【工装夹具类】左诱导轮支架铸造工艺设计【7张图纸】
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【工装夹具类】左诱导轮支架铸造工艺设计【7张图纸】,工装,夹具,诱导,引诱,支架,铸造,锻造,工艺,设计,图纸
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哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计（论文）中期报告 题 目：左诱导轮支架铸造工艺设计 系 （部） 机电工程系 专 业 材料成型及控制工程 学 生 唐北京 学 号 1089522123 班 号 0895221 指导教师 梁维中 中期报告日期 哈工大华德学院 说 明 一、中期报告应包括下列主要内容： 1论文工作是否按开题报告预定的内容及进度安排进行； 2目前已完成的研究工作及成果； 3后期拟完成的研究工作及进度安排； 4存在的困难与问题； 5如期完成全部论文工作的可能性。 二、中期报告由指导教师填写意见、签字后，统一交所在系（部）保存，以备检查。 指导教师评语： 指导教师签字： 检查日期： 第一章 已完成项目 结构工艺性 零件结构铸造工艺性是指零件的结构应符合铸造生产的要求，易保证铸件的品质，简化铸造工艺过程和降低成本。 左诱导轮支架结构具有如下特点： 1壁厚合适，最小壁厚为 14足表 3要求的最小壁厚。铸造时能有效的避免浇不到、冷隔等缺陷，保证有良好的充型。 2零件最大壁厚 70厚 分布有利于实现顺序凝固，但在厚壁处热节太大，导致中心部分晶粒粗大，容易出现缩松和缩孔缺陷，降低力学性能。 3铸件没有长板，长箱体等易产生翘曲变形的结构，虽铸件收缩较大，但铸造时不用考虑变形。 4在铸件的壁厚处有圆角过渡，使铸件在凝固收缩时阻力较小，减小了热裂的产生 。 （ 1）铸件的最小壁厚 查铸造手册（ 5）铸造工艺表 3知 当铸件最大轮廓尺寸为 400800最小壁厚为 12本课题中的最小壁厚为 14，所以铸件可铸出。 表 2砂型铸造时铸件的最小允许壁厚 合金种类 铸件的轮廓尺寸 000 低合金钢 89 910 12 16 20 25 （ 2）铸造斜度 查铸造手册（ 5）铸造工艺表 3知 斜度 a： h 角度 B 使用范围 1:100 5 度 30分 h=25根据农机左诱导轮在生产实际中的情况，选择树脂 砂。树脂砂强度高、硬化快、效率高、粉尘少，一般不需要烘干。适用于中型钢、铁、铝、铜铸件单体或者批量生产。 选择塑料模造型：模样轻、造型方便、因有脆性，修复不便，铸件尺寸精度较高，适用寿命也较长，用于大量、成批生产的中小简单件。 砂型成型紧实方式 ： 手工造型，两箱造型。 铸件的浇注位置是指铸件在铸型内浇注时的所处的位置。 浇注位置是根据零件的结构特点、尺寸、重量、技术要求、铸造合金特性、铸造方法及生产车间的条件决定的。 正确的浇注位置应能保证获得健全的铸件，并使造型、造 芯和清理方便。浇注位置的选择，主要是保证铸件质量为出发点。因此在铸件工艺设计时，要根据 技术要求，先找出铸件质量要求高的部位和容易产生缺陷的部分，将这些部分放在有利的位置，保证其质量要求。 经分析铸件的结构，根据合金的凝固理论的研究和生产的经验确定该铸件的浇注位置有以下图 2 图 2 图 2分析：方案一的顶部上表面是一个类似于圆台的结构，在铸后要机械加工，所以能保证铸件质量 ,且表面结构简单，有益于冒口的安放，有益于实现顺序凝固。而方案二的顶部上表面为非加工面，且不平整，结构复杂，有凸台、凹坑等，所以若浇注位置选方案二，则上表面的质量无法保证，且将 给机械加工带来很大的不便。方案一所示浇注位置较方案二有以下优点， 综上所述：选择方案一所示浇注位置。 合理的选择分型面对于简化铸造工艺、提高生产率、 降低成本、提高铸件质量等都有之直接关系。分型面的选择尽量与浇注位置保持一致，避免合型后翻转砂箱。根据分型面的选择原则与铸件的结构特征，分型面的选择考虑了图 21处分型面为方案一， 2处分型面为方案二。 图 2型面选择的两种方案 方案一特点： 优点： （ 1）该平面有利于起模，便于造型； （ 2）铸件内部空腔通过砂芯解决，主要砂芯放在下半型中，有利于下芯、合型和检查型腔尺寸； 下 上 （ 3）铸件的大部份置于同一半型内； （ 4）易于铸件清理。 缺点： （ 1）在浇注时，金属液对垂直砂芯冲刷，容易发生偏芯。 （ 2）砂箱高度较高，对起模有一定不利影响。 方案二特点： 优点： （ 1） 分型面为铸件横向最大平面。 缺点： （ 1）铸件几乎平分于两个半型，对铸件的精度和铸件成分的同一性有不利影响； （ 2）分型面虽然是铸件横向的最大平面，但是由于 1 处凸台的影响，非常不利于起模，造型。 对两种方案进行分析对比，在充分保证铸件质量的前提下，综合考虑以上两种分型，最终采用分型方案一。 砂芯的功用是形成铸件的内腔、孔和铸件外形的不能出 砂的部位。砂芯应满足以下的要求：砂芯的形状、尺寸及在砂型中的位置应符合铸件要求，具有足够的强度和刚度，在铸件形成的过程中砂芯所产生的气体能及时的排出型外，铸件收缩时阻力小及容易清砂。砂芯主要靠芯头固定在砂型上。本设计中总共用到 4个砂芯，其位置与形状大致如图 2 图 2件所需用砂芯的形状 选用树脂砂芯，利用芯盒手工造芯。用芯盒内表面形成砂芯的形状，此种方法使砂芯尺寸精确，且可制造小而复杂的砂芯。 一般用芯头来固定，也有用芯撑或铁丝来 固定。