支座铸造设..

1、河南机电高等专科学校毕业论文1河南机电高等专科学校毕业论文毕业论文题目：支座铸造工艺设计系部：材料工程系专 业：材料成形于控制技术班 级：材料成形于控制技术121121 班学生姓名：侯世明学 号：121308152121308152指导教师：张智源20152015 年 4 4 月 1010 日河南机电高等专科学校毕业论文1支座铸造工艺设计摘要：本支座为一小型铸件，铸件材质 HT200,结构简单，无复杂的型腔和阻 碍起模 的凸起。铸件的外形尺寸为 200mmK110mmK120mm 主要壁厚为 15m m 壁厚均匀。 支座采用 HT200 是一种较高强度铸铁，基体为珠光体，强度、 耐磨性、耐热性

2、均较好，减振性也良好，铸造性能较好。从支座的整体结构特点出发，进行铸造工艺设计分析，确定铸造方案，并进行铸造工艺参数和砂芯的设计，在此基础上再根据铸件的材质重量和浇注系统性能设计补缩系统。采用粘土砂手工造型、制芯、金属摸样和半封闭加注系统，设计时应综合考虑各方面因素，浇注系统不是简单地金属液流动通道，用proe 三维造型后，采用华铸 CAE 软件对设计方案进行浇注、凝固模拟计算。结果显示，浇注系 统 设计合理，但凝固时铸件上表面有明显的缩孔缩松，经仔细观察此缩孔在铸件 刚开始凝固时都已经产生，分析原因是因为铸件为湿型，开始凝固时吸收较多 的热量，使上表 面先凝固下沉，产生凹坑阻碍金属液补缩，为

3、了避免此缺陷的 产生减少热量散失浇筑前铸件进行预热，改进工艺后再次运用华铸 CAE 模拟 铸件无明显缺陷。由于铸件模数较小 M= 1.5cm,HT200 凝固时伴随着石墨的析 出与膨胀，铸件以层状-糊状方式凝固，其共 晶膨胀压力小，加之石墨片尖端 伸向铁液的生长方式，使其有很好的“自补”能力，需 要的补缩金属液较少，件工艺出品率为 75%。关键词：支座；工艺设计；华铸 CAE河南机电高等专科学校毕业论文2Support casti ng process desig nAbstract: This bearing is a small-sized castings, casting materi

4、al HT200, structure issimple, no complicated cavity and hin der the draw. The shape of the casti ng size for 200mmx110mmx120mm, main wall thickness is 15 mm, wall thickness uniformity. Beari ngadopts HT200 is a kind of high stre ngth cast iron, for pearlite matrix, and the stre ngth,abrasi on resist

5、a nee and heat resista nee are good, vibrati on is also good; Cast ingperforma nee is good. Start ing from the overall structure of the beari ng characteristics,an alysis of casti ng process desig n, cast ing soluti on is determ in ed, and the cast ingprocess parameters and the desig n of sand core,

6、 on this basis, accord ing to the materialweight of cast ing and pouri ng system and feed ing system desig n performa nee. Usingclay sand han dmade moldi ng and core making, metal touch kind and semi-closed charging system, gat ing system desig n should be con sidered whe n factors not simply metalf

7、luid flow channels, after using proe 3 d modelling, the China casting CAE software isadopted to design plans for pouring and solidification simulati on. , accord ing to theresults of gati ng system desig n is reas on able, but the casti ng surface has obvious shrinkage on the shri nkage, carefully o

8、bserve the shrinkage in casting solidification havebeen produced at first, analysis the reason is because the casting for wet and solidifieswhen absorbs more heat, making the surface solidification down first, the pits producingmetal liquid feeding, in order to avoid the defect of reduce the heat lo

9、st preheated beforepouri ng casti ng, improve the process after casting CAE simulation casting again usingChina has no obvious defects. Due to casting modulus of 1.5 cm, smaller HT200 withgraphite precipitation and solidification of casting, solidification in layered - paste way, itseutectic expansi

10、on pressure is small, and flake graphite tip to the growth of iron liquid, sothat it is a very good ability to repair, and n eed less feed ing metal, pieces of craftproducti on rate was 75%.Key words: Support; process pla nning; Hua Zhu CAE河南机电高等专科学校毕业论文3目录毕业论文. 11 绪论. 51.1 国内铸造现状及发展趋势 . 51.1.1 国内铸造

