李航 M1450B-30-100体壳砂型铸造工艺设计

李航：M1450B-30-100体壳砂型铸造工艺设计安徽工程大学毕业设计（论文）-29-AbstractThisdesignisofuniversalcylindricalgrinderbodyshellpartsofthestructure,designthesandcastingprocess,inthedesign,shouldmastertheproductiontasksandrequirements,arefamiliarwiththefactoryandworkshopproductionconditions,followedatthebeginningofprocessdesign,analysisofpartofthetechnicalconditions,aclearpartofthematerialcompositionandperformancerequirements.Castingprocessonthepartofthestructureanalysisofthestructuralcharacteristicsofaclearstructure.Identifypossiblestructuralproblems,suggestimprovementsordefectpreventionmeasures.Accordingtopartfeatures,technicalrequirements,productionrequirementsandshapecastingmethodofchoice,frompartsofthestructureisputforwardavarietyofcastingandtypingprograms,comprehensivecomparativeanalysisofthecasttoselecttheideallocationandsub-surface.Developadetailedprocessplan.Processplanandpartaccordingtothecharacteristicsoftheappropriatechoiceofprocessparameters,designcastingsystem.Castingprocesstomapoutplans.Finaldesignofprocessequipment,designandtemplatessandbox,drawtheassemblydrawing.

Keywords:castingprocess;castingposition;sub-surface;processparameters;castingsystem

目录摘要……………IABSTRACT………………….II引言……………1绪论…………………21.1树脂砂铸造简介…………..21.2树脂砂铸造国内外现状…………………..21.3树脂砂铸造发展趋势……………………..2第二章铸件工艺方案的确定………………...32.1铸件工艺分析……………..32.2砂型种类…………………..42.3浇铸位置和分型面………………………...52.4造型和造芯………………...5第三章铸造工艺设计参数的确定…………...63.1设计要点…………………..63.2尺寸公差﹑重量公差和加工余量………..63.3收缩率……………………..63.4起模斜度…………………..63.5最小铸出孔和槽…………..63.6分型负数…………………...6第四章浇注系统设计………………………..74.1设计要点…………………..74.2最小截面积计算…………..74.3内浇道……………………..84.4横浇道……………………..94.5直浇道……………………..94.6浇口杯……………………..94.7最小剩余压力头校核……………………104.8过滤网……………………10第五章砂芯设计……………115.1设计要点…………………115.2砂芯设计…………………11第六章冒口、气孔和冷铁………………..136.1设计要点…………………136.2冒口………………………136.3气孔………………………136.4冷铁………………………13第七章铸造工艺装备设计…………………147.1砂箱设计…………………14总结…………………………..15致谢…………………………..17参考文献……………………..18附录A附录B插图清单图4-1内浇道截面形状及尺寸8图4-2横浇道截面形状及尺寸9图4-3浇口杯………………...10图5-11#砂芯主视图和俯视图11图5-23#砂芯主视图和俯视图……………11图5-34#砂芯实物图………………………12李航：M1450B-30-100体壳砂型铸造工艺设计安徽工程大学毕业设计（论文）引言当前铸造生产发展的主要目标是以较少的能耗较低的劳动强度和较轻的环境污染生产出优质、轻量的铸件，随着我国加入WTO，铸铁件的出口量迅猛增加，与此同时国际市场对铸件的要求越来越高，而呋喃树脂砂的应用能大大提高铸铁件的质量，提升工作效率，从而带来经济效益，树脂砂的应用引发了铸造生产工艺的一次革命。近几十年来，为了适应不同生产的需要和赢得市场，已创立出多种树脂砂硬化工艺，并开发出很多的新型粘结剂。1940年第二次世界大战期间，德国的JohannesCarlAdolphCroning博士开发出用酚醛树脂作粘结剂的壳型铸造工艺,并于1944年2月获得专利权。在战争期间，德国人用此法制造迫击炮及大炮弹壳和其它射弹。战后德国人仍企图对该法保守秘密，在1947年被审查者发现，认定其不应受专利保护，作为战利品加以公开，为铸造业提供了一种划时代的新型造型工艺。这种工艺方法一经公开，立即受到全世界铸造界的普遍重视，到50年代，各工业国几乎都采用了该法,一直到现在。50年代后期,欧洲开始采用酸固化呋喃树脂自硬砂，美国大约在1958年开始采用酸固化酚醛树脂自影和酸固化呋喃树脂自硬砂。在1960年前后,为了适应汽车工业的高速发展，在欧洲、北美洲开始采用呋喃树脂热芯盒制芯法。约在1962年，美国又开始采用酚醛树脂热芯盒法制芯。热芯盒法和油砂制芯法相比，不仅能提高砂芯的尺寸精度，而且可以大大缩短制芯周期。到1965年，在自硬砂生产应用方面，出现了由美国Ashland油脂化学公司开发的用于铸造的新的树脂品种醇酸油尿烷自硬树脂，该法称为Linocure法。为了达到象热芯盒制芯那样快速制芯，而又不必对芯盒加热，1968年Ashland油脂化学公司又向铸造业推出了吹胺硬化的酚醛/尿烷/胺冷芯盒法，国外称Isocure法或称酚醛尿烷冷芯盒法，我国叫三乙胺法，芯砂只需吹几秒钟的气雾胺，就可使砂芯在室温下硬化。随后在铸造生产中又出现了SO2法、温芯盒法、红硬法、酯硬化法等各种树脂砂工艺在成型方法。按制芯、造型工艺中的硬化温度和硬化方法的不同，可将上述方法归纳分类为冷芯盒法、自硬法、热活化法及复合法。