铸造工艺设计

1、目录中文摘要 1英文摘要 21 引言 31.1 球墨铸铁的简介 31.2 球墨铸铁在国内外发展状况 31.3 球墨铸铁的铸造特点及缺陷 41.3.1 球墨铸铁的铸造特点 41.3.2 球铁铸造的缺陷及防治 42 铸造工艺设计 52.1 零件结构铸造工艺性分 52.1.1 十字头的生产条件、结构及技术要求 52.1.2 十字头结构的铸造工艺性 62.1.3 造型、造芯方法的选择 62.2 铸造工艺方案的确定 62.2.1 浇注位置的选择 62.2.2 分型面的选择 72.3 铸造工艺参数的设计 82.3.1 最小铸处孔的尺寸 82.3.2 铸件尺寸公差 92.3.3 机械加工余量 92.3.4

2、铸造收缩率 92.3.5 起模斜度 92.36 铸件在砂型内的冷却时间 102.3.7 铸件重量公差 102.4 砂芯设计 102.4.1 芯头的设计 112.4.2 砂芯的定位结构 112.4.3 压环、防压环和集砂槽芯头结构 112.4.4 芯骨的设计 122.4.5 砂芯的排气 122.5 浇注系统的设计 122.5.1 选择浇注系统类型 122.5.2 确定内浇道在铸件上的位置、数目、金属引入方向 122.5.3 决定直浇道的位置和高度 132.5.4 计算浇注时间并核算金属上升速度 132.4.5 计算阻流截面积 142.4.6 确定浇口比并计算各组元截面积 142.6 冒口的设计

3、172.7 出气孔的设计 173 工艺方案的模拟及优化 183.1 设计思想 183.2 模拟过程 183.3 模拟结果 214 工艺装备设计 224.1 模样的设计 224.1.1 模样的选择 224.1.2 模样尺寸的计算 224.13 模样尺寸的标注 224.2 模板的设计 234.2.1 模板的选择 234.2.2 模底板的材料 234.2.3 模底板的平面尺寸 234.2.4 模底板的高度 234.2.5 模底板定位销孔中心距 234.2.6 模底板的壁厚与加强肋 234.2.7 模底板和砂箱的定位装置 234.2.8 模底板的搬运装置吊轴 244.3 砂箱的设计 244.3.1 砂

4、箱的设计与选用的原则 244.3.2 沙箱尺寸的确定 244.3.3 砂箱壁的结构形式和尺寸 244.3.4 砂箱外壁加强肋的布置形式和尺寸 254.3.5 砂箱壁排气孔的形式和尺寸 264.3.6 砂箱转角部分的形式和尺寸 264.3.7 吊轴的结构和尺寸 264.3.8 砂箱定位及紧固耳的形式和尺寸 264.3.9 导销与导套的设计 274.4 芯盒的设计 274.4.1 芯盒的选择 274.4.2 壁厚与加强肋的设计 274.4.3 把手和吊轴 274.4.4 定位装置的设计 284.4.5 锁紧装置的设计 285 结论 286 致谢 29 参考文献 29十字头球铁件铸造工艺设计和模具设

5、计摘要：本十字头铸件为大批量生产，铸件材质为QT450结构较为复杂，铸件的形状尺寸为1140mM 605mM 257.5mm为中大型件，主要壁厚为40mm 根据十字头的整体结构特点出发，进行铸造工乙性分析，以确疋其铸造 工艺方案，并进行铸造工艺参数和砂芯的设计，然后在此基础上设计出 浇注系统，再根据铸件的材质、重量和浇注性能来设计补缩系统。采用 树脂砂来造型制芯，机械化造型，金属模样和半封闭式浇注系统，浇口 比确定为' 2' AruAS =1 : 1.5 : 1.1 .ProE三维造型之后，利用Procast软件对设计方案进行了浇注模拟，模拟的结果显示：设置的 直接实用冒口对铸

6、件两侧壁厚较大处出现的缩孔缺陷起到了补缩作用， 而铸件的其它部位无明显缺陷。铸件的工艺出品率为71.3%。并根据设计方案绘制工艺图、上模板图、芯盒图和合箱图。关键词：球墨铸铁；树脂砂；浇注模拟；工艺出品率1Abstract The crosshead cast ing is medium to large pieces for the mass product ion andthe more complex structure.The casti ng material is the QT450.Shape and size of casting is the 1140mm 605mm<

7、 >257.5mm,and the main wall thickness of 40mm.Accordi ng to characteristics of the overall structure of the crosshead, an alysis of the cast ing process.To determ ine the casti ng process,a nd desig n of the cast ing process parameters,the sand core and the gati ng system.The n desig n the feed i

8、ng system to accord ing to the casti ng material, casti ng weight and performa nce.Resi n to moldi ng and core sand, mecha ni cal shape, metal appeara nee and semi-e nclosed cast ing system. Gat ing defi ned as送 Ag ： £ Aru ： 2 AS =1 : 1.5 : I.I.After the three-dimensional modeling of ProE.Usi n

9、g Procast software were casti ng simulatio n for desig n. The simulation results show: Set of immediate and practical riser played feeding effects sides appeari ng in Shrin kage Defect of wall thick ness at both sides of the larger. The casting no obvious defects in the parts of other. Casting yield

