鑄造工藝課程設(shè)計(jì)球墨鑄鐵連桿鑄造工藝設(shè)計(jì)

1、攀枝花學(xué)院panzhihua university鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 設(shè)計(jì)題目：球墨鑄鐵連桿鑄造工藝設(shè)計(jì) 姓名：xxxxx 院系：材料工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)：材料成型及控制工程 學(xué)號(hào)：xxxxxxx 指導(dǎo)老師：xxx 時(shí)間：xxxxx摘 要首先，根據(jù)提供的零件圖獲取零件的技術(shù)要求、材料組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生產(chǎn)條件、生產(chǎn)批量及性能要求。然后，對(duì)零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性進(jìn)行分析，找出可能存在的結(jié)構(gòu)問(wèn)題提出改進(jìn)措施或者預(yù)防缺陷的措施：根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)條件選擇鑄造和造型方法。由零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)提出多種澆注和分型方案，綜合對(duì)比分析，選擇最為理想的澆注位置及分型面。再次根據(jù)鑄造工藝方案和零件

2、的特點(diǎn)，選用適宜的工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)鑄件的澆注系統(tǒng)并繪制鑄造工藝圖。關(guān)鍵詞：球墨鑄鐵，鑄造工藝，澆注系統(tǒng)，工藝參數(shù)目 錄摘 要第1章 緒論1 1.1課程設(shè)計(jì)的意義1 1.2設(shè)計(jì)題目的提出1第2章 材料的確定3第3章 結(jié)構(gòu)工藝分析 4第4章 工藝方案的設(shè)計(jì)5 4.1鑄型種類(lèi)及方法確定5 4.2型芯結(jié)構(gòu)及制造5 4.3分型面的篩選6 4.4鑄造位置及澆注口的確定6第5章 鑄件工藝參數(shù)確定7 5.1加工余量7 5.2起模斜度及圓角確定8 5.3收縮量選擇8 5.4型芯及型芯頭選擇8第6章 澆注系統(tǒng)的擬定10 6.1系統(tǒng)作用與結(jié)構(gòu)分析10 6.2橫澆道及其結(jié)構(gòu)10 6.3各組元截面尺寸確定10 6.4 系

3、統(tǒng)引注位置的選用12 6.5冒口及尺寸確定12附錄14總結(jié)16致謝17參考文獻(xiàn)20第1章 緒 論 球墨鑄鐵是指用球化劑和孕育劑處理鐵液后，石墨呈球狀的鑄鐵。1.1球墨鑄鐵的發(fā)展歷史 在河南鞏縣鐵生溝西漢中、晚期的冶鐵遺址中出土的鐵鎬，經(jīng)過(guò)金相檢驗(yàn)，具有放射狀的球狀石墨，球化率相當(dāng)于現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)的一級(jí)水平。而現(xiàn)在的球墨鑄鐵則是遲到至1947年才在國(guó)外研制成功。我國(guó)古代的鑄鐵，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期里含硅量都偏低，也就是說(shuō)，在約2000年前的西漢時(shí)期，我國(guó)球狀石墨，就已由低硅的生鐵鑄件柔化退火的方法得到。這是我國(guó)古代鑄鐵技術(shù)的重大成就，這也是世界冶金史上的奇跡。國(guó)際冶金行業(yè)過(guò)去一直認(rèn)為球墨鑄鐵是英國(guó)人于194

4、7年發(fā)明的。西方某學(xué)者甚至聲稱(chēng)，沒(méi)有現(xiàn)代科技手段，生產(chǎn)球墨鑄鐵是不可想象的。1981年，我國(guó)球鐵專(zhuān)家采用現(xiàn)代科學(xué)手段，對(duì)出土的513件古漢魏鐵器進(jìn)行研究，通過(guò)大量數(shù)據(jù)斷定漢代我國(guó)就出現(xiàn)了球狀石墨鑄鐵。有論文在第18屆世界科技史大會(huì)上宣讀，轟動(dòng)了國(guó)際鑄造界。國(guó)際冶金專(zhuān)家于1987年對(duì)此進(jìn)行驗(yàn)證后認(rèn)為:古代中國(guó)已經(jīng)摸索到用鑄鐵柔化制造球墨鑄鐵的規(guī)律，這對(duì)世界冶金史重新分期劃代具有重要意義。球墨鑄鐵作為新型工程材料的發(fā)展速度是令人驚異的。1949年世界球墨鑄鐵只有5萬(wàn)噸，1960年為53.5萬(wàn)噸，1970年增長(zhǎng)到500萬(wàn)噸，1980為760萬(wàn)噸。1990年達(dá)到900萬(wàn)噸。2000年達(dá)到1500萬(wàn)噸。