本设计中的 1、 2、 3、 4号砂芯都为垂直砂芯，采用以下固定形式： 1用上芯头固定， 2、 3、 4用下芯头固定如图 2查公式： 2 式中 浇注时间（ s） m 铸件重量（ A， n 系数，取决于铸件壁厚 该铸件的体积为： 其密度为： 10以铸件的质量为： 10铸造工艺学表 3 A= n=当 以的取值范围为 注时间的校核 型内金属液面上升速度 V 型 /型 某段）的高度 浇注某段铸件时间） 从理论上看，存在着 V 型 止浇不到、冷隔和夹砂等缺陷）和 V 型 证型内排气和防止过度紊流 )两个极限值，合适的浇注 时间应满足如下条件：存在着 V 型 止浇不到、冷隔和夹砂等缺陷）和 V 型 保证型内排气和防止过度紊流 )两个极限值，合适的浇注 时间应满足如下条件： V型 m 对于铸钢铸件，一般只核算最小上升速度，该铸件壁厚在 14对整个铸件而言壁厚较厚，查铸造工艺学表 3 V型 0mm/s,该铸件高度约为 360大浇注时间为 360/20=18s。 根据本铸件的壁厚特点，为了减少充型期间对砂型上表面的热作用时间，防止夹砂结疤、粘砂、冷隔、浇不足等缺陷，该件选择快浇，而且对于铸钢件，快浇可充分利用共晶膨胀消除缩孔缩松缺陷。 本铸件质量 12150，查表 3般取 12 20秒，结合本铸件最终确定浇注时间为 18秒。 第二章 未完成项目 第三章 未解决的难点 基本按原计划完成该 设计的 进程。 设计步骤 已基本完成。存在的问题是铸件出品率太低 ，这一问题 可以通过后续的减少冒口体积来改善 。 故 本课题 主要 将 设计方案尽量优化，以达到对实际生产有一定的指导意义 。 第四章 日程安排 进行芯核的校核及 铸造工艺设计参数的确定 ， 绘制 工艺图、合箱图、 芯核图。 进行论文的撰写。 准备毕业论文答辩 。 第五章 完成全部毕业设计的可能性 根据日程和时间的安排，可以按时完成毕业设计 哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计（论文） 题 目 左诱导轮支架铸造工 艺设计 专 业 材料成型及控制工程 学 号 1089522123 学 生 唐北京 指 导 教 师 梁维中 答 辩 日 期 2011 年 12 月 26 日 哈工大华德学院 哈工大华德学院毕业设计（论文）评语 姓名： 唐北京 学号： 1089522123 专业： 材料成型及控制工程 毕业设计（论文）题目： 左诱导轮支架铸造工艺设计 工作起止日期： 2011 年 10 月 9 日起 2011 年 12 月 20 日止 指导教师对毕业设计（论文）进行情况，完成质量及评分意见： _ 指导教师签字： 指导教师职称： 评阅人评阅意见： _ _ _ _ 评阅教师签字： _ 评阅教师职称： _ 答辩委员会评语： _ 根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定： 学生 毕业设计（论文）答辩成 绩评定为： 对毕业设计（论文）的特殊评语： _ 答辩委员会主任（签字）： 职称： _ 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员（签字）： _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 年 月 日 哈工大 华德学院 毕业设计（论文）任务书 姓 名： 唐北京 院 （系）： 机电与汽车工程 学院 专 业： 材料成型及控制工程 班 号： 0895221 任务起至日期： 2011 年 10 月 9 日至 2011 年 12 月 20 日 毕业设计（论文）题目： 左诱导轮支架铸造工艺设计 立题的目的和意义： 在实际的铸造生产当中，铸造工艺设计非常重要。通过本次毕业设计，全面系统地掌握铸造工艺设计及工装设计的一般方法。能够正确合理地确定铸造分型面及浇注位置 ，并根据 金特点选择合理的浇注系统。 掌握计算机辅助设计软件在铸造工艺设计中的应用。 技术要求与主要内容： 技术要求： 2,铸造斜度不大于 3； 55痕直径 0，深度达 5 不聚集疵孔不超过 5 个时允许不补焊； 20至螺纹外径； 112， 216 的圆柱表面上最大尺寸达 10，深度达 5 不聚集疵孔不超过 5 个时允许不补焊； 铁红 I2009 壁在 1/3 圆周上允许减薄到 18 不小于 15 时允许补焊； 2 20 长度内允许有 2 扣断扣，孔数不多于 2 个； 主要 内容 :： 左诱导轮支架 铸造工艺性的分析； (2) 浇注位置的确定； (3) 结合分型面的选择原则，确定 铸造 分型面； (4) 造型、造芯方法的选择及砂芯的设计； (5) 铸造工艺设计参数的确定 ； （ 6） 浇注系统设计 ； （ 7）铸造工装设计 ； 进度安排： 第一阶段：开题 10 月 19 日 10 月 30 日（ 2 周） 第二阶段：设计阶段（实验工作阶段） 11 月 2 日 12 月 18 日（ 7 周） 第三阶段：撰写毕业设计论文与准备答辩 12 月 21 日 元 月 1 日 （ 2 周 ） 同组设计者及分工： 同组设计者：李唯、刘洪臣、王兴业、马俊峰 分工：每人一个不同的设计任务，各自独立完成。 