11、的现状. 52 设计任务. 72.1 铸造方案的确定 . 82.2 支座结构的铸造工艺性分析 . 82.3 造型造芯方法的选择 . 102.4 浇注位置的选择. 102.5 支座分型面的选择 . 112.6 砂箱中铸件数目的确定. 143 铸造工艺参数的确定. 153.1 铸件的尺寸公差 . 153.2 机械加工余量. 153.3 铸件收缩率 . 153.4 起模斜度. 153.5 最小铸出的孔和槽 . 163.6 工艺补正量 . 163.7 浇注温度和铸件在铸型中的冷却时间 . 164 砂芯的设计. 174.1 芯头的设计. 174.2 砂芯的定位结构. 174.3 压环、防压环和集砂槽的尺

12、寸 . 184.4 芯骨. 184.5 芯撑. 184.6 砂芯的排气. 185 浇注系统及冒口、冷铁、出气孔的设计 . 195.1 浇注系统类型的选择. 195.2 浇注时间的计算. 195.3 阻流元截面积的计算及各阻流原件的比例关系的确定.205.4.确定内浇道的截面积. 205.5 确定横浇道截面积. 215.6 确定直浇道的截面积. 215.7 直浇道窝的设计. 225.8 浇口杯的设计. 225.9 冒口的设计. 235.10 冷铁的设计. 235.11 出气孔的设计. 236 支座浇注、凝固过程模拟分析 . 246.1 华铸 CAE 简介. 24河南机电高等专科学校毕业论文46.

13、2 华铸 CAE 模拟分析的步骤 . 246.3 华铸 CAE 模拟支座浇注、凝固过程分析报告 . 247 铸造工艺装备的设计. 277.1 模板的设计. 277.2 芯盒的设计. 278 总结. 288.1 铸造工艺图. 288.2铸造工艺卡 . 289 结论. 2910 致谢. 30参考文献. 31河南机电高等专科学校毕业论文51 1 绪论铸造行业是制造也的重要组成本部分， 对国民经济发展起着重要的作用。铸造生产 所得的产品大部分是毛坯， 是机械生产的源头和基础部门。 铸造产品 占农用机械总量的 40%,其中轿车和航天飞机的发动机、大型机床的床身都涉 及到铸造生产。因此铸造生 产技术是衡量

14、一个国家工业水平的重要标准。我国 铸造生产历史悠久，铸件产量居世界 第一，近年来我国的铸造生产技术有了很 大的发展，应用了很多新的工艺，攻克了许多 技术难点。但我们应清楚同发达 国家相比我国的铸造生产技术还很落后。主要表现为 铸件质量稳定性差。工艺出品率低。机械化程度低，能耗大。先进的生产工艺应用范围小，工艺稳定性差，与发达国家相比工艺水平低。因此我们应继续努力，争取使 我国 早日成为铸造强国，为国家的发展贡献自己的力量。1.1 国内铸造现状及发展趋势铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一，因此铸造业的发展标志着一个 国家的生产实力。1.1.1 国内铸造的现状据 2008 年统计，我国年产铸件

15、3350 万吨，是世界铸造第一大国。铸造 作为金属材料四大热加工方法之一，与其他热加工方法相比优点十分突出， 成本低，铸造生 产所用的金属材料可以是其他工业生产产生的废旧金属、下脚 料等。 生产方法灵活， 铸造技术在造型和浇注两个方向上不断创新。能生产大型和形装复杂的零件，特别是 内腔复杂的零件。在铸造合金中灰铸铁占 65 流右，灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁，主要成分是铁、 碳、硅、锰、硫、磷，是应用最广的铸铁，灰铸铁的力学性能与 基体的组织和石墨的形 态有关。灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严重，在石 墨尖角处易造成应力集中，使灰 铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢，但抗 压强度与钢相当，也是