5、球墨鑄鐵是生產(chǎn)發(fā)展在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家特別快。世界球墨鑄鐵產(chǎn)量的75%是有美國(guó)、日本、意大利、英國(guó)、法國(guó)六國(guó)生產(chǎn)的。我國(guó)球墨鑄鐵生產(chǎn)起步很早。1950年就研制成功并投入生產(chǎn)，至今我國(guó)球墨鑄鐵達(dá)230萬(wàn)噸，位于美國(guó)、日本之后，位于世界第三位。適合我國(guó)國(guó)情的稀土煤球劃劑的研制成功，鑄態(tài)球墨鑄鐵以及奧氏體貝氏體球墨鑄鐵等各個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)技術(shù)和研究工作均達(dá)到了很高的技術(shù)水平。1.2球墨鑄鐵的力學(xué)性能在強(qiáng)度和屬性方面均具有優(yōu)越性 （1）與灰鑄鐵相比，灰鑄鐵的力學(xué)性能僅以抗拉強(qiáng)度作為性能指標(biāo);并且，其最高牌號(hào)的抗拉強(qiáng)度只有300mpa：而球墨鑄鐵的最低抗拉強(qiáng)度是400mpa，并且還有10%以上的斷后延伸率。 （2

6、）與可鍛鑄鐵相比，無(wú)論是黑心可鍛鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵還是白心可鍛鑄鐵，雖然他們具有屬性指標(biāo)，但他們的綜合力學(xué)性能不如球墨鑄鐵，并且他們只限于生產(chǎn)壁厚在10mm以下，重量不得超過(guò)幾十公斤的鑄件。 （3）與鑄鋼和結(jié)構(gòu)鋼相比，雖然他們的斷后伸長(zhǎng)率和沖擊韌度很高（這是球墨鑄鐵所不及的），但他們的屈服點(diǎn)卻比球墨鑄鐵的要低，由此表明，材料利用率要比球鐵低。 第2章 材料的確定 該課程設(shè)計(jì)要求使用球墨鑄鐵為材料大批量流水線生產(chǎn)汽車(chē)連桿。第3章 結(jié)構(gòu)工藝分析連桿由連桿體和連桿蓋組成。鑄件如圖樣3.1。連桿蓋小孔內(nèi)直徑65mm，外直徑100mm。連桿蓋大孔內(nèi)直徑90mm，外直徑140mm。連桿體長(zhǎng)120mm。連

7、桿壁厚16mm。孔和壁均能直接鑄造出來(lái)。連桿在工作中受交變的拉力、壓應(yīng)力，又受彎曲應(yīng)力。連桿的損壞形勢(shì)是疲勞斷裂和過(guò)量變形。而球墨鑄鐵符合以上性能要求。 圖3.1 三維形狀及零件圖第4章 工藝方案的設(shè)計(jì)4.1鑄型方法的確定在鑄造生產(chǎn)中，砂型鑄造應(yīng)用最為廣泛。砂型鑄造生產(chǎn)率高、成本低、靈活性大、技術(shù)相對(duì)成熟，世界上用砂型鑄造生產(chǎn)的鑄件，占鑄件總產(chǎn)量的80%以上。在砂型鑄造中，造型和制芯是最基本的關(guān)鍵工藝。造型和制芯選擇是否合理至關(guān)重要。因課程設(shè)計(jì)產(chǎn)量要求為：大批量流水線生產(chǎn)。再綜合其他因素，覺(jué)得本次設(shè)計(jì)采用合成樹(shù)脂砂，配合高壓、擠壓、沖擊、靜壓等高密度造型工藝，為大量薄壁、光潔、加工余量小的鑄件

