材质低合金钢（35cr Mo）的铸件的浇注设计

1、毕业设计（论文）第一章 绪论我国铸造技术已有6000年的悠久历史，铸造具有使用范围广，材料采用范围广等特点。铸件具有一定的尺寸精度，成本低廉，综合性能良好，但是铸造环境差，粉尘多，温度高，劳动强度大，废气，废料，处理任务繁重。今后应走优质，高效，低耗，清洁可持续发展的道路，从而开阔更广的空间。钢铁的应用使人类文明进入了铁器时代。铸钢是四十年代末(1947年)发展起来的一种新型结构材料。铸钢的诞生，是继人类发明炼钢技术之后，在黑色金属应用技术方面又一次大的技术创新，是20世纪材料科学最重大的技术进展之一。 本设计主要对主要铸造低合金钢铸件做一些阐述，铸造碳钢虽然应用较广，但是在性能上有许多不足之

2、处，如淬透性差，大断面零件无法通过热处理进行强化。力学性能有限使用温度低，抗磨耐腐蚀耐热等特殊性能差。利用合金元素可以提高力学性能和改善某些物理化学性能。从而使钢得到很好的改善。本设计选用材质低合金钢（35cr mo）的铸件，在铸件中加入合金元素来提高铸件的耐热性和耐磨性，提高强度及改变钢的塑形和韧性，同时还提高钢的再结晶温度抑制热处理过程中产生的回火脆性。本论文主要从铸件的铸造工艺进行分析。具体包括铸件的造型，制芯，合金的熔炼，铸件的浇注，及合箱，几个工段。严格控制个个工段的工艺十分重要，以避免铸件产生气孔，夹渣，浇不到，缩孔缩松，裂纹等缺陷。第二章 浇注系统的设计金属液在充型时的状态对获得

3、优质铸件有很大影响，一些铸件缺陷如气孔，裂纹，冷隔，浇不到，砂眼，夹砂等都是在充型不利的情况下产生的。而金属液的充型要靠浇注系统来实现。所以浇注系统设计是否合理将直接影响铸件的质量。如何设计合理的浇注，应根据铸件的结构特点、技术条件、合金种类等因素。结合所学的理论知识和实践经验对本铸件来设计浇注系统，如有不足敬请老师指导改正。1. 铁液消耗总重量的计算 考虑该铁件壁厚大，采用开放式浇注系统，内浇道从铸件分型面上引入，选用中间式浇注。采用开放式具有内浇道流速低，充型平稳金属氧化程度低具有挡渣。溢渣，净化金属液等特点。考虑浇注系统较大，浇冒口重量按铸件毛重的40 % 估算。铁液消耗总重量g = 铸

4、件毛重+ 浇冒口重量=( 850+850*40%) kg =1190kg浇注系统由浇口杯、直浇道600mm ( 1 个) 、横浇道600mm ( 1 个)、内浇道30 mm( 3 个) 组成开放式浇注系统体系2. 浇注时间的计算 由下式（2-1）可得: t = k3 g1* 式（2-1）= 1.3 3* 75* 1190=58s 若采取快浇，铁液到达冒口时的温度损失比慢浇少有利于补缩防止缩孔缩松等铸造缺陷。因此取浇注时间约为40s。 式中 t 浇注时间（s）； k 系数（取得1.3）； 铸件平均壁厚（mm）； g1 铁液消耗总重量（kg）；型内金属液面上升速度可按下式计算： v=c/t v=c

5、/t= 330 mm40 s =8.25 mm/ sv式中 c 铸件最低点到最高点的距离，按浇注时的位置确定（mm） t 计算的浇注时间（s）3.平均压头的计算由下式（2-2）可得：h 1 = h 0 - p2 /2 * c 式（2-2） =32- 13.752 / 2 *425 =32 13.752 /2 *42.5 =29.8(cm) 式中 h 1平均压力头（cm）； h 0浇口杯水平至内浇道距离（cm）； p 内浇道至铸件最高点距离（cm）； c 铸件在铸型内的总高度（cm）； 4.浇注系统最小总截面积的计算由下式（2-3）可得 e直 = g / （0.31 * t * u * h 0）

6、cm2 式（2-3） = 1190 / （0.31 * 40 * 0.38*29.8）cm2=46.33cm2采用两个80mm耐火砖管即可满足要求式中 e直 浇注系统阻流总截面积（cm2）； g 铁液消耗总重量（kg）；t 浇注时间（s）；u 阻力系数；h p平均压力头（cm）； 浇注系统各单元比（经修正为） ：f内 ：f横 ：f直 =1.3：1 ：15确定包孔直径 已知型中浇注金属液总重量g和浇注时间t，同时考虑浇包注孔数量n，可按下式计算刚液流量qm： qm=g/tn qm=孔s孔2gh 故 s孔= g/孔tn2gh式中 s孔包孔截面积（cm2）； qm钢液流量 （kg/s） 孔包孔的消耗

