悬梁铸造工艺设计设计说明书.docx

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1、铸造工艺课程设计说明书设计题目悬梁铸造工艺设计学院年级专业学生姓名学号指导教师表3-4铸件的机加工余量列表序号基本尺寸/mm加工余量等级加工水里数值/mm115H0.7230H0.731695G6-10起模斜度该铸件选用木模样由表3-5所示起模斜度为a=035 a=4.2mmo表3-5自硬砂造型模样外表面的起模斜度(JB/T5105-91)测量面高度H(mm)起模斜度0金属模样、塑料模样木模样aa (mm)aa(mm)100-160100-160035z1.6040r2.0160-2500030f250-400400-6300300252.23.64.603500350302.64.25.6铸

2、造收缩率铸造工艺设计时铸造收缩率K可以决定模样和芯盒的尺寸，所以要正确的选择铸件收缩率，铸造收缩率K的定义如公式3-1所示：K = Lm Lj x0Q%Lj(3-1)式中K铸造收缩率；Lm模样主要工作面的尺寸；Lj铸件尺寸。表3-6 HT250线收缩率()铸件种类线收缩率() 自由收缩受阻收缩HT2500.9-1.1由表3-6收缩率为。.9%。3.1.5 最小铸出孔及槽灰铸铁铸件单件小批量生产最小铸出孔直径为30-50mm,所以本零件直径为6mm的 螺孔选择不铸出，对其进行后期加工。表3-7灰铸铁最小铸出孔尺寸(mm)生产批量最小铸出孔直径单件小批量生产30-50图3.1铸件的孔位置3.1.6

3、 反变形量灰铸铁长2000mm左右的床身，一般壁厚为16mm,导轨厚度为33mm的反变形量为 2.5mm,因此本零件取2.5的反变形量。3.2砂芯设计在对砂芯设计时需要符合下面几个原则：(1)尽量减少砂芯的数量；(2)复杂的砂芯分块设计；(3)设计砂芯时要根据铸件型腔选择合适的形状，铸型时方便填砂、排气、安置芯骨 等措施；(4)砂芯的分盒面应尽量与砂型的分型面一致；(5)便于下芯和合型；(6)多个砂芯相连需要有良好的固定。对于本次设计的零件一悬梁，采用树脂自硬砂制芯，涉及不到砂芯的烘干。砂芯可 以帮助铸件成型、确保铸件精度的关键因素。分析铸件的结构，因为该铸件为对称结 构，铸件的尺寸较中小，只

4、需要做一个整体砂芯。图3-2砂芯芯头是伸出铸件型腔以外的砂芯一部分，它可以起到定位砂芯的作用。根据悬梁的 型腔结构，设置3个垂直芯头。因为L=260mm,D= 120mm,取间隙S=3.0, H垂直=60mm。 芯头斜度为54浇注系统的设计在对浇注系统的设计时需要遵循以下原则：(1)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；(2)在所计算出的时间内确保金属液进入型腔到充型完毕；(3)具有良好的阻渣能力；(4)浇注系统设计时要保证适当地缓冲力，确保金属液流入铸型内的线速度不能够太快 了，防止产生飞溅、冲刷型壁或砂芯的不良后果；(5)在浇注系统设计时要确保冷铁和芯撑不被毁坏；

5、(6)保证在浇注时最大限度减少对金属液的消耗，并且在浇注完毕后方便进行清理。(7)尽可能地缩中小型腔体积，使造型变得更加简单，方便制出模样；浇注系统类型的选择本方案采用顶注式一浇注系统封闭式浇注系统。具备以下几点优点：封闭式浇注系 统具有充型相对平稳，而且对型腔冲刷能力中小，发生卷气可能性中小，不容易发生氧 化。顶注式浇注系统的优点：有助于进行自下而上的凝固，金属液流入型腔比较平稳并 且帮助排除型腔内的空气。本设计采用了封闭式浇注系统，各组元面积比例为：2A内： EA横：人直=1:1.2:1.4 浇注时间计算t = sVg(4-1)式中T一注时间；G铸件或浇注金属质量，算上浇注系统后和加工余量

