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熔胶座 移动 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熔胶座移动板的工艺设计学 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1目目 录录1 1 前前 言言.31.1 本设计的目的、意义.31.1.1 本设计的目的.31.1.2 本设计的意义.31.2 本设计的技术要求.31.3 本课题的发展现状.41.4 本领域存在的问题.41.5 本设计的指导思想.41.6 本设计拟解决的关键问题.52 2 熔胶座移动板结构及技术要求熔胶座移动板结构及技术要求.62.1 零件的结构分析.62.2 零件的铸造工艺性分析.72.3 铸造方法及砂型选择.73 3 移动板的铸造工艺方案移动板的铸造工艺方案.83.1 浇注位置的选择.83.2 分型面的选择.103.3 移动板砂型铸造工艺参数确定.113.3.1 铸件尺寸公差选择.113.3.2 机械加工余量的选择.123.3.3 机械加工余量的选择.133.4 砂芯的设计.143.4.1 砂芯结构设计.143.4.2 砂芯安装与固定.153.4.3 砂芯的排气.153.5 铸造收缩率.163.6 起模斜度.164 4 浇注系统的设计浇注系统的设计.184.1 浇注系统类型选择.184.2 浇注系统的尺寸计算.194.3 冒口的尺寸计算.225 5 铸造工艺装备的设计铸造工艺装备的设计.24铸造工艺课程设计说明书25.1 模板的设计.245.2 芯盒的设计.255.2.1 芯盒材质与结构.255.2.2 芯盒的分盒面与结构设计.255.3 砂箱的设计.276 6 铸件生产工艺设计铸件生产工艺设计.286.1 QT500-7 的熔炼.286.2 铸件的落砂.286.3 铸件的清理.29结结 论论.30致致 谢谢.31参参 考考 文文 献献.32附附 录录 1 1.34附附 录录 2 2.35附附 录录 3.36铸造工艺课程设计说明书31 前 言1.1 本设计的目的、意义1.1.1 本设计的目的本文选择一件典型的移动板零件进行铸造工艺设计，按照标准的砂型铸造工艺流程来完成本次课程设计。本文重点是采用铸造工艺进行设计，依据铸造工艺手册对熔胶座移动板铸件在生产过程中可能会产生的缺陷进行分析，并提出解决办法。1.1.2 本设计的意义铸造工艺技术的发展应用历史非常悠久，铸造成型制造金属毛坯具有很多优势，例如铸造工艺不受零件重量、尺寸与结构限制，材料使用范围广，工艺灵活性大，生产周期短等。铸造工艺方法有很多的种类，例如砂型铸造1、金属模铸造、压铸、消失模铸造、熔模铸造、离心铸造等等，但砂型铸造是最为主要的一种铸造方法，占据了整个铸件生产的 80%以上。砂型铸造涉及到铸型制造、铸造工艺设计、型砂回收再利用、金属熔炼处理等。目前广泛应用于机械制造、交通车辆、农业机械、土建工程、矿山机械等等行业中。本设计的零件为熔胶座移动板。主要起支撑、传动作用，受力较大，且铸件为中型件，尺寸与重量较大。为保障熔胶座移动板生产过程中能够达到尺寸精度高、零件性能良好、生产效率高、质量良好的要求，提供生产上的指导，且能够有效的避免和减少铸件在生产过程中问题的产生，提高铸造出品率。1.2 本设计的技术要求（1）球墨铸铁符合 GB/ T1348-2009 标准，必须保证其力学性能；（2）球化等级达到 4 级以上；（3）有加工符号的，其表面预留加工余量；（4）呋喃树脂砂造型；（5）铸件不得有砂眼、气孔、裂纹等缺陷；（6）未注铸造圆角为 R10-R15；（7）铸造公差等级为 ISO 8602，CT12 级；铸造工艺课程设计说明书4（8）铸造后需要经退火或者时效处理；（9）去毛刺，锐边锐角倒钝。1.3 本课题的发展现状我国属于铸造大国，铸件生产总量依然很大，如何保证铸件的成品率，降低铸件废品率是现阶段我们需要研究的重点领域。经过统计分析，目前铸件存在主要缺陷包含缩孔、缩松、内部夹渣、表面砂眼、局部裂纹等，这其中 80%以上的缺陷都是可通过优化铸造工艺来规避。近年随着计算机仿真技术及自动化控制技术的飞速发下，铸造技术也在不断的进步与发展，主要体现在以及几个方面：1）造型、制芯技术逐渐实现了机械化、自动化，降低了铸造生产工艺的劳动强度，大幅提高生产效率，铸件尺寸精度及表面质量更高。2）性能更优的型砂与芯砂材料发展，涂料的应用铸造用的型砂与芯砂材料性能直接铸型强度、溃散性、表面质量及透气性等，从而影响铸件能达到的尺寸进度及表面粗糙度水平。目前，各类新型树脂自硬砂、铸造涂料的应用，改善了铸造工艺性能及劳动环境，对铸造旧砂进行了回收再利用，降低了能源消耗。