7、系数，取0.89 钢液密度为0.0071 kg/ cm3 g重力加速度， 980 cm/ s2 h 钢液在包中的高度（cm） 故 s孔=11900.89 *0.0071*40*12*980*120 s孔=9.7 cm根据实际经验选用800mm的包孔6冒口设计 (1)冒口设计的基本原则a. 冒口的凝固时间应不小于铸件被补缩部分在凝固过程中的收缩时间。b. 冒口和铸件需要补缩部分之间在补缩过程中应存在通道。c. 冒口体内要有足够的补缩压力d. 冒口和铸件连接形成的接触热节应不大于铸件的几何热节。（2）冒口设计采用模数法计算a.模数法计算原理是如果冒口模数m模大于铸件被补缩部位的模数m件，就能保证冒

8、口晚于铸件凝固。对与铸钢件，冒口，冒口颈，铸件的模数应满足以下关系：明顶冒口： m冒=（1.11.2）m件按侧冒口： m件：m颈：m冒=1：1.1：1.2b.为保证冒口中有足够的金属液补充铸件的收缩，还应该满足下列条件： 合金的体收缩率*（铸件体积+冒口体积）冒口体积*冒口补缩效率 c.铸件顶部的冒口设计采用明顶冒口 m件=vs =10400021000=4.95cm 故 m冒=1.2*4.95=5.94 cm m颈=1.1*4.95=5.445cmd.确定铸钢的体收缩率，它与浇注温度和化学成分有关。体收缩率=5.2%e.本铸件在顶部选用明顶冒口，再转壁位置选用暗冒口，经查表得：明顶冒口采用7

9、个尺寸相同的长*宽*高*=280*280*160（mm）暗冒口采用一个直径为280mm高150mmf.经较核满足条件7.冷铁的设计铸钢件冷铁一般用高碳钢制造，冷铁表面要光洁，无氧化层和油污，而且与铸件接触面要平滑，无气孔或缩凹。冷铁表面要有空洞容易对铸件产生气孔缺陷。1.冷铁的作用 a.与冒口配合使用，加强铸件的顺序凝固，扩大冒口的有效补缩距离，不仅有利于防止缩孔，缩松缺陷，而且能减少冒口的数量或体积，提高工艺出品率。 b.加快铸件热节部位的冷却速度，使铸件趋向于同时凝固，有利于防止铸件产生变形和裂纹。 c加快铸件某些特殊部位的冷却速度，改善基体组织和性能，提高铸件表面硬度和耐磨性。 d.难于

10、设置冒口或冒口不易补缩到得部位放置冷铁可减少或防止出现缩孔、缩松。2.冷铁的安放位置铸件底部和铸件边缘容易产生热节的地方3.冷铁形状冷铁的大致形状如下：4.冷铁尺寸板状冷铁厚度不宜超过80mm，圆钢外冷铁直径不易超过40mm，如果冷铁长度过长会使安放困难，当激冷面大时，采用多块小型外交错放置。5安放冷铁时注意事项冷铁选择表面不得有孔洞、裂纹、氧化皮等缺陷，安放位置要得当，以保证补缩通道通畅，避免在热节处形成缩孔，冷铁不能离冒口太近，否则会加速冒口冷却，降低冒口补缩效果。第三章 造型工艺的设计 铸件的形状和尺寸由铸型型腔来形成。本铸件选用砂型铸造，用砂型形成铸件的外轮廓形状和尺寸，用砂芯来形成铸

11、件的内型腔形状和尺寸。以便于造型起模方便，再不便于起模的地方采用活块造型。活块和砂芯的位置见铸造工艺图。铸件模板选用木模工字钢底架模板。1. 造型材料的选择本铸件采用树脂砂，因为树脂砂具有铸件表面质量好，尺寸精度高，砂型强度高，透气性好，铸件废品率低，同时具有溃散性好容易落纱，清理。但是树脂砂发气量大，浇注完铸件以后在铸件冷却过程中散发出刺激性气味，污染环境。 (1)原砂技术指标种类粒度组别wsio2（%）w泥（%）w水（%）w微粉（%）需酸值硅砂21960.20.30.10.20.515(2)树脂固化剂配比呋喃树脂1.3%-1.7%固化剂（硫酸乙脂） 19%-28%2砂箱的选用 砂箱由3mm

12、的钢板焊接而成，砂箱周边有13mm的发气孔若干个，有利于砂型中气体的排出。砂箱同时留有螺拴孔，在合箱时紧固砂箱，以避免抬型力将砂箱抬起。 上砂箱尺寸1500mm1500 mm450 mm下砂箱尺寸1500mm1500 mm300 mm 3分型负数造模时，由于起模后的修型和烘干砂型的变形引起分型面凸凹不平，使合型不严密，为使不至于从分型面产生跑火，需要在分型面放耐火泥条，这样就增加型腔高度，再者由于砂箱反弹等因素也造成砂箱高度增高，所以为保证铸件尺寸精确，必须在模样上减去相应高度。此数值称为分型负数。由此选分型负数选用4mm 4定位装置 为了保证铸件的尺寸精度，防止卡砂，错型等，砂箱上应设有定位

