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底座 铸造 工艺 设计

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底座铸造工艺设计,底座,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底座铸造工艺设计学 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I目目 录录1 1 前前 言言 .11.1 本设计的目的、意义.11.1.1 本设计的目的 .11.1.2 本设计的意义 .11.2 本设计的技术要求.11.3 本课题的发展现状.21.4 本领域存在的问题.31.5 本设计的指导思想.31.6 本设计拟解决的关键问题.32 2 设计方案设计方案 .42.1 造型和制芯方法.42.2 铸造方法.42.3 浇注位置的确定.42.4 分型面的确定.53 3 铸造工艺参数的设计铸造工艺参数的设计 .73.1 加工余量的确定.73.2 起模斜度的确定.83.3 铸造收缩率的确定.93.4 分型负数.93.5 最小铸出孔和槽.104 4 砂芯的设计砂芯的设计 .114.1 砂芯的形状.114.2 芯头的结构尺寸.125 5 浇注系统的设计浇注系统的设计 .145.1 浇注系统设计要求.145.2 浇注系统类型选择.145.3 浇注系统结构.155.4 浇注系统参数计算.155.5 冒口的计算.196 6 铸造工艺装备设计铸造工艺装备设计 .216.1 模样及模板.21铸造工艺课程设计说明书II6.2 芯盒.226.3 砂箱的设计.237 7 结结 论论 .25致致 谢谢 .26参考文献参考文献 .27铸造工艺课程设计说明书11 前 言1.1 本设计的目的、意义1.1.1 本设计的目的了解和掌握铸件的生产与设计过程；根据铸造零件结构、材质、批量、生产条件等因素，确定铸造工艺方案及工艺参数、绘制铸造工艺图、工艺卡等技术文件，最终用于指导铸件生产操作1。1.1.2 本设计的意义对于铸造在生产中，铸造工艺设计中各部分的设计有着各种各样的原则和要求。通过本次课程设计来设计铸造出合格的底座，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。1.2 本设计的技术要求(1) 灰铸铁符合标准 GB/T1348-2009，必须保证机械性能；(2) 凡有加工符号的表面留有加工余量；(3) 铸件不得有砂眼、气孔、裂纹等缺陷；(4) 未注铸造圆角为 R3-R5；(5) 铸造公差等级为 CT12 级；(6) 去毛刺，锐边锐角倒钝2。铸造工艺课程设计说明书2图 1.1 底座零件图1.3 本课题的发展现状铸造技术目前已经有着较为成熟的生产工艺，能够进行大中型、小型的各类复杂件的大量生产和单件生产，且能满足各类生产生活的需求。铸造成型工艺种类繁多有金属型铸造、陶瓷铸造、压力铸造、离心铸造、消失模铸造、砂型铸造等，而本次设计所使用的砂型铸造是应用最为普遍的铸造方法且已经有着较为成熟的生产工艺技术能够满足本次设计的需求。铸造工艺课程设计说明书31.4 本领域存在的问题砂型铸造在生产中有着其独到的优点但同样的也存在着众多的问题，例如对浇铸温度的控制问题，浇铸温度过高会出现粘砂的问题，温度过低又存在浇不足的风险。除此之外还存在着砂芯的放置问题，这影响着铸件尺寸的精确性。以上所提及仅是铸件领域中存在的部分问题除此还存在众多的问题有待实践解决。1.5 本设计的指导思想本设计主要以最少的工艺实现最快、最合理的生产工艺最为生产要旨，且安全环保，把生产成本，产品质量，生产速度作为生产中的重要准则。