軸承座鑄造工藝設(shè)計技術(shù)

1、河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計設(shè)計題目：軸承座鑄造工藝設(shè)計系 部 材料工程系 專 業(yè) 材料成型與控制技術(shù) 班 級 材料111 學(xué)生姓名 劉歡 學(xué) 號 111308103 指導(dǎo)教師 鄧想 xxxx年 月 日軸承座鑄造工藝設(shè)計摘 要：本軸承座為一小型鑄件，鑄件材質(zhì)為ZG230-450，結(jié)構(gòu)簡單，無復(fù)雜的型腔和阻礙起模的凸起。鑄件的外形尺寸為350mm350mm175mm，主要壁厚為30mm，壁厚基本均勻。軸承座采用ZG230-450是一種鑄造碳鋼，是新牌號表示方法(GB11352-89)，原牌號叫ZG25。從軸承座的整體結(jié)構(gòu)特點出發(fā)，進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計分析，確定鑄造方案，并進(jìn)行鑄造工藝參數(shù)和砂芯的設(shè)計

2、，在此基礎(chǔ)上再根據(jù)鑄件的材質(zhì)重量和澆注系統(tǒng)性能設(shè)計補(bǔ)縮系統(tǒng)。采用水玻璃砂手工造型、制芯、木摸樣和開放式澆注系統(tǒng)，設(shè)計時應(yīng)綜合考慮各方面因素，澆注系統(tǒng)不是簡單地金屬液流動通道，用solidworks三維造型后，采用華鑄CAE軟件對設(shè)計方案進(jìn)行澆注、凝固模擬計算。結(jié)果顯示，澆注系統(tǒng)設(shè)計合理，縮松縮孔缺陷留在了冒口區(qū)。關(guān)鍵詞：軸承座，工藝設(shè)計，華鑄CAEBEARING CASTING PROCESS DESIGNABSTRACT: The bearing as a small-sized castings, casting material of ZG230-450, simple structur

3、e, no complex cavity and obstacles to draw. The appearance of the casting size is 350 mm 350 mm 350 mm, the main wall thickness of 30 mm, basic uniform wall thickness. Bearing the ZG230-450 is a kind of casting steel, is a new brand representation (GB11352-89), the original brand name is ZG25. From

4、the overall structure of the bearing characteristics, analysis of casting process design, determine the casting solution, and casting process parameters and the design of sand core, on this basis, according to the material weight of the casting and pouring system performance design of the feeding sy

5、stem. Used sodium silicate sand handmade molding and core making, wood touch kind and open gating system, the design should be considered when the factors, the gating system is not simply the metal liquid flow channel, with solidworks 3 d modelling, the China foundry CAE software is adopted to desig

6、n plans for pouring and solidification simulation. Results show that the pouring system design is reasonable, the shrinkage porosity defect on the KouOu.KEY WORDS: Bearing seat，Process design，China Casting CAE目 錄1 緒論11.1國外鑄造技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r11.2我國鑄造技術(shù)的現(xiàn)狀21.3鑄造工藝設(shè)計的基本知識21.4鑄造工藝設(shè)計的重要性22 鑄造方案的確定32.1零件的材質(zhì)分析32.2軸承座

7、工藝設(shè)計的內(nèi)容和要求32.3軸承座結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性分析52.4造型造芯方法的選擇52.5澆注位置的選擇62.6軸承座分型面的選擇72.7砂箱中鑄件數(shù)目的確定83 鑄造工藝參數(shù)的確定9 3.1鑄件最小鑄出壁厚93.2最小鑄出的孔和槽93.3鑄件的尺寸公差93.4機(jī)械加工余量103.5鑄造收縮率103.6起模斜度103.7澆注溫度和冷卻時間114 砂芯設(shè)計124.1砂芯的基本知識124.2砂芯數(shù)目的選擇124.3芯頭設(shè)計124.4芯頭尺寸的確定124.5砂芯的定位結(jié)構(gòu)134.6芯骨134.7芯撐134.8砂芯的排氣135 澆注系統(tǒng)及冒口、冷鐵、出氣孔的設(shè)計145.1澆注系統(tǒng)的組成及其應(yīng)用145.2

8、澆注系統(tǒng)的類型和應(yīng)用范圍155.3澆注時間的計算165.4確定直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道的橫截面積185.5冒口的設(shè)計206 軸承座澆注、凝固過程模擬分析216.1華鑄CAE簡介216.2華鑄CAE模擬分析的步驟216.3華鑄CAE模擬軸承座澆注、凝固過程分析報告217 鑄造工藝裝備設(shè)計258 鑄造工藝圖269 結(jié)論2710致謝28參考文獻(xiàn)29附圖1 緒論鑄造是獲得機(jī)械產(chǎn)品毛坯的主要方法之一，是機(jī)械工業(yè)重要的基礎(chǔ)工藝，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的位置。鑄造成型是制造復(fù)雜零件的最靈活的方法，先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用給制造工業(yè)到來了新的活力，為數(shù)眾多的軟件問世和計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展使得為生產(chǎn)在幾何形狀、尺寸、使用

