A件铸造说明书(按第四届大赛作品模板排版)

1、“永冠杯”第四届中国大学生铸造工艺设计大赛参赛作品铸件名称：A-熔胶座移动板自编代码：AA000003 方案编号：“永冠杯”第四届中国大学生铸造工艺设计大赛目录摘 要.11零件结构特点、技术要求与分析.1 1.1 零件结构特点. 2 1.2 零件技术要求. 2 1.3 零件生产分析. 22零件的铸造工艺性分析.3 2.1 零件的最小壁厚. 3 2.2 零件的临界壁厚. 4 2.3 零件壁的过渡与连接. 4 2.3.1 Y形接头.4 2.3.1 无限薄壁.4 2.4 铸造工艺对零件结构的要求. 53 浇铸位置与分型面.5 3.1 浇铸位置的确定.5 3.2 分型面的确定.74 机械加工余量.85

2、 砂芯的设计.11 5.1 砂芯的形状.11 5.2 芯头的结构尺寸.12 5.3 芯骨的设置.13 5.4 砂芯的排气.156 各工艺参数设置.16 6.1 起模斜度.17 6.2 铸造收缩率.187 浇铸系统设计.19 7.1 浇铸系统类型.19 7.2 浇铸系统结构.20 7.3 浇铸系统各组元尺寸.20 7.3.1 平均静压头.20 7.3.2 各浇道横截面尺寸.21 7.3.3 浇口杯尺寸.22 8 补缩系统设计.22 8.1 冒口的类型和位置.23 8.2 冒口的尺寸计算.249 合箱图及铸造工艺卡.2610 铸造工艺优化.28 10.1原始工艺方案中铸件的充型和凝固分凝固分析.2

3、8 10.1.1金属液充型过程分析.28 10.1.2 平均静压头.30 10.2 铸件冒口的优化.3211 工艺装备及生产.33 11.1 模样.33 11.2 型砂芯砂配置.33 11.2.1 原砂的选用.33 11.2.2 树脂粘结剂的选择.33 11.2.3 固化剂的选择.34 11.2.4 附加物的选用.34 11.2.5 涂料.34 11.3 砂箱.34 11.3.1 砂箱的结构尺寸.35 11.3.2 砂箱的定位.36 11.4 芯盒.37参考文献.40附 图.41摘 要：铸造是通过熔炼金属，制造铸型，并将熔炼金属液浇入铸型，凝固后获得一定形状、尺寸和性能金属零件毛坯的成型方法。

4、在机器制造业中用铸造方法生产的毛坯零件，在数量和吨位上迄今仍是最多的。而铸造工艺（造型、制芯、浇注、落砂、清理及其后处理等）是铸造生产的核心，是能否生产优质铸件的关键。本次进行设计的零件为球墨铸铁件，选择浇铸方式为重力铸造；型砂和芯砂选择呋喃树脂自硬砂造型。作者针对零件（A-熔胶座移动板）的图纸和设计要求，用CATIA V5和Pro/E创建了零件的实体模型；分析零件的材质、生产条件等因素，采用手工造型造芯的生产方法；考虑零件技术要求，工作条件等因素，计算确定了零件的各项工艺参数（机械加工余量、起模斜度、铸造收缩率等）；通过对零件结构的分析对比，确定了铸件的浇铸位置和分型面；结合铸件材料的分析，

5、设计采用底注-开放式浇铸系统，并应用比例法计算出浇铸系统各组元的截面尺寸；对于补缩系统的设计，作者对铸件模数进行了计算，并在此基础上设计了相应尺寸的压边冒口。在以上工作基础上，作者应用Hypermesh软件对整个系统进行剖分网格，采用ProCAST软件进行了QT500-7球墨铸铁金属液对零件进行充型及凝固过程的数值模拟，优化工艺，减少或消除铸造缺陷，最终确定工艺方案，缩短新产品的试制周期，降低生产成本，提高生产效率。 在文末，作者对铸件进行了简单的工装设计。关键词：铸造，工艺设计，球墨铸铁件，呋喃树脂自硬砂，数值模拟1 零件结构特点、技术要求与分析1.1零件结构特点 题目“A-熔胶座移动板”为