10、ing rate was 71.3%.And in accordance with design draw in g.artwork,template graph, core box diagram and co-box diagram.Keywords no dular cast iron;resin san d;casti ng simulati on ;tech no logy product ion rate21 引言1.1 球墨铸铁的简介球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，自其问世以来就 以其良好的机械性能引起了铸造界和材料界的瞩目。 由于石墨呈圆球状， 造成应力

11、 集中小，其抗拉强度、塑性和韧性均高于其他铸铁。与相应组织的钢相比，塑性 低于钢，疲劳强度接近一般中碳钢， 屈强比可达 0.70.8, 几乎是一般碳钢的 2倍， 而成本比钢低，而且由于石墨的存在， 却赋予球铁许多为钢所不及的性能。如良好 的耐磨性、高消振性、低缺口敏感性以及优良的切削加工性能。因此球墨铸铁在工 业中的应用非常广泛。迄今为止，球铁在汽车、机车车辆、机械机床及配件、铸铁 管等生产中得到了广泛的应用。 在全世界范围里，球铁在各个领域中的应用为 :铸管 及铸件占50%，汽车铸件占20一25%，其它部门则占 15一30%。1. 球铁在汽车工业中的应用 随着我国汽车工业的发展，球铁在汽车领

12、域的应用也迅速发展。自上世纪 90年 代以来，汽车铸件约占全国铸件产量的 17%，而球铁铸件占铸件 50%。2. 球铁在铸管和铸件中的应用球铁铸管在整个管道领域中约占 30%。至2006年，我国球铁铸管的年产量已达到207万t，是1990年不足10万t的20咅，其中出口 43.5万t，占21%3. 球铁在其他领域的应用 作为结构件，球铁还广泛用于压力机的横梁、立柱、农机离合器杠杆和壳体， 以及造纸用高压轴承支架，蒸汽轮机入口壳体等不同领域的配件。1.2 球墨铸铁在国内外发展状况据统计，2005年度世界球铁件产量已达到1 959万t ,我国球铁件产量达到583 万t。美国杂志Modern Cas

13、ting预测,从2004年到2008年,全球球墨铸铁件产 量的增长率达到3. 8 %,高于全球金属铸件产量的年平均增长率 , 位居世界第2 。由 此可见，球铁依然是本世纪最为重要的工程结构材料之一。近年来我国的球铁生产，有如下几个特点： 其一是产量大。与铸件总产量一样， 我国球铁生产已连续多年稳居世界第一。 其二是发展潜力大。 与发达国家相比， 我国球铁在铸件中的比例虽连年增加但还有很大的提高空间其三是高档球铁铸件需求量快速增长。 以曲轴为代表的工程结构件， 以高韧、 低温冲击要求的大型风电铸件， 以要求综合性能好、 质量稳定的等温淬火球铁铸 件等高档球铁铸件的需要量大幅度增加。其四是技术、

14、装备优良的专业球铁铸件厂， 或以生产球铁铸件为主的铸造厂 增多。但是，同工业发达国家相比我国的球铁生产特别是高档球铁生产方面还存在 较大的差距。1.3 球墨铸铁的铸造特点及缺陷1.3.1 球墨铸铁的铸造特点 球铁具有良好的流动性和自补缩能力，并且球铁在凝固过程中会出现较宽的共 晶凝固温度范围、糊状凝固以及较大的共晶膨胀。1.3.2 球铁铸造的缺陷及防治 球铁在浇注过程中会出现缩孔与缩松、夹渣、石墨漂浮、皮下气孔、球化衰退 等铸造缺陷，这些缺陷将严重影响球铁的后续加工和使用。1 缩孔与缩松的防止1）加大铸型刚度；2）增加石墨化膨胀的体积。通过适当的增加碳量，并配合以有效的孕育处理， 使球墨铸铁中

15、石墨的数量增加而尽量避免自由渗碳体的产生，从而提高铸件的自补 缩能力；3）采用适宜的浇注温度，以减少液态收缩值；4）结合生产条件，合理地选用冒口或冒口加冷铁的防止收缩缺陷的工艺。2 夹渣的防止1）尽量降低原铁液的含硫量；2）在保证石墨化的条件下，降低铁液的残留镁量和残留稀土量；3）提高浇注温度，应不低于1350C；4）浇注前将铁液表面的熔渣清除干净。3 石墨漂浮的防止1 ）严格控制碳当量；2）降低原铁液的含硅量。4皮下气孔的防止1）严格控制铁液的残留镁量及型砂的水分含量；2）采用湿型铸造时，可在型砂中加入适量的煤粉。5球化衰退的防止1）铁液中应保持有足够的球化元素含量；2）降低原铁液的含硫量，

16、并防止铁液氧化；3）缩短铁液经球化处理后的停留时间；4）铁液经球化处理并扒渣后，为防止镁及稀土元素逃逸，可以用覆盖剂将铁液 表面覆盖严，隔绝空气以减少元素的逃逸。2铸造工艺设计2.1零件结构铸造工艺性分2.1.1十字头的生产条件、结构及技术要求该十字头为大批量生产零件，其材质为 QT450外形如图2.1所示。零件的 结构较为复杂，需要铸出的通孔较多，且具有腔体结构。图示 A处壁厚较大，形 成热节，易出现缩孔、缩松等铸造缺陷。零件的形状尺寸为1140mnhC 605mM257.5mm为中大型件，主要壁厚为 40mm主要加工面为示意图中B面。技术要求：铸件加工后加工面不得有任何铸造缺陷，非加工表面

