底板砂型铸造设计及模拟说明书

1、南华大学机械工程学院毕业设计（论文）底板铸造工艺设计及模拟摘要：铸造是一门横跨了几千年的金属生产技术，从刚开始的手工造型到现在的机器造型，随着代科学技术的发展，金属铸件的铸造要求也越来越高。因此，在每个铸件生产之前都必须进行铸件的工艺设计和模拟。铸件的工艺设计的合理性与铸件的质量有着十分密切的联系，工艺设计越完整越准确，生产出来的铸件质量越高。在21世纪的今天，随着计算机软件的应用领域的普及，浇注软件Procast软件也孕育而生。Procast软件是一个应用计算机对浇注过程和浇注后的缺陷进行模拟的浇注模拟软件，其独特的有限元分析可以帮助我们运用计算机来分析浇注产生的缩松、缩孔等缺陷，来使我们去

2、改正设计方案。另一方面，环境保护的理念和绿色生产的概念正深入到我们的生活中，铸造技术也要注意环境保护。铸造生产中可能产生二氧化硫等危害性气体，在铸造生产中我们必须要设计相关方案去处理产生的有害性气体。本次设计任务是底板，也就是浇注底板，是铸造中很常用的零件。我们要根据底板相应的特点来进行工艺设计，才能真正设计出有效地铸造方案。根据本次实际生产批量、铸件的结构特点和用途，确定选用的铸造成形的方法，工艺设计的具体内容包括：铸件的工艺性分析，铸造工艺参数的确定，浇注系统的确定、冒口以及冷铁的设计、铸造设备的设计等。关键词：铸造工艺设计；底板；铸件质量；铸造模拟iSlab casting proces

3、s design and simulationAbstract:Casting is a spanning thousands of years of metal production technology, from the beginning of the manual to the machine model, with the development of the generation of science and technology, metal casting foundry is becoming more and more demanding. Therefore, befo

4、re each casting production must be casting process design and simulation. The rationality of the design of casting process has a very close relation with the quality of the casting, the process design more complete more accurately, to produce the higher the casting quality. In the 21st century, with

5、 the popularity of the application field of computer software, pouring software Procast software can also breed. Procast software is an application of computer to casting process and casting defects after the simulation of casting simulation software, the finite element analysis of its unique use co

6、mputer can help us to analyze the casting defects such as shrinkage, shrinkage cavity, to make us to correct design. The design task is the base plate, also is the bottom board, is very commonly used in casting parts. We will according to the characteristics of the floor corresponding to technologic

7、al design, can design the casting solution effectively. According to the actual production batch, casting structural characteristics and USES, and the selection of the casting, the method of process design of the concrete content includes: the casting technology of analysis, the determination of cas

8、ting technological parameters, the determination of pouring system, riser and chill design, the design of the casting equipment, etc.Key word:casting proess design;slab;casting quality;casting simulationii目录 1 概述 .1 2 零件铸造工艺方法.2 2.1 设计任务及要求. .2 2.2 造型造芯方法的选择.3 2.3 浇注位置和分型面的确定.3 3 铸造工艺参数设计.6 3.1 铸件的尺

9、寸公差.6 3.2机械加工余量.7 3.3 铸造收缩率.8 3.4 起模斜度.8 3.5 最小铸出孔和槽.9 3.6 工艺正补量.9 3.7 分型负数.10 3.8 反变形量.10 3.9 浇注温度.114 浇注系统的设计.12 4.1 浇注系统的基本要求.12 4.2 浇注系统的基本类型.12 4.3 浇注系统的基本组元.13 4.4 浇注系统的尺寸设计.155 铸造工艺设备设计.18 5.1 模样设计.18 5.2模板选择.18 5.3 砂箱及附件的选择.216 ProCAST软件模拟.22 6.1 ProCAST软件模拟操作.22 6.2 温度场分布.277 铸件缺陷分析与解决方案.29

