底板砂型铸造设计及模拟说明书

1、底板砂型铸造设计及模拟说明书底板铸造工艺设计及模拟摘要：铸造是一门横跨了几千年的金属生产技术，从刚开始的手工造型 到现在的机器造型，随着代科学技术的发展，金属铸件的铸造要求也越 来越高。因此，在每个铸件生产之前都必须进行铸件的工艺设计和模拟。 铸件的工艺设计的合理性及铸件的质量有着十分密切的联系，工艺设计 越完整越准确，生产出来的铸件质量越高。在21世纪的今天，随着计算 机软件的应用领域的普及，浇注软件Procast软件也孕育而生。Procast 软件是一个应用计算机对浇注过程和浇注后的缺陷进行模拟的浇注模拟 软件，其独特的有限元分析可以帮助我们运用计算机来分析浇注产生的 缩松、缩孔等缺陷，来

2、使我们去改正设计方案。另一方面，环境保护的 理念和绿色生产的概念正深入到我们的生活中，铸造技术也要注意环境 保护。铸造生产中可能产生二氧化硫等危害性气体，在铸造生产中我们 必须要设计相关方案去处理产生的有害性气体。本次设计任务是底板，也就是浇注底板，是铸造中很常用的零件。我 们要根据底板相应的特点来进行工艺设计，才能真正设计出有效地铸造 方案。根据本次实际生产批量、铸件的结构特点和用途，确定选用的铸 造成形的方法，工艺设计的具体内容包括：铸件的工艺性分析，铸造工 艺参数的确定，浇注系统的确定、冒口以及冷铁的设计、铸造设备的设 计等。/ 52底板砂型铸造设计及模拟说明书关健词：铸造工艺设计；底板

3、；铸件质量；铸造模拟5 / 52Slab casting process design and simulationAbstract:Casting is a spanning thousands of years of metal production technology, from the beginning of the manual to the machine model, with the development of the generation of science and technology, metal casting foundry is becoming more

4、and more demanding. Therefore, before each casting production must be casting process design and simulation. The rationality of the design of casting process has a very close relation with the quality of the casting, the process design more complete more accurately, to produce the higher the casting

5、 quality. In the 21st century, with the popularity of the application field of computer software, pouring software Procast software can also breed. Procast software is an application of computer to casting process and casting defects after the simulation of casting simulation software, the finite el

6、ement analysis of its unique use computer can help us to analyze the casting defects such as shrinkage, shrinkage cavity, to make us to correct design.The design task is the base plate, also is the bottom board, is very commonly used in casting parts. We will according to the底板砂型铸造设计及模拟说明书 character

7、istics of the floor corresponding to technological design, can design the casting solution effectively. According to the actual production batch, casting structural characteristics and USES, and the selection of the casting, the method of process design of the concrete content includes: the casting

8、technology of analysis, the determination of casting technological parameters, the determination of pouring system, riser and chill design, the design of the casting equipment, etc.Key word:casting proess design;slab;casting quality;casting simulation目录1概述 12零件铸造工艺方法 22.1 设计任务及要求 22.2 造型造芯方法的选择-.32.

9、3 浇注位置和分型面的确定-.33铸造工艺参数设计63.1 铸件的尺寸公差.63.2 机械加工余量73.3 铸造收缩率.83.4 起模斜度8底板砂型铸造设计及模拟说明书3.5 最小铸出孔和槽93.6 工艺正补量93.7 分型负数.103.8 反变形量 103.9 浇注温度.-114浇注系统的设计124.1 浇注系统的基本要求.124.2 浇注系统的基本类型.124.3 浇注系统的基本组元.134.4 浇注系统的尺寸设计.155铸造工艺设备设计185.1 模样设计.185.2 模板选择.18底板砂型铸造设计及模拟说明书5.3 砂箱及附件的选择216 ProCAST软件模拟 226.1 ProCA

10、ST软件模拟操作226.2 温度场分布.277铸件缺陷分析及解决方案 29vii / 52底板砂型铸造设计及模拟说明书7.1 ProCAST缺陷模拟结果 .287.2 缺陷产生的原因及处理方法.28参考文献31谢辞33# / 52底板砂型铸造设计及模拟说明书1概述我国古代的铸造技术一直在世界先进行列，但是由于几千年的封建社 会制度严重影响了科学技术的发展，也导致了铸造技术的停滞不前。在 新中国成立以后，国家大力鼓励发展铸造技术，现在铸造技术是我国一 个很大的行业，近几年的年产量达2600万吨-3100万吨，一直在世界 前列，据统计，2008年中国铸件的生产产量达到2600万吨，占世界产 量的2

