工程实训 完整版 (1)

1、铸件产品工程实训报告铸件名称：219轴承座院系：材料工程学院 专业：材料成型及控制工程组别：第二组姓名：张璇 2015年12月20日1工程实训概况本次铸造工程实训是从第十四周星期一到第十六周星期五，历时两周时间，我们组的组长是申成伟，组员除了我还有王琪、宋升勇、汪军。本组进行了轴承座的铸造生产实训。具体分工如表1.1所示。表1.1 组内分工明细表班级材料成型及控制工程2班第二组组长姓名申成伟电员姓名王琪汪军宋升勇张璇分工负责产品分析与市场调查的记录与整理、辅助铸造工艺的设计负责浇注位置及分型面分析与确定、辅助铸造工艺装备的设计负责制作模样芯盒、以及铸型的浇注熔炼负责铸

2、造工艺参数的选择与整合、铸造工艺装备的设计铸造名称219轴承座任务1产品分析计划完成日期第14周周二任务2市场调查计划完成日期第14周周四任务3铸件工艺设计计划完成日期第15周周二任务4模样设计及制造计划完成日期第15周周四任务5铸型制造计划完成日期第16周周一任务6合型计划完成日期第16周周三任务7合金熔炼及浇注计划完成日期第16周周三任务8铸件清理与检查计划完成日期第16周周四上午任务9实训报告计划完成日期第16周周五2 工程实训过程本次铸件生产工程实训，经历了产品分析、市场调查、原材料采购、铸造工艺设计、工装设计、模样制造、铸型制造、合型、浇注、清理与检查过程，实训流程图如图2.1所示。

3、图2.1 实训流程图2.1零件分析及铸造方法选择2.1.1零件分析此轴承座底座最大横截面积为165mm×30mm，高为37.5mm。该轴承座主要承受径向载荷，因此重要加工面则为中间起支撑作用的部位，在进行铸造工艺设计的时候，要考虑此部位是否能承受相应载荷；轴承座上的孔尺寸较小，采用不铸出的方法；另外，铸件表面应有相应的加工余量，便于后续机加工操作。零件图如图2.2所示。图2.2 零件图2.1.2铸造方法选择铸件造型方法按照砂型紧实成型方式可分为手工造型和机器造型两种。本次材料选用ZL102，线收缩率为1.11.2，铸件的尺寸较小，精度及技术要求较高，结构不太复杂，综合考虑选用手工造型

4、；手工造型又分为砂箱造型、脱箱造型、刮板造型、组芯造型、地坑造型，结合本组铸件结构以及本次实训实际情况，最终选择砂箱造型。2.2实训材料计划所需材料主要有泡沫塑料板、石英砂、木板、涂料、钉子、角码等，具体采购情况如图2.3所示。图2.3 采购情况2.3铸件结构的铸造工艺性分析铸件外形最大截面尺寸为165mm×30mm×37.5mm，为小型铸件，生产批量为单件生产。该轴承座主要承受径向载荷，由于其经常处于压应力和摩擦状态，故要求能抗压和耐磨损。根据工程实训具体要求、铸件性能及实际情况的综合考虑，选择ZL102作为铸件材料。2.4铸造工艺设计2.4.1浇注位置及分型面的选择浇注

5、位置是指铸件在浇注时所处的位置。浇注位置不仅对保证铸件质量有重要影响，而且与工艺设备结构，下芯、合型甚至清理等工序均有密切的关系，还有可能影响到机械加工。浇注位置的选择要根据铸件的大小、结构特点、合金性能、生产批量、现场生产条件及综合效益等方面加以确定。以保证铸件质量为出发点，应尽量简化造型工艺和浇注工艺。根据生产经验，铸件浇注位置的确定应注意以下原则： 铸件的重要加工面应朝下或呈侧立面； 尽可能使铸件的大平面朝下； 应保证铸件能充满； 应有利于实现顺序凝固； 应尽量减少砂芯数量。分型面是指上、下砂型的接触面或铸造模样的分合面，分型面的选择应保证铸件质量的前提下，尽量简化工艺过程，尤其是质量要

