HT200轴承支座的铸造工艺设计和实现 机械制造专业

HT200轴承支座的铸造工艺设计摘要……………………….……….…..41铸钢件初步分析…………………….…...51.1基本信息………………………...51.2实用性分析……………….………………...…....52可铸性分析…….…………….……….…..42.1材料的化学成分及铸造性能……………….……………....…....72.2最小壁厚………………………....72.3临界壁厚……….…………....…...82.4铸件壁的过渡和连接……….……………....…...82.5加强肋分析……………….………………....…...93铸造工艺方案的设计………..………….………….…..103.1造型方法和材料选取…………….…….…………….…….………...…….......103.1.1呋喃树脂砂成分的选择…….….….…….………….…………......…...103.1.2铸造涂料的选择…….…….…….…………….…..…....103.2铸造工艺参数的确定……….…………......…...113.2.1铸件尺寸公差……………….……..…...113.2.2机械加工余量………..………..…..…....113.2.3铸件收缩率……….………………....….123.2.4起模斜度……….………………...……..133.2.5最小铸出孔和槽….………………...…..133.2.6补充说明……………….…………...…..133.3摆放位置与分型面…….…………..............…...133.3.1摆放位置的确定…………….……..…...133.3.2分型面的确定………..………..…..…....143.4浇注系统设计….………………...……………..153.4.1设计原则………….…………............….153.4.2确定浇注位置……………….............….163.4.3各浇道截面计算……………….…………………....….173.4.4浇口杯的选择….………………….........193.5冒口和冷铁设计………….……………….........203.5.1冒口的设计….…………..203.5.2冷铁的设计….……………….………….224工艺方案优化………………….…….....234.1铸件缺陷分析….…………..…...234.2缺陷改进….…………...........…...255砂芯及芯盒的设计…………………….…………….…275.1制芯方法的确定……….…………...…………..275.2芯头的定位和间隙….……………...…………..275.3芯骨的设计….………………........................….285.4砂芯的排气….………………...…............……..285.5芯盒的设计……….…………...…….…………..296铸造工艺工艺装备设计…………….….306.1砂箱的选择与设计……….…………...…..........306.1.1砂箱及其附件的材料….……...…..........306.1.2砂箱各部分的机构和尺寸….…...…......306.2模样的设计……….…………...…......................366.3铸型造型……….…………...…..........................367熔炼和后处理…………….………….….377.1铸钢的熔炼……….…………...…......................377.1.1配料….……...…......................................377.1.2熔炼过程的技术要求….…...…..............377.2铸件的清理……….…………...…......................407.2.1铸件的落砂除芯….……...…..................407.2.2浇冒口和毛刺的去除….…...…..............407.2.3铸件的表面清理….……...…..................407.2.4铸件的热处理….