11、9.5%,而在2012年中国铸件的生产量达到2900万吨，占世界 生产产量的29.8%O中国的铸造生产厂点有2万多个，职工将近200万 人，其中技术人员约占4%,已经成为我国重要的基础产业。国家的综合国力的标志是这个国家的制造业发展水平。大型铸件的生产 水平和铸造生产水平，标志着中国制造业的水平能力，影响国民经济。铸 造一直是装备制造业的基地，但我国铸造业的设备制造行业一直存在薄弱 环节。要想成为铸造大国，我国必须尽快解决铸造相关知识和人员相关的平不高，落后的铸造生产工艺和设备，自主创新能力弱,铸件质量不高，铸造 强国的距离这一目标，有很强的路要走。根据模具材料，铸造成形工艺成型 过程将以不同

12、的方式，可分为两大类的砂型铸造和特种铸造。砂型铸造适 用于金属材料，不同的大小，形状和体积的各种铸件，低成本,通过铸造砂铸 造生产占总产量的90%以上铸件。常见的特种铸造是熔模铸造、金属型 铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造等。本次重点介绍的是砂型铸造。 我国虽然是个铸造大国，但并不是铸造强国，在铸造生产中存在许多不 合理的因素和工艺流程，不科学和不规范的操作会导致铸件质量的下降, 铸造存在以下问题：1）我国虽然铸造厂很多，但是铸造技术人员并不多，生产效率很低；2）在铸造生产中资源能源浪费现象严重，污染也严重；3）铸件质量不能保证，附加值很低。因此，必须大力培养铸造相关技术人员，更新和改进铸造

13、工艺流程, 保证铸件质量的同时，减小环境污染和能源浪费。2种僦工艺方法2.1设计任务及要求本次设计的任务是底板的铸造工艺设计，材料为球墨铸铁，质量为12.32Kg,生产方式为小批量生产，底板的三维零件图为图2.1,底板的 二维零件图为图2.2,图2.1底板的三维零件图图2.2底板的二维零件图2.2 造型、造芯方法的选择分析：本次设计的底板存在有大平面，因此不采用湿型造型的方法， 可以采用半干型造型的方法，又因为小批量生产，因此采用手工造型的 方法。由于铸件的特殊性，本次设计没有砂芯，所以没有砂芯相关的设 计。结论：砂箱中逐渐数量的确定原则：砂箱中的铸件的数量要根据工艺 条件和生产批量要求来确定

14、，本次设计的铸件是底板，生产方式为小批 量。采用砂型铸造，一箱一件。2.3 铸件浇注位置和分型面的确定2.3.1 铸件浇注位置的确定铸件的浇注位置是指浇注时未来铸件在铸型中所处的状态和位置，也1 / 52底板砂型铸造设计及模拟说明书底板砂型铸造设计及模拟说明书就是说那个部位在上，那个部位在下。浇注位置在选择造型方法后才能 确定下来，浇注位置一般及铸件的形状和结构、铸件的合金种类等有关浇注位置确定的一般原则：(1)浇注位置应有利于所确定的凝固顺序，对于体积收缩较大的合 金，浇注位置用尽量满足顺序凝固的原则。(2)铸件的重要部分应该尽量位于下部。(3)重要的加工面应该朝下或者在侧面，因为气孔和金属

15、夹杂物容 易出现在朝上的表面。(4)铸件的大平面朝下，避免加砂结疤类缺陷，对于大平面铸件， 也可以采用倾斜浇注。(5)应保证铸件能够在规定时间内充满，不会产生浇不到、冷隔的 缺陷。(6)避免使用吊砂、吊芯，便于合箱和检查。(7)应该使合箱位置、浇注位置和铸件的冷却位置一致。必勿勿勿勿心I图2.3浇注位置铸件最终确定的浇注位置如图2.32.3.2分型面的选择浇注位置确定后，即可确定分型面。铸造分型面是指铸型组元间的结 合面，分型面确定的合理及否，关系到模样制造的难易程度。同时合理 选择分形面，对于简单化铸造工艺，提高生产率，降低成本，提高铸件 质量等有直接关系。分型面选择原则；1）应使铸件全部或

16、大部分置于同一个半型内；2）应尽量减少分型面的数量；3）分型面通常选在铸件的最大截面处，尽量不使砂箱过高;4）分型面尽量选用平面；5）便于下芯、合箱和检查型腔尺寸；6）受力件的分型面的选择不应该削弱之间结构强度；7）注意减轻铸件清理和机械加工余量分型面的确定；方案一：/口口、 上下图2.3方案一分型面的位置方案二：u IP 下图2.4方案二分型面位置方案一（图2.3）和方案二（图2.4）的分型面选择一样，不同的是将铸 件放在上半砂箱和下半砂箱，放在下半砂箱，因为底板顶面为重要的加 工平面，所以不符合分型面的选择原则，而放在上半砂箱就不会存在这 种问题，因此方案一更好，选择方案一。13 / 52

