底座铸造工艺设计说明书.docx

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1、铸造工艺课程设计说明书设计题目底座铸造工艺设计学院年级专业学生姓名学号指导教师3铸造工艺参数的设计3.1 加工余量的确定工艺设计为了保障零件加工面尺寸和精度，在铸造工艺设计时，将加工表面上留出 的、准备切去的金属层厚度称为机械加工余量。加工余量过大，浪费金属和机械加工工 时，增加铸件和零件成本；过小则不能完全除去铸件的表面缺陷，甚至露出铸件表皮， 达不到零件要求。据此查表3.1和表3.2得图3.1和图3.2所需加工的个表面的机械加工 余量，以表3.3所示。A-A图3.1各机械加工余量面图3.2底座零件图表3.1毛坯铸件典型的机械加工余量等级(GB/T6414-1999)5要求的机械加工余量等级

2、铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金砂型手工造型GKFHFHFHFH砂型机械造型EHEGEGEGEG或壳型表3.2要求的铸件加工余量(GB/T6414-1999)最大尺寸要求的铸件加工余量等级EFG40 630.40.50.763-1000.711.41602501.422.82504001.42.53.54006302.234表3.3各面机械加工水里12各面机械加工余量等级43.53.2 起模斜度的确定为论了方便起模样或取出砂芯，模样、芯盒的出模方向留有一定的斜度，一免损坏砂芯或砂型。起模斜度可以采取增加铸件壁厚、增减铸件壁厚、减少铸件壁厚的方式来形成。在铸件上添加起模斜度时，起模斜度应小于或等

3、于产品图上所规定的起模斜度值，以防止零件在装配或工作中与其他零件相妨碍，起模斜度面如图3.3和图3.4所示。图3.3需要起模斜度的面A-A图3.4底座零件图本次设计采用金属模样造型腔，金属模样的起模斜度与测量面高度有关，不同高度的测量面应具有的起模斜度如下表3.4：表3.4金属模样起模斜度起模斜度W测量高度h/mm金属或塑料模aa/mm10401 10f0.840-1000 301.040-100。201.8根据表3.4中的数据选择不同的面的起模斜度，各面起模斜度如下表3.5。表3.5各面起模斜度各面编号12345起模斜度1.01.01.01.01.03.3 铸造收缩率的确定金属在凝固过和程中

4、有液态收缩、凝固收缩和固态收缩，其中液态收缩和凝固收缩 的结果会使铸件最后凝固的部位产生缩孔、缩松，为消除缩孔、缩松，获取组织致密的 铸件，采取工艺措施进行补缩。根据该该零件的结构，金属液在凝固冷却过程中的收缩介于“自由收缩”与“受阻收缩” 之间，因此按照材料铸造手册中“铸造收缩率”的设计依据（表3.6）选择该铸件的铸 造收缩率为1%。表3.6各类铸铁件的铸造收缩率铸件的种类收缩率分型负数阻碍收缩自收收缩灰铸铁中小型铸件大中型铸件0.70.9特大型铸件0.60.8长度方向0.70.9灰铸铁特殊的圆筒形铸件直径方向0.50.60.8干砂型、表面烘干型以及尺寸较大的湿砂型，分型面由于烘烤，修整等原

5、因一般都 不很平整，上下型接触面很不严。为了防止浇注时炮火，合箱前需要在分型面之间垫以 石棉绳、泥条等，这样在分型面处明显增加了铸件的尺寸。为了保证铸件尺寸精确，在 拟定工艺时为抵掉铸件增加的尺寸而在模样上减去相应的尺寸称为分型负数。而本次设 计零件是湿型且是中小型铸件，故不予考虑分型负数。3.4 最小铸出孔和槽械零件上的孔、槽和台阶一般尽可能的铸造出来，这样既可以节约金属还可以减少 机械加工的工作量、降低成本，又可使铸件的壁厚比较均匀，减少形成缩孔、缩松等铸 造缺陷的倾向，提高铸件的质量。在有些特殊要求的孔，如弯曲孔和异形孔，无法进行 机械加工，则一定要铸出。但有些情况下孔和槽有不宜铸出。所