6、板壳类零件，起移动、支撑的作用。零件整体结构对称；上下表面与侧面为工作表面；上表面六个孔（4个M24螺纹孔，一个36锥底光孔，一个110阶梯孔），4个油槽分别在四角；下表面有48个M8螺纹孔，6个为一组，两侧各4组；零件中空，分布有6个环形的加强肋；零件上下表面内凹的非加工部分分布有8个方形通孔（上表面3个下表面5个），减轻了零件的重量。零件其他描述如下:（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：最大宽度860mm，最大长度1510mm，最大高度300mm，体积0.13m3,总重量945.635kg。（4）零件形状如图1.1所示：图1.1 零件空间形状1.2

7、零件技术要求零件设计技术要求如下：（1）球墨铸铁符合标准GB/T1348-2009，必须保证机械性能；（2）球化等级需达到4级以上；（3）凡有加工符号的表面留有加工余量；（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。1.3铸件生产分析零件“A-熔胶座移动板”净重达到945.635kg，近一吨；零件尺寸为1510mm×860mm×300mm，属于大型球墨铸铁铸件。本件的技术要求中规定采用呋喃树脂砂。呋喃树脂砂铸造

8、是以呋喃树脂为粘结剂，并加入催化剂制出型砂，不需要通入硬化气体，即可在常温下使砂型自动固化的造型的方法，通常简称为树脂砂。树脂砂造型有很多有优点，如尺寸精度高，强度高，热稳定性好，溃散型好，造型效率高，可回收利用等，为现代多数铸造企业针对单件小批量生产中大型铸件采用的铸造方法。但是树脂砂铸造也有一些缺点，如与无机类粘结剂的铸型相比，树脂砂发气量比较高，易于产生气孔类的缺陷，对于球铁件，表面因渗硫或者渗碳可能造成球化不良或增碳，这些在设计时应该注意。另外，浇铸时有刺激性气体及一些有害气体产生，CO2发生量比较大，因此需要注意通风条件。本题目中零件“A-熔胶座移动板”所用材质为球墨铸铁，由于球墨铸

9、铁在凝固过程中石墨析出会产生较大的体积膨胀，引起铸型型腔的尺寸扩大，如果铸型的强度很低，势必会引起铸型型腔扩大，影响铸件的内部质量和外部质量。采用树脂粘结剂作为型砂和芯砂的粘结剂能够获得高强度的砂型和砂芯，对于保证铸件的质量是有保证的。本次设计采用呋喃树脂自硬砂作为型砂和芯砂，另外，由于采用单件小批量生产，设计使用芯盒手工造芯。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1510mm×860mm×300mm，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11

10、0mm，最小孔为M8螺纹孔。图2.1 零件整体结构及尺寸为保证获得优质铸件，设计小组人员针对金属零件铸造成型结构进行审视，并重点考虑了以下几个方面：2.1铸件的最小壁厚从保证金属液充型能力看，在设计铸件壁厚时，要考虑金属液的流动性和铸件的轮廓尺寸。在一定的铸造条件下，铸造合金液能充满铸型的最小厚度称为该铸造合金的最小壁厚。为了避免铸件产生浇不到和冷隔等缺陷，应使铸件的设计壁厚不小于最小壁厚。对于砂型铸造球墨铸铁件铸造，参照资料（1）铸造手册表3-1列表格如下表2.1：表2.1砂型铸造球墨铸铁合金的最小壁厚（mm）铸造合金当铸件最大轮廓尺寸为下列值时<2002004004008008001

11、25012502000>2000球墨铸铁34488101012- 对于零件“A-熔胶座移动板”，铸件最大轮廓尺寸为1510mm，最小壁厚为35mm，满足砂型铸造最小壁厚要求。2.2铸件的临界壁厚确定铸件壁厚时，必须考虑铸造合金的力学性能对铸件壁厚的敏感性。各种铸件合金都存在一个临界壁厚，当铸件壁厚超过其临界壁厚时，铸件强度并不按比例地随铸件壁厚的增加而增加，而是显著下降。对于球墨铸铁件来说，过大的壁厚易导致球化衰退现象，造成球化不良，使铸件力学性能显著恶化。因此球墨铸铁铸件的壁厚也不能过大。砂型铸造的各种合金铸件临界壁厚可按最小壁厚的3倍考虑，铸件“A-熔胶座移动板”壁厚满足设计要求。2