3）铸造模拟技术2的应用与发展通过铸造 CAE 技术将对铸件的浇注系统结构、铸造工艺参数选择进行数值计算模拟。可以对金属液充型过程、凝固过程的温度场梯度分布、对铸件凝固后的缩孔、缩松、卷气等进行预测。根据数值模拟的结果对原铸造工艺进行优化改进。1.4 本领域存在的问题铸造行业仍然存在大量落后产能，多数领域产能过剩加剧，少数领域关键铸造件尚不能满足主机要求，质量和品牌意识不强，粗放式发展方式没有根本转变。铸造行业标准体系不适应市场经济运行下的需求，职业教育与培训体质不适应行业发展的需要。1.5 本设计的指导思想本次进行设计的零件为熔胶座移动板，采用重力铸造，呋喃树脂自硬砂造型。采用铸造工艺课程设计说明书5手工造型造芯的生产方法，参考零件技术要求，工作条件等因素，计算确定了零件的各项工艺参数，确定了铸件的浇注位置和分型面还有浇注系统各组元的截面尺寸以及补缩系统。1.6 本设计拟解决的关键问题（1）问题一：通过对熔胶座移动板铸造的工艺分析，确定工作的重点主要集中再工艺设计，各个参数相关尺寸的计算和校核3；（2）问题二：设计前后各个工艺的关联性，合理安排工序，尽量使铸件的结构更紧密，同时在铸件的设计过程中还要考虑到设计的合理性、可行性，要精准选择计算各参数，达到规范化设计的要求成为本次设计的难点；（3）问题三：针对此次熔胶座移动板铸造工艺设计需要绘制三维图，拟采用计算机辅助设计软件来完成铸造工艺的设计，从而节省时间和精力；收集相关文献、期刊论文来加以辅助设计。铸造工艺课程设计说明书62 熔胶座移动板结构及技术要求2.1 零件的结构分析熔胶座移动板属于板壳类零件，它的主要作用的起到移动与支撑。因此，要求移动板铸件的内部不能缩孔、缩松、裂纹，铸件重要表面不能有夹渣、砂眼等缺陷。零件整体结构对称。（1）零件名称：熔胶座移动板；（2）材料：QT500-7 球墨铸铁；（3）零件特点：轮廓尺寸为： 1510mm*860mm*300mm，铸件重量 946kg。（4）熔胶座移动板三维图如图 2.1 所示：图图 2-1 移动板三维移动板三维零件设计技术要求如下：（1）球墨铸铁符合 GB/ T1348-2009 标准，必须保证其力学性能；（2）球化等级达到 4 级以上；（3）有加工符号的，其表面预留加工余量；（4）呋喃树脂砂造型；（5）铸件不得有砂眼、气孔、裂纹等缺陷；（6）未注铸造圆角为 R10-R15；（7）铸造公差等级为 ISO 8602,CT12 级；（8）铸造后需要经退火或者时效处理；（9）去毛刺，锐边锐角倒钝。铸造工艺课程设计说明书72.2 零件的铸造工艺性分析合理的金属零件铸造结构可以消除许多铸造缺陷。该零件的结构及主要尺寸如图 2.1所示。零件轮廓尺寸为 1510mm860mm300mm，整体结构对称，内部结构较为简单，壁厚均匀，最大壁厚 50mm，最小壁厚 35mm，最大孔径为 110mm，最小孔为 M8 螺纹孔。表表 2-1 砂型铸造球墨铸铁合金的最小壁厚砂型铸造球墨铸铁合金的最小壁厚(mm)当铸件最大轮廓尺寸为下列值时铸造合金2002004004008008001250125020002000球墨铸铁34488101012对于熔胶座移动板零件最大轮廓尺寸为 1510mm，最小壁厚为 35mm，满足砂型铸造最小壁厚要求。2.3 铸造方法及砂型选择因熔胶座移动板零件尺寸属于中等，结构简单，这里选择重力砂型铸造工艺，砂型的生产方式采用机械造型。针对大批量的铸件生产，为提高生产效率，这里选择水平分型脱箱的射压造型完成移动板的上砂型与下砂型制造。机械造型的优势是铸件表面精度高，尤其是针对移动板非加工面的质量控制有良好的保障。本设计中铸型和型芯均采用呋喃树脂自硬砂，主要有原砂、化学粘结剂和固化剂组成，这种砂使用时具有很好的流动性，满足机械造型的射压工艺要求，且在常温下自硬成型，强度高，表面质量好。为了提高铸件表面精度，改善铸件局部散热，一般需要在砂型表面喷涂一定厚度的涂料。在铸型和砂芯的拐角处、铸型底部平面喷涂一层厚度为 2.2mm 的锆英粉涂料4，在常规表面喷涂一层厚度为 0.61.5mm 的水基涂料即可。砂型完成后，需要进行精整、清理，然后按照铸型装配工艺要求组装，将砂芯定位安装、冷铁固定于砂型中，最后对型腔内吹风清理，校核尺寸后即可合型，浇注。熔胶座移动板材料为球墨铸铁。为保证铸件质量能够达到使用要求选用树脂砂造型。因为球墨铸铁在凝固时具有自膨胀作用，因此为了避免最终铸件的发生变形砂型需要较高的强度，而树脂砂本身具有高的强度可以防止胀箱。且可利于球铁的自胀性来减少缩孔、缩松、浇不足等缺陷问题，提高铸件的工艺出品率。本设计采用呋喃树脂自硬砂作为型砂和芯砂。