔内液面上升速度的计算： 对于大型铸件和复杂的薄壁铸件，金属液在型腔内的上升速度也是应该考虑的因素，因此上升速度太慢，易使铸件产生冷隔、浇不到、夹砂等缺陷。本铸件为薄壁铸件，因此需考虑上升速度，公式如下： =（A+25.4B）2.25GL=0.28kg/s （5-16）式中浇注速度（kg/s）； GL型内金属液总质量（包括浇、冒口系统重量）（kg）； A系数（铸铁为0.9）； B系数（铸铁为0.833）；计算平均压力头和最小剩余压力头（要画出平均压力头和剩余压力头计算示意图）适当的浇注时间，是通过合理的确定内浇道截面积来实现的，而内浇道截面积又是利用水力学公式来计算的，选用公式法之截面比设计法即 A内= Gl(0.170.2)thp =0.34cm2 （5-17） 式中A内内浇道截面积 Gl铸件浇注总重量浇注时间平均压力头式中的值确定方法如下：（1）确定平均压力头及最小剩余压力头：通常是按直浇道压力所做的功来计算平均压力头的。 （5-18） 由于金属液注入型腔的位置不同，平均压力头的值夜不同，如下三种情况：顶注时： （5-19）中注时： （5-20） 底注时： （5-21） 本铸件选用的是底部浇注，由公式计算得：Hp=15cm，Hp=H0-0.5hc （5-22）5.5.6确定浇注系统各组元的比例内浇道的总截面积确定之后，根据不同的合金和不同的铸件特点，选择浇注系统个组元的比例关系。在这里选择中小型铸件砂型铸造： （5-23）5.5.7计算各组元截面积横浇道和直浇道的截面积可根据选定的各组元的比例关系，以及通过计算所得内浇道总截面积，就可依次算出来。 A内=0.34cm2 A横=0.37cm2 A直=0.51cm2 根据铸造手册等资料上的经验数据表5-10：表5-10 适用于中、小铸铁件浇注系统A内截面积参考数据铸件重量 GL/kg铸 件 壁 厚 /mm5510101515252540内 浇 道 横 截 面 积 /cm2 10.60.60.40.40.4130.80.80.60.60.6所以在此，该题目选用A内=0.4cm2，这样修正后的截面积就为 A内=0.4c