17、3铸造工艺参数设计3.1铸件尺寸公差铸件的尺寸公差是指允许的铸件尺寸变动量。公差就是最大极限尺寸及 最小极限尺寸的代数的绝对值。铸件尺寸保持在两个允许极限尺寸之内, 就可满足加工、装配和适用要求。铸件的尺寸精度取决于工艺设计过程 控制的严格程度，铸件的尺寸精度越高，对工艺的控制就越严格，但铸 件的生产成本相应的就越高。因此在规定铸件的尺寸公差时，必须从实 际出发，综合考虑各种因素，达到既保证铸件的质量，又不过多的增加 生产成本的目的。表3.1小批和单件生产的铸件尺寸公差等级(CT)(GB/T 6414-1999)工艺造型铸件材料方法材料铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金轻金 属合 金镇基合金钻

18、基 合 金砂型粘土1313131313111313铸造砂1515151515131515手工化学1211-11111010-1212-造型粘结砂1413131312121414因为本次设计所用的材料为球墨铸铁，因此采用公差等级为13级, 再根据公差表分别选择相应的公差尺寸。按照GB/T64141999铸件尺寸公差的规定，铸件尺寸公差 一共分为16级，表示为CT1CT16。参见表3.2:表3.2摘自铸造技术应用手册表3.14单位：mm毛皮铸件基本尺寸铸件尺寸公差等级CT大至1234567891111111于01234562540.0.0.0.0.0.60112.35791140601172344

19、6581143620.4260.79382.6901130.180.0.0.0112846126110.2350.7123.4611103206608424800.0.0.0.11241428405663.2机械加工余量铸件为保证零件精度，应有加工余量，即在铸件工艺设计师预先增加的、 而后在机械加工时又被切去的金属层厚度，成为机械加工余量，简称加工余量。加工余量过大，浪费金属和加工工时；过小，降低刀具寿命， 不能完全去除铸件表面缺陷，达不到设计要求GB/T16141999铸件尺寸公差及机械加工余量中规定，要求的机械加工余量RMA适用于整个毛坯铸件，即对有需要机械加工的表面 只规定一个值，且改值

20、应根据最终机械加工后成品铸件的最大轮廓尺寸和相应的尺寸范围选取。要求的机械加工余等级有10级，称之为A、B、C、D、E、F、G、H、J和K共10个等级。参见表3.3、3.4o3.3要求的铸件机械加工余量(RMA) (GB/T64141999)单位:mm最大尺寸要求机械加工余量等级大于至ABCDEFGHJK400.10.10.20.30.40.50.50.711.440630.10.20.30.30.40.50.711.42表3.4用于各种铸造合金和铸造工艺机械加工余量等级工艺方法要求的机械加工余量等级铸件材料铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金锌合金轻金属合金镇基合金砂型铸 造手工 铸造GKFHF

21、HFHFHFHGKGK砂型铸 造机器 造型和 壳型FHEGEGEGEGEGFHFH在这里，我们选用机械加工余量等级为H级。底板外形的机加工：A=F+2RMA+C(3-1)400+2*3.5+12/2=413 350+2*3.5+12/2=363 8+2*0.5+2/2=10 32+2*0.5+7/2=36.5 A为铸件毛坯的基本尺寸。 F-最终加工后的尺寸。RMA-要求的机械加工余量。CT-铸件公差。3.3铸造收缩率铸件线收缩的定义是:K=(Lm-Lj)/Lj X 1 % (3-2)式中Lm表示模样长度;Lj表示铸件长度铸造收缩率受到合金种类、铸件的冷却时受阻力的大小、冷却条件的不同等非常多的

22、条件的影响。对于单件和小批量生产的底板，根据经验选取即可。铸造收缩率可以根据表3.5进行选取。表3.5铸铁件球墨铸铁的收缩率由铸造实用数据手册可查得铸件的种类线收缩率受阻收缩自由收缩球墨铸铁0.91.03.4起模斜度为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向要留有一定的斜度，这样可 以避免破坏型腔或者芯盒，因此把这个斜度成为起模斜度。起模斜度应 小于或者等于零件图上规定的起模斜度，防止铸件不能从铸型中取出， 另一方面，铸件的起模斜度应该选取一致，防止加工时频繁更换刀具。3.6模样的起模斜度。由铸造工艺课程设计手册表2-13可查得模样外表面的起模斜度测量面高度起模斜度4金属模样、塑料模样木模样aa /