10、iv 7.1 ProCAST缺陷模拟结果.28 7.2 缺陷产生的原因及处理方法.28参考文献.31谢辞.33vi1概述 我国古代的铸造技术一直在世界先进行列，但是由于几千年的封建社会制度严重影响了科学技术的发展，也导致了铸造技术的停滞不前。在新中国成立以后，国家大力鼓励发展铸造技术，现在铸造技术是我国一个很大的行业，近几年的年产量达2600万吨-3100万吨，一直在世界前列，据统计，2008年中国铸件的生产产量达到2600万吨，占世界产量的29.5%，而在2012年中国铸件的生产量达到2900万吨，占世界生产产量的29.8%。中国的铸造生产厂点有2万多个，职工将近200万人，其中技术人员约占

11、4%，已经成为我国重要的基础产业。 国家的综合国力的标志是这个国家的制造业发展水平。大型铸件的生产水平和铸造生产水平，标志着中国制造业的水平能力,影响国民经济。铸造一直是装备制造业的基地,但我国铸造业的设备制造行业一直存在薄弱环节。要想成为铸造大国,我国必须尽快解决铸造相关知识和人员相关的质量提高。中国铸造行业的现状主要是:平均规模较小的铸造企业,专业水平不高,落后的铸造生产工艺和设备,自主创新能力弱,铸件质量不高,铸造强国的距离这一目标,有很强的路要走。根据模具材料,铸造成形工艺成型过程将以不同的方式,可分为两大类的砂型铸造和特种铸造。砂型铸造适用于金属材料,不同的大小,形状和体积的各种铸件

12、,低成本,通过铸造砂铸造生产占总产量的90%以上铸件。常见的特种铸造是熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造等。本次重点介绍的是砂型铸造。 我国虽然是个铸造大国，但并不是铸造强国，在铸造生产中存在许多不合理的因素和工艺流程，不科学和不规范的操作会导致铸件质量的下降，铸造存在以下问题： 1）我国虽然铸造厂很多，但是铸造技术人员并不多，生产效率很低； 2）在铸造生产中资源能源浪费现象严重，污染也严重； 3）铸件质量不能保证，附加值很低。 因此，必须大力培养铸造相关技术人员，更新和改进铸造工艺流程，保证铸件质量的同时，减小环境污染和能源浪费。2 零件铸造工艺方法2.1 设计任务及要求 本

13、次设计的任务是底板的铸造工艺设计，材料为球墨铸铁，质量为12.32Kg，生产方式为小批量生产，底板的三维零件图为图2.1，底板的二维零件图为图2.2， 图2.1 底板的三维零件图图2.2 底板的二维零件图 2.2 造型、造芯方法的选择分析：本次设计的底板存在有大平面，因此不采用湿型造型的方法，可以采用半干型造型的方法，又因为小批量生产，因此采用手工造型的方法。由于铸件的特殊性，本次设计没有砂芯，所以没有砂芯相关的设计。结论：砂箱中逐渐数量的确定原则：砂箱中的铸件的数量要根据工艺条件和生产批量要求来确定，本次设计的铸件是底板，生产方式为小批量。采用砂型铸造，一箱一件。 2.3 铸件浇注位置和分型

14、面的确定2.3.1铸件浇注位置的确定铸件的浇注位置是指浇注时未来铸件在铸型中所处的状态和位置，也就是说那个部位在上，那个部位在下。浇注位置在选择造型方法后才能确定下来，浇注位置一般与铸件的形状和结构、铸件的合金种类等有关浇注位置确定的一般原则：（1）浇注位置应有利于所确定的凝固顺序，对于体积收缩较大的合金，浇注位置用尽量满足顺序凝固的原则。（2）铸件的重要部分应该尽量位于下部。（3）重要的加工面应该朝下或者在侧面，因为气孔和金属夹杂物容易出现在朝上的表面。（4）铸件的大平面朝下，避免加砂结疤类缺陷，对于大平面铸件，也可以采用倾斜浇注。（5）应保证铸件能够在规定时间内充满，不会产生浇不到、冷隔的

15、缺陷。（6）避免使用吊砂、吊芯，便于合箱和检查。（7）应该使合箱位置、浇注位置和铸件的冷却位置一致。图2.3 浇注位置 铸件最终确定的浇注位置如图2.32.3.2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。分型面选择原则； 1）应使铸件全部或大部分置于同一个半型内； 2）应尽量减少分型面的数量； 3）分型面通常选在铸件的最大截面处，尽量不使砂箱过高； 4）分型面尽量选用平面； 5）便于下芯、合箱和检查型腔尺寸； 6）受力件的分

