鑄造工藝設(shè)計(jì)學(xué)課程設(shè)計(jì)匯本案例

1、鑄造工藝學(xué)課程是培養(yǎng)學(xué)生熟悉對(duì)零件及產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)的基本容、原則、方法 和步驟以及掌握鑄造工藝和工裝設(shè)計(jì)的基本技能的一門主要專業(yè)課。課程設(shè)計(jì)則是 鑄造工藝學(xué)課程的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，同時(shí)也是我們鑄造專業(yè)迎來(lái)的第一次全面的自 主進(jìn)行工藝和工裝設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練。在這個(gè)為期兩周的過(guò)程里，我們有過(guò)緊，有過(guò) 茫然，有過(guò)喜悅，從中感受到了學(xué)習(xí)的艱辛，也收獲到了學(xué)有所獲的喜悅，回顧一 下，我覺得進(jìn)行鑄造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的有如下幾點(diǎn)：通過(guò)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)綜合運(yùn)用鑄造 工藝學(xué)課程和其他先修課程的的理論與實(shí)際知識(shí)去分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)制定和合理選擇工藝方案，正確計(jì)算零件結(jié)構(gòu)

2、的工作能力，確定尺寸，掌 握了澆冒口的作用及其原理，具有正確設(shè)計(jì)澆冒口系統(tǒng)的初步能力；掌握鑄造工藝 和工裝設(shè)計(jì)的基本技能。熟悉型砂必須具備的性能要求，原材料的基本規(guī)格及作用，并初步具備分析和 解決型砂有關(guān)冋題的能力。熟悉涂料的作用、基本組成及質(zhì)量的控制；了解提高鑄件表面質(zhì)量和尺寸精度 的途徑。了解合金在鑄造過(guò)程中容易產(chǎn)生的鑄造缺陷以及采取相關(guān)的防止途徑，并初步 具備分析、解決這類缺陷的基本解決途徑學(xué)習(xí)進(jìn)行設(shè)計(jì)基礎(chǔ)技能的訓(xùn)練，例如：計(jì)算、繪圖、查閱設(shè)計(jì)資料和手冊(cè) 等。目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 第一章零件鑄造

3、工藝分析 4 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.1零件基本信息 4 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.2材料成分要求 4 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1.3鑄造工藝參數(shù)的確定 4 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 1.3.1鑄造尺寸公差和重量公差5 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 1.3.2機(jī)械加工余量 5 HYPERLINK l b

4、ookmark18 o Current Document 1.3.3鑄造收縮率 5 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 1.3.4拔模斜度 5 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 1.4其他工藝參數(shù)的確定 5 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 工藝補(bǔ)正量 5 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 1.4.2分型負(fù)數(shù) 5 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 1

5、.4.3非加工壁厚的負(fù)余量 5 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 1.4.4反變形量 5 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 1.4.5分芯負(fù)數(shù) 6 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 第二章鑄造三維實(shí)體造型6 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 2.1上冠件圖紙技術(shù)要求 6 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 2.2上冠件結(jié)構(gòu)工藝分析6 HYPERLIN

6、K l bookmark40 o Current Document 2.3基于UG零件的三維造型 6 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 2.3.1軟件簡(jiǎn)介 6 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 零件的三維造型圖 6 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 第三章鑄造工藝方案設(shè)計(jì)7 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 3.1工藝方案的確定 7 HYPERLINK l bookmark50 o Current

7、 Document 3.1.1鑄造方法 7 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 3.1.2型（芯）砂配比 8 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 3.1.3混砂工藝 8 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 3.1.4鑄造用涂料、分型劑及修補(bǔ)材料8 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 3.2鑄造熔煉 83.2.1熔煉設(shè)備 93.2.2熔煉工藝 9 HYPERLINK l bookmark60 o Curre

8、nt Document 3.3分型面的選擇 9 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 3.4砂箱大小及砂箱中鑄件數(shù)目的確定 10 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 3.5砂芯設(shè)計(jì)及排氣 11 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 3.5.1芯頭的基本尺寸 11 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 3.5.2芯撐、芯骨的設(shè)計(jì) 12 HYPERLINK l bookmark70 o Current Docume

9、nt 3.5.3砂芯的排氣 12 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 第四章澆冒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算12 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 4.1澆注系統(tǒng)的類型及選擇 12 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 4.2澆注位置的選擇 12 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 4.3澆注系統(tǒng)各部分尺寸的計(jì)算13 HYPERLINK l bookmark80 o Current Document 4.3.1合金鑄