23、mmaa /mm 10-401。100.81025,1.0 401000。301.00。401.23.5 最小铸出孔及槽一般来说，零件上较大的孔和槽、台阶等，应铸出来，可以节约金属和 加工工时，同时还能避免铸件局部过后所造成的热节，改善铸件质量。 比较小的孔和槽，或者说铸件很厚，则不适合铸造出，否则会使铸件产 生粘砂，造成清理及机械加工时困难，直接加工出孔和槽方便一点。由 零件图可以知道，本次设计的底板最小孔为10mm,查表可知道最小的 铸出孔为30mm,所以不采用铸造的方式生产孔，采用铸造完成后机械 加工孔，不加工的孔的尺寸选取按照表3.7选取。3.7铸件的最小铸出孔直径生产批量最小铸出孔直

24、径（mm）大量生产12-15成批生产15-30单件、小批生产30-503.6 工艺正补在单件和小批量生产中，由于缩尺和铸件的收缩率选用的不合适，或 者由于铸件产生了变形以及操作中存在不可避免的误差的原因，便使加 工过后的铸件的尺寸小于原来要求的尺寸，尺寸过小的话，还会因为尺 寸误差太大，强度不够而不能使铸件满足生产的需要，导致铸件无法使 用而报废。因此便会在铸件相应的非加工平面增加一层金属厚度来弥补 铸造过程中的误差，这就是工艺正补量。工艺正补量的数值及铸件的尺寸，结构以及浇注位置和造型材料有 关，由于本次设计的底板是小批量生产，工艺正补量要根据以往的经验 数据去设计。工艺正补量如图3.1:工

25、艺正补量的厚度为2mm。图3.1工艺正补量3.7 分型负数砂型铸造时，上下两个砂型的接触面一般都是不平整的。特别是干型和 表干型，由于烘干时分型面产生变形，因此合箱时，上下两个砂型之间 就不能紧密接触。为了防止浇注时跑铁水，合箱前往往要在下箱分型面 上垫上石棉绳或泥条。这样就是在垂直于分型面方向的铸件尺寸增加了。 为了使铸件合乎图纸的尺寸要求，必须在制作模样时减去这部分高出的 尺寸，这个被减去的尺寸称为分型负数。分型负数选取根据经验选取，根据本次设计铸件的特点，在分型面选择 分型负数为2mm。3.8 反变形影响铸件变形的因素有很多，例如合金性能、铸件的结构、和尺寸大 小、浇冒系统的布置、造型方

26、法等。在铸造大平板类、床身类铸件时，铸件冷却后常出现变形。为了解决 挠曲变形问题，在制造模样时，按铸件可能产生变形的相反方向做出反 变形模样，使铸件冷却后的结果正好将反变形抵消，得到符合图纸要求 尺寸的铸件。这种在模样上做出的预变形量称为反变形量。本次设计的底板在下表面设置2mm的反变形量。3.9 浇注温度浇注温度的选取对铸件质量会产生很重大的影响，温度选取过高，会 导致铸件热节增加，残余热应力增加；温度选取过低，会导致浇不到和 冷隔的缺陷，本次设计的底板材料为球墨铸铁，选取浇注温度为142CTC.4浇注系统的设计4.1浇注系统的基本要求浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道的总称。铸铁件的浇

27、注系 统典型结构是由浇口杯、直浇道、直浇道窝、横浇道以及内浇道等部分 组成，浇注系统的设计合理及否直接影响铸件的质量和浇注是金属利用 率。浇注系统的基本要求：(1)内浇道的数量、位置和方向应该符合铸件的凝固顺序原则和补缩要 求。(2)必须在固定的时间内充满型腔。底板砂型铸造设计及模拟说明书(3)充型压力必须能使浇注完成和充满型腔，能使铸件轮廓清晰。(4)具有良好的挡渣能力。(5)金属液在充满型腔中要流动平稳，避免紊流，防止在充满型腔中因 吸入的空气过多而发生化学反应，影响铸件的质量。(6)金属液流入型腔和浇道过程中流速不宜过快，避免飞溅和冲击浇 道和砂芯以及型腔。(7)型腔内的金属液提升的速度

28、也不能太慢，否则会导致加砂和冷隔 等缺陷。(8)不允许破坏冷铁以及支撑砂芯。(9)浇注过程中的金属液消耗小，利用率高，浇注本身系统内的金属 液易清理。(1。)减小砂型体积，造型比较简单。(11)对于一些比较薄的铸件常用浇口作为冒口使用。4.2 浇注系统的基本类型按浇注系统各单元截面的比例：分为封闭式、开放式、半封闭式和封 闭开放式，各种浇注系统的特点如表4.1表4.1浇注系统的种类及特点# / 52底板砂型铸造设计及模拟说明书类型截面比例关系特点及应用封闭式A杯A直A横A内阻流截面在内浇道上，开始浇注后，充满型腔很快开放式A直A横A内阻流截面在直浇道上，充型平稳，挡渣能力差半封闭式A直A横A横