1.6 本设计拟解决的关键问题（1）铸件的分型面的选取问题；（2）冒口的设计问题；（3）浇铸温度的确定。铸造工艺课程设计说明书42 设计方案2.1 造型和制芯方法本铸件采用手工造型，手工造型和制芯所使用的工艺装备简单,灵活多样,适应性强.所以对单件、小批或成批生产，特别对重大型铸件和复杂形状铸件有着广泛的用途。机器造型和制芯的生产率高，劳动强度低，铸件质量比较稳定。但是，它需要庞大的机器设备,而且投资大。所以本铸件采用手工造型3。2.2 铸造方法本铸件采用湿型砂进行铸造。型砂和芯砂均采用黏土砂制作。湿型砂的采用是因为湿型砂不需要烘干、不经固化而且具有一定的湿强度；虽然强度低但退让性好，便于落砂，而且湿型砂造型效率高。2.3 浇注位置的确定铸件的浇铸位置是指浇铸时铸件在铸型内所处的位置和状态。它关系到铸件的冶金质量、铸件的尺寸精度及造型工艺的难易程度，因此在确定工艺方案时需要选择合适的浇铸位置。因此浇铸位置的确定应该遵从以下几个原则：（1）铸件的重要部位或主要的加工面、耐磨面、受力面等应位于下部或呈直立状态。（2）铸件的大平面应朝下。（3）保证铸件的充型能力。（4）要有利于铸件的补缩。（5）避免使用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯。（6）尽量保证合箱的位置、浇铸位置和铸件冷却位置一致4。铸造工艺课程设计说明书5abc图 2.1 浇铸位置如图 2.1 所示有四种浇铸位置的放置方案。方案 a 存在排气性差、去渣能力弱、而且无法保证其表面质量的问题。方案 c 在使用时需要放置吊砂，但放置难度较大，不易操作。所以综合以上判据选用方案 b 的浇注位置。2.4 分型面的确定分型面是两半铸型相互接触的表面。通常在确定好浇铸位置后再选择分型面，一个好的铸造工艺方案需要合理的结合浇铸位置再选择分型面，才能做到简化生产并易于保证铸件质量。以下是分型面的选取原则：1）尽可能的使铸件全部或大部分处于同一半型中。2）分型面的数目尽可能的少。3）尽量选用平面作为分型面。铸造工艺课程设计说明书64）避免砂箱过高。5）便于下芯6）注意减轻铸件清理和机械加工量5。通过以上原则分型面的选取方案有以下几种：a b图 2.2 分型面设置方案据图 2.2 可知分型面的选取有两种方案。方案 a 的分型面选取有利于冲型，且便于砂芯的放置，铸件也全部在同一半型内。方案 b 不利于砂芯的放置且分型面放置于两个砂型不是最好的选择。综上考虑选择方案 a 作为分型面的选取方案。铸造工艺课程设计说明书73 铸造工艺参数的设计3.1 加工余量的确定工艺设计为了保障零件加工面尺寸和精度，在铸造工艺设计时，将加工表面上留出的、准备切去的金属层厚度称为机械加工余量。加工余量过大，浪费金属和机械加工工时，增加铸件和零件成本；过小则不能完全除去铸件的表面缺陷，甚至露出铸件表皮，达不到零件要求。据此查表 3.1 和表 3.2 得图 3.1 和图 3.2 所需加工的个表面的机械加工余量，以表 3.3 所示。 图 3.1 各机械加工余量面 图 3.2 底座零件图表 3.1 毛坯铸件典型的机械加工余量等级（GB/T6414-1999）方法要求的机械加工余量等级铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金砂型手工造型GKFHFHFHFH砂型机械造型或壳型EHEGEGEGEG铸造工艺课程设计说明书8表 3.2 要求的铸件加工余量（GB/T6414-1999）最大尺寸要求的铸件加工余量等级EFG40630.40.50.7631000.711.41602501.422.82504001.42.53.54006302.234表 3.3 各面机械加工余量3.2 起模斜度的确定为论了方便起模样或取出砂芯，模样、芯盒的出模方向留有一定的斜度，一免损坏砂芯或砂型。