6、等，铸件的质量约539kg； S系数，S取2.2；代入数据到(4-1)计算得t = 51s浇注系统尺寸的确定4.1.1 平均压力头计算根据平均压力头计算公式计算平均压力头，对于顶注式采用式4.2：(4-2)(4-3)HP=Ho式中Hp-平均压力头；Hl阻流截面以上的金属压力头，铸件平均压力头Ho=4OOmm 则平均压力头Hp为40cm。4.1.2 阻流截面积计算根据Osann公式计算最小阻流面积式4.3：m阻J2gHp 式中m浇注金属液质量，m-539kg；p一金属液密度，p=7.Og/cm3,工一浇注时间，t=5 1s；一流量系数，修正=0.5；g重力加速度9.8m/s2；出阻流截面的平均计

7、算压力头HEkm；计算得最小阻流面积S阻=3.4刖2。S 直：ZS 横：S 内= 1.4： 1.2： 1=47： 40.8： 34直浇道金属液体通过直浇道，截面形状为圆形，A a=47cm2,直浇道直径为78mm。4.1.3 横浇道考虑到采用顶注式的浇注系统，金属液对铸型的冲击较大。横浇道截面为梯形，为 了防止最初进入横浇道的金属液杂质进入型腔，末端设有120mm延长段以容纳最初浇注 的低温、含气、含渣的金属液体，防止其进入铸型；横浇道尺寸如下：a=70mm, b=60mm, h=63mm,长度=1500mm, A 横=40.Sen?。4.1.4 内浇道内浇道的功能是控制充型速度和方向，分配金

8、属液，本设计我们选用扁平形截面形式，因为这种形状内浇道易于清理。设置两个内浇道，内浇道尺寸如下：a=60mm, b=50mm, c=16mm, 长度=85mm, A内=34cm2。通过以上计算，该铸件的浇注尺寸设计尺寸如图4-1所示。60图4-1浇注系统尺寸4.2 浇口杯浇口杯尺寸如表4.1所示。表4.1浇口杯尺寸铸件质量/kgA B铸件质量/kgA B浇口杯尺寸H Hi d aR RiH2铁液消耗量/kg冒口的主要作用是贮存金属液，对铸件进行补缩，此外，还有出气和集渣的作用。 为了实现这样的目的，设计冒口应遵照以下原则：(1)冒口能提供足够的补缩金属液；(2)在整个补缩过程中，冒口与铸件被补

9、缩部位存在补缩通道；(3)有足够的补缩压力，使补缩金属液能够流到要求补缩的区域；(4)冒口的凝固时间应小于铸件被补缩部位的凝固时间，。冒口设计的主要内容是：选择冒口形状以及安放位置、计算冒口的尺寸。4.2.1 模数计算铸件被补缩部位的体积与散热表面积的比值称为模数用下式表示M=V/A(4-4)式中：V为铸件的体积A为铸件的表面积经计算(4-4)求得6.6cm由于铸件材料为HT250,且是树脂砂造型，因此采用无冒口补缩法。采用无冒口补缩法要满足下列条件：(1)要求铁液的冶金质量好；(2)模数在2.5cm以上；(3)使用强度高、刚性大的铸型，可用干型、自硬砂型等，上下型之间要用机械法 牢靠地锁紧；

10、(4)低温浇注，浇温控制在1300-1350C；(5)要求快浇；(6)采用小的扁薄内浇道，分散引入金属液，每个浇道的断面面积不超过 15mmx60mmo由于在铸件的上部有两个热节，且两个热节互相对称，因此为了防止出现缩孔、缩 松的情况，我们采用了顶冒口。4.2.2 冒口尺寸补缩距离为壁厚的5倍，因此本次采用了 25个冒口。对于壁厚为38mm的部分我们采用高为80mm直径为60mm的冒口。对于壁厚为30mm的部分我们采用高为80mm直径为50mm的冒口。图4-2冒口示意图5铸造砂箱、模样的设计5.1 上模板和下模板嵌入式在模样本体结构类型:可参照表选择。平装式结构简单，容易加工，最常用。 特殊条