8、創(chuàng)造了條件。4.2分型面的篩選分型面選擇時(shí)，應(yīng)在保證鑄件質(zhì)量的前提下，盡量簡(jiǎn)化工藝過(guò)程，由于連桿為對(duì)稱(chēng)分布的零件，分型面選擇少，有以下兩種：a方案：如圖4.1選a-a作為分型面。符合選平面作為分型面的原則，但不利于拔模。 圖4.1 分型面a-ab方案：如圖4.2 連桿在此處分型，符合盡量把鑄件放在一個(gè)砂箱內(nèi)的原則。且分型面在最大投影面。在保證鑄件的質(zhì)量和降低成本的前提下，選用b方案。圖4.2 分型面b-b4.3型芯結(jié)構(gòu)及制造連桿零件有兩圓柱形孔洞，故型芯應(yīng)為兩圓柱體，其直徑應(yīng)小于45和32.5mm，又型芯比較簡(jiǎn)單，故采用整體式芯盒制芯的造芯的造芯方法。4.4鑄造位置及澆注口的確定根據(jù)重要表面向

9、下放或側(cè)放原則，將連桿的重要表面放在下面，由于該構(gòu)件有多個(gè)面，因此將其中較大的面朝下放，上面通過(guò)放加工余量來(lái)保證鑄件質(zhì)量。也需考慮盡量少使用砂芯。澆注口選擇應(yīng)符合鑄件凝固方式及特點(diǎn)，保證鑄型填充及鑄件質(zhì)量，盡量選取有利澆注位置，分析此結(jié)構(gòu)及造型位置，選用連桿右端分型面為澆注口如圖4.3。從而避免直澆對(duì)鑄件造成沖擊，鑄件也容易澆滿(mǎn)等。圖4.3 澆注位置的選擇 第5章 鑄件工藝參數(shù)確定5.1加工余量根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)尺寸及造型方法，鑄造材料等因素綜合考慮，查找（gb/t6414-1999,gb/t6416-1999）表5.1球墨鑄鐵造型材料為濕砂型，鑄件尺寸公差等級(jí)與配套加工余量等級(jí)（ct/ma）為（1

10、08）/g，ct選定為9/g;再由gb/t6416-1999可以查得相應(yīng)的加工余量數(shù)值為2.8mm；據(jù)gb/t6414-1999可得公差等級(jí)ct為9時(shí)，因?yàn)榛境叽?40mm、100mm均為壁厚，所以它們尺寸公差等級(jí)粗一級(jí)公差，即為10/h.基本尺寸在40-63mm之間時(shí)，公差數(shù)值為2mm;基本尺寸在65-100mm之間時(shí)，公差數(shù)值為3.2mm；基本尺寸在100-160mm之間時(shí)，公差數(shù)值為3.6mm。由鑄件基本尺寸46mm,100mm，140mm知 ，滑動(dòng)軸承座鑄件的尺寸公差為：46+1，100+1.6，140+1.8。 表5.1 鑄件尺寸公差等級(jí)與配套用加工余量等級(jí)（gb/t6414-19

11、99）造型材料單件、小批量生產(chǎn)鑄件公差等級(jí)與配套加工余量等級(jí)（ct/ma）鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵銅合金輕金屬合金干、濕砂型（1513）/j（1513）/h（1513）/h（1513）/h（1513/h（1513）/h自硬砂（1412）/j (1311)/h (1311)/h(1210)/h(1210)/h (1210)/h鑄造工藝方法成批大量生產(chǎn)鑄鐵件尺寸公差等級(jí)與配套加工余量等級(jí)（ct/ma）鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵銅合金鋅合金輕合金砂型手工造型（1311）/j（1311）/h（1311）/h(1311)/h(1210)/h-(119)/h砂型機(jī)器造型(108)/h(108)/g(10

12、8)/g(108)/g(108)/g-(97)/g 造型材料單件、小批量生產(chǎn)鑄件公差等級(jí)與配套加工余量等級(jí)（ct/ma）鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵銅合金輕金屬合金薄壁殼型（108）/h(108)/g(108)/g(108)/g-(97)/g金屬鑄型-(97)/f(97)/f(97)/e(86)/f低壓鑄型-(97)/f(970/f(97)/f(86)/f壓力鑄型-(86)/d、(64)/d(75)/d熔模鑄型(75)/e(75)/e-(64)/e(64)/e注：公差等級(jí)適于尺寸25mm鑄件，鑄件可提高公差3等級(jí)，1016mm，鑄件可提高公差2等級(jí)，1625mm鑄件則可提高公差一級(jí)。 表5.2