16、常用铸铁件中力学 性能最差的铸铁。同时，基体组织对 灰铸铁的力学性能也有一定的影响，铁素体基体灰铸铁的石墨片粗大，强度和硬度最低，故应用较少；珠光体基体灰铸铁的石墨片细小，有较高的强度和硬度，主要用来制造较重要铸件；铁素体一珠光体基体灰铸铁的石墨片较珠光体灰铸铁稍粗大，性能不如珠光体灰铸铁。故工业上较多使用的是珠光体基体的 灰铁。支座用铸铁为 HT200,基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性均较好， 减振性也良好；铸造性能较好。主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床 床身等承受压力及振动部件。1.1.2 国内铸造的发展趋势铸造行业是制造也的重要组成本部分， 对国民经济发展起着重要的作用。铸造生

17、产 所得的产品大部分是毛坯， 是机械生产的源头和基础部门。 铸造产品 占农用机械总量的 40%,其中轿车和航天飞机的发动机、大型机床的床身都涉 及到铸造生产。因此铸造生 产技术是衡量一个国家工业水品的重要标准。我国 铸造生产历史悠久，铸件产量居世界 第一，近年来我国的铸造生产技术有了很河南机电高等专科学校毕业论文6大的发展，应用了很多新的工艺，攻克了许多技术难点。但我们应清楚同发达国家相比我国的铸造生产技术还很落后。主要表现为铸件质量稳定性差。工艺出品率低。机械化程度低，能耗大。先进的生产工艺应用范围小，工艺稳定性差，与发达国家相比工艺水平低。因此我们应继续努力，争取使我国早日成为铸造强国，为

18、国家的发展贡献自己的力量。河南机电高等专科学校毕业论文72 2 设计任务(1) 选择零件的铸型种类，并选择零件的材料牌号。(2) 分析零件的结构，找出几种分型方案，并分别用符号标出。(3) 从保证质量和简化工艺两方面进行分析比较，选出最佳分型方案，标出浇注 位置和造型方法。(4) 画出零件的铸造工艺图(图上标出最佳浇注位置与分型面位置、画出机加工 余量、起模斜度、铸造圆角、型芯及型芯头，图下注明收缩量)。(5) 绘制出铸件图。2.设计要求(1)设计图样一律按工程制图要求，采用手绘或机绘完成，并用三号图纸出图。按所设计内容及相应顺序要求，认真编写说明书(不少于 3000 字)。 主要参考资料：热

19、加工工艺基础、工程材料及成形技术基础、机械 设计手册河南机电高等专科学校毕业论文82.1 铸造方案的确定支座工艺设计的内容和要求 产品生产性质：小批量生产；材料:HT200;支 座的零件示意图如图 2 1 所示，零件的外形机构示意图如图 2 2 所示。支 座的轮廓尺寸为200mmK110mmK120mm 主要壁厚 15mm 最大壁厚 30mm,为 一小型铸件，铸件除满足几何尺寸精度及材质方面要求外无其他特殊要求。080图 2 1 支座零件图支座铸造工艺设计河南机电高等专科学校毕业论文9图 2 2 支座三维图2.2 支座结构的铸造工艺性分析零件结构的铸造工艺性分析是指零件的结构应符合铸造生产的要

20、求，易于 保证铸件的质量，简化铸造工艺分析过程和降低成本。分析零件结构的铸造工 艺性主要考虑的内容 1 ）零件应有合适的壁厚为避免冷隔，浇不到铸件铸件不 能太薄，铸件太厚尺寸太 大超过临界壁厚时易产生缩孔缩松，最大壁厚以最小 壁厚的 3 倍来考虑；2）铸件壁厚均匀避免热解；3）有合适的铸造圆角避免缩 孔缩松；4）改进妨碍起模的凸台凸缘和肋板；5）取消铸件外表侧凹；6）利于砂芯的固定和排气。 支座的铸造工艺审查分析如下：支座最小壁厚为15mm 查2 1 表可知灰铁砂型铸造允许的最小壁厚为 6 8mm 支座最小壁厚满足要 求，最大壁厚为 30mm 超过了临界壁 厚，工艺设计时应采取措施加以规避。

21、支座壁厚较均匀，无妨碍起模的凸台和肋板结构，型腔外形结构简单，直径为 15 的孔较小为了方便造型减少砂芯可以不铸出表 2 1 铸件最小壁厚铸造方铸件尺寸铸钢灰铸球可锻铝镁铜法铁墨铸铁合合合铸金金金铁砂型200* 2008665335 200* 20010121284368500 * 500610500 * 50015201520-6-金属型70 * 70542.5323370* 70150* 1505542.545 150* 150106568表 2-2 铸造材质与最小壁厚的关系材质壁厚 mmHT100HT150S=46mm河南机电高等专科学校毕业论文10HT200S=68mmHT250S=