17、不得有明显的夹渣、凹陷等缺陷，上下型错模不得大于 1mm图2.1零件外形示意图2.1.2 十字头结构的铸造工艺性 零件结构的铸造工艺性指的是零件的结构应符合铸造生产的要求， 易于保证 铸件品质，简化铸造工艺过程和降低成本。对十字头的铸造工艺性分析、审查如下：十字头的形状尺寸为1140mm 605mm X 257.5mm是球墨铸铁件。砂型铸造时铸件的最小允许壁厚 S查铸造工艺学 表3-2-1得：最小允许壁厚为1012mm而十字头设计的最小壁厚为 40mm符 合要求。由于十字头为球墨铸铁件，其共晶凝固温度范围较宽，为糊状凝固，且具 有较大的共晶膨胀， 故铸件生产过程中除会产生一般的铸造缺陷外， 还

18、经常会产 生一些球墨铸铁件所特有的缺陷。主要有：缩孔、缩松、夹渣、皮下气孔、石墨 漂浮和球化衰退等。2.1.3 造型、造芯方法的选择十字头形状尺寸为1140mX 605mrX 257.5mm属于大中型零件，且要求大 批量生产。 针对此铸件结构， 需要二个细长砂芯来形成六个通孔， 为了保证砂芯 的强度，提高铸件的尺寸精度和表面质量，改善型（芯）砂的的溃散性，选择用 树脂砂造型和制芯。同时使用树脂砂工艺还可以改善工作环境，降低劳动强度， 节能环保，旧砂可以回收再利用等。2.2 铸造工艺方案的确定2.2.1 浇注位置的选择 铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置。 浇注位置的选择 关系到

19、铸件的内在质量、尺寸精度及造型工艺过程的难易。对十字头的浇注位置的初步确定有：方案一如图 2 .2 ，方案二如图 2.3。 对于方案一：铸件的大部分置于下部， 这样铸件的大部分可以在上部金属的静 压力的作用下凝固并得到补缩，使组织致密；大平面置于下部或倾斜位置，可以防 止夹砂等缺陷。对于方案二：铸件的重要加工面朝上放置容易产生缩孔、缩松、气孔及非金属 夹杂物等缺陷；且铸件的大部分置于上部，使铸件产生缺陷的可能增大。综合分析比较，方案一优于方案二，故选择方案一浇注位置。图22浇注位置确定方案图2.3浇注位置确定方案2.2.2分型面的选择分型面是指两半铸型相互接触的表面。分型面的优劣在很大程度上影

20、响铸件 的尺寸精度、成本和生产率。且分型面的选择应尽量与浇注位置一致，以避免合 型后翻转砂型。对十字头的分型面的初步选择有如下方案：方案一如图2.4，方案二如图2.5图2.4分型面方案一对方案一：铸件的大部分在同一箱内，减少了错型和验型不便所造成的尺寸偏 差；分型面位于铸件的最大截面处，方便起模；分型面的选择和浇注位置一致，避 免了合箱后翻转砂型。对方案二：铸件没有能尽可能的位于同一半型内，这样会因为合箱对准误差使 铸件产生偏错；也有可能因为合箱不严在垂直面上增加铸件尺寸，不方便起模；分 型面的选择和浇注位置不一致，会使合箱后需翻转砂型。综合分析比较，方案一优于方案二，故选择方案一分型面。图2

21、.5分型面方案二2.3铸造工艺参数的设计铸造工艺设计参数通常是指铸造工艺设计时需要确定的某些数据，这些工艺数 据的选择是铸造工艺设计的重要内容，对指导铸造工艺设计与铸造生产具有重要作 用。铸造工艺设计参数一般都与模样、芯盒尺寸和铸件的精度有密切关系，同时也 与造型、制芯、下芯和合箱的工艺过程有关。这些工艺数据主要是指加工余量、起 模斜度、铸造收缩率、最小铸出孔、型芯头尺寸、铸造圆角等。工艺参数选取的准 确、合适，才能保证铸件尺寸精确，使造型、制芯、下芯及合箱方便，使生产率提 高，成本降低。2.3.1最小铸处孔的尺寸通常零件图样上较大的孔应铸出，以节约金属和机械加工工时；较小的孔和槽, 或铸件的

22、壁很厚，则不宜铸出，直接用机械加工成孔更方便。对中心线位置要求高 的孔，不宜铸出，这是由于铸出后很难保证中心度精确，用钻头扩孔无法纠正其中 心位置。根据十字头的形状尺寸为1140mm 605mM 257.5mm由铸造工艺设计查表 1-7 得：最小铸出孔约为 15 30mm。十字头内腔上的通孔为50,考虑加工余量后直径为40mm深度为40mm该孔 直径比较大，高径比也不大，则应该铸出。十字头圆台上的通孔28,考虑加工余量后直径为18mm深度为153mm该孔 直径较小,高径比较大,不应该铸出,机械加工较为经济方便。2.3.2 铸件尺寸公差铸件尺寸公差是指铸件公称尺寸的两个允许的极限尺寸之差。在两个