11、件下应用。选定模样结构后，便可依据铸造工艺图确定模样的外形。模样外形设计如图(5-1)和(5-2)：图5-1上模板图5-2下模板砂箱的设计砂箱是保障砂型与砂型精确合型的重要装备，砂箱设计需要充分考虑砂箱顶使用 性，砂型结构需要满足砂型要求，保证上下砂型的精确定位与牢固连接。砂型的尺寸确 定需要根据铸件尺寸、吃砂量、铸件在砂箱内部布置等方面来确定尺寸。表5-1按铸件重量确定的吃砂量（单位mm）铸件重量/kga b c d e f251500120120708070501 10001501509090-1201001-2000200200100100-1502001-300025025012512

12、5-200251500120120708070501 10001501509090-1201001-2000200200100100-1502001-3000250250125125-200I铸件重量为539Kg,设计为一箱一件形式，依据表5-1按重量确定吃砂量表，可确定 吃砂量最小尺寸为a= 150mm, b= 150mm, c=90mm, d=90mm, f=120mm。实际选取数值略比该值大，设计时考虑现有模板及砂箱标准尺寸。砂箱的材质为铸钢，上箱的尺寸为1200x2000x400mm,下箱为1200x2000x400mm5.3芯盒芯盒是制造砂芯的专用模具，芯盒的尺寸精度和结构是否合理，

13、将在很大程度上直目录1前言11.1 本设计的目的、意义11.2 零件结构特点分析11.3 零件技术要求21.4 化学成分32设计方案42.1 造型材料的选择42.2 浇注位置与分型面的选择43铸造工艺参数及砂芯设计63.1 铸造工艺参数的确定63.1.1 铸件尺寸公差与铸件重量公差63.1.2 机械加工余量63.1.3 起模斜度73.1.4 铸造收缩率73.1.5 最小铸出孔及槽83.1.6 反变形量83.2 砂芯设计84浇注系统的设计104.1 浇注系统类型的选择104.2 浇注时间计算104.3 浇注系统尺寸的确定104.3.1 平均压力头计算104.3.2 阻流截面积计算114.3.3

14、直浇道114.3.4 横浇道114.3.5 内浇道114.4 浇口杯124.5 冒口设计124.5.1 模数计算134.5.2 冒口尺寸135铸造砂箱、模样的设计15 接影响到砂芯的质量和制芯效率。设计芯盒时应以产品零件图、生产批量、铸造工艺方 案、铸造工艺图（或砂芯图）、制芯设备的技术规格、工装加工能力及技术水平等为依 据，根据砂芯的结构形状和尺寸大小来确定芯盒的类型、材质、结构形式和尺寸。芯盒 设计一般应满足如下要求：1）芯盒材料和结构形式应与生产批量相适应，且应具有必要的强度、刚度和耐磨 性，以保证达到要求的使用寿命。2）确保砂芯的几何形状和尺寸精度。3）有利于安放芯骨、开设排气道等。4

15、）尽可能减轻芯盒重量，满足选用的制芯设备的装配和操作要求。5）简化芯盒的制造工艺，减少加工工时，降低制造成本。砂箱的材质为铸钢，上箱的尺寸为800x2000x185mm,下箱为800x2000x200mm本设计的芯盒图如图5-2所示。图5-4芯盒6结论本次设计用球墨铸铁材料来设计轴承压盖零件的铸造工艺设计。通过查阅资料来学 习铸造工艺相关知识。结合轴承压盖的实际运用功能和球墨铸铁材料的性能特点以及实 际生产条件进行轴承压盖的工艺参数计算，具体来说包括：(1)零件平均壁厚为15mm,(2)尺寸公差等级为CT12,尺寸公差数值为15mm；(3)铸件的机械加工余量等级为H,机械加工余量为8；(4)铸