22、815mmHT300HT350S=15mmHT400S 20mm注：1. 一般铸造条件下，各种灰铸铁的最小允许壁厚2.当改善铸造条件时，灰铸铁最小壁厚可达 3mm 可锻铸铁可小于3mm2.3 造型造芯方法的选择砂型铸造工艺设计中依据实际的生产条件和生产批量，在保证交货期限的， 质量要求下选择成本最低，生产组织最便捷的造型及制芯方法。其选择原则：1）优先考虑湿型，湿型效率高，生产周期短，成本低；2）与成批量相适应，大量生产优先考虑及其造型流水线作业；3）生产条件与企业环境相匹配。支座轮廓尺寸为 200mmx 110mnrK120mm 为一小型灰铁铸件，小批量生生 产，对铸件精度无特殊要求。因此采

23、用湿型粘土砂即可满足要求。根据生产条件采用 145 造型机。造芯方法及用材的选择，由于水玻璃砂溃散性差，硬化后保持性差尤其在 潮湿环境下。 树脂砂対原砂要求较严格， 与无机粘接剂相比发气量大， 且价格 较贵。 综合考虑采 用粘土砂芯较好，粘土砂芯烘干以增加其硬度减少其发气 量，并且粘土砂成本较低。小 批量生产可以采用手工造型。2.4 浇注位置的选择铸件的浇注位置是指铸件在浇注时在铸型中所处的位置。考虑的原则：1）铸件的重要部位尽量至于下部；2）铸件的大平面朝下或倾斜浇注;河南机电高等专科学校毕业论文113）应保证铸件能充满铸型;4）有利于实现顺序凝固，有力铸件的补缩万案一图 23 浇注位置的选

24、择 分析方案一:1. 铸件的 A 面 （如图所示） 为重要加工面， 朝上放置容易产生气孔、 非金属夹 杂物等缺陷。2. 铸件的重要部分也没能全部置于下部。分析方案二：1. 铸件的重要部分全部置于下部，这样置于下部的重要部分可以得到上部金 属的静压力作用下凝固并得到补缩，组织致密。2. 铸件的重要加工面 A 面、B 面（如图所示）位于侧立面，比较光洁，产生 气孔、非金属夹杂物等缺陷的可能性小。综合比较，方案U更加科学可行。2.5 支座分型面的选择分型面的选择很大程度上影响着铸件的尺寸精度， 生产成本和效率。 确定分型 面Jt万案一浇注口浇注口河南机电高等专科学校毕业论文12时遵循的原则：河南机电

25、高等专科学校毕业论文131）尽量使铸件全部或大部置于同一半型内；2）尽量减少分型数目；3）分型面尽量选平面；4）注意降低沙箱的高度；5）便于下芯合箱检查型腔尺寸；6）为便于起模分型面应在铸件最大截面处；7）注意减轻铸件清理和机加工余量。初步对支座进行分析，有以下四种方案I，如图2-4 所示河南机电高等专科学校毕业论文140?0图 24 分型面的选择分析各个方案的优缺点:I方案以支架的底面为分型面在分型面少而平的原则中，其分型面数量 不仅少而且还平直，铸件全部放在下型，既便于型芯安放和检查，又可以使 上型高度减低而便于合箱和检验壁厚，还有利于起摸及翻箱操作。U方案铸件没有能尽可能的位于同一半型内

26、，这样会因为合箱对准误差 使铸200河南机电高等专科学校毕业论文15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。川方案分摸两箱造型易产生错箱，从而影响铸件精度。W方案采用以 50 孔的轴线为分型面，则易产生错箱，从而影响铸件 精度，顶面侧放可以保证其粗糙度的要求，选凸台时用活快才便于起模，薄 壁处易出现浇注不足，冷隔等缺陷且不利于补缩。综上所述，选择第一种方案2.6 砂箱中铸件数目的确定支座轮廓尺寸 200mnrK110mmK120mm为一小型铸件，支座结构简单如采用一箱一件效率太低，所以采用一箱两件采用通用性砂箱尺寸为 480mmX400mmX200mm查铸造工艺学表 16 17