6、以根据表3.7可知本铸件 槽不需要机械加工。表3-7铸铁件最小铸处孔尺寸（单位：mm）铸件材质壁厚铸孔最小直径8-1061020251015铸铁40501530501003550图4.2砂芯的形状4.2芯头的结构尺寸芯头是指伸长出铸件以外不与金属液，起到定位、支撑及排气作用，即在设计时需 要考虑的是如何保证砂芯的准确位置，是否能够承受砂芯自身质量及液态金属等外部的 作用力，芯头按照所处的位置可以分为垂直芯头和水平芯头。而图4.3设计的砂芯皆为 垂直砂芯。图4.3垂直芯头示意图为了在保证满足芯头要求的同时，垂直芯头的长度应尽量小。过长的芯头会增大砂 箱尺寸及增加型、芯砂用量。垂直芯头的长度可根据

7、砂芯的长度、直径或断面平均宽度 及铸型种类来决定。垂直芯头的长度，斜度与间隙见表4.1和表4.2。表4.1垂直芯头的高度(单位：mm)LD 或(A+B)/23031 6010115015130020255120025302530253020 25表4.2垂直芯头的斜度a（单位： ）芯头高度152025上芯头。234下芯头a11.52表4.3垂直芯头与芯座之间的间隙S （单位：mm）铸型种类D (A+B) /25051100151200湿型0.51.01.0干型0.51.51.5根据表4.1、4.2、4.3可以选出芯头的尺寸为：芯头高度3040mm,选择40mm,芯头间隙为1.0mm；下芯头斜度

8、选为1.5。，上芯头斜度选择3。5浇注系统的设计5.1 浇注系统设计要求浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道，通常由浇口杯、直浇道、直浇道窝、 横浇道和内浇道等单元组成。正确的设计浇铸系统使金属液平稳而又合理的充满型腔，对保障铸件质量有很重要 的作用。因此浇注系统的设计应该遵循以下几条原则：(1)引导金属液平稳、连续地充满型腔，避免由于湍流过度强烈而造成夹卷空气、 产生金属氧化物夹杂和冲刷分流塞。(2)充型过程中流动的方向和速度可以控制，保证对钢轨截面的冲刷均匀、砂型轮 廓清晰、完整。(3)在合适的时间内充满型腔，避免形成夹砂、冷隔、皱皮等缺陷。(4)调节铸型内的温度分布，有利于强化铸件补缩

9、、防止铸件变形、裂纹等缺陷。(5)具有挡渣、溢渣能力，净化金属液。(6)浇注系统结构应简单，可靠，减少金属液消耗。5.2 浇注系统类型选择浇注系统的引入位置影响到浇注系统结构类型的确定，同时对液态金属充型方式、 铸型温度分布铸件质量影响很大。浇注系统根据其内浇口的设置位置，可分为顶注式浇 注系统、底注式浇注系统、中间注入式浇注系统和阶梯式浇注系统。对于中小铸件多采用将内浇口开设在铸型的分型面处,可以采用顶注式、底注式和中 间注入式的浇注系统,对于大型铸件可以采用阶梯式浇注系统。顶注式浇注系统的充型能 力强，有利于冒口的补缩，但对铸型底部的冲击较大，金属液在充型过程中容易二次氧 化；底注式浇注系

10、统充型过程平稳，金属液不容易氧化，缺点是不利于顶部冒口的补 缩，金属液的充型能力相对较差；中间注入式浇铸系统同时具有顶注式浇注系统和底注 式浇注系统的优点和缺点；阶梯式浇注系统具有充型能力强、充型平稳、金属液不易氧 化、补缩能力强的优点，但其缺点是结构复杂，消耗的金属液量多。根据本题目铸造工 艺方案的设计，据铸造工艺手册常用合金砂型铸造浇口比及其应用采用完全封闭式浇注 系统。浇铸系统断面比取：ZF直：XF横：ZF内=1.15:1.1:1，为提高生产效率，结合铸件尺 寸考虑，本设计中采用一箱两件。5.3 浇注系统结构将内浇道开设在下砂箱内，由于封闭式浇注系统具有很强的挡渣能力，所以不进行 过滤网