10、造性能分析 13 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 4.3.2鐵液在型的上升速度13 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 4.3.3澆注系統(tǒng)截面尺寸設(shè)計(jì) 14 HYPERLINK l bookmark96 o Current Document 4.4冒口設(shè)計(jì)計(jì)算 14 HYPERLINK l bookmark98 o Current Document 4.4.1鑄件工藝出品率 14 HYPERLINK l bookmark100 o Current Document 4.4.2出氣孔 15 HYP

11、ERLINK l bookmark102 o Current Document 4.4.3冒口的作用及位置確定 15 HYPERLINK l bookmark104 o Current Document 4.5冷鐵設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算15 HYPERLINK l bookmark106 o Current Document 4.5.1冷鐵的選用及作用 15 HYPERLINK l bookmark108 o Current Document 4.5.2冷鐵的尺寸及放置位置的選擇 15 HYPERLINK l bookmark110 o Current Document 總結(jié) 17 HYPERLINK

12、 l bookmark112 o Current Document 參考文獻(xiàn) 18附圖第一章零件鑄造工藝分析1.1零件基本信息零件名稱：上冠鑄件。零件材料：HT200b產(chǎn)品生產(chǎn)綱領(lǐng)：成批量生產(chǎn)或者小批量生產(chǎn)。 結(jié)構(gòu)：屬厚、薄相差懸殊的大型回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)。 上冠零件圖：圖1.1 圖1.1 上冠零件圖1.2材料成分要求根據(jù)相關(guān)資料查得 HT200具體成分及其含量如表1.2.1所示。表1.2.1HT200化學(xué)成分表（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）CSiMnPSCr3.33.551.952.150.600.90 0.08 10%0 1.5%表中催化齊U含量為占樹脂砂的百分比。3.1.3混砂工藝合理地選用混砂機(jī)，采用正確的

13、加料順序和恰當(dāng)?shù)幕焐皶r(shí)間有助于得到高質(zhì)量的樹脂砂+催化劑加樹脂出砂砂。樹脂砂各種原料稱量要準(zhǔn)確，其混砂工藝如下:砂+催化劑加樹脂出砂上述順序不可顛倒，否則局部發(fā)生劇烈的硬化反應(yīng)，縮短可使用時(shí)間，影響到樹脂砂的使用性 能。砂和催化劑的混合時(shí)間應(yīng)以催化劑能均勻的覆蓋住沙粒表面所需的時(shí)間為準(zhǔn)3.1.4鑄造用涂料、分型劑及修補(bǔ)材料鑄造涂料在鑄型和砂芯的表面上形成耐火的保護(hù)層，避免鑄件產(chǎn)生表面粗糙、機(jī)械粘砂、 化學(xué)粘砂以及減少鑄件產(chǎn)生與砂子有關(guān)的其它鑄造缺陷，是改善鑄件表面質(zhì)量的重要手段之 一。雖然采用涂料增加了工序和費(fèi)用，但使用涂料之后，不僅鑄件表面光潔，也減少了缺陷降 低了清理費(fèi)用，增加了鑄件在市場(chǎng)

14、上的競(jìng)爭(zhēng)力，綜合效益得以提高。為滿足要求可選水溶性涂 料，根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)選用手工刷涂的方式施涂。鑄造用分型劑可在造型造芯過(guò)程中在模樣、芯盒工作表面覆蓋一薄層可以減少或者防止型 砂、芯砂對(duì)模樣或芯盒的粘附，降低起模力，以便得到表面光潔、輪廓清晰的砂型或砂芯，可 手工涂涂柴油。如砂型或砂芯出現(xiàn)裂紋、孔洞、掉角以及不平整等缺陷可用膠補(bǔ)劑進(jìn)行修補(bǔ)，以提升生 產(chǎn)效率。對(duì)自硬樹脂砂可用同種自硬砂+修補(bǔ)膏+膠合劑進(jìn)行修補(bǔ)。3.2鑄造熔煉3.2.1熔煉設(shè)備：為保證獲得化學(xué)成分均勻、穩(wěn)定且溫度較高的鐵液，滿足生產(chǎn)需要這一 前提，在大批量流水生產(chǎn)中，宜采用沖天爐-電爐雙聯(lián)熔煉工藝。它可以保證出爐鐵液溫度在1500C

