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托架铸造工艺设计,托架,铸造,工艺,设计
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铸造工艺课程设计说明书设计题目托架铸造工艺课程设计学 院年 级专 业学生姓名学 号指导教师铸造工艺课程设计说明书1目目 录录1 前前 言言 .21.1 本设计的目的、意义.22 2 设计方案设计方案 .32.1 零件分析.32.1.1 零件结构信息 .32.1.2 技术要求 .32.2 铸造工艺方案分析.42.2.1 造型方法、造型方法的选择 .42.2.2 铸造方法的选择 .42.2.3 铸型种类的选择 .42.2.4 铸件浇注位置的确定 .52.2.5 分型面的选择 .53 3 铸造工艺参数铸造工艺参数 .73.1 收缩率确定.73.2 灰铁铸出孔大小确定.73.3 加工量确定.73.4 起模斜度.103.5 砂芯设计.113.6 吃砂量确定.114 4 浇注系统设计浇注系统设计 .124.1 浇注时间的确定.124.2 浇注系统的阻流截面积计算.134.3 冒口与冷铁设计.175 5 工装设计工装设计 .185.1 模样的设计.185.2 模板的设计.185.3 砂箱的设计.196 6 结结 论论 .20致致 谢谢 .21参参 考考 文文 献献 .22铸造工艺课程设计说明书21 前前 言言1.1 本设计的目的、意义依据所给的零件图，完成托架的铸造工艺设计，使最终得到的零件能够基本满足加工性能和使用性能。依靠本次铸造工艺设计，使学生熟悉铸件的生产设计的各过程，将理论知识转化到实际应用中去，能够对实际生产该类零件或相似类型的零件给出一定的启发和帮助，制定工艺规程应在一定的生产条件下，以最少的劳动量和最低的生产成本，在规定的期间内，可靠地加工出符合图样及技术要求的零件。 铸造工艺课程设计说明书32 设计方案设计方案2.1 零件分析2.1.1 零件结构信息托架零件的结构如下图 2.1 托架零件图所示，托架底面为安装座，侧面为托架轴的孔支架部分，所有孔均需机械加工。图 2.1 托架零件图2.1.2 技术要求本次设计的托架零件材质为 HT200，最小抗拉强度为 200MPa，布氏硬度为163241HBW，伸长率 0.30.8%抗弯强度为 400 MPa，抗压强度为 600800 MPa，抗剪强度为 248 MPa，满足大多数托架、托架零件的机械性能要求。托架的主要作用是支撑其他零件，零件设有加强肋，并保证托架各部件的正确安装。技术要求：（1）铸件不得有气孔、缩松、裂纹等铸造缺陷。（2）未注铸造圆角 R2-3。铸造工艺课程设计说明书4灰铸铁具有良好的铸造性能1，材质为灰铁的铸件毛坯一般采用铸造方式获得，本次设计采用砂型铸造，手工造型，一箱两件生产该件。为了便于分析直观，依据托架的零件二维图纸，建立托架的三维零件如下图 2.2。托架三维零件图所示。图 2.2 托架三维零件图2.2 铸造工艺方案分析铸造工艺包括：造型方法、造芯方法、铸造方法及铸型种类的选择。2.2.1 造型方法、造型方法的选择根据手工造型和机器造型的特点，手工造型适应各种要求，比较灵活，不要求很多工艺装备，成本小，且该砂芯难以使用造型机，选择手工造型。2.2.2 铸造方法的选择砂型铸造较之其他铸造方法成本低、生产工艺简单、生产周期短。根据零件的各参数，对照表格中的项目比较，铸件复杂程度简单，选择砂型铸造。2.2.3 铸型种类的选择铸造业应用最多、最广、工艺及配套设备最成熟的是呋喃树脂自硬砂，相对其他树脂砂工艺铸件成本较低、旧砂利用率高、旧砂再生简单，在灰铁、球铁、铸钢、有色等铸造中都得到广泛地应用。根据铸型的特点和应用情况选用自硬砂。铸造工艺课程设计说明书52.2.4 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特点、尺寸、重量、技术要求、铸造合金特铸造方法以及生产车间的条件决定的。正确的浇注位置能保证获得健全的铸件，并使造型、制芯和清理方便。浇注位置选择一般遵循以下原则2：（1）铸件最重要的部分或交大平面朝下；（2）铸型的防止应有利于砂芯的定位与稳固支撑；（3）当铸件需要冒口补缩时，最好使补缩部位处于铸件的上部；（4）为避免铸件薄壁部分浇不足，浇注使，薄壁部分营放在下边或立放或斜放；（5）铸型的放置应有利于在浇注时，砂型和砂芯排气；（6）对于平板类铸件，为了防止夹砂，可以倾斜放置，同时也有利于排气，也可减少铁水对铸型的冲刷力；（7）应尽量使砂芯全部或者主要部分位于下型，并尽量少用吊芯；（8）应使下芯，合箱方便，便于检查型腔尺寸。综合上述原则，考虑到托架零件结构特点，托架适合采用顶部、中间、底部浇注。2.2.5 分型面的选择铸造分型面是指铸型组元间的接合面，分型面的选择应尽量与浇注位置一致，尽量使两者协调起来，使铸造工艺简单，并易于保证铸件质量2。