行星架铸造2工艺设计说明书.docx
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1、铸造工艺课程设计说明书设计题目 B行星架ZG35CrMo学院 材料科学与工程年级 2017级专业材料成型及控制工程学生姓名 陆耀民学号指导教师李俊刚教授铸件在砂箱内的数量及位置零件采用的时单件小批量手工造型,考虑到实际工作环境及零件本身尺寸,决定采用一箱一件。根据铸件重量确定了铸件的吃砂量,铸件在砂箱中的排列如图3.1所示:图3铸件在砂箱内的位置和数量3.3 铸造工艺参数选择铸件尺寸公差选择铸件尺寸公差是指允许的铸件尺寸变动量。公差就是最大极限尺寸与最小极限尺寸代数和 的绝对值。铸件尺寸保持在两个允许的极限尺寸之内,就可以满足加工、装配和使用的要 求。根据铸件的技术要求,铸件尺寸公差应符合GB
2、/T6414的CT13-15级规定,查阅手 册得:表3.2铸件尺寸公差(mm)毛坯尺寸毛坯尺寸铸造尺寸公差等级3.3.1 铸件质量公差选择铸件的重量公差定义为以占铸件公称重量的百分率为单位的铸件重量变动的允许值。所谓公称重量是包括加工余量和其他工艺余量,作为衡量被检验铸件轻重的标准。根据铸件的技术要求,重量公差按GB/T11351的同等级规定执行,查阅手册得:表3.3铸件重量公差等级()公称重量(kg)我造重量公差等级13141000-40001012根据零件的重量为1316.5kg,最终选择铸件重量公差为10%0机械加工余量选择机械加工余量值由精到粗共分为十个等级:A、B、C、D、E、F、G
3、、H、J和K, 本次工艺设计根据其生产批量及材质选择。如表3.4所示为毛坯铸件在不同铸造方法时, 采用的机械加工余量等级。表3.4用于小批量单间生产的铸件加工余量造型 材料加工余量等级铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金轻金属合金干、湿砂型13-15/J13-15/H13-15/H13-15/H13-15/H11-13/H自硬砂12-14/J11-13/H11-13/H1M3/H10-12/H10-12/H此次工艺设计的材质为ZG35CrMo,所选砂为水玻璃砂。由表可知,机械加工余量可选13-15/J,具体尺寸如表3.5所示。表3.5加工余量尺寸(mm)基本加工加工尺寸余量余量等级数值520J12
4、273.5J9102J694J4.5106J6.00200(210)J8.5基本加工加工尺寸余量余量等级数值520J12273.5J9102J694J4.5106J6.00200(210)J8.5铸造收缩率选择由于收缩的存在,完全凝固后的尺寸表现为尺寸减少的状态,为了制造符合设计图纸 要求尺寸的铸件,必须把模样尺寸按照预期的收缩率做的比铸件基本尺寸大一些,以此作 为补偿收缩,从而保证得到尺寸合格的铸件。铸件收缩率的定义为:K=(Lm-Lj)/Ljx000/o (式 3.1)式中Lm模样(或芯盒)工作面的尺寸;Lj铸件尺寸。铸造收缩率与铸造合金种类、浇冒口系统结构、铸件结构、铸型种类(含砂型和砂
5、 芯的退让性)等因素有关。铸造合金从凝固状态转变为固态会产生收缩;合金的成分与其 含量不同,其收缩率同样会发生变化,这是铸造合金的特性。表3.6铸造低合金钢铸造收缩率合金收缩率()碳钢及低自由收缩受阻收缩合金钢1.62。1.31.7选择合适的铸件收缩率是保证铸件尺寸精确的必要条件。本次设计是一项复杂的工程, 凝固时收缩率不大于其自由收缩率,且考虑到受阻,根据表3.6得取收缩率1.5%。335起模斜度选择为了方便起模,在模样、芯盒的出模方向留有一定的斜度,以免损坏砂型或砂芯。这个斜度,称为起模斜度,如表3.7所示。表3.7起模斜度自硬砂造型表面起模斜度测量面高度起模斜度(木模)aa/mm100-