11、的设置。根据铸件的结构和尺寸等因素，将浇注系统结构设计成如图5.1所示。图5.1浇铸系统结构图5.1浇铸系统结构铸件1浇注系统参数计算底座零件的重量为103.73kg。这里首先需要计算阻流截断面积:根据奥赞公式(式1)求得铸件浇注系统最小截面积:g m inG0.313西(5-1)式中：Ag1nhi 最小截面积(cm2);G 流过浇注系统最小横褐面积的铸铁金属液总雇(kg)一浇注时间(s)一流量因子，量纲为；H一平均静压头(cm)。式中各个参数计算如下：金属液总质量G：根据铸件质量和生产类型，选择铸件冒口系统占其质量百分数为 20%, 一个砂箱内共布置2个铸件则：G=Mx(l+20%)=103

12、73x (1+0.2) x2=248.96kg；计算浇注时间t:对于浇铸质量(m)小于450kg,形状简单的铸铁件，其浇注时间可按经验公式计 算：t = S麻(5-2)式中，t 一浇注时间(S);Gl 型内金属重量，包(kg)；S 系数，根据铸件尺寸可查表5.1得S取1.4。表5.1系数S的选择铸件壁厚8/mm18.025系数S1.41.51.8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11.3 本课题的发展现状21.4 本领域存在的问题31.5 本设计的指导思想31.6 本设计拟解决的关键问题32设计方案42.1 造型

13、和制芯方法42.2 铸造方法42.3 浇注位置的确定42.4 分型面的确定53铸造工艺参数的设计73.1 加工余量的确定73.2 起模斜度的确定83.3 铸造收缩率的确定93.4 分型负数103.5 最小铸出孔和槽104砂芯的设计114.1 砂芯的形状114.2 芯头的结构尺寸125浇注系统的设计145.1 浇注系统设计要求145.2 浇注系统类型选择145.3 浇注系统结构155.4 浇注系统参数计算155.5 冒口的计算196铸造工艺装备设计216.1模样及模板21将上述数据代入计算浇注时间：22.1so浇注速度：v j|=m/t(5-3)式中，m一质量(Kg)；t一浇注时间(s)；v 升

14、=m/t=248.96/22.1= 11.3 kg/s；流量因数卬 根据铸型种类和阻力大小，口取0.5；平均静压头HP：Hp=Ho-P2/2C(5-4)式中：Hp为均匀计算压力头；Ho为阻流断面以上的金属压头；C为铸件(型腔)总高度；P为断流面以上(严格地说，是阻流断面重心以上)的型腔高度。由于本次设计采用顶注式所以P=0,故Hp=H。浇口杯高度为120mm,其平均静压头 高度为：500mmo据以上因素带入公式(5-1)可得：Agmin=248.96/ (0.31x22.1x0.5x7) =10.4cm2该浇注系统采用封闭式浇注系统。取Agmin= 10.4cm2,可采用2个内浇道，一个横浇

15、道，各组元截面积之比ZA直：EA横：EA内=1.15:1.1:1,所以可得到横浇道面积为 11.44m2,直浇道面积为11.96cm2。单个内浇道面积为2.6cn?。据铸造工艺手册可知底座直浇道、横浇道、内浇道的尺寸如表5.3所示。表5.3底座浇道尺寸（单位：mm）abcD直浇道50横浇道463830内浇道302614横浇道内浇道直浇道图5.2浇注系统截面图1）浇口杯尺寸设计浇口杯是用来承接来自浇包的金属液体，同时可以减轻金属液对型腔的冲击，避免 金属液的飞溅与溢出，还能够分离渣滓和气泡，阻止其进入型腔。常用的浇口杯类型包 含漏斗形、盆型、池槽型三种。本次设计的浇口杯采用普通漏斗形浇口杯，其具

