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箱盖铸造工艺设计,铸造,工艺,设计
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铸造工艺课程设计说明书铸造工艺课程设计说明书设计题目箱盖铸造工艺课程设计学 院年 级专 业学生姓名学 号指导教师I目 录1 前 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22 设计方案42.1 造型方法、造芯方法的选择42.2 铸造方法的选择42.3 铸型种类的选择42.4 铸件浇注位置的确定42.5 分型面的选择53 设计说明83.1 铸造工艺参数83.1.1 铸件尺寸公差及机械加工余量83.1.2 铸件重量公差103.1.3 铸造收缩率103.1.4 铸出孔大小确定113.1.5 起模斜度113.2 砂芯设计123.3 吃砂量确定143.4 浇注系统设计153.4.1 浇注时间设计153.4.2 浇注系统的阻流截面积计算173.5 冒口和冷铁设计214 合箱图及工装设计224.1 模样224.2 上板设计224.3 芯盒设计234.4 合箱235 结 论25致 谢26参 考 文 献27281 前 言1.1 本设计的目的、意义1.1.1 本设计的目的减速器箱体是安装各传动轴的基础部件；由于减速器工作时各轴传递转矩时要产生比较大的反作用力，并作用在箱体上，因此要求箱体具有足够的刚度，以确保各传动轴的相对位置精度。1.1.2 本设计的意义采用HT200金属结构箱体能满足工艺出品率高，成本低，优良的铸造性能，在缺口敏感性、减震性和耐磨性方面有独特的优点。1.2 本设计的技术要求本次设计的箱盖零件材质为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400MPa，抗压强度为600800MPa，抗剪强度为248MPa1，满足大多数箱盖、箱盖零件的机械性能要求。表1.1 HT200成分表成分CSiPMnS比例3.03.61.42.00.150.61.010401501.42051.6401000501.60551.61001600351.60402.01602500302.20352.62504000303.60354.24006300254.60305.663010000205.80257.41000160002511.61600250002518.22500025该箱盖零件垂直分型面的高度小于40mm，采用金属模样造型，中间浇注，分型面在箱盖中间筋条中心位置平面上，依据表3.6起模斜度（JB/T 5105-1991）以及表3.3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。垂直分型方向上的高度大于40小于100mm的，起模斜度设计为0.5。根据以上结果，最终确定箱盖铸件三维图如图3.1箱盖铸件三维图，通过软件计算该箱盖铸件质量为3.5kg。图3.1箱盖零件三维图3.2 砂芯设计依据前文分析，箱盖中间观察窗口处需要设计垂直砂芯，观察窗口处的顶平面需要加工，而且其侧面与其他装配零件不存在配合以及干涉问题，故外侧可以更改便于起型斜度。观察窗口的砂芯大小为55mm，深度为92mm，查表3.7垂直芯头的高度h和h1，取下芯头高度为30mm。不设计上芯头。表3.7 垂直芯头的高度h和h1 (单位mm)L当D或者（A+B）/2为下列数值时的高度h303060611001011501513003015005017007011000100120002000301515203150202520252025511002530253025302025202530404060101150303530353035253025304060406050705070由h查h1上芯头高度h1520253035404550556065708090100120150下芯头高度h11515152020252530303535404550556580查表3.8垂直芯头的斜度，设计两芯芯头的斜度，因为大砂芯为异形砂芯，小砂芯为小砂芯，为了下芯平稳过渡，所以设计下芯头斜度为10表3.8 垂直芯头的斜度 (单位mm)芯头高度h1520253035405060708090100120150用a/h表示斜度时用角度a表示时上芯头2345679111214161922281/510下芯头11.522.533.545678910131/105观察窗口的砂芯大小为55mm，平均尺寸为92mm，查表3.9垂直芯头与芯座之间的间隙S，设计间隙S=0.5mm。表3.9 垂直芯头与芯座之间的间隙S (单位mm)铸型种 类D或（A+B）/25151100101150151200201300301400401500501700701100010011500150120002000湿型0.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.0干型0.51.01.51.52.02.53.03.54.05.06.07.0油位观察口处设计小砂芯，便于砂芯芯和制作，同时增加砂芯之间的间隙，大砂芯制芯时加入棉布条，增加砂芯排气通道，由上部小砂芯与大砂芯之间的间隙，将砂芯潮气排出，最终完成砂芯设计，铸型与砂芯位置关系如图3.2砂芯与铸型关系图所示。图3.2砂芯与铸型关系图3.3 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。