另外，由于单件小批量生产，芯盒采用手工制作芯。铸造工艺课程设计说明书83 移动板的铸造工艺方案3.1 浇注位置的选择浇注位置是指铸件在浇注时铸型所处砂箱的位置和状态5。浇铸位置设计时需要考虑金属液的凝固顺序，实现铸件的顺序凝固。以减小因冷却凝固而导致的铸件金属变形、内应力、尺寸偏差，使铸件的金相组织尽可能的均匀，少用或不用冒口，实现金属的最优投产。正确的浇注位置是保证健全铸件的前提，同时要便于分面造型，砂芯的制造及定位安装。浇注位置的选择需要综合考虑铸件结构、尺寸、重量、技术要求及铸造合金特性等因素。浇注位置的确定一般需要按照以下原则执行：1）将铸件的重要位置、工作面、主要受力面放置在底部或侧面，放置其表面产出砂眼、气孔等缺陷。2）浇注位置的选择需要考虑铸件的凝固顺序符合设计要求，一般是将厚壁部分放置匝浇注系统的上面，便于浇冒口的增设。3）浇注位置的选择需要便于砂芯的定位、安装，同时便于整个铸型的排气，避免用到吊芯、悬臂芯等。下面移动板的浇注位置确定设计如下几种种方案进行对比分析：铸造工艺课程设计说明书9图图 3-1 浇注位置方案浇注位置方案图 3-1a 所示的浇注方案，将移动板零件水平放置，大平面水平放置，精度有保证，砂芯的制作和放置也比较简单。图 3-1b 所示的浇注方案，同样可以保证平面水平放置，但因为铸件上有铸孔，倒置会导致铸孔部分的砂芯固定困难。图 3-1c 与 3-1d 所示的浇注方案，将熔胶座移动板铸件进行侧立放置，但是无法保证大平面水平浇铸，而且，侧立放置时上下表面是处于同样的工作条件下，而且侧立浇铸会使得铸件两表面致密度不均匀6，影响零件的使用，而且侧立浇注会导致上下砂箱同时造型，由此又会带来错箱的误差，此外，砂芯的固定也更加复杂。铸造工艺课程设计说明书10综上所述，该铸件采用正放浇铸位置。3.2 分型面的选择本次设计主要是考虑了浇注系统的设计位置、砂芯的设置、铸型结构等多方面因素。分型面的选择合理与否，对整个铸造工艺的难易程度、生产效率、制造成本都有直接关系。因此，我们在选择分型面时，需要与浇注系统设计结合起来分析，两种直接协调配合，保证铸造质量的同时，尽可能的简化铸造工艺。参照铸造工艺设计手册，分型面的确定原则： 1）在设计过程中应当优先将铸件的重要部分或铸件全部放在同侧砂箱内成型；2）尽可能的将铸件的加工定位面、主要加工面放在同一砂箱内；3）尽可能的减少分型面的数量，采用侧砂芯或镶块等辅助成型装置7，简化铸型结构。另外，也要减少砂芯的数量；4）根据铸造工艺设计经验，一般将分型面设置铸件最大截面位置，尽可能的选择平面作为分型面，这样方便起模。图图 3-2 分型面设定方案分型面设定方案铸造工艺课程设计说明书11方案 a 是将分型面选取在铸件的最大截面处，将铸件全部放置于下箱内防止错型，保证主要加工面的尺寸精度，而且砂芯易固定，但铸件顶部下凹处需要额外放置砂芯，固定困难；方案 b 同样是将分型面选取在铸件最大截面处，铸件同样全部位于同一砂箱中，而且铸件上表面的下凹由上砂型形成，砂型制作更加简便，但是浇注时从顶部浇入，铁水不平稳，容易产生缺陷。方案 c 将分型面在最大截面处，铸件大部分位于下箱中，但这样带来了错型造成尺寸误差的问题；方案 d 的分型面不在最大截面处，铸件大部分位于上箱中，可能会产生误差，但浇注时铁水从底部进入，浇注平稳。综合考虑，选用方案 d 所示分型面最为合适。分型面设置在底部位置，使充型更加平稳。外模结构简单，方便了铸件的起模。可以在箱盖上部重要工作部位铸件质量需要通过设置顶部冒口对带轮进行补缩，保证重要工作部位质量，避免出现砂眼、气孔夹渣等缺陷。3.3 移动板砂型铸造工艺参数确定3.3.1 铸件尺寸公差选择铸件的尺寸公差是指铸件各部分尺寸所允许的尺寸的变化量，在这两个允许的尺寸变化区间内，铸件能够满足加工、装配和使用的要求8。铸件的尺寸公差受到铸造工艺方法、机械加工精度等诸多因素的影响。因此在设计时应按照铸件尺寸公差进行设计，如果铸件尺寸在运行的尺寸偏差之内，则不会影响到铸件的加工及装配使用要求。铸件尺寸偏差主要取决于铸造工艺水平及造型、制芯，使用到的铸造工装模具精度水平。参照国标 GB/t6414-1999的规定，移动板最大尺寸为 1510mm，参照表 3-1 列举的铸件公差数值得：移动板铸件的尺寸公差为 CT12 级。表表 3-1 批量生产铸铁的尺寸公差等级批量生产铸铁的尺寸公差等级（GB/T64141999）公差等级 CT铸件材料方法铜合金球墨铸铁灰铸铁轻金属合金手工造型1111111212131112机器造型1010101110111011根据 GB/T11351-89 标准，对砂型铸件的重量公差的技术要求，可以确定移动板铸件的重量公差为 MT8，移动板质量为 945.6kg，则其重量为公差为 2%。