13、装置，根据生产条件，本铸件定位装置选用三对梅花定位销。5吃砂量的选择 四周吃砂量不小于 60mm6造型注意事项a.检查模型，在木型表面刷涂脱模剂，刷涂要保证均匀一致。b.按要求粘贴铸字牌号。c.树脂砂温度控制在25摄氏度左右，控制好树脂砂温度对砂型的强度至关重要。d.起模时间按经验应控制在20-40分钟左右。e.起模之前吹净模板表面。第四章 制芯的工艺砂芯的主体来形成铸件的内腔，制造砂芯时应放置芯骨，为了使砂芯排气通畅，砂芯中应开设排气通道。本铸件砂芯采用水玻璃砂造芯。混砂设备采用双轮式碾砂机。1.原材料的选择（1） 硅砂的选用40目筛以上407-0目70-100目含微粉量wsio2（%）70

14、目筛以上10%70%10%2%96%80%（2） 水玻璃的波尔美度模数msio2nao2feo水不溶物be2.2-2.429.2%12.8%0.060.8%50-532.混制工艺新砂+锯末干混1 min然后加水玻璃再混3-5min让后出砂3.配比石英砂100kg，锯末加入1.2-1.5 kg，水玻璃加入5-6.6 kg4.制芯方法本铸件的芯子采用芯盒成型，首先在芯盒表面刷涂脱模剂，再芯盒中加入芯骨和芯掉，加出气绳，在砂子混好后方可放砂制芯，逐层填砂，逐层捣实。紧实度必须均匀合适，再吹二氧化碳硬化。等硬化后在取出芯子。5.注意事项a.芯子的尺寸要控制在规定的公差范围内。b.在制芯过程中放止冷铁时

15、，注意冷铁的准确位置，芯吊尽可能保持中间位置。c.砂芯表面要平整光洁，不允许有毛边，缺口，变形等缺陷。第五章 合箱工艺合箱是铸造工艺的一道重要工序，如果合型不符合工艺要求，会导致铸件产生缺陷，甚至报废（！）耐火涂料的选择 选用醇基锆英粉（2）合箱工序a. 吹砂把砂箱表面松散的树脂砂吹干净b.刷涂选用醇基锆英粉涂料加适当的酒精拌匀，用毛刷在型腔表面刷涂，刷涂一遍以后用火点着，然后检查砂箱表面是否有缺损，如果有缺损用水玻璃砂或耐火涂料补好。在补箱完成后蹭除型腔表面砂子和蹭平补箱的位置，保证型腔表面平整干净，然后刷涂第二遍，等燃烧完后在刷涂第三遍，保证型腔表面耐火涂料层3mm厚。c.烤箱用液化气烤箱

16、，保证型腔表面烘干，不至于在浇注金属液产生呛火。d.翻箱把刷涂好的上型，翻转过来，安放浇口盆和刷涂冒口。e.下芯首先看好型腔和芯子的定位点相对，保证芯子下到位，铸件内型腔尺寸精确。f.吹箱保证型腔内没有砂子和杂物，然后缠封箱泥条。g.合箱保证上箱与下箱的定位销相对h.抬型力的计算f抬=k(f型+f芯)式中 f抬- 抬型力（n） f型-金属液压力作用于上型的抬型力（n） f芯-砂芯所受浮力而产生的抬型力（n） k-安全系数，一般取1.2-1.5 其中 f型=gs型h f芯=gv芯（芯） 式中 g-重力加速度，（10m/s2）s型-与金属液接触的型腔顶面水平投影面积h-型腔顶面至浇口盆液面的平均高

17、度（ m） v芯-被金属液包围部分的砂芯体积-金属液的密度（kgm3）芯-砂芯密度 （kgm3）f型=7100*10*3.14*0.5*0.5*0.15=8363.2n f芯=j.砂箱的紧固为了防止上型在金属静压力和砂芯浮力作用下被抬起，上，下型要紧固在一起，本设计采用螺栓紧固方法。第六章 熔炼工艺的设计采用中频感应电炉炼钢，浇注温度在1550摄氏度1. 材质为35cr mo，其化学成分见表2-2 ，力学性能见表2-3，单铸试块。表2-2 35cr mo试样的化学成分牌号qt500-7csimnpcrmo标准值0.310.400.250.450.500.800.070.801.100.200.

18、36目标值0.380.340.700.060.900.3表2-3 35cr mo试样的力学性能铸铁牌号smpabmpa5hbs35cr mo 39059012-2. 铸件必须经无损探伤，机加工后经调质处理，铸件应进行正火，回火处理。非加工表面要求打磨光滑至露出金属光泽。3.熔炼工艺的控制 a. 原材料废钢 选普通碳素钢b.铁液的熔化 加入废钢，通电助熔，在开始阶段逐渐加大电流，在炉内钢水熔清至90%时扒渣。扒除干净以后再加除渣剂重新造渣，继续扒渣。c.脱氧处理 加入合金0.1%0.15%的硅锰合金与0.1%的硅钡合金进行预脱氧，d.取样调整成分 炉化清后，待温度升到1600左右以上时取样化验成分，根据分析成分，利用公式