…...…..........................407.3气孔缺陷的防治……….…………...…..............418参考文献…………….………………….421铸钢件初步分析1.1基本信息零件名称：HT200轴承支座材质：ZG310-570外形尺寸：1430mm×1160mm×810mm零件重量：2600Kg生产规模：批量生产技术要求：锐角倒钝。铸件应符合JB/T5000.6-1998规定要求。铸件不允许有裂纹、夹渣、疏松、气孔、砂眼等影响机械性能的外观缺陷。工艺方法采用砂箱造型。根据所给图纸，使用UG软件对零件进行造型得其三维零件图，如图1.1所示：图1.1零件造型1.2实用性分析2可铸性分析铸件的生产，不仅需要采用合理的、先进的铸造工艺和设备，而且还要求零件的设计结构适合铸造生产的要求，因为合理的零件结构可以消除很多铸造缺陷。为保证获得优质铸件，对零件的要求应考虑以下几个方面：2.1零件材质的化学成分及铸造性能本铸件材质为ZG310-570，属于铸造中碳钢，查标准JB/T5000.6-19982.2铸件的最小壁厚从保证合金液充型能力来看，在设计壁厚是，要考虑合金液的流动性和铸件的轮廓尺寸，在一定的铸造条件下，铸造合金能充满铸型的最小厚度称为该铸造合金的最小壁厚。表2.1砂型铸造铸钢件的最小壁厚(单位：mm)铸钢种类当铸件最大轮廓尺寸为下列值时〈200200～400400～800800～12501250～2000碳钢89111416～182.3铸件的临界壁厚在铸件结构设计时，为了充分发挥金属的潜力，节约金属，必须考虑铸造合金的力学性能对铸件壁厚敏感性。壁厚铸件易产生缩松缩孔晶粒粗大偏析和硬度低等缺点，从而使铸件的力学性能下降。2.4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，铸壁间有类型各异的接头。在接头处，凝固速度慢，容易产生应力集中、裂纹、变形、缩孔、缩松等缺陷。只能通过后期的铸造工艺方案设计来减少缺陷。2.5加强肋分析为了增强铸件的力学性能，减轻铸件重量，消除铸件的缩孔和防止铸件产生裂纹、变形、夹砂等缺陷，在铸件结构设计中大量采用肋。在本铸件中因为铸件下方存在大平面的结构，在浇注时因金属液的烘烤，大平面处的造型易“起皮”而产生夹砂缺陷。这些肋的设置在一定程度上减小了该处的热节。3铸造工艺方案的设计3.1造型方法和材料的选取。零件的外形尺寸为1430mm×1160mm×810mm，重量达2600Kg,属于大型零件，大型零件的铸造方式不易采用机械一体化流水生产，可采用连续氏混砂机填砂并配合人工起模进行造型。从使用黏结剂造型方法分类上讲，本方案采用自硬树脂砂造型，采用自硬树脂做黏结剂。3.1.1自硬呋喃树脂砂原材料成分的选择铸件材质为铸钢，易选用酚醛树脂做黏合剂，但是其价格较高，经济性不强，特别是本方案铸型和砂芯较大，树脂使用量较大，因此我们选用性价比更高的呋喃树脂。表3.1树脂自硬砂配方配方（%）新砂旧砂树脂(占砂量)固化剂(占树脂量)10900.8-1.525-50表3.2树脂自硬砂对原砂的要求指标(质量分数%)SiO2粒度组别含泥量含水量酸耗值(ml)灼减量≥9640/70≤0.2≤0.1-0.2≤5≤0.53.1.2铸造涂料的选择液态钢温度较高，当铸型和液态金属接触时，会发生铸型膨胀、收缩及树脂的燃烧而产生气体，树脂分解会降低铸型强度和耐热性，有因型腔内饰非氧化性气氛，树脂燃烧比较缓慢，其结果是铸型膨胀两增大，而且膨胀时间长，扩大了砂粒之间的孔隙，特别是浇注大型厚壁铸件时，由于铸型表面长期高温作用下并受到较高金属液压力，所以从裂纹处侵入的金属也想铸型深处渗透，最后导致严重机械渗透粘砂缺陷。表3.3醇基快干涂料配制工艺（%）刚玉粉细粉粘土有机土漆液硅胶酒精68.07.40.752.87.64.0适量3.2铸造工艺参数的确定3.2.1铸件尺寸公差铸件尺寸公差是指铸件公称尺寸的两个允许极限尺寸尺差。在这两个允许极限尺寸之内，铸件可满足加工、装配和使用的要求。3.2.2机械加工余量机械加工余量是为保证铸件加工面尺寸和零件精度，在铸件工艺设计时预先增加的而在机械加工时去除的金属层厚度。