材料成型及控制工程2班 (2)

1、攀枝花学院本科课程设计 攀枝花学院本科课程设计（论文）轴承支座零件设计学生姓名： 王波 学生学号： 201211102082 院（系）： 材料学院 年级专业： 2012级材料成型及控制工程2班 指导教师： 范兴平 副教授 二一二十一月摘 要 支座铸造工艺设计其实是对金属零件的铸造工艺分析、铸造工艺方案拟定、 铸造工艺文件制定等的综合考察。同时也在其中让我们学习绘制铸造工艺图、铸型图、铸件图等。这既考察我们对CAD的运用，也让我们了解图形的绘制步骤及要求。 铸造生产通常是指用熔融的合金材料制作产品的方法，将液态合金注人预先制备好的铸型中使之冷却、凝固，而获得毛坯或零件，这种制造过程称为铸造生产，

2、简称铸造，所铸出的产品称为铸件。大多数铸件作为毛坯，需要经过机械加工后才能成为各种机器零件；有的铸件当达到使用的尺寸精度和表面粗糙度要求时，可作为成品或零件直接应用。 铸造是将金属炼成符合一定要求的液体并里，经冷却凝固，清除处理后得到预定形状、尺寸和性能的铸件工艺过程，铸件毛坯因近乎成形而达到免机械加工或少量加工的目的，降低了成本并在一定程度上减少了时间。铸造是现代机械制造工业的基础之一。 铸造种类很多，按造型方法习惯上分为：普通砂型铸造和特种铸造。铸造工艺通常包括铸型准备，铸造金属的溶化与浇注，铸件处理和检验。关键词：铸造,铸型,浇注目 录摘 要第1章 绪论31.1 课程设计的意义31.2

3、设计题目的提出4第2章 材料的确定6第3章 结构工艺分析7第4章 工艺方案的设计94.1铸型种类及方法确定94.2型芯结构及制造104.3分型面的筛选104.4铸造位置及浇注口的确定12第5章 铸件工艺参数确定135.1加工余量135.2起模斜度及圆角确定155.3收缩量选择165.4型芯及型芯头选择16第六章 浇注系统的拟定196.1系统作用与结构分析196.2浇冒口设置方案206.3浇冒口位置设计方案 206.4各组元截面尺寸确定20附 录21总 结22致 谢23参考文献24第1章 绪论1.1 课程设计的意义 金属热加工加工工艺课程设计是学生学完了热加工工艺基础课程后，对金属热加工工艺过程

4、进一步了解的练习性的教学环节，是学习深化与升华的重要过程，是对学生综合素质与工程实践的能力培养应在指导教师指导下独立完成一项给定的设计任务，编写符合要求的设计说明书，并正确绘制有关图表。在课程设计工作中，应综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决工程问题。应学会依据技术课题任务，进行资料的调研、收集、加工与整理和正确使用工具书；培养学生掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力；培养学生掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼学生分析与解决工程实际问题的能力。通过课程设计，应能树立正确的设计思想；培养学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风；在

5、工作设计中，应能树立正确的工程意识与经济意识，树立正确的生产观点、经济观点与全局观点。 该课程设计是学完本课程之后的一项重要的实践，是我们步入社会的一次深刻的链接，考察了我们独立设计，计算，绘图和分析的能力，同时提高了我们查阅各种设计手册的能力，通过该课程设计我们了解了铸造、锻造、焊接工艺设计的一般步骤，需要用到的一些结构都需要我们认真查阅后绘制到图纸上，通过课程设计我们学会了很多课本上没有的知识。1.2 设计题目的提出 热加工技术是机械类个专业一门重要的综合性技术学科。在机械制造过程中，由于加工过程十分复杂，加工工序繁多，工艺过程不仅有铸造成型，锻压成形，焊接成形，还有非金属的模压成形，挤压

