张伟毕业设计说明书

1、目 录摘要 1一. 前言 2二. 铸造工艺拟定 21 . 大齿轮的铸造工艺性分析 22拟定工艺方案 33.工艺参数 54冒口的设计 55浇注系统的设计 86绘制工艺图铸件图11三用华铸CAE进行缺陷模拟 13四工装的设计 141.沙箱的设计 142定位销及导向销的设计163.模样设计 174.模板设计 205.模板装配图 22五铸造工艺卡 24六总结与体会 25七致谢词 25参考文献 25摘 要本设计是轴承座铸造工艺与工装设计。分析了轴承座铸件结构特点、技术条件，在以上的基础上介绍了轴承座的铸造工艺设计，包括分型面的选取和浇注系统、冒口及砂芯的设计。在铸造工艺的基础上，设计了模样、模板、芯盒及

2、砂箱。利用华铸CAE对轴承座铸钢件进行凝固过程的数值模拟，揭示了产生缩松、缩孔的部位和形成原因，从而对铸造工艺进行优化。模拟结果表明，合理设置冒口、冷铁，可以保证铸件的顺序凝固和金属液的有效补缩，获得结构完整、没有缺陷的铸件。【关键词】轴承座；活塞；铸造工艺；模拟AbstractThis design is bearing casting process and fixture design. Analysis of the structure characteristics, operating casting technology, on the basis of above of the

3、 bearing is introduced, including the casting process design of the selection and gating system, riser and sand core design. On the basis of casting design and appearance, template and core boxes and sand box. Use of cast steel castings Iowa bearing on CAE solidification process of numerical simulat

4、ion, and reveals the shrinkage, shrinkage of produce and formation, thus of casting process optimization. Simulation results show that the reasonable setting riser, cold iron castings, can guarantee the molten metal solidification and effective shrinkage, complete structure and no defects casting.ke

5、y housings, The pistons, Casting process, simulation1.一.前言随着科技的发展，中国人世的进一步深入，对铸件的要求也越来越高。铸件不但要求要有较好的表面光洁度及尺寸精度，而且对其内在质量的控制方面提出了更高的要求。对铸件质量的考核指标不仅仅局限于表面、宏观的缺陷控制，而且已深入到微观领域，如超探等级、耐压试验等一系列涉及其内部组织方面的指标。本设计所涉及大齿轮正属于此类铸件，本次设计的目的就是要为生产出符合高考核标准的大齿轮所制订的铸造工艺。2二.铸造工艺拟定1大齿轮的铸造工艺性分析设计条件图2-1 ZG35SiMn大齿轮如图2-1,铸件零件

6、是大齿轮，材料为ZG35SiMn,大批量生产。零件质量要求非常高，须进行超声波探伤，并应符合GB/T7233的规定。热处理后齿面的硬度为HB197-248.因此铸件不允许有气孔、缩松、裂纹、夹杂等影响强度的缺陷存在。2.拟定工艺方案造型、制芯方法铸件毛重12.15kg，大批量生产，故选择机器造型。采用呋喃树脂砂造型。浇注位置、分型面及砂箱中铸件的数目（1）方案一图2-2 方案一采用分模造型，水平浇注，轮毂的中心孔做死，到时进行机械加工。铸件轴线为垂直位置，过中心线的纵剖面为分型面，使分型面于分模面一致有利于、起模、排气和检验等。各端的加工面水平位置和竖直位置均有。铸造圆角为R5，中心孔采用砂芯

7、，铸出一半，采用机加工完成。横浇道开在下型分型面上，内浇道开在下型分型面上，熔融金属从铸件边缘冒口下方引入。该方案中边缘处采用机加工完成，铸件质量较易获得保证。此方案浇注时熔融金属充型平稳，整个铸件都处于下箱，使铸件的质量的到保证，不因有砂箱错位而影响铸件的质量。图2-2示。（2）方案二图2-3 方案二如图2-3此种方案将分型面取在大齿轮的中间，容易产生飞边毛刺。发生错箱时不能保证铸件的精度，不易保证铸件的尺寸精度。经过比较决定采用方案一作为最终方案。砂箱中铸件的数量铸件单件毛重12.15kg，不宜采用一箱多件，故拟定为一箱一件。3工艺参数加工余量及拔模斜度根据相关资料规定，采用砂型铸造的铸钢

