操纵杆支架铸造工艺设计说明书.docx

铸造工艺课程设计说明书设计题目操纵杆支架铸造工艺课程设计学院年级专业学生姓名学号指导教师造型、制芯方法。中等批量的大型铸件可以考虑应用树脂自硬砂造型和制芯、抛砂造型 等；单件小批量生产的重型铸件，手工造型仍是重要的方法。(3)造型方法应适合工厂条件。(4)要兼顾铸件的精度要求和成本。根据铸型的特点和应用情况选用自硬砂。2.2分型面的选择铸造分型面是指两半型相互接触的表面，分型面的选择应尽量与浇注位置一致，尽 量使两者协调起来，使铸造工艺简单，并易于保证铸件质量网。浇注位置往往同分型面的 选择密切相关，所以二者相互影响，为了便于充分考虑二者的相互关联的关系，操纵杆 支架零件可有以下三种分型方案。分型方案一：将以操纵杆支架零件左右对称面做分型面，将铸件完全置于上、下 箱，中间浇注系统适合此分型方案，该分型方案如图2.2分型方案一。图2.2分型方案一分型方案一的优点是分型面平直，但是操纵杆孔处的砂芯设计为水平砂芯，只有一端能固定支撑砂芯，造型下芯容易造成砂芯倒伏，不便于生产。分型方案二：将以操纵杆支架零件底面最大安装台最大面做分型面，将铸件完全置分型方案二的优点分型面简单，缺点是将重要的安装免至于上箱，容易造成重要面 的铸造夹渣缺陷。分型方案三：与分型方案二类似，只是将上、下箱颠倒，将铸件完全置于上箱，底 部浇注形式适合方案，该分型方案如图2.4分型方案三所示。1 ! f<下t图2.4分型方案三综合比较，方案三较为合理，故本次设计分型方案选择分型方案三进行分型，采用 底部浇注系统。2.3铸件浇注位置的确定浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态(姿态)和位置。也就是说哪个部位在 上或在下，哪个面朝上、呈侧立状态或朝下。一般遵循以下原则：(1)铸件最重要的部分或较大平面朝下。(2)铸型的防止应有利于砂芯的定位与稳固支撑。(3)当铸件需要冒口补缩时，最好使补缩部位处于铸件的上部。(4)为避免铸件薄壁部分浇不足，薄壁部分应放在下边或立放或斜放。(5)铸型的放置应有利于在浇注时，砂型和砂芯排气。(6)对于平板类铸件，为了防止夹砂，可以倾斜放置，同时也有利于排气，也可减少铁水对铸型的冲刷力。(7)应尽量使砂芯全部或者主要部分位于下型，并尽量少用吊芯。(8)应使下芯，合箱方便，便于检查型腔尺寸。综合上述原则，考虑到操纵杆支架零件结构特点，操纵杆支架适合采用顶部、中 间、底部浇注。浇注位置如图2.5所示。图2.5浇注位置3设计说明3.1 铸造工艺参数铸造工艺设计参数（简称工艺参数）通常是指铸造工艺设计时需要确定的某些数据。这 些参数是：铸造收缩率（缩尺）、机械加工余量、起模斜度、最小铸出孔的尺寸、工艺补正 量、工艺肋、反变形量、非加工壁厚的负裕量、分型负数、砂芯负数（砂芯减量）等。工艺 参数选取得准确、合适，才能保证铸件尺寸（形状）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，除铸造收缩率、机械加工余量和起模斜度以外，其余 的都只用于特定的条件下。3.1.1 收缩率铸件线收缩率又称铸件收缩率或者铸造收缩率，是指铸件从线收缩开始温度（从液 相中析出枝晶搭成的骨架开始具有固态性质时的温度）冷却到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，即E = "一' X 100%J（3-1）式中Li模样长度；Li一铸件长度。由表3.1灰铁自由收缩率山，选取对应牌号的灰铁收缩率为1%。表3.1灰铁收缩率灰铸铁牌号HT100, HT150, HT200HT250HT300HT350小中件中大件特大件自由线收缩率（）0.9-1.10.9-1.11.5铸造收缩率（受阻收缩率（）0.70.90.60.8070.91.03.1.2 灰铁铸出孔大小确定该操纵杆支架为成批生产，由表3.2灰铸铁不铸出孔直径可知，零件图中孔直径小于（p30的孔不铸出；图中M6螺纹孔为后续机械加工，也不铸出，侧面两个圆孔不用铸出。表3.2灰铸铁件不铸出孔直径（单位mm）不铸出孔直径W1215<1530<3050生产批量大量生产-成批生产单件或小批生产3.1.3 加工余量的确定铸件上的机械加工余量是铸件上要用机械加工的方法切去的金属层厚度。