6、求不高的支架类和外行复杂的小批量铸件，可优先选择分型面。选择分型面应注意以下原则：尽可能将整个铸件或其他主要加工面和基准面置于同一沙箱内；尽可能减少分型面数目；尽量选用平面分型，简化铸造工艺和装备；分型面应选取在铸件最大投影面处；尽可能少用砂芯；尽量避免铸件非加工面产生飞边；尽量降低砂箱高度；受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度；有利于下芯、验型与合型。根据以上原则可以选择我们选择如下分型面， 如图2.4所示，该方案符合铸件重要加工面呈侧立面原则，将整个铸件置于同一砂箱内，平面分型简化了铸造工艺和装备，也符合最大投影原则。同时也利于拔模。再综合其他原因，实验最终选此方案。图2.42.4.2

7、加工余量、起模斜度的确定为了保证零件加工面尺寸和精度，在铸造工艺设计时将加工表面上留出的、准备切去的金属层厚度，成为机械加工余量。加工余量过大，浪费金属和机械加工工时，增加铸件和零件成本；过小，则不能完全除去铸件表面的缺陷，甚至露出铸件表皮，达不到零件要求。影响加工余量的主要因素有：铸造合金种类、铸造工艺方法、生产批量、设备与工装的水平、加工表面所处的浇注位置、铸件基本尺寸的大小和结构等。本次实训为轴承座铸件的铸造工艺设计，其尺寸为165×37.5mm，造型材料选择铸造铝合金，小批量生产即可。在铸件侧面零件图显示为非加工，但在实际铸造中为了能顺利拔模，必须加拔模斜度。表2-1为小批和

8、单件生产与铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量等级，表2-2为与铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量。表2-1小批和单件生产与铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量等级（单位：mm）造型材料加工余量等级铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金轻金属合金干、湿砂型JHHHHH自硬砂JHHHHH表2-2与铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量（单位:mm）最大尺寸要求的机械加工余量等级DEFGHJK400.30.40.50.50.711.440630.30.40.50.711.42631000.50.711.422.841001600.81.11.52.234616025011.422.845.582

9、504001.31.42.53.557104006301.52.2346912查表可得该铸件的机械加工余量为4mm。为了方便拨出模样或取出芯砂，在模样、芯盒的出模方向留有一定的斜度，以免损坏砂型或砂芯。这个斜度称为拔模斜度。当零件本身没有足够的结构斜度，应在铸件设计或铸造工艺设计时给出铸件的拔模斜度以保证铸型的拔模操作。拔模斜度可采取增加铸件壁厚、增减铸件壁厚或减少铸件壁厚的方式形成。在铸件上加放拔模斜度，原则上不应超过铸件的壁厚公差。铸件的拔模斜度值参见表2-3。表2-3土砂造型时模样的拔模斜度测量面高度h/mm起模斜度金属或塑料模木模a/mma/mm102°200.42°

10、;550.610401°100.81°251.0401000°301.00°401.21001600°251.20°301.41602500°201.60°251.82504000°202.40°203.04006300°203.80°203.8查表可得该铸件的拔模斜度为1°10，0.8mm。2.4.3砂芯设计砂芯的功用是形成铸件的内腔、孔及铸件外形不能出砂的部位。砂型局部要求特殊性能的部分有时也用砂芯形成。砂芯的分类方法很多，按体积大小分为小、中、大砂芯；按干、湿

11、程度分为湿芯和干芯；按粘结剂分为粘土砂芯、水玻璃砂芯、水泥砂芯、油脂砂芯、树脂砂芯等；按制芯工艺分为常规砂芯、自硬砂芯、热芯盒砂芯、冷芯盒砂芯、壳芯等；按复杂程度分为级砂芯、级砂芯、级砂芯、级砂芯、级砂芯。砂芯应满足以下要求：砂芯的形状、尺寸以及在砂型中的位置应符合铸件工艺设计的要求；具有足够的强度和刚度；在铸件形成的过程中砂芯所产生的气体能够及时排出型外；铸件收缩时阻力小；易清砂。砂芯的设计内容包括：砂芯类型的选择，确定砂芯的个数及下芯顺序，芯头的尺寸及结构，砂芯的通气与强度。本次工程实训中，所使用的砂芯较为简单，其形状为长方体形，在铸件中水平放置，并且为使砂芯在模样中放置稳固，在本次实训中