16、型面的选择不应该削弱之间结构强度； 7）注意减轻铸件清理和机械加工余量 分型面的确定； 方案一： 图2.3 方案一分型面的位置 方案二：图2.4 方案二分型面位置 方案一（图2.3）和方案二（图2.4）的分型面选择一样，不同的是将铸件放在上半砂箱和下半砂箱，放在下半砂箱，因为底板顶面为重要的加工平面，所以不符合分型面的选择原则，而放在上半砂箱就不会存在这种问题，因此方案一更好，选择方案一。 3铸造工艺参数设计3.1 铸件尺寸公差 铸件的尺寸公差是指允许的铸件尺寸变动量。公差就是最大极限尺寸与最小极限尺寸的代数的绝对值。铸件尺寸保持在两个允许极限尺寸之内，就可满足加工、装配和适用要求。铸件的尺寸

17、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。表3.1 小批和单件生产的铸件尺寸公差等级（CT）(GB/T 6414-1999)工艺方法造型材料 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钴基合金砂型铸造手工造型粘土砂13151315131513151315111313151315化学粘结砂12141113111311131012101212141214 因为本次设计所用的材料为球墨铸铁，因此采用公差等

18、级为13级，再根据公差表分别选择相应的公差尺寸。按照GB/T64141999铸件尺寸公差的规定，铸件尺寸公差一共分为16级，表示为CT1CT16。参见表3.2：表 3.2 摘自铸造技术应用手册表3.14单位：mm毛皮铸件基本尺寸铸件尺寸公差等级CT大于至123 4567891011121314151625406340631000.120.130.140.170.180.200.240.260.280.320.360.400.460.500.560.640.700.780.911.11.31.41.61.822.22.62.83.23.644.455.6678991011111214141618

19、3.2 机械加工余量 铸件为保证零件精度，应有加工余量，即在铸件工艺设计师预先增加的、而后在机械加工时又被切去的金属层厚度，成为机械加工余量，简称加工余量。加工余量过大，浪费金属和加工工时；过小，降低刀具寿命，不能完全去除铸件表面缺陷，达不到设计要求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RMA适用于整个毛坯铸件，即对有需要机械加工的表面只规定一个值，且改值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3.3、3.4。3.3 要求的铸件机械加工余

20、量（RMA）（GB/T64141999）单位：mm最大尺寸要求机械加工余量等级大于至ABCDEFGHJK400.10.10.20.30.40.50.50.711.440630.10.20.30.30.40.50.711.42表3.4 用于各种铸造合金和铸造工艺机械加工余量等级工 艺方 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FHEGEGEGEGEGFHFH在这里，我们选用机械加工余量等级为H级。底板外形的机加工：A=F+2RMA+C； (3-1) 400+2*3.5+12

21、/2=413350+2*3.5+12/2=3638+2*0.5+2/2=1032+2*0.5+7/2=36.5A为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。3.3 铸造收缩率铸件线收缩的定义是： K=(LM-LJ)/LJ×1 (3-2)式中 LM表示模样长度; LJ表示铸件长度 铸造收缩率受到合金种类、铸件的冷却时受阻力的大小、冷却条件的不同等非常多的条件的影响。对于单件和小批量生产的底板，根据经验选取即可。铸造收缩率可以根据表3.5进行选取。表 3.5 铸铁件球墨铸铁的收缩率由铸造实用数据手册可查得铸件的种类线收缩率受阻收缩自由收缩球墨铸

22、铁0.91.03.4 起模斜度为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向要留有一定的斜度，这样可以避免破坏型腔或者芯盒，因此把这个斜度成为起模斜度。起模斜度应小于或者等于零件图上规定的起模斜度，防止铸件不能从铸型中取出，另一方面，铸件的起模斜度应该选取一致，防止加工时频繁更换刀具。3.6模样的起模斜度。由铸造工艺课程设计手册表2-13可查得模样外表面的起模斜度测量面高度起模斜度金属模样、塑料模样木模样/mm/mm10401º10´0.81º25´1.0401000º30´1.00º40´1.23.5 最小铸出孔及槽 一般