指导教师签字 _ 年 月 日 系（ 教研室 ） 主任意见： 系（ 教研室 ） 主任签字 _ 年 月 日 哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计（论文）开题报告 题 目：左诱导轮支架铸造工艺设计 系 （部） 材料工程系 专 业 材料成型及控制工程 学 生 唐北京 学 号 1089522123 班 号 0895221 指导教师 梁维中 开题报告日期 哈工大华德学院 说 明 一、开题报告 应包括下列主要内容： 1通过学生对文献论述和方案论证，判断是否已充分理解毕业设计（论文）的内容和要求 2进度计划是否切实可行； 3是否具备毕业设计所要求的基础条件。 4预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施； 5主要参考文献。 二、如学生首次开题报告未通过，需在一周内再进行一次。 三、开题报告由指导教师填写意见、签字后，统一交所在系（部）保存，以备检查。 指导教师评语： 指导教师签字： 检查日期： 一、设计的内容、技术要求 利用 设计软件，完成该铸件的三维实体造型设计，在查阅相关设计资料和分析该铸件铸造成型工艺性基础上进行总体的方案设计及可行性分析。在完成铸件参数计算和结构设计的基础上，利用 计软件完成铸件的毛坯图、工艺图、合箱图、模板图及芯核图等；最后完成设计计算说明书的编写。 该毕业设计所要铸造的零件，如下图。材料： 件二维图 零件三维图 （ 1） 性能及铸造工艺特点： 较高的强度、塑 性及韧性， 重型机械中用于制造承受大负荷的零件，如轧钢机机架、水压机底座等；在铁路车辆上用于制造受力大又承受冲击的零件如摇枕、侧架、车轮和车钩 。但其 流动性差，容易形成冷隔。钢水温度高，体收缩和线收缩比较大，易缩孔缩松，热烈冷冽倾向大，氧化吸气较大，易产生夹渣的气孔，粘砂比较严重 1) 型砂性能要求更高（如强度、耐火度、透 气性等）。为防止粘砂，铸型表面应涂上一层耐火材料。 (2) 为使钢液顺利地流动、充型、补缩，使用更多的冒口和冷铁。 (3) 要严格控制浇注温度，避免过高（使钢液易氧化）或过低（使流动性降低）。 （ 2）技术要求： 2,铸造斜度不大于 3； 2热处理硬度 255痕直径 0，深度达 5 不聚集疵孔不超过 5 个时允许不补焊； 20至螺纹外径； 112， 216 的圆柱表面上最大尺寸达 10，深度达 5 不聚集疵孔不超过 5 个时允许不补焊； 7外表面 T铁红 2009 壁在 1/3 圆周上允许减薄到 18 不小于 15 时允许补焊； 2 20 长度内允许有 2 扣断扣，孔数不多于 2 个； 二、目的和意义 在实际的铸造生产中，铸造工艺设计十分重要。通过本次毕业设计来设计铸造出合格的左诱导轮支架，且铸件的外观尺寸符合要求，没有内部组织、力学性能和残余应力等缺陷，符合实际生产的需要。并 全面的了解和掌握铸造工艺设计的过程和一般方法。 铸造碳钢具有较高的强度、塑性和韧性，成本较低，在重型机械中用于制造承受大负荷的零件，如轧钢机机架等。采用合理的铸造工艺，可生产出性能更好的产品，提高生产率，降低生产成本，提高市场竞争力，扩大铸钢的应用范围。因此采用铸钢材料设计铸件具用十分重要的意义。 三、综合论述 1、国内铸造工艺发展情况 铸造生产是一种金属加工的方法，应用这种方法可以制成机器零件的毛坯、半成品甚至成品。 铸造生产是机器制造中的头道工序，它直接影响到整体机器的生产它在汽车、 拖拉机、机 床、飞机、船舶、工程机械设备等各种机器生产中都占有重要地位据统计，在一般设备中，铸件质量约占机械设备总质量的 50% 90%，一辆汽车中铸件质量约占40% 60%，一台拖拉机中铸件质量约占 70%以上，而一台机床中铸件质量约占 70% 85%等等 1。可见铸造生产出的铸件在国民经济的各个部门都占有相当的比重 。 我国在铸造技术方面，已有 5000 多年的悠久历史，是世界上应用铸造技术最早的国家。我国古代铸造技术居世界前列 ,勤劳智慧的中华名族在铸造技术方面做出了伟大的贡献。但是解放前，由于三座大山的残酷统治下，我国工 业生产水平大大的落后了，铸造生产也长期处于落后状态。解放后，我国工艺水平也有了很大的发展和提高，尤其是改革开放以来随着我国国民经济的大发展，铸造生产也突飞猛进 2。 中国是当今世界上最大的铸件生产国家，据资料介绍，我国铸造产品的产值在国民经济中约占 1%左右。最近几年，铸件进出口贸易增长较快，铸件的产量已达到 9%左右。我国铸造厂点多达 2 万多个，铸造行业从业人员达 120 万之多。“长三角”地区的铸件产量占全国的 1/3，该地区主要以民营企业为主，汽车和汽车零部件行业的发展有力地拉动了铸造行业的发展 3。 轿车气 缸体铸件能力。尤其山西有丰富的生铁、煤炭、铝镁、电力、劳力资源、使山西的铸造产业有得天独厚的优势，具有 500 个铸造企业， 80%为民营企业。山西国际、河津山联、山西华翔年产量分别达 4 万 t、 2 万 t、 12 万 t。“东三省”有一汽集团、哈飞集团等骨干汽车企业带动了汽车铸件产量的增长。一汽集团铸造公司，已经形成 40万 t 铸件的生产能力。“珠江三角洲”压铸行业发达，有 700 多个压铸企业，年产量达20 万 t。东风日产、广州本田、广州丰田和零部件企业有力带动了压铸业的发展，轿车气缸体、气缸盖的压铸件产量逐年增长。 但是 我国铸造 行业中多数以上的铸造车间属于单件、小批量、多品种生产。 生产出的铸件尺寸精度低，表面质量差，能源和原材料消耗多，生产效率低，劳动强度大，企业的效益差 4。 2、国外铸造工艺发展情况 近几年来，全球铸造业持续增长。巴西铸件产量增长最快，达到 而发达国家的铸件增长率普遍较低。美国铸件产量自 2000 年以来，已经退居到第 2 位。 2004 年美国铸件总产量为 1231 万 t，其中灰铁件占 35%、球铁件占 33%、铸钢件占 铝合金件占 16%。