轴承座铸造工艺设计技术

1、河南机电高等专科学校毕业设计设计题目：轴承座铸造工艺设计系 部 材料工程系 专 业 材料成型与控制技术 班 级 材料111 学生姓名 刘欢 学 号 111308103 指导教师 邓想 xxxx年 月 日轴承座铸造工艺设计摘 要：本轴承座为一小型铸件，铸件材质为ZG230-450，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350mm350mm175mm，主要壁厚为30mm，壁厚基本均匀。轴承座采用ZG230-450是一种铸造碳钢，是新牌号表示方法(GB11352-89)，原牌号叫ZG25。从轴承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

2、，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。采用水玻璃砂手工造型、制芯、木摸样和开放式浇注系统，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solidworks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，缩松缩孔缺陷留在了冒口区。关键词：轴承座，工艺设计，华铸CAEBEARING CASTING PROCESS DESIGNABSTRACT: The bearing as a small-sized castings, casting material of ZG230-450, simple structur

3、e, no complex cavity and obstacles to draw. The appearance of the casting size is 350 mm 350 mm 350 mm, the main wall thickness of 30 mm, basic uniform wall thickness. Bearing the ZG230-450 is a kind of casting steel, is a new brand representation (GB11352-89), the original brand name is ZG25. From

4、the overall structure of the bearing characteristics, analysis of casting process design, determine the casting solution, and casting process parameters and the design of sand core, on this basis, according to the material weight of the casting and pouring system performance design of the feeding sy

5、stem. Used sodium silicate sand handmade molding and core making, wood touch kind and open gating system, the design should be considered when the factors, the gating system is not simply the metal liquid flow channel, with solidworks 3 d modelling, the China foundry CAE software is adopted to desig

6、n plans for pouring and solidification simulation. Results show that the pouring system design is reasonable, the shrinkage porosity defect on the KouOu.KEY WORDS: Bearing seat，Process design，China Casting CAE目 录1 绪论11.1国外铸造技术发展状况11.2我国铸造技术的现状21.3铸造工艺设计的基本知识21.4铸造工艺设计的重要性22 铸造方案的确定32.1零件的材质分析32.2轴承座

7、工艺设计的内容和要求32.3轴承座结构的铸造工艺性分析52.4造型造芯方法的选择52.5浇注位置的选择62.6轴承座分型面的选择72.7砂箱中铸件数目的确定83 铸造工艺参数的确定9 3.1铸件最小铸出壁厚93.2最小铸出的孔和槽93.3铸件的尺寸公差93.4机械加工余量103.5铸造收缩率103.6起模斜度103.7浇注温度和冷却时间114 砂芯设计124.1砂芯的基本知识124.2砂芯数目的选择124.3芯头设计124.4芯头尺寸的确定124.5砂芯的定位结构134.6芯骨134.7芯撑134.8砂芯的排气135 浇注系统及冒口、冷铁、出气孔的设计145.1浇注系统的组成及其应用145.2

8、浇注系统的类型和应用范围155.3浇注时间的计算165.4确定直浇道、横浇道、内浇道的横截面积185.5冒口的设计206 轴承座浇注、凝固过程模拟分析216.1华铸CAE简介216.2华铸CAE模拟分析的步骤216.3华铸CAE模拟轴承座浇注、凝固过程分析报告217 铸造工艺装备设计258 铸造工艺图269 结论2710致谢28参考文献29附图1 绪论铸造是获得机械产品毛坯的主要方法之一，是机械工业重要的基础工艺，在国民经济中占有重要的位置。铸造成型是制造复杂零件的最灵活的方法，先进制造技术的应用给制造工业到来了新的活力，为数众多的软件问世和计算机技术的迅猛发展使得为生产在几何形状、尺寸、使用

9、性能等当面都符合要求的铸件提出确切可靠的信息成为可能。铸造厂在其用户进行产品设计和开发阶段就能成为后者在CAD层次上一个有力的伙伴，与此同时，铸造厂也遇到了来自铸造行业内部和外部的巨大挑战。或许可以说，各国铸造厂都把下述四项目标作为自己的主要任务： （1）提高铸件质量和可靠性，生产优质铸件； （2）加强环保，实现可持续性发展； （3）降低生产成本； （4）缩短交货日期。不言而喻，其中的第一项是最重要的，如果不能生产出优质铸件，其他目标就无从谈起。1.1国外铸造技术发展现状 1）信息技术在铸造生产中得到广泛应用由计算机、网络技术、传感技术、人工智能所构成的信息技术近年来在铸造生产中得到更为广泛的