12、.3铸件壁的过渡和连接一般情况下，铸件壁的断面尺寸不可能完全相同，同时，铸件有类型各异的连接。任何零件都是由不同尺寸的“壁”相互连接构成，通常构成零件的各“壁”其“壁厚”应该接近一致，不能差别过大，否则其铸造工艺也属于不合理。同时，铸件各个壁的连接和过渡应该满足铸造工艺性要求，即铸件“壁”的连接、过渡应该是平缓的。分析铸件“A-熔胶座移动板”，有不合理结构如下： 2.3.1 Y形接头：零件“A-熔胶座移动板”结构中存在Y形接头，如下图2.2圆圈所指：图2.3图2.2图2-2 圆圈处断面形状如图2.3中的 a）在Y形接口处金属液体散热慢，凝固慢，容易产生应力集中、裂纹、变形、缩孔、缩松等缺陷。图

13、2-3中a）结构不合理，应改为b）中形状，具体计算方法如表2.4所示：(单位：mm)a=50b1.25a=62.5（题目图纸b=50）R=（a+b/2）=18.75R1R+b=81.25图2.4 由于设计图纸要求，此结构不改。2.3.2 无限薄壁：由零件图纸进行零件空间形状绘制时发现，在图2.5中圆圈处有“无限薄壁”出现。该结构出现在成品零件中为不合理结构，但在铸造工艺设计时，由于加工孔留有加工余量，并非没有厚度，因此设计时忽略该结构。图2.5 无限薄壁 2.4铸造工艺对零件结构的要求：铸件的结构不仅应有利于保证铸件的质量，而且应考虑到模样制造、造型、制芯和清理等操作的方便，以利简化制造工艺过

14、程，稳定产品质量，提高生产率和降低成本。该零件外部结构简单，并且总体对称，因此铸件的分型面容易选取，起模也方便；而内部结构也比较简单，所以砂芯的制作也不是很困难。3 浇铸位置与分型面3.1浇铸位置确定浇注位置是指浇注金属液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、铸造合金特性、铸造方法和铸造生产车间的条件决定。正确的浇注位置应该能保证获得健全的铸件，并使造型、制芯和清理方便。选择浇注位置主要考虑以下几个方面：（1）铸件的重要加工面、主要工作面和受力面应尽量放在底部或侧面；（2）有利于铸件凝固顺序和补缩；（3）有利于砂芯的固定、定位及气体的排出；（4）注意大平

15、面水平浇注；（5）有利于铸件的充型对于铸件“A-熔胶座移动板”，整体结构比较简单，浇铸位置有如下几种，如图3.1: a）d） b）c） e）图3.1 浇铸位置如图3.1所示，a）操作简单，大平面（上下平面）水平放置，精度有保证，砂芯的制作和放置也比较简单；b）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。c）不仅无法保证大平面水平浇铸，而且，侧立时，上下表面实际上是工作在同样的环境中，侧立浇铸使得两表面致密度不均匀，对零件的使用造成影响，同时，侧立必然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。d）和e）不仅存在c）放置时存在的问

16、题，同时，正立使得砂箱的高度大大增加，给铸造生产带来更大的困难。综上所述，设计采用正放浇铸位置。 3.2 分型面的确定分型面是砂型组元间相互接触的表面。砂型分型面一般在确定浇铸位置后确定。砂型分型面确定是否合理，对于能否简化铸造工艺、提高生产效率、降低成本、提高铸件质量等有直接关系。通常分型面与浇铸位置应尽量一致，以避免合型后翻转。分型面的选择原则可参考如下：（1）应使铸件全部或大部分位于同一砂型内，以减少错型带来的尺寸偏差，保证铸件尺寸精度，便于造型和合型操作;（2）应尽量把铸件的加工定位面和主要加工面放在同一砂箱内，以减少加工定位的尺寸偏差;（3）应尽量减少分型面的数量，最好只有一个分型面

17、.（4）应尽量使型腔和主要型芯处于下型，以便于造型，下芯，合型及检验;（5）应尽量选用平直面作分型面，少用曲面，以简化制模和造型工艺。（6）应尽量减少型芯和活块的数量，以简化制模、造型、合型等工序。（7）分型面应选在铸件的最大截面处，以保证从铸型中取出模样，不损坏铸型。对于铸件“A-熔胶座移动板”，综合以上原则，分型面可以有4种选择，如图3.2：a)b)c)d)图3.2 各分型面a）分型面在最大截面处铸件全部位于同一砂型内防止错型，保证加工面的尺寸精度，砂芯易固定，但铸件中部下凹处需要额外放置砂芯，固定困难；b）分型面在最大截面处，铸件同样全部位于同一砂型中，但铸件上表面的下凹由上砂型形成，砂