从需求上看，球铁铸件和铝铸件的需求在增长。 2003 年进口铸件占总需求 的 1 5%，进口铸件的价格比美国国内低 20% 50%5。近年来因铸造环保要求高、能源消耗大、劳动力昂贵等原因，美国大型汽车公司生产普通汽车铸件的铸造厂纷纷关闭，逐步将铸件的生产转向中国、印度、墨西哥、巴西等发展中国家。日本的铸造业不景气，其从业人员在减少。 2004 年日本铸件总产量为 639 万 t，其中灰铁件占 42%、球铁件占 30%、铸钢件占 4%、铝合金件占 21%。从需求上看，球铁铸件和铝铸件的需求在增长。日本铸造界在技术创新方面作了大量工作，开发了球型低膨胀铸造砂、高减振铸铁材料、中硅耐热球铁等材料。其真空 压铸的铸件能焊接和热处理，半固态铸造生产用于汽车铝轮毂，提高了强度和伸长率。镁合金压铸进一步发展，并取代重力铸造，其性能提高，成本降低。 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） 6。 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。在铸造生产的过程中，从严执行技术标准，铸件的废品率仅为 2%总体上国外铸造的机械化、智能化水平比较高 7。 四、研究的方法和手段 首先了解铸件的材料，不同材质对铸造过程有着不同的程度影响，映射着该件易出现的问题。 利用 绘图软件 ,了解铸件的尺寸、结构特点和技术要求等等。依据铸造相关的手册确定机械加工余量， 绘制铸件图。正确选择浇注位置、合理的分型面，设计辅助砂芯，并给予最适合充型的浇注方式。 最终确定左诱导轮支架铸造方案和工艺 做到用最合适的工艺，铸出性能最好的铸件，避免缺陷的产生，实现较高的工艺出品率。 五、可行性分析 依据铸造手册，以及利用 绘图软件，对铸件的尺寸、公差、和技术要求等进行分析。依据理论知识和所提供的数据做出合理的铸造工艺方案，且根据学校提供的设备和资料以及时间进程的安排可知该课题切实可行 六、设计进度安排 题 2 周） 解所要完成的工作任务； 计阶段 7 周） 定 铸造 分型面； 芯方法的选择及砂芯的设计； 写毕业设计论文与准备答辩 2 周） 七、参考文献 造工艺学 西北工业大学出版社， 1993 造手册 械工业出版社， 1998 铸造手册 (第 5卷 )铸造工艺 2机械工业出版社 ,2003 赵成志主编 机械工业出版社 铸造工艺设计基础 北京 .：机械工业出版社， 1981 最新金属材料牌号、性能、用途及中外牌号对照速用速查实用手册 4197. 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） I 摘 要 本文进行了左诱导轮支架零件的铸造工艺设计。 诱导轮支架选用砂型铸造，该铸件为两件小批量生产的大型件，且其形状、结构较复杂。通过分析该铸件结构，为简化铸造工艺 ,合理选择分型面。分型面的选择与浇注位置保持一致，避免合型后翻转砂箱。同时砂芯的形状、尺寸及在砂型中的位置符合铸件要求，在铸件形成的过程中砂芯所产生的气体能及时的排出型外，保证铸件的质量。 为提高零件铸造的可行性、保证充型顺利，特开设一 组 直浇道 、 两组 横浇道及内浇道。通过 面绘图，并用 三维实体造型，最终设 计出了最佳的铸造工艺方案。 关键词 ： 工艺设计、 铸造、 实体造型、分型面 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） of of is By of to a of is of in in of of by to of To of to a a of E of 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 录 摘 要 I 1 章 绪论 1 究目的及意义 1 内外铸造发展的状况 1 内铸造工艺发展情况 1 外铸造工艺发展情况 2 性能及铸造工艺特点 3 设计的具体内容 4 章小结 4 第 2 章 诱导轮支架的性能分析 5 化学成分及力学性能 5 熔炼工艺 5 诱导轮支架的技术要求 6 件实体图 6 要技术要求 8 章小结 9 第 3 章 铸造工艺方案的确定 10 件结构的铸造工艺性 10 诱导轮支架的结构工艺性 10 件质量对零件结构要求 11 型、造芯方法的选择 11 注位置的确定 12 型面的选择 13 箱中铸件数目的确定 14 章小结 14 第 4 章 砂芯设计及铸造工艺参数设计 15 芯、芯头的设计 15 芯数量的确定 15 芯的固定和定位 16 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 1#砂芯的设计与校核 17 #砂芯的设计与校 核 18 #砂芯的设计与校核 20 #砂芯的设计与校核 21 #砂芯的设计与校核 23 造工艺设计参数 24 件尺寸公差 25 械加工余量 25 造收缩率 26 模斜度 26 小铸出孔及槽 27 型负数 27 章小结 29 第 5 章 浇注系统及冒口的设计 30 注系统的类型及选择 30 注时间的确定 30 定浇口比及各浇道的设计与计算 31 定浇口比 31 流截面积计算 32 浇道的设计与计算 32 口的设计与计算 34 章小结 34 第 6 章 铸造工艺装备的设计 36 样的设计 36 样材料的选择 36 样的尺寸和等级 36 模的坯料拼接 37 盒的设计 37 盒材料的确定及结构形式 37 质芯盒的结构设计 37 箱的确定 38 件的后续处理 38 章小结 38 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） V 结 论 38 致 谢 40 参考文献 41 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 1 第 1 章 绪论 究目的及意义 在实际的铸造生产中，铸造工艺设计十分重要。