10、应用，这正在改变着铸造生产的面貌，可以说现代铸造技术的主要特征就是将传统的铸造工艺与信息技术融为一体。快速原型技术在铸造生产中的应用也有了新的发展，它除了可应用于制造新产品试制用的摸样及熔模铸造的蜡模外，还可用于直接造出酚醛树脂壳型、壳芯，他们可直接用来装配成砂型。2）粘土砂湿型造型设备有新的提高在德国震压造型正在逐步被其它先进的造型设备所取代，而到1999年垂直分型无箱射压造型、气流气压造型、空气冲压造型这三类造型线的生产能力之和已占有77%，居于主导地位。3）型砂处理向智能化质量控制方向发展国外近年来在智能化型砂质量控制方面有很大发展，特点是利用计算机辅助对型砂质量进行预防性控制。4）树脂

11、自硬砂设备日趋完善经过探索，国内外市场已经推出了多种型砂性能在线检测装置，它们的一些共同特点是：检测的项目主要是紧实率和湿强度并采用气功。1.2我国铸造技术的现状 我国铸造业的现状是生产量大，年产铸件约1，200万吨，厂点多，达2万多个，铸造业的从业人员在120万人以上。我国铸造行业的一大特色是改革开放以来乡镇企业迅猛发展，成为我国铸造行业的一支重要力量。乡镇铸造厂点数已超过国有铸造厂点，乡镇铸造厂点的铸件产量约占全国铸件总产量的一半。我国铸造产量从2000超越美国已连续六年稳居世界第一，根据全球主要生产国2004年的产量统计可以看出， 我国铸造行业除厂点多，从业人员多，产量大以外，与发达国家

12、相比，在质量、效率、能源与材料消耗、劳动条件与环境保护等方面都存在差距。造成这些差距的原因是铸造厂点规模小，经济实力差，工艺和设备落后，管理水平低，从业人员素质不高。为了消除这些差距，为了满足我国经济建设的需要，也为了铸造行业自身的存在与发展，我国的铸造行业应以提高铸件质量和经济效益为中心，面向国内和国际两个市场；加强管理，打好基础，提高企业素质；调整产业结构，合理配置资源，提倡适度规模经营；继续以适用先进的生产工艺和技术装备改造铸造行业，实现清洁化生产，保证可持续发展。1.3铸造工艺设计的基本知识铸造的生产过程，从零件图开始，一直到铸件成品验收合格入库为止，要很多道工序，涉及到合金熔炼、造型

13、（造芯）材料的配置、工艺装备的准备铸型的制造、合型、浇注、落砂和清理等许多方面。人们把铸件的生产过程为铸造生产工艺过程。对某一个铸件，编制出其铸造生产工艺过程的技术就是铸造工艺设计。其中，工艺设计的依据包括：（1）生产任务和要求（主要是产品零件图样、零件的技术要求、产品数量和交货期）；（2）车间条件（主要是车间设备、原材料的应用和供应情况、车间生产工人的技术水平和生产经验和制造模具等工艺装备车间的加工能力）。工艺设计的程序一般是：对零件图样进行审查和进行铸造工艺性分析，选择造型方法；确定铸造工艺方案；绘制铸造工艺图；填写铸造工艺卡。1.4铸造工艺设计的重要性 我国自从加入WTO以后正逐步成为世

14、界制造业中心之一，随着国民经济和世界经济的发展，对铸件的需求将越来越多，铸件的优质化程度越来越高，铸造工艺设计水平对提高铸件内外质量、提高工艺出品率、降低废品率、提高经济效益上，起着非常重要的作用。2 铸造方案的确定2.1零件的材质分析铸件成型材料为ZG230-450，ZG230-450是一种铸造碳钢，是新牌号表示方法(GB11352-89)，原牌号叫ZG25。ZG代表铸钢的拼音缩写，230是指这种材料的最低屈服强度为230Mpa，450是指这种材料的最低抗拉强度为450Mpa。 ZG230-450有一定的强度和良好的塑韧性，良好的焊接性，被切削性能尚好。用于受力不大，要求韧性的各种机械零件，

15、如砧座、轴承盖、外壳、底板、阀体等。其化学成分：（见下表2-1），其工艺性能包括：一般用电炉冶炼，冶炼容易掌握；铸造性能较好，熔点较高，实际流动性较差，易氧化，铸造缩水率约1.5%2.0%，凝固收缩约4.2%，浇注温度约15001550；焊接性良好，用E5015（E7015）、E5016（E7016）等焊条，焊前不预热或100150低温预热，焊后去应力处理；被切削性能尚可，无需热处理也可直接进行机加工。需注意事项：相对上限每减少0.01%的碳，允许增加0.04%的Mn，但Mn含量最高至1.20%。表2-1 ZG230-450的化学成分 (%)化学成分CSiMnSP含量0.300.501.200