第一章绪论1.1树脂砂铸造简介树脂砂是在上个世纪50年代开始在铸造行业出现和使用的，到现在已经有几十年的历史了，其生产工艺和设备已经相当成熟了。树脂砂铸造是利用呋喃树脂和固化剂进行造型生产的铸造，即用擦洗砂、呋喃树脂和固化剂按比例进行混制，凝固后浇铸的铸造；覆膜砂铸造是利用擦洗砂、酚醛树脂、硬脂酸钙、乌洛托品混制出覆膜砂，再进行加热，凝固后造型的。树脂砂铸造主要有以下优点：铸件表面光滑，棱角清晰，尺寸精度高，这是由于树脂砂造型可以排除使砂芯变形的因素；铸型强度，表面稳定性好，故芯头间隙小，分型负数小，减少下芯，合型过程中铸型的破损和变形，保证了配合精度；铸型（芯）硬度高，热稳定性好，可以有效的抵御浇注时的型壁退让，迁移现象，减少了铸型的热变形的冲击变形；缺陷少，废品率低，可以制造形状复杂和内部质量要求严格的铸件；造型效率高，提高了生产率和场地利用率，缩短了生产周期；旧砂回收再生容易，可以达到90%-95%的再生回收率，在节约新砂，减少运输，防治非其无公害等方面效果显著。缺点有对原砂要求较高，如粒度、粒型，SiO2含量，微分含量等都有较严格的要求；与无机粘接剂砂相比，发气量高，易产生气孔类缺陷；与粘土砂相比，成本较高；对球铁件或低碳不锈钢铸件，表面引渗硫、渗碳可能造成球化不良或增碳。薄壁复杂铸钢件上容易产生裂纹等缺陷；浇铸时有刺激性气味及一些有害气体产生，须有良好的通风条件。目前，树脂砂铸造日益受到市场的青睐，得到迅速发展，已逐渐成为铸件市场的主流产品，主要用于生产各种牌号灰铸铁、球墨铸铁、各种牌号碳素钢、合金钢、耐热、耐腐蚀特种钢铁铸件和机加工件，阀门、水泵类铸件、零件等；大型风力发电机轮毂、底座、转臂、转矩支撑、行星架、轴承座、齿轮箱体、密封盖等球墨铸铁零部件。1.2树脂砂铸造国内外现状铸造业是一个大市场,其需求是多方面的；而市场竞争是激烈的,各种树脂砂都必须适应时代的要求,适应铸造业的需求不断改和创新,才能生存和发展。从总的趋势看,树脂砂造型、制芯工艺在铸造市场中是呈上升趋势的。在美国和欧洲等发达国家，树脂砂的使用远远大于中国，其技术也远高于国内，中国在树脂砂这一方面起步晚，多年来一直在从国外引进先进技术和先进设备，来改善国内的树脂砂铸造。在我国,为了获取高质量的铸件，以增强竞争力和扩大出口创汇，树脂砂在铸造生产中的应用也象国外七八十年代一样在逐年增多，采用的造型、制芯方法总的趋势也大体类似。具体来说，壳法在我的生产应用始于50年代末期，主要用于铸铁件，近些年不但在铸铁件，而且在铸钢件及有色合金铸件方面的应用也有显著增长；呋喃树脂热芯盒法的应用始于60年代中期，在60年代末期开始应用于汽车制造业，现在仍然是我国制芯的一种主要方法；酚醛树脂热芯盒法也已在生产中应用；酸固化呋喃树脂自硬砂始用于70年代，近20年来已在全国推广，其粘结剂销售量占各种铸造树脂销售量之首；酚醛尿烷自硬法已在部分工厂应用；酸固化酚醛树脂自硬砂也有应用；三乙胺法近些年已在我国一些工厂应用,并有进一步扩大的趋势；SO2法、CO2聚丙烯酸钠法也有少部分工厂采用；酚醛树脂有机酯法，尤其是酚醛树脂和有机酯自硬砂近些年正在逐步推广。1.3树脂砂铸造发展趋势呋喃树脂砂具有较好的流动性、易紧实、脱模时间可调节、硬化后强度高、在其后的搬运及合箱过程中不变形,在浇注和凝固过程基本上无形壁位移现象等特点,所以铸件的尺寸精度高,其质量等级比粘土砂及油砂铸件提高1~2个级别。具体表现在:(1)铸件的尺寸精度高、外部轮廓清晰；铸件表面光洁，外观质量好；组织致密，铸件综合品质高；(2)不用烘干,缩短了生产周期,节省了能源；(3)省去了烘干工序,型砂易紧实，溃散性好，易清理，大幅度降低了工人的劳动强度，为实现机械化生产创造了条件；(4)旧砂可回收再利用,环保和节约资源。呋喃树脂砂造型的不足之处具体表现在:(1)对原砂质量要求高；(2)造型和浇注现场,在生产过程中可能有刺激性气味；(3)成本较高,应综合考虑；(4)目前供应的树脂粘度高，特别是在冬季温度低时，砂不易混匀，芯砂流动性也受影响，造成粘砂；(5)用于生产复杂的薄壁灰铸铁件生产实践发现，在靠近型芯的铸铁件下面易出现密集的皮下气孔和针孔。从能耗、劳动条件和生产适用性分析，冷芯盒法、自硬法仍会保持其应用和发展势头；热活化法将由高温型向低温型，例如温芯盒法发展；而壳法仍能稳定其地位，甚至会有一定的增长。从环境上看对环境少、无污染的粘结剂、催化剂、硬化剂,或者虽然催化剂等有毒害,但在使用过程中，能有完善的与之配套的处理设备确保操作者有良好工艺条件的工艺技术都将受到欢迎。从减少粘结剂中引发铸造缺陷的物质，以提高铸件成品率着眼，使用树脂砂制造型(芯),虽然有部分工厂获得了较高质量的铸件,但在国内有些工厂，尤其是生产薄壁较复杂铸件的铸钢厂和生产低合金钢、高合金钢的铸钢厂,其铸件缺陷出现率大多高于10%，甚至达到50%~80%,主要缺陷为裂纹、皮下气孔、毛刺、粘砂、桔皮、增碳、增硫等。例如，皮下气孔缺陷大多与树脂或硬化剂中含氮或溶剂使用不当有关。呋喃树脂常含氮，壳法用的乌洛托品含氮约40%，酚醛尿烷中的异氰酸含氮达10%，如果能将这些含氮物质用其它物质取代或部分取代，或减低其用量,将大大有利于减少皮下气孔的发生。其它缺陷也多与树脂砂密切相关，应当根据不同情况，既可从树脂或催化剂方面着眼解决，也可考虑从原砂、或用不同附加物采用优质涂料来解决。这方面国内外都有一些成功的经验可以借鉴，以使树脂砂铸件缺陷率降低到最低。第二章铸造工艺方案的确定2.1铸件工艺分析万能外圆磨床M1450B-30-100体壳，轮廓尺寸为1060*505*345mm,铸件形状较为复杂，腔体较多，平均壁厚为30mm。铸件材料为HT250，灰铸铁，为珠光体类型的灰铸铁。其强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性良好，铸造性能较优，需进行人工时效处理。可用于要求高强度和一定耐蚀能力的泵壳、容器、塔器、法兰、填料箱本体及压盖、碳化塔、硝化塔等；还可制作机床床身、立柱、气缸、齿轮以及需经表面淬火的零件。主要成分为碳、硅、锰、硫和磷，密度为7.35kg/cm³，抗拉强度为250MPa，熔点为1200°左右。灰铸铁具有良好的铸造性能、良好的减振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性。铸件质量为404kg，中小型零件，小批量生产。铸件底面为重要加工面，为运动导轨，设计时要注意，浇铸时让它在型腔最下面，防止各种缺陷。铸件为体壳零件，注意浇铸时产生浇不足现象，设计时要针对这一问题找出解决办法；同时在最大腔体的下面部分，有两处厚重粗大，这两处很有可能会产生缺陷，解决这两个问题的关键在于浇铸位置、分型面和浇注系统的设计。初步选定浇铸位置为水平浇铸，分型面在最大腔体处直径为128mm的圆中心部位，因为其轮廓尺寸较大，长度较大，选择水平浇铸；为便于放砂芯和上沙箱等因素，分型面选择在最大腔体部位，同时重要加工面位于底部，确保重要加工面的质量和产生浇不足现象。