6、成形等。因此选着合适的工艺是保证产品质量的重要依据。本次课程设计，将进行铸造工艺的总结和学习。 铸造主要是将液态金属或合金浇注到与零件尺寸、形状相适应的铸型型腔里，待其冷却凝固后获得毛坯或零件的方法，是机械类零件和毛坯成型的主要工艺方法，尤其适合于制造内腔和外形复杂的毛坯或零件。 本文主要分析了支座的结构并根据其结构特点确定了它的铸造工艺，支座是支撑零部件的载体其主要承受了轴向的压缩作用的机械零件。在日常生产中对支座的选用异常广泛，因为它具有经济型良好、结构稳定性好、结构简单美观实用等特点，所以在机器零件的设计，加工过程中支座都起着不可代替的作用。 确定支座的铸造工艺过程主要包括：1）铸型及方

7、法选择、2）分型面选择、3）浇注位置的确定、4）工艺参数的确定、5）浇注系统的设计、7）绘制铸造工艺图、8）绘制铸件图型面，型芯的数量、形状、尺寸及固定方法，加工余量，收缩率，浇注系统，起模斜度，冒口和冷铁的尺寸和位置等。 第2章 材料的确定 铸造毛坯适用于不宜用型材作坯料的场合，例如当零件形状很复杂或呈流 线型外形时，若在用型材制坯，不仅成形困难而需增加设备及模具费用，还需增加许多切削加工余量，从而增加材料耗费和加工费。 铸件成形特点是液态下成形，对原材料工艺性能要求是流动性好，收缩率低。所以对于支架铸造所选用的材料应当是灰铸铁（HT150）。该材料的轻度、刚度、塑性、韧性、耐热性、耐磨性、

8、耐腐蚀性等性能指标均达到支座的要求，所以宜选灰铸铁。第3章 结构工艺分析轴承支座底座轮廓尺寸为120mm*30mm*15mm其上有半径为8mm的孔洞，由于尺寸小于30mm,为了减少型芯的数量及避免型芯放置不稳定，2个孔均不铸出，而采用钻床上用钻头钻出更加方便。底座中心有一具有70mm的空心圆柱，高为85mm，其上下表面有光洁度要求，考虑到减少切削加工时间并节约金属材料，其ø30mm的孔应铸出。轴承支座一般工作在常温下，属于非运动零件，并且主要承受振动载荷、压应力等，从使用性能看，为了减少其危害，应采用灰铸铁毛坯。依靠石墨组织对机械振动的缓冲作用，可阻止振动能量的传播，将振动源消失在片

9、状石墨内，同时灰铸铁抗压能力也较强，从铸造性能上说，灰铸铁流动性最好，收缩率最小，综合考虑HT150灰铸铁较合适，一般用来铸造支座，底座，齿轮箱，工作台等。图3-1 三维图1图3-2 三维图2图3-3 CAD平面图第4章 工艺方案的设计4.1铸型种类及方法确定铸件按铸型性质不同，可分为砂型铸造、特种铸造和快速成型等方法。而砂型铸造是以砂型作为造型材料，用人工或机械方法在沙箱内制造出型腔及浇筑系统的铸造方法。不受铸件质量、尺寸、材料种类及生产批量限制，原料来源广泛、价格低廉，应用最为普遍。砂型铸造中的湿型铸造比较适用于中小型铸件，对大批量机械化流水线上更为实用1。支座零件具有内腔、小孔、圆角、以

10、及锥角，形状较为复杂。零件的最大轮廓尺寸为120mm，属于中小型铸件，且上下两表面及内孔的粗糙度要求较高，不允许有气孔、夹渣的产生故采用烘干型砂型。4.2型芯结构及制造 支座的轮廓尺寸为120mm*40mm*85mm。铸件尺寸较小，属于中小型零件且要大批量生产。采用湿型粘土砂造型灵活性大，生产率高，生产周期短，便于组织流水生产，易于实现机械化和自动化，材料成本低，节省烘干设备、燃料、电力等，还可延长砂箱使用寿命。因此，采用湿型粘土砂机器造型，模样采用金属模是合理的。 在造芯用料及方法选择中，如用粘土砂制作砂芯原料成本较低，但是烘干后容易产生裂纹，容易变形。在大批量生产的条件下，由于需要提高造芯