18、型制作更加简便；c）分型面在最大截面处，铸件大部分位于下砂型中，但这样带来了错型造成尺寸误差的问题；d）分型面不在最大截面处，铸件大部分位于上砂型中，但这样上砂型中的砂芯固定困难，同时，错箱带来的误差依然无法避免。综合考虑，选用a)种分型面最为合适。分型面为最大平面，合箱容易，同时又保证了尺寸精度。4 机械加工余量 根据资料（15）ISO 8062铸件尺寸公差与机械加工余量规定，机械加工余量应适用于整个毛坯铸件，且该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。铸件的某一部位在铸态下的最大尺寸应不超过成品尺寸与要求的加工余量及铸造总公差之和，有斜度时斜度另外考虑。要求的机械

19、加工余量等级共有10级，称之为A、B、C、D、E、F、G、H、J和K级共10个等级。根据ISO 8602要求，球墨铸铁手工造型砂型浇铸应选公差等级为FH级。处于浇注位置“底部”和“侧面”的选用“高”的等级，本次设计对于底面采用E级，侧面选择F级；处于浇注位置“顶部”的选用“低”的等级，本次设计对于顶面和铸孔选择G级；引用ISO 8602要求的各等级加工余量数值如下表4.1：表4.1 加工余量数值最大尺寸大于（mm）25040063010001600等于或包括（mm）400630100016002500加工余量E级1.82.22.52.83.2F级2.533.544.5G级3.5455.56 根

20、据铸件的尺寸公差等级、要求的机械加工余量级铸件的最大轮廓尺寸确定加工余量的数值。铸件需要加工的表面如下：（1）单侧加工 铸件单侧加工面如图4.1所示，编号为1、2、3：图4.1 单侧加工面单侧加工面尺寸计算公式为： =RMA+CT/2 （公式4.1）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）（2）双侧加工面： 铸件双侧加工面如图4.2所示，编号4、5：图4.2 双侧加工面双侧加工面尺寸计算公式为：=RMA+CT/4 （公式4.2）各符号意义同上。图4.3 内侧加工面（3）内侧加工面铸件有一个铸造孔，为上表面的一个阶梯孔，两个加工表面分别编号6、7，如

21、下图4.3所示：内部加工的加工余量公式为： =RMA+CT/4 （公式4.3） 各符号意义同上。 铸件尺寸公差是指铸件公称尺寸的两个允许极限尺寸之差。在两个允许极限尺寸之内，铸件可以满足加工、装配和使用要求。根据零件技术要求，铸件公差等级应满足ISO 8062铸件尺寸公差和机械加工余量的规定。铸件尺寸公差等级分为16级，表示为CT1CT16。铸件“A-熔胶座移动板”需满足CT12级要求，具体公差数值见下表4.2：表4.2尺寸公差数值未经处理的铸件基本尺寸（mm）大于0101525406310016025040063010001600250040006300等于或包括10152540631001

22、602504006301000160025004000630010000公差数值4.24.44.655.6678910111315172023综上所述，将各个表面加工余量计算结果列在表4.3中如下：表4.3 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1G5.513122G5.513123E2.8139.34F4137.255F4137.256G5.5138.757G5.5138.75 根据零件图，考虑以上机械加工余量后，将后续加工结构去掉，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）;

23、4个油槽;下表面的48个M8螺纹孔：图4.4 铸件图 5 砂芯的设计砂芯用来形成铸件的内腔、各种成形孔及外形不易起模的部分。砂芯要满足的基本要求是：砂芯的形状、尺寸和在砂型中的位置应与铸件的要求相适应，有足够的强度和刚度，在浇注后铸件凝固过程中砂芯所产生的气体能及时排出型外，铸件收缩时砂芯不给予大的阻力，容易清砂。砂芯设计的主要内容：确定砂芯的形状和个数（砂芯分块）、下芯顺序、芯头结构、核算芯头大小等。本铸件采用呋喃树脂自硬砂造芯。5.1 砂芯的形状砂芯的设置应满足以下几个基本原则:（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