加工余量 不足，会使铸件因加工表面上残存黑皮和表层缺陷而报废；加工余量太大，会增加机械 加工的工作量，且浪费金属材料，从而增加了生产成本，有时还会因截面变厚，热节变 大，使铸件晶粒粗大，力学性能降低。铸件的机械加工余量可以用查表的方法确定。铸件切削加工余量等级常常和铸件尺 寸公差等级配套确定。铸件尺寸公差的代号用字母CT表示。尺寸公差等级分为16 级。操纵杆支架为砂型铸造手工造型批量生产，依据表3.3选用铸件公差等级为CT12。表3.3成批和大批量生产铸件的尺寸公差等级方法方法砂型铸造手工造型砂型铸造机器造型和壳型金属型铸造（重力铸造或者低压铸 造）压力铸造熔模水玻钢灰铸 铁球墨 铸铁可锻铸铁铜合 金锌合 金轻金 属合 金锲基 合金钻基 合金111411141114111410131013912H1411148128128128-108-108-10798128128-108-108-10810797968464779797958587979公差等级CT 铸件材料铸造 璃硅溶二廿46464646464646放铸件切削加工余量的代号用字母MA表示。切削加工余量等级由精到粗分为A、B、C、D、E、F、G、H、J共9个等级。成批量生产的铸件加工余量等级按表3.4毛坯铸件典型的机械加工余量等级选取该操纵杆支架的加工等级为F级。表3.4毛坯铸件典型的机械加工余量等级方法方法铸钢砂型铸造手工 .造型 G砂型铸造机器造型和壳型压力铸造一熔模铸造E要求的机械加工余量等级铸件材质球墨 铸铁可锻 铸铁铜合 金锌合 金轻金属 合金银基 合金钻基合 金FHFHFHFHFHGKGKEGEGEGEGEGFHFHDFDFDFDFDFEEEEE灰铸 铁FHEGDFE操纵杆支架的底面尺寸为：120mmX92mm,基本尺寸120mm,查表3.5, CT12公差值为7mm,位于浇注位置的底面，查36 加工余量等级RMA(F)对应数值为1.5mm, 操纵杆支架端面单侧加工，则该尺寸的加工余量为：7/2+1.5=5mm。操纵杆支架两伸出支座部分加工尺寸为40mmX44mm,基本尺寸为44mm,位于浇 注位置的侧面，则其加工量为：5.6/4+0.5=1.9mm,圆整取加工量为2.0mm。毛坯铸件基本尺寸表3.5铸件尺寸公差数值(单位：mm)123456789101112131415160.00.10.10.20.30.50.711.2.4.938662415Z820.10.20.30.50.71.1.2.3.4.0.10.248848162040.10.10.20.30.40.50.81.1.2.3.4.O1。1520282274260O1U1Z0.10.10.20.30.40.61.1.2.3.0.9579111427426438660.10.10.20.30.50.711.22.45.8101216101016162525404063铸件尺寸公差等级CT636310010016025040063010 0016 0025 0040 0063 00160250400630100016002500400063001000030.140.1570.180.200.220.2440.260.280.300.340.4060.400.440.500.560.640.720.8000.560.620.720.780.91.100.780.881.11.21.41.11.61.21.41.61.82.22.641.61.82. 2 2.6 2.8 3.2 3.84.42.2 2.52.83.23.64.65.46.283.23.64.410114.45.66.2101214161114181012162011141822121620251014182228111315172023161821242832202532232937263035403338445042495664表3.6要求的铸件加工余量（RMA）（单位：mm）大于至ABCDEFGHJK400.10.10.20.30.40.50.50.711.440630.10.20.30.30.40.50.711.42631000.20.30.40.50.711.422.841001600.30.40.50.81.11.52.23461602500.30.50.711.422.845.582504000.40.70.91.31.42.53.557104006300.50.81.11.52.234691263010000.60.91.21.82.53.5571014100016000.711.422.845.581116160025000.81.11.62.23.24.5691418250040000.91.31.82.53.5571014204000630011.422.845.581116226300100001.11.52.234.569121724最大尺寸要求的机械加工余量等级3.1.4 起模斜度为了使模样（或芯）易于从砂型（或芯盒）中取出（砂型铸造），或者从铸型中取出铸件（金 属型铸造），铸件垂直分型面的表面要留有起模斜度。