9、性能等當(dāng)面都符合要求的鑄件提出確切可靠的信息成為可能。鑄造廠在其用戶進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)階段就能成為后者在CAD層次上一個有力的伙伴，與此同時，鑄造廠也遇到了來自鑄造行業(yè)內(nèi)部和外部的巨大挑戰(zhàn)。或許可以說，各國鑄造廠都把下述四項目標(biāo)作為自己的主要任務(wù)： （1）提高鑄件質(zhì)量和可靠性，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄件； （2）加強(qiáng)環(huán)保，實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展； （3）降低生產(chǎn)成本； （4）縮短交貨日期。不言而喻，其中的第一項是最重要的，如果不能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鑄件，其他目標(biāo)就無從談起。1.1國外鑄造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 1）信息技術(shù)在鑄造生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用由計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能所構(gòu)成的信息技術(shù)近年來在鑄造生產(chǎn)中得到更為廣泛的

10、應(yīng)用，這正在改變著鑄造生產(chǎn)的面貌，可以說現(xiàn)代鑄造技術(shù)的主要特征就是將傳統(tǒng)的鑄造工藝與信息技術(shù)融為一體。快速原型技術(shù)在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用也有了新的發(fā)展，它除了可應(yīng)用于制造新產(chǎn)品試制用的摸樣及熔模鑄造的蠟?zāi)Ｍ?，還可用于直接造出酚醛樹脂殼型、殼芯，他們可直接用來裝配成砂型。2）粘土砂濕型造型設(shè)備有新的提高在德國震壓造型正在逐步被其它先進(jìn)的造型設(shè)備所取代，而到1999年垂直分型無箱射壓造型、氣流氣壓造型、空氣沖壓造型這三類造型線的生產(chǎn)能力之和已占有77%，居于主導(dǎo)地位。3）型砂處理向智能化質(zhì)量控制方向發(fā)展國外近年來在智能化型砂質(zhì)量控制方面有很大發(fā)展，特點是利用計算機(jī)輔助對型砂質(zhì)量進(jìn)行預(yù)防性控制。4）樹脂

11、自硬砂設(shè)備日趨完善經(jīng)過探索，國內(nèi)外市場已經(jīng)推出了多種型砂性能在線檢測裝置，它們的一些共同特點是：檢測的項目主要是緊實率和濕強(qiáng)度并采用氣功。1.2我國鑄造技術(shù)的現(xiàn)狀 我國鑄造業(yè)的現(xiàn)狀是生產(chǎn)量大，年產(chǎn)鑄件約1，200萬噸，廠點多，達(dá)2萬多個，鑄造業(yè)的從業(yè)人員在120萬人以上。我國鑄造行業(yè)的一大特色是改革開放以來鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)迅猛發(fā)展，成為我國鑄造行業(yè)的一支重要力量。鄉(xiāng)鎮(zhèn)鑄造廠點數(shù)已超過國有鑄造廠點，鄉(xiāng)鎮(zhèn)鑄造廠點的鑄件產(chǎn)量約占全國鑄件總產(chǎn)量的一半。我國鑄造產(chǎn)量從2000超越美國已連續(xù)六年穩(wěn)居世界第一，根據(jù)全球主要生產(chǎn)國2004年的產(chǎn)量統(tǒng)計可以看出， 我國鑄造行業(yè)除廠點多，從業(yè)人員多，產(chǎn)量大以外，與發(fā)達(dá)國家

12、相比，在質(zhì)量、效率、能源與材料消耗、勞動條件與環(huán)境保護(hù)等方面都存在差距。造成這些差距的原因是鑄造廠點規(guī)模小，經(jīng)濟(jì)實力差，工藝和設(shè)備落后，管理水平低，從業(yè)人員素質(zhì)不高。為了消除這些差距，為了滿足我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，也為了鑄造行業(yè)自身的存在與發(fā)展，我國的鑄造行業(yè)應(yīng)以提高鑄件質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益為中心，面向國內(nèi)和國際兩個市場；加強(qiáng)管理，打好基礎(chǔ)，提高企業(yè)素質(zhì)；調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，合理配置資源，提倡適度規(guī)模經(jīng)營；繼續(xù)以適用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備改造鑄造行業(yè)，實現(xiàn)清潔化生產(chǎn)，保證可持續(xù)發(fā)展。1.3鑄造工藝設(shè)計的基本知識鑄造的生產(chǎn)過程，從零件圖開始，一直到鑄件成品驗收合格入庫為止，要很多道工序，涉及到合金熔煉、造型

13、（造芯）材料的配置、工藝裝備的準(zhǔn)備鑄型的制造、合型、澆注、落砂和清理等許多方面。人們把鑄件的生產(chǎn)過程為鑄造生產(chǎn)工藝過程。對某一個鑄件，編制出其鑄造生產(chǎn)工藝過程的技術(shù)就是鑄造工藝設(shè)計。其中，工藝設(shè)計的依據(jù)包括：（1）生產(chǎn)任務(wù)和要求（主要是產(chǎn)品零件圖樣、零件的技術(shù)要求、產(chǎn)品數(shù)量和交貨期）；（2）車間條件（主要是車間設(shè)備、原材料的應(yīng)用和供應(yīng)情況、車間生產(chǎn)工人的技術(shù)水平和生產(chǎn)經(jīng)驗和制造模具等工藝裝備車間的加工能力）。工藝設(shè)計的程序一般是：對零件圖樣進(jìn)行審查和進(jìn)行鑄造工藝性分析，選擇造型方法；確定鑄造工藝方案；繪制鑄造工藝圖；填寫鑄造工藝卡。1.4鑄造工藝設(shè)計的重要性 我國自從加入WTO以后正逐步成為世