铸造工艺课程设计说明书123.3.2 机械加工余量的选择为了保证铸件加工面表面粗糙度和尺寸精度，应预留相应的加工余量，即在铸件工艺设计时预留在铸件表面的金属层厚度，而后在机械加工时又被去去的金属层厚度，称为加工余量9。根据国标 GB/t6414-1999 的要求，加工余量不能过大，否则造成加工成本高，材料利用率低等不利影响。铸造毛坯的加工余量分为 10 级，主要是根据铸造合金种类、铸造工艺方法进行分类。具体针对移动板铸件而言，加工余量为 EG 级，取 G 级型10铸造大批量生产。单侧加工面尺寸计算公式为： =RMA+CT/2 （3-1）双侧加工面尺寸计算公式为：=RMA+CT/4 （3-2）内部加工的加工余量公式为：=RMA+CT/4 （3-3）式中 加工余量 (mm)；RMA要求的铸件加工余量 (mm)；CT铸件尺寸公差 （mm） 。表表 3-2 铸件尺寸公差使用的机械加工余量参考表铸件尺寸公差使用的机械加工余量参考表最大尺寸要求的机械加工余量等级大于小于DEFGH4006301.52.234663010001.82.53.5571000160022.845.58160025002.23.24.569（a）单侧加工面（b）双侧加工面铸造工艺课程设计说明书13（c）内部孔加工图图 3-3 加工面位置标记图加工面位置标记图表表 3-3 各面机械加工余量（最大尺寸各面机械加工余量（最大尺寸 1510mm/mm）加工面编号加工余量等级RMACT加工余量1G5.513122G5.513123E2.8139.34F4137.255F4137.256G5.5138.757G5.5138.753.3.3 机械加工余量的选择针对带有孔、槽及台阶的铸件，需要充分控制这类几何特征的铸造工艺性或经济性。若是孔太小，设置的砂芯太小，受到金属液冲击及热影响，易出现粘砂缺陷，另外，孔太小，铸造成型也不能保证其正确的中心孔距11。为保证铸件质量，合理的设置最小铸出槽及孔。根据零件图，以及铸件尺寸公差和加工余量标准后，通过后续加工，即可得到铸件图。后续加工结构包括：上表面除了阶梯孔外的其他孔（4 个 M24 螺纹孔，36 的孔为锥底，需要加工出来） ；4 个油槽；下表面的 48 个 M8 螺纹孔。图图 3-5 铸件三维铸件三维铸造工艺课程设计说明书143.4 砂芯的设计3.4.1 砂芯结构设计铸件的砂型在形成铸件的某些部位时由于造型困难可以通过砂芯的使用来减小型腔的形成难度。铸件放置砂芯的部位结构较复杂，落砂不易清理，所以本工艺选用的造芯材料为树脂砂。这种材料的优势是初期成型流动性好，成型后可以在常温条件下固化，表面质量好，强度高。移动板零件的中间型腔采用砂芯形成，孔内圆预留足够的加工余量。对于本题目，采用呋喃树脂砂11自硬型芯，不涉及砂芯的烘干，而保证铸造成型，保证铸造精度是一个重要的环节。为了分析铸件的结构，需要使用多个砂芯进行成型。如图 3.6 所示，铸件共需要 6 个砂芯，6 个砂芯的编号为 1 6。图图 3-6 砂型成型部位砂型成型部位图图 3-7 砂芯结构砂芯结构铸造工艺课程设计说明书153.4.2 砂芯安装与固定砂芯的芯头部分主要与铸件定位固定在一起，形成最终型腔。砂芯与模具之间的装配间隙可以在金属液浇注过程中排出气体，减少了零件缩孔和夹气的缺陷。砂芯头是指砂芯在铸件外与金属不接触的部分。具有砂芯定位固定和浇注后砂芯产生的气体排出的功能。下芯，安装方便，芯头应适当倾斜和间隙12。表表 3-4 砂芯芯头尺寸砂芯芯头尺寸 mm垂直芯头 mm芯头编号123456e55441.53f665534f66551.53在图 3-8 中，砂芯 1 和砂芯 2 分别位于图形的上、下两侧，砂芯的上表面与上砂型接触。砂芯 4 放置在砂芯 3 上，并一起放置在砂盒的右侧。砂芯 3 和砂芯 4 都与上部砂模接触，防止其漂浮。砂芯 5 位于下砂型中间，右侧 3 个突起与上砂模接触。砂芯 6(插入砂芯 5 的凹孔内，因其尺寸小，将上部插入上部砂型内，以抵抗金属液的冲击;下芯顺序为：砂芯 1砂芯 2砂芯 3+砂芯 4砂芯 5砂芯 6。图图 3-8 组装后的砂芯结构组装后的砂芯结构3.4.3 砂芯的排气排气孔可以分为明排气孔与暗排气孔两大类。明排气孔是直接与大气相通，将型腔内的气体排到模具之外。暗排气孔主要是在砂型内设计片状或圆孔状通道。排气孔设计原则是： 排气孔通常设置在铸件浇注位置的最高点，金属充型最后到达的位置，避免出现“死角” 。为了使砂芯排气顺畅，我们在芯头的位置和砂芯较厚的位置设置排气孔，在砂芯与铸造工艺课程设计说明书16砂芯连接处设置连接孔。排气孔与芯骨共同构成排气通道，使排气顺畅。