起模斜度可以采取增加铸件壁厚、增减铸件壁厚、减少铸件壁厚的方式来形成。在铸件上添加起模斜度时，起模斜度应小于或等于产品图上所规定的起模斜度值，以防止零件在装配或工作中与其他零件相妨碍，起模斜度面如图 3.3 和图 3.4 所示。 图 3.3 需要起模斜度的面 图 3.4 底座零件图本次设计采用金属模样造型腔，金属模样的起模斜度与测量面高度有关，不同高度12各面机械加工余量等级43.5铸造工艺课程设计说明书9的测量面应具有的起模斜度如下表 3.4：表 3.4 金属模样起模斜度起模斜度测量高度 h/mm金属或塑料模a/mm102。200.4 10401。100.8401000。301.0401000。201.8根据表 3.4 中的数据选择不同的面的起模斜度，各面起模斜度如下表 3.56。表 3.5 各面起模斜度各面编号12345起模斜度1.01.01.01.01.03.3 铸造收缩率的确定金属在凝固过和程中有液态收缩、凝固收缩和固态收缩，其中液态收缩和凝固收缩的结果会使铸件最后凝固的部位产生缩孔、缩松，为消除缩孔、缩松，获取组织致密的铸件，采取工艺措施进行补缩。根据该该零件的结构，金属液在凝固冷却过程中的收缩介于“自由收缩”与“受阻收缩”之间，因此按照材料铸造手册中“铸造收缩率”的设计依据（表 3.6）选择该铸件的铸造收缩率为 1%。表 3.6 各类铸铁件的铸造收缩率铸件的种类收缩率阻碍收缩自收收缩灰铸铁中小型铸件0.10.80.91.1大中型铸件0.70.90.81.0特大型铸件0.60.80.70.9长度方向0.70.90.81.0灰铸铁特殊的圆筒形铸件直径方向0.50.60.8铸造工艺课程设计说明书103.4 分型负数干砂型、表面烘干型以及尺寸较大的湿砂型，分型面由于烘烤，修整等原因一般都不很平整，上下型接触面很不严。为了防止浇注时炮火，合箱前需要在分型面之间垫以石棉绳、泥条等，这样在分型面处明显增加了铸件的尺寸。为了保证铸件尺寸精确，在拟定工艺时为抵掉铸件增加的尺寸而在模样上减去相应的尺寸称为分型负数。而本次设计零件是湿型且是中小型铸件，故不予考虑分型负数。3.5 最小铸出孔和槽械零件上的孔、槽和台阶一般尽可能的铸造出来，这样既可以节约金属还可以减少机械加工的工作量、降低成本，又可使铸件的壁厚比较均匀，减少形成缩孔、缩松等铸造缺陷的倾向，提高铸件的质量。在有些特殊要求的孔，如弯曲孔和异形孔，无法进行机械加工，则一定要铸出。但有些情况下孔和槽有不宜铸出。所以根据表 3.7 可知本铸件槽不需要机械加工。表 3-7 铸铁件最小铸处孔尺寸（单位：mm）铸件材质壁厚铸孔最小直径8106102025101540501530铸铁501003550铸造工艺课程设计说明书114 砂芯的设计砂芯用于形成铸件内腔、形成孔以及不易起模的外部轮廓部分，也可以在铸型局部需要特殊性能时用作砂型的局部。铸型工艺对砂芯的基本原则是：砂芯的形状尺寸和在砂型中的位置符合逐渐的要求；要有足够的强度和刚度，能够抵抗高温金属液体的冲击和静压力；排气顺畅，能将在冲型及凝固过程中产生的气体顺利排出。砂芯的设计包括：砂芯分块，下芯顺序，砂芯的个数，芯头的结构等。本铸件采用黏土砂制芯。4.1 砂芯的形状砂芯在铸件浇铸过程中不仅需要一定的强度和刚度还需要良好的透气性。据此砂芯的设置在设计过程中需要满足以下原则：（1）尽量减少砂芯的数量；（2）复杂的砂芯分块设计；（3）选择合适的砂芯形状，便于填砂、舂砂、安放芯骨和采取排气措施；（4）砂芯的分盒面应尽量与型砂的分型面一致；（5）便于下芯和合型；（6）被分开的砂芯每段要有良好的固定条件7；据以上原则及铸件结构的分析可知本次铸件的砂芯需要 1 个。