14、界制造業(yè)中心之一，隨著國民經(jīng)濟(jì)和世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對鑄件的需求將越來越多，鑄件的優(yōu)質(zhì)化程度越來越高，鑄造工藝設(shè)計水平對提高鑄件內(nèi)外質(zhì)量、提高工藝出品率、降低廢品率、提高經(jīng)濟(jì)效益上，起著非常重要的作用。2 鑄造方案的確定2.1零件的材質(zhì)分析鑄件成型材料為ZG230-450，ZG230-450是一種鑄造碳鋼，是新牌號表示方法(GB11352-89)，原牌號叫ZG25。ZG代表鑄鋼的拼音縮寫，230是指這種材料的最低屈服強(qiáng)度為230Mpa，450是指這種材料的最低抗拉強(qiáng)度為450Mpa。 ZG230-450有一定的強(qiáng)度和良好的塑韌性，良好的焊接性，被切削性能尚好。用于受力不大，要求韌性的各種機(jī)械零件，

15、如砧座、軸承蓋、外殼、底板、閥體等。其化學(xué)成分：（見下表2-1），其工藝性能包括：一般用電爐冶煉，冶煉容易掌握；鑄造性能較好，熔點較高，實際流動性較差，易氧化，鑄造縮水率約1.5%2.0%，凝固收縮約4.2%，澆注溫度約15001550；焊接性良好，用E5015（E7015）、E5016（E7016）等焊條，焊前不預(yù)熱或100150低溫預(yù)熱，焊后去應(yīng)力處理；被切削性能尚可，無需熱處理也可直接進(jìn)行機(jī)加工。需注意事項：相對上限每減少0.01%的碳，允許增加0.04%的Mn，但Mn含量最高至1.20%。表2-1 ZG230-450的化學(xué)成分 (%)化學(xué)成分CSiMnSP含量0.300.501.200

16、.040.042.2 軸承座工藝設(shè)計的內(nèi)容和要求 產(chǎn)品生產(chǎn)性質(zhì):大批量生產(chǎn)； 材料:ZG230-450； 軸承座的零件示意圖如圖21所示，零件的外形結(jié)構(gòu)示意圖如圖22所示。軸承座的輪廓尺寸為350mm350mm175mm，主要壁厚30mm，最大壁厚45mm，為一小型鑄件，鑄件除滿足幾何尺寸精度及材質(zhì)方面要求外，無其他特殊要求。圖2-1 軸承座零件圖圖2-2 軸承座三維圖2.3軸承座結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性分析 零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性分析是指零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)符合鑄造生產(chǎn)的要求，易于保證鑄件的質(zhì)量，簡化鑄造工藝分析過程和降低成本。分析零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性主要考慮的內(nèi)容： 1）零件應(yīng)有合適的壁厚為避免冷隔，澆不到

17、鑄件鑄件不能太薄，鑄件太厚尺寸太大超過臨界壁厚時易產(chǎn)生縮孔縮松，最大壁厚以最小壁厚的3倍來考慮； 2) 鑄件壁厚均勻避免熱解； 3) 有合適的鑄造圓角避免縮孔縮松； 4) 改進(jìn)妨礙起模的凸臺凸緣和肋板； 5) 取消鑄件外表側(cè)凹； 6）利于砂芯的固定和排氣。軸承座的鑄造工藝審查分析如下：軸承座最小壁厚為25mm，查表2-2可知，鑄鋼砂型鑄造允許的最小壁厚為1012mm。軸承座最小壁厚滿足要求，最大壁厚為45mm，超過了臨界壁厚，工藝設(shè)計時應(yīng)采取措施加以規(guī)避。軸承座壁厚基本均勻，無妨礙起模的凸臺和肋板結(jié)構(gòu)，型腔外形結(jié)構(gòu)簡單，直徑為18mm的孔較小,為了方便造型、減少砂芯，可以不鑄出。表2-2 砂型

18、鑄件最小壁厚 單位（mm）鑄造方法鑄件尺寸鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵鋁合金鎂合金砂型200200200200500500500500810121520661015206125834632.4造型造芯方法的選擇 制造鑄型和型芯的工藝過程稱為造型和造芯。造型、造芯是砂型鑄造的最基本的工序，造型時用模樣形成砂型的型腔，澆注后形成鑄件外部輪廓。造芯時用芯盒制成型芯，置于鑄型中經(jīng)澆注后大多形成鑄件的內(nèi)部輪廓。通常分為手工造型和機(jī)器造型兩大類。 砂型鑄造工藝設(shè)計中依據(jù)實際的生產(chǎn)條件和生產(chǎn)批量，在保證交貨期限的，質(zhì)量要求下選擇成本最低，生產(chǎn)組織最便捷的造型及制芯方法。 根據(jù)所在工廠的實際情況確定要用水玻璃砂

19、進(jìn)行手工造型造芯，以水玻璃為粘結(jié)劑，造型后吹入二氧化碳，1-3分鐘砂型硬化，砂型強(qiáng)度高，不需烘干，但澆注后結(jié)成硬塊，退讓性較差，大大的降低了清理鑄件的效率。2.5澆注位置的選擇鑄件的澆注位置是指鑄件在澆注時在鑄型中所處的位置?？紤]的原則:鑄件的主要加工面、主要工作面和受力面應(yīng)盡量放在底部或側(cè)面，以防止產(chǎn)生砂眼、氣孔、夾渣等缺陷；對于凝固體收縮率較大的鑄造合金，應(yīng)滿足順序凝固的原則，鑄件厚實部分應(yīng)盡可能置于上方，利于設(shè)置冒口補(bǔ)縮；有利于砂芯的定位、固定和排氣，盡量避免吊芯和懸臂砂芯；大平面應(yīng)置于下部或傾斜位置，一方夾砂等缺陷。有時為了方便造型，可采用“橫做立澆”、“平做立澆”的方法；鑄件的薄壁部