3.5 铸造收缩率铸造金属从液态冷凝到固态，其体积发生收缩，收缩率与铸件结构、铸型种类、铸造金属本身特性、浇注系统结构、砂芯材料的退让性等有直接联系。一般铸件收缩率按照如下公式计算： （3-4）%100/121LLL式中 铸造收缩率；L1模样长度；L2铸件长度。经分析移动板结构，没有复杂的型芯定为自由收缩13。自由收缩率查表 1-1416得：自由收缩率为 1.0。表表 3-5 球墨铸铁的收缩率球墨铸铁的收缩率铸造收缩率铸件种类受阻收缩自由收缩珠光体球墨铸铁0.81.21.01.3球墨铸铁铁素体球墨铸铁0.61.20.81.23.6 起模斜度为将铸件从铸型中脱离出来，需要考虑起模斜度。如果铸件本身没有相应的结构斜度，需要采取增减铸件壁厚的方面形成拔模斜度。具体的斜度参数需要综合考虑造型方法及模样高度进行选取。对于熔胶座移动板铸件外表面四周计划以砂芯包裹，因此不必在铸件表面设计起模斜度14，起模斜度应设计在砂芯的外围。如图 3-9，需要设置起模斜度的面用箭头标出。铸造工艺课程设计说明书17图图 3-9 需要起模斜度的面需要起模斜度的面本次设计采用金属模样造型腔，除了面 6 采用减少壁厚的方法，其余各面采用增加厚度法。根据铸造手册表 3-64，木模样外围的起模斜度与测量面高度有关。表表 3-6 各面起模斜度各面起模斜度面编号123456起模斜度（mm）4.2224.24.21.6其中面 6 在用上铸型模样形成，上铸型模样的另外两个面由于与铸件非加工面接触，不能设置起模斜度，否则影响铸件形状，只能在起模时注意。其余 5 个面由下铸型模样形成。铸造工艺课程设计说明书184 浇注系统的设计浇注系统的设计4.1 浇注系统类型选择浇注系统类型选择浇注系统是指液态金属从浇口杯流入型腔所有通道的总称，由浇口杯、直浇道、直浇道窝横浇道、内浇道等各部分相互配合组成31。铸件可能会因为浇注系统设计的不合理而产生缩孔、缩松、砂眼、冷隔、气孔、产生砂眼等缺陷问题。浇注系统设计应遵循以下原则：(1)合理的控制浇铸系统的压头，使金属液的流动逐渐趋于稳定，并在充填终了时具有一定的赋形能力，使铸件能够具有清晰的轮廓。避免在浇铸过程中由于压力太小导致金属液在充填过程停止流动，或者压力过大导致在充填过程中造成金属液的飞溅。(2)合理的控制金属液进入型腔时的速度。金属液在进入型腔以后如果流速较小可能会导致铸件产生冷隔或浇不足等缺陷，又或者由于金属液冲型速度过快造成喷射现象。(3)金属液在进入砂型时要避免金属液对砂型、砂芯的正面冲击和高温作用，以免造成型壁或砂芯的破损或多肉缺陷。(4)当浇铸的金属液量较大时不宜过于集中进行浇铸，应较分散的从内浇道进入。这样能够减小金属液对型壁和砂芯的冲击，以及型腔中的局部过热问题，有利于防止或减少因此而引发的粘砂或缩陷、缩松问题。本移动板铸件采用开放式的底注式浇注系统15，金属液的充型速度快，针对大型铸造其内浇道设计尺寸浇道，内浇道的流动阻流小，一般合理设计各个浇道之间的距离，保证浇注系统具有良好的挡渣能力，且浇道部分消耗的金属液少，方便后期清理。参考铸造工艺手册，确定开放式浇注系统各截面比值为：A内：A横：A直=（1.54）：（24）：1铸件的浇注系统结构如图4-1所示。铸造工艺课程设计说明书19图图4-1 浇注系统结构图浇注系统结构图采取一箱一件成型，在下分型面的上设置一支双向梯型横浇道，四个内浇道与移动板铸型相连，内浇道以搭接形式与移动板铸型连接，金属液流动时金属液流出朝同一流动，沿着底部注入，充型快且平稳。为了提高浇注系统的挡渣能力16，在浇口杯与直浇道相接处设置过滤网。4.2 浇注系统的尺寸计算计算铸件浇注系统及冒口消耗金属量，一般用铸件工艺出品率计算总质量： （4-1）工艺出品率铸件重量LG表表 4-1 铸件工艺出品率铸件工艺出品率9铸件重量/kg1000单件小批生产657575808090成批生产708080858590工艺出品率（%）大量流水生产75808085 移动板采用一模一件成型，铸件重量为946 kg，属于大型铸件，其大批量生产铸造，参照表4-1，移动板的工艺出品率按85%计算。G=946/0.85=1113 kg1）浇注时间的计算浇注时间按照经验公式计算： （4-2）LGst式中：t浇注时间（s） ；GL金属液质量， （kg） ；S系数，根据铸件壁厚选择，本设计取1.0。代入计算得：t=33.6 s这里按照铸造经验公式校核浇注速度是合理，如 4-2 所示，根据浇注质量与浇注时间关系，保证浇注系统能满足型腔浇注能力需要，实现快速浇注。