27、 得 a20mm e30mm f30mm铸件在砂箱内排列最好均匀对称，这样金属液作用于上砂箱的力均匀，也有利 于浇注系统的安排。确定铸件在砂箱内的排列如图2 5 所示其模样吃砂量a 仁 30mm a2=50mm e=200mm f=100mm河南机电高等专科学校毕业论文163 3 铸造工艺参数的确定3.1 铸件的尺寸公差铸件各部分尺寸允许的极限偏差称为铸件的尺寸公差。铸件尺寸公差代号CT,所规定的公差等级有精到粗 16 级即 CT1 CT16 查铸造技 术数据手 册表 9 15（ GB641 86）知，灰铸铁的尺寸精度等级为 8 10 选 CT9，铸 件的公差数值为 2.5mm。3.2 机械加

28、工余量机械加工余量是指为了保证铸件加工面尺寸和零件精度，工艺设计时在铸 件代加工面上预先增加的而在机械加工时切削掉的厚度。查铸造实用数据速 查手册表 1 2 知，支座铸件毛坯机械加工等级 E-G 选 F 级支座轮廓尺寸 为 200mnrK110mnrK120mm 所对应的机工余量为 2mm 在分型面和浇注位置 的选择中，不得以将重要加工面朝上放置（图 24C面）这样使其易产生气孔，非金属夹渣物等缺陷。所以应适当增加其机械加工余量加以规避，因此机加工余量取 2.5mm。3.3 铸件收缩率铸件收缩率又称铸件线收缩率，是铸件从线收缩温度冷却开始至室温的线 收缩率。铸件的收缩率由铸件结构及尺寸等级等参

29、数决定。 查 铸造技术手 册 表 7 1 得线收缩取 0.8%。3.4 起模斜度为了使造型（芯）时起模方便在摸样芯盒的出模方向上留有一定的斜度， 以免损坏砂砂芯，这个斜度称为起模斜度。查铸造技术手册表 7 5 得图 3 1 起模斜度D 面 E 面为便于制模提高生产效率同取a=110a=110a=0 30a=0.8mm a=1mm河南机电高等专科学校毕业论文17a=0.8mm 为减少加工余量采用减少铸件法3.5 最小铸出的孔和槽铸件上的孔和槽是否铸出，要根据具体情况而定，一般较大的孔和槽直接铸 出来，以节约金属减少机械加工，较小的孔和槽则不宜铸出。表 3 1 最小铸出的孔生产批量最小铸出孔直径

30、d d灰铸铁铸钢件大批量生产12151215成批量生产1530153030503050单件小、批量生产305030505050由表 3 1 分析支座上直径为 15 的孔，虑机械加工余量后为 10 未来了方 便造型减少，芯综合考虑不宜铸出。直径孔 50 机加工余量后45 厚度较大， 为了节约金属，综合考虑应该铸出。3.6 工艺补正量在单间小批量生产中由于各种愿因，使加工后的铸件局部尺寸小于图样上 的要求，为了防止铸件局部尺寸超差。在铸件相应的非加工面上增加的金属厚 度称为工艺补正 量。查铸造工艺学表 16 36 的工艺补正量取 1.5mm 3.7 浇注温度和铸件在铸型中的冷却时间浇注温度过高铸件

31、收缩率大，浇注温度过低金属流动性差、易产生冷隔、 浇不足等 缺陷，查铸造工艺学表 1662 得浇注温度为 1300C 1380r，取 1350C。冷却时间短容易产生变形裂纹等缺陷。为使铸件在出 型时有足够的强度和韧性。铸 件在砂型中应有足够的冷却时间。铸造工艺设计查表 1 25 得，冷却时间 25min 40min 取 30min。河南机电高等专科学校毕业论文184 4 砂芯的设计砂芯是组成铸型的重要部分，砂芯是用来形成铸件内腔，各种形状的孔及 外形不易起模的部分。4.1 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，牢固的固定在砂型上，必须有足够的芯头尺寸。支座采用的