24、措施；（4）砂芯的分盒面应尽量与砂型的分型面一致；（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；对于本题目，采用呋喃树脂砂自硬化制芯，涉及不到砂芯的烘干，而保证铸件的成型、保证铸件的精度则是重要的环节。分析铸件结构，需要用到多个砂芯成型，铸件共有7处需要用到砂芯，如下图5-1所示，7处编号17：图5.1 需要砂芯形成的部位7个砂芯的形状如下图5.2所示：砂芯3砂芯2砂芯1 砂芯5 砂芯5砂芯6砂芯4砂芯7图5.2 砂芯形状5.2 砂芯的固定砂芯在砂箱中必须固定在一定的位置，必须经受得住金属液体的冲击而不发生偏移和损坏（由于本次设计采用的是呋喃树脂自硬砂，砂型的强度较高，故损坏

25、的可能性比较小），并且在金属液体的浮力作用下不发生浮动，否则，铸件会发生部分损坏，缺失甚至严重变形导致铸件报废。因此，砂芯在砂型中的位置一定要可靠。对于“A-熔胶座移动板”，7个砂芯全部放置在下砂箱中，砂芯的位置如下图5.3所示： 图5.3 砂芯的位置图中，砂芯4（紫红色）安放在砂芯3（粉红色）上，与砂芯3一起放置在砂箱右侧，砂芯3与砂芯4右侧均与上上砂型接触，防止浮起；砂芯1（黄色）和砂芯2（棕色）分别置于图中上下两侧，砂芯上表面与上砂型接触；砂芯5（青色）置于下砂型中部，右侧3个突起接触上砂型；砂芯6（深绿色）插入砂芯5的凹孔处，由于尺寸较小，为了抗金属液体冲击，上部插入上砂型中；砂芯7（

26、浅绿色）压在砂芯5上，上表面接触上砂型。因此，整个下芯的流程为：砂芯3+砂芯4砂芯1砂芯2砂芯5砂芯6砂芯7砂芯组合结构图如图5.4所示：图5.4 砂芯组合结构图5.3 芯头的结构尺寸砂芯主要靠芯头固定在砂型中。对于垂直芯头，必须要有足够的尺寸，以保证其轴线垂直、牢固地固定砂型上。对于水平砂芯，必须有足够的芯头长度，以承受砂芯的重力和金属液的浮力。芯头与芯头座之间有适宜的间隙，以使砂型与砂芯既能保证装配，又能确保铸件的尺寸精度。如图5-5，本次设计所采用的7个砂芯共有7种，。其中，型型属于垂直芯头，型属于水平芯头。型应用于砂芯1和砂芯2，型应用于砂芯3，、型应用于砂芯5，、型应用于砂芯6，砂芯

27、4和砂芯7没有芯头。各芯头形状和尺寸如图5.5：型型型型型型 型 图5.5 各芯头形状及尺寸以上各芯头中，、向下插入下砂型中，、向上插入上砂型中，水平插入下砂型中。对于水平芯头，示意图如下图5.6所示：图5.6 水平芯头示意图对于芯头，参照资料1铸造手册，设置S1、S2、S3 数值分别为1.5mm、3.0mm、4.5mm。对于垂直芯头，各型的顶面间隙及芯头斜度设置参照资料（1）铸造手册，数值列入下表5.1：表5.1 垂直芯头参数设置芯头标号芯头间隙S（mm）21.51111芯头斜度（mm）444944在铸件的生产过程中，为了快速下芯、合型及保证铸件的质量，在芯头的模样上做出压环、防压环和集砂槽

28、。压环、防压环和集砂槽的示意图如下图5.7所示：图5.7 压环、防压环、集砂槽示意图压环、防压环和集砂槽的尺寸列入下表5.2：表5.2：压环，防压环，集砂槽尺寸垂直芯头（mm）水平芯头（mm）芯头编号芯头编号e55441.53a10f665534b1.5r66551.53c25r55.4 芯骨的设置为了保证砂芯在制造、搬运、配型和浇铸中不变形、不开裂、不被金属液体冲击断裂，在制作砂芯的过程中通常要埋置芯骨，以提高砂芯的强度和刚度。针对“A-熔胶座移动板”，本次设计采用型钢管组焊成的芯骨。如下图5.8所示，本次设计采用4种芯骨：芯骨2芯骨1 芯骨4芯骨3图5.8 芯骨结构图 其中芯骨1用于砂芯1