如图 4.1 所示为砂芯的位置，图 4.2 为砂芯的形状。图 4.1 砂芯形成位置铸造工艺课程设计说明书12 图 4.2 砂芯的形状4.2 芯头的结构尺寸芯头是指伸长出铸件以外不与金属液，起到定位、支撑及排气作用，即在设计时需要考虑的是如何保证砂芯的准确位置，是否能够承受砂芯自身质量及液态金属等外部的作用力，芯头按照所处的位置可以分为垂直芯头和水平芯头。 而图 4.3 设计的砂芯皆为垂直砂芯。图 4.3 垂直芯头示意图为了在保证满足芯头要求的同时，垂直芯头的长度应尽量小。过长的芯头会增大砂箱尺寸及增加型、芯砂用量。垂直芯头的长度可根据砂芯的长度、直径或断面平均宽度及铸型种类来决定。垂直芯头的长度，斜度与间隙见表 4.1 和表 4.2。表 4.1 垂直芯头的高度（单位：mm）LD 或(A+B)/23031601011501513002025512002530253025302025表 4.2 垂直芯头的斜度 （单位：）芯头高度152025上芯头 234下芯头 11.52表 4.3 垂直芯头与芯座之间的间隙 S（单位：mm）根据表 4.1、4.2、4.3 可以选出芯头的尺寸为：芯头高度 3040mm，选择 40mm，芯头间隙为 1.0mm；下芯头斜度选为 1.5，上芯头斜度选择 3。铸型种类D（A+B）/25051100151200湿型0.51.01.0干型0.51.51.5铸造工艺课程设计说明书145 浇注系统的设计5.1 浇注系统设计要求浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道，通常由浇口杯、直浇道、直浇道窝、横浇道和内浇道等单元组成。正确的设计浇铸系统使金属液平稳而又合理的充满型腔，对保障铸件质量有很重要的作用。因此浇注系统的设计应该遵循以下几条原则：（1）引导金属液平稳、连续地充满型腔，避免由于湍流过度强烈而造成夹卷空气、产生金属氧化物夹杂和冲刷分流塞。（2）充型过程中流动的方向和速度可以控制，保证对钢轨截面的冲刷均匀、砂型轮廓清晰、完整。（3）在合适的时间内充满型腔，避免形成夹砂、冷隔、皱皮等缺陷。（4）调节铸型内的温度分布，有利于强化铸件补缩、防止铸件变形、裂纹等缺陷。（5）具有挡渣、溢渣能力，净化金属液。（6）浇注系统结构应简单，可靠，减少金属液消耗。5.2 浇注系统类型选择浇注系统的引入位置影响到浇注系统结构类型的确定，同时对液态金属充型方式、铸型温度分布铸件质量影响很大。浇注系统根据其内浇口的设置位置，可分为顶注式浇注系统、底注式浇注系统、中间注入式浇注系统和阶梯式浇注系统。对于中小铸件多采用将内浇口开设在铸型的分型面处,可以采用顶注式、底注式和中间注入式的浇注系统,对于大型铸件可以采用阶梯式浇注系统。顶注式浇注系统的充型能力强,有利于冒口的补缩，但对铸型底部的冲击较大，金属液在充型过程中容易二次氧化；底注式浇注系统充型过程平稳，金属液不容易氧化，缺点是不利于顶部冒口的补缩，金铸造工艺课程设计说明书15属液的充型能力相对较差；中间注入式浇铸系统同时具有顶注式浇注系统和底注式浇注系统的优点和缺点；阶梯式浇注系统具有充型能力强、充型平稳、金属液不易氧化、补缩能力强的优点，但其缺点是结构复杂，消耗的金属液量多。根据本题目铸造工艺方案的设计，据铸造工艺手册常用合金砂型铸造浇口比及其应用采用完全封闭式浇注系统。浇铸系统断面比取：F直：F横：F内=1.15:1.1:18，为提高生产效率，结合铸件尺寸考虑，本设计中采用一箱两件。5.3 浇注系统结构将内浇道开设在下砂箱内，由于封闭式浇注系统具有很强的挡渣能力，所以不进行过滤网的设置。根据铸件的结构和尺寸等因素，将浇注系统结构设计成如图 5.1 所示。