32、是垂直砂芯需确定砂芯的高度和芯头于芯座的间隙。 查 铸造工 艺学 表 16 46得。支座砂芯上芯头高 h 仁 20mm 下芯头高 h=30mm 芯头于芯 座的间隙 s=0.5mm。其芯头的结构如图 4 1。上芯头- - - - - - - - _ _ -图 4 1 芯头的结构4.2 砂芯的定位结构砂芯要求定位准确，不允许沿芯头轴向移动或绕芯头轴向转动，对于形状不对称的砂芯为了定位准确必须做出定位芯头。选用的定位芯头结构如图42 所示。河南机电高等专科学校毕业论文194.3 压环、防压环和集砂槽的尺寸在湿型生产中为了加速下芯合型及保证铸件质量。在芯头的摸样上常常做 出压环、防压环和集砂槽。查铸造

33、工艺设计表1 38 得 e=1.5mm f=3mmr=1.5mm4.4 芯骨放在砂芯中以强化砂芯整体强度并具有一定形状的金属构件称为芯骨。支 座的砂芯较小，烘干后能满足其强度要求不需要增设芯骨。4.5 芯撑砂芯在砂型中主要靠芯头固定，但有时砂芯只靠心头难于稳固，因此在生 产中场采 用芯撑加固，以起到辅助支撑的作用。支座砂芯尺寸较小，砂芯结构 简单。烘干后芯头 的稳固性能满足要求。不需再设芯撑。4.6 砂芯的排气砂芯在高温金属作用下，其粘接剂和砂芯中的有机物要燃烧放出气体，砂 芯中的残 余水分受热蒸发放出气体，如果这些气体不排除型外，则会产生气孔 等缺陷。支座的砂 芯较小不宜开设排气通道，可在铸

34、型上增设排气孔加以补图 4 2 定位芯头的结构河南机电高等专科学校毕业论文205 5 浇注系统及冒口、冷铁、出气孔的设计5.1 浇注系统类型的选择浇注系统按浇注系统各阻元截面积比例关系不同分为封闭式浇注系统、开 放式浇注 系统、半封闭式浇注系统三类。1） 封闭式浇注系统各阻元截面积的大小关系是刀 S 直刀 S 横ES 内。其内浇道为阻流 元，该浇注系统挡渣能力好，浇道中不易吸气。但由于 S 内 最小故金属液进入型腔中的线速度大，易冲刷铸型，通常只适用于不易氧化的合金。2） 开放式浇注系统各阻元截面积的大小关系是刀 S 直ES 横ES 内。 这种浇注系统的 优点是有内浇道流出的金属液流速度低充型

35、平稳，金属氧化程 度低，这种浇注系统主要用于易氧化的非铁合金件和球墨铸铁件以及用注塞包 浇注的中大型铸件。3） 半封闭式浇注系统这种浇注系统的特点是刀 S 横ES 直ES 内,浇注 充型平稳，对 铸型的冲刷作用小，挡渣效果好，在生产中得到了广泛应用。 综上分析选用半封闭式浇注系统。5.2 浇注时间的计算液态金属从进入浇口杯开始到充满铸型所用的时间称为浇注时间。t=SA/G式中 t浇注时间（S）。G浇入型内的液体总重（Kg）。S系数。 由铸件壁厚决定查铸造工艺设计表 2-6 得铸件的体积：V=（85/2）2X3.14X90（45/2）2X3.14X125（11/2）2X3.14X2X335+35

36、X115X205 =1130219.175mm已知 HT200 的密度度p=7.2g/cm3 由于采用一箱两件支座生产的工艺出品率 查金属 材料液态成型工艺表 416 得约为 75%，可估算出铸型中铁液的 重量 GG=2V/75% p=2X1130219.175/75%X7.2X-3=21700.20816g 21.7kg 将 G带入式中的 t=SVG=22*/21.710.25校核浇注时间 t通常用铸型内金属液面的上升速度来校核。查金属材料液态成型工艺表4-12 得 V=1020mm/sV1=C/tC铸件最低点到最高点的距离，按浇注时的位置确定;T计算的浇注时间（s）。V1=C/t=125/