浇注系统部分设计有三个方案：方案一是封闭式浇注系统，位置位于最大腔体处，目的是在于当金属液冷却时，提供足够的金属液用于补缩，确保两处厚重粗大处的质量，避免缺陷产生，因为这两个部位位于底部，冒口的补缩作用很难起到作用；方案二是封闭式浇注系统，将浇注系统的位置设在远离这两处的部位，在另一端，是利用均衡凝固原理，铸件采用的是顺序凝固，但局部采用同时凝固，但金属液进入型腔，要从一段流到另一端，这是金属液的温度已经大大降低，这样当金属液在凝固时，在这个两处厚重粗大部位，液体凝固收缩效果明显降低，缺陷就不易产生，质量得到保证；方案三为开放式浇注系统，位置和方案二一样，选择开放式金属液可以平稳的进入型腔；铸件腔体较多，需多块砂芯成型，当然能不用的尽量不用砂芯，减少砂芯数量，简化工艺。初步估计需要五块砂芯，砂芯形状复杂，另外铸件有一处凸出部分，造型增加了困难，故使用滑块机构造型，具体将在砂芯设计部分写出。因为灰铸铁的自补缩能力较强，铸件壁厚基本均匀，不属于厚壁，可以不必使用冷铁，或使用很少的冷铁，冒口也是，但要多设吃气孔，在后面部分将具体设计。已确定要采用树脂砂造型和造芯，且为呋喃树脂砂，所以拔模斜度要略微偏大，造型是务必要保证铸型的紧实度，一保证型腔的的几何形状和铸件尺寸精度。沙箱设计时，吃砂量在30mm到100mm之间选择，减小沙箱尺寸，降低成本。潮湿季节时，需对砂型表面进行表干处理，去除潮气。2.2砂型种类采用树脂砂，呋喃树脂砂。原砂对呋喃树脂砂的性能、粘接剂用量以及铸件表面质量的影响最大，要求原砂中的二氧化硅含量要高，含泥量和酸耗值要低；选用低脂或无氮树脂；固化剂采用有机磺酸溶液，通过调整其水溶液浓度来调节固化速度；为改善呋喃树脂砂的性能，加入少量的硅烷做为偶联剂，可明显提高其强度。呋喃树脂的加入量一般为砂重的0.8%到1.5%，而固化剂的加入量占树脂重的20%到70%，依温度变化来调节。将原砂、再生砂、固化剂、树脂依次快速混合而成，随混随用，用间歇式混砂机，应先加砂，开动混砂机后小心加入固化剂，混拌2分钟左右后加入树脂，混匀后立即卸砂。2.3浇铸位置和分型面水平浇铸，分型面位于最大腔体处的直径为128mm的圆中心水平位置，亦是分模面。因为铸件的结构决定只能在这个位置，如果在其他位置，均不合理。2.4造型和造芯采用手工造型和造芯，造芯采用自硬冷芯盒法。第三章铸造工艺设计参数的确定3.1设计要点铸造工艺设计参数通常是指铸型工艺设计时需要的数据，这些工艺数据一般都与模样及芯盒尺寸有关，即与铸件的精度有密切关系，同时也与造型、制芯、下芯及合箱的工艺的过程有关。这些工艺设计参数是：铸造收缩率、机械加工余量、起模斜度、最小铸出孔及槽、工艺补正量、反变形量、非加工壁厚的负裕量、砂芯负数及分芯负数。工艺参数选取得准确、合适，才能保证铸件尺寸的精确，使造型、制芯、下芯、合箱方便，提高生产率，降低成本。工艺参数选取不准确，则铸件精度降低，甚至因尺寸超过公差要求而报废。这些工艺参数，除了铸造收缩率、机械加工余量和起模斜度外，其余的都只用于特定条件下，有时并不需要考虑所有的参数，重点是这三个参数。3.2尺寸公差、重量公差和加工余量铸件轮廓尺寸为1060*505*345mm，铸件质量为404kg，材质为HT250，最后确定为GB/T11350CT13-MA13/H级。3.3收缩率材质为HT250，故其受阻收缩和自由收缩均为1.0%。3.4起模斜度采用树脂砂铸造，起模斜度略取偏大值，a=0°25′。采用增加铸件壁厚的方法。3.5最小铸出孔及槽本次设计所有铸件所有孔及槽均不铸出。3.6分型负数综合考虑砂型尺寸和铸件尺寸，分型负数可以忽略，不必考虑。第四章浇注系统设计4.1设计要点浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道之总称。铸铁件浇注系统，由浇口杯(外浇口)、直浇道、直浇道窝、横浇道和内浇道等部分组成。广义地说，浇包和浇注设备也可认为是浇注系统的组成部分，浇注设备的结构、尺寸、位置高低等，对浇注系统的设计和计算有一定影响；此外，出气孔也可看成是浇注系统的组成部分。浇注系统设计得正确与否对铸件品质影响很大，铸件废品中约有30％是因浇注系统不当引起的。对浇注系统的基本要求是：所确定的内浇道的位置、方向和个数应符合铸件的凝固原则或补缩方法；在规定的浇注时间内充满型控；提供必要的充型压力头，保证铸件轮廓、棱角清晰；使金属液流动乎稳，避免严重紊流。防止卷入、吸收气体和使金属过度氧化；具有良好的阻渣能力；金属液进入型腔时线速度不可过高，避免飞溅、冲刷型壁或砂芯；保证型内金属液面有足够的上升速度，以免形成夹砂结疤、皱皮、冷隔等缺陷；不破坏冷铁和芯撑的作用；浇注系统的金属消耗小，并容易清理；减小砂型体积，造型简单，模样制造容易。设计了三套方案，在通过车间了解和公司技术人员的讲解下，最后选择第三套方案，方案一有两个错误，第一是不应该选择封闭式，第二是设计的位置不对，如果位置在最大腔体处，铸件只能是废品，因为公司尝试过这种方法，方案二的错误在于选择了封闭式，金属液不平稳，致使铸件有多处缺陷。方案三可行，故选择第三套方案。铸件材质为HT250，体壳零件，采用树脂砂造型，在考虑其浇铸位置和分型面，最后确定使用中间注入式（开放式）浇注系统，截面积比为:∑Ag:∑Aru:∑As=1:1.5:1.2之所以将横浇道的比例选择大一点，是为了使金属液进入型腔是的速度小一点，这里横浇道起到一个缓冲作用，使金属液流动平稳，降低金属液对型壁的冲刷作用。4.2最小截面积计算内浇道最小截面积计算公式：（4-1）式中：G—流经内浇道的金属液重量（kg）ρ—金属液密度（kg/cm³）τ—充型时间（s）g—重力加速度μ—浇铸系统的流量损耗因数Hp—平均计算压力头高度（cm）计算各值：GG为铸件质量、冒口质量和浇注系统质量的总和，计算公式：（4-2）铸件质量为404kg，铸件工艺出品率为78%，则G=517.9kg.ρHT250,密度为7.35kg/cm³τ为铸件的充型时间，计算公式为：（4-3）n为系数，值为1.7，m为铸件质量，则τ=30s。现在校核其液面上升的最小速度是否符合要求，经验证，其液面上升速度大于最小上升速度，符合要求。μ查表可取0.42。Hp平均静压力头高度，中间注入式浇注系统计算公式为：（4-4）式中：Hp—平均静压力头高度（cm）H0—阻流以上金属液的总压头P—上沙箱铸型高度C—铸件型腔总高度P=120mm，H0=270mm，C=345mm，则Hp=36cm.综上所述，计算得∑Ag=22cm²，则∑Aru=33.1cm²，∑As=26.5cm²。4.3内浇道内浇道在铸件上的位置和数目应服从所选定的凝固顺序或补缩方法，对要求同时凝固的铸件，内浇道应开在铸件薄壁处，宜数量多，分布布置使金属液均匀充满型腔，避免内浇道附近的砂型局部过热。