23、允许极限 尺寸之内,铸件可满足机械加工,装配,和使用要求。十字头为树脂砂铸造机器造型,大批量生产,由铸造工艺设计查表 1-10, 得：十字头的尺寸公差为CT8-CT12取CT12十字头的形状尺寸为1140mr« 605mm< 257.5mm由铸造工艺设计查表1-9 , 得：十字头的尺寸公差数值为 13mm。2.3.3 机械加工余量机械加工余量是铸件为了保证其加工面尺寸和零件精度，应有加工余量，即在 铸件工艺设计时预先增加的，而后在机械加工时又被切去的金属层厚度。铸件的某一部位在铸态下的最大尺寸应不超过成品尺寸与要求的加工余量及铸 造总公差之和。当有斜度时，斜度值应考虑。十字头为

24、树脂砂铸造机器造型，大批量生产，由铸造工艺设计查表 1-13 得：十字头的加工余量等级为EG级，取G级。十字头的形状尺寸为1140m< 605m< 257.5mm由铸造工艺设计查表1-12 得：十字头的加工余量数值为 5mm。2.3.4 铸造收缩率十字头的受阻收缩率，由铸造工艺设计查表 1-14 得：受阻收缩率为 0.9。2.3.5 起模斜度为了方便起模并避免损坏砂型或砂芯， 在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度， 这个斜度，称为起模斜度。起模斜度应在铸件上没有结构斜度的并垂直于分型面的； 表面上应用。模样的起模斜度，应不致使铸件超过尺寸公差。设计的起模斜度如下：十字头外壁高170m

25、r的起模斜度由铸造工艺设计查表1-15,得：非加工面, 减少铸件壁厚：=0 30' a=2.2mm ；十字头内腔自硬砂造型时，模样凹处内表面起模斜度值允许按其外表面斜度值 增加 50% « =0。45' a=3.3mm ；十字头中心处圆台高为140mm加工面，增加铸件壁厚：=0 35' a=1.6mm ； 十字头内腔50通孔深为40mm加工面，增加铸件壁厚：=2 45' a=2.4mm。 因为同一铸件的起模斜度应尽可能只选用一种或两种斜度，以免加工金属模时 频繁更换刀具。故外壁、内腔、圆台处应均取为： =0 35'。2.3 . 6铸件在砂型内的

26、冷却时间铸件在砂型内的冷却时间短时，容易产生变形、裂纹等缺陷。为了使铸件在出 型时具有足够的强度和韧性，铸件在砂型内应有足够的冷却时间。铸件在砂型中的冷却时间与铸件的材质、重量、壁厚和结构等因素有关。十字头的冷却时间由铸造工艺设计查表1-25得：冷却时间为240 600min。2.3.7铸件重量公差铸件重量公差是以占铸件公称重量的百分比表示的铸件重量变动的允许范围。十字头的公称重量约为303kg,尺寸公差为CT12级。十字头的重量公差由铸造工艺设计查表1-57得：重量公差为MT12级。2.4砂芯设计砂芯的功用是形成铸件的内腔、孔和铸件外型不能出砂的部分。砂芯的设计,主要包括芯头设计、芯骨设计、

27、砂芯排气设计。a.水平砂芯十字头砂芯的外型如图3.1所示。b.垂直砂芯图2.6砂芯外型示意图241芯头的设计砂芯主要靠芯头固定在砂型上。对于垂直砂芯，为了保证其轴线垂直、牢固地 固定在砂型上，必须有足够的芯头尺寸。对于水平芯头，必须有足够的芯头长度， 以承受砂芯的重力和金属液的浮力。芯头与芯头座之间应有适宜的间隙，以使砂型 与砂芯的装配，但又能确保铸件的尺寸精度。十字头铸件设计有垂直砂芯和水平砂芯。241.1 垂直砂芯的设计根据实际设计量取计算砂芯高度：L=170mm砂芯直径：D=105mm下芯头长度选取由铸造工艺设计查表1-31得：h=3540mm取h=40mm上芯头长度：h = （0.6

28、0.7） h=2428mm 取 g =25mm；芯头间隙选取由铸造工艺设计查表1-31得：s=1.0mm；上芯头斜度选取由铸造工艺设计查表1-33得：a W7mm取a =7mm： so ； 下芯头：a< 5mm 取 a=5mmot。 水平砂芯的设计砂芯长度L=390mm砂芯直径D=60mm芯头长度选取由铸造工艺设计查表1-34得：I =40 50 mm，取I =45mm ;芯头间隙选取由铸造工艺设计查表1-35得：水平芯头顶面与芯座间隙为1.0mm；芯头斜度选取由铸造工艺设计查表1-36得 <7 a乞5mm；芯座间隙：s=0.8mm。2.4.2砂芯的定位结构砂芯要求定