通过本次毕业设计来设计铸造出合格的左诱导轮支架，且铸件的外观尺寸符合要求，没有内部组织、力学性能和残余应力等缺陷，符 合实际生产的需要。并全面的了解和掌握铸造工艺设计的过程和一般方法。 铸造碳钢具有较高的强度、塑性和韧性，成本较低，在重型机械中用于制造承受大负荷的零件，如轧钢机机架等。采用合理的铸造工艺，可生产出性能更好的产品，提高生产率，降低生产成本，提高市场竞争力，扩大铸钢的应用范围。因此采用铸钢材料设计铸件具用十分重要的意义。 内外铸造发展的状况 内铸造工艺发展情况 铸造生产是一种金属加工的方法，应用这种方法可以制成机器零件的毛坯、半成品甚至成品。 铸造生产是机器制造中的头道工序，它直接影响到 整体机器的生产它在汽车、拖拉机、机床、飞机、船舶、工程机械设备等各种机器生产中都占有重要地位据统计，在一般设备中，铸件质量约占机械设备总质量的 50% 90%，一辆汽车中铸件质量约占40% 60%，一台拖拉机中铸件质量约占 70%以上，而一台机床中铸件质量约占 70% 85%等等 1。可见铸造生产出的铸件在国民经济的各个部门都占有相当的比重。 我国在铸造技术方面，已有 5000 多年的悠久历史，是世界上应用铸造技术最早的国家。我国古代铸造技术居世界前列 ,勤劳智慧的中华名族在铸造技术方面做出了伟大的贡献。但是解放 前，由于三座大山的残酷统治下，我国工业生产水平大大的落后了，铸造生产也长期处于落后状态。解放后，我国工艺水平也有了很大的发展和提高，尤其是改革开放以来随着我国国民经济的大发展，铸造生产 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 2 也突飞猛进 2。 中国是当今世界上最大的铸件生产国家，据资料介绍，我国铸造产品的产值在国民经济中约占 1%左右。最近几年，铸件进出口贸易增长较快，铸件的产量已达到 9%左右。我国铸造厂点多达 2万多个，铸造行业从业人员达 120 万之多。“长三角”地区的铸件产量占全国的 1/3，该地区主要以民营企业为主，汽车和汽车零部件行业的发展有力地 拉动了铸造行业的发展 2。 轿车气缸体铸件能力。尤其山西有丰富的生铁、煤炭、铝镁、电力、劳力资源、使山西的铸造产业有得天独厚的优势，具有 500个铸造企业， 80%为民营企业。山西国际、河津山联、山西华翔年产量分别达 4 万 t、 2 万 t、 12 万 t。“东三省”有一汽集团、哈飞集团等骨干汽车企业带动了汽车铸件产量的增长。一汽集团铸造公司，已经形成 40 万 t 铸件的生产能力。“珠江三角洲”压铸行业发达，有 700 多个压铸企业，年产量达 20 万 t。东风日产、广州本田、广州丰田和零部件企业有力带动了压铸业的发展，轿车气缸体、气缸盖的 压铸件产量逐年增长。 但是我国铸造行业中多数以上的铸造车间属于单件、小批量、多品种生产。生产出的铸件尺寸精度低，表面质量差，能源和原材料消耗多，生产效率低，劳动强度大，企业的效益差 5。 外铸造工艺发展情况 近几年来，全球铸造业持续增长。巴西铸件产量增长最快，达到 而发达国家的铸件增长率普遍较低。美国铸件产量自 2000年以来，已经退居到第 2 位。 2004 年美国铸件总产量为 1231 万 t，其中灰铁件占 35%、球铁件占 33%、铸钢件占 铝合金件占16%。从需求上看，球铁铸件和铝铸件 的需求在增长。 2003 年进口铸件占总需求的 15%，进口铸件的价格比美国国内低 20% 50%5。近年来因铸造环保要求高、能源消耗大、劳动力昂贵等原因，美国大型汽车公司生产普通汽车铸件的铸造厂纷纷关闭，逐步将铸件的生产转向中国、印度、墨西哥、巴西等发展中国家。日本的铸造业 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 3 不景气，其从业人员在减少。 2004 年日本铸件总产量为 639 万 t，其中灰铁件占 42%、球铁件占 30%、铸钢件占 4%、铝合金件占 21%。从需求上看，球铁铸件和铝铸件的需求在增长。日本铸造界在技术创新方面作了大量工作，开发了球型低膨胀铸造砂、高减 振铸铁材料、中硅耐热球铁等材料。其真空压铸的铸件能焊接和热处理，半固态铸造生产用于汽车铝轮毂，提高了强度和伸长率。镁合金压铸进一步发展，并取代重力铸造，其性能提高，成本降低。 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） 4。 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。在铸造生产的过程中，从严执行技术标 准，铸件的废品率仅为 2%总体上国外铸造的机械化、智能化水平比较高 5。 性能及铸造工艺特点 高的强度、塑性及韧性，重型机械中用于制造承受大负荷的零件，如轧钢机机架、水压机底座等；在铁路车辆上用于制造受力大又承受冲击的零件如摇枕、侧架、车轮和车钩。但其流动性差，容易形成冷隔。钢水温度高，体收缩和线收缩比较大，易缩孔缩松，热烈冷冽倾向大，氧化吸气较大，易产生夹渣的气孔，粘砂比较严重 。 (1) 型砂性能要求更高（如强度、耐火度、透气性等）。为防止粘 砂，铸型表 面应涂上一层耐火材料。 (2) 为使钢液顺利地流动、充型、补缩，使用更多的冒口和冷铁。 (3) 要严格控制浇注温度，避免过高（使钢液易氧化）或过低（使流动性降低）。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 4 设计的具体内容 1、本文主要对 诱导轮支架铸造工艺进行设计。 （ 1）审查零件结构，确定最佳的浇注位置和分型面； （ 2）选择最优的造 型、制芯方法 ； （ 3） 浇注系统的设计则采用新颖的砂箱式浇口杯来实现两组浇注系统的同注 ； 2、在确定了铸造工艺方案后，对铸造工艺装备进行设计。 经过对铸件及砂芯的结构形 状的分析，为节约成本及简化工艺，模样与芯盒的设计则选择了木质材料，对木质模样及芯盒进行可行性的设计。 3、利用计算机技术来辅助铸造工艺的设计。 主要采用 诱导轮支架零件进行平面图的绘制；利用 软件对该零件进行三维实体造型，更加直观的表达出设计内容。 面图主 要包括：零件图，毛培图，工艺图 ，芯盒图。 章小结 本章主要对铸造的发展和 性能及铸造工艺特点 进行分析 ，为下一章的设计奠定基础。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 5 第 2章 诱导轮支架的性能分析 化学成分及力学性能 和锰钢相比， 高温下具有较高的屈服强度，室温下屈服强度和抗拉强度都比较高，无明显回火脆性和有较好的淬透性。 铸造锰钼钢的化学成分和力学性能如表 2表 2示。 表 2化学成分（ %） 钢号 C S,P 7 = 2力学性能 钢号 热处理 s b 5 k （ （ %） （ %） （ J/ 调质 265 471 19 40 50 156 熔炼工艺 熔炼工艺： 用氧化法可以冶炼各种低、中合金钢，其冶炼方法与碳钢相似。在工艺上应注意掌握合金的加入和加入量。 1 熔化期 通 电熔化用允许最大功率通电，熔化炉料。 助熔推料助熔。熔化后期，加入适量的渣料造渣。炉料熔化60%，可吹氧助熔。 取样扒渣炉料熔清后，充分搅拌钢液，取一号钢样，分析 C、 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 6 P，保持渣量 3%左右。 2 氧化期 脱碳当钢液温度达到 1560以上时，可进行吹氧脱碳或吹氧氧压力 估计钢液含碳量低至规格下线时，停止供氧，充分搅拌钢液，取二号钢液分析 C、 P、 3 还原期 扒渣出去全部氧化渣，加入锰铁，并加入 2%料，造稀薄渣。 还原稀薄渣形成后，加入还原渣 料，恢复通电，进行还原。钢液在良好的还原渣下保持的时间一般不小于 20 取样充分搅拌，取三号样，分析 C、 P、 S 并取渣样分析。 调整成分根据钢样分析结果，调节钢样的化学成分。 测温测量钢液的温度，并做圆环试样，检查钢液的脱氧情况。 4 出钢 钢液温度符合要求，圆环试样收缩良好，停电，升高电极，插铝，出钢。 其中出钢浇铸时要注意： 1）当钢液温度、化学成分、脱氧情况符合要求时，插铝终脱氧，停电清炉出钢。钢液出炉后在包内钢液表面上加覆盖剂，镇静3浇铸。 2）出炉后检测： 勤观察炉况变化，用化学分析法与直读式光谱仪分析钢的化学成分，炉前浇铸圆环试样检查脱氧情况，用热电偶 测 量 钢 液 温 度 ， 出 钢 温 度 1600 ， 浇 铸 温 度1540 9。 诱导轮支架的技术要求 件实体图 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 7 诱导轮支架为高强度优质件，其形状、a）、（ b）所示 。 （ a） 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 8 （ b） 图 2诱导轮支架 的形状及结构 要技术要求 2,铸造 斜度不大于 3； 55痕直径 0，深度达 5 不聚集疵孔不超过 5个时允许不补焊； 20至螺纹外径； 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 9 112， 216 的圆柱表面上最大尺寸达 10，深度达 5 不聚集疵孔不超过 5 个时允许不补焊； 铁红 I2009 壁在 1/3 圆周上允许减薄到 18 不小于 15 时允许补焊； 2 20 长度内允许有 2 扣断扣，孔数不多于 2 个 ； 章小结 本章主要对 诱导轮支架的性能分析 和零件技术要求的了解，为下一章铸造工艺方案的确定打下基础。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 10 第 3 章 铸造工艺方案的确定 根据 合金特性、左诱导轮支架的结构、产品质量要求和生产批量，合理选择铸造工艺方法，不仅要确保产品质量，还需要提高生产效率，降低成本，提其高经济效益。 件通常采用砂型铸造和金属型铸造，由于左诱导轮支架尺寸较大，生产数量 为 2 件，制作金属型的成本较高，工作不方便灵活，且砂型铸造的生产周期短、成本低，因此选用砂型铸造。 砂型铸造工艺方案通常包括下列内容 :审查零件结构的铸造工艺性，造型、造芯方法的选择，浇注位置的确定，分型面的选择。 件结构的铸造工艺性 诱导轮支架的结构工艺性 零件结构铸造工艺性是指零件的结构应符合铸造生产的要求，易保证铸件的品质，简化铸造工艺过程和降低成本。 