铸造斜度可以用不同的方法形成， 起模斜度可采取增加铸件壁厚、增减铸件壁厚或者减小铸件壁厚的方法来形成。在铸件上添加起模斜度，原则上不应超过铸件的壁厚工差要求。铸件的起模斜度值表3.7起模斜度测量面 高度Hmm起模斜度W金属模样、塑料模样木模样AA mmAA mmW103° 3070.64° 0070.8>10-401° 5071.42° 0571.6>40-1000° 5071.60° 55，1.6>100-1600° 3571.60° 40'2.0>160-2500° 3072.20° 35，2.6>2504000° 3073.60° 35，4.2>4006300° 2574.60° 3075.6>630-10000° 2075.80° 25，7.4>1000-16000° 25，11.6>1600-25000° 25,18.2>25000° 25'该操纵杆支架零件垂直分型面的高度大于40mm不超过100mm的，采用金属模样造 型，中间浇注，分型面在操纵杆支架中间对称面上，依据表3.7起模斜度(JB/T5105- 1991)以及表3.5铸件尺寸公差数值(摘自GB/T6414-1999),综合比较，为了使脱模顺 利，增大起模斜度，采用增减壁厚方式，选取金属模样的起模角度为0.5° ,即每个垂直 分型面的侧面均加起模斜度为0.5。根据以上结果，最终确定操纵杆支架铸件三维图如图3.1所示，通过软件计算该操纵杆支架铸件质量为1.44kgo图3.1操纵杆支架铸件三维图吃砂量模样与砂箱、箱顶、箱底和箱带之间的距离称为吃砂量。由前文可知操纵杆支架单 件重量为1.44kg,依据表3.8,可确定吃砂量最小尺寸为a=40mm, b=40mm, c=30mm,d=30mm, e=30mm, f=30mm。实际选取数值略比该值大，可充分考虑现有模板及砂箱标准尺寸。表3.8按铸件重量确定的吃砂量 （单位mm）铸件重量/kgabcdef<540403030303051050504040403011 2060604050503021 5070705050604051100909050607050101250100100607010060251-500120120708070501-100015015090901201001-20002002001001001502001-30002502501251252003001-40002752751501502254001-50003003001751752505001-10000350350200200250>10000400400250250250铸件重量/kgabcdef<540403030303051050504040403011 2060604050503021 5070705050604051100909050607050101250100100607010060251-500120120708070501-100015015090901201001-20002002001001001502001-30002502501251252003001-40002752751501502254001-50003003001751752505001-10000350350200200250>10000400400250250250.4 A3.2砂芯设计依据前文分析，操纵杆支架中间位置腰形孔太小，而且要铸出，所以该处设计垂直砂芯，砂芯尺寸为50mmX24mm,高度为23mm,查表3.9,设计垂直砂芯芯头高度，其中上芯头高度为15mm,下芯头高度为15mm,由于上芯头距离上型太近，故不设计上芯头，只设计下芯头。