浇注位置往往同分型面的选择密切相关，所以二者相互影响，为了便于充分考虑二者的相互关联的关系，托架零件可有以下三种分型方案。分型方案一：将以托架零件底面安装台最大面做分型面，将铸件完全置于上箱，顶部浇注系统适合此分型方案，该分型方案如图 2.3 分型方案一。铸造工艺课程设计说明书6图 2.3 分型方案一分型方案一的优点是分型面平直，但是上箱过高，而且铸型腰形孔处需做活块才能顺利造型，进而增加生产劳动强度，同时在实际生产过程中活块容易丢失，会对生产进度造成影响3。分型方案二：将以托架零件侧面最大面做分型面，将铸件完全置于下箱，顶部浇注形式适合方案，该分型方案如图 2.4 分型方案二所示。图 2.4 分型方案二分型方案二的优点分型面简单。分型方案三：与分型方案二类似，只是将上下箱颠倒，将铸件完全置于上箱，底部浇注形式适合方案，该分型方案如图 2.5 分型方案三所示。图 2.5 分型方案三综合比较，方案二与方案三均可采用，故本次设计分型方案选择分型方案三进行分型分型，采用底部浇注系统。铸造工艺课程设计说明书73 铸造工艺参数铸造工艺参数3.1 收缩率确定铸件线收缩率又称铸件收缩率或者铸造收缩率，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时的温度）冷却到室温时的相对线收缩量，以模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示，即 （3-1）%100 121LLL）（式中 L1模样长度；L2铸件长度。由表 3.1 灰铁自由收缩率1，可知支撑座材质为 HT200，对应的收缩率为 1%。表 3.1 灰铁收缩率3.2 灰铁铸出孔大小确定该托架为成批生产，依据表 3.2 灰铸铁不铸出孔直径可知零件图中减重孔直径为 30孔不铸出；腰形孔也不须铸出。表 3.2 灰铸铁件不铸出孔直径（单位 mm）生产批量不铸出孔直径大量生产1215批生产1530单件或小批生产30503.3 加工量确定铸件上的机械加工余量是铸件上要用机械加工的方法切去的金属层厚度4。加工余量不足，会使铸件因加工表面上残存黑皮和表层缺陷而报废；加工余量太大，会增加机械HT100,HT150,HT200灰铸铁牌号小中件中大件特大件HT250HT300HT350自由线收缩率（%）铸造收缩率（受阻收缩率（%）0.91.10.81.00.81.00.70.90.70.90.60.80.91.10.70.91.51.0铸造工艺课程设计说明书8加工的工作量，且浪费金属材料，从而增加了生产成本，有时还会因截面变厚，热节变大，使铸件晶粒粗大，力学性能降低。铸件的机械加工余量可以用查表的方法确定。铸件切削加工余量等级常常和铸件尺寸公差等级配套确定。铸件尺寸公差的代号用字母 CT 表示2。尺寸公差等级分为 16 级。托架为砂型铸造手工造型批量生生产故，依据表 3.3 成批和大批量生产铸件的尺寸公差等级（摘自 GB/T6414-1999）选用铸件公差等级为 CT12（GB/T 6414-1999-CT12）。表 3.3 成批和大批量生产铸件的尺寸公差等级（摘自 GB/T6414-1999）公差等级 CT铸 件 材 料方法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钴基合金砂型铸造手工造型11141114111411141013101391211141114砂型铸造机器造型和壳型81281281281081081079812812注：注：（1）表中所列处的公差等级时至在大批量生产、且影响铸件尺寸精度的生产因素已得到充分改进时铸件通常能够达到的公差等级。（2）本标准还适用于本表未列出的由铸造厂和采购方之间协议商定的工艺和材料。铸件切削加工余量的代号用字母 MA 表示。切削加工余量等级由精到粗分为A、B、C、D、E、F、G、H、J 共 9 个等级2。成批量生产的铸件加工余量等级按表 3.4毛坯铸件典型的机械加工余量等级选取该托架的加工等级为 F 级。表 3.4 毛坯铸件典型的机械加工余量等级要求的机械加工余量等级铸件材质方法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钴基合金砂型铸造手工造型GKFHFHFHFHFHFHGKGK砂型铸造机器造型和壳型EHEGEGEGEGEGEGFHFH托架的底面尺寸为：，基本尺寸 165mm，查表 3.5 铸件尺寸公差数值1545165（摘自 GB/T6414-1999）CT12 公差值为 8，位于浇注位置的侧面，查 3.6 要求的铸件加工余量(RMF) （摘自 GB/T6414-1999）加工余量等级 RMA(F)对应数值为 1.5，托架端面单铸造工艺课程设计说明书9侧加工，则该尺寸的加工量为：8/2+1.5=5.5mm。