29、和砂芯2，芯骨2用于砂芯5，芯骨3用于砂芯3，芯骨4用于砂芯4.芯骨在各砂芯中的位置如下图5.9： 图5.9 芯骨在砂芯中的位置 5.5 砂芯的排气本次设计采用的型砂和芯砂都是呋喃树脂自硬砂，自硬砂在浇铸过程中，砂芯中的有机物会燃烧（氧化反应）并放出大量气体，如果这些气体不能及时顺利地排出型外，就会在在铸件中形成气孔，甚至导致铸型爆炸。因此，对于大型铸件，砂芯的排气尤为重要。为此，砂芯中应开设排气道，砂芯的芯头尺寸要够大，以便于气体及时排出。在下芯的过程中，应注意不要堵塞芯头的出气孔，在铸型中与芯头出气孔对应的位置应开设排气通道，以便于将砂芯中的气体及时引出型外。排气通道应在砂芯的端部，不得与

30、砂芯的工作面相通，以避免金属液渗入。砂芯的排气方式有扎排气孔、挖排气道、用蜡线或尼龙绳做排气孔以及放排气填料等。为了达到使砂芯排气顺畅的目的，我们在芯头位置和砂芯的厚达部位设置排气孔，在砂芯和砂芯连接处设置连接孔。如下图5.10所示，排气孔与芯骨共同构成排气通道，使排气顺畅。需要注意的是砂芯与砂芯和砂芯与砂型间的气道要围泥条，防止金属液体的渗入。图5.10 砂芯排气示意图6 各工艺参数设置6.1 起模斜度 当铸件本身没有足够的结构斜度时，应在铸件设计或铸造工艺设计时给出铸件的起模斜度，以保证铸件的起模。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

31、，原则上不得超出铸件的壁厚公差要求。对于铸件“A-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，起模斜度应设计在砂芯的外围。如图6.1，需要设置起模斜度的面用红色标出。本次设计采用木模样造型腔，除了面6采用减少壁厚的方法，其余各面采用增加厚度法。根据资料（1）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，不 图6.1 需要加起模斜度的面同高度的测量面应具有的起模斜度如下表6.1：表6.1 木模样起模斜度自硬砂造型时木模样外表面的起模斜度测量面高度h/mm10104040100100160160250250400起模斜度/mm0.81.61.622.6

32、4.2根据表中的数据选择不同的面的起模斜度，各面起模斜度如下表6.2：表6.2 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（面6夹着的两个面）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。6.2 铸造收缩率为了获得尺寸精度较高的铸件，必须选取符合实际的适宜的铸件收缩率根据该零件的结构，金属液在凝固之后的冷却过程中的收缩介于“自由收缩”与“受阻收缩”之间，因此按照资料（1）铸造手册中“铸造收缩率”的设计依据（表6.3）选择该铸件的铸造收缩率为1%。表6.3

33、 铸造的线收缩率(%)铸件种类铸造收缩率受阻收缩自由收缩球墨铸铁珠光体球墨铸铁0.81.21.01.3铁素体球墨铸铁0.61.20.81.26.3 其它工艺参数考虑本铸件的结构特点，且后续的工艺优化，无需对其设定工艺补正量。砂型因起模后的修型和收缩等引起变形，致使分型面凹凸不平，使合型不严密。为防止浇注时从分型面跑火，合型时需在分型面上放耐火泥条，这就增加了型腔的高度。但因为铸件全部放在下砂箱，因此模样上不必考虑分形负数。7.浇铸系统设计浇注系统是引导金属液进入铸型型腔的通道，浇注系统设计得合理与否，对铸件的质量影响非常大，容易引起各种类型的铸造缺陷，如：浇不足、冷隔、冲砂、夹渣、夹杂、夹砂等

34、铸造缺陷。浇注系统的设计包括浇注系统类型设计、内浇口位置的选择以及浇注系统各组元截面尺寸的计算。浇注系统的设计应遵循以下原则：（1）引导金属液平稳、连续地充型，避免卷气、金属氧化物夹杂和冲刷型芯。（2）充型过程中流动的方向和速度可以控制，保证铸件轮廓清晰、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，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）浇注系统应当简单、可靠，减少金属液消耗，便于清理。 7.1 浇铸系统类型球墨铸铁经过球化、孕育处理后温度下降很多，并且容易氧化，产生二次氧化夹渣。对于球墨铸铁件