15、以上，溫度波動(dòng)圍小于等于+(-) 10C，化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))精度達(dá)到厶C小于等于 +( -) 0.05%, Si 小于等于+( -) 0.10%。3.2.2熔煉工藝:(1)廢鋼 加廢鋼可明顯提高灰鑄鐵基體中D型石墨和初生奧氏體的數(shù)量；加廢鋼能促進(jìn)初生奧氏體的形核及長(zhǎng)大；可增加鑄件的強(qiáng)度和孕育。(2)出爐溫度和澆注溫度 出爐溫度一般都控制在 14001450C之，澆注溫度一般控制在13701440 C。( 3)孕育處理 為改善石墨形態(tài)和材質(zhì)的均勻性，孕育處理是十分重要的。孕育的作用為消除白口、 改善加工性能，細(xì)化共晶團(tuán)、獲得A型石墨，使石墨細(xì)化及分布均勻，改善基體組織、提高力學(xué)性能，減小斷面敏

16、感性。綜合孕育劑選擇的主要兩個(gè)因素：滿足工藝性及性能、金相組織的 需要；避免鑄件產(chǎn)生氣孔、縮松、滲漏等缺陷。由于75SiFe瞬時(shí)孕育效果好，溶解性能優(yōu)良，故此鑄鐵熔煉采用此方法。3.3分型面的選擇根據(jù)分型面的選擇原則，分型面的選擇位置如下:1、有利于順序凝固和沖型以及易于保證鑄件的精度；2、有利于鑄件的補(bǔ)縮；3、鐵液在鑄型中的流動(dòng)不穩(wěn)定；4、由于該件外形為錐體，這樣分形的好處是易于起模，在側(cè)面處可不設(shè)起模斜度。特點(diǎn)：1:重要面放在側(cè)面和下面，有利于重要面得到致密的組織;特點(diǎn)：:避免了吊芯；:不利于順序凝固和補(bǔ)縮；方案二:特點(diǎn)：方案二:1、減小了砂箱尺寸；2、有利于下芯；3、對(duì)上下箱的合箱、造型

17、精度要求很高;4、鐵液在鑄型中的流動(dòng)不平穩(wěn)。根據(jù)三種方案的對(duì)比，選擇方案二比較合理。3.4砂箱大小及砂箱中鑄件數(shù)目的確定:由于鑄件為錐體件，一端的表面積較大，因此采用一箱一件的生產(chǎn)方式。 砂箱的尺寸計(jì)算：砂箱寬=90+1526+90=1706mm,取砂箱長(zhǎng)度為 1800mm砂箱長(zhǎng)=90+1526+80+90=1786m m取砂箱寬度為 2000mm砂箱高度的計(jì)算：上砂箱高=286+150= 436mm冒口高度為 286mm故取上箱 500mm下砂箱高=622 + 180 = 802mm下砂箱取850mm砂箱各部位的尺寸如下表所列。砂箱外形尺寸砂箱長(zhǎng)（mr）砂箱寬（mm砂箱咼（mn）上箱2000

18、1800500下箱20001800850如工廠有尺寸相近砂箱也可選用。3.5砂芯設(shè)計(jì)及排氣砂芯的功用是形成鑄件的腔、孔和鑄件外形不能出砂的部位。砂芯應(yīng)滿足以下要求：砂 芯的形狀、尺寸以及在砂型中的位置應(yīng)符合鑄件要求，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，在鑄件形成過(guò) 程中砂芯所產(chǎn)生的氣體能及時(shí)排出型外，鑄件收縮時(shí)阻力小和容易輕砂 。3.5.1芯頭的基本尺寸芯頭是砂芯的重要組成部分。芯頭的作用是：定位、支撐和排氣。定位作用：通過(guò)芯頭與 芯座的配合，便于將砂芯準(zhǔn)確地安放在砂型中。支撐作用：砂芯通過(guò)芯頭支撐在鑄型中，保證砂芯在它本身的重力及金屬液體的浮力作用 下位置不變。排氣作用：在澆注凝固過(guò)程中，砂芯中產(chǎn)生的大量

19、氣體能夠及時(shí)地從芯頭排出鑄型。為下芯方便，根據(jù)課本可留垂直心頭與芯座之間的間隙s=1mm芯頭高度：h下=60mm斜度，h下=5。芯頭各部分尺寸及形狀見圖3.1 o圖3.1芯頭的尺寸及形狀3.5.2芯撐、芯骨的設(shè)計(jì)由于砂芯較小，且位于澆道附近，因此不用芯撐。為了保證砂芯在制芯、搬運(yùn)、配芯和澆注過(guò)程中不易開裂、不易變形、不被金屬液沖擊折 斷，生產(chǎn)常在砂芯中埋置芯骨，以提高其剛度和強(qiáng)度。由于該鑄件為小型鑄件，且砂芯尺寸不大，故可以采用細(xì)鋼管做芯骨，防止砂芯變形、 開裂，同時(shí)在鋼管上鉆若干小孔利于砂芯排氣。3.5.3砂芯的排氣砂芯在澆注過(guò)程中，其粘結(jié)劑及砂芯中的有機(jī)物要燃燒（氧化反應(yīng)）放出氣體，砂芯中