左诱导轮支架结构具有如下特点： 1 壁厚合适，最小壁厚为 14足表 3要求的最小壁厚。铸造 时能有效的避免浇不到、冷隔等缺陷，保证有良好的充型。 2 零件最大壁厚 65厚分布有利于实现顺序凝固，但在厚壁处热节太大，导致中心部分晶粒粗大，容易出现缩松和缩孔缺陷，降低力学性能。 3 铸件没有长板，长箱体等易产生翘曲变形的结构，虽铸件收缩较大，但铸造时不用考虑变形。 4 在铸件的壁厚处有圆角过渡，使铸件在凝固收缩时阻力较小， 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 11 减小了热裂的产生 。 件质量对零件结构要求 （ 1）铸件的最小壁厚 查铸造 手册（ 5）铸造工艺表 3知 当铸件最大轮廓尺寸为 400最小壁厚为 12本课题中的最小壁厚为 14，所以铸件可铸出。 表 3砂型铸造时铸件的最小允许壁厚 合 金 种类 铸件的轮廓尺寸 000 中 合金钢 82 16 20 25 型、造芯方法的选择 诱导轮支架为两件小批量生产的大型铸件，选用手工造型即可。手工造型能适应各种复杂的要求，比较灵活 ，不要求很高的工艺装备。考虑到该铸件为铸钢件，而且为大件，为提高其精度、减小铸造缺陷，选用生产效率高、节能、型砂强度高，落砂性能好的三乙胺气硬法树脂砂造型和造芯。 虽然现在有更环保的无毒气硬冷芯盒树脂砂，但已研发出的几种无毒气硬冷芯盒树脂砂仍存在着一些问题 6： （ 1）砂芯的常温强度较低，为了提高砂芯的常温强度，不得不增加树脂的加入量，而导致制芯成本提高； （ 2）吹气体不能够迅速凝胶，并建立起较高的初强度和终强度； （ 3）砂芯吸湿性较差。 该铸件的型砂配方组成如表 3示。 表 3诱导轮支架的型砂配方 原砂 硅砂 细度 5060 砂温 2126 含水量 0酸耗值 尽量低 粘结剂 液态酚醛树脂和聚异氰酸酯1:1 匹配占砂质量的 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 12 固化剂 体积分数 三乙胺 载体气 体 氮气 混制工艺： 原砂酚醛树脂聚异氰酸酯混制卸砂 10s 10s 50s 混好的型（芯）砂应尽快使用，存放时间一般为 23 小时。 注位置的确定 铸件的浇注位置是指铸件在铸型内浇注时的所处的位置。 浇注位置是根据零件的结构特点、尺寸、重量、技术要 求、铸造合金特性、铸造方法及生产车间的条件决定的。 正确的浇注位置应能保证获得健全的铸件，并使造型、造芯和清理方便。浇注位置的选择，主要是保证铸件质量为出发点。因此在铸件工艺设计时，要根据技术要求，先找出铸件质量要求高的部位和容易产生缺陷的部分，将这些部分放在有利的位置，保证其质量要求。 经分析铸件的结构，根据合金的凝固理论的研究和生产的经验确定该铸件的浇注位置有以下图 3图 3种方案： 图 3案一 图 3案 二 分析：方案一的顶部上表面是一个类似于圆台的结构，在铸后要机械加工，所以能保证铸件质量 ,且表面结构简单，有益于冒口的安放，有益于实现顺序凝固。而方案二的顶部上表面为非加工面， 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 13 且不平整，结构复杂，有凸台、凹坑等，所以若浇注位置选方案二，则上表面的质量无法保证，且将给机械加工带来很大的不便。方案一所示浇注位置较方案二有以上优点，综上所述：选择方案一所示浇注位置。 型面的选择 合理的选择分型面对于简化铸造工艺、提高生产 率、降低成本、提高铸件质量等都有之直接关系。分型面的选择尽量与浇注位置保持一致，避免合型后翻转砂箱。根据分型面的选择原则与铸件的结构特征，分型面的选择考虑了图 3示的两种选择方案。 1 处分型面为方案一， 2 处分型面为方案二。 图 3型面选择的两种方案 方案一特点： 优点： （ 1）该平面有利于起模，便于造型； （ 2）铸件内部空腔通过砂芯解决，主要砂芯放在下半型中，有利于下芯、合型和检查型腔尺寸； （ 3）铸件的大部份置于同一半型内； （ 4）易于铸件清理 ； 缺点： （ 1）在浇注时，金属液对垂直砂芯冲刷，容易发生偏芯。 （ 2）砂箱高度较高，对起模有一定不利影响。 方案二特点： 优点： （ 1） 分型面为铸件横向最大平面。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 14 缺点： （ 1）铸件几乎平分于两个半型，对铸件的精度和铸件成分的同一性有不利影响 。 （ 2）分型面虽然是铸件横向的最大平面，但是由于 1 处凸台的影响，非常不利于起模，造型。 对两种方案进行分析对比，在充分保证铸件质量的前提下，综合考虑以上两种分型，最终采用分型方案一。 箱中铸件数目的确定 在小批量生产中， 诱导轮支架 的零件尺 寸为3233175 27尺寸比较大，考虑到车间的起吊能力及吃砂量，节约成本、简便工艺，故选用标准砂箱，一箱两件。 章小结 本章 主要确定浇铸位置和飞型面，为下一章砂芯的设计提供有力的基础。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 15 第 4 章 砂芯设计及铸造工艺参数设计 芯、芯头的设计 砂芯的功用是形成铸件内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位。砂芯应满足以下要求：砂芯的形状、尺寸以及在砂型中的位置应符合铸件要求，具有足够的强度和刚度，在铸件形成过程中砂芯所产生的气体能及时排除铸型外，铸件收缩时 阻力小并且容易清砂。 