16、造收缩率为0.9%；(5)铸件表面起模斜度为0。35，宽度为a=4.2mm；(6)浇注系统为开放式式顶部浇注系统；浇口比为ZA内：ZA横：ZA直=1： 1.2：1.4,浇注时间为51s,铸件重量为539kg；(7)模样选用木模样；(8)根据查表计算的加工余量、芯头设计和浇注系统等绘制图纸，图纸包括：零件 图、铸件图、铸造工艺图。(9)通过计算设计工装设备并绘制图纸，图纸包括：上下模板图、上下砂箱图、芯 盒图和合箱装配图。(10)通过设计的工装设备对其进行加工，加工工艺大致为先铸造出毛坯零件，然 后选择适当的机床对其进行精加工。致谢本文是在朱永长教授的指导下完成的，朱永长教授严谨的教学态度、渊博

17、的专业知 识、精益求精的工作精神、平易近人的人格魅力对本人产生了深远的影响。不仅使本人 丰富了专业知识，还懂得了一些做人道理。从工艺参数的选取到砂箱的设计，每一步都 是经过朱永长教授的悉心指导完成的。在进行设计的过程中发现了自己很多的不足，每 次问教授问题都能够很快的得到详细的解答回复，使问题都能都迎刃而解，心怀感激， 谨此来对朱永长授表达我的谢意！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叶荣茂，吴维冈等.铸造工艺课程设计手册M.哈尔滨工业大学出版社.3李魁圣，马顺龙，王怀林.典型铸件工艺设计实例M.北京：机械工业出版社,20084李荣德，米国发，荣守范，等.铸造

18、工艺学M.北京：机械工业出版社,2013.75李晨曦,铸造工艺及工装合计M.化学工业出版社.2014,086施廷藻.铸造实用手册M.东北大学出版社.19947李弘英，赵成志.铸造工艺设计M,机械工业出版社.200981李魁盛.典型铸件工艺设计实例M.北京：机械工业出版社,2008.15.1 上模板和下模板155.2 砂箱的设计165.3 芯盒166结论18致谢19参考文献201前言1.1 本设计的目的、意义铸造是用液态合金形成产品的方法，将液态合金注入铸型中使之冷却、凝固，这种 制造金属制品的过程称为铸造生产。铸造技术的发展具有悠久的历史，在经济全球化的 今天，铸造技术广泛应用于机械与材料行业

19、。在铸造生产中，制定的铸造工艺过程又对 铸件的质量起决定性作用。铸件在铸造之前，首先需要进行铸造工艺设计，使铸件整个工艺过程实现科学操 作，获得优质高产的铸件。铸造工艺设计就是根据铸造零件的结构特点、技术要求、生 产批量和生产条件等，确定工工艺方案和工艺参数，绘制铸造工艺图、模板图、芯盒图 等。本设计通过悬梁零件图可知零件的技术要求、材料组成、结构特点、生产条件、生 产批量以及性能要求。对零件结构的铸造工艺性进行分析，找出可能存在的结构问题并 提出改进措施或预防缺陷的措施，选择铸造和造型方法，提出多种浇注和分型方案，综 合对比分析，选择最为理想的浇注位置及分型面。选用适宜的工艺参数，设计铸件的

20、补 缩系统、浇注系统并绘制出铸造工艺图。通过此次铸造工艺设计也可以更好的了解我们之前所学习过的课程，例如CAD、 PRO/E等一些绘图软件，还可以让我们了解一些之前所学习不到的新内容，新方法。同 时可以更好的提高我们寻找文献的能力，学到许多新的技术。1.2 零件结构特点分析依据设计任务与要求，获得名称为“悬梁”的零件图纸一张，零件图采用第三视角绘 制。利用CAD软件Creo绘制其三维图形，如图1-1所示。铸件材质为HT250,尺寸约为 420mmxl695mmx260mm主要壁厚为 15mm,最大壁厚为 30mmo 密度取 7.0x103 g/cm3, 零件的质量约为441 kgo从整体上来看