表表 4-2 浇注质量与浇注时间参考值浇注质量与浇注时间参考值1浇注质量/kg浇注时间/s铸铁件铸钢件铸铁件铸钢件30003001500020605080(40)500110000(4080)10000(80150)铸造工艺课程设计说明书20移动板铸件总高度是300mm，根据分型面的选择，将整体铸件放置在上砂箱，横浇道道和内浇道设计在分型面上，采用底注式17铸造浇注系统，根据铸造工艺手册，确定浇口顶部至移动板高度800mm，平均浇注系统静压头高度Hp= 500mm，砂箱高300mm，浇口杯高度200毫米，铸造静压头高度是650mm。静压头示意图如下图4-2所示：图图 4-2 铸件静压头尺寸示意图铸件静压头尺寸示意图浇铸系统设计依据“大孔出流原则18” ，参照铸造手册，静压头Hp为50cm，确定浇注系统各组元的比例：A内：A横：A直 =1.5：1.2：1参照铸造工艺手册，取内浇道面积为A内=41.9cm2，2）内浇道截面尺寸：由铸造实用手册查表1.4-75，矩形内浇道的截面尺寸为：a=45 mm，b=65 mm，c=20 mm，单支内浇道的面积为S=10.5cm，图图 4-3 内浇道截面示意图内浇道截面示意图3）横浇道是连通直浇道与内浇道的通道，本设计采用双向横浇道，横浇道截面面积S=33.6cm，横浇道形状取梯形断面形状如图4-4所示，梯形断面尺寸设计为：A=80mm，B=60mm，C=48 mm。铸造工艺课程设计说明书21图图 4-4 横浇道截面示意图横浇道截面示意图4）直浇道是引导金属液向下进入横浇道、内浇道，提供足够的压力头部分，本设计中采用圆柱形直浇口，为取模方便，直浇道设计成倒圆锥形，最下部截面为28cm，则椎体底部截面半径为30mm，取圆形截面形状如图4-5所示。图图 4-5 直浇道截面示意图直浇道截面示意图5）浇口杯安装在直浇道的顶部，主要用于直接接受浇包的金属液，便于浇注和防止金属溢流。浇口杯还可以减轻金属液对型腔的影响，使渣和气泡分离。浇口杯结构种类很多，常用有简单的漏斗形、盆型、池槽型。本次采用池形浇口杯19如图 4-6。表表 4-2 浇口杯各部分尺寸浇口杯各部分尺寸编号浇口杯尺寸(mm)ABlHH1daRR1H24450250130185206025402565图图 4-6 池形浇口杯结构尺寸示意图池形浇口杯结构尺寸示意图铸造工艺课程设计说明书224.3 冒口的尺寸计算冒口用于补偿铸型在铸件凝固过程中因体积增加所需的液态金属；补偿在液态生产中铸件的收缩；补偿凝固收缩；并起到排气、集渣和调节铸件冷却速度的作用。一个合理的冒口工艺设计可以有效的防止或减少铸件的收缩缺陷的产生。对于球铁件“熔胶座移动板” ，采用呋喃树脂自硬砂20造型造芯，砂型具备高强度与高硬度的特性，铸件模数 M 按照如下公式计算：铸件体积： V=0.13m3=130000cm3 铸件外表面积： S=59670cm2 则铸件模数： M =V/S=130000cm3 /59670cm2 =2.179cm 由铸造手册可知当铸件模数在 0.48cm 到 2.5cm 时，宜采用控制压力冒口设计方法。具体优化措施如下：若将冒口整体都置于铸件的顶部，压边冒口容易清除，不需要制作大量冒口模型, 大大简化了工艺；在移动板铸件的顶部增加补缩冒口 ：通过建立自补缩通道21将顶部后壁位置进行优化，顶冒口实现顺序凝固梯度，冒口设置如图 4-7 所示。图图 4-7 带冒口的铸造模型带冒口的铸造模型接头处模数参照铸造工艺手册表 3-25622计算如下： 1 组（L 形）： cmbbbbbbMC28. 35305. 64505. 6505. 6234222121211则 MR1=3.92cm，相应的 d1= MR1/0.189=20.9839cm；铸造工艺课程设计说明书232 组（T 形）： cmbMC27. 305. 685. 11738. 11957. 1112则 MR2=3.92cm, 相应的 d2= MR2/0.189=20.9839cm；从计算结果容易看出 MC1MC2。将冒口 1 和 2 都设计成正台式压边冒口，压边尺寸取 20mm，计算结果如下：冒口 1：由 d1=20.9839cm，取整 d1=210mm，H1=1.5d1=315mm冒口 2：由 d2=20.9839cm，取整 d2=210mm,，H2= 1.5d2=315mm铸造工艺课程设计说明书245 铸造工艺装备的设计5.1 模板的设计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。考虑到铸件收缩率，模样尺寸需要设计时需要较铸件本体放到收缩量。保证上下砂箱合型面精度要求，要求上下型错模量23不得大于1mm。结合树脂砂造型的，需要保证砂型能够连续放砂，铸造砂型的设计需要采用型板。考虑到铸件树脂砂工艺的特点，采用型板，模板图如图 5-1 所示，型板尺寸：长2200mm，宽为 1700mm，为了保证铸件的尺寸精度，模底板与砂箱之间的定位精度要高。