11、效率，且常要求砂芯具有高的尺寸精度，此工艺所需的砂芯采用热芯盒法生产砂芯，以增加其强度及保证铸件质量。选择使用射芯工艺生产砂芯。采用热芯盒制芯工艺热芯盒法制芯，是用液态固性树脂粘结剂和催化剂制成的一种芯砂，填入加热到一定的芯盒内，贴近芯盒表面的砂芯受热，其粘结剂在很短的时间内硬化。而且只要砂芯表层有数毫米的硬壳即可自芯取出，中心部分的砂芯利用余热可自行硬化。轴承座零件有一圆柱筒，故型芯应为一圆柱体，其直径为30，又型芯比较简单，故采用整体式芯盒制芯的造芯的造芯方法。4.3分型面的筛选 分型面是指上、下砂型的接触面或铸造模样的分合面，分型面的选择应保证铸件质量前提下，尽量简化工艺过程，尤其是质量

12、要求不高的支架类和外行复杂的小批量铸件，可优先选择分型面。选择分型面应注意分型面在最大截面的原则、分型面少而平直原则、铸件全部放下型原则、利于内浇口引入原则。可以选择以下几种2。A方案.如图4-1将轴承座的一个对称面a-a作为分型面。这种分型方法思路简单，符合了最大截面原则，但是这样不利于内浇铸口引入，浇注口的选择对铸件质量有重要影响。 图4-1 A方案 B方案.如图4-2选择分型面b-b，此分型面平直，大部分铸型位于下沙箱，便于起模，下芯，提高铸件尺寸精度和生产效率，且只有一个分型面，便于浇铸时铸型填充 图4-2 B方案4.4铸造位置及浇注口的确定铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态

13、和位置。确定 浇注位置是铸造工艺设计中重要的环节，关系到铸件的内在质量，铸件的尺寸精度及造型工艺过程的难易程度。确定浇注位置应注意以下原则：1.铸件的重要部分应尽量置于下部2.重要加工面应朝下或直立状态3.使铸件的答平面朝下，避免夹砂结疤内缺陷4.应保证铸件能充满5.应有利于铸件的补缩6.避免用吊砂，吊芯或悬 臂式砂芯， 便于下根据重要表面向下放原则，将滑动轴承座的重要表面放在下面，由于该构件有多个面，因此将其中较大的面朝下放，并对向上的表面采用增加加工余量等措施保证质量，由大而薄表面向下原则，滑动轴承座的大面积平直表面或薄壁部分，在浇铸时应放在铸型下部，并尽量让加固肋板垂直，防止出现浇铸不足

14、，冷隔等缺陷；由厚大断面处向上原则，应将滚动轴承座厚大断面两端放在上下面，这样有利于放置冒口和冷铁补缩。浇注口选择应符合铸件凝固方式及特点，保证铸型填充及铸件质量，尽量选取有利浇注位置，分析此结构及造型位置，选用圆筒右上方为浇注口如图4-3，从而避免直浇对铸件造成冲击，而且有利于型芯排气，落砂和检验等。芯，合箱及检验等3。图4-3 浇注口第5章 铸件工艺参数确定5.1加工余量根据铸件结构尺寸及造型方法，铸造材料等因素综合考虑，查找（GB/T6414-1999,GB/T6416-1999）表5-1，5-2灰铸铁造型材料为湿砂型，铸件尺寸公差等级与配套加工余量等级（CT/MA）为（15-13）/H

15、，CT选定为14 /H;再由GB/T6416-1999可以查得相应的加工余量数值为7.5mm；据GB/T6414-1999可得公差等级CT为14时，基本尺寸在40-63mm之间时，公差数值为10mm;基本尺寸在65-100mm之间时，公差数值为11mm；基本尺寸在100-160mm之间时，公差数值为12mm。由铸件基本尺寸70mm,50mm，40mm知 ，滑动轴承座铸件的尺寸公差为：70+5.5，50+5，40+5。4 表5-1铸件尺寸公差等级与配套用加工余量等级（GB/T6414-1999）造型材料单件、小批量生产铸件公差等级与配套加工余量等级（CT/MA）铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金轻

16、金属合金干、湿砂型（1513）/J（1513）/H（1513）/H（1513）/H（1513/H（1513）/H自硬砂（1412）/J (1311)/H (1311)/H(1210)/H(1210)/H (1210)/H表5-2 成批大量生产铸铁件尺寸公差等级与配套加工余量等级（CT/MA）铸造工艺方法成批大量生产铸铁件尺寸公差等级与配套加工余量等级（CT/MA）铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金锌合金轻合金砂型手工造型（1311）/J（1311）/H（1311）/H(1311)/H(1210)/H-(119)/H砂型机器造型(108)/H(108)/G(108)/G(108)/G(108)/G