对要求顺序凝固的铸件，内浇道应开在厚壁处。内浇道应尽量薄，可以降低内浇道的吸动区，有利于横浇道的阻渣，减少进入春器渣的可能性，减轻清理工作，内浇道薄于铸件的壁厚，去除时不易损害铸件.∑Ag=22cm²，开设内浇口处铸件尺寸为505mm。故设计内浇口数量为四，则内浇道面积为Ag=5.5cm²。截面为扁的梯形形状，尺寸可取a=44mm，b=34.9mm，c=13mm。如图4-1，图4-1内浇道截面形状及尺寸4.4横浇道横浇道的功用有向内浇道分配洁净的金属液，储留最初浇入的含气和渣的低温金属液并阻留渣滓，是金属液流平稳和减少产生氧化夹渣物。∑Aru=33.1cm²,设两个横浇道，则Aru=16.5cm²，截面去梯形形状，则尺寸为a=35mm,b=28.3mm,h=52.5mm。如图4-2，图4-2横浇道截面形状及尺寸4.5直浇道直浇道要提供足够的压力。As=26.5cm²,底部直径D=60mm，D1=68mm，L=280mm。4.6浇口杯浇口杯用来承接浇铸的金属液，防止金属液飞溅和溢出，便于浇铸；减轻液流对型腔的冲击；分离渣滓和气泡，阻止其他进入型腔；增加充型压力头。盆形浇口杯效果较好，底部设置堤坝有利于浇注操作，使金属的浇注速度达到适宜的大小后再流入直浇道，这样浇口杯内液体深度大，可阻止水平漩涡的产生而形成垂直漩涡，从而有助于分离渣滓和气泡。故选择盆形浇口杯，尺寸为A=300mm，B=150mm，H=150mm，L=120mm，H2=20mm,如图4-3，图4-3浇口杯4.7最小剩余压力头校核一般直浇道高度等于上沙箱高度，但应检验高度是否足够。直浇道的剩余压力角应大于最小压力角。计算公式为：（4-5）式中：Hm—最小剩余压力头L—直浇道中心到铸件最高且最远点的水平投影距离a—压力角带入数据，可知，压力角远大于最小压力角，符合要求。4.8过滤网采用纤维过滤网，用耐高温玻璃纤维制成，耐高温优于砂型过滤网，使用极为方便，价格也便宜。这种过滤网极薄，造型时不必考虑预留空间，按需要剪成任意形状和尺寸，直接铺放在风行面或砂芯组合面上，不影响合型及配芯操作。使用的过滤网型号：BXF—1，工作温度1450°，持续工作时间10min。第五章砂芯设计5.1设计要点砂芯的作用是形成铸件的内腔、孔和组件外形不能出砂的部位。晒新应满足一下要求：砂芯的形状、尺寸以及在砂型中的位置应符合铸件要求，具有足够的强度和刚度，在铸件形成过程中砂芯所产生的气体能及时排除型外，铸件收缩时阻力小和容易清砂。总的原则就是使造芯到下芯的整个过程方便，铸件内腔尺寸精确，不致造成气孔等缺陷，时芯盒简单。通过观看零件图可知，本次设计中砂芯是一个难题，形状复杂，位置复杂，需要多块砂芯。经过多方研究，设有五块砂芯。5.2砂芯设计中间最大的砂芯，芯头为圆形，水平砂芯，芯头长度为60mm，间隙为1.5mm，此为1#砂芯。如图5-1，5-11#砂芯主视图和俯视图因为在薄壁端在分型面下面，故在分型面和这一段之间要放置砂芯，此为4#砂芯。这一砂芯为一长方体形状，尺寸和铸件尺寸一样，两边为截面形状是长方形的芯头，因为砂芯很大，可以将砂芯头直接延伸到沙箱壁位置，以确保砂芯不会装配安全。薄壁端的底面腔体总共有八个，其中有五个可以用砂垛成形，直接在砂型上做出来，另有中间的三个需要砂芯，可以用一个砂芯，且为垂直砂芯，不要上芯头，下芯头可以稍微大一点，防止浇铸时被金属液托起，下芯头的截面形状为长方形，此为3#砂芯。如图5-2，5-23#砂芯主视图和俯视图底面大圆盘内的腔体用砂芯即，同时与原盘中心的凹部分做成一个砂芯，从截面图可以看出，该砂芯为垂直砂芯，直要下芯头，下芯头做大一点，同时用多个芯撑固定，成型后，芯撑为铸件一部分，芯头截面形状为圆形，芯头高度可设为80mm，芯头间隙可为0.3mm，此为2#砂芯。如图5-3，5-32#砂芯实物图此砂芯形状复杂，如上图右图所示，下面大圆盘部分为芯头，80mm足以保证砂芯的定位。侧面向内凹的腔体用砂芯，在分型面下面，距离分型面很近，所以，这个砂芯设计为了起模方便，直接设到分型面上，砂芯近似为长方体，芯头靠近分型面的一端的长度加长，知道分型面为止，这样在起模时便可以直接在分型面上拿出，下芯时直接在分型面上放置，方便了很多。芯头长度可设为40mm，为5#砂芯。另外，铸件一端有一个凸出部位，用滑块机构造型。第六章冒口、气孔和冷铁6.1设计要点设置冒口、冷铁和气孔是常用的铸造工艺措施，主要防止缩松、缩孔、裂纹和变形等缺陷。冒口是铸型内用以储存金属液的空腔，在铸件形成时补给金属液。冒口的形状取决于铸件或铸件热节处的形状和尺寸。为了提高冒口的补缩效率，要求其相对散热面积越小越好，因此，球形冒口最理想，但制作麻烦。一般采用圆柱形和椭圆形冒口。冒口位置需考虑合金的凝固特性。如体收缩较大的铸钢、可锻铸铁和非铁合金等铸件多采用顺序凝固原则，冒口应设在铸件最后凝固处。而灰铸铁和球墨铸铁件在凝固过程中有收缩和石墨析出产生的膨胀，冒口不应该放在铸件的热节上（以免增加几何热节），而又要靠近热节部位，有利于浇注初始阶段的外部补缩。冒口的数量通常取决于浇注位置、铸件结构和尺寸。冷铁是为了增加追按局部冷却速度，在型腔内部及工作面安放的金属块。冷铁分为内冷铁和外冷铁，一般来说，使用HT250，只需要外冷铁即可。出气孔的作用是排出砂型中型腔、砂芯以及由金属液析出的各种气体；减小充型时型腔内气体压力，改善金属液充型能力；便于观察金属充填型腔的状态及充满程度；排出先行充填型腔的低温金属液和浮渣。出气孔一般设置在铸件浇注位置的最高点，充型金属液最后到达的部位，砂芯发气和蓄气较多的部位，型腔内气体难以排出的“死角”处；出气孔的设置位置应不破坏铸件的补缩条件，通常不宜设置在铸件的热节和厚壁处，以免因出气孔冷却快导致铸件在该处产生收缩缺陷；如确实需要，可采用引出式出气孔；出气孔应尽量不与型腔直通，可采用引出过道与型腔连通，以防止因掉砂等原因导致散砂落入型腔；为防止金属液堵死砂芯出气孔，应采用密封条等填塞芯头。6.2冒口根据铸件形状及浇铸位置分析，可设计两个冒口，在铸件最高处，也就是铸件顶面靠近4#砂芯的位置，两端各一个。具体尺寸通过计算可为,d=30mm,D=54mm,H=65mm,其补缩距离为200mm。6.3气孔出气孔一般设在铸件最高点及容易产生气阻的法兰面上，出气孔根部直径不应大于设置处铸件后的的一般，出气孔直径可设为5mm到10mm之间，直大平面处可用扁形出气孔，圆柱出气孔多用在凸台、肋条及暗冒口处。6.4冷铁通过了解本铸件的浇铸过程及技术人员的指导可知，本次设计无需冷铁，灰铸铁的自补缩作用完全可以弥补冷铁的作用。第七章铸造工艺装备设计7.1沙箱设计砂箱的设计主要是选择类型和材质，确定砂箱尺寸。结构设计，定位及紧固等。满足铸造工艺要求，砂箱和模样铸件应有足够的吃砂量、箱带不妨碍浇冒口的安放、不严重阻碍铸件收缩；要有足够的强度，使用中保证不断裂或发生过大变形；对砂型有足够的附着力，使用中不掉砂或塌箱，但又要便于落砂；经久耐用，便于制造；应尽量标注化、系列化和通用化。