图 5.1 浇铸系统结构5.4 浇注系统参数计算底座零件的重量为 103.73kg。这里首先需要计算阻流截断面积：铸造工艺课程设计说明书16根据奥赞公式（式 1）求得铸件浇注系统最小截面积： （5-1）pgHG31. 0Amin式中：式中各个参数计算如下：金属液总质量 G：根据铸件质量和生产类型，选择铸件冒口系统占其质量百分数为 20%，一个砂箱内共布置 2 个铸件则：G=M(1+20%)=103.73（1+0.2）2=248.96kg；计算浇注时间 t：对于浇铸质量（m）小于 450kg，形状简单的铸铁件，其浇注时间可按经验公式计算： （5-2）LGSt式中，t浇注时间（s） ；型内金属重量，包（kg） ；LGS系数，根据铸件尺寸可查表 5.1 得 S 取 1.49。表 5.1 系数 S 的选择铸件壁厚 /mm7.515.515.518.018.025 系数 S1.41.51.8将上述数据代入计算浇注时间：22.1s。）。平均静压头（；流量因子，量纲为）浇注时间（）量（面积的铸铁金属液总质流过浇注系统最小横截）最小截面积（cmHstkgGcmpg1;A2min铸造工艺课程设计说明书17浇注速度：v 升=m/t （5-3）式中，m质量（Kg） ；t浇注时间（s） ；v 升 =m/t=248.96/22.1=11.3 kg/s； 流量因数 ：根据铸型种类和阻力大小， 取 0.5；平均静压头 Hp：Hp=H0-P2/2C （5-4） 式中：Hp为均匀计算压力头；H0为阻流断面以上的金属压头；C 为铸件（型腔）总高度；P 为断流面以上（严格地说，是阻流断面重心以上）的型腔高度。由于本次设计采用顶注式所以 P=0，故 Hp=H。浇口杯高度为 120mm，其平均静压头高度为：500mm。据以上因素带入公式（5-1）可得：Agmin=248.96/（0.3122.10.57）=10.4cm2 该浇注系统采用封闭式浇注系统。取 Agmin=10.4cm2，可采用 2 个内浇道，一个横浇道，各组元截面积之比 A 直：A 横：A 内=1.15:1.1:1，所以可得到横浇道面积为11.44m2，直浇道面积为 11.96cm2。单个内浇道面积为 2.6cm2。据铸造工艺手册可知底座直浇道、横浇道、内浇道的尺寸如表 5.3 所示。表 5.3 底座浇道尺寸（单位：mm）铸造工艺课程设计说明书18abcD直浇道-50横浇道 463830-内浇道302614- 横浇道 内浇道 直浇道图 5.2 浇注系统截面图1）浇口杯尺寸设计浇口杯是用来承接来自浇包的金属液体，同时可以减轻金属液对型腔的冲击，避免金属液的飞溅与溢出，还能够分离渣滓和气泡，阻止其进入型腔。常用的浇口杯类型包含漏斗形、盆型、池槽型三种10。本次设计的浇口杯采用普通漏斗形浇口杯，其具体参数如图 5.2 所示，已知直浇道下端直径为 48mm，查铸造工艺手册可得 D1=120mm，D2=96mm, h=120mm，铁液容量为9.6kg。图 5.3 浇口杯铸造工艺课程设计说明书19图 5.4 铸造工艺图5.5 冒口的计算冒口是指为避免铸件出现缺陷而附加在铸件上方或侧面的补充部分。功能在铸型中，冒口的型腔是存贮液态金属的空腔，在铸件形成时补给金属，有防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用，而冒口的主要作用是补缩。冒口的设计功能不同的冒口，其形式、大小和开设位置均不相同。对于凝固过程中体积收缩不大的合金(如灰铸铁)，或不产生集中缩孔的合金(如锡青铜)，冒口的作用主要是排放型腔中的气体和收集液流前沿混有夹杂物或氧化膜的金属液，以减少铸件上的缺陷。