29、,A内A直,A内阻流截面在内浇道上，横浇道截面最大，具 有一定的挡渣能力，充型比较稳定封闭开放式A直,A阻vA横A内阻流截面在直浇道下端，挡渣能力不错，充 型较为稳定，应用在中小型铸件较多4.3 浇注系统的基本组元4.3.1 浇口杯浇口杯的作用是：便于浇注，接收来自浇包的金属液，可以防止液体 的溅出和溢出；减轻金属液对型腔和浇道的冲击，具有一定的挡渣作用, 还可以防止气泡进入浇道内影响铸件质量，增减充型压力。本次设计选用的是普通漏斗式浇口杯，具体尺寸为图4.1:本次设计选用的浇口杯的特点是可在砂型中直接挖出或者用简单的 金属浇口圈做出，操作方便，一般应用于小型铸铁件。4.3.2 直浇道直浇道的

30、功能是将金属液从浇口杯中引下，进入横浇道，内浇道和型 腔，在浇注过程中起着十分重要的作用，还能够提供足够的压力来保证 浇注时金属液的填充迅速，克服在浇注过程中所遇到来自型腔的阻力， 使金属液能够在规定的时间内充满型腔。4.3.3 直浇道窝金属液对直浇道的底部具有很大的冲击力，随之会产生紊流和漩涡的 效果，导致金属液及空气过多接触，从而影响铸件的质量，还会带来浇 注渣和冲砂等铸造缺陷，设置直浇道窝可以有效改善这些缺陷，直浇道 窝的作用如下：(1)具有良好的缓冲作用，来缓冲来自直浇道金属液的充型压力15 / 52底板砂型铸造设计及模拟说明书(2)可以缩短直浇道和横浇道支架紊流区的长度可以均匀分布内

31、浇道内的流量减少直浇道和横浇道之间的压力在金属液注入浇口杯时常会携带一定的空气，设置直浇道窝可以 浮出一定量的空气来改善铸件质量直浇道窝的大小形状来根据直浇道小段的直径来选取。4.3,4横浇道横浇道的作用：横浇道的主要作用是向内浇道提供洁净的金属液，其 主要作用就是挡渣，在金属液流入横浇道后，横浇道的挡渣作用会阻挡 金属液中的金属渣，向内浇道提供洁净的金属液来浇注，可以极大改善 铸件质量；另一方面，横浇道可以使浇注平稳进行，稳定浇注时的充型 压力。4.3.5内浇道1)内浇道的作用：控制充型速度和方向，分配金属液流入型腔，调节铸件各部的温度 和凝固顺序，内浇道对铸件有一定的补缩作用。(1)内浇道

32、数量的确定应该遵守所选用的凝固顺序和补缩方法，内 浇道应该开在铸件的薄壁处，数量多为好，分散布置，这样可以使金属 液能够均匀快速冲入型腔。(2)对于有凝固顺序的铸件，内浇道应该开设在厚壁处并且设置有 冒口，这样安排可以提高冒口的补缩效果。(3)对于结构复杂的铸件，往往采用顺序凝固和同时凝固的原则安底板砂型铸造设计及模拟说明书排内浇道，这样既可以使得厚大部位的铸件得到补充还可以使得薄壁件 减小充型压力和变形。（4）当铸件壁厚相当悬殊时，但是又必须从铸件的薄壁处去引入金属 时，则应同时使用冷铁加速厚壁处的凝固，并且放置冒口来加速其凝固。（5）对于采用实用冒口的铸铁件和球墨铸铁件都必须遵守实用冒口

33、的原则来布置内浇道和冒口。2）内浇道的设计要点：（1）设计内浇道应该避免流入型腔时的喷射和飞溅现象，避免金属 液对着细小的砂芯、型腔、冷铁和芯撑，保证整个充型过程的平稳。（2）内浇道应该尽量薄。薄的内浇道的好处是：降低内浇道的吸动 区，可以放大横浇道的挡渣作用；减少初期金属液中金属渣的数量，来 减轻后期清理的工作量，内浇道薄于零件的壁厚，在去浇道时不容易损坏零件。（3）内浇道要避免开在铸件质量要求很高的部位,或者是加工精度要 求很高的部位，这样可以避免晶粒粗大的铸件在此，提高铸件的整体质 量。（4）内浇道的金属流向力必须保持一致，否则会导致紊流。（5）尽量在分型面上开设内浇道。（6）内浇道的设