16、体参数如图5.2所示，已知直浇道下 端直径为48mm,查铸造工艺手册可得Dl=120mm, D2=96mm, h= 120mm,铁液容量为D1图5.3浇口杯5.5冒口的计算冒口是指为避免铸件出现缺陷而附加在铸件上方或侧面的补充部分。功能在铸型 中，冒口的型腔是存贮液态金属的空腔，在铸件形成时补给金属，有防止缩孔、缩松、 排气和集渣的作用，而冒口的主要作用是补缩。冒口的设计功能不同的冒口，其形式、 大小和开设位置均不相同。对于凝固过程中体积收缩不大的合金（如灰铸铁），或不产生集中缩孔的合金（如锡青 铜），冒口的作用主要是排放型腔中的气体和收集液流前沿混有夹杂物或氧化膜的金属 液，以减少铸件上的缺

17、陷。依位置分顶冒口顶百口I依顶部覆盖分黑案通用冒口(传统M大气压力冒口依加压方式分4压缩空气冒口 i发气压力冒口保温胃口 特种冒口依加热方式分卜案;I电孤加热冒、煤气加热冒易割曾口 直接实用胃口(浇注系统当冒口)I铸铁件的实用冒口(均衡凝固)控制压力胃口I皆口无外镭图5.5冒口种类本铸件材料为灰铸铁，所以选用实用冒口。(5-5)M=V/A式中：M：模数(cm)；V：铸件体积(cm3)；A：铸件散热表面积(cm2)M=V/A=1226.692/5017.48=0.244cm 0.48cm。所以可以直接选用浇注系统当冒口。6铸造工艺装备设计6.1 模样及模板模样用来形成铸型的型腔、芯头座等结构，直

18、接影响铸件的形状、尺寸精度和表面 粗糙度。所以必须重视对模样的设计，对模样要求应具有足够的强度、刚度、尺寸精度 和表面粗糙度，同时模样应满足制造简单、使用方便、成本低廉等要求。模样的材质有 多种。木模样适用于单件、小批量或成批生产的模样，特点是重量轻、易加工，但强度 低、尺寸精度低；铸铁模样适用于大中型且大量生产的 模样，其特点是加工后强度及硬 度高、耐用且价廉；塑料模样适用于成批及大量生产铸件，特别适合于形状复杂难以加 工的模样，特点是重量轻、制造工艺简单，但较脆且不能受热。模样在分型面处分为上模和下模。模样之间的连接要牢靠，模样在模板上的定位必 须准确，以免造成分型面处的错型。模样图6.1

19、砂型制造流程考虑到铸件的技术要求（上下型错模不得大于1mm）和树脂砂工艺的特点（连续放 砂的要求），采用型板，上型板及上砂型的三维图如图6.1所示，下模板及下砂型如图6.2 所示。型板尺寸：长1200mm,宽为800mm,型板上设计定位孔，安装定位销。本铸件属于用手工造型的方法进生产，所以本铸件选择金属模制作模样，如图6.2 所示。图6.2模板6.2 芯盒芯盒是制芯工艺必要的工艺装备，芯盒设计与制造直接关系到铸件质量，对提高生 产率、降低成本、减轻工人劳动强度非常重要。且遵循以下原则：(1)在设计芯盒结构时需要根据生产的批量进行相配；(2)制作出的芯盒必须具有一定的强度、刚度和耐磨性等方面优点

20、，从而保证设计 出的芯盒具有一定的使用寿命；(3)芯盒的类型选择和尺寸要求要根据设计的砂芯形状和尺寸进行合理设计；(4)在确保砂芯设计合理的情况下，可以通过减小芯盒尺寸等因素来降低芯盒重量，从而减轻能耗和劳动强度；（5）设计的芯盒需要方便操作，在其制作过程尽量可以简单，降低生产成本;本铸件用黏土砂造型造芯，采用热芯盒制芯，芯盒结构如下图6.3所示：A-A图6.3芯盒砂箱的设计砂箱的设计内容有：选择类型和材质，确定砂箱尺寸，结构设计，定位及紧固等。 根据铸件的大小、吃砂量、以及压头和造型机的选择确定砂箱的内部尺寸，确定具体尺 寸。本铸件采用整铸式砂箱，选择HT200为砂箱材料，砂箱造型为手工造型