37、10.25 12.195mm/s由于 V1 在 10 20mm/s 内所以浇注时间符合要求5.3 阻流元截面积的计算及各阻流原件的比例关系的确定河南机电高等专科学校毕业论文21水均压头 H 均的计算H 均=H0 p2/2c H0 内浇道以上的金属液压头（cm ；C浇注是铸件的高度（cm ；P内浇道以上铸件的高度，由于支座采用顶注式故P=0 所以H均=H=20cm用水力学法计算阻流元的截面积S 阻=G1/0.31utVH均H 均水均压头（cm ；u流量系数查铸造工艺设计表 3-5 得 u=0.5修正 u 当浇注温度从 1280。C 开始每升高 50。C 使 u 增大+0.005 以 下，已知浇注

38、温度。取 1350 C 采用顶注式时式 u 增大 0.1-0.2修正后 u 取 u=0.66 ;T浇注时间（S）;G型内金属的总重量（kg）S阻=21.7/0.31X0.66X10.25=20 2.314cm2各阻流元件比例关系的确定已知支座采用半封闭式浇注系统查金属材料液态成型工艺表 4-11 得艺S直工S横工S内=1.2 : 1.4 : 15.4.确定内浇道的截面积内浇道是浇注系统中吧金属液引入型内的一个组元。其作用是控制充型速 度和方向分配液态金属调节铸件各部位的温度分布和凝固次序。为保证充型一个支座上开设两个内浇道故 S 内=S 阻/4=2.314/4= 0.57850.579cm2丨

39、一b一图 5 1 直浇道截面示意图查铸造工艺学表 1692 得河南机电高等专科学校毕业论文22a=11mm b=9mm c=6mm5.5 确定横浇道截面积横浇道的主要作用向内叫道分配洁净的金属，储存最初浇入的夹渣的低温 金属液并 阻留夹渣。横浇道截面如图 52 所示图 52 横浇道横截面示意图S 横=1.4S 内/2=1.4x2.314/2 1.62cm213查铸造工艺学表 1692 得A=13mm B=11mm C=14mm5.6 确定直浇道的截面积直浇道的作用是将来自浇口杯的金属液引入横浇道，并提供足够的压力以 克服各种 流动阻力而充型。直浇道如图 5 3S直=1.2S内=1.2X2.31

40、4=2.77682.78cm2 查铸造工艺学表 16 82 得D=18mm D 仁 14mm河南机电高等专科学校毕业论文235.7 直浇道窝的设计直浇道底部设置直浇道窝以减轻金属的紊流和金属对铸型的腐蚀作用有利于渣气的上浮。图 54 直浇道窝示意图直浇道窝的结构如图：直浇道窝的直径为直浇道下端直径的 1.42 倍，咼度为横浇道14高度的 2 倍。底部为平的，无尖角。取 D 窝=1.8D=1.8X18=32.4mm h=2C=2X 14=28mm5.8 浇口杯的设计浇口杯的主要作用是承接来自浇包的金属液的并将其引入直浇道以减轻对直浇道 底部的冲击并阻挡熔渣气体进入型腔。浇口杯的截面示意图如图55

41、所示。D图 55 浇口杯示意图查铸造工艺表16-75 得河南机电高等专科学校毕业论文24D1=64mm D2=60mm h=48mm5.9 冒口的设计冒口是在铸型内专门设置的储存金属液的空腔用以补偿铸件形成过程中可 能产生的收缩所需的金属液防止缩松缩孔的产生并起到排气集渣的作用。灰铸铁以层状-糊状方式凝固，其共晶膨胀压力小，加之石墨片尖端伸向铁 液的生长方式，使其有很好的“自补”能力，铸件形成缩孔、缩松的倾向小。 对于一般的低牌 号灰铸铁，因碳硅含量高，石墨化比较充分，不需要设置冒 口。支座材质为HT200 为低 牌号，“自补”能力较好，故补缩时所需的铁水 较少，所以可以用浇注系统进行补缩不

42、设置冒口。5.10 冷铁的设计为增加铸件局部冷去速度，在铸型内部及工作表面安放的金属块称为冷 铁。支座铸件壁厚较均匀，无特别厚大的壁，故不易产生裂纹缩孔缩松等缺陷。而且设 置冷铁会增加生产工序，是成本增加。所以不设置冷铁。5.11 出气孔的设计出气孔用于排除砂型、砂芯及金属液析出的气体，减少充型型腔内气压体 压力，改善金属液的充型能力；排除先填型腔的低温金属液及浮渣，还可作为 观察金属液充满型 腔的标志。出气孔一般设置在铸件浇注位置的最高处，充型金属液最后到达的部位， 砂芯发起 或蓄气较多的部位及型腔内气体难排出的死角等部位。出气孔根部直径为所处位置铸件厚度的 0.4-0.7 倍，取 0.5.