6、1600。352.01602500。352.6行星架采用组芯造型,选用模样拔模斜度,原则上不应超过铸件的壁厚公差要求即可,根据水玻璃砂造型,最终确定01=0。35a=2.6mm。336铸件最小铸出孔(槽)机械零件上不可避免会有孔、槽、凹阶等,这些孔、槽、凹阶是否铸出来,要依据具 体情况来确定。在工艺设计时,本着方便下工序和为用户着想的原则,零件上凡是能铸出 的孔、槽原则上都要铸出来,以节约金属和机械加工的工作量。也有一些孔、槽,如铸 出来会有一定的难度,即使铸出来也可能给下步机械加工带来困难,也可能代价高昂,如 孔的直径较小而深度深或槽宽窄且深度深;再有孔、槽尺寸精度要求很高,必须用机械加 工
7、方法才能保证,如中心距要求严格的孔,这样的孔、槽可以不铸出来留给机械加工去完 成。表3.8为铸钢件铸出孔(槽)的尺寸参考值。表3.8铸钢件铸出孔(槽)的尺寸参考值铸件孔壁厚孔的深度300铸孔最小直径10000140160170200230260300330对零件进行工艺分析后发现,铸件最小铸出孔为80mm,孔深为50mm,由上表可知,可直接铸出。3.4 砂芯设计砂芯的功用是形成铸件内腔、孔和铸件外形不能铸出砂的部位。砂型局部要求特殊 性能的部分,有时也用砂芯。对砂芯的要求主要是:1)砂芯的形状、尺寸以及在砂型中的位置均应保证铸件的形状和尺寸符合要求。2)具有足够的强度和刚度。3)在铸件形成过程
8、中砂芯所产生的气体能及时排出型外。4)铸件收缩时的阻力小,容易清砂。3.4.1 砂芯方案对于本次设计中,主要采用烘干硬化水玻璃砂。如图3.2所示,根据所给铸件分析, 可将铸件看作120。的件旋转而来,将之分为三个单独的芯子去看待,然后再将划分的三 个部分预先组装再下芯。图3.2砂芯位置不意图3.4.2 砂芯形状根据上述分析,设置砂芯形状如图3.3、图3.4所示。为了下芯合箱准确,根据每块砂芯的结构,在主要砂芯上设有芯头。图3.31#芯不意图图3.42#示意图3.5 浇注系统设计浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道,主要由浇口杯、直浇道、横浇道、和内 浇道4个部分组成。浇注系统设计的合理与否对
9、铸件质量影响很大,大约30%的铸件废 品是由于浇注系统设计不当导致的。设计时应根据铸件的结构特点、合金种类、技术要求 合理地设计浇注系统。设计浇注系统应遵守以下原则:1)金属液的充型过程中应控制金属液的流动方向和速度,尽可能使金属液平稳,连 续地充满型腔;2)在合适的时间内充满型腔,避免形成夹砂、冷隔、皱皮等缺陷,保证铸件轮廓清 晰、完整;3)调节铸型内的温度分布,有利于强化铸件的补缩、减少铸造应力,防止铸件出现 变形、裂纹等缺陷;4)浇注系统应具备挡渣、溢渣、净化金属液的能力;5)浇注系统应该结构简单、可靠、减少金属液的消耗,且便于清理。3.5.1 浇注系统的选择浇注系统的分类方式基本为两种
10、:一种是按照各组元的断面积比例关系不同大致分为封闭式和开放式等浇注系统。其 中,开放式浇注系统由于金属液在浇注系统中呈无压流动状态,充型平稳,对型腔冲刷力 小,能够减少铸钢件铸件浇注时金属液的氧化;在铸钢生产中,由于钢液温度高,对铸型 的热作用大,冲坏铸型的可能性相对大些;钢液的流动性差,容易氧化,要求钢液能在较 短的时间内平稳地充满型腔的同时,避免钢液分叉、飞溅。因此一般采用漏包进行浇注。 漏包保温性能好,镇静时钢液中的夹杂物能上浮到钢液上面的渣层中,因此从钢包下面出 钢浇注能减少非金属进入铸型,所以对浇注系统的挡渣要求比较少,因此钢件的浇注系统 多采用开放式。另一种是按照内浇道在铸件上的相