29、位准确，不允许沿芯头轴向移动或绕芯头轴线转动。对于形状不对 称的砂芯，为了准确定位，需要做出定位芯头。由于砂芯（垂直砂芯、水平砂芯） 均为圆柱形（形状对称），故不需要设计定位结构。2.4.3压环、防压环和集砂槽芯头结构在湿型大批量生产中，为了加速下芯、合芯及保证铸件质量，在芯头的模样上 常常做出压环、防压环和集砂槽。 垂直芯头由铸造工艺设计查表1-38，得：e=3mm f=4mm r=3mm 水平芯头由铸造工艺设计查表1-38，得：a=5mm b=1mm c=15mm r=2mm2.4.4 芯骨的设计 为了保证砂芯在制芯、搬运、配芯和浇注过程中不开裂、不变形、不被金

30、属液冲击折断，生产中通常在砂芯中埋置芯骨，以提高其刚度和强度。因为砂芯尺寸较 小，而且采用树脂砂，所以砂芯强度较好，故砂芯内不用放置芯骨。2.4.5 砂芯的排气砂芯在浇注过程中， 其粘结剂及砂芯中的有机物要燃烧 （氧化反应）放出气体， 砂芯中的残余水分受热蒸发放出气体，如果这些气体排不出型外，则会使铸件产生 气孔。由于砂芯小，且形状简单，故可以通过在砂芯上扎排气孔实现排气。2.5 浇注系统的设计浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道之总称， 它是由浇口杯（外浇口）、 直浇道、直浇道窝、横浇道和内浇道等部分组成。球墨铸铁的铁液经过球化、孕育 处理后，温度下降了很多，且易产生氧化。因此，浇注系统应

31、有的特点，一是能大 量地输送铁液；二是具有比灰铸铁更好的挡渣能力。2.5.1 选择浇注系统类型 浇注系统分为封闭式浇注系统、开放式浇注系统、半封闭式浇注系统和封闭 -开放式浇注系统四种。封闭式浇注系统虽然有较好的充型能力，且档渣能力较强， 但充型速度较快，冲刷力大，易产生喷溅，金属液易氧化。而半封闭式浇注系统阻 流截面在内浇道，横浇道截面最大。在浇注过程中，浇注系统能充满，但较封闭式 晚，且流速较封闭式慢， 有一定挡渣能力， 充型较为平稳， 广泛应用于球墨铸铁件， 故采用半封闭式浇注系统。2.5.2 确定内浇道在铸件上的位置、数目、金属引入方向如图 2.7 所示，为方便造型，内浇道开设在砂型的

32、分型面上，从型腔侧面引入 金属液。根据十字头结构设置 3个内浇道以缩短金属液在型腔中的流程，有利于快 速、平稳的充型。2.7内浇道位置示意图2.5.3决定直浇道的位置和高度实践证明，直浇道过低会使充型及液态补缩的压力不足，容易出现铸件的棱角 和轮廓不清晰、浇不到、上表面缩凹等缺陷。初步设计直浇道高度等于上沙箱高度 300mm但应检验该高度是否合适。检验依据为，剩余压力头应满足压力角的要求，如下式所列：H M - Ltg :式中H M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； ?压力角。由铸造工艺学查表3-4-11得：为67 取=7Ltg ：二 770 tg 7 : 95 m

33、mH m =30057.5=242.5 mmH m -Ltg :经过验证剩余压力头满足压力角的要求。2.5.4计算浇注时间并核算金属上升速度 铸件体积通过Pro/E软件造型后，可直接获得:V=4.15 10 6 mm 3 =4.15 10 3 cm3球墨铸铁件密度? =7.3 g cm '铸件质量 Gc =V=4.15 103 7.3=3.03 10 5 g =303kg估计铸型中铁水总重量 Gl =1.2GC = (1 20%)303 kg =364 kg计算浇注时间：由铸造工艺设计查表2-6，取S,=2t = Si 翠 G L = 2 汉 J40 疋 364 a： 49 s上式计算

34、所得为灰铸铁件浇注时间，球墨铸铁件浇注时间修正为:t=(2) t' ( -) 49s : 25 33s 取为 t=26s2323校核金属液面上升速度：C 262 .510 一jvLcm s - : 1 .01cm s -t26由铸造工艺设计查表2-8得：最小液面上升速度与铸件壁厚的关系，知液 面上升速度太小，故调整浇注时间为t=20s。2.4.5计算阻流截面积17#式中：n流经阻流的金属总质量kg ；.充填型腔的总时间s ；J充填全部型腔时，浇注系统阻流截面的流量系数;Hp 充填型腔时的平均计算压力头cm。 流量系数由铸造工艺学图3-4-35取为0.742 2P57 5H p =h。-

35、 一 =300+155-.=44.87cm2C2 X 262 .5mA 2gH p30322 cm 化9.45 cm7.3100.7420< 298144.872.4.6确定浇口比并计算各组元截面积浇口比由铸造工艺设计查表2-13，取为7 Ag、Aru、As =1： 1.5： 1.1 计算内浇道截面积内浇道是控制充型速度和方向，分配金属液，调节铸件各部位的温度和凝固顺 序，浇注系统的金属液通过内浇道对铸件有一定的补缩作用。由于铸件设计了 3个内浇道，因此Se _ 9.452“2Ag = cm =3.15 cm33内浇道形状取梯形断面形状如图2.818#图2.8内浇道截面示意