17、-(97)/G表5-3 单件、小批量生产铸件公差等级与配套加工余量等级（CT/MA） 造型材料单件、小批量生产铸件公差等级与配套加工余量等级（CT/MA）铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金轻金属合金薄壁壳型（108）/H(108)/G(108)/G(108)/G-(97)/G金属铸型-(97)/F(97)/F(97)/E(86)/F低压铸型-(97)/F(970/F(97)/F(86)/F压力铸型-(86)/D、(64)/D(75)/D熔模铸型(75)/E(75)/E-(64)/E(64)/E注：公差等级适于尺寸>25mm铸件，铸件可提高公差3等级，1016mm，铸件可提高公差2等级，16

18、25mm铸件则可提高公差一级。 表5-4 灰铸铁件常见基本尺寸及切削加工余量（摘自GB/T 64161999）CT789101112131415MAEFGHGHGHGHHJHJHJHJ基本尺寸加工余量数值160-2502.02.03.02.54.03.55.04.54.54.05.55.05.04.06.05.06.04.57.05.58.06.09.57.59.57.0117.5139.0139.0138.51510注：表中每栏有二个加工余量数值，上面是单侧加工时的加工余量值；下面是双侧加工时每侧的加工余量值。 单件小批生产，铸件的不同加工表面，允许采用相同的加工余量值。 砂型铸件顶面的加工

19、余量等级比底侧面的等级降一级选用；孔的加工余量等级，可以采用与顶面相同的等级。5.2起模斜度及圆角确定 起模斜度是指为了使模样容易从铸型中取出或型芯自芯盒自脱出，在模样或芯盒出模方向的模样或芯盒壁上所增加的一定斜度。铸件起模斜度大小与模样壁高度、造型材料、模样等有关，一般为=0.5°3°或宽度r=（0.53.5mm）,模样垂直壁越高，起模斜度越小，并且模样内壁起模斜度比外壁大，一般情况下应选斜度为3°15°。 设计铸件壁的转角处时应有结构圆角，设计制作模样时相邻两壁间的交角均应做成圆弧过度的铸造圆角，以防止直角处金属局部积聚而产生缩孔或缩松、尖角处产生冲

20、砂而形不成规则铸造构件。为防止缺陷，铸件内侧转角必须采用圆角结构。铸件内圆角的大小与其壁厚相适应，过大会造成金属局部积聚，而增加形成缩孔的倾向。一般圆角处内接圆直径不超过相邻壁厚的1.5倍，且中、小型铸件的内圆角半径一般为35mm。5.3收缩量选择 铸造收缩率又称铸件线收缩率，用模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示：=（L模样-L铸件）/L模样*100 铸造收缩率 L模样模样各方向尺寸 L铸件铸件各方向尺寸。本次铸件为中小铸件，材料为灰铸铁，阻碍收缩率为0.81.0,自由收缩率为0.91.1。5.4型芯及型芯头选择 轴承支座内腔成圆柱形孔，由分型方式可知，采用垂直型芯，有利于稳固定位，排

21、气和落砂，由基本尺寸知，型芯长度为40mm，由表查得下型芯高度H1值为20-25mm，确定为20mm；上型芯值为15mm，芯头间隙为0.5,下芯头斜度选为3°，上芯头斜度选择6°.表5-5 垂直和水平芯头的尺寸参考数值 mm型芯长度当心头直径d或边长为下列数值时的下芯头高度H下值3031606110010115015130030150050170070110001001200030151520-3150202520252025-511002530253025302025202530404060-1011503035303530352530253040604060507050

22、70151300354535403545304030354060507050706080301500-406040603555354540605070507080100芯头高度由下芯头高度值查得上芯头高度H上值H下1520253035404550556065708090100120150H上1515152020252530303535404550556580型芯长度当芯头直径d或边长为下列数值时的水平芯头直径2526505110015120020130030140040150050170070110001002023353040405050706080-10120025353040354550