35、“A-熔胶座移动板”适宜采用大孔出流设计方法，缩短金属液的充型时间，同时要求浇注系统具有较强的挡渣能力。（资料11）图7.2 金属液流过的形状图7.1 浇铸时间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。浇注统根据其内浇口的设置位置，可以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

36、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，采用“大孔出流设计方法”能够实现铸型的顺利充型，为了避免金属液的二次氧化，采用底注式浇注系统。根据资料（1）铸造手册对于厚壁球墨铸铁件适宜采用“开放式浇注系统”，浇注系统各组元的截面比例如下：A内：A横：A直=（1.54）：（24）：1同时，对于浇注时间的选择，参考资料1铸造中表手册

37、表中如3-168（如上图7.1），选为30s。 7.2 浇铸系统结构将横浇道开设在下砂箱内，由于底注式浇铸系统挡渣能力差，为了提高浇注系统的挡渣能力，在浇口杯与直浇道相接处设置过滤网。由于浇注大型铸件时金属液流量大、温度高，很难避免冲砂和粘砂现象。因流钢砖过于笨重，内浇道的形式很单一，可以选择的余地太小，而陶瓷管壁薄、重量轻，形式多样，弥补了流钢砖的诸多不足，特别适合树脂砂造型，所以本铸件的浇注系统的直浇道、横浇道和内浇道均采用陶瓷管埋设在铸型中以形成浇注系统。根据铸件的结构和尺寸等因素，将浇铸系统结构设计成如图7.2。图7.3左为浇铸系统位置，图7.3右为浇铸系统尺寸和滤网设计位置： 图7.

38、3 浇铸系统尺寸和滤网位置7.3 浇铸系统各组元尺寸 7.3.1 平均静压头铸件高度hc为300mm，由分型面选择可知铸件全部位于下砂型中，浇铸方式为底部注入，参照资料1铸造手册表3-137选择平均静压头高度Hp=500mm，上砂箱高300mm，浇口杯高度200mm，则铸件的静压头高度为： H0=Hp+0.5hc=500+0.5×300=650 （公式7.1）静压头示意图如下图7.4所示： 图7.4 静压头示意图7.3.2 各浇道横截面尺寸浇铸系统设计依据“大孔出流原则”，参照资料1铸造手册表3-160中数据如下表7.2，静压头Hp为50cm，取浇道面积比为A内：A横：A直 =1.5

39、：2：1，表3-160部分数据如下表7.1：表7.1：球墨铸铁四单元浇铸系统断面积大孔出流设计表（A内：A横：A直 =1.5：2：1）铸件重量5007008001000120015002000浇铸时间30353741455057内浇道断面积hp=30cm3339.642.948.352.959.569.5hp=40cm28.634.337.141.945.851.560.2根据表中数据，初步设计内浇道面积为A内 =41.9cm2，按比例横浇道面积A横 =55.87cm2，直浇道面积A直 =27.93cm2，直浇道和横浇道的截面形状设计为原形，内浇道横截面设计成矩形，设计结果如下：直浇道：由A直

40、=R2=27.93cm2得，R=29.8mm，取整R直=30mm；横浇道：由A横=R2=55.87÷2=27.935cm2得，R=29.8mm，取整R横=30mm；内浇道：由A内=41.9÷2=20.95cm2，取a=26mm，b=80mm。 7.3.3 浇口杯尺寸浇口杯的直径至少要比金属液体的径流大1倍，顶部宽度要比直浇道直径大1倍，沿浇铸方向的长度要两倍于宽度，而深度可以等于宽度。浇口杯可分为普通漏斗形浇口杯、池形浇口杯、闸门形浇口杯等，池形浇口杯适用于中大型铸件的浇铸，因此，本次设计拟采用池形浇口杯。参照资料（1）中表3-229，池形浇口杯形状图下图7.5所示：图7.