36、图梯形断面尺寸由铸造工艺设计查表2-27,得：Ag =3.4 cm2 a=32mm b=25mm c=12mm。计算横浇道截面积横浇道的作用除了向内浇道分配洁净的金属液，主要是储留最初浇入的，含有 气和渣污的低温金属液并阻留渣滓，使金属液流平稳和减少氧化夹杂物的产生。2 2Aru =1.59.45 cm = 14.18cm横浇道形状取梯形断面如图2.92.9 横浇道截面示意图梯形断面尺寸由铸造工艺设计查表 2-26，得：Au=14cr2 A=36mm B=29mmC=43mm计算直浇道截面积直浇道的功用是从浇口杯引导金属液向下，进入横浇道、内浇道或直接进入型 腔。并

37、提供足够的压力头，使金属液在重力作用下能克服各种流动阻力，及时充满 型腔和防止铸件产生侵入性气孔。2AS 二 9.451.1 =10 .40 cm直浇道形状取圆形截面形状如图2.10图2.10 直浇道截面示意图圆形断面尺寸由铸造工艺设计查表2-25,得：As =9.6 cm 2 D=35mm 浇口窝的设计浇口窝对于来自直浇道的金属有缓冲作用，能缩短直一一横浇道拐弯处的紊流 区，改善横浇道内的压力分布。浇口窝直径为 D=(1.42) 35 mm =49 70mm 取 D=60mm浇口窝高度为横浇道高度两倍，因此H=2 48=96mm 浇口杯的设计浇口杯是用来承接来自浇

38、包的金属液，防止金属液飞溅和溢出，便于浇注，并 可以减轻金属液对型腔的冲击，还可分离渣滓和气泡，阻止其进入型腔图2.11 浇口杯三维造型图浇口杯选用盆形浇口杯(图2.11 )，尺寸由铸造工艺设计查表2-23，得主要尺寸为 A=320mm B=200mm H=155nrm110mm2.6冒口的设计冒口颈模数根据设置冒口的部位的模数m s (=17.0mm),由铸造成形手册查图4.7-160，得m n=9.5mm冒口颈设置在上型，由铸造成形手册查表4.7-134，得冒口主要尺寸为：M n =8.7mm M r =18.5 mm ，H r =150 mm ，D = 85 mm ，D 2 = 25 m

39、m 0 冒口在铸件上的布置位置见图2.12图2.12 冒口布置图20#2.7出气孔的设计出气孔用于排出型腔内的气体，改善金属液充填能力、排除先冲到型腔中的过 冷金属液与浮渣，还可作为观察金属液充满型腔的标志。出气孔一般设在铸件按浇注位置最高点及容易产生气阻(窝气)的法兰、上平 面、肋条、凸台与暗冒口等处。防止出气孔过大导致铸件形成热节，以至产生缩孔，出气孔根部直径，不应大于设置处铸件壁厚的丄倍。即出气孔直径应小于2112m20防止出气孔过小导致型内气压过份增大，出气孔根部总截面接应大于内浇口总截面积10.2cm2。出气孔设置在铸件两侧最高的六个圆筒形部位处，横截面直径为16mm为明出 气孔。3

40、工艺方案的模拟及优化3.1设计思想基本设计思想如图3.1 :3.1 设计流程图3.2模拟过程在设计过程中，我们利用ProE进行三维造型，接着进行面网格划分（面网格最 大尺寸为10mm，之后导出格式为ans的文件，利用Procast中的Meshcast进行 体网格划分，接着在Precast中设置各种必要参数，最后进行模拟浇注。在模拟浇注过程中，对铸件与浇注系统在虚拟砂箱的作用下进行模拟浇注。浇 注的过程如图3.2，3.3,3.4,3.5所示。从图中，可以看出，金属液刚开始进入型腔 时，有很高的速度，最终浇注得以进行完全。22匚Pr«CAST1342.9tea?-3I.7Z3.9H&am

41、p;3.111«3-LIP1Y-畐9B3.33Z3-3日Rm.气眈,£丽孔斥B23. 7彌5臼讀23#Pidlx - 1J1 TEMFEIUTOHE ETEP= 1PD TIME - B.BK4a2c ODE A TIME B1EP - 2.?&1«1004 m图3.2开始浇注的铸件#图3.3浇注完成的铸件#Pirrlir - T2* I F Ul<¥ EMATUHI jrfcP - 9 ：IH| IUI： " .ITi-NdHr-rilll k I IMF !?lltP - 1 lll：ltnillvi-i Mill r24#图

42、3.4开始凝固的铸件#Rraltoc = 123 TtMPl.RA.TuRE STEP =1IMC = 1 .VllU46e>iDUJ s THL SKCP = 1 .UWUUUeifElU s4、ProCAST1.+K-01342.9IZZ3.01Z0J.311&3. IPraCASTi+ez.B25#Rraltoc = 123 TLMHlRATuRC STEP = 75?t 1IMC = g.flBU4Ge«iDUJ s TKIL $TCP = 1.0HUUUeifHU s#Rreltoc = 123 TLMFLRA.TURC STLP e UUW llMC = U