表 3.5 铸件尺寸公差数值（摘自 GB/T6414-1999）（单位：mm）毛坯铸件基本尺寸铸件尺寸公差等级 CT大于至12345678910111213141516100.090.130.180.260.360.520.7411.522.84.210160.10.140.20.280.380.540.781.11.62.23.04.416250.110.150.220.300.420.580.821.21.72.43.24.668101225400.120.170.240.320.460.640.91.31.82.63.6579111440630.130.170.240.360.500.7011.422.845.68101216631000.140.180.260.400.560.781.11.62.23.24.4691114181001600.150.200.280.440.620.881.21.82.53.657101216201602500.220.300.500.7211.422.845.68111418222504000.240.340.560.781.11.62.23.24.46.29121620254006300.400.640.91.21.82.63.6571014182228（1）在等级 CT1CT15 中对壁厚采用粗一级公差（见第 7 章）；（2）对于不超过 16mm 的尺寸，不采用 CT13CT16 的一般公差，对于这些尺寸应标注个别公差。（3）等级 CT16 仅适用于一般公差规定为 CT15 的壁厚。托架的侧面立板基本尺寸 165mm，查表 3.5 铸件尺寸公差数值（摘自 GB/T6414-1999）CT12 公差值为 8，位于浇注位置的侧面，查 3.3.4 要求的铸件加工余量(RMF) （摘自 GB/T6414-1999）加工余量等级 RMA(F)对应数值为 1.5，托架端面双侧加工，则该尺寸的加工量为：8/4+1.5=3.5mm。托架两伸出 40 以内凸台顶面，位于浇注位置的顶面，其加工量 5/4+0.7=1.95mm，圆整取 2.0mm。表 3.6 要求的铸件加工余量(RMA) （摘自 GB/T6414-1999） (单位：mm)最大尺寸要求的机械加工余量等级大于至ABCDEFGHJK400.10.10.20.30.40.50.50.711.440630.10.20.30.30.40.50.711.42631000.20.30.40.50.711.422.841001600.30.40.50.81.11.52.23461602500.30.50.711.422.845.58铸造工艺课程设计说明书102504000.40.70.91.31.42.53.557104006300.50.81.11.52.2346912（1）最终机械加工后铸件的最大轮廓尺寸。（2）等级 A 和 B 仅用于特殊场合，例如，在采购方与铸造厂已就加持面或者基准目标商定模样装备、铸造工艺和机械工艺的成批上产情况下。3.4 起模斜度为了使模样(或芯)易于从砂型(或芯盒)中取出(砂型铸造)，或者从铸型中取出铸件(金属型铸造)，铸件垂直分型面的表面要留有起模斜度(也称拔模斜度)5。铸造斜度可以用不同的方法形成，起模斜度可采取增加铸件壁厚、增减铸件壁厚或者减小铸件壁厚的方法来形成。在铸件上添加起模斜度，原则上不应超过铸件的壁厚工差要求。铸件的起模斜度值参考表 3.7 起模斜度（JB/T 5105-1991）。表 3.7 起模斜度（摘自 JB/T 5015-1991）起模斜度金属模样、塑料模样木模样测量面高度 HmmAA mmAA mm103300.64000.810401501.42051.6401000501.60551.61001600351.60402.01602500302.20352.62504000303.60354.24006300254.60305.6该托架零件垂直分型面的高度不超过 40 mm 的，采用金属模样造型，依据表 3.7 起模斜度（JB/T 5105-1991）以及表 3.5 铸件尺寸公差数值（摘自 GB/T6414-1999），综合比较，为了使脱模顺利，增大起模斜度，采用增减壁厚方式，选取金属模样的起模角度为 1.5，即每个垂直分型面的侧面均加起模斜度为 1.5。根据以上结果，最终确定托架铸件三维图如图 3.1 托架铸件三维图，通过软件计算该托架铸件质量为 1.92kg。铸造工艺课程设计说明书11图 3.1 托架零件三维图3.5 砂芯设计依据前文分析，托架不需要设计砂芯。3.6 吃砂量确定模样与砂箱、箱顶、箱底和箱带之间的距离称为吃砂量。由前文可知托架单件重量为 6.5Kg，依据表 3.8 按重量确定吃砂量表，可确定吃砂量最小尺寸为a=50mm，b=50mm，c=40mm，d=40mm，e=40mm， f=30mm。实际选取数值略比该值大，可充分考虑现有模板及砂箱标准尺寸。