41、5 池形浇口杯形状根据铸件参数，选择4号浇口杯，其各参数数值如下：表7.2 浇口杯各部分尺寸编号浇口杯尺寸（mm）ABlHH1daRR1H244502501301852060254025658补缩系统设计 球墨铸铁和大多数合金不同，共晶结晶时，由于析出的石墨比重小而比容大，会产生所谓的石墨化膨胀。一般认为球墨铸铁的石墨化膨胀为每析出1%的C，体积膨胀2%。这一特点，使球墨铸铁的凝固和收缩和对铸件的补缩变得比较复杂，同是也产生了如何利用石墨化膨胀实现自补缩的问题。球墨铸铁件的补缩方法主要有顺序凝固冒口补缩和均衡凝固有限补缩两种。前者属于传统的补缩理论，而后者是西安理工大学魏兵教授与20世纪八十年

42、代提出的凝固补缩理论。（资料12）球墨铸铁共晶结晶温度范围比较宽，共晶团细小而且数量多，这些造成了球墨铸铁的凝固没有明显的前沿，铸铁表面和中心几乎同时进入凝固状态，即从铸件表面到中心不是逐层凝固，而是几乎同时进行所谓的“糊状”凝固。本次设计采用均衡凝固理论进行冒口的设计（资料3、4），利用石墨的膨胀消除金属液收缩产生的缩孔缺陷。利用均衡凝固理论进行球墨铸铁件冒口的设计，需要有一定的前提条件，如高质量的铁水、高硬度的铸型。如果铁水的冶金质量差，则铁水的收缩量增大，石墨产生的膨胀不足以抵消铁水产生的二次收缩，铸件产生缩孔的倾向增大；铸型的硬度或强度低，则在金属静压力的作用下铸型容易发生型腔胀大，需

43、要补缩的金属液量增加，铸件也容易产生缩孔。均衡凝固理论的核心是：冒口既要离开热节又要靠近热节，以减少冒口对铸件的热干扰和利于补缩；冒口颈短、薄、宽是实现自适应调节作用的3个条件，同时指出，提高铸型刚度，可以提高石墨化膨胀的自补缩利用程度，不使膨胀量消耗于型壁扩大。据此，设计可采用控制压力冒口设计或者全压力冒口设计。前者是指浇注结束后，冒口补给铸件的液态收缩，在铸件发生共晶膨胀初期冒口颈畅通，可使铸件内部铁液回填冒口以释放“压力”。应用合理的冒口颈尺寸，使共晶膨胀未结束之前冒口颈就适时冻结以控制回填程度，或者以一定的暗冒口容积控制回填程度，利用部分共晶膨胀在铸件内建立适度的内压以抵消二次收缩缺陷

44、，使其出于不产生二次收缩缺陷的最小压力和铸型胀大的最大压力之间，从而获得既无缩孔和缩松，又能避免胀大变形的铸件。后者是利用冒口来补缩铸件的液态收缩，而当共晶膨胀开始，或者膨胀开始后的短时间内，冒口颈就凝固。这样，金属液就不会因为共晶膨胀而返回冒口内，从而使金属液处于正压力之下。8.1 冒口的类型和位置 冒口是在铸型内人为设置的储存金属液的结构体，用以补偿铸件形成过程中可能产生的收缩，起防止铸件产生缩孔、缩松并兼有排气，集渣、引导充型的作用。冒口的形状有圆柱形、球顶圆柱形、方形、腰形、球形等多种，按照冒口的位置分为顶冒口和侧冒口，按照与大气相同程度又分为明冒口和暗冒口等等。对于球铁件“A-熔胶座

45、移动板”，采用呋喃树脂自硬砂造型造芯，砂型高强度高硬度，铸件模数MC按照如下公式计算：铸件体积： V=0.13m3=130000cm3 （公式8.1）铸件外表面积： S=59670cm2 （公式8.2）则铸件模数： MC =V/S=130000cm3 /59670cm2 =2.179cm （公式8.3）由铸造手册知当铸件模数在0.48cm到2.5cm时，宜采用控制压力冒口设计方法。应采用合理的冒口尺寸，使共晶膨胀结束前冒口颈凝固截断通道以控制铁液回填程度，或者以一定的暗冒口容积控制铁液回填程度，利用部分共晶膨胀在铸件内建立适度的内压力以抵消二次收缩缺陷，从而获得既无缩孔和缩松，有能避免胀大变形的铸件。根据铸造工艺方案中浇注位置和分型面的设计，适宜于采用暗冒口设计。作者设计采用压边暗冒口，原因有两点：（1）若将冒口整体都置于铸件的顶部，即使采用尺寸比较小的冒口颈，也会由于冒口的热效应影响，使铸件表面容易形成“缩陷”铸造缺陷，同时也会影响共晶膨胀的有效发挥；（2）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；铸件热节主