20、分應(yīng)置于鑄件的底部或側(cè)面，以防澆不到、冷隔等缺陷；在大批量生產(chǎn)中，應(yīng)使鑄件的飛翅、毛刺最少與易于清除；要避免厚實鑄鋼件冒口下面的受力面產(chǎn)生偏析；盡量使冒口置于加工面上，以減少鑄件清整工作量。方案一 方案二圖23 澆注位置的選擇分析： 方案一：頂注式是從鑄件上部引入鋼液，鋼液從上向下流動，易于充滿鑄型，有利于溫度自下而上遞增促進(jìn)鑄件的順序凝固，補(bǔ)縮效果好，能減少縮松、縮孔缺陷，但是澆注過程中，鋼液流從高處下落，不平穩(wěn)、沖擊大，易損壞鑄型，造成砂眼、鐵豆等缺陷，同時也易使鋼液氧化和卷入氣體。此類澆注系統(tǒng)多用于鑄件高度較低，結(jié)構(gòu)簡單的鑄件，薄壁件或需要用頂部冒口補(bǔ)縮的致密性要求較高的中、小型厚壁鑄件

21、。 方案二：底注式澆注系統(tǒng)是從鑄件底部引入型腔，鋼液充型平穩(wěn)，排氣方便，無沖砂，無飛濺，不易氧化。但不利于自上而下的順序凝固和補(bǔ)縮。復(fù)雜的薄壁件不易充滿，多用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚壁的大中型鑄件。 綜上分析方案二較好。2.6軸承座分型面的選擇分型面的選擇很大程度上影響著鑄件的尺寸精度，生產(chǎn)成本和效率。確定分型面時遵循的原則：1) 盡量使鑄件全部或大部置于同一半型內(nèi)；2) 盡量減少分型數(shù)目；3) 分型面盡量選平面；4) 注意降低沙箱的高度；5) 便于下芯合箱檢查型腔尺寸；6) 為便于起模分型面應(yīng)在鑄件最大截面處；7) 注意減輕鑄件清理和機(jī)加工余量。圖24 分型面的選擇 分析：方案一鑄件沒有全部在同一鑄型

22、內(nèi)，這樣容易產(chǎn)生錯箱。 方案二鑄件在同一鑄型內(nèi)，合箱時不容易錯箱，提高了鑄件的質(zhì)量。 綜合考慮選擇方案二。2.7砂箱中鑄件數(shù)目的確定軸承座輪廓尺寸350mm350mm175mm。為一小型鑄件，軸承座結(jié)構(gòu)簡單，如采用一箱一件，效率太低，所以采用一箱四件，采用通用性砂箱尺寸為1300mm1300mm280mm。3 鑄造工藝參數(shù)的確定 鑄造工藝參數(shù)是指鑄造工業(yè)設(shè)計時需要確定的工藝參數(shù)，工藝參數(shù)的選擇是鑄造工藝設(shè)計的重要內(nèi)容。對指導(dǎo)鑄造工藝設(shè)計與鑄造生產(chǎn)具有重要作用，主要包括以下內(nèi)容：3.1 鑄件最小鑄出壁厚 軸承座的最小壁厚為25mm，由鑄造工藝設(shè)計表3-1知該零件符合要求。 表3-1 砂型鑄件最小

23、壁厚 單位（mm）鑄件輪廓尺寸鑄件材質(zhì)鑄鋼灰鑄鐵球鐵可鍛鑄鐵鋁合金鎂合金20020086653200200-50050010-126-101284350050015-2015-2063.2 最小鑄出的孔和槽鑄件上的孔和槽是否鑄出，要根據(jù)具體情況而定，一般較大的孔和槽直接鑄出來，以節(jié)約金屬減少機(jī)械加工，較小的孔和槽則不宜鑄出。生產(chǎn)批量最小鑄出孔的直徑d灰鑄鐵件鑄鋼件大批量生產(chǎn)12 15成批量生產(chǎn)15303050單件,小批量生產(chǎn)305050表3-2 最小鑄出的孔 由表32可知：軸承座上直徑為18mm的孔不應(yīng)鑄出。3.3鑄件的尺寸公差鑄件尺寸公差是指鑄件公稱尺寸的兩個允許極限尺寸之差。在這兩個允許極

24、限尺寸之內(nèi)，鑄件可滿足機(jī)械加工、裝配和使用要求。影響鑄件尺寸精度的主要原因有：鑄造合金，鑄件的結(jié)構(gòu)，鑄造方法，鑄造工藝設(shè)計水平，操作水平，造型、造芯設(shè)備及工裝的精度，造型、造芯材料的性能，鑄件的精整和表面質(zhì)量，生產(chǎn)技術(shù)管理和質(zhì)量控制手段等等。鑄件尺寸精度要求越高，對上述影響因素的要求和控制應(yīng)越嚴(yán)，但鑄件的成本也越高。因此，產(chǎn)品設(shè)計，必須用價值工程的理念考慮鑄件的尺寸公差等級；生產(chǎn)廠家必須從實際出發(fā)綜合考慮各種因素，達(dá)到既保證鑄件質(zhì)量又不過多的增加生產(chǎn)成本的目的?？偟膩碚f，提高鑄件尺寸精度是一項系統(tǒng)工程，要有計劃的去做逐步提高，只有提高了產(chǎn)品質(zhì)量，只有性價比合理的產(chǎn)品，在市場上才有競爭力。鑄件尺