11、对位置不同,分为顶注式、底注式、中间注入式和 分层注入式等几种浇注系统。顶注式由于内浇道开在铸件顶部,浇注时液流对铸型底部的 冲击力较大,流股与空气接触面积大,金属液会产生激溅、氧化,易造成砂眼、气孔氧化 夹渣等缺陷。底注式浇注系统充型时内浇道基本在淹没状态下工作,充型平稳,可避免金属液发生 激溅、氧化及由此形成的铸造缺陷;且横浇道基本处于充满的状态下,有利于挡渣,型 腔内空气容易顺序排出。但内浇道附近容易过热,导致缩孔、缩松和晶粒粗大等缺陷,高 大薄壁浇注时金属液面在上升过程中容易结皮,形成浇不到,冷隔等缺陷。中间注入式浇注系统中,对于内浇道以下的型腔来说,相当于顶注式浇注系统;对 于内浇道
12、以下的型腔而言,则相当于底注式浇注系统。因此,兼具两种浇注系统的优缺 点。3.5.2 浇注时间确定浇注时间对铸件质量有重要影响,而合适的浇注时间与铸件结构、铸型工艺条件、合 金种类与选择的浇注系统等有关;铸造手册中给出以下两个公式:T=AGn (式 4.1)T-B8pGn (式 4.2) 其中:T浇注时间(S);G铸件或浇注金属质量(kg);S铸件壁厚(最小壁厚mm);A、B、p、n系数。因为本次铸造工艺设计材质为铸钢件,采用的是漏包浇注,且铸件的质量小于303可更具式4.1确定其浇口直径。铸钢件系数如表4.1所示。表4.1式4.1中的系数本次工艺中浇注时间计算采用公式(1)其中A取1.9,则
13、浇注时间为88.3soAn合金1.90.5铸钢包孔的选择浇注时间c和平均浇注速度q之间有如下关系:r=m/Nnq (式 4.3)式中:m型内钢液质量;N同时浇注的浇包数。一般N=l;n一个浇包内的包孔数。浇包总容量应大于铸型内金属需要量。小浇包只设一个包孔,大于30t的浇包可设两 个包孔。本铸件的质量为1316.5kg,浇冒口以毛坯件质量的15%计算,m=2162.8kg约为 2.1633 远小于 303 固 n=lo由式4.3可知:q=m/T (式 4.4)表4.2包孔的选择包孔直径303540455055607080W0(/mm)平均浇注速 1。202742557290120150W0度(
14、kg/s)由上述可知,m=2162.8kg, t=88.3s, q=m/T=24.5kg/s,取25kg/s。根据上表选择,且 考虑到工厂中包孔多为通用的40mm,为了贴合工厂设施及工艺的简化,最终决定包孔的直径选择为40mmo各浇道的截面积确定以包孔截面积为基准,参照下述浇口比确定浇注系统各组元截面积。S 包孔:S 直:S 横:S 内=1: (1.8-2.0): (1.8-2.0): (2.02.5)。本次设计浇注系统采用预埋耐火砖作为浇注系统。经过查阅文献,并和小组成员、老师讨论后,决定使用以下浇口比:S包孔:S直:S横:S内=1: 2.0: 2.0: 2.0 (因为浇道都为圆形,所以交口
15、面积比等于浇 口直径比)。综上所述,可得 S 直=2*40mm=80mm; S 横=2*40mm=80mm; S 内=2*40mm=80mm。对铸件进行工艺分析,结合浇注系统的选择,最终决定直浇道为l*80mm;横浇道为 2*40mm;内浇道为 2*40mm。(1)直浇道的确定直浇道主要起到引导浇口杯中的金属液向下流动,进入横浇道、内浇道或直接导入型 腔,并提供足够的压头,如图4.1所示。图4.1直浇道(2)横浇道的确定横浇道主要是向内浇道分配金属液,贮存最初浇入的含有气体和夹杂物的低温金属液。 横浇道应保证金属液中夹杂物到达第一个内浇道时浮到横浇道顶部,且应设计一段 75mm150mm的横浇
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