铸造工艺课程设计说明书20图 5.5 冒口种类本铸件材料为灰铸铁，所以选用实用冒口。M=V/A （5-5） 式中：M：模数（cm） ；V：铸件体积（cm3） ；A：铸件散热表面积（cm2）M=V/A=1226.692/5017.48=0.244cm0.48cm。所以可以直接选用浇注系统当冒口。铸造工艺课程设计说明书216 铸造工艺装备设计6.1 模样及模板模样用来形成铸型的型腔、芯头座等结构，直接影响铸件的形状、尺寸精度 和表面粗糙度。所以必须重视对模样的设计，对模样要求应具有足够的强度、刚度、尺寸精度和表面粗糙度，同时模样应满足制造简单、使用方便、成本低廉等 要求。模样的材质有多种。木模样适用于单件、小批量或成批生产的模样，特点是重量轻、易加工，但强度低、尺寸精度低；铸铁模样适用于大中型且大量生产的 模样，其特点是加工后强度及硬度高、耐用且价廉；塑料模样适用于成批及大量 生产铸件，特别适合于形状复杂难以加工的模样，特点是重量轻、制造工艺简单， 但较脆且不能受热。模样在分型面处分为上模和下模。模样之间的连接要牢靠，模样在模板上的定位必须准确，以免造成分型面处的错型。图 6.1 砂型制造流程考虑到铸件的技术要求（上下型错模不得大于1mm）和树脂砂工艺的特点（连续放砂的要求），采用型板，上型板及上砂型的三维图如图6.1所示，下模板及下砂型如图6.2所示。型板尺寸：长1200mm，宽为800mm，型板上设计定位孔，安装定位销。铸造工艺课程设计说明书22本铸件属于用手工造型的方法进生产，所以本铸件选择金属模制作模样，如图 6.2所示。图 6.2 模板6.2 芯盒芯盒是制芯工艺必要的工艺装备，芯盒设计与制造直接关系到铸件质量，对提高生产率、降低成本、减轻工人劳动强度非常重要。且遵循以下原则：（1）在设计芯盒结构时需要根据生产的批量进行相配；（2）制作出的芯盒必须具有一定的强度、刚度和耐磨性等方面优点，从而保证设计出的芯盒具有一定的使用寿命；（3）芯盒的类型选择和尺寸要求要根据设计的砂芯形状和尺寸进行合理设计；（4）在确保砂芯设计合理的情况下，可以通过减小芯盒尺寸等因素来降低芯盒重量，铸造工艺课程设计说明书23从而减轻能耗和劳动强度；（5）设计的芯盒需要方便操作，在其制作过程尽量可以简单，降低生产成本；本铸件用黏土砂造型造芯， 采用热芯盒制芯，芯盒结构如下图 6.3 所示：图 6.3 芯盒6.3 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。根据铸件的大小、吃砂量、以及压头和造型机的选择确定砂箱的内部尺寸，确定具体尺寸。本铸件采用整铸式砂箱，选择 HT200为砂箱材料，砂箱造型为手工造型用砂箱。根据砂箱内框尺寸选择箱壁壁厚为 t=30mm。砂箱四角容易损坏，设计砂箱时应给出合理的转角尺寸，砂箱过渡圆角 R=20 mm。除砂箱本体外，还需要设计箱带、排气孔和吊运装置等。为了浇注时排出铸型内的气体， 要在砂箱壁上开设排气孔。铸造工艺课程设计说明书24图 6.4 铸型装配图铸造工艺课程设计说明书257 结结 论论本次对底座的铸造工艺课程设计中，我去图书馆借阅了许多相关书籍，仔细研究所做课题的设计过程和注意事项。通过一段时间的学习我对自己的课题更加了解，在软件制图上的应用方面也有了很大提升，在设计底座时遇到的不懂的问题及时的查询相关的案例和询问使我在单独设计和解决问题上的到了很大的提升并且能够自主独立的解决问题。我选用砂型铸造是因为此铸件结构简单生产数量多且精度要求不高，属于小型零件。分型面的选择非常合适，选在零件的大平面上，易分型，浇注更充分。从浇注系统上分析，采用顶注入完全封闭式浇注系统，其具有阻渣性能好，不易吸气，内浇道易清理，金属消耗少，不易氧化，金属浇注平稳且不喷射等优点。铸造工艺课程设计