表3.9垂直芯头的高度h和hl（单位mm）<3030 6061 100101150151300301-500501700701 10 0010012000>2000<3031-5051100101150151-3003015005017001520-25>25-30>30-35>35-4515 20>20-25>25-30>30-35>35-454()6060 8020 25>25-30>30-35>35-454()60>60 802025>25303040355545652025253030403555456530 40>40-60>406040 6050 7040 6040 6050 705()7()60 8050705070507060807 8 1 11O-OO-OO-OOO-OO 5 6 8 800 - 60-0>810>810由h查hl1 5 1 5 上芯头高小下芯头高度hl20 2530 35 40 45 50 55 60 65 70 8015 15 20 20 25 25 30 30 35 35 40 45查表3.10,下芯头斜度为5。905010O12O15O6580目录1前言11.1 本设计的目的、意义11.1.1 本设计的目的11.1.2 本设计的意义11.2 本设计的技术要求11.2.1 技术要求21.3 本课题的发展现状31.3.1 现状31.4 本领域存在的问题41.4.1 本领域的进步41.5 本设计的指导思想41.6 本设计拟解决的关键问题42设计方案52.1 铸造工艺方案分析52.1.1 造型方法、造芯方法的选择52.1.2 造型方法的选择62.1.3 铸型种类的选择62.2 分型面的选择72.3 铸件浇注位置的确定93设计说明103.1 铸造工艺参数103.1.1 收缩率103.1.2 灰铁铸出孔大小确定113.1.3 加工余量的确定113.1.4 起模斜度133.1.5 吃砂量153.2 砂芯设计154浇注系统的设计194.1 浇注时间194.2 浇注系统的阻流截面积的计算204.3 冒口与冷铁设计245工装设计25表3.10垂直芯头的斜度a（单位mm）用角度a表示时用a/h表示斜度时15O12O1009 O8 O7 O5 O403 5302 52015铸型种类10上芯 头2345679111214161922281/5下芯1.22.33.45678910131/110头5555查表3.11,设计砂芯间隙为0.5。表3.11垂直芯头与芯座之间的间隙S （单位mm）D 或（A+B） /2<51 101 151 201 301 401 501 701 1001 1501 >2湿型干型0.5 0.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.00.51.01.51.52.02.53.03.54.05.06.07.0最终完成操纵杆支架砂芯设计如图3.2操纵杆支架砂芯图所示。最终完成操纵杆支架三维砂芯设计如图3.3操纵杆支架三维砂芯图所示。图3.3操纵杆支架三维砂芯图4浇注系统的设计4.1浇注时间t=s4G.对于重量小于450kg的形状复杂的薄壁铸铁件，其浇注时间可按经验公式计算:(4-1)式中t 一浇注时间(S);Gl一型内金属液总重量，包含浇冒口系统重量(kg)；S一系数，取决于铸件壁厚，可由表4.1系数S和铸件壁厚3的关系查出。表中壁厚6指铸件的主要壁厚，对实心体铸件取壁厚3=23e (3e为铸件的当量厚度) 3e=铸件的体积/铸件的面积。表4.1系数S和铸件壁厚8的关系因为操纵杆支架铸件的斜度依据增加壁厚方式来形成，故壁厚适当取大值计算。铸件壁厚8mm2.5 3.5>3.5-8>8.0-15系数S1.631.852.2浇注时间为：t=SdGL=2.2xd7.2=5.9S(4-2)型内金属液面上升速度V型用下式(4-3)表示：V =C/t(4-3)其中C为铸件高度，合适的浇注时间t应满足如下条件：C/V 型 max = t = C/V 型 min( 4-4 )对铸铁件可依表4.2决定型内铁液液面的最小上升速度。表4.2型内铁液液面的最小上升速度铸件壁厚 B /mmV型min/(mms")>40,水平浇注大平板810>40,上箱有大平板203010 40102041020301.5430100经验算:V型minWC/t= (74+5) /5.9=13.39mm,符合上表型内最小上升速度,因此 浇注时间t为5.9S。