23、来说，零件上较大的孔和槽、台阶等，应铸出来，可以节约金属和加工工时，同时还能避免铸件局部过后所造成的热节，改善铸件质量。比较小的孔和槽，或者说铸件很厚，则不适合铸造出，否则会使铸件产生粘砂，造成清理与机械加工时困难，直接加工出孔和槽方便一点。由零件图可以知道，本次设计的底板最小孔为10mm，查表可知道最小的铸出孔为30mm，所以不采用铸造的方式生产孔，采用铸造完成后机械加工孔，不加工的孔的尺寸选取按照表3.7选取。3.7 铸件的最小铸出孔直径生产批量最小铸出孔直径（mm）大量生产1215成批生产1530单件、小批生产30503.6 工艺正补量在单件和小批量生产中，由于缩尺和铸件的收缩率选用的不

24、合适，或者由于铸件产生了变形以及操作中存在不可避免的误差的原因，便使加工过后的铸件的尺寸小于原来要求的尺寸，尺寸过小的话，还会因为尺寸误差太大，强度不够而不能使铸件满足生产的需要，导致铸件无法使用而报废。因此便会在铸件相应的非加工平面增加一层金属厚度来弥补铸造过程中的误差，这就是工艺正补量。工艺正补量的数值与铸件的尺寸，结构以及浇注位置和造型材料有关，由于本次设计的底板是小批量生产，工艺正补量要根据以往的经验数据去设计。工艺正补量如图3.1： 工艺正补量的厚度为2mm。图3.1工艺正补量3.7 分型负数 砂型铸造时，上下两个砂型的接触面一般都是不平整的。特别是干型和表干型，由于烘干时分型面产生

25、变形，因此合箱时，上下两个砂型之间就不能紧密接触。为了防止浇注时跑铁水，合箱前往往要在下箱分型面上垫上石棉绳或泥条。这样就是在垂直于分型面方向的铸件尺寸增加了。为了使铸件合乎图纸的尺寸要求，必须在制作模样时减去这部分高出的尺寸，这个被减去的尺寸称为分型负数。 分型负数选取根据经验选取，根据本次设计铸件的特点，在分型面选择分型负数为2mm。3.8 反变形量影响铸件变形的因素有很多，例如合金性能、铸件的结构、和尺寸大小、浇冒系统的布置、造型方法等。在铸造大平板类、床身类铸件时，铸件冷却后常出现变形。为了解决挠曲变形问题，在制造模样时，按铸件可能产生变形的相反方向做出反变形模样，使铸件冷却后的结果正

26、好将反变形抵消，得到符合图纸要求尺寸的铸件。这种在模样上做出的预变形量称为反变形量。本次设计的底板在下表面设置2mm的反变形量。3.9 浇注温度浇注温度的选取对铸件质量会产生很重大的影响，温度选取过高，会导致铸件热节增加，残余热应力增加；温度选取过低，会导致浇不到和冷隔的缺陷，本次设计的底板材料为球墨铸铁，选取浇注温度为1420.4 浇注系统的设计4.1 浇注系统的基本要求浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道的总称。铸铁件的浇注系统典型结构是由浇口杯、直浇道、直浇道窝、横浇道以及内浇道等部分组成，浇注系统的设计合理与否直接影响铸件的质量和浇注是金属利用率。浇注系统的基本要求： （1）内浇道的

27、数量、位置和方向应该符合铸件的凝固顺序原则和补缩要求。 （2）必须在固定的时间内充满型腔。 （3）充型压力必须能使浇注完成和充满型腔，能使铸件轮廓清晰。 （4）具有良好的挡渣能力。 （5)金属液在充满型腔中要流动平稳，避免紊流，防止在充满型腔中因吸入的空气过多而发生化学反应，影响铸件的质量。 (6)金属液流入型腔和浇道过程中流速不宜过快，避免飞溅和冲击浇道和砂芯以及型腔。 (7)型腔内的金属液提升的速度也不能太慢，否则会导致加砂和冷隔等缺陷。 (8)不允许破坏冷铁以及支撑砂芯。 (9)浇注过程中的金属液消耗小，利用率高，浇注本身系统内的金属液易清理。 (10)减小砂型体积，造型比较简单。 (1