25、寸公差代號CT，所規(guī)定的公差等級由精到粗16級，即CT1CT16，查鑄造工藝設(shè)計知：鑄鋼的公差等級為11-14，選CT10，鑄件的基本尺寸為361、237、163、145、133、75的孔公差數(shù)值分別為4.4mm、4.4mm、4.0mm、3.6mm、3.6mm、3.2mm。3.4機(jī)械加工余量 機(jī)械加工余量是指為了保證鑄件加工面尺寸和零件精度，工藝設(shè)計時，在鑄件代加工面上預(yù)先增加的而在機(jī)械加工時切削掉的厚度。機(jī)械加工余量值由精到粗分為A、B、C、D、E、F、G、H、J和K共十個等級。 軸承座的輪廓尺寸為：350mm350mm175mm,查鑄造工藝學(xué)知：該軸承座的機(jī)械加工余量等級為GK,上面的加工

26、余量等級取H，加工余量為5mm,下面和側(cè)面的加工余量等級取G，加工余量為3.5mm。3.5鑄造收縮率 鑄造收縮率又稱鑄件的線收縮率，用模樣與鑄件的長度之差除以模樣長度的百分比表示：=【（L1-L2）/L1】100%式中是鑄造收縮率（%） L1是模樣長度（mm) L2是鑄件長度（mm) 鑄造收縮率與鑄造的合金種類、鑄件結(jié)構(gòu)、澆冒口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、鑄型的種類等因素有關(guān)。鑄造合金由凝固態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)要產(chǎn)生收縮；合金成分與其含量不同，其收縮率也不同，這是鑄造合金的特性。鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，澆冒口結(jié)構(gòu)阻礙收縮，砂型和砂芯的退讓性差，都要阻礙鑄件由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的收縮。簡單厚實的鑄件，其鑄造收縮率比結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件大。結(jié)構(gòu)

27、復(fù)雜的大型鑄件，其立體三維方向上的線收縮率各不相同。因此，鑄造收縮率是綜合了各種因素之后，形成的鑄件尺寸的實際收縮率。做模樣時，稱它為縮尺或放縮。 為了獲得尺寸精確的鑄件，必須選擇適宜的鑄造收縮率。根據(jù)工廠里的鑄造工程師的經(jīng)驗知鑄鋼的收縮率為2.0%。3.6起模斜度為了方便起模，在模樣，芯盒的出模方向留一定斜度，以免損壞砂型或砂芯。這個斜度，稱為起模斜度。起模斜度應(yīng)設(shè)計在鑄件沒有結(jié)構(gòu)斜度，并垂直于分型面的表面上，其大小依起模高度。模樣表面粗糙度值以及造型、芯的方法而定。 在平行于起模方向的模樣壁上所增加的斜度，用角度或?qū)挾萢表示。查鑄造工藝學(xué)可知：A、B兩面的起模斜度均為a=2.0mm =04

28、0，采用增加鑄件法 。如圖3-1所示：圖3-1 起模斜度3.7澆注溫度和冷卻時間 鑄鋼230-450的出爐溫度一般為1580，澆注溫度一般為1530-1550.從鑄造工藝學(xué)中可得此軸承座的的冷卻時間為40-50分鐘。4砂芯設(shè)計 4.1砂芯的基本知識 型芯是鑄型的一個重要組成部分，型芯的作用是形成鑄型的內(nèi)腔，孔洞，阻礙起模部分的外形以及鑄型中有特殊要求的部分。型芯應(yīng)滿足以下要求：型芯的形狀，尺寸以及在鑄型中的位置應(yīng)符合鑄件的要求，具有足夠的強(qiáng)度和剛度；在鑄件形成過程中型芯所產(chǎn)生的氣體能及時排出型外；鑄件收縮時阻力??；造芯，烘干，組合裝配和鑄件清理等工序操作簡單。 砂芯的設(shè)計，主要包括芯頭的設(shè)計、

29、芯骨的設(shè)計、砂芯排氣設(shè)計。必要時，仍有選用及安置芯撐的的設(shè)計。 4.2砂芯數(shù)目的選擇在鑄件的澆注位置和分型面等工藝方案確定后，就可根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)來確定砂芯如何分塊和各個分塊砂芯的結(jié)構(gòu)形態(tài)，確定時的總準(zhǔn)則是： （1）保證鑄件內(nèi)腔尺寸精確； （2）應(yīng)使操作簡單； （3）應(yīng)使芯盒搗砂面敞開且砂芯烘干支持面最好為平面； （4）使造芯和下芯過程方便，鑄件內(nèi)腔尺寸精確，不致造成氣孔等缺陷，芯盒結(jié)構(gòu)簡單。4.3芯頭設(shè)計芯頭是指伸出鑄件以外不與金屬液接觸的砂芯部分。它本身不形成鑄件的輪廓。芯頭的作用是固定，支撐和排氣，芯頭可以分為垂直芯頭和水平芯頭，由前面的澆注位置的選擇可知：應(yīng)該是選擇垂直芯頭。4.4 芯頭尺