20、 的殘余水分受熱蒸發(fā)放出氣體，如果這些氣體排不出型外，則要引起鑄件產(chǎn)生氣孔。芯骨有小孔利于砂芯排氣，還可用通氣針扎出排氣孔的方法排氣。第四章澆冒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算4.1澆注系統(tǒng)的類型及選擇該鑄件為鑄鐵型鑄件，壁厚不均勻，根據(jù)鑄鐵件生產(chǎn)要求及特點(diǎn)，根據(jù)鑄造工藝學(xué)表 4-12選擇封閉式（n）澆注系統(tǒng)。以橫澆道截面最大，阻渣效果較好，可防止金屬液卷入氣 體，消耗金屬少，清理方便；但缺點(diǎn)是澆道為阻流，充型不平穩(wěn)。刀S:刀S橫：刀S直=1:1.5:1.14.2澆注位置的選擇方案一：采用頂注澆注系統(tǒng)澆注位置設(shè)在冒口上，設(shè)置三個(gè)澆口分別位于三個(gè)腰圓形冒口上, 如圖所示：澆注系統(tǒng)示意圖此澆注的優(yōu)點(diǎn)：（1）澆注系

21、統(tǒng)位于冒口上因此在機(jī)加工時(shí)省去了切割澆道的工序;（2 ）澆道和冒口相連降低冒口的冷卻速度，有利于冒口的補(bǔ)縮；（3）澆道位于該件的中心位置充型平穩(wěn)，而且鑄件的質(zhì)量均一。萬(wàn)案一：采用頂注式，澆道鑲嵌在下模樣邊上，便于清理，橫澆道搭接在澆道上，和直澆道一起放 在上模樣，具體構(gòu)造如下圖特點(diǎn)：便于清理，可用澆注系統(tǒng)當(dāng)冒口，對(duì)鑄鐵有一定的補(bǔ)縮作用。且節(jié)省材料，降低生 產(chǎn)成本。對(duì)比以上兩種方案，由于鑄鐵具有良好的流動(dòng)性，容易填充形狀復(fù)雜的薄壁鑄件，且不易 產(chǎn)生氣孔、澆 不足、冷隔等缺陷，且澆注溫度較低，充型能力好，可以不用另設(shè)冒口，因此 采用方案一。4.3澆注系統(tǒng)各部分尺寸的計(jì)算根據(jù)相關(guān)資料查得 HT200

22、具體成分及其含量如表 431所示。表431 HT200化學(xué)成分表（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）CSiMnPSCr3.33.551.952.150.600.90 0.08 0.120.150.304.3.1合金鑄造性能分析:灰鑄鐵具有良好的鑄造性能：（1）流動(dòng)性。灰鑄鐵的熔點(diǎn)較低，結(jié)晶溫度圍較小，在適宜的澆注溫度下，具有良好的流動(dòng)性，容易填充形狀復(fù)雜的薄壁鑄件，且不易產(chǎn)生氣孔、澆 不足、冷隔等缺陷。（2）收縮性?；诣T鐵的澆注溫度較低，凝固中發(fā)生共析石墨化轉(zhuǎn)變，使其線收縮小，產(chǎn)生的鑄造應(yīng)力也較小，所以鑄件出現(xiàn)翹曲 變形和開裂的傾向以及 形成縮孔、縮松的傾向都較小。（3）灰鐵充型能力好，強(qiáng)度較高，耐磨、耐熱性好，

23、減振性良好，鑄造性較好，但需人工時(shí)效。4.3.2鐵液在型的上升速度根據(jù)澆注系統(tǒng)的鐵液上升速度計(jì)算法，查鑄造工藝學(xué)表3-4-6根據(jù)澆注系統(tǒng)的鐵液上升速度計(jì)算法，查鑄造工藝學(xué)表3-4-6知鐵液在型中上升速度Vi （ mm/s）在 20mm/s- 30 mm/s 之間，取 Vi =25mm/s。4.3.3澆注系統(tǒng)截面尺寸設(shè)計(jì)4.3.3澆注系統(tǒng)截面尺寸設(shè)計(jì)用奧贊公式可計(jì)算阻流截面積:S阻m下為澆注質(zhì)量，鑄件質(zhì)量 m7.21kg / m3查表得濕型中等鑄鐵流量系數(shù)m下2gH_1665 kg，考慮增重 5% m 下=1748kg0.42 ,澆注時(shí)間查鑄造工藝學(xué)表 3-4-3對(duì)于鑄鐵件t=1030s 取t=