28、1)对于一些比较薄的铸件常用浇口作为冒口使用。4.2 浇注系统的基本类型按浇注系统各单元截面的比例：分为封闭式、开放式、半封闭式和封闭开放式,各种浇注系统的特点如表4.1表4.1 浇注系统的种类及特点类型截面比例关系特点及应用封闭式A杯>A直>A横>A内阻流截面在内浇道上，开始浇注后，充满型腔很快开放式A直<A横<A内阻流截面在直浇道上，充型平稳，挡渣能力差半封闭式A直<A横A横>A内A直>A内阻流截面在内浇道上，横浇道截面最大，具有一定的挡渣能力，充型比较稳定封闭开放式A直>A阻<A横<A内阻流截面在直浇道下端，挡渣能力不错，

29、充型较为稳定，应用在中小型铸件较多4.3 浇注系统的基本组元4.3.1 浇口杯浇口杯的作用是：便于浇注,接收来自浇包的金属液，可以防止液体的溅出和溢出；减轻金属液对型腔和浇道的冲击，具有一定的挡渣作用，还可以防止气泡进入浇道内影响铸件质量，增减充型压力。本次设计选用的是普通漏斗式浇口杯，具体尺寸为图4.1：图4.1 浇口杯的尺寸本次设计选用的浇口杯的特点是可在砂型中直接挖出或者用简单的金属浇口圈做出，操作方便，一般应用于小型铸铁件。4.3.2 直浇道直浇道的功能是将金属液从浇口杯中引下，进入横浇道，内浇道和型腔，在浇注过程中起着十分重要的作用，还能够提供足够的压力来保证浇注时金属液的填充迅速，

30、克服在浇注过程中所遇到来自型腔的阻力，使金属液能够在规定的时间内充满型腔。4.3.3 直浇道窝金属液对直浇道的底部具有很大的冲击力，随之会产生紊流和漩涡的效果，导致金属液与空气过多接触，从而影响铸件的质量，还会带来浇注渣和冲砂等铸造缺陷，设置直浇道窝可以有效改善这些缺陷，直浇道窝的作用如下： (1)具有良好的缓冲作用，来缓冲来自直浇道金属液的充型压力 (2)可以缩短直浇道和横浇道支架紊流区的长度(3) 可以均匀分布内浇道内的流量(4) 减少直浇道和横浇道之间的压力(5) 在金属液注入浇口杯时常会携带一定的空气，设置直浇道窝可以浮出一定量的空气来改善铸件质量直浇道窝的大小形状来根据直浇道小段的直

31、径来选取。 4.3.4 横浇道横浇道的作用：横浇道的主要作用是向内浇道提供洁净的金属液，其主要作用就是挡渣，在金属液流入横浇道后，横浇道的挡渣作用会阻挡金属液中的金属渣，向内浇道提供洁净的金属液来浇注，可以极大改善铸件质量；另一方面，横浇道可以使浇注平稳进行，稳定浇注时的充型压力。4.3.5 内浇道 1）内浇道的作用： 控制充型速度和方向，分配金属液流入型腔，调节铸件各部的温度和凝固顺序，内浇道对铸件有一定的补缩作用。（1）内浇道数量的确定应该遵守所选用的凝固顺序和补缩方法，内浇道应该开在铸件的薄壁处，数量多为好，分散布置，这样可以使金属液能够均匀快速冲入型腔。（2）对于有凝固顺序的铸件，内浇