30、寸的確定砂芯主要靠芯頭固定在砂型上，對于垂直芯頭為了保證其軸線垂直，牢固地固定在型上，必須有足夠的芯頭尺寸。軸承座采用的是垂直砂芯，需確定砂芯的高度和芯頭于芯座的間隙。查鑄造工藝學(xué)得：軸承座砂芯上芯頭高h(yuǎn)1=40mm，下芯頭高h(yuǎn)=40mm；芯頭于芯座的間隙S=1.0mm ，S2=1.0mm。其芯頭的結(jié)構(gòu)如圖41所示： 圖41 芯頭的結(jié)構(gòu)4.5砂芯的定位結(jié)構(gòu)砂芯要求定位準(zhǔn)確，不允許沿芯頭軸向移動或繞芯頭軸向轉(zhuǎn)動，對于形狀不對稱的砂芯，為了定位準(zhǔn)確必須做出定位芯頭。由于此砂芯對稱所以沒必要做出定位芯頭。4.6 芯骨 放在砂芯中以強(qiáng)化砂芯整體強(qiáng)度并具有一定形狀的金屬構(gòu)件稱為芯骨。軸承座的砂芯較小，烘

31、干后能滿足其強(qiáng)度要求不需要增設(shè)芯骨。4.7芯撐砂芯在砂型中主要靠芯頭固定，但有時砂芯只靠心頭難于穩(wěn)固，因此在生產(chǎn)中場采用芯撐加固，以起到輔助支撐的作用。軸承座砂芯尺寸較小，砂芯結(jié)構(gòu)簡單，烘干后芯頭的穩(wěn)固性能滿足要求，不需再設(shè)芯撐。4.8砂芯的排氣砂芯在高溫金屬作用下，其粘接劑和砂芯中的有機(jī)物要燃燒放出氣體，砂芯中的殘余水分受熱蒸發(fā)放出氣體，如果這些氣體不排除型外，則會產(chǎn)生氣孔等缺陷。軸承座的砂芯較小不宜開設(shè)排氣通道，可在鑄型上增設(shè)排氣孔加以補(bǔ)償。5 澆注系統(tǒng)及冒口、冷鐵、出氣孔的設(shè)計5.1澆注系統(tǒng)的組成及其應(yīng)用澆注系統(tǒng)是鑄型中引導(dǎo)液態(tài)金屬進(jìn)入型腔的通道，它由澆口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道組成，

32、其基本結(jié)構(gòu)如圖5-1所示： 圖5-1 澆注系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 澆口杯的作用是承接金屬液，并將其導(dǎo)入直澆道。澆口杯分漏斗形和盆形兩大類。漏斗形澆口杯又分成兩類，一類是中小型鑄鐵件和非鐵合金鑄件用的漏斗形澆口杯；一類是鑄鋼件用的漏斗形澆口杯。中、小型鑄鐵件和非鐵合金鑄件用的漏斗形澆口杯，通常采用在澆口杯箱內(nèi)用型砂制成。供中、小型鑄鋼件用的澆口杯，用水玻璃砂舂制而成；供中、大型鑄鋼件用的漏斗形澆口杯是用耐火材料制作并經(jīng)過燒結(jié)的漏斗磚砌成。澆口盆用于中、大型鑄鐵件和中大型非鐵合金件。直澆道是引導(dǎo)澆口杯中的金屬液進(jìn)入橫澆道，建立起足夠的壓力頭，將金屬液在重力作用下克服流動阻力，及時充滿型腔和防止鑄件產(chǎn)生侵入

33、性氣孔。澆口窩對來自直澆道的金屬液有緩沖作用，能縮短直-橫澆道拐角處的紊流區(qū)，改善橫澆道內(nèi)的壓力分布。其底部宜放干砂芯片或耐火磚塊，可防止沖砂。比較合適的尺寸是：澆口窩直徑為直澆道下端直徑的1.22倍，高度為橫澆道2倍，將型砂舂實緊，與直澆道和橫澆道的過渡區(qū)避免有尖角。橫澆道的作用除了將金屬液引入內(nèi)澆道外，主要是撇渣（澆口杯往往起不到很好的撇渣作用）。因此，它應(yīng)有一定的長度和高度。封閉式澆注系統(tǒng)，一般要求橫澆道為窄、高形的橫截面，它的高度應(yīng)為內(nèi)澆道高度的46倍，以使橫澆道的吸動作用達(dá)不到橫澆道的頂面，避免將浮渣吸入鑄件。橫澆道的末端長度應(yīng)距最后一道內(nèi)澆道的距離不少于75mm。必要時，橫澆道末端

34、可設(shè)一個集渣包。在澆注系統(tǒng)設(shè)計中，將橫澆道設(shè)計成平穩(wěn)、緩速、近似層流地輸送金屬液，對捕渣是非常重要的。內(nèi)澆道的用途是控制金屬液流入型腔的速度和方向，調(diào)節(jié)鑄件各部分的熱差。封閉式澆注系統(tǒng)的內(nèi)澆道應(yīng)位于橫澆道的下部，且和橫澆道具有同一底面。讓最初進(jìn)入橫澆道的污冷金屬液靠慣性力流過內(nèi)澆道，集于末端延長段或集渣包，而不進(jìn)入型腔內(nèi)。開放式澆注系統(tǒng)的內(nèi)澆道應(yīng)位于橫澆道的頂部，內(nèi)澆道的頂面不能和橫澆道的頂面在同一水平面上，而要位于橫澆道的頂上，以防橫澆道還未充滿時，浮渣就進(jìn)入內(nèi)澆道而不滯留在橫澆道頂面。橫澆道的橫截面可做的矮些、寬些。內(nèi)澆道的橫截面有多種形式，視各種鑄造廠家的生產(chǎn)習(xí)慣和鑄件的結(jié)構(gòu)而選擇，其中