21、，零件属于对称结构。零件壁厚较为均匀，空腔较 多，形状较为复杂。零件在多个重要平面和位置要求较高的精度，需要后期机械加工。图1-1悬梁的三维图图1-2悬梁的CAD图1.3 零件技术要求本设计任务是悬梁。零件图如图1-2,生产性质为小批量单件生产；要求砂型铸造。 允许人工操作或机械操作。技术要求：零件图中的技术要求为1 .铸件表面上不允许有冷隔、裂纹、缩孔和穿透性缺陷及严重的残缺类缺陷（如欠 铸、机械损伤等）。2 .铸件须经时效处理。3 .铸件燕尾导轨面要求无砂眼，气孔，夹渣等缺陷。4 .表面喷红色防锈漆，内腔涂黄色防锈漆。5 .未注铸造圆角半径R3-R5、未注拔模应小于1。、未注壁厚大于15。

22、6 .燕尾导轨面与床身配磨，保证平面及斜面的接触面接触面要求按企标。7 .精加工前打腻子喷浅色漆。8,铸件材质为HT250,热处理态为T5。1.4化学成分化学成分见表1-1表1-1 HT250化学成分化学成分CSiMnPS元素含量0.150.122设计方案2.1 造型材料的选择根据大赛的要求，我们需要选择砂型铸造，且生产批量为单件小批量生产。因此我 们选择了树脂砂造型，其有着强度高、可自硬、铸件易清理、生产效率高。树脂砂的种类我们选择了吠喃树脂自硬砂。优点：（1）常温强度高，树脂加入量少，耗砂量少。（2）高温强度高，型砂耐热 性好。（3）树脂粘度小，便于混砂。（4）树脂稳定性好，可存放1-2年

23、。（5）树脂硬 透性好（每隔5min,测得型、芯内外各部分硬度一致）。（6）旧砂再生率高 （90%）,新砂用量很少。缺点：（1）浇注时释放有害气体，污染环境。（2）发气速度高，铸件易产生气 孔。（3）铸钢件易产生热裂。制芯我们也采用了吠喃树脂砂优点是：（1）造型和制芯都采用树脂砂造型，采用同 一种砂可以防止不同的砂造成混砂，导致难以清理。（2）型芯可以在芯盒里加热硬化， 不需要烘干。2.2 浇注位置与分型面的选择浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置。选择浇注位置时要满足一下要求：1）浇注位置应有利于所确定的凝固顺序。2）铸件的重要部位应位于下部。3）重要加工面应朝下或呈直立状态。4）保

24、证铸件能够充满。薄壁部分应放在内浇道以下或置于铸型下部。5）使铸件大平面朝下，对于大的平板类铸件可采用倾斜浇注以便增大金属液面的上 升速度，防止产生缺陷。由此我们选择顶注式浇注系统，倾斜浇注。分型面的选择：图2-1分型面的选择方案一方案一：采用顶注式浇注系统该方案在上方的大平面进行分型，但是不容易拔模，且采用吊芯，容易出现缺陷。图2-2分型面的选择方案二方案二采用顶注式浇注系统该方案的分型面位于同一平面切在铸件的最大断面处，造型时比较简单。且方便起 模，保证逐渐质量，同时使铸件便于补缩。综上所述分型面的选择应采取方案二的设计。3铸造工艺参数及砂芯设计3.1 铸造工艺参数的确定铸件尺寸公差与铸件

25、重量公差铸件的上偏差与下偏差之差的绝对值为尺寸公差。通过表3-1和表3-2得出悬梁铸件的尺寸公差等级为12,尺寸公差数值为15mm。表3-1小批生产铸件的尺寸公差等级(GB6414-86)造型材料造型材料铸钢自硬砂1214公差尺寸等级CT灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁111311131113表3-2铸件尺寸公差数值(mm)公差等级铸件基本尺寸大于大于345678910 1112 13 14 15 1616002500 2.6 3.8 5.4810 15 21 26 33 42根据GB/T11351-89标准，对砂型铸件的重量公差的技术要求，悬梁质量为441kg, 则其重量公差为10%o机械加工余量由表3-3知该铸件的机械加工余量等级为H,机械加工余量如表3-4所示。表3-3小批生产的铸件机械加工余量等级造型材料铸钢加工余量等级灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁自硬砂1214111311131113JHHH