8、件成批和大量生产的尺寸尺寸公差等级为CT8-10，选择CT9，铸件机械加工余量等级为D级，由此查表可确定加工余量为3mm，拔模斜度根据相关资料按金属模样选取a=0°50a（mm）=1.6铸出孔与槽铸件上的孔和槽尺寸都较大，而且铸件的孔与槽不需要进行加工，故四个毛坯孔和槽都铸出。铸造收缩率铸造收缩率是铸件从线收缩开始温度（从液相中析出枝晶搭成骨架开始具有固态性质时的温度）冷却至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：=×100%式中L1模样长度；L2铸件长度。4铸造收缩率是考虑了各种影响因素之后的铸件实际线收缩率，它不仅与铸造金属的收缩率和线收缩起

9、始温度有关，而且还与铸件结构、铸型种类、浇冒口系统结构、砂型和砂芯的退让性等因素有关。对此铸件，根据相关资料经验选取线收缩率=2.%工艺补正量对于成批，大量生产的铸件或永久性产品，不应使用工艺补正量。所以不考虑工艺补正量。反变形量一般中小铸件壁厚差别不大且结构上刚度较大时，不必留反变形量。砂芯负数流忘砂芯，自硬砂芯，壳芯，热芯盒砂芯及小的粘土砂芯均不采用砂芯负数。4.冒口设计根据铸件尺寸，在PRO/ENGINEER中造出其三维模型，可知其重量为12.15kg。轮毂处模数计算铸件模数由模数法计算得，在PRO/ENGINEER中可获知该部分的体积V=419661 mm，散热面积S=31368.6

10、mm，由Mc=V÷S=419661÷31368.6=13.37mm；冒口模数确定冒口为圆柱形暗冒口，则MR =（1.1-1.2）Mc=（1.1-1.2）×13.37=(14.7-16)mm。选取MR=14.9mm。根据相关资料查得冒口的尺寸如图2-4所示：图2-4确定轮缘冒口及补贴尺寸 采用比例法确定冒口及补贴尺寸。比例法是在分析，统计大量工艺资料的基础上，总结出冒口尺寸经验确定法。我国各地工厂根据长期实践经验，总结归纳出冒口各种尺寸相对于热节圆直径的比例关系，汇编成各种冒口尺寸计算的图表，详见有关手册。比例法简单易行，已被广为采用。现已常见的轮型铸钢件（如齿轮.

11、车轮.皮带轮.摩擦轮和飞轮等）为例。介绍用比例法确定冒口尺寸的方法步骤（见图2-5）。图2-5（1）热节圆直径dy的确定根据零件图尺寸，加上加工余量和铸造收缩率作图，量出或算出热节圆直径dy(应考虑尖角效应)。测量得dy=30（2）按比例确定轮缘冒口尺寸a.冒口补贴按下列经验比例关系确定：d1=1.05dyd2=1.05d1b.冒口尺寸用下述比例关系计算：暗冒口宽 B=(1.5-1.8)dy=50）B=100c.冒口补缩距离L=4dy，当两冒口之间的距离超过此值时，应放冷铁或设水平不补贴。（3）确定冒口个数初步确定冒口个数为4个 （4）校验冒口补缩量冒口补缩距离L=4dy=120mm铸件需补缩

12、的距离 D=d铸件 =835.24mm冒口的长度4×100=400所需冒口数（835.24-400）120=3.627 取4（5）冒口位置的确定冒口位于铸件的具体位置见工艺图。5.浇注系统设计浇注位置的确定由于铸件对缩孔、缩松缺陷要求非常高，为了避免缩孔缩松缺陷采用顶注式，使其形成有利于重力补缩的合理温度梯度；铸件的重量比较小，浇入铸型的金属液不多，避免过多的金属液让铸型局部过热，采用两个内浇口，内浇口位于冒口下方，这样有利于避免在内浇道位置及附近产生缩孔、缩松。浇注时间的确定 浇注时间按照公式t=c计算其中c为浇注系数根据相关资料取c=1.1G为浇注金属液的质量（包括冒口和浇注系统

13、的质量）铸件的质量为12.15kg，根据一般铸钢件的工艺出品率为50%左右，所以G=12.15÷50%=24.15 取G=25kg t=c =1.1× =5.5 取t=6s浇注系统结构及尺寸确定 由于铸件尺寸较小，属于小型铸件，所以不适宜用漏包浇注，所以采用转包浇注。用转包浇注时尺寸计算：大批量生产小型铸钢件时，常用转包浇注。多采用封闭式或半封闭式浇注系统，以加强撇渣能力。常采用的浇注系统截面比为：F内：F横：F直=）内浇道截面尺寸按式F阻=G/tks式中G-流经F阻截面的金属液重量k-浇注比速【kg/(cm²s)】s-金属液流动系数浇注壁速k主要取决于铸件的相对

14、密度d，而 d=G/V (kg/dm³)式中 V-铸件轮廓体积。显然d值越大，说明铸件愈简单，壁越厚；d值越小，则铸件结构越复杂，壁越薄。浇注比速k与G.d的关系见相关图表。式中有关数据的取值如下:金属液流动系数s，碳钢取1.0，高锰钢取0.8；浇注时间t=c根据浇注钢液重量G和铸件相对密度d，就可以从表中查得F内。根据单个浇道截面积，可从表中选择内浇道，横浇道的截面积尺寸。一般地，内浇道厚度应小于铸件壁厚的0.7倍以下，才不致一起在内浇道处产生缩孔。 查表得：F内=6.cmF内：F横：F直=1：（0.8-0.9）：（1）.1-1.2=6:(4.8-5.4):(6.6-7.2)采用两

15、个内浇道和两个横浇道，所以：取F内=3cm，F横=2.6cm，F直=7.1cm图2-6内浇道截面尺寸（2） 图2-7横浇道截面尺寸（单向）直浇道直径为30mm，各组元的截面积比例为：F直：F横：F内= 1:0.87:1.18浇口杯及直浇道的设计：直浇道使用内径为30mm，外径为50mm的陶瓷管，在上模板上做出一个直径为26mm，高度为10mm的凸台用做定位。根据相关资料查得浇口杯的尺寸如图 2-8 所示：图2-8浇口杯尺寸。6.绘制工艺图、铸件图图2-9 铸造工艺示意图图2-10铸件图三. 用华铸CAE进行铸件缺陷模拟用Proe画出铸件图形，冒口浇道等，华铸CAE对铸件模拟时，观察铸件有无缩孔

16、，缩松。华铸CAE”铸造工艺分析软件是分析和优化铸造工艺的重要工具。它以铸件充型、凝固过程数值模拟技术为核心对铸件的成型过程进行工艺分析和质量预测，从而协助工艺人员完成铸件的工艺优化工作。多年来在提高产品质量，降低废品，减少消耗，缩短试制周期，赢得外商订单等方面为众多的厂家创造了显著的经济效益，在行业内享有广泛的声誉和信誉。模拟结果如图3-1，3-2 图3-1 图3-2铸件内部无任何缺陷缩孔，缩松均在冒口和浇注系统中，铸件内部均已凝透，所以对铸件质量比较好，工艺设计较为合理。四.工装设计1.沙箱的设计 根据铸件的外形轮廓尺寸及铸件采用一箱一件选择沙箱的内腔尺寸如下： 上沙箱：550×

17、450×150mm 下沙箱：550×450×150mm沙箱的壁厚设计为15mm，所以沙箱的外形轮廓尺寸为： 上沙箱：580×480×150mm 下沙箱：580×480×150mm沙箱的具体尺寸如图 4-1所示： 图4-12.定位销及导向销的设计定位销及销套均采用过盈配合式,根据沙箱的外形轮廓尺寸设计定位销的尺寸如图 4-2 所示： 图4-2 定位销尺寸 根据沙箱的外形轮廓尺寸，导向销的具体尺寸如图4-3所示: 图4-33模样设计铸造生产中，模样是用来形成铸件外表面的必要工艺装备。模样的结构和质量的好坏，直接关系着铸件的几何形

18、状、尺寸精度和表面质量，也影响着模样制造的工艺性、经济性，以及使用和操作性能。正确的选择和设计模样是保证铸件质量，提高生产效率，降低成本，减轻劳动强度的重要环节。模样的设计是铸造工艺设计的主要内容。模样的设计和选择是铸造生产中的关键。模样设计的主要内容一般包括：模样材料的选择；结构尺寸的设计；尺寸的确定以及对模样技术要求的制定等。模样材料的选择关系到铸件的尺寸精度、生产成本、制模周期和使用寿命等。模样使用的材料应根据铸件的造型方法、生产批量，结合各种材料的使用特点来选用。模样结构形式的设计，主要根据模样选用的材料，制造方法，模样的使用场合等。好的模样结构设计应是经济合理，使用方便，同时能满足工