35、扁平梯形截面內(nèi)澆道的吸動區(qū)域小，有利于橫澆道捕渣，還利于清除，應(yīng)用最廣。與直澆道相鄰的第一個內(nèi)澆道與直澆道的距離應(yīng)大于橫澆道高度的5倍，避開紊流區(qū)。內(nèi)澆道位置設(shè)置的通則如下： （1）凝固體收縮率大的、且壁厚差大的鑄件，內(nèi)澆道開設(shè)在設(shè)有冒口的厚壁處，最好進(jìn)入冒口，以形成順序凝固。對特殊結(jié)構(gòu)件，為避免造成應(yīng)力過大而產(chǎn)生裂紋，冒口中心往往不與熱節(jié)中心重疊，離開熱節(jié)一定距離設(shè)置冒口，此時，內(nèi)澆道仍要開到設(shè)置冒口的鑄件部位或進(jìn)冒口。對凝固收縮率大的合金，內(nèi)澆道的位置應(yīng)有助于冒口對鑄件形成定向補(bǔ)縮，例如鑄鋼件、鋁合金鑄件、無錫青銅鑄件、黃銅鑄件。 （2）凝固體收縮率小的、壁厚差大的鑄件，內(nèi)澆道應(yīng)分散的開設(shè)

36、在薄壁處和次薄壁處，不開設(shè)在鑄件的熱節(jié)和冒口的根部。以有利于鑄件的凝固，如鑄鐵件和錫青銅鑄件。 （3）壁厚差不大的鑄件，為造成同時凝固，內(nèi)澆道開在薄壁處，且數(shù)量不多，分散布置，特別是對鑄鐵件和錫青銅鑄件。但對凝固體收縮率大的合金，內(nèi)澆道仍是以開設(shè)在設(shè)有冒口的部位為原則。 （4）凝固體收縮率大的中、大型鑄件，若內(nèi)澆道開設(shè)在沒有設(shè)置冒口的部位，內(nèi)澆道處會產(chǎn)生過熱，可引起鑄件局部產(chǎn)生縮孔、縮松；對重要鑄件，為消除這類缺陷，必須對其增設(shè)補(bǔ)貼，以形成順序凝固，將縮孔、縮松引入冒口中。 （5）內(nèi)澆道不應(yīng)開設(shè)在靠近有芯撐或有冷鐵的部位。即使需要開在有外冷鐵的，也需要加厚冷鐵和采用鋼、銅或石墨冷鐵。 （6）內(nèi)

37、澆道應(yīng)有利于平穩(wěn)、快速充型和排氣、排渣，不嚴(yán)重沖刷砂型和砂芯，能盡量縮短金屬液在型腔中的流程。 （7）內(nèi)澆道盡可能開在分型面上；但對有一定高度的鑄件，最好采用底注式或階梯式澆道。 （8）內(nèi)澆道與鑄件的接合處的厚度，對凝固收縮率大的合金，一般應(yīng)不厚于鑄件厚壁的1/2，最多不超過2/3。5.2澆注系統(tǒng)的類型和應(yīng)用范圍 澆注系統(tǒng)按各組元橫截面積比的分類與應(yīng)用 （1）封閉式：截面積比例關(guān)系：AcuAsAruAg（注：Ag-內(nèi)澆道橫截面積；Aru-橫澆道截面積；As-直澆道截面積；Acu-澆口杯下注孔截面積）。其特點與應(yīng)用：控流截面在內(nèi)澆道；澆注開始后，金屬液容易充滿澆注系統(tǒng)，呈有壓流動狀態(tài)；擋渣能力較

38、強(qiáng)，但充型速度較快，沖刷力大，易產(chǎn)生噴濺，金屬液易氧化，適用于濕型鑄鐵小件及其干型中、大件，樹脂砂型大、中、小件均可采用。 （2）開放式: 截面比例關(guān)系：AgAruAs。其特點與應(yīng)用：控流截面在直澆道內(nèi)；內(nèi)、橫澆道往往是充不滿的，呈無壓流動狀態(tài)；流速小而平穩(wěn)，沖刷力小，但擋渣差；適用于鑄鋼件和非鐵合金件。在球墨鑄鐵中常有采用灰鑄鐵件也有應(yīng)用。 （3）半封閉式：截面比例關(guān)系：AgAsAru100鑄件結(jié)構(gòu)允許最小上升速度v/mm.s-1復(fù)雜結(jié)構(gòu)252016141210中等復(fù)雜結(jié)構(gòu)2015121098簡單結(jié)構(gòu)15108876 根據(jù)鑄件的總重量和該鑄件的結(jié)構(gòu)從下表可知允許的最小上升速度6mm/s，所以

39、上面算得的澆注時間是合理的。 注：表5-2中的數(shù)值適用于一般鑄件。澆注位置較高的鑄件，上升速度應(yīng)適當(dāng)增加；澆注位置較低的鑄件，上升速度可適當(dāng)減小。具體規(guī)定如下：立澆砧座的鋼液上升速度，可按復(fù)雜結(jié)構(gòu)件選??；齒輪類鑄件的鋼液的上升速度，可按表中的簡單結(jié)構(gòu)件選??；平板、平臺類鑄件的鋼液的上升速度，可按表中簡單結(jié)構(gòu)件數(shù)值降低20%30%；大型合金鋼鑄件和承壓鑄件的鋼液上升速度，可按表中復(fù)雜結(jié)構(gòu)的數(shù)值增加30%50%。5.4確定直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道的橫截面積 (1)確定直澆道的橫截面積 根據(jù)鑄造工藝設(shè)計按注孔直徑確定各組元的截面尺寸和工廠里的生產(chǎn)實際情況可知:直澆道可用直徑為60mm的耐火磚管，橫截面