12、采用水平芯头固定砂芯。2.4.4浇注系统设计浇注系统是砂型中引导液态金属进入型腔的通道。浇注系统又简称为浇口。一般铸件的浇注系统由以下四部分组成：外浇口（浇口杯、浇口盆）、直浇道、横浇道、内浇道。通常浇注系统有两种分类方法：一种是根据各组元断面比例关系的不同，即阻流端面位置的不同分为封闭式、半封闭式和开放式浇注系统；另一种是按内浇道在铸件上的相对位置不同分为顶注式、底注式和阶梯式四种类型。并且浇注系统的设计应满足以下条件：控制金属液流动的速度和方向，并保证充满型腔；有利于铸件温度的合理分布；金属液在型腔中的流动应平稳、均匀，以避免夹带空气、产生金属氧化物及冲刷砂型；浇注系统应具有除渣功能。故在

13、本次的实训中结合铸件的工艺实际情况和浇注系统的选用原则，我们选择顶注式浇注，其具体位置如图2.5。图2.5各组元截面尺寸可根据铸件合金种类、质量、尺寸、壁厚、浇铸时间等，利用简便经验公式求得。通常使用的直、横、内浇口总断面积比如下：大中件：F直：F横：F内=1:23:24；小 件：F直：F横：F内=1:1.53:11.5。在本次的工程实训中所设计的轴承座铸件属于小型铸件，故采用上诉小件的比值，并取F直：F横：F内=1:1.5:1，直浇道截面形状采用圆形。表2-4为铝铸件的浇注重量与直浇口总断面积的关系。表2-4铝铸件的浇注重量与直浇口总断面积的关系浇注重量5510101515303050501

14、00100250250500500直浇口总断面积（cm2）1.53.03.04.04.05.05.07.07.01010151520203030直浇口直径（mm）14202022222525303035（2530）×2（3035）×2或(2225)×4（3545）×2或(2530)×445×230×4查表可得本次实训设计的浇注系统直浇道截面积为1.53.0cm2，其直径为1420mm，故本次实训截面积取1.5 cm2，直径取14mm。本次实训所采用的内、横浇道截面形状皆为梯形，通过上诉比例可算得各自的截面面积分别是：1.5、

15、2.0 cm2。根据表2-5与2-6可得出梯形截面积的边长长度。表2-5梯形断面横浇口的断面尺寸h=aa（下底）b（上底）断面积（cm2）mm15122.01814.52.919153.220163.621174.02217.54.42318.54.8故横浇道的截面尺寸为:上底12mm，下底15mm，高为12mm。表2-6梯形断面内浇口的断面尺寸h=1.2aa（下底）b（上底）断面积（cm2）mm1081.112101.515122.418153.6故本次实训所使用的内浇口截面尺寸为：上底10mm，下底12mm，高为14mm。2.4.5冒口系统设计冒口是在铸型内人为设置的贮存金属液的结构体，在

16、铸件形成时补给金属液，用以补偿铸件形成过程中可能产生的收缩，有防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用。冒口的形状直接影响其补缩效果，在设计冒口时应从体积相同的形体中，选用散热面积最小的，这样冒口散热就慢，凝固时间就长，其补缩效果最好。冒口的形状有圆柱形、球顶圆柱形、长（腰）圆柱形、球形及扁球形等多种。为了提高冒口补缩率，要求其相对散热面积越小越好，因此球形冒口是最理想的冒口形状。但由于球形冒口造型起模困难，应用受到限制，所以在实际生产中应用最多的是圆柱形、球顶圆柱形、腰圆柱形冒口。本次实训所选用的铸件浇注材料为铝合金，故在设计冒口的时候应遵循以下原则：（1）冒口必须最后凝固，因此必须具有足够的容积并