表 3.8 按铸件重量确定的吃砂量 （单位 mm）铸件重量/kgabcdef100004050607090100120150200250275300350400405060709010012015020025027530035040030404050506070901001251501752002503040505060708090100125150175200250304050607010030303040506070120150200225250250250铸造工艺课程设计说明书124 浇注系统设计浇注系统设计4.1 浇注时间的确定托架铸件单件重量为 1.92Kg。由于该件为一箱两件生产的砂型铸造生产形式，依据表 3.2.1 铸铁件工艺出品率参照成批量生产，确定浇注过程中的总体金属液重量，浇冒占比为 20%，则浇注时所需金属液总质量为。Kg8 . 4%20-14292. 1）（ （4-1）%100浇冒口重量）（铸件重量铸件重量工艺出品率表 4.1 铸铁件工艺出品率（%）铸件重量/Kg大量流水生产成批量生产单件小批生产100085908090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（4-2）计算 （4-GLSt 2）式中 t 浇注时间（s）；GL 型内金属液总重量，包含浇冒口系统重量（Kg）；S系数，取决于逐渐壁厚，可由表 4.2 系数 S 和铸件壁厚 的关系查出。表中壁厚 指铸件的主要壁厚，对实心体铸件取壁厚 =2E（E为铸件的当量厚度）E=铸件的体积/铸件的面积。表 4.2 系数 S 和铸件壁厚 的关系铸件壁厚/mm2.53.53.588.015系数S1.631.852.2因为托架铸件的斜度依据增加壁厚方式来形成，故壁厚适当取大值计算5。浇注时间:。sGLSt8119. 48 . 42 . 2铸造工艺课程设计说明书134.2 浇注系统的阻流截面积计算浇注系统常用的分类有两种：根据浇注系统个单元断面的比例关系，可分为封闭式、半封闭式、开放式、封闭开放式等 4 种类型；根据内浇道在铸件上的相对位置（引入位置），可分为顶注式、中注式、底注式和阶梯注入式等 4 种类型。本次支撑座浇注系统设计采用封闭浇注系统、顶注式，查表 4.3 浇注系统各单元断面比例及其应用，因为该支撑座为中、小型灰铁件砂型铸造，故选择浇注系统的断面比关系为：内：横：直=1:1.1:1.5。AAA表 4.3 浇注系统各单元断面比例及其应用截面比例A直A横A内应用21.51大型灰铸铁砂型铸造1.41.21中、大型灰铸铁件砂型铸造1.151.11中、小型灰铸铁件砂型铸造1.111.061薄壁灰铸铁件砂型铸造1.51.11可锻铸铁1.11.21.31.51表面干燥型中、小型铸铁件1.21.41表面干燥型重型机械铸铁件1.11.251.11.51干型中、小型铸铁件1.21.11干型中型铸铁件1241.54球墨铸铁件124铝合金、镁合金铸件1.231.221青铜合金铸件11212铸钢件漏包浇注1.50.811薄壁球墨铸铁小件底注前文计算的铸件总高度 47.5mm，上、下箱各占一半，上箱铸件高度为 47.5 缩尺为 1%，依据吃砂量前文查表选取为 a=b=50mm，则上砂箱最小高度为，mm975.975001. 15 .47取上砂箱高度 100mm（下砂箱取 100mm）。确定静压头高度，依据表 4.4 普通漏斗形外浇口尺寸，初步浇口杯高度尺寸，暂定浇铸造工艺课程设计说明书14口杯高度为 46mm。表 4.4 普通漏斗形外浇口尺寸直浇道下端直径d/mml/mml/mmh/mm铁液容量/Kg165652400.516185854420.618206056440.720226258460.822246460480.924266662501.026286864521.228307066541.3本次设计采用中间浇注形式， 则计算静压头高度为:。cmHp2 .12275. 46 . 40 .10则依据截面比的关系。内浇道采用内：横：直=1:1.1:1.5。截面比设计法，AAA则内浇道计算公式为：内L （4-3）AG）（ghp2t其中本次设计浇注系统为浇口杯、直浇道、内浇道 4 个部分的四单元浇注系统，则有：hp=k22/(1+k12+k22)*Hp=1.152/1+(1.15/1.1)2+1.152*12.2=4.7cm依据表 4.5 内浇道尺寸，选取与计算的=2.64cm2稍大的断面的面积，本次设计选取内浇口面积为 3.0cm2为本次设计的内浇口总断面面积，一箱两件，每件设计 1 个内浇口，则每个内浇口面积为 1.5cm2，对应的内浇口尺寸 a=14mm，b=44mm，c=12mm，则内浇道总断面面积为 3.0cm2。