4.2 浇注系统的阻流截面积的计算浇注系统常用的分类有两种：根据浇注系统个单元断面的比例关系，可分为封闭 式、半封闭式、开放式、封闭开放式等4种类型；根据内浇道在铸件上的相对位置(引 入位置)，可分为顶注式、中注式、底注式和阶梯注入式等4种类型。本次支撑座浇注系统设计采用封闭浇注系统、顶注式，查表4.3浇注系统各单元断面 比例及其应用，因为该支撑座为中、小型灰铁件砂型铸造，故选择浇注系统的断面比关 系为：ZA 内：ZA 横：ZA 直=1 ： 1.1 ： 1.15 ：o o表4.3浇注系统各单元断面比例及其应用截面比例应用4潢A内21.51大型灰铸铁砂型铸造1.41.21中、大型灰铸铁件砂型铸造1.151.11中、小型灰铸铁件砂型铸造1.111.061薄壁灰铸铁件砂型铸造1.51.11可锻铸铁1.3L51表面干燥型中、小型铸铁件1.21.41表面干燥型重型机械铸铁件1干型中、小型铸铁件1.21.11干型中型铸铁件1241.5-4球墨铸铁件124铝合金、镁合金铸件1.2-31.2-21青铜合金铸件11212铸钢件漏包浇注前文计算的铸件总高度79mm,铸件铸造在上箱，上箱铸件高度为79mm,缩尺为1%,依据吃沙量前文查表选取为a=b=40mm,则上砂箱最小高度为79X1.01 +40= 119.79mm,取上砂箱高度150mm (下砂箱取100mm)。确定静压头高度，依据表4.4普通漏斗形外浇口尺寸，初步浇口杯高度尺寸，暂定浇 口杯高度为46mmo表4.4普通漏斗形外浇口尺寸端直径 d/mmDi/mmDz/mmh/mm容量 /kg<16(p56q)52400.5>16-18q)58(p54420.6>18-20(p60(p56440.7>2022(p62(p58460.8>2224(p64(p60480.9>2426(p66(p62501.0>2628(p68(p64521.2>28-30(p70(p66541.3直浇道下铁液本次设计采用底部浇注形式，则计算静压头高度为:Hp=ho-p/2= 15+4.6-792= 15.65cm(4-5)则依据截面比的关系ZA内：ZA横：ZA «=1： 1.1： 1.15o内浇道采用截面比设计法, 则内浇道计算公式为：Glp 32ghp(4-6)其中本次设计浇注系统为浇口杯、直浇道、内浇道4个部分的四单元浇注系统，则有:亩 =7-xl5.65=6.06cm 工+以 p (1+(?)2+1,152)hp =7.85X0.5X5,9XV 2X981X6.0445147200=3.1cm2(4-7)(4-8)依据表4.5内浇道尺寸，选取与计算的A内=3.lcm2稍大的断面的面积，本次设计选取内浇口面积为3.2cn?为本次设计的内浇口总断面面积，一箱四件，每件设计2个内浇口，设计为8个内浇口，则每个内浇口面积为Oden?,对应的内浇口尺寸a=7mm,b=5mm, c=7mm,则内浇道总断面面积为4.2cm2o10.311936464399536.58.520.41194757531096479.530.5119586764101074810.540.611968.66.586.54.511117591250.8141261089851212861013.561.015137119109514149711.51571.218147.5121011106151610712.516.581.52018814111211717181181418.591.82119916121312818201291520.5计算出横浇道总断面面积为ZA横=l.lX4.2=4.62cm2,查表4.6浇注系统截面尺寸，设计横浇道截面面积为4.62cn?的横浇道，横浇道布置在直浇道两侧，则每段横浇道断面面积为2.31cm2对应的横浇道尺寸为：A=16mm, B=11mm, H=18mm。计算出直浇道总断面面积为£A直=1.15X4.2=4.83cm2,故查表4.6浇注系统截面尺寸，直浇道截面面积取4.83cm2,直径为（p25mmo表4.6浇注系统截面尺寸直浇道横浇道IIbD0序号断面积ABCABC断面积A /crn2/mm/mm/mm/mm/mm/mm序号工 rJcrrvD/mm11.0119101810611.8(pl522.01510162013823.1(p2032.416111822141034.9(p2543.017132024151147.1q)3053.619142228171259.6(p3564.0201523301813612.6(p4075.0241625352015715.9(p4586.0271728362216819.6(p5097.0281830382417923.7q)55108.03020324026181028.2(p60图4.1浇道截面尺寸最终确定各浇道截面尺寸如下图4.1浇道截面尺寸所示。