17、使其内具有最热的铝合金；（2）冒口必须能顺利补缩，因此必须将其设置在铸件各厚实部位或热节处，并应尽量将其置于最高最厚之处，以形成顶冒口；同时必须具有足够大小的补缩通道，并保证比被补缩的厚大部位晚凝固；（3）冒口的型式必须适合铝合金的特点，以保证铸件凝固时缩孔移至冒口中；（4）冒口数量应根据冒口的补缩范围来确定；（5）冒口的设置应利于铝液的排渣和型腔的排气。本次实训设计的铸件所产生的为L形热节，所选用的冒口形状为圆形冒口。本次实践材料为铝合金，其铸件冒口的计算按下式进行：DR=1.2dCHR=(1.21.5)DRh=58mmDN=0.9dC其中，DR-冒口直径；dC-铸件厚度或热节圆直径；h-切

18、割余量；DN-冒口根缩颈直径，其可有可无。故通过上式计算得到冒口的直径为21mm，高度为31.5mm。表2-7为铝合金铸件冒口补缩距离。表2-7铝合金铸件补缩距离合金类型冒口补缩距离共晶型L=4.5T非共晶型L=2T表中L表示冒口的补缩距离，T为铸件壁厚。通过上表的公式算得本次的铸铝件的冒口补缩距离为24mm。2.5铸造工艺装备设计图2.6为模样尺寸图，图2.7为芯盒尺寸图。 2.6模样尺寸图2.7芯盒尺寸图2.6模样芯盒制作 本次装备需要制作模样，芯盒。由于材料限制，此次所用的材料全为泡沫塑料。切割泡沫塑料时，用泡沫塑料切割机。图2.8、2.9是模样、芯盒成果图。图2.8模样、芯盒图图2.9

19、模样、芯盒图2.7铸型/芯制造此次使用的造型材料为石英砂，水玻璃，造型箱为高度10cm的木质箱。因造型箱不足，我们选用单箱造型，因此对铸型在砂箱中进行了精确定位。水玻璃和石英砂按一定比例相配，混砂，接着想放有铸型的造型箱填砂，舂实，翻箱。下砂箱完成后，上砂箱如上操作。完成以上操作后，将铸型放入干燥箱干燥，开始阶段温度控制在100以内，一段时间后取出砂箱，再次放入干燥箱干燥，此时温度可以在140左右。待干燥一段时间后，取出铸型，接着用镊子夹出因加热变形的模样；型芯的制作步骤更为简单。待型芯，铸型制作完毕，将型芯安放在型芯中。图2.12为铸型成果图。 图2.10 铸型成果图2.8合金熔炼与浇注本次

20、实训选用的浇注材料为铝合金。铝合金比重小、强度高，具有良好的表面光泽和耐腐蚀性；并且作为铸造材料，铝合金熔点较低，能广泛采用金属型及压力铸造等铸造方法，以提高铸件的内在质量、尺寸精度和表面光洁程度以及生产效率。铝合金由于凝固潜热大，在重量相同条件下，铝液的凝固过程时间延续比铸钢和铸铁长得多，其流动性良好，有利于铸造薄壁铸件和结构复杂的铸件。本次铝合金的熔炼是采用的石墨坩埚在炉子的加热作用下使坩埚中的铝粒熔化。在熔炼过程中需注意炉中温度的变化，并且在到达铝的熔点后，将坩埚取出并使用铁丝搅拌坩埚中的铝液，探测底部铝粒是否熔化，如熔化完全，则准备浇注；反之将坩埚放入炉中继续加热熔化。浇注时应注意坩埚

21、的倾斜角度，避免铝液冲出浇口杯，防止铝液不够而导致浇不足。浇注所需铝液不仅需要充满型腔，还要充满两个冒口；故通过计算得到本次实训需要的铝液质量为500g。2.9铸件清理浇注后铸件需要经过一段时间的冷却方可脱箱，脱箱过早容易变形或产生裂纹。待铸件冷却一段时间后，达到脱箱温度后，将带型箱的铸件竖立在地上，利用手锤敲击浇口顶端，使型箱受震动而被破碎掉落。将铸件与型箱分离后，切掉铸件上的浇冒口；将切割好的铸件按照铸造工艺的要求用砂轮机打磨去多余的浇冒口余根。2.10铸件检查及缺陷分析铸件缺陷是导致铸件性能低下，使用寿命短、报废和失效的重要原因。铸件缺陷种类繁多，形貌各异。根据缺陷的形貌特征，我国国家标