表 4.5 内浇道尺寸（单位：mm）序号内浇道断面积A内/cm2abcabcabcabcda铸造工艺课程设计说明书1510.311936464399536.58.520.41194757531096479.530.5119586764101074810.540.611968.66.586.54.511117591250.8141261089851212861013.561.015137119109514149711.51571.218147.5121011106151610712.516.581.52018814111211717181181418.591.82119916121312818201291520.5102.2232110171315131920221491723112.625231117.513.5171392424151018.524.5123.02824121814191410262716112026133.43225121915201510282817122128144.03830122115221610303018132230.5154.54036122216241711323020142432.5165.0423812.523172518113435201525.534175.4444013241825.51912353521152635186.045411425212620123736221627.537199.05650173023342416454228193445.52012.05852223728362820504832223950计算出横浇道总断面面积为横=1.1 3.0=3.3cm2,查表 4.6 浇注系统截面面尺寸6，A设计横浇道截面面积为 3.3cm2的横浇道，对应的横浇道尺寸为：A=18mm，B=12mm，H=22mm。表 4.6 浇注系统截面面尺寸横浇道直浇道序号断面积 A横/cm2A /mmB /mmC /mmA /mmB /mmC /mm序号断面积A横D/mm铸造工艺课程设计说明书16/cm211.0119101810611.81522.01510162013823.12032.416111822141034.92543.017132024151147.13053.619142228171259.63564.0201523301813612.64075.0241625352015715.94586.0271728362216819.65097.0281830382417923.755108.03020324026181028.260119.03222344228191133.2651211.03624374530211238701313.03827405232241344751413.83828425533251450.38015174430466036281556.7851619.54632506539301663.790172452365472433317719518285640587846361878.510019346044668651401986.51052038.56545709054432095.21102148655580102604821104115计算出直浇道总断面面积为 A直=1.15*3.0=3.45cm2,故查表 4.5 浇注系统截面面尺寸，直浇道截面面积取 3.45cm2，直径为 21mm。最终确定各浇道截面尺寸如下图 4.1 浇道截面尺寸所示。图 4.1 浇道截面尺寸铸造工艺课程设计说明书17图 4.2 浇注系统三维图4.3 冒口与冷铁设计灰铸铁和球磨铸铁在凝固过程中都析出石墨并伴随相变膨胀，有一定的自补缩能力，因而缩松、缩孔的倾向小性较铸钢件小。铸铁件的补缩应以浇注系统后补缩（浇注系统在完成教主以后，对铸件的补缩，称为后补缩）和石墨化膨胀自补缩为基础，只是由于铸件本身结构、合金成分、冷却条件等原因，不能建立足够的后补缩和自补缩的情况下才应用冒口，一个需要设置冒口补缩的铸件，也必须利用后补缩和自补缩，冒口仅是补充后补和自补不足的差额。托架的体积与表面积的比值大于 2.5，本次托架不设计冒口。铸造工艺课程设计说明书185 工装设计工装设计5.1 模样的设计根据托架的各种属性选择金属模样，金属模样结构设计原则是，在满足铸造工艺、保证铸件质量的前提下，尽量使模样的结构简单，便于加工制造7。（1）模样本体结构；（2）模样壁厚及加强肋设计；（3）模样非工作表面圆角半径；（4）模样的活块结构。5.2 模板的设计确定轴承座的上模板装配图如下图 5.1 上模板装配图图所示。图 5.1 上模板装配图1.上模板；2.M10 内六角螺丝；3.上模样定位销；4.上模样；5.横浇道；6.直浇道；7.上模板导向销最终确定轴承座的下模板装配图如下图 5.3 下模板装配图图所示。铸造工艺课程设计说明书19图 5.2 下模板装配图1.下模板定位销
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