32、道应该开设在厚壁处并且设置有冒口，这样安排可以提高冒口的补缩效果。（3）对于结构复杂的铸件，往往采用顺序凝固和同时凝固的原则安排内浇道，这样既可以使得厚大部位的铸件得到补充还可以使得薄壁件减小充型压力和变形。（4)当铸件壁厚相当悬殊时，但是又必须从铸件的薄壁处去引入金属时，则应同时使用冷铁加速厚壁处的凝固，并且放置冒口来加速其凝固。（5）对于采用实用冒口的铸铁件和球墨铸铁件都必须遵守实用冒口的原则来布置内浇道和冒口。2）内浇道的设计要点：（1）设计内浇道应该避免流入型腔时的喷射和飞溅现象，避免金属液对着细小的砂芯、型腔、冷铁和芯撑，保证整个充型过程的平稳。（2）内浇道应该尽量薄。薄的内浇道的好

33、处是：降低内浇道的吸动区，可以放大横浇道的挡渣作用；减少初期金属液中金属渣的数量，来减轻后期清理的工作量，内浇道薄于零件的壁厚，在去浇道时不容易损坏零件。（3） 内浇道要避免开在铸件质量要求很高的部位，或者是加工精度要求很高的部位，这样可以避免晶粒粗大的铸件在此，提高铸件的整体质量。（4） 内浇道的金属流向力必须保持一致，否则会导致紊流。（5） 尽量在分型面上开设内浇道。（6） 内浇道的设置不能阻碍铸件的凝固，否则会导致铸件开裂。4. 4浇注系统的尺寸设计4.4.1 直浇道的高度由经验可知，直浇道过低可能导致充型不到和金属液补缩压力不满足，容易出现铸件边角浇注不完整、铸件缩凹等缺陷。刚开始设计

34、直浇道的高度是150mm，应该检验这个高度是否满足浇注需要。根据公式，剩余压力头和压力角的关系，如下式所列：HMLtg （4-1）式中 HM最小剩余压力头 L直浇道中心到铸件最高且最远点的水平投影距离压力角由铸造工艺学查表3-4-11得：为910 取10Ltg=450*tg1079mm 因为铸件全部位于上箱，铸件本身为40mm，加起来约为120mm，所以剩余压力头HM小于选择的150mm所以选用的压力头高度满足浇注要求。4.4.2 直浇道尺寸设计球墨铸铁液经过球化、孕育处理温度下降很多，并且容易产生氧化，生成渣滓，要求要快速充型，所以一般选用封闭式浇注系统。根据铸造技术应用手册表4-19的常用

35、球墨铸铁浇注系统尺寸，根据本次设计底板的质量为13Kg，所以选择具体直浇道的尺寸。具体尺寸如图4.2：图4.2 直浇道和直浇道窝的尺寸4.4.3 横浇道尺寸设计根据铸造技术应用手册表4-19的常用球墨铸铁浇注系统尺寸，横浇道如图4.3 图4.3 横浇道的尺寸 A=23mm B=15mm C=25mm4.4.4 内浇道尺寸设计 根据铸造技术应用手册表4-19的常用球墨铸铁浇注系统尺寸，横浇道如图4.4 图4.4 内浇道的尺寸 a=18mm b=16mm c=6mm 5 铸造工艺设备设计5.1 模样设计 5.1.1 模样种类的选取模样按材质、结构分类，其特点及适用范围见表5.1表5.1 模样的种类

36、、特点及适用范围 模样种类特点使用范围木模样质量很轻、容易加工、价钱便宜、但是强度比较低、容易变形、容易受潮、尺寸精度低适用于单件生产和小批量生产 金属模样质量小、容易加工、表面光滑、耐腐蚀、适用于成批和大量生产塑料模样质量小、制造工艺简单、强度和硬度高、成本低但是原材料有毒、很脆适用于大批量生产，特别是结构复杂的铸件由于本次设计的是底板，结构简单，而且是小批量生产，所以采用木模样。5.1.2 模样尺寸的计算 模样的尺寸分为两类：一类是与铸件有关的尺寸；另一类是非关联尺寸，凡是与铸件有关的尺寸，都应该把铸件的尺寸按照铸造收缩率加以放大，即遵循下面的公式计算： 模样尺寸=（与铸件有关的尺寸

37、77;工艺尺寸）×（1+铸造收缩率） (5-1) 公式中“±”的用法：“+”用于模样凸出部位的尺寸；“”用于模样凹下部位尺寸。 由上可得出： A= （400+13）×（1+0.01） = 418 B= （350+13）×（1+0.01） = 367 C= （40+6）×（1+0.01） = 47 D= （8+4）×（1+0.01） =12.12mm E= （8+2）× （1+0.01）mm =10.1mm F= （12+2）×（1+0.01）mm =14.14mm A、B、C、E、F为摸样的外形尺寸。绘制模样图5.