由前文可知箱盖单件重量为3.5Kg，依据表3.10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3.10 按铸件重量确定的吃砂量 （单位mm）铸件重量/kgabcdef1000040506070901001201502002502753003504004050607090100120150200250275300350400304040505060709010012515017520025030405050607080901001251501752002503040506070100303030405060701201502002252502502503.4 浇注系统设计3.4.1 浇注时间设计箱盖铸件单件重量为3.5Kg。由于该件为一箱两件生产的砂型铸造生产形式，依据表3.11，铸铁件工艺出品率参照成批量生产，工艺出品率取80%，确定浇注过程中的总体金属液重量，则浇注时所需金属液总质量为3.52/80%=8.75Kg。工艺出品率=铸件重量铸件重量+浇冒口重量100%表3.11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计算 t=SGL （3-2）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3.12系数S和铸件壁厚d的关系查出。表中壁厚d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3.12系数S和铸件壁厚d关系铸件壁厚d mm2.53.53.588.015系数S1.631.852.2因为箱盖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。浇注时间：t=SGL=2.28.75=6.51s。浇注时间t应小于形成浇不到和冷隔的最大允许浇注时间，还应短语形成夹砂结疤类缺陷的极限允许时间；浇注时间应大于气体从型内逸出的最小允许时间，还应大于型内金属形成严重紊流程度时间等。型内金属液面上升速度型用下式（3-3）表示 型=Ct （3-3）式中：C 铸件（或某段）的高度； t 浇注时间（或浇注某段铸件时间）。从理论上看，存在着型min和型max两个极限值，合适的浇注时间t应满足如下条件C型maxtC型min （3-4）对铸铁件可依表3.13决定型内铁液液面的最小上升速度表3.13 型内铁液液面的最小上升速度铸件壁厚/mmv型min/(mms-1)40，水平浇注大平板40，上箱有大平板10404101.5481020301020203030100经计算，v型min C/t=（73+1.9+7）/6.51=12.58mms-1，不符合上表型内最小浇注速度，因此调整浇注时间t为4.5s3.4.2 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3.13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：A内：A横：A直=1：1.1：1.15。表3.13 浇注系统各单元断面比例及其应用截面比例应用A直A横A内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83mm，铸件完全位于上箱依据吃砂量前文查表选取为a=b=50mm，则上砂箱最小高度为831.01+50=135.85mm，取下砂箱高度150mm。确定静压头高度，依据表3.14普通漏斗形外浇口尺寸，初步浇口杯高度尺寸，暂定浇口杯高度为48mm，减少上砂箱用砂量，设计为外置浇口杯，置于上砂箱之上。表3.14普通漏斗形外浇口尺寸直浇道下端直径d/mmD1/mmD2/mmh/mm铁液容量/Kg165652400.516185854420.618206056440.720226258460.822246460480.924266662501.026286864521.228307066541.3本次设计采用低部浇注形式，则计算静压头高度按公式计算：HP=H0-P/2 （3-3）式中：H0 阻流截面以上的金属压力头； C 铸件（型腔）总高度； P 阻流以上的型腔高度。HP=15 +4.8-831.01/2=15.6cm则依据截面比的关系A内：A横：A直=1：1.1：1.15。内浇道采用截面比设计法，则内浇道计算公式(3-4)为：A内=GLt2ghp （3-4）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=k221+k12+k22Hp=1.1521+1.151.12+1.15215.6=6.04cmA内=GLt2ghp=87507.850.56.5129816.04=3.15cm2依据表3.15内浇道尺寸，选取与计算的A内=3.15cm2稍大的断面的面积，本次设计选取内浇口面积为4.0cm2为本次设计的内浇口总断面面积，一箱两件，每件设计2个内浇口，设计为4个内浇口，则每个内浇口面积为1.0cm2，对应的内浇口尺寸a=11mm，b=9mm，c=10mm，则内浇道总断面面积为4.0cm2。