13、要求的鑄件機(jī)械加工余量（gb/t6414-1999）1最大尺寸要求的機(jī)械加工余量等級(jí)大于至abcdefg400.10.10.20.30.40.50.540630.10.20.30.30.40.50.7631000.20.30.40.50.711.41001600.30.40.50.81.11.52.21602500.30.50.711.422.82504000.30.70.91.31.42.53.55.2起模斜度連桿的測(cè)量面高度為46mm，查找鑄造工程師手冊(cè)，由表知，選寬度1.6mm，斜度在1.5。5.3收縮量選擇由鑄造材料鐵素體球墨鑄鐵可知，其收縮量在0.8%-1.0%之間，綜合其他因素，取

14、收縮量選為1.0%。5.4型芯及型芯頭選擇 連桿內(nèi)孔為圓柱形孔，由分型方式可知，采用垂直型芯，有利于穩(wěn)固定位，排氣和落砂，由基本尺寸知，型芯長(zhǎng)度為46mm，由表查得下型芯高度h值為2530mm，確定為25mm；因此件為大批量流水線生產(chǎn)，決定采用上下芯高度相同原則。定上型芯值為25mm，芯頭間隙為0.5-1mm,定為1.0mm；查表知，下芯頭斜度定為4，上芯頭斜度選擇8. 表5.3 垂直和水平芯頭的尺寸參考數(shù)值 mm型芯長(zhǎng)度當(dāng)心頭直徑d或邊長(zhǎng)為下列數(shù)值時(shí)的下芯頭高度h下值3031606110010115015130030150050170070110001001200030151520-3150

15、202520252025-511002530253025302025202530404060-101150303530353035253025304060406050705070151300354535403545304030354060507050706080301500-406040603555354540605070507080100501700-6080608045654565507060806080801007011000-7090709060806080801008010010012000-100120100120801008010080120第6章 澆注系統(tǒng)的擬定6.1系統(tǒng)作用與

16、結(jié)構(gòu)分析 系統(tǒng)澆注是指砂型中引導(dǎo)金屬液流入型腔的通道，一般由澆口杯、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道等組成。澆口杯承接金屬液，并經(jīng)直澆道流入橫澆道，再分配給各內(nèi)澆道流入型腔，因此各交道形狀及截面大小均影響鑄件質(zhì)量。6.2橫澆道及其結(jié)構(gòu) 橫澆道除將金屬液分配給個(gè)各內(nèi)澆道外，最主要的作用是擋渣，課阻止水平流動(dòng)中的熔渣進(jìn)入型腔。通常為加強(qiáng)其擋渣作用，常采用鋸齒形橫澆道，穩(wěn)流式橫澆道或帶濾網(wǎng)的橫澆道。6.3各組元截面尺寸確定 查鑄造工程師手冊(cè)，有常用球墨鑄鐵澆注系統(tǒng)尺寸表6.12鑄件質(zhì)量gc/kg內(nèi)澆道橫澆道直澆道數(shù)目單個(gè)橫截面積/cm2總截面面積/cm2截面面積/cm2直徑/mm截面面積/cm251031.0

17、3.03.62.34.221.53.011.93.0綜合其他因素選各組元截面面積分別為：1.9cm2、3.6cm2、4.2cm2、 1、內(nèi)澆道橫截面選擇扁平梯形如圖6.1，其特點(diǎn)是扁平梯形內(nèi)澆道高度低，熔渣不易進(jìn)入，廣泛用于鑄鐵件生產(chǎn)。根據(jù)內(nèi)澆道橫截面積s內(nèi)=1.9cm2，查表6.1“球墨鑄鐵件澆注系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)值”a=28mm，b=26mm，c=9mm，內(nèi)澆道橫截面積如下圖所示 2、橫澆道的界面形狀選擇梯形如圖6.2，因?yàn)樘菪螜M澆道當(dāng)渣能力強(qiáng)、開(kāi)設(shè)容易，應(yīng)用廣。由s橫=3.6c，表6.1“球墨鑄鐵件澆注系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)值”得：a=19mm，b=14mm，c=12mm。所以橫澆道橫截面積如下圖所示： 3、直