21、用砂箱。根据砂箱内框尺寸选择箱壁壁厚为t=30mm。砂箱四角容易损坏，设计砂箱时应给出 合理的转角尺寸，砂箱过渡圆角R=20 mm。除砂箱本体外，还需要设计箱带、排气孔和 吊运装置等。为了浇注时排出铸型内的气体，要在砂箱壁上开设排气孔。图6.4铸型装配图7结论本次对底座的铸造工艺课程设计中，我去图书馆借阅了许多相关书籍，仔细研究所 做课题的设计过程和注意事项。通过一段时间的学习我对自己的课题更加了解，在软件 制图上的应用方面也有了很大提升，在设计底座时遇到的不懂的问题及时的查询相关的 案例和询问使我在单独设计和解决问题上的到了很大的提升并且能够自主独立的解决问 题。我选用砂型铸造是因为此铸件结

22、构简单生产数量多且精度要求不高，属于小型零 件。分型面的选择非常合适，选在零件的大平面上，易分型，浇注更充分。从浇注系统 上分析，采用顶注入完全封闭式浇注系统，其具有阻渣性能好，不易吸气，内浇道易清 理，金属消耗少，不易氧化，金属浇注平稳且不喷射等优点。致谢感谢朱永长老师在设计过程中给予的指导以及在设计过程中所给予帮助的同学，通 过这次的设计对课程设计有了更近一步的了解，能够对一些设计中出现的问题自行独立 解决。6.2 芯盒226.3 砂箱的设计237结论25致谢26参考文献27参考文献1砂型铸造工艺设计及工装设计M.北京:北京出版社.1980年8月.石德全.造型材料M.北京：北京大学出版社.

23、2009年9月第一版：184-222.3陆文华，李隆盛，黄良余.铸造合金及熔炼M.北京:机械工业出版社.2012年8月第一版：262- 278.4李新亚主编；中国机械工程学会铸造分会组编.铸造手册，第5卷，铸造工艺M.北京：机械工业 出版社,2011.5.5刘文川，向敬成.大型铸件有效浇注时间的计算J.大型铸锻件.2000年第4期（总第90期）6杜西灵，杜磊编著.铸造实用技术问答M.机械工业出版社,2007年05月第1版.7咸阳机器制造学校.中等专业学校试用教材铸造工艺学（上册）.机械工业出版社，1979年08月第1版.8诸葛胜.福士科铸造材料（中国）有限公司.铸铁冒口设计手册.9王树成.压边

24、浇冒口对铸件质量的影响J.现代铸铁,2002年第46卷第2期:46.47页.10王文清，李魁盛.铸造工艺学.北京：机械工业出版社,20041.1 本设计的目的、意义本设计的目的了解和掌握铸件的生产与设计过程；根据铸造零件结构、材质、批量、生产条件等 因素，确定铸造工艺方案及工艺参数、绘制铸造工艺图、工艺卡等技术文件，最终用于 指导铸件生产操作川。1.1.1 本设计的意义对于铸造在生产中，铸造工艺设计中各部分的设计有着各种各样的原则和要求。通 过本次课程设计来设计铸造出合格的底座，且铸件的外观尺寸符合要求，没有内部组 织、力学性能和残余应力等缺陷，符合实际生产的需要。并全面的了解和掌握铸造工艺