23、7060070080100-201400-35454060608070908010090100-401600-4060507070908010090110100120120140130150表5-6 垂直芯头的斜度5芯头高152025303540506070上芯头23456791112下芯头11.522.533.5456表5-7 垂直芯头与芯座之间的间隙铸型种类D或（A+B)/250511001011501512002013003014004015005017007011000湿型0.50.51.01.01.51.52.02.02.5干型0.51.01.51.52.02.53.03.54.0第

24、六章 浇注系统的拟定 6.1系统作用与结构分析浇注系统的作用是：控制金属液充填铸型的速度及充满铸型所需的时间;使金属液平稳地进入铸型,避免紊流和对铸型的冲涮;阻止熔渣和其他夹杂物进入型腔;浇注时不卷入气体，并尽可铸件冷却时符合顺序凝固的原则将内浇道设在下型的分型面上。6.2浇冒口设置方案 冒口是设置在铸件厚大部位用于储存液体金属的空腔,当液体金属在冷凝过程中发生凝固收缩时,冒口内的金属液体可以不断地补偿因凝固收缩所缺少的金属液体,从而防止铸件产生缩孔、缩松等缺陷。 冒口按作用不同分为出气冒口和补缩冒口，按设置位置不同又可分为顶冒口、侧冒口按形状不同可分为圆形明冒口和暗冒口。明冒口便于检查补浇金

25、属液，且易于制造，所以本设计采用明冒口，且本题中可以采用多个冒口，但从节省材料方面考虑，选择一个冒口。6.3浇冒口位置设计方案 将内浇道开设在下分型面上，从底板边缘将融溶金属注入，有利于保证冷却过程中补缩;将横道开设在上分型面上，有利于集渣和排气，在上型开设直浇道，有利于产生压力，便于增加金属流动速度，而且有利于浇注。冒口采用圆形明冒口，位置设置在上分型面中心长度方向上左右2个。 6.4各组元截面尺寸确定 冒口尺寸过小，将导致铸件产生缩孔及缩松，尺寸过大，浪费金属且增加铸件成本，有事甚至因冒口过大，使铸件局部组织粗大，内应力过大而造成裂纹，因此必须要合理的设计冒口的尺寸。冒口的直径应大于3倍的

26、板厚，距离应为4.5倍的板厚。即此题应用直径为90mm。 参考金属成形工艺设计书知，内浇道长度对于中小件可选2030mm，由经验公式知S²=K²G，内，横，直浇道断面面积比例1：1.2：1.4 冒口直径D>=3, H：D=1.5 ,L=4.5计算结果如下： 内浇道：20mmx12mmx37mm 总截面积600mm² 横浇道：28mmx18mmx31mm 总截面积720mm² 直浇道直径：ø 32mm 总截面积800mm² 冒口直径：90mm，高度135mm。表6-1灰铸铁件浇注系统标准值内浇道尺寸/mm（S内/m )横浇道尺寸/

27、mm（S横/m直浇道尺寸/mm（S直/ m)abcS内abcS内ABCS横DS直11955064105016111824017230141268085128019142236020310181571151061512023152548023420201881501171715028183172027570242110225139212253222359503280030261131014102631038284213803811304030124551711334504632501950451590454114600201237600564058280053220056521792024164

28、69206545703850653320灰铸铁阻流截面计算公式：F阻浇注系统中的最小断面总面积（cm2）；G流经F阻断面的金属液总重量（Kg）；总流量损耗系数；t浇注时间（s）；Hp平均静压力头（cm）式中G=0.81KG；=0.42；Hp=24 cm；浇注时间t的计算如下：G型内金属液的总质（重量）（Kg）S1系数，取决于铸件壁厚，由表6-2查出，确定为2.2。 表6-2 系数S1与铸件厚度的关系铸件壁厚2.53.53.58.08.015系数S11.631.852.2铸造工艺图如图6-1图6-1 铸造工艺图附 录铸件名称材料牌号生产类型毛坯质量最小壁厚铸件图轴承支座HT150小批0.81kg15mm 造型造型方法砂箱铸造、两箱造型砂箱内部尺寸/mm规格长宽高紧固方法上箱15012020压铁紧固280kg下箱15012050砂型烘干烘干温度烘干时间h方法3005