18、澆道。直澆道橫截面積通常采用圓形如圖6.3，由s直=4.2 cm2，查表6.1“灰鑄鐵件澆注系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)值”d=23mm。所以該軸承座的直澆道的橫截面積如下圖所示：圖6.1 內(nèi)澆道橫截面積圖 圖6.2 橫澆道橫截面積圖 圖6.3 直澆道表6.2 常用球墨鑄鐵澆注系統(tǒng)各組元截面尺寸內(nèi)澆道尺寸/mm（s內(nèi)/mm2 )橫澆道尺寸/mm（s橫/mm2 直澆道尺寸/mm（s直/ mm2 )abcag/cm2abcaru/ cm2das/cm2181661.01812203.0203.1232171.51914223.6234.2252381.922315254.8275.7282692.42418265.4

19、296.33028102.93022328.4359.83835113.834234011.44113.3澆注時(shí)間t的計(jì)算如下：g型內(nèi)金屬液的總質(zhì)（重量）（kg）s1系數(shù)，取決于鑄件壁厚，由表查出。6.4 系統(tǒng)引注位置的選用 內(nèi)澆口常設(shè)在鑄件中部某一高度的分型面上，且內(nèi)澆道開(kāi)在橫澆道尾端15-40mm處，可將金屬液從合適的地方引入型腔，這種澆注方法應(yīng)用普遍，適用于各種壁厚均勻、高度不大的中、小型鑄件。故滑動(dòng)軸承座應(yīng)選擇中注式澆口。6.5冒口及尺寸確定 一般小型、壁厚均勻的鑄件可不設(shè)冒口，故在此省略。 綜上所述：將內(nèi)澆道開(kāi)設(shè)在下型的分界面上，并將金屬液澆口杯處注入，將橫澆道開(kāi)設(shè)在上型分型面上，起

20、集渣排氣作用；在上型開(kāi)設(shè)直澆道，以形成必要的靜壓力，在上型頂面開(kāi)設(shè)澆口杯，以便于澆注 。鑄造工藝圖如圖6.4。圖6.4 連桿鑄造工藝圖附 錄 鑄造工藝卡擬定鑄件名稱(chēng)材料牌號(hào)生產(chǎn)類(lèi)型毛坯質(zhì)量最小壁厚鑄件圖連桿qt400-15大批量流水線生產(chǎn)6.4716mm 造型造型方法砂箱鑄造、兩箱造型.一箱多件砂箱內(nèi)部尺寸/mm規(guī)格長(zhǎng)寬高緊固方法上箱100050080壓鐵緊固420kg下箱100050080砂型烘干烘干溫度烘干時(shí)間h方法3005烘干爐澆冒口尺寸mm澆道數(shù)量截面積橫澆道1個(gè)1.9 cm2內(nèi)澆道1個(gè)3.6 cm2直澆道1個(gè)4.2 cm2澆注工藝規(guī)格出爐溫度/澆注溫度/澆注速度/sec冷卻時(shí)間/h1

21、30013001350355510熱處理工藝 一箱四件澆注系統(tǒng)俯視示意圖 澆注系統(tǒng)主視示意圖總 結(jié) 通過(guò)課程設(shè)計(jì)鞏固和加深了我們對(duì)鑄造工藝課及其它有關(guān)基礎(chǔ)課和技術(shù)基礎(chǔ)課的知識(shí)；握鑄造工藝及工藝工裝的設(shè)計(jì)方法，鍛煉運(yùn)用鑄造工藝手冊(cè)及其它技術(shù)資料的基本技能；使我們進(jìn)一步提高圖紙、文字表達(dá)能力；為今后工作打下基礎(chǔ)。 本文為鑄造工藝課程設(shè)計(jì)的課題設(shè)計(jì)報(bào)告，設(shè)計(jì)課題為滑動(dòng)軸承座的鑄造工藝設(shè)計(jì)。報(bào)告從連桿零件圖開(kāi)始分析，逐步確定鑄造工藝方案，至模樣模板以及芯盒的設(shè)計(jì)，其過(guò)程和數(shù)據(jù)均已一一給出。在此次課程設(shè)計(jì)中，團(tuán)隊(duì)發(fā)揮了較大的作用。在課程設(shè)計(jì)的初期，由于我們都對(duì)鑄造工藝有相應(yīng)的不了解，故大家都去查找了相關(guān)資料。在課題設(shè)計(jì)過(guò)程中，鑄造工藝圖無(wú)疑是很重要的，其標(biāo)示出了分型面、機(jī)械加工余量、砂