19、艺要求，保证产品质量。模样的尺寸精度影响铸件的尺寸精度。在所有的模样尺寸中最重要的是模样的工作尺寸，即直接形成铸件的尺寸11。模样的工作尺寸按下式进行计算：模样的工作尺寸=（零件尺寸±工艺尺寸）×（1+铸造收缩率）11对于铸钢件，由厂方经验得铸钢出铸造收缩率取2%下模样尺寸具体计算尺寸计算如下：Am=(Ac+At)(1+l) 式中Am 模样的工作尺寸；Ac产品的零件尺寸； At零件的铸造工艺附加尺寸；l铸造的线收缩率（2.0%）。7Ac(mm)At(mm)l (%)Am(mm取整)60626826662277900292140214表3-1模样尺寸计算模样材料的选择由于铸件

20、属批量生产,而且采用机器造型,所以选择金属材料的模样,具体为ZL102，整铸式，由于模样不大金属模样做成实心的。下模样图的具体尺寸如图4-4所示： 图4-4模样在模板上的定位与紧固为了使模样与模板安装顺利，采用定位销和导向销定位，用9个M8开槽沉头螺钉紧固，如图4-5所示： 图4-5模样的定位写紧固形式4.模板设计模板也称型板，一般是由模底板、铸件模样、浇冒口模样和定位销等经加工后装配而成。其中模底板的工作表面形成铸型分型面，铸件模样和浇冒口模样形成铸型外轮廓、浇冒口系统型腔。采用模板造型可以提高铸件质量和生产率，所以一般应用于大批量生产中，有时也应用于单件小批量生产中。模底板的材料模底板尺寸

21、大，在造型过程中受到强烈的冲击载荷，因此其受力强度大，要求高，故选用铸钢材质，具体为HT200。确定模底板的尺寸a平面尺寸 根据铸件的尺寸大小及最小吃砂量的影响，确定砂箱的外框尺寸为A×B=580×480，A，B分别为砂箱内框的长，宽。模底板的平面尺寸：长度为A0；宽度为B0。A0=A+2b B0=B+2b 式中b砂箱分型面上凸缘的宽度，查表取15mm。7所以模板的外形轮廓尺寸为610×510mmb模底板的高度根据使用要求，选取模底板高度H=100mm。C模底板的厚度和加强肋加强肋的布置加强肋的布置采用矩形正交式，如图4-6所示： 图4-6图3-9 加强肋布置模底

22、板和砂箱的定位装置 根据模底板轮廓尺寸选用M16的定位销及导向销,长度均为125mm。模底板吊轴吊轴和模底板一起铸出，如图4-7所示：图4-7吊轴结构与尺寸5.模板装配图图4-8模板装配图（下模板）五铸造工艺卡 零件号1#零件名称大齿轮每台件数1材 料铸件重量（）铸 件 材 质炉 料每箱毛坯铸件数净重毛重浇注系统重12.1515.81.5ZG35SiMn废钢1造 型砂型名称砂型类别（干型或湿型）造型方法砂箱编号砂箱内部尺寸（）长宽高上箱表干型机器1580480150下箱表干型机器2580480150中箱砂型面砂背砂涂料干燥前干燥后芯撑编号重量编号重量编号次数编号次数12浇 注 系 统内浇口横浇口直浇口浇口杯编号过滤网编号一箱冒口数目一箱出气孔数目数量每个截面积（cm2）数量每个截面积（cm2）数量截面积（cm2）2322.617.10# 50浇 注钢水出炉温度浇注温度每箱钢水消耗浇注时间s冷却时间（min）>158014 9 01540276 60120铸件落砂与清理名称落砂落芯铸件清理热处理方法机械抛丸退火使用设备捅箱机震动抛丸机热处理炉备注六总结与体会我在本次大齿轮铸造工艺与工装设计过程中，系统的了解了铸造工艺与工装设计的基本步骤与思想 ，掌握了铸造工艺参数的选取、浇注系统的设计原则以及冒口的计算与设计；利用华铸CAE系统对