34、置不能阻碍铸件的凝固，否则会导致铸件开裂。4. 4浇注系统的尺寸设计4.4.1 直浇道的高度由经验可知，直浇道过低可能导致充型不到和金属液补缩压力不满底板砂型铸造设计及模拟说明书足，容易出现铸件边角浇注不完整、铸件缩凹等缺陷。刚开始设计直浇 道的高度是150mm,应该检验这个高度是否满足浇注需要。根据公式，剩余压力头和压力角的关系，如下式所列：HMLtga (4-1)式中HM最小剩余压力头L直浇道中心到铸件最高且最远点的水平投影距离a压力角由铸造工艺学查表3-4-11得：a为910 取10Ltga=450*tg 10 = 79mm因为铸件全部位于上箱，铸件本身为40mm,加起来约为120mm,

35、所以剩余压力头HM小于选择的150mm所以选用的压力头高度满足浇注要求。4.4.2 直浇道尺寸设计球墨铸铁液经过球化、孕育处理温度下降很多，并且容易产生氧化， 生成渣滓，要求要快速充型，所以一般选用封闭式浇注系统。根据铸造技术应用手册表4-19的常用球墨铸铁浇注系统尺寸，根据 本次设计底板的质量为13Kg,所以选择具体直浇道的尺寸。具体尺寸如图4.2:19 / 52底板砂型铸造设计及模拟说明书图4.2直浇道和直浇道窝的尺寸4.4.3 横浇道尺寸设计根据铸造技术应用手册表4-19的常用球墨铸铁浇注系统尺寸，横浇道如图4.3图4.3横浇道的尺寸A=23mm B=15mm C=25mm4.4.4 内

36、浇道尺寸设计 根据铸造技术应用手册表4-19的常用球墨铸铁浇注系统尺寸，横浇道如 图4.421 / 52底板砂型铸造设计及模拟说明书图4.4内浇道的尺寸a=18mm b=16mm c=6mm5铸造工艺设备设计5.1 模样设计5.1.1 模样种类的选取模样按材质、结构分类，其特点及适用范围见表5.1表5.1模样的种类、特点及适用范围模样森使用范围种类底板砂型铸造设计及模拟说明书木模样质量很轻、容易加工、价钱便宜、但是 强度比较低、容易变形、容易受潮、尺 寸精度低适用于单件生产和小批量生产金属模样质量小、容易加工、表面光滑、耐腐蚀、适用于成批和大量生产塑料模样质量小、制造工艺简单、强度和硬度高、

37、成本低但是原材料有毒、很脆适用于大批量生产，特别是结构复杂的铸件由于本次设计的是底板，结构简单，而且是小批量生产，所以采用木 模样。5.1.2 模样尺寸的计算模样的尺寸分为两类：一类是及铸件有关的尺寸；另一类是非关联尺寸, 凡是及铸件有关的尺寸，都应该把铸件的尺寸按照铸造收缩率加以放大, 即遵循下面的公式计算：模样尺寸=(及铸件有关的尺寸土工艺尺寸)x (1+铸造收缩率) (5-1)公式中“土”的用法：用于模样凸出部位的尺寸；“一”用于 模样凹下部位尺寸。由上可得出：A= (400+13) X (1+0.01) mm=418 mmB= (350+13) X (1+0.01) nun=367 m

38、mC= (40+6) X (1+0.01) mm=47 mmD= (8+4) X (1+0.01) mm= 12.12mmE= (8+2) X (1+0.01) mm= 10.1mmF= (12+2) X (1+0.01) mm= 14.14mmA、B、C、E、F为摸样的外形尺寸。绘制模样5.2 模板选择选择单面普通式模板，适用于本次设计的底板的要求：小批量生产。5.2.1 模板结构尺寸的设计及尺寸的计算（1）模底板的平面尺寸：模底板的具体尺寸及已定的砂箱内框尺寸有关。模底板如图所示。模底板的具体尺寸按以下公式来计算：A0=A+2bB0=B+2b（5-2）式中：A一砂箱内框长度尺寸（mm）;B

39、一砂箱内框宽度尺寸（mm）;A。一模底板长度尺寸（mm）;Bo一模底板宽度尺寸（mm）;b一砂箱分型面外凸缘的宽度（mm）。模底板图5.225 / 52底板砂型铸造设计及模拟说明书(2)模底板的高度：模底板的高度H必须根据使用要求来确定。普通平面式模底板：H=80-150mm5.2.2 模底板的壁厚和加强肋设计及确定(1)壁厚s和加强肋的尺寸3危及相连圆角半径r可依据模底板平 均轮廓尺寸和所用的材质，选用： S=10-l 2mm,ti=12-14mm,t2=8mm,r=3mmo(2)加强肋的布置：加强肋之间的距离为K=50mm。(3)模底板和砂箱的定位装置：模底板及砂箱之间用直接定位法定 位，