40、S直=3.14302=2826mm2如圖5-2所示：圖5-2 直澆道的截面圖 （2）確定橫澆道的橫截面積 開放式澆口橫澆道的截面小于內(nèi)澆口總和，不可能聚渣，并且零件形狀較小，所以為了簡化工藝可以不設(shè)置橫澆道。 （3）確定內(nèi)澆道的橫截面積 內(nèi)澆道是澆注系統(tǒng)中吧金屬液引入型內(nèi)的一個組元。其作用是控制充型速度和方向分配液態(tài)金屬調(diào)節(jié)鑄件各部位的溫度分布和凝固次序。根據(jù)鑄造工藝設(shè)計知：按注孔直徑確定各組元的截面尺寸和工廠里的生產(chǎn)實際情況，可以用四個內(nèi)澆道（每個零件上一個)。內(nèi)澆道的橫截面如圖5-3所示：圖5-3 內(nèi)澆道的橫截面其中，a=25 b=35 c=25 S內(nèi)=3520+255+（3.1425）/

41、2=3457mm2 S直S內(nèi) （4）澆口杯的設(shè)計 澆口杯是用來承接來自澆包的金屬液，防止金屬液飛濺和溢出便于澆注并可以減輕金屬液對型腔的沖擊。澆口杯選用普通漏斗形澆口如下圖5-4所示，查鑄造工藝設(shè)計得：直澆道下端直徑D=60mm。 圖5-4 普通漏斗形澆口杯5.5冒口的設(shè)計冒口是在鑄型內(nèi)專門設(shè)置的儲存金屬液的空腔，用以補(bǔ)償鑄件形成過程中可能產(chǎn)生的收縮所需的金屬液，防止縮松縮孔的產(chǎn)生并起到排氣集渣的作用。用熱節(jié)圓法設(shè)計冒口,根據(jù)下圖5-5可得：熱節(jié)圓的直徑為45mm，但是根據(jù)廠里的實際情況要用4個直徑為100mm，高度為100mm的圓形瓷磚冒口。圖5-5 熱節(jié)圓法設(shè)計冒口6 軸承座澆注、凝固過程

42、模擬分析6.1 華鑄CAE簡介 利用華鑄CAE對軸承座澆注、凝固過程進(jìn)行模擬分析。華鑄CAE是華中科技大學(xué)開發(fā)的鑄造模擬分析軟件。利用華鑄CAE對澆注、凝固過程進(jìn)行模擬分析，可以在澆注前對鑄件可能出現(xiàn)的各種缺陷及大小、位置、發(fā)生的時間予以有效地預(yù)測，以便采取措施改進(jìn)工藝。從而降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，推動鑄造生產(chǎn)由經(jīng)驗指導(dǎo)向科學(xué)理論指揮的發(fā)展。6.2 華鑄CAE模擬分析的步驟華鑄CAE對鑄造澆注、凝固過程模擬分析共有四步。第一步：前置處理 利用三維的繪圖軟件繪制出三維的鑄件圖、鑄型圖、澆冒口系統(tǒng)。并將其轉(zhuǎn)化為STL文件格式，導(dǎo)入華鑄CAE中。第二步：計算分析 這一步是核心，主要是設(shè)置鑄型，鑄

43、件材質(zhì)、化學(xué)成分，計算方法，澆注溫度等，然后把計算即可。第三步：后置處理 這一步主要是將前面得到的大量數(shù)據(jù)加以整合，轉(zhuǎn)化為可視的圖形文字，以便分析總結(jié)，圖形中黃色代表液相、紅色代表固相、黑色代表縮松、紫色代表縮孔。第四步：生成報告 將前面幾步的數(shù)據(jù)、結(jié)論轉(zhuǎn)化為word文檔形式存盤。6.3 華鑄CAE模擬軸承座澆注、凝固過程分析報告 我們利用solidworks進(jìn)行三維造型，接著進(jìn)行面網(wǎng)格劃分（面網(wǎng)格最大尺寸為5mm），之后導(dǎo)出格式為STL的文件，利用華鑄CAE中進(jìn)行網(wǎng)格剖分，如圖6-1、6-2、6-3、6-4、6-5所示。接著在華鑄CAE中設(shè)置各種必要參數(shù)，最后進(jìn)行模擬澆注。在模擬澆注、凝固過程中，對鑄件與澆注系統(tǒng)在虛擬砂箱的作用下進(jìn)行凝固模擬。從圖中可以看出，金屬液剛開始進(jìn)入型腔時溫度很高，最后凝固完成。圖6-1網(wǎng)格剖分結(jié)果圖6-2液相分布圖圖6-3鑄件色溫圖圖6-4鑄件溫度梯度圖圖6-5鑄件縮松縮孔圖 通過觀察鑄件無縮松縮孔缺陷，所以該軸承座的工藝設(shè)計合理。 7鑄造工藝裝備設(shè)計鑄造工藝設(shè)備簡稱工裝，是造型造芯和合箱過程中所采用的裝置及工裝模具的總稱。如模樣，模板，芯盒，砂箱等。工藝設(shè)備是為鑄型工藝的過程服務(wù)的，合理的工藝設(shè)備對提高鑄件的尺寸精度、表面光潔度有直接的影響，對提高生產(chǎn)率、改善勞動條件起著重要的作用。對