43、.64BU4!ieiiDUJ 5 rHL STCP = I.UWUUUeiVllU PraCAST1+&Z.Bizza.elZttZ-31103-111&3. I26#图3.5凝固过程中的温度场#ProCAST图3.6铸件中出现缺陷的部位27#3.3模拟结果浇注达到100%铸件冷却并凝固后发现在图3.6所示位置有很大的缩孔缺陷， 而整个铸件其他部位并无明显的缺陷。经过对模拟结果进行多次分析之后，发现： 铸件的最高位置先开始冷却和凝固，由于球铁的糊状凝固特性以及共晶凝固时间较 长，使得该部位的外壳长期处于较软的状态，之后较低位置铁液进行收缩时致使最 高位置球铁外壳下沉，导致较大的

44、缩孔；铸件自身的石墨化膨胀体积可能小于铸件 的两次收缩体积，并不能完全补缩。故导致图3.6所示位置的缩孔缺陷，故设置直 接实用冒口以补给铸件的液态体收缩，当液态收缩终止时，胀缩达到均衡，冒口颈 即行凝结，利用铸件全部共晶膨胀压力补偿铸件的二次收缩以消除铸件的缩松。冒 口位置即为出现缺陷的部位附近。由图 3.6 所示，冒口发挥了其应用作用，补给了 铸件的液态体收缩。4 工艺装备设计4.1 模样的设计铸造生产中，模样是用来形成铸件外形和型腔的必要工艺装备。模样的结构和 质量的好坏，直接关系着铸件质量的好坏，也影响着模样制造的工艺性、经济性、 使用性和操作性。正确的选择和设计模样是保证铸件质量，提高

45、生产效率，降低成 本和劳动强度的重要环节。4.1.1 模样的选择模样设计是铸造工艺设计的具体体现。模样的设计和选择是铸造生产中的关 健。特别是金属模样的设计，它在铸造工艺装备设计中，占有很重要的地位。由铸造工艺装备设计手册查表 2-1 ，得：模样选用分开模样。由铸造工艺装备设计手册查表 2-2 ，得：制模材料选用球铁。4.1.2 模样尺寸的计算模样的工作尺寸按下式进行计算：A模=（A件+A艺）（1+K式中 A 模 模样的工作尺寸；A件一一产品零件尺寸；A艺一一零件铸造工艺附加尺寸（加工余量+拔模斜度+其它工艺余量）；K铸造的线收缩率（依铸件材质、铸件结构和铸造条件而定）。模样本身的结构如壁厚，

46、加强肋等非工作尺寸不必按上式计算。模样的芯头尺 寸按下式计算：A模头=（A件+A艺）（1+K +S式中A模头模样的芯头尺寸；S芯头的间隙值。4.13 模样尺寸的标注模样尺寸的标注，应以零件的加工基准面为准，特别是在模板上安装的定位基 准线更应服从铸件图，以确保铸件尺寸精度。4.2 模板的设计模板一般是由铸件模样、芯头模样和浇冒口系统模样与模底板通过螺钉、 螺栓、 定位销等装配而成，但也有整铸的。通常模底板的工作工作面形成铸型的分型面； 铸件模样、芯头模样和浇冒口模样形成铸件的外形、芯头座和浇冒口系统的型腔。采用模板造型，不仅可以提高生产率和铸件质量，而且可以使铸件尺寸精确。4.2.1 模板的选

47、择由铸造工艺装备设计手册查表 3-1 ，得：模板的制造方法选用装配式模板； 模板的材料选用铸铁模板；模板的结构选用单面模板；造型机选用顶框起模模板。4.2.2 模底板的材料由铸造工艺装备设计手册查表 3-2 ，得：模底板的材料为 QT50-5。4.2.3 模底板的平面尺寸 模底板的平面尺寸与已定的沙箱内框尺寸和所选造型机有关。砂箱内框尺寸：长度为A=1200m;宽度为B=1100mm模底板平面尺寸：长度为A0;宽度为B0。A0=A+2bB0=B+2b式中b砂箱分型面上凸缘的宽度。4.2.4 模底板的高度模底板的高度H必须根据使用要求、尺寸范围和选定的造型机来确定。普通凹 面式模底板高度H根据模

48、样凹进去的深度决定，故选定H=118mm4.2.5 模底板定位销孔中心距 模底板定位销孔中心距应和所配用砂箱的定位孔中心距相一致，故由铸造工艺装备设计手册查表 3-2，得：定位销孔中心距为 A+100140。4.2.6 模底板的壁厚与加强肋壁厚S和加强肋厚t、11及连接圆角半径r可根据模板平均形状尺寸和所选用材料参考铸造工艺装备设计手册表3-4确定：3=18 t=18 t 1=16加强肋的布置参看模板图所示;加强肋之间的距离参考铸造工艺装备设计手册表 3-5 确定： k=350 k1=3004.2.7 模底板和砂箱的定位装置 模底板与砂箱之间用定位销和定位套定位。其定位方式、特点及应用见铸造工

