材料铸造.doc

第一章铸造工艺方案确定产品生产性质大批量成产零件材质RuT300零件的外型示意图如下支座的零件图如下图所示，支座的外形轮廓尺寸为160135100mm3，主要壁厚18mm，最大壁厚为20mm；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。零件的精度为11。1.2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符合铸件生产的要求，易于保证铸件品质，简化铸件工艺过程和降低成本。审查分析应考虑以下几个方面：1铸件应有合理的壁厚，为避免浇不到，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障碍，注意薄壁过度和圆角，铸件薄厚壁的相接转弯等。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，不易产生热变形。1 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，模样采用木模是合理的。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。1. 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 浇注位置确定方案一方案二如图： 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进行综合分析如下：1.铸件的A面为重要加工面，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。1. 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：方案二：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。对方案三7进行综合分析如下：所示铸件同一铸型内，能够保证其尺寸精度，下芯也便于检查，同时满足合箱，浇注，冷却位置一致，采用侧浇，切向引入改善了浇注时的充型不平稳，减少了冲击，防止了冲砂缺陷的产生，上、下箱相差不大，造型简单。缺点是有一个砂芯复杂，要求高，模样加工困难。此方案较之方案一与方案二更加科学可行。第二章铸造工艺参数及砂芯设计2. 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。2.1.1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。2.1.2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0.92.1.3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,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。2.1.4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。 2.1.5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。2.1.6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。2. 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所示。2.2.1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=72.2.2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 定位芯头结构图 2.2.3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。第三章 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。3.1.1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。3.1.2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，如图所示。3.1.3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。3.1.4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，其断面形状如图所示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=52mm3.2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。3.3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。3.4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=3.14cm第四章 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。4.1模样的设计4.1.1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4.1.2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%4.2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。4.2.1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。4.2.2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 4.2.3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。4.3芯盒的设计4.3.1芯盒的类型和材质采用热芯盒，芯盒材料为铝合金。4.3.2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7mm4.4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。4.4.1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*200mm4.4.2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： 箱壁形式示意图 砂箱过渡圆角示意图如图。其中R=20 mm,R1=40 mm4.4.3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排总 结经过了近一个学期的精心准备，毕业设计已经接近尾声了，由于我所学的知识有限，所以有很多不足和没有考虑到的地方还请老师予以指正。本设计主要开篇对我国铸造的历史及现状，其他国家铸造发展现状，我国铸造的发展趋势等进行了相应的简单介绍。在铸造工艺设计中首先进行了铸造工艺方案的确定，其中包括