本设计模底板和砂箱的定位采用定位销和销套的定位方式。图图 5-1 模板图模板图铸造工艺课程设计说明书255.2 芯盒的设计芯盒是造芯工艺的重要装备，芯盒的设计将直接关系到铸件产品的质量。从而影响到生产效率、生产成本、工人的劳动强度等。芯盒设计应满足以下要求24：（1）结构设计应与生产批量相适应；（2）芯盒要有足够的强度与耐磨性；（3）形状与尺寸精度需要达到工艺要求；（4）尽可能减轻重量，降低劳动强度；（5）使用简单，操作方便；5.2.1 芯盒材质与结构芯盒的种类包括木质、金属、塑料、和金木结构，根据其各自的特点，根据铸造手册表 4-27 与表 4-28，本次芯盒采用金属铝芯盒。金属铝芯盒25具有重量轻，制作周期短，尺寸精度高，易于加工，使用寿命长。采用垂直对开式结构，由左右两片组成，芯盒左右两边设有定位与夹紧装置。芯盒分型面垂直于芯盒的填砂面。5.2.2 芯盒的分盒面与结构设计为了简化芯盒结构，保证砂芯尺寸精度，砂芯芯盒面的选择一般遵循以下原则：（1）芯盒分盒面与砂芯分型面尽量保持一致；（2）应优先选择平直分盒面，尽量避免曲面或折面；（3）应有利于填砂与紧实；（4）有利于芯盒结构简单，方便操作。表表 5-1 芯盒壁厚芯盒壁厚芯盒平均轮廓尺寸芯盒壁厚(mm)铝合金灰铸铁300686300500810785008001012108001250121412表表 5-2 芯盒加强肋芯盒加强肋芯盒平均轮廓尺寸abR30010012575100530050012515010012585008001501751251758800125017520015010根据表 5-1 与表 5-2 选取芯盒壁厚与加强肋26尺寸，将结果汇总到表 5-3。铸造工艺课程设计说明书26表表 5-3 芯盒壁厚与加强肋尺寸芯盒壁厚与加强肋尺寸(mm)芯盒编号123456芯盒壁厚13131110147a180180160130200100b15015014011015080芯盒加强肋R101088105本次铸件采用树脂自硬砂造芯，芯盒的定位方式采用凸凹面式的定位结构方式，夹紧方式选择双螺母铰链式27。6 组芯盒结构图如图 5-2 所示。铸造工艺课程设计说明书27图图 5-2 芯盒图芯盒图5.3 砂箱的设计砂箱是保障砂型与砂型精确合型的重要装备，砂箱设计需要充分考虑砂箱顶使用性，砂型结构需要满足砂型要求，保证上下砂型的精确定位与牢固连接。砂型的尺寸确定需要根据铸件尺寸、吃砂量28、铸件在砂箱内部布置等方面来确定尺寸。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。本次设计中箱壁壁厚选择 15mm。为避免砂箱的四个拐角出现损坏，砂箱采用 10 mm 过渡圆角。砂箱其他的辅助结构设计，包含了箱带、排气孔和吊运装置等结构设计，为了浇注时排出铸型内的气体， 要在砂箱壁上开设排气孔。本次设计选用的是手工造型用砂箱，材质选用灰铸铁，上砂箱尺寸为2200mm1700mm600mm，下砂箱 2200mm1700mm300mm。如图 5-3。 图图 5-3 砂箱图砂箱图铸造工艺课程设计说明书286 铸件生产工艺设计6.1 QT500-7 的熔炼球墨铸铁良好的金相组织和性能取决于化学成分的选择。铸态球墨铸铁是由生铁、回炉铁废钢、脱硫剂、球化剂、孕育剂、增碳剂等进行熔炼而成29。根据铸造手册30-31对球墨铸铁的熔炼要求，生铁应该选用锰、磷、硫含量较低的，需要严把干扰球化的因素严格控制住。根据相关资料查得 QT5000 的成分含量。其化学成分的选择见表 6-1。表表 6-1 QT500 的成份的成份化学成分CSiMnSPMgRE质量分数3.553.852.342.860.60.0250.080.020.040.030.05金属熔炼设备采用 2t/h 的中频感应电炉，为了保证金属液的质量，金属在熔炼过程中需要进行严格的炉料管理，及精确炉料的配比。炉料配比参见表 6-2。表表 6-2 炉料配比炉料配比材料生铁废钢回炉料占比20%25%45%55%20%35%通过加入脱硫剂、球化剂、孕育剂、增碳剂等，对铁水成分进行调整，最终成分含量如表 6-3 所示，金相组织达到表 6-4 所示。表表 6-3 最终铁水成分表最终铁水成分表成份CSiMnCrPSeSCuMg含量3.43.62.42.60.30.40.150.250.050.020.0250.10.050.065表表 6-4 金相组织金相组织金相球化等级石墨直径基体组织铁素体数量规格1级47铁素体+珠光体4070%6.2 铸件的落砂为了防止铸件在浇注以后因冷却引起的缺陷，保证铸件在清理过程中有足够的强度与韧性，铸件在砂型内应保证足够的冷却时间。