使用焊接式沙箱，用钢板或特殊扎材焊接成的沙箱，其上砂箱尺寸1350*760*320mm，下砂箱为1350*760*420mm。使用较厚的箱壁，40mm即可，因为是手工造型砂箱，用较厚的直箱壁，不设内外突缘，制造简单，便于落砂。箱带增加对型砂的附着面积和附着力，提高砂型的总体强度和刚性，防止塌箱和掉砂，延长砂箱使用期限，但离冒口、浇口杯距离大于35mm。通用箱带的的高度取砂箱高度的0.25~0.3倍砂箱高度，以适应不同的模样，本次设计只设横向箱带。使用定位销定位沙箱，用吊轴搬运、翻箱，采用手工夹紧。至于模样尺寸，可以由下面公式计算：Lm=(Lj+Ly)(1+K)(7-1)式中:Lm,Lj,Ly分别是模样尺寸，零件尺寸，铸造工艺尺寸。K=0.01凸体的尺寸用加号，凹体的尺寸用减号。模样的尺寸计算麻烦，不同面得尺寸值不一样，单面加工和双面加工时尺寸也不一样，尺寸不同处计算的值也不一样，故这里只给出计算方法，不一一计算。总结单位安徽工程大学材料072铸造工艺卡零件名称M1450B-10-300体壳上海机床厂材料HT250光裕有限公司重量404kg工艺参数直浇道As=26.5cm²横浇道∑Aru=33.1cm²横浇道∑Ag=22cm²数量1数量2数量4∑Ag:∑Aru:∑As=1:1.5:1.2造型造型方式砂型种类出气方式扣箱方式紧固方式手工造型树脂砂型出气孔吊装扣箱手工夹紧制芯砂芯号造芯方式通气方式数量芯骨芯骨数量1#砂芯手工造芯出气孔1无2#砂芯手工造芯出气孔1无3#砂芯手工造芯出气孔1无4#砂芯手工造芯出气孔1无5#砂芯手工造芯出气孔1无工装名称编号材料规格定位检修上箱1钢板1350*760定位销3个月下箱2钢板1350*760定位销3个月模板3红松螺丝一周烘干涂料燃烧烘干模板框4红松一周芯盒5红松螺栓一周浇铸型内零件数最小壁厚/mm温度/℃时间拟制出炉浇铸充型冷却校对1380133030S30min审核120会签本次设计主要是对树脂砂和灰铸铁为对象，只要能够很好把握树脂砂和灰铸铁在铸造中的性能及优缺点，就能够正确设计工艺，在这段实习及设计的日子里，对于树脂砂和灰铸铁也有了一定的认识。呋喃树脂砂铸件质量一般比黏土砂铸件好,但如果原材料选择、工艺设计、造型和制芯操作不当,也会产生气孔、粘砂、脉纹、裂纹、夹渣、硬度不足、渗碳、渗硫和球化不良等铸造缺陷。树脂砂铸出的铸件尺寸精度高，但同时树脂砂强度高，刚性好，退让性差，这在设计拔模斜度、加工余量、收缩率、型芯、浇注系统、冒口时要以树脂砂为基础，符合树脂砂的性能，使铸件质量更加优秀。另外灰铸铁的自补缩能力强，所以树脂自硬砂型铸造可以充分利用铸铁在凝固时的石墨化膨胀而不设冒口或只设很小的冒口,但必须放出气冒口和溢流冒口,两者一般放在铸件浇注位置的最高点或浇注时型腔气体易于集聚的部，树脂砂的最终强度相当高,在铸件凝固过程中不会发生型壁迁移,铸件凝固时石墨析出膨胀能填补收缩时产生的缩孔缩松,获得致密铸件。总的来说，这次设计还是成功的，很多地方在设计后，通过技术人员的指导，才发现了错误之处，很大程度上都是在他们的帮助下完成的设计，自己独立完成的话估计很难，因为生产中的图纸和零件与学校的设计任务还是有很大区别的，要求也更高。图纸难度太大，看不懂也看不明白，不过经过多次的练习后，可以适应了，知道该怎么看了。在车间的实习过程中，以及自己设计和最后的结果，感到如果要搞好设计，一定要有很强的基础知识，同时对生产车间要相当了解，对生产过程要熟悉，浇铸位置和分型面的选择，浇注系统的设计最为重要，直接决定了铸件的质量，在两个设计部分，一定要有多个方案，通过车间了解和计算机模拟，筛选出最好的一个，如果可以最好在车间模拟一下。设计部分已经完成，浇铸位置，分型面，砂型种类，铸造工艺参数，砂芯，浇注系统，冒口和气孔，铸造工艺装备都已经确定，铸造工艺图，合箱图以及工艺卡都完成。致谢大学四年，转瞬及至。四年大学生活当中，各位老师无疑是最辛苦，给予我们最多帮助的了。各种专业知识亦是老师们传授与教导的。在这里首先感谢各位老师的孜孜不倦的教育和无限的关怀，因为你们的帮助，使我们一步一步走到如今，让我们接触到了一个更新更先进的领域，让我们拥有先进的专业知识而自信的步入社会。毕业设计是大学的最后的一课吧，也是对我们最大的一个挑战。是对我们大学四年的所学的一次大检查，在毕业设计的着几个月里，遇到了很多困难，也学到了很多知识，在这期间同学和陈志浩陈老师的帮助最为重要，特别感谢陈老师的无私帮助，和同学的热情帮助；其次，本次设计是在安徽泾县金泰机械有限公司完成的，公司和技术人员给予了我极大的帮助，没有他们的指导，我很难完成此次设计，特别感谢金泰机械有限公司和公司技术人员给我的帮助。作者签名：年月日参考文献[1]王文清,李魁盛.铸造工艺学[M].北京:机械工业出版社,2002.10[2]刘瑞玲,范金辉.铸造实用数据速查手册[M].北京:机械工业出版社,2006.8[3]贾志宏,傅明喜.金属材料液态成型工艺[M].北京:化学工业出版社,2008.1[4]中国机械工程学会铸造专业学会.铸造手册第4卷造型材料第2版[M].北京:机械工业出版社,2002[5]中国机械工程学会铸造专业学会.铸造手册第5卷铸造工艺第2版[M].北京:机械工业出版社,2003[6]李宏英,赵成志.铸造工艺设计[M].北京:机械工业出版社,2005[7]刘全坤.材料成型基本原理[M].北京:机械工业出版社,2004[8]铸造工程师手册编写组.铸造工程师手册第二版[M].北京:机械工业出版社,2003[9]吴光峰.铸造工艺装备设计手册[M].北京:机械工业出版社,1999[10]铸造设备选用手册编委会.铸造设备选用手册第2版[M].北京:机械工业出版社,2003[11]上海铸造协会.简明铸工手册（2版）[M].北京:机械工业出版社,1999[12]刘瑞玲.实用铸工速查手册[M].石家庄:河北科学技术出版社,2002[13]蔡兰.机械零件工艺性手册（第二版）[M].北京：机械工业出版社,2005[14]王寿彭.铸件形成理论及工艺基础[M].西安:西北工业大学出版社,1994[15]葛厚彦.大型铸铁件砂型铸造生产实践[J].现代铸铁,2009（02）：3~8.[16]刘鹏飞.铸件凝固方式和砂型铸造方法[J].科技风,2010（07）:10~21.[17]徐占军.谈铸件凝固方式和砂型铸造方法[J].科技资讯,2007（23）：5~30.[18]WEllinghaus.KernherstellungsverfahrenderneunzigerJahre.Giesserei,1993,80（5）:142~146.