4.3 冒口与冷铁设计灰铸铁和球磨铸铁在凝固过程中都析出石墨并伴随相变膨胀，有一定的自补缩能 力，因而缩松、缩孔的倾向小性较铸钢件小。铸铁件的补缩应以浇注系统后补缩（浇注 系统在完成教主以后，对铸件的补缩，称为后补缩）和石墨化膨胀自补缩为基础，只是 由于铸件本身结构、合金成分、冷却条件等原因，不能建立足够的后补缩和自补缩的情 况下才应用冒口，一个需要设置冒口补缩的铸件，也必须利用后补缩和自补缩，冒口仅 是补充后补和自补不足的差额。本次操纵杆支架不设计冒口。综上，操纵杆支架的浇注系统三维如图4. 2所示。图4.2操纵杆支架铸件及浇注系统三维图5工装设计5.1砂箱设计由前文计算选取的吃砂量以及铸造工艺排布，选择砂箱内框尺寸，上砂箱内框尺寸 为：400mmX 350mmX 150mm,下砂箱内框尺寸为：400mmX 350mmX 100mm。根据表5.1常用造型机所用砂箱的最佳尺寸，依据本次设计数据，选择500mmX 400mm砂箱尺寸对应的造型机为Z145。表5.1常用造型机所用砂箱的最佳尺寸砂箱尺寸/、400X300500 X 400600 X500800 X 600ZB148A, 3ZZ318 1600X1200ZB1416(mm)造型机 Z114A, Z124Z145, ZZ415Z146, ZB326砂箱尺寸 800 X 7001000 X 8001100X 900造型机 Z148A, Z158Z2310, Z2410ZB1410最终确定操纵杆支架的合箱图如下图5.1合箱图所示。5.2 模板设计模样材质选用金属模。金属型的热导率和热容量大，冷却速度快，铸件组织致密， 力学性能比砂型铸件高15%左右；能获得较高尺寸精度和较低表面粗糙度值的铸件，并且 质量稳定性好；因不用和很少用砂芯，改善环境、减少粉尘和有害气体、降低劳动强 度，适用于大批，成批的各种铸件。依据铸造工艺图确定模样本体结构类型为平装式。 最终确定操纵杆支架的上模板装配图如下图5.2所示。5.3 芯盒设计操纵杆支架砂芯，芯盒设计芯盒材质为ZL101,对开式两半芯盒，芯盒采用定位销定 位，蝶形螺母和活节螺栓紧固及开合。最终确定操纵杆支架的芯盒装配图如下图5.3芯盒 装配图所示。上0。图5.1合箱图1.下砂型2.下砂箱3.砂箱用定位销4.砂箱定位套5.上砂型6.上砂箱7.浇口杯8.砂箱用导向销9 .砂箱导向套5.1 合箱图.5.2 模板装配图5.3 芯盒装配图错误!未定义书签。252529296结论致谢30参考文献31II图5.2上模板装配图1.模板2.M10内六角螺丝3.上模样定位销4.上模样5.横浇道6.直浇道7.上模板导向销图5.3芯盒装配图1.上芯盒定位销2.下芯盒定位套3.下芯盒4.上芯盒5.活节螺栓6.直浇道窝7.蝶形螺母6结论通过这次工艺课程设计，使我对铸造设计过程有了更进一步的认识和了解，也加深 了对大学四年中所学基础知识的学习和理解。课程设计是理论联系实际的最直接有效的 方法。在具体设计过程中，必须考虑到方方面面的问题，在理论上正确无误的设计，但 是当你运用结合实际的时候往往会存在各种问题。采用底部浇注操纵杆支架，在最大面积处分型，铸件正立置于上箱分模，两侧的通 孔不需铸出，采用一块砂芯铸出底部的腰形孔，采用的工艺比较简单实用，铸件的缺陷 较少，成品率较高。期间存在不足之处，如在设计的过程中一些数值参考书籍，没有结 合实际经验，为理论值，后期铸件可能因此出现一些缺陷，要进一步进行模拟以减少实 际生产中的成本损耗。致谢本课程设计在选题及进行过程中得到朱永长老师的悉心指导。在设计过程中，朱永 长老师多次帮助我分析思路，开拓视角，在我遇到困难的时候给予我最大的支持和鼓 励，及时帮助我分析问题解决阻碍。在朱永长老师的耐心指导下，我完成了该次铸造设 计，期间朱老师教会我的知识和治学的态度精神使我终身受益。再多华丽的言语也显苍 白，在此，谨向朱永长老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。参考文献1中国铸造协会.铸造工程师手册（第三版）.北京：机械工业出版社，20