16、.040.042.2 轴承座工艺设计的内容和要求 产品生产性质:大批量生产； 材料:ZG230-450； 轴承座的零件示意图如图21所示，零件的外形结构示意图如图22所示。轴承座的轮廓尺寸为350mm350mm175mm，主要壁厚30mm，最大壁厚45mm，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。图2-1 轴承座零件图图2-2 轴承座三维图2.3轴承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

17、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。轴承座的铸造工艺审查分析如下：轴承座最小壁厚为25mm，查表2-2可知，铸钢砂型铸造允许的最小壁厚为1012mm。轴承座最小壁厚满足要求，最大壁厚为45mm，超过了临界壁厚，工艺设计时应采取措施加以规避。轴承座壁厚基本均匀，无妨碍起模的凸台和肋板结构，型腔外形结构简单，直径为18mm的孔较小,为了方便造型、减少砂芯，可以不铸出。表2-2 砂型

18、铸件最小壁厚 单位（mm）铸造方法铸件尺寸铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铝合金镁合金砂型200200200200500500500500810121520661015206125834632.4造型造芯方法的选择 制造铸型和型芯的工艺过程称为造型和造芯。造型、造芯是砂型铸造的最基本的工序，造型时用模样形成砂型的型腔，浇注后形成铸件外部轮廓。造芯时用芯盒制成型芯，置于铸型中经浇注后大多形成铸件的内部轮廓。通常分为手工造型和机器造型两大类。 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。 根据所在工厂的实际情况确定要用水玻璃砂

19、进行手工造型造芯，以水玻璃为粘结剂，造型后吹入二氧化碳，1-3分钟砂型硬化，砂型强度高，不需烘干，但浇注后结成硬块，退让性较差，大大的降低了清理铸件的效率。2.5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:铸件的主要加工面、主要工作面和受力面应尽量放在底部或侧面，以防止产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷；对于凝固体收缩率较大的铸造合金，应满足顺序凝固的原则，铸件厚实部分应尽可能置于上方，利于设置冒口补缩；有利于砂芯的定位、固定和排气，尽量避免吊芯和悬臂砂芯；大平面应置于下部或倾斜位置，一方夹砂等缺陷。有时为了方便造型，可采用“横做立浇”、“平做立浇”的方法；铸件的薄壁部

20、分应置于铸件的底部或侧面，以防浇不到、冷隔等缺陷；在大批量生产中，应使铸件的飞翅、毛刺最少与易于清除；要避免厚实铸钢件冒口下面的受力面产生偏析；尽量使冒口置于加工面上，以减少铸件清整工作量。方案一 方案二图23 浇注位置的选择分析： 方案一：顶注式是从铸件上部引入钢液，钢液从上向下流动，易于充满铸型，有利于温度自下而上递增促进铸件的顺序凝固，补缩效果好，能减少缩松、缩孔缺陷，但是浇注过程中，钢液流从高处下落，不平稳、冲击大，易损坏铸型，造成砂眼、铁豆等缺陷，同时也易使钢液氧化和卷入气体。此类浇注系统多用于铸件高度较低，结构简单的铸件，薄壁件或需要用顶部冒口补缩的致密性要求较高的中、小型厚壁铸件

21、。 方案二：底注式浇注系统是从铸件底部引入型腔，钢液充型平稳，排气方便，无冲砂，无飞溅，不易氧化。但不利于自上而下的顺序凝固和补缩。复杂的薄壁件不易充满，多用于结构复杂，厚壁的大中型铸件。 综上分析方案二较好。2.6轴承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。确定分型面时遵循的原则：1) 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。图24 分型面的选择 分析：方案一铸件没有全部在同一铸型

22、内，这样容易产生错箱。 方案二铸件在同一铸型内，合箱时不容易错箱，提高了铸件的质量。 综合考虑选择方案二。2.7砂箱中铸件数目的确定轴承座轮廓尺寸350mm350mm175mm。为一小型铸件，轴承座结构简单，如采用一箱一件，效率太低，所以采用一箱四件，采用通用性砂箱尺寸为1300mm1300mm280mm。3 铸造工艺参数的确定 铸造工艺参数是指铸造工业设计时需要确定的工艺参数，工艺参数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，主要包括以下内容：3.1 铸件最小铸出壁厚 轴承座的最小壁厚为25mm，由铸造工艺设计表3-1知该零件符合要求。 表3-1 砂型铸件最小