[19]BrownJohnR.FosecoFoundryman’shandbook.1Othedition,OxFord:Butterworth-Heinermann1td,1994附录A外文翻译Somebasicresearchforthin-wallcastingtechnologyNIYAMAEisuke*,ANZAIKoichi*,RJNAKUBOTatsuya*andHIRATSUKASadato***DepartmentofMaterialsProcessing,TohokuUniversity,Sendai980-77Japan**DepartmentofMaterialsScience,[wateUniversity,Morioka020JapanAbstract:Vacuumsuctionfluiditymeasurementsweredoneonaluminumalloysandcastirontoestablishtherelationshipbetweenfluidityandvariouscastingparameters.Aprominenteffectofmoldcoatingplusmoldatmospherewasfoundonaluminumalloys.Theeffectsofsiliconcontent,inoculationandspheroidizingtreatmentswereevaluatedoncastiron.MostoftheeffectsfoundwereexplainedintermsofheattransfertothemoldInextremelythincavity,viscosityandsurfacetensionalsoplaysomerole.InhypereutecticAl-SialloyssupercoolingandnucleationareinvolvedTheresultsofthisbasicresearchcanbeappliedtopracticalfoundryproblemsformanufacturingcastingsofeventhinnersections,includingsandcastingsanddiecastings.Keywords:fluidity,solidification,heattransfer,supercooling,thin-wallcasting1.IntroductionFoundriesarefacingurgentrequestsfromtheuserstomanufactureincreasinglylightercastingswiththinwallsforsavingweightand,hence,energy.Thefluidityofmoltenmetalaswellasmanyotherproblemsmustbesolvedtorespondtotheserequests.Thepresentpapersummarizestheresultsofbasicresearchbytheauthors'groupinthepastseveralyearstodeterminemajorfactorscontrollingthefluidityandthesolidificationstructuresofmoltenmetalsinthin-walledcastings.2.ExperimentalThefluidityofacommercialaluminumalloyAC4CH,highpurityAl-Sialloysandvariouscastironswasevaluatedbyaverticalvacuumsuctionfluiditytest,usingpipes(typically4mminnerdia)ofsteel,quartzandothermaterialsastheflowchannel(Fig.1).Thedroplet-on-vertical-gaptestwasusedtoevaluatethefluidityofmetalsinextremelythinsections(Fig.2).Fig.lVacuumsuctionfluidityapparatusFig.2Droplet-on-vertical-gapfluidityapparatus.3.FluidityofacommercialaluminumalloyAC4CHTheeffectsofsomecastingparametersonfluidityareshowninFigs.3and4.Thefluidityincreaseslinearlywithincreasingtubediameter,melttemperatureandthesquarerootofsuctionpressure.Fig.5showsthatthefluidityincreasesdrasticallywhensimultaneouslyusingargonatmosphereandanorganicmoldsurfacecoating.Argonhasnoappreciableinfluencewhenusedalone.Directobservationoftheflowinatransparentquartztubesuggeststhattheeffectiscausedbytheincreasedfluidlifeasaresultofheatinsulationbythecoating(Fig.6).Theeffectofthecoatingisprolongedbyusinganargonatmosphere,whereasitisreducedinairduetoburn~ngoftheorganicmaterial.Fig.3EffectofcastingtemperatureandsuctionFig.4EffectofsuctionpressureandtubediameteronfluidityofAC4CHalloy.onfluidityofAC4CHalloyAcomputermodelwasbuiltassumingaflowstopmechanismbyincreasedeffectiveviscosityasafunctionofthesolidfractionintheliquidneartotheflowtip.Themodelsuccessfullyexplainedmostoftheexperimentalfindingsquantitatively(Fig.7).4.FluidityofAI·SialloysIthasbeenknownthatthefluidityofhypereutecticAl-Sialloyisbetterthanthatofhypoeutecticandeveneutecticcompositions,thereasonforwhichhadbeenbelievedtobethehighheatoffusionofprimarysilicon.ThemicrostructureinFig.8indicatesthatthetipofthefluiditytestcastingofhighpurityAl-Sihypereutecticalloyconsistsmostlyofeutecticmatrixandcontainslittleprimarysilicon,suggestingalargedegreeofsupercoolingbeforesolidification.Directmeasurementofthetemperatureoftheflowestablishedtheexistenceofsupercoolingalmostreaching200degrees(Fig.9).Withthisamountofsupercooling.solidificationmustbeextremelyfastandflowmuststopinstantaneously,leavingnopossibilityoftheheatoffusionaffectingfluidity.Onthecontrary,theflowstopofAl-Sialloysofothercompositionsiscausedbyincreaseofthesolidfractionneartothetip.Sincesupercoolinginitsnatureisaccompaniedbyrandomness,itisnotsurprisingthatthefluidityofhypereutecticAl-Sishowsalargerscatterthanthatofhypoeutecticandeutectic.Supercooling,andhencefluidity,isaffectedbymelttreatments;e.g.,itincreaseswhenthemeltispreheatedtoahightemperaturebeforebeingcooledtothecastingtemperature.ThefluidityofhypereutecticAl-Sialloytestedinasilicatubeislowerthanthatinasteelorcoppertubes(Fig.10).Thisissurprising,becausetheheatconductivityofcopperistwoordersofmagnitudegreaterthanthatofsilica.Itisnotedthatheattransferoverashorttime,asinthefluiditytest,iscontrolledbyinterfaceresistanceandnotbythemoldmaterial.Itissuspectedthatsilicaacceleratesnucleation,thusreducingsupercoolingbeforesolidification.Incompositionsotherthanhypereutectic,thefluidityislittleaffectedbythemoldmaterial.Itishopedthattheanomaliesfoundwiththehypereutecticalloycanbeutilizedforncreasingthefluidityorimprovingthecaststructuresinthinwalledcastings.Fig.8SolidificationstructuresofhypereutecticAI-Sialloyinafluiditytestcasting.TheeutecticstructurenearthetipsuggestsahighdegreeofsupercoolingFig.l0FluidityofAI-Sialloysofthreecompositionswiththreedifferentmoldmaterials.5.FluidityofcastironsThefluidityofflakegraphitecastironandspheroidalgraphitecastironwasexaminedTheeffectsoftemperature,pressureandchanneldiameterwereexamined,asforthealuminumalloys.Theeffectsofthesiliconcontentwasfoundtobenotverysignificant.Someinfluenceoftheinoculationandspheroidizingtreatmentswasdetected.Tub.diameter•mmFig.11StructurezonesofaflakegraphitecastironfonnedintesttubesStructuralexaminationofthetestcastingsrevealedtheexistenceofthreestructurezones:whiteironatthetip,greyironneartotheentranceandamottledstructureinbetween(Fig.I1,12).Thelengthsofthezonesdependmuchonthecompositionandmelttreatmentsuchasinoculation.Withthesamecompositionandmelttreatment,thestructureatagivenlocationalongthecastingisafunctionofthetimeperiodduringwhichthatpartofthemoldisheatedbythepassingmeltflow.Thistimeaffectsthecoolingrateduringsolidificationanddetenninesthestructure.Basedonthesefindings,acomputermodelwasbuilt,bymeansofwhichthefluidityandthestructureofthetestcastingwerepredictedsuccessfully.Themodelwasfurtherincorporatedintoaflow/solidificationsimulationprogram"SlEFAN"developedbytheauthors.AnexampleoftheresultsofcalculationisshowninFig.l3.Castingdesignerscanusetheprogramtoevaluatethecastingdesignsbeforeactuallycasting.6.FluidityofmetalsinextremelythinsectionsBismuthasanexampleofapuremetalwasdroppedontoanarrowgapbetweentworectangularblocks.Thefluidityincreaseswiththedropheight.Itisindependentofthemoldmaterial(Fig.14).Thefluidityincreaseslinearlywiththegapwidth.Whenonlystaticpressureisappliedtothemelt,acriticalwidthexistsbelowwhichnoflowispossible.Withadynamicpressure,asinthedroptest,thecriticalwidthismuchsmallerandcanapproachzerowhenthemoldispreheated.Directobservationoftheflowinatransparentquartzmoldindicatedthattheflowinagapof0.1mmwidthisstoppedrathersuddenlybysolidification,andhence,isnotaffectedgreatlybyviscosityandsurfacetension.However,itisexpectedthatviscosityandsurfacetensionplayamoreimportantrolewhenthemoldispreheatedInmoldcavitiesofgreatersizesthefluidityhasbeenknowntobemorestronglydominatedbysolidificationandheattransfer.Thesefindingsareexpectedtobeutilizedfirstinlookingformeasurestopreventflashatthemoldmatchingfaces,andtheninfutureformakingextremelythincastings.7.Conclusions(1)Theeffectsoftemperature,pressureandmolddiameteronfluidityofAC4CHalloyweredetermined.(2)Anargonatmospherewithanorganicmoldcoatingiseffectiveinincreasingthefluidity.(3)ThehighfluidityofhypereutecticAl-Sibinaryalloyisexplainedbyahighdegreeofsupercooling.(4)Theeffectsoftemperature,pressure,molddiameter,melttreatmentandSicontentonfluidityofflakeandfluidityandthestructuresformedinthin-sectionedcastings.spheroidalgraphitecastironsweredetermined(5)Thestructurezonesformedatthinsectionsareexplainedbydifferentcoolingrates,affectedbyfluidflow.(6)Theviscosityandsurfacetensionbecomeimportantonlyinextremelythinsections.3.References[1]S.Hiratsuka,E.Niyama,HHorie,T.KowataandM.Nakamura:CastMetals,7(1)(!994)57-62.[2]S.Hiratsulca,E.Niyama,T.FunakuboandKAnzai:Trans.JFS,13(1994)18-23.[3]T.Funakubo,K.Oda,KAnzaiandE.Niyama:Proc.3rdAsianFoundryCong.,Kyonju,(1995)pp.100107.[4]E.Niyama,M.IshikawaandKAnzai:tobepresentedat4thAsianFoundryCong.,GoldCoast,(1996).[5]S.Hao,KAnzaiandE.Niyama:Proc.2ndAsianFoundryCong.,,Kitakyushu,(1994),pp.451-460.薄壁铸造技术的基础性研究摘要：对铝合金和铸铁进行抽真空的流动性测量，从而建立它们之间的铸造参数关系。发现加涂层的铝合金模具影响显著。对铸铁件的硅含量、球化处理和孕育的影响进行了评估，大多数的影响都被认为是在模具极薄腔处的传热，粘度和表面张力。这项基础研究还涉及过共晶铝合金的过冷度和成核，可应用于实际生产更薄得铸件，包括砂型铸造和压力铸造。关键词：流动性；凝固；传热；过冷度；薄壁铸造绪论铸造厂面临为制造越来越轻的薄壁铸件而减少重量。熔融金属的流动性以及许多其它问题必须解决。本文总结了基础研究的结果,由作者的团体在过去的几年中确定的主要因素来控制液态金属在铸造薄壁时的凝固。实验某商业铝合金流动性AC4CH，高纯铝硅合金和各种铸铁的评价垂直真空吸流动性试验，使用管道（通常为4毫米，内径）钢铁，石英和流道的其他材料（图1）。液滴上垂直间隙测试是用来评估在极端的金属薄片（图2）流动性。商业铝合金流动性AC4CH对流动性的影响，一些工艺参数都显示在Figs.3和4。流动性的增加而增加管径线性，熔体温度和吸力pressure.Fig.5显示平方根的流动性急剧增大，当同时使用氩气和有机模具表面涂层。氩气时没有明显影响，单独使用。直接在一个透明的石英管流观测表明，效果是增加作为热源的涂层（图6）绝缘液体的生活造成的结果。涂层的作用是长期使用氩气的气氛，而它在空气中减少由于有机物燃烧。建立了一个计算机模型假设通过增加有效粘度流量站作为固相分数的液体流近尖端功能的机制。该模型成功地解释了实验结果，最定量（图7）。铝硅合金的流动性据了解，过共晶铝硅合金的流动性比亚共晶和共晶成分甚至更好的理由已被认为是对初生硅融合高热量。在图8表明，微结构的高纯度铝硅过共晶合金的流动性测试铸咀大多为共晶基体，包含小的小学硅，这意味着前凝固过冷度大。直接的气流温度测量建立了冷几乎达到200°（图9）的存在。在这样的冷量。凝固必须非常快，流量必须立即停止，不会留下任何的影响流动融合热相反的可能性，其他成分的铝硅合金流站是造成的尖端附近的固相分数的增加。由于其性质是由随机性过冷的陪同下