38、1模样的尺寸5.2模板选择选择单面普通式模板，适用于本次设计的底板的要求：小批量生产。 5.2.1 模板结构尺寸的设计及尺寸的计算 （1）模底板的平面尺寸：模底板的具体尺寸与已定的砂箱内框尺寸有关。模底板如图所示。模底板的具体尺寸按以下公式来计算： A0=A+2b B0=B+2b (5-2) 式中：A砂箱内框长度尺寸(mm)； B砂箱内框宽度尺寸（mm）； A0模底板长度尺寸（mm）； B0模底板宽度尺寸（mm）； b砂箱分型面外凸缘的宽度（mm）。模底板图5.2（2）模底板的高度：模底板的高度H必须根据使用要求来确定。 普通平面式模底板：H=80-150mm 5.2.2 模底板的壁厚和加强肋

39、设计与确定（1）壁厚s和加强肋的尺寸t1,t2及相连圆角半径r可依据模底板平均轮廓尺寸和所用的材质，选用：S=10-12mm,t1=12-14mm,t2=8mm,r=3mm。（2）加强肋的布置：加强肋之间的距离为K=50mm。 （3）模底板和砂箱的定位装置：模底板与砂箱之间用直接定位法定位，定位销安装在模底板上。结论：综上所述，模底板具体尺寸是长600mm、宽500mm。5.3砂箱及附件的设计5.3.1 设计选用砂箱的基本原则 (1)满足铸造工艺的基本要求； (2)尺寸和结构符合铸造设备的要求； (3)具有良好的力学性能，强度和刚度达标； (4)对砂型具有足够的粘附力，不能出现掉砂的情况； (

40、5)经久耐用，便于生产； (6)可以尽量标准化。5.3.2 砂箱的尺寸砂箱的结构如图5.3图5.3 砂箱的尺寸6 ProCAST软件模拟ProCAST 软件是由美国 UES（UNIVERSAL ENERGY SYSTEM） 公司开发的铸造过程的模拟软件采用基于有限元(FEM)的数值计算和综合求解的方法,对铸件充型、凝固和冷却过程等提供模拟，提供了很多模块和工程工具来满足铸造工业最富挑战的需求。基于强大的有限元分析，它能够预测严重畸变和残余应力，并能用于半固态成形，吹芯工艺，离心铸造，消失模铸造、连续铸造等特殊工艺。6.1 ProCAST软件模拟操作ProCAST模拟过程： 1）打开ProCAS

41、T软件，打开所做的三维图，三维图可以有PROE和UG做保存为PRT和IGS格式； 2）为浇注系统添加虚拟砂箱：如图6.1（砂箱大小可以调整）图6.1 添加虚拟砂箱3）检查所做文件的正确性，要检查的有两个相交面的数量，线段是否相交等，检查错误，可以改正，如图6.2图6.2 检查错误 4）划分网格，划分网格分为2D划分面和3D划分体，如图6.3图6.3 2D网格划分 5）检查网格划分的错误并改正，因为网格划分时可能有结构上的错误，如图6.46.4 检查网格划分的错误 6）3D网格划分，也就是体划分，划分之后也要进行检查错误并改正，如图6.5和图6.6： 图6.5和图6.6 3D网格划分 7）重力方

42、向的设置，要保证铸件能够浇注进去，如图6.7：图6.7 重力方向的设置 8）铸件材料和砂型材料的设置，以及浇注温度的设置，如图6.8：图6.8 浇注温度的设置 9）热交换系数的设置，如图6.9图6.9 热交换系数的设置 10）浇注方向的设置，浇注方向必须和重力设置的方向一致，如图6.106.10 浇注方向的设置 11）铸造类型设置，本次为砂型铸造也就是重力铸造，如图6.11图6.11 铸造类型的设置 12）点击check的按钮进行最后检查，如果完全正确，点击run的按钮然后进行结果的运算，进行浇注模拟。 13）浇注过程模拟，如图6.12,6.13和6.14分别是浇注开始时和浇注过程以及浇注完成