25、设计的过程和一般方法。1.2 本设计的技术要求(1)灰铸铁符合标准GB/T1348-2009,必须保证机械性能；(2)凡有加工符号的表面留有加工余量；(3)铸件不得有砂眼、气孔、裂纹等缺陷；(4)未注铸造圆角为R3-R5；(5)铸造公差等级为CT12级；(6)去毛刺，锐边锐角倒钝。A-AS S z200280352432图1.1底座零件图1.3 本课题的发展现状铸造技术目前已经有着较为成熟的生产工艺，能够进行大中型、小型的各类复杂件 的大量生产和单件生产，且能满足各类生产生活的需求。铸造成型工艺种类繁多有金属 型铸造、陶瓷铸造、压力铸造、离心铸造、消失模铸造、砂型铸造等，而本次设计所使 用的砂

26、型铸造是应用最为普遍的铸造方法且已经有着较为成熟的生产工艺技术能够满足 本次设计的需求。1.4 本领域存在的问题砂型铸造在生产中有着其独到的优点但同样的也存在着众多的问题，例如对浇铸温 度的控制问题，浇铸温度过高会出现粘砂的问题，温度过低又存在浇不足的风险。除此 之外还存在着砂芯的放置问题，这影响着铸件尺寸的精确性。以上所提及仅是铸件领域 中存在的部分问题除此还存在众多的问题有待实践解决。1.5 本设计的指导思想本设计主要以最少的工艺实现最快、最合理的生产工艺最为生产要旨，且安全环 保，把生产成本，产品质量，生产速度作为生产中的重要准则。1.6 本设计拟解决的关键问题(1)铸件的分型面的选取问

27、题；(2)冒口的设计问题；(3)浇铸温度的确定。2设计方案2.1 造型和制芯方法本铸件采用手工造型，手工造型和制芯所使用的工艺装备简单,灵活多样,适应性强. 所以对单件、小批或成批生产，特别对重大型铸件和复杂形状铸件有着广泛的用途。机 器造型和制芯的生产率高，劳动强度低，铸件质量比较稳定。但是，它需要庞大的机器 设备,而且投资大。所以本铸件采用手工造型。2.2 铸造方法本铸件采用湿型砂进行铸造。型砂和芯砂均采用黏土砂制作。湿型砂的采用是因为 湿型砂不需要烘干、不经固化而且具有一定的湿强度；虽然强度低但退让性好，便于落 砂，而且湿型砂造型效率高。2.3 浇注位置的确定铸件的浇铸位置是指浇铸时铸件

28、在铸型内所处的位置和状态。它关系到铸件的冶金 质量、铸件的尺寸精度及造型工艺的难易程度，因此在确定工艺方案时需要选择合适的 浇铸位置。因此浇铸位置的确定应该遵从以下几个原则：(1)铸件的重要部位或主要的加工面、耐磨面、受力面等应位于下部或呈直立状o(2)铸件的大平面应朝下。(3)保证铸件的充型能力。(4)要有利于铸件的补缩。(5)避免使用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯。(6)尽量保证合箱的位置、浇铸位置和铸件冷却位置一致。ab图2.1浇铸位置如图2.1所示有四种浇铸位置的放置方案。方案a存在排气性差、去渣能力弱、而且 无法保证其表面质量的问题。方案c在使用时需要放置吊砂，但放置难度较大，不易操 作。所

29、以综合以上判据选用方案b的浇注位置。2.4分型面的确定分型面是两半铸型相互接触的表面。通常在确定好浇铸位置后再选择分型面，一个 好的铸造工艺方案需要合理的结合浇铸位置再选择分型面，才能做到简化生产并易于保 证铸件质量。以下是分型面的选取原则：1）尽可能的使铸件全部或大部分处于同一半型中。2）分型面的数目尽可能的少。3）尽量选用平面作为分型面。4）避免砂箱过高。5）便于下芯6）注意减轻铸件清理和机械加工量。通过以上原则分型面的选取方案有以下几种:ab图2.2分型面设置方案据图2.2可知分型面的选取有两种方案。方案a的分型面选取有利于冲型，且便于砂 芯的放置，铸件也全部在同一半型内。方案b不利于砂芯的放置且分型面放置于两个砂 型不是最好的选择。综上考虑选择方案a作为分型面的选取方案。