根据表 6-5 移动板铸件的冷却时间为812h。表表 6-5 铸铁件在砂型内的冷却时间铸铁件在砂型内的冷却时间铸件重量 kg501001002502505005001000铸件壁厚 mm30405060冷却时间 min80160120300240600480720本次设计根据熔胶座移动板的铸件尺寸，型砂种类以及生产量来看，选择固定式惯性振动落砂机32。铸造工艺课程设计说明书296.3 铸件的清理落砂后的铸件会带着浇注系统、冒口及出气孔等，通常采用铁锤敲断，然后将铸件进行表面处理。抛丸表面处理是利用叶轮旋转产生的离心力，将铁丸以较高的速度抛向铸件表面，从而达到清除铸件表面的粘砂与氧化皮的清理方法33。选用清理设备的原则：铸件的形状、尺寸、重量以及车间机械化程度；尽量选择干法清理设备；铸造工艺的特点。根据铸造手册表 5-32，本次移动板铸件表面清理选择吊钩式抛丸清理机。铸件经过抛丸处理后，表面还会残留坯缝以及抛丸机处理不到的内腔等部分，需要用砂轮机、气铲等设备，进行手动清理。铸造工艺课程设计说明书30结结 论论本次设计选择一件典型移动板零件进行铸造工艺设计，按照标准的砂型铸造工艺流程来完成铸造工艺设计。为减少铸件内部气孔、缩孔、表面夹渣等常见的铸造缺陷。本文对铸造工艺进行分析，对可能出现缺陷的位置与缺陷种类进行分析，并系统的提出相应的解决办法。本次设计运用大学所学的专业理论知识解决实际工程问题，我也充分认识了自身存在的问题与不足，对铸造工艺方法认识不够清楚，对浇注系统计算等知识缺乏系统认识，后续还需向继续学习与积累。铸造工艺课程设计说明书31致 谢首先，我要感谢我的指导老师李俊刚教授对我的教导。从论文的选题、构思、撰写到最终的定稿，老师都给了我悉心的指导和热情的帮助，使我的论文能够顺利的完成。老师对工作的认真负责、对学术的钻研精神和严谨的学风，都是值得我终生学习的。其次，感谢材料学院的全体领导和老师，由于他们的悉心教导，我学到了专业的知识，掌握了扎实的专业技能。最后，感谢我的家人在此期间给予我的包容、关爱和鼓励，以及所有陪我一路走来的同学和朋友，正是由于他们的支持和照顾，我才能安心学习，并顺利完成我的课业。在之后的学习和生活中，我会铭记师长们的教诲，继续不懈努力和追求，来报答所有支持和帮助过我的人!铸造工艺课程设计说明书32参 考 文 献1董正文，邓志儒，林启权等. 基于 ProCAST 的熔胶座移动板浇注系统模拟优化J.热加工工艺，2016,02：74-792许景峰，徐玉强，徐继柱等. 铸态 QT600-10 球墨铸铁的工艺浅析J.铸造设备与工艺，2018,05:1-63钱怡君，程和法，程兆虎等. CAE 技术在改善球墨铸铁轮毂缩孔中的应用J.铸造技术，2011,32:1505-15084陈国英，闵兴. 呋喃树脂在大型球铁件上的生产实践J.现代铸造，2001,01:50-525赵颖烈. 柱塞泵盖铸造工艺及数值模拟应用J.液压气动与密封，2018,08:65-686陈康，王丹丹，刘贯军. 基于计算机模拟的球墨铸铁件铸造工艺优化J.铸造技术，2016,08:1773-17757高冠会，藏加伦. 计算机凝固模拟技术在铸造工艺优化中的应用J.计算机应用，2010,04:52-548张勇. 模拟软件在大型轴承盖工艺设计中的应用J现代铸铁，2016,04：81-849王智平，李凌羽，肖荣振等. 球墨铸铁件铸造工艺计算机辅助设计J铸造技术，2010，07:819-82210 魏胜辉，张帆，卢景秀等. 球墨铸铁轴封体铸造工艺设计及数值模拟J铸造技术，2017,06:1493-149611 刘鹏，甄立军，王章明等. 球墨铸铁铸件铸造技术研究进展J中国铸造装备与技术，2017，04:01-0612 赵占西，刘浩，周翔等. 球墨铸铁轴承座铸造工艺设计及模拟J现代铸造，2017,06:75-7913 殷亚军，涂志新，沈旭等. 球墨铸铁数字化铸造技术及应用J现代铸造，2018,08:54-5914 杨明月，叶小龙，麻先银. 球墨铸铁金相组织缺陷原因及防治方法概述J现代铸造，2017，03：65-7015 杨柏婷，刘刚. 利用华铸 CAE 辅助设计生产球墨铸铁轮毂J现代铸造，2017，04：87-8916 张晓光，韦洲，李莹. 基于 ProCAST 的支架铸件熔模铸造工艺优化J热加工工艺，2018,21:100-10217 陈映东，丁旭，沈刚等. 大型球墨铸铁蜗壳件砂型铸造模拟分析与工艺优化J铸造技术，2018,10:2249-2264.18 耿笑笑,张巨成,王浩,冯剑峰.基于 CAE 模拟注塑机后模板的铸造工艺优化J.热加工工艺,2019,48(21):58-60+64.19 E. Fogli