40、定位销安装在模底板上。结论：综上所述，模底板具体尺寸是长600mm、宽500mm。5.3 砂箱及附件的设计5.3.1 设计选用砂箱的基本原则(1)满足铸造工艺的基本要求；(2)尺寸和结构符合铸造设备的要求；(3)具有良好的力学性能，强度和刚度达标；(4)对砂型具有足够的粘附力，不能出现掉砂的情况;(5)经久耐用，便于生产；(6)可以尽量标准化。5.3.2 砂箱的尺寸砂箱的结构如图5.3# / 52底板砂型铸造设计及模拟说明书6 ProCAST软件模拟ProCAST 软件是由美国 UES (UNIVERSAL ENERGY SYSTEM) 公司开发的铸造过程的模拟软件采用基于有限元(FEM)的数

41、值计算和综 合求解的方法，对铸件充型、凝固和冷却过程等提供模拟，提供了很多模 块和工程工具来满足铸造工业最富挑战的需求。基于强大的有限元分析, 它能够预测严重畸变和残余应力，并能用于半固态成形，吹芯工艺，离 心铸造，消失模铸造、连续铸造等特殊工艺。6.1 ProCAST软件模拟操作ProCAST模拟过程：1）打开ProCAST软件，打开所做的三维图，三维图可以有PROE和UG做保存为PRT和IGS格式;2）为浇注系统添加虚拟砂箱：如图6.1 （砂箱大小可以调整）37 / 52图6.1添加虚拟砂箱3）检查所做文件的正确性，要检查的有两个相交面的数量，线段是否相交等，检查错误，可以改正，如图6.2

42、Gap Tol: 0 2LTdoAlMa7gs tfon Ard CctredonPreyfJexl卜 Ctrofe ProbtaTiAcM to Cd cc to*Mi ay AJift-cbtensAdj LcnrSj,facesv Adviacod OptioarSetectPrctotembiruVoinu图6.2检查错误4）划分网格，划分网格分为2D划分面和3D划分体，如图6.3:Fy.b，. 2 5，G251 如冷，Js 勾13 I 8 5也Excec of Suvm. * j二zn0工,台京卷q吕翩画.钥弓嗯qq曰法.一H3hIT g.UtP Vbik：-/j$uHKcIsTaS

43、V& 5?与，q CaonstvbbsCfOup 65&a N-tfKd(D沏也432 odl 51 ie.Io Al &OQi mrdc3 ：幻，,：RwUxegGevA支 abf&ly .nf.Gwmj o Ro图6.3 2D网格划分5）检查网格划分的错误并改正，因为网格划分时可能有结构上的错误，如图6.4C、zk Surhce Me?h6.4检查网格划分的错误6） 3D网格划分，也就是体划分，划分之后也要进行检查错误并改正,如图6.5和图6.6：图6.5和图6.6 3D网格划分7）重力方向的设置，要保证铸件能够浇注进去，如图6.7:图6.7重力方向的设置8）铸件材料和砂型材料的设置，以及

44、浇注温度的设置，如图6.8：BT X 1U3 1cc AJ D Ni Swm?的二： *.14 Crwa fu.9IOX C v L.bmtCWJteSC 3c 3 8X, 一 3 5c ?；EMGl XC v Z| W0tan2ptacag 必：为Vobnf41：，依丽 ，。口3 0 ) ?C4UUrt EaMAla C1T , VUi ClX * 械fMf 05、tillHe lM*x * r.tility l4bW axlu”i 22.15 4 Q -VoIum Mih tr CC图6.8浇注温度的设置9）热交换系数的设置，如图6.9图6.9热交换系数的设置10）浇注方向的设置，浇注方向

45、必须和重力设置的方向一致，如图 6.10 * P，oce Gx*dtkn Men5gtr32PliicMat y、 Oo6.10浇注方向的设置11）铸造类型设置，本次为砂型铸造也就是重力铸造，如图6.11file Category LrttPre-defncd Per 皿v HStowSDbjSefccKrtTerral Row I招 1X7 S” oiQaioa ,内In，Crrt,35KW但.FUMML 5a m3” - FCre，o awm，y v . . . .l 一一TIWFJLL 31 oritrtWs VT5TOT 3t- orittfioi rCiWt.l 】？WB3CvIFI