43、 图6.12 浇注开始 图6.13 浇注过程 图6.14 浇注完成 14）冷却过程的模拟，如图6.15 图6.15 冷却过程6.2 温度场分布由ProCAST软件模拟出的温度场的分析如图6.16和6.17 图6.16 温度场的分布6.17 温度场的分布由图6.16和6.17可知，本次设计的底板主要在加强筋交叉的位置冷却下来的温度比较高，是个热节处，因此可以采取在热节处喷涂冷却材料来降低此处的凝固温度，使得铸件凝固均匀，降低铸造缺陷的产生。7 铸件缺陷分析与解决方案7.1 ProCAST缺陷模拟结果 ProCAST的缺陷模拟结果如图7.1，可能出现缺陷的位置用红色的圈圈标出图7.1 缺陷可能出现

44、的位置7.2 缺陷产生的原因及处理方法铸件缺陷是铸造生产中，由于铸件本身或者操作的原因，在铸件表面或者内部产生的各种缺陷的总称，本次设计可能出现的缺陷是：缩松和缩孔、气孔和金属以及非金属夹杂物两种。1）.缩松和缩孔铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后的凝固位出现孔洞。容积大而且集中的孔洞称为集中缩孔，或者简称为缩孔；细小而且分散的孔洞称为分散性缩孔，简称为缩孔。影响缩孔和缩松的因素：（1）合金的收缩特性。合金的液态收缩系数越大，凝固收缩率也越大，缩孔和缩孔的容积也就越大，合金的固态收缩系数越大，缩孔和缩松的容积越小。 （2）浇注温度和浇注速度。浇注温度越大，合金的液态

45、收缩也就越大，缩孔和缩松的容积也就越大。 （3）铸件的壁厚。铸件壁厚越大，凝固时铸件内部的金属温度也就越高，液态收缩也就越大，缩孔和缩松也就越大。 防止缩松和缩孔的措施： （1）控制凝固方式，尽量保证顺序凝固或者是同时凝固。顺序凝固是保证铸件和冒口有一个梯度的凝固顺序，可以获得致密的铸件；同时凝固是采取工艺措施来使铸件达到同时凝固，可以缩短浇注时间。 （2）采取合理的铸造工艺措施。 A）浇注温度和浇注速度 浇注温度和浇注速度的调整，可以使铸件达到顺序凝固或者是同时凝固，采用高的浇注温度，可以增加铸件的纵向温差，有利于铸件的顺序凝固；通过设置多个内浇道来低温快速浇注，有利于铸件同时凝固。B）冒口

46、和补贴以及冷铁的使用冒口和补贴以及冷铁是减少缩松和缩孔的有效措施，前面的章节已经介绍过了。C)加压补缩加压补缩主要是防止微小的缩孔的产生。2）气孔和金属及非金属夹杂物铸件中的气体可能来自熔炼过程中、来自浇注过程中以及铸型中。因此，要使用干净、干燥的炉料，不许带有水分和油脂铁锈等；浇注要在干燥的环境中进行；最后可以进行脱气处理。非金属夹杂物对铸件的影响十分显著，夹杂物对塑性、冲击韧性的影响非常大，尤其对材料的疲劳强度影响更加严重。因此，必须采取合理的浇注工艺措施和浇冒口系统，保持金属液在型腔中充型平稳；正确选择合金的材料和成分；严格控制铸件中的含水量；对于高要求的铸件可以在真空条件下进行浇注。参考文献1 黄乃瑜,万仁芳.铸造工艺装备设计M.北京:电子工业出版社,2007.2 董选普,李继强编.铸造工艺学M.北京:化学工业出版社,2009.3 刘兴国.铸造过程质量控制与检验读本M.北京:中国标准出版社,2005.4 李远才.铸造造型材料实用手册M.北京:机械工业出版社,2009.5 全国铸造标准化技术委员会编.铸造标