22、准将铸件缺陷分为八类：多肉类缺陷；孔洞类缺陷；裂纹、冷隔类缺陷；表面缺陷；残缺类缺陷；形状及重量差错类缺陷；夹杂类缺陷；性能、成分、组织不合格。其中，多肉类缺陷主要有飞翅（飞边、披缝）、毛刺、抬型（抬箱）、胀砂、冲砂、掉砂和外渗物；孔洞类缺陷主要有气孔、针孔、缩孔、缩松和疏松；裂纹、冷隔类缺陷主要有冷裂、热裂、白点、冷隔和热处理裂纹；表面缺陷主要有由砂型膨胀引起的夹砂类缺陷（包括鼠尾、沟槽、夹砂结疤等），由金属液对砂型表面的热作用、化学作用和机械渗透作用引起的粘砂类缺陷（包括化学粘砂、机械粘砂、热粘砂、表面粗糙等），以及皱皮和缩陷；残缺类缺陷主要有浇不到、未浇满、跑火、型漏、损伤等；形状及重量

23、差错类缺陷主要有尺寸和重量差错，变形、错箱、错芯、偏芯、舂移；夹杂类缺陷主要包括金属夹杂物、夹渣和砂眼；性能成分组织不合格缺陷分为物理、力学性能和化学成分不合格和组织异常（石墨集结、组织粗大、偏析、硬点、白口、球化不良、球化衰退、脱碳、亮皮、菜花头）。本次实训所生产出的铸件主要缺陷有：跑火、气孔、飞边。其中，跑火是指铸件分型面以上部分严重残缺，残缺表面凹陷，有时沿型腔壁形成类似飞翅的残片，在铸型分型面上有时有飞翅，其产生的主要原因有:铸型分型面不平，合型后分型面缝隙太大，砂型四周吃砂量太少，封型不严，压铁重量或紧箱力不够或分布不均，造成金属液从分型面大量漏出而形成跑火缺陷；浇注后取走压铁或松箱

24、过早；型砂或芯砂强度太低，砂型紧实度不够，浇注温度过高或浇注速度过快，直浇道高度过高使金属液静压力过大，导致砂型或砂芯开裂，型内金属液从裂缝漏出型外或漏进砂芯内部，造成型漏；浇注时碰撞砂型，造成跑火；防止产生跑火缺陷的方法:选用尺寸合适的砂箱和芯骨，保证砂型和砂芯有足够的吃砂量；避免直浇道高度过高，或在浇注系统中设置缓冲装置，降低浇包浇注高度，以减少铸型内金属液的动、静压力；准确计算抬型力，增大压铁重量或紧箱力，不要过早松箱或撤去压铁；砂型和砂芯应放置平稳，有平坦可靠的支撑面，防止变形；提高型砂、芯砂的强度和型、芯的紧实度；浇注时和浇注后避免碰撞铸型或使铸型受到剧烈振动；合型前要将砂型和砂芯上

25、的装配工艺孔堵死，修芯要适度，保证芯头与芯座之间有合适的间隙，并用填料将间隙堵死；适当降低浇注温度和浇注速度。气孔是出现在铸件内部或表层，截面形状呈圆形、椭圆形、腰圆形、梨形或针头状，孤立存在或成群分布的空洞。其产生的主要原因有：由于炉料潮湿、锈蚀、油污，气候潮湿，坩埚、熔炼工具和浇包不干，金属液成分不当，合金液未精炼或精炼不足，使金属液中含有大量气体或产气物质，在铸件中形成析出气孔和反应气孔；型、芯不干，透气性差，通气不良，含水分和发气物质过多，涂料未烘干或含发气成分过多，在铸件中形成侵入气孔；浇注系统不合理，浇注和充型速度过快，使金属液在浇注过程中产生紊流、涡流或断流，卷入气体，在铸件中形成侵入气孔；浇注温度过低，使溶解在金属液中的气体来不及析出和上浮到冒口中去。防止产生气孔的方法有：合金熔炼时，炉料、溶剂、工具、坩埚和浇包要预热和烘干，去锈去油污，多次重熔炉料的加入量要适当限制；防止金属液在熔炼过程中过度氧化和吸气，加强脱氧、除气和除渣；浇注时