49、艺装备设计手册表 3- 模底板上的定位销耳 模底板上的定位销一般装在沿中心线长度方向两端的销耳上。销耳的结构和尺 寸参见模板图和铸造工艺装备设计手册表 3-7 。 定位销和导向销的形式和尺寸 模板的定位销和导向销的形式和尺寸参见模板图和铸造工艺装备设计手册 表 3-8 。4.2.8 模底板的搬运装置吊轴 吊轴可以和模板一起铸出，称为整铸式，其结构和尺寸参见铸造工艺装备设计手册表 3-12 和表 3-13 确定：L=60 1=20 a=10 r=30 R=45 t=154.3 砂箱的设计4.3.1 砂箱的设计与选用的原则 一是砂箱的规格尽可能标准化、系列化、通用化，

50、以减少砂箱数目，降低铸件成本及便于制造和管理。二是砂箱的结构、吊轴、吊环和紧固装置要有足够的强度和刚度，确保生产安 全，经久耐用。三是在满足工艺要求和确保安全生产的前提下，砂箱的结构应简单而轻便。 四是砂箱的定位精度应保证铸件的尺寸精度。五是砂箱的箱壁和箱带结构在有利于砂型紧实的前提下，应与型砂有足够的附 着力，使砂型在翻转、吊运、合箱过程中不易发生掉砂、塌箱，在浇注过程中不易 抬型，又要便于落砂和脱出铸件。六是砂箱壁应设有排气孔，以便排除在烘干和浇注过程中产生的气体。4.3.2 沙箱尺寸的确定 根据通用砂箱的规格尺寸由铸造手册查表 499 选砂箱的尺寸：上、下箱均为 1200mrK 1100

51、mrK 300mm。4.3.3 砂箱壁的结构形式和尺寸 砂箱壁的断面形状和尺寸是决定砂箱强度和刚度的因素，它要根据砂箱的工作条件、内框尺寸、高度和材质来决定。为了减少机械加工的工作量和便于清理箱口，对于一些大中型砂箱的外凸缘可 以设计成阶梯式。砂箱壁的断面结构形式和尺寸见图 4.1 和铸造工艺装备设计手册表 5-8 确定：t=22 b=55 b2=47 b3=80 b4=42 hi=22 h2=27 h3=32 h4=37 bi=37 a=10r=10图4.1砂箱壁的断面结构形式324.3.4砂箱外壁加强肋的布置形式和尺寸在砂箱壁的外侧做出纵向和横向的加强肋，是为了减少砂箱壁的厚度而不影响 砂

52、箱的强度和刚度。设置箱壁加强肋时，不能妨碍砂箱的定位和紧固。加强肋的布 置和尺寸见图4.2和铸造工艺装备设计手册表5-10确定：L=150Li=450t=17 ti=22r=12#图4.2砂箱外壁加强肋布置图#33435砂箱壁排气孔的形式和尺寸为了排除在烘干和浇注时铸型内产生的气体，一般在砂箱壁上都要设计出均匀布置的排气孔。在砂箱的转角和吊轴附近均不设置排气孔。排气孔的尺寸布置见图4.3和铸造工艺装备设计手册表5-15确定：r=12 r仁15 c=75 b=150 bi=15A灯 - IoA-A图4.3 砂箱壁排气孔布置图4.3.6砂箱转角部分的形式和尺寸砂箱转角处是砂箱应力集中的地方，设计时

53、应采用圆弧过渡。机器造型用砂箱 可采用U型一一圆角同心。其转角部分的形式和尺寸见铸造工艺装备设计手册 表5-16确定：R=904.3.7吊轴的结构和尺寸吊轴选用整铸式，为了防止铸造时出现缩松、缩孔、裂纹等缺陷，箱轴应做成 中空。吊轴的结构形式见铸造工艺装备设计手册图5-8b,其尺寸见铸造工艺 装备设计手册表 5-21 确定：D2=100 d0=32 D=150 D1=150 a=25 b=30 b1=25 l=90L=270 h=40 F=150 E=160 E仁80 R=25 r=10 r1=12.5 M=80 e1=40 e2=35 d=304.3.8砂箱定位及紧固耳的形式和尺寸造型和合箱

54、时，砂箱和模板、砂箱与砂箱之间必须严格定位并能互换，以确保 铸件的精度。铸型在浇注时，上下铸型要牢靠的紧固在一起，以防止抬型，为此可在砂箱上 设置定位和紧固用的箱耳。定位和紧固用的箱耳的形式及尺寸见铸造工艺装备设 计手册表 5-29 确定：h=42 h仁5 11=40 M=90 A=140 A1=120 A2=100 A3=220 R=18 r=10 r1=84.3.9 导销与导套的设计为了确保铸件的尺寸精度和提高生产效率，合箱时需要借助导销导套来定位。 合箱销有定位段和导向段两部分， 定位段的高度和导向段的锥度是根据上箱模 样和吊砂的高度以及下砂型的砂芯在上砂型中芯头的斜度来决定的，如果位于下砂 型的砂芯在上砂型中有较高的芯头，则合箱销的导向段应设计长一些，这样可以利 用导向段来校正合箱方向而不致卡坏型和芯。普通造型机用砂箱可分为插销和座销两种， 插销的应用比较广泛，而座销只用 在有特殊要求的砂箱上，故选用插销。插销的形式及尺寸见铸造工艺装备设计手 册表 5-59。在造型生