表3.15内浇道尺寸（单位：mm）序号内浇道断面积A内/cm2abcabcabcabcda10.311936464399536.58.520.41194757531096479.530.5119586764101074810.540.611968.66.586.54.511117591250.8141261089851212861013.561.015137119109514149711.51571.218147.5121011106151610712.516.581.52018814111211717181181418.591.82119916121312818201291520.5102.2232110171315131920221491723112.625231117.513.5171392424151018.524.5123.02824121814191410262716112026133.43225121915201510282817122128144.03830122115221610303018132230.5154.54036122216241711323020142432.5165.0423812.523172518113435201525.534175.4444013241825.51912353521152635186.045411425212620123736221627.537199.05650173023342416454228193445.52012.05852223728362820504832223950计算出横浇道总断面面积为A横=1.14=4.4cm2，查表3.16浇注系统截面面尺寸，设计横浇道截面面积为4.4cm2的横浇道，横浇道布置在直浇道两侧，则每段横浇道断面面积为2.2cm2对应的横浇道尺寸为：A=16mm，B=12mm，H=16mm。表3.16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/cm2D/mm11.0119101810611.81522.01510162013823.12032.416111822141034.92543.017132024151147.13053.619142228171259.63564.0201523301813612.64075.0241625352015715.94586.0271728362216819.65097.0281830382417923.755108.03020324026181028.260119.03222344228191133.2651211.03624374530211238701313.03827405232241344751413.83828425533251450.38015174430466036281556.7851619.54632506539301663.790172452365472433317719518285640587846361878.510019346044668651401986.51052038.56545709054432095.21102148655580102604821104115计算出直浇道总断面面积为A直=1.154=8.28cm2,，故查表3.16浇注系统截面面尺寸，直浇道截面面积取4.6cm2，直径为24mm。最终确定各浇道截面尺寸如下图3.3浇道截面尺寸所示。图3.3 浇道截面尺寸3.5 冒口和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。对于灰铸铁件，当冒口模数Mc2.5cm，应该安放冒口补缩。当冒口模数Mc2.5cm，可用无冒口工艺。箱盖的体积为V=50.24mm3，箱盖的面积为S=1.06mm2，模数计算如公式（3-4） m=V/A （3-4）则箱盖铸件模数为m=4.74cm，本次箱盖不设计冒口。4 合箱图及工装设计由前文计算选取的吃砂量以及铸造工艺排布，选择砂箱内框尺寸，上砂箱内框尺寸为：400mm450mm150mm，下砂箱内框尺寸为：400mm450mm100mm。4.1 模样模样材质选用金属模，具有表面光洁，尺寸精度，强度高，刚性大，使用寿命长的优点。适用于大批，成批的各种铸件。依据铸造工艺图确定模样本体结构类型为平装式。4.2 上板设计最终确定箱盖的上模板装配图如下图4.1下模板装配图图所示。图4.1上模板装配图1.下模板定位销 2.下模板 3.下模样定位销 4.下模样 5.M10内六角螺丝 6.直浇道窝 7.下模板导向销4.3 芯盒设计箱盖砂芯，芯盒设计芯盒材质为ZL101，对开式两半芯盒，芯盒采用定位销定位，蝶形螺母和活节螺栓紧固及开合。最终确定箱盖的芯盒装配图如下图4.2芯盒装配图图所示。图4.2芯盒装配图1.上模板定位销 2.上模板 3.上模样定位销 4.上模样 5.M10内六角螺丝 6.直浇道 7.上模板导向销4.4 合箱根据表4.1常用造型机所用砂箱的最佳尺寸，依据本次设计数据，选择400mm500 mm砂箱尺寸对应的造型机为Z145。表4.1 常用造型机所用砂箱的最佳尺寸砂箱尺寸（mm）400300500400600500800600造型机Z114A，Z124Z145，ZZ415Z146，ZB326ZB148A，3ZZ318砂箱尺寸8007001000800110090016001200造型机Z148A，Z158Z2310，Z2410ZB1410ZB1416最终确定箱盖的合箱图如下图4.3合箱图所示。图4.3合箱图1.下砂型 2.下砂箱 3.砂箱用定位销 4.砂箱定位套 5.上砂型 6.上砂箱 7.浇口杯 8.砂箱用导向销 9.砂箱导向套5 结 论通过这次工艺课程设计，使我对铸造设计过程有了更进一步的认识和了解，也加深了对大学四年中所学基础知识的学习和理解。课程设计是理论联系实际的最直接有效的方法。在具体设计过程中，必须考虑到方方面面的问题，在理论上正确无误的设计，但是当你运用结合实际的时候往往会存在各种问题。这样，在设计时就必须考虑所设计的机构是否合理，在实际运用中能否正常工作，而不仅仅考虑理论上的可行性，毕业设计使我学
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