43、D 气=0.4X30=12mm 出气 2 孔根部总结面积不小于内浇道截面积。已知内浇道总截面为 2.314cm。出气孔 总结面积 取3cm2 密码左右。故应开设 3 个名出气孔。河南机电高等专科学校毕业论文256 6 支座浇注、凝固过程模拟分析6.1 华铸 CAE 简介利用华铸 CAE 对支座浇注、凝固过程进行模拟分析。华铸 CAE 是华中科 技大学开发的铸造模拟分析软件。利用华铸 CAE 对浇注、凝固过程进行模拟 分析，可以在浇注前对 铸件可能出现的各种缺陷及大小、 位置、 发生的时间予 以有效地预测，以便采取措施改 进工艺。从而降低生产成本，提高生产效率， 推动铸造生产由经验指导向科学理论

44、指挥的发展。6.2 华铸 CAE 模拟分析的步骤华铸 CAE 对铸造浇注、凝固过程模拟分析共有四步。第一步前置处理 利用三维的绘图软件绘制出三维的铸件图、铸型图、浇冒 口系统。并将其转化为 STL 文件格式，导入华铸 CAE 中。第二布计算分析 这一步是核心，主要是设置铸型，铸件材质、化学成分， 计算方 法，浇注温度等，然后把计算即可。第三步后置处理 这一步主要是将前面得到的大量数据加以整合，转化为可 视的图 形文字，以便分析总结，图形中黄色代表液相、红色代表固相、黑色代 表缩松、紫色代表缩孔。第四步生成报告将前面几步的数据、结论转化为 word 文档形式存盘。6.3 华铸 CAE 模拟支座浇

45、注、凝固过程分析报告我们利用 ProE 进行三维造型， 接着进行面网格划分 （面网格最大尺寸为 3mm ，之后导出格式为 STL 的文件，利用华铸 CAE 中进行网格剖分，如图 6.1 所示。接着在华铸 CAE 中设置各种必要参数，最后进行模拟浇注。在模拟浇注、凝固过程中，对铸件与浇注系统在虚拟砂箱的作用下进行凝固模拟。 凝固的过程如图 6 2、63、64、65 所示。从图中，可以看出，金属液 刚开始进入型腔时温度很高，最后凝固完成。图 6 1 网格剖分结果河南机电高等专科学校毕业论文26图 62 浇注完成时铸件色温图图 63 铸件刚浇注完成时图 64 铸件浇注 500s 后的凝固情况 砂I河

46、南机电高等专科学校毕业论文27观察发现铸件上表面有缩孔形成，仔细观察其凝固过程发现，支座上表面最先凝固， 由于铸型为湿型，吸收较多的热量，使得该部位先凝固。灰铸铁 以层状-糊状方式凝固 其外壳长期处于较软的状态，之后较低位置处铁液进行收缩时致使最高位置灰铸铁外壳下沉，导致较大的缩孔。为了避免缩孔，浇注 前先对铸型进行预热，预热温度 300C,减小金属热量损失和激冷金属，以防 止缩孔产生。改进后通过华铸 CAE 模拟发现其缩孔 消失。如图 66 所示。1U ffk* = 图 66 改进方案后的模拟结果7 7 铸造工艺装备的设计7.1 模板的设计模板一般由模底板、摸样、浇冒口摸、加热元件和定位元件加工后装配而 成。支座 模板采用 HT150.模板的尺寸 Lb=Ls+2bLs 砂箱内框长度（或宽度）尺寸；Lb 模底板长度（或宽度）尺寸；B砂箱分型面外凸缘的宽度。取 25mmLb 仁 480+2X25=530mmLb2=300+2X25=350mm模底板的厚度厚度查铸造工艺学表 16124 取 15mm 模底板采用定位销定位。7.2 芯盒的设计芯盒是制芯工艺必要的工艺装备，对提高生产效率降低成本