46、UV以”，CMt.0M trd ua Tl卬9 tnAxnix_i hee iCMt.Cri5t.VI WXJlCTO1 WXJrOTt5 v5 Vstc VDTW ww TiteatepCiMt.VI TOJSm5 vsec vWrJTr Y9ysli.Cr.ct.CvWHTS I*kt FIs rc<cCr.ct.l/fc,2YWRTS F*l.Sty r.uiltc UCr.ct. CVrUflTS 九，3T ratultc UCr.ct.1M*Y%小山:丹蕾.建多J感畦：簿图6.11铸造类型的设置12）点击check的按钮进行最后检查，如果完全正确，点击run 的按钮然后进行结果的

47、运算，进行浇注模拟。13）浇注过程模拟，如图6.12,6.13和6.14分别是浇注开始时和 浇注过程以及浇注完成图6.12浇注开始图6.13浇注过程图6.14浇注完成14）冷却过程的模拟，如图6.15I X , ,irnrfIwti 3 t !|C|ProCAST图6.15冷却过程6.2温度场分布由ProCAST软件模拟出的温度场的分析如图6.16和6.17Temperature |C|66412St8P No t Time Step Simulated Thne Percent Filled Fraction Solid:1055，14Wn*uOD：科3侬SBC：98.0：1MX)ia.7例

48、nq 1171J)1046.7闷.3m.s7临7w 11604M0.S心,7113.32”。ProCAST.图6.16温度场的分布Time to Solidus |secjStep Ho / Time Step Simuhfed Time Pcfcont Filled Fraction Solid:1055 / IJMOoHIlMI:图4,9225 $C:96D:100.0ProCASL6.17温度场的分布由图6.16和6.17可知，本次设计的底板主要在加强筋交叉的位置 冷却下来的温度比较高，是个热节处，因此可以采取在热节处喷涂冷却 材料来降低此处的凝固温度，使得铸件凝固均匀，降低铸造缺陷的产

49、生。7铸件缺陷分析及解决方案7.1 ProCAST缺陷模拟结果ProCAST的缺陷模拟结果如图7.1,可能出现缺陷的位置用红色的圈圈标出图7.1缺陷可能出现的位置7.2 缺陷产生的原因及处理方法铸件缺陷是铸造生产中，由于铸件本身或者操作的原因，在铸件表面 或者内部产生的各种缺陷的总称，本次设计可能出现的缺陷是：缩松和 缩孔、气孔和金属以及非金属夹杂物两种。1) .缩松和缩孔铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后 的凝固位出现孔洞。容积大而且集中的孔洞称为集中缩孔，或者简称为 缩孔；细小而且分散的孔洞称为分散性缩孔，简称为缩孔。影响缩孔和缩松的因素：(1)合金的收缩特性。

50、合金的液态收缩系数越大，凝固收缩率也越 大，缩孔和缩孔的容积也就越大，合金的固态收缩系数越大，缩孔和缩 松的容积越小。(2)浇注温度和浇注速度。浇注温度越大，合金的液态收缩也就越大，缩孔和缩松的容积也就越大。底板砂型铸造设计及模拟说明书(3)铸件的壁厚。铸件壁厚越大，凝固时铸件内部的金属温度也就 越高，液态收缩也就越大，缩孔和缩松也就越大。防止缩松和缩孔的措施：(1)控制凝固方式，尽量保证顺序凝固或者是同时凝固。顺序凝固 是保证铸件和冒口有一个梯度的凝固顺序，可以获得致密的铸件；同时 凝固是采取工艺措施来使铸件达到同时凝固，可以缩短浇注时间。(2)采取合理的铸造工艺措施。A)浇注温度和浇注速度

51、浇注温度和浇注速度的调整，可以使铸件达到顺序凝固或者是同时 凝固，采用高的浇注温度，可以增加铸件的纵向温差，有利于铸件的顺 序凝固；通过设置多个内浇道来低温快速浇注，有利于铸件同时凝固。B)冒口和补贴以及冷铁的使用冒口和补贴以及冷铁是减少缩松和缩孔的有效措施，前面的章节已 经介绍过了。C)加压补缩加压补缩主要是防止微小的缩孔的产生。2)气孔和金属及非金属夹杂物铸件中的气体可能来自熔炼过程中、来自浇注过程中以及铸型中。因 此，要使用干净、干燥的炉料，不许带有水分和油脂铁锈等；浇注要在 干燥的环境中进行；最后可以进行脱气处理。非金属夹杂物对铸件的影响十分显著，夹杂物对塑性、冲击韧性的影 响非常大，尤其对材料的疲劳强度影响更加严重。因此，必须采取合理底板砂