24、30s澆注速度V =m/t=1665/30=55.5kg/s澆注溫度13701440C4.4冒口設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)補(bǔ)縮液量法：已知該件體積約為232871987mm3查課本P299可得鑄鐵體收縮率取1.9，冒口的補(bǔ)縮效率取 14%鑄件壁厚取主要壁厚50。3 6 Vc d0=946mm式中：Vc-鑄件被補(bǔ)縮部分體積;-鑄件金屬的凝固收縮率理論上需要用以補(bǔ)縮部分液體的體積V1 ;d 0 :補(bǔ)縮球直徑。Dr=T+ d 0=50+946=996mm.Dr:冒口直徑。該件采用三個(gè)同形狀冒口，冒口的高度取為300mm.由于該件為灰鑄鐵，采用保溫冒口可提高鑄件工藝出品率10%15%能夠很顯著地節(jié)約材料和降低成本。

25、為了冒口的易于切割，降低后續(xù)機(jī)加工難度，在冒口底部可放置帶孔隔板或 易切片便于冒口的切割。4.4.1鑄件工藝出品率鑄件質(zhì)量鑄件工藝出品率=x 100%鑄件質(zhì)量冒口質(zhì)量澆注系統(tǒng)質(zhì)量對(duì)該鑄件工藝出品率 =1665心665+781+312)=60%4.4.2出氣孔開始澆注的瞬間，型腔的空氣即被加熱膨脹，型壓力迅速增加，有些空氣可從型砂的空 隙逸出，但型砂的透氣性常不足以防止壓力的顯著增高。當(dāng)澆注系統(tǒng)完全充滿時(shí)，壓力可以高 到使液態(tài)合金倒流，再周期性地返回，并降低澆注速度。壓力過(guò)大可能瞬時(shí)拾起上箱，引起 “跑火”，甚至從直澆道中噴濺，造成事故。道氣不良還會(huì)造成氣孔、澆不足和冷隔等缺陷。所以要用出氣孔，

26、將型氣體引至砂型之外出氣孔除排出型腔的空氣和氣體之外，還可減小砂型 充滿時(shí)的動(dòng)壓力，以及便于觀察型的充滿程度等。但此鑄件可不需專門的出氣孔，可以選取通 氣針在砂型上扎出排氣道的方法排氣。443冒口的作用及位置確定冒口是鑄型用以儲(chǔ)存金屬液的空腔，在鑄件凝固過(guò)程中補(bǔ)給金屬，能有效防止縮孔、縮松、排氣和集渣的作用。對(duì)于該鑄件采用普通明冒口，由于該鑄件熱節(jié)處壁厚較大，經(jīng)分析可 設(shè)置1個(gè)環(huán)形大冒口。如下圖所示：4.5冷鐵設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算4.5.1冷鐵的選用及作用為增加鑄件局部冷卻速度常常在鑄件表面或者部放置激冷材料，對(duì)該件采用鑄鋼材質(zhì)板型外冷鐵，對(duì)于該件使用冷鐵有諸多優(yōu)點(diǎn)：1）在冒口難于補(bǔ)縮的部位防止縮孔縮松；2）冷鐵可與冒口配合使用，利用冷鐵形成末端區(qū)，能加強(qiáng)鑄件的順序凝固條件、擴(kuò)大冒 口補(bǔ)縮距離或圍，減少冒口數(shù)目或體積；3）防止立壁與鑄件表面交接部位形成裂紋；4）用冷鐵加速熱節(jié)部位的冷卻，使整個(gè)鑄件接近于同時(shí)凝固，既可防止或減少鑄件變 形，又可提高工藝出品率；5）改善局部組織和力學(xué)性能，提高表面硬度和耐磨性；6）減輕或防止該鑄件厚壁部位的偏析。4.5.2冷鐵的尺寸及放置位置的選擇通常冒口的厚度 B=（ 0.25A0.5 ） T,可取 B=84mm 根據(jù)查表可知冷鐵的其他尺寸及參數(shù)如表3-23所列。表4.1冷鐵尺寸冷鐵長(zhǎng)度（mr）冷鐵間隙（mm冷鐵厚度（