芯数量的确定 砂芯主要靠芯头固定在砂型上 。 诱导轮支架的内腔结构复杂，经过分析，最终确定由五个砂芯组成，即可实现形成其内腔和孔。 本设计中总共用到 5 个砂芯，其位置与形状大致如图 4a） 、(b)所示： 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 16 （ a） (b) 图 4件所需用砂芯的位置及形状 芯的固定和定位 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 17 一般用芯头来固定，也有用芯撑或铁丝来固定。本设计中的 1、2、 3、 4、 5 号砂芯都为垂直砂芯， 1 用上芯头固定， 2、 3、 4、 5用下芯头固定 。 #砂芯的设计与校核 1#砂芯的 如图 4示，实体图如 4示。 图 4#砂芯 图 4#砂芯实体图 1#砂芯为垂直砂芯，芯头的斜度和水平芯头与芯座之间的间隙，以及芯头长度和防压环尺寸可查文献 4铸造手册表 3 3出： 砂芯长度为 L=186101200芯头的横截面积尺寸分别为 30301500 06151300 表 4#砂芯的芯头尺寸 芯头号 芯头长度（ 斜度及间隙 (2 40 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 18 图 4头间隙和斜度示意图 1#砂芯芯头承压面积的核算：芯头的承压面积 S 应满足公 式 压芯 （ 4 式中， F 芯 计算的最大浮力或重力 ; k 安全系数， k= 压 铸型许用应力，干砂型可取 铸件为树脂砂，取 F 芯 =F 浮 金 V6g = 压 芯=D12300+20605560校核芯头 S 满足金属液浮力要求。 F 芯 =G=g= 压 芯校核芯头 S 满足重力要求。 #砂芯的设计与校核 2# 砂 芯 的 如 图 4 示 ， 实 体 图 如 4 示 。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 19 图 4#砂芯 图 4#砂芯实体图 2#砂芯为垂直砂芯，芯头的斜度和水平芯头与芯座之间的间隙，以及芯头长度和防压环尺寸可查文献 5铸造手册表 3 3出： 砂芯长度为 L=151101200芯头的横截面积尺寸分别为 02101150 47151300 表 4#砂芯的芯头尺寸 芯头号 芯头长度（ 斜度及间隙 (2 40 #砂芯芯头承压面积的核算：芯头的承压面积 S 应满足公式 压 芯 （ 4 式中， F 芯 计算的最大浮力或重力 ; k 安全系数， k= 压 铸型许用应力，干砂型可取 铸件为树脂砂，取 F 芯 =F 浮 金 V2g 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 20 = 压 芯=18900校核芯头 S 满足金属液浮力要求。 F 芯 =G=g= 压 芯校核芯头 S 满足重力要求。 #砂芯的设计与校核 3#砂芯的 如图 4示 图 4#砂芯 砂芯长度为 L=323301500芯头的横截面积尺寸分别为 31101150 46101150 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 21 表 4#砂芯的芯头尺寸 芯头号 芯头长度（ 斜度及间隙 (2 55 40 #砂芯芯头承压面积的核算：芯头的承压面积 S 应满足公式 压 芯 （ 4 式中， F 芯 计算的最大浮力或重力 ; k 安 全系数， k= 压 铸型许用应力，干砂型可取 铸件为树脂砂，取 F 芯 =F 浮 金 V2g = 压 芯=14000校核芯头 S 满足金属液浮力要求。 F 芯 =G=g= 压 芯校核芯头 S 满足重力要求。 #砂芯的设计与校核 4#砂芯的 如图 4示 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 22 图 4#砂芯 砂芯长度为 L=323301500芯头的横截面积尺寸分别为 03160 86151300 表 4#砂芯的芯头尺寸 芯头号 芯头长度（ 斜度及间隙 (2 50 55 #砂芯芯头承压面积的核算：芯头的承压面积 S 应满足公式 压 芯 （ 4 式中， F 芯 计算的最大浮力或重力 ; k 安全系数， k= 压 铸型许用应力，干砂型可取 铸件为树脂砂，取 F 芯 =F 浮 金 Vg 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 23 = 压 芯=D12100+14903160校核芯头 S 满足金属液浮力要求。 F 芯 =G=g= 压 芯校核芯头 S 满足重力要求。 #砂芯的设计与校核 5#砂芯的 如图 4示 图 4#砂 芯 砂芯长度为 L=329301500芯头的横截面积尺寸分别为 53160 62151300 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 24 表 4#砂芯的芯头尺寸 芯头号 芯头长度（ 斜度及间隙 (2 60 40 #砂芯芯头承压面积的核算：芯头的承压面积 S 应满足公式 压 芯 （ 4 式中， F 芯 计算的最大浮力或重力 ; k 安全系数， k= 压 铸型许用应力，干砂型可取 铸件为树脂砂，取 F 芯 =F 浮 金 Vg = 压 芯=11920校核芯头 S 满足
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