表3.4铸件尺寸与配套的尺寸公差(单位：mm)尺寸尺寸公差(CT14)〉63～10011〉400～63018〉1000～160023不同情况下机械加工余量计算方式不同，根据加工面所在位置采用不同公式的如表3.4结果。表3.4各面加工余量计算结果（单位：mm）加工面所属类型计算公式加工余量1铸件侧面δ=RAM+CT/225.52圆弧面δ=-2RAM-CT/2373铸件底部δ=RAM+CT/223.54底部侧面δ=RAM+CT/223.53.2.3铸件收缩率铸件收缩率有又称铸件线性收缩率或铸造收缩率，以模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示：ε=[(L1-L2）/L1]×100%式中：ε为铸件收缩率，L1是模样长度，L2是铸件长度。3.2.4起模斜度当铸件本身没有足够的结构斜度，应在铸件设计或铸造工艺设计时给出铸件的起模斜度，以保证铸型的起模。起模斜度可采取增加铸件壁厚、增减铸件壁厚或减少铸件壁厚的方式来形成。3.2.5最小铸出孔和槽机械零件上往往有很多孔、槽和台阶，一般应尽可能在铸造时铸出。这样既可节约金属，减少机械加工的工作量、降低成本，有可是铸件壁厚比较均匀，减少形成缩孔、缩松等铸造缺陷的倾向。表3.5普通碳钢铸件最小铸出孔（单位：mm）孔深H孔壁厚度δ≤2526～5051～7576～100606070803.2.6补充说明(1)本方案采用树脂砂造型，铸型强度高，表面稳定性好，无需烘干，减小铸型变形的可能，所以不考虑分型负数和非加工壁厚负余量。(2)圆筒外端半圆处的凹槽为加工面，其宽度相对于整体铸件较小，如果铸出不利于型芯的制作和配合，所以不铸出，后期机械加工做出。(3)铸件下部的正方形凹陷与四周只有5mm高度差，无法铸出，但其四周为加工面，加上加工余量后高度差达28.5mm。且考虑到凹陷本身是为了减少加工面，所以本方案铸出。(4)底部平板与肋板接触面处，为便于起模和制芯，肋板倾斜面延伸，直接与平板接触。最终的铸件图如下：3.3摆放位置与分型面3.3.1摆放位置的确定3.3.2分型面的确定3.43.4.13.4.23.4.3各浇道截面积计算（1）首先，计算浇注时间：当该铸钢件的浇注位置为大平板朝向侧面时，其铸件的高度为1160mm。（3）当该铸钢件的浇注位置为大平板朝向侧面时，在该铸钢件的浇口杯设计上，由于两种不同的浇注系统下其流过直浇道断面钢液基本相同，则无需设计不种规格各的浇口杯，只需将其归结为一种即可。而浇口杯的作用是承接金属液，防止飞溅和溢出，方便浇注，减少金属液对铸型的直接冲击；提高金属液静压力。尺寸铸件重量/kg浇口杯尺寸/mm铁液消耗量/kgABLHH1daRR1H22000-4000800400200200308530603590430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长生的收缩，其防止铸件产生缩孔、缩松并兼有排气、集渣、引导充型的作用。可得其模数计算方法如下图所示：图3.9空心筒体模数简化计算Mc=a/2=5.6cmMR=fMc=6.7cm图3.10板上凸起模数简化计算Mc=5.3cmMR=fMc=5.83cm表3.14冒口尺寸（单位：mm）d=a=290b=179h=7755砂芯及芯盒的设计砂芯的功用是形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位。砂芯应该满足以下要求：砂芯的形状、尺寸及在砂型中得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出型外，铸件收缩时阻力小和容易清砂。5.1制芯方法的确定砂芯的制造方法是根据砂芯的尺寸、形状、生产批量及具体的生产条件进行选择。从总体上可分为手工造芯和机器造芯，只有当批量生产时，才考虑机器造芯，虽然本方案为批量生产，但本方案砂芯过大，需安放芯骨来提升其强度，开设通气道等手续，所以我们采用手工造芯。同时，因为铸型选用树脂自硬砂，为了方便，芯砂也选用树脂砂。制芯方法采用自硬冷芯盒法造芯，即芯盒不加热，在室温下通过化学和物理作用，使砂芯快速在芯盒内固化。5.2芯头的定位和间隙本方案中，铸件和砂芯大部分处于上箱中，下铸型无法定位砂芯，所以在下芯之前需要先在下铸型用工具测量距离，而后挖出沟槽，用于定位砂芯。为使合型下芯方便，芯头处应有合