23、壁厚 单位（mm）铸件轮廓尺寸铸件材质铸钢灰铸铁球铁可锻铸铁铝合金镁合金20020086653200200-50050010-126-101284350050015-2015-2063.2 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。生产批量最小铸出孔的直径d灰铸铁件铸钢件大批量生产12 15成批量生产15303050单件,小批量生产305050表3-2 最小铸出的孔 由表32可知：轴承座上直径为18mm的孔不应铸出。3.3铸件的尺寸公差铸件尺寸公差是指铸件公称尺寸的两个允许极限尺寸之差。在这两个允许极

24、限尺寸之内，铸件可满足机械加工、装配和使用要求。影响铸件尺寸精度的主要原因有：铸造合金，铸件的结构，铸造方法，铸造工艺设计水平，操作水平，造型、造芯设备及工装的精度，造型、造芯材料的性能，铸件的精整和表面质量，生产技术管理和质量控制手段等等。铸件尺寸精度要求越高，对上述影响因素的要求和控制应越严，但铸件的成本也越高。因此，产品设计，必须用价值工程的理念考虑铸件的尺寸公差等级；生产厂家必须从实际出发综合考虑各种因素，达到既保证铸件质量又不过多的增加生产成本的目的。总的来说，提高铸件尺寸精度是一项系统工程，要有计划的去做逐步提高，只有提高了产品质量，只有性价比合理的产品，在市场上才有竞争力。铸件尺

25、寸公差代号CT，所规定的公差等级由精到粗16级，即CT1CT16，查铸造工艺设计知：铸钢的公差等级为11-14，选CT10，铸件的基本尺寸为361、237、163、145、133、75的孔公差数值分别为4.4mm、4.4mm、4.0mm、3.6mm、3.6mm、3.2mm。3.4机械加工余量 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。机械加工余量值由精到粗分为A、B、C、D、E、F、G、H、J和K共十个等级。 轴承座的轮廓尺寸为：350mm350mm175mm,查铸造工艺学知：该轴承座的机械加工余量等级为GK,上面的加工

26、余量等级取H，加工余量为5mm,下面和侧面的加工余量等级取G，加工余量为3.5mm。3.5铸造收缩率 铸造收缩率又称铸件的线收缩率，用模样与铸件的长度之差除以模样长度的百分比表示：=【（L1-L2）/L1】100%式中是铸造收缩率（%） L1是模样长度（mm) L2是铸件长度（mm) 铸造收缩率与铸造的合金种类、铸件结构、浇冒口系统结构、铸型的种类等因素有关。铸造合金由凝固态变为固态要产生收缩；合金成分与其含量不同，其收缩率也不同，这是铸造合金的特性。铸件结构复杂，浇冒口结构阻碍收缩，砂型和砂芯的退让性差，都要阻碍铸件由液态转变为固态的收缩。简单厚实的铸件，其铸造收缩率比结构复杂的铸件大。结构

27、复杂的大型铸件，其立体三维方向上的线收缩率各不相同。因此，铸造收缩率是综合了各种因素之后，形成的铸件尺寸的实际收缩率。做模样时，称它为缩尺或放缩。 为了获得尺寸精确的铸件，必须选择适宜的铸造收缩率。根据工厂里的铸造工程师的经验知铸钢的收缩率为2.0%。3.6起模斜度为了方便起模，在模样，芯盒的出模方向留一定斜度，以免损坏砂型或砂芯。这个斜度，称为起模斜度。起模斜度应设计在铸件没有结构斜度，并垂直于分型面的表面上，其大小依起模高度。模样表面粗糙度值以及造型、芯的方法而定。 在平行于起模方向的模样壁上所增加的斜度，用角度或宽度a表示。查铸造工艺学可知：A、B两面的起模斜度均为a=2.0mm =04

28、0，采用增加铸件法 。如图3-1所示：图3-1 起模斜度3.7浇注温度和冷却时间 铸钢230-450的出炉温度一般为1580，浇注温度一般为1530-1550.从铸造工艺学中可得此轴承座的的冷却时间为40-50分钟。4砂芯设计 4.1砂芯的基本知识 型芯是铸型的一个重要组成部分，型芯的作用是形成铸型的内腔，孔洞，阻碍起模部分的外形以及铸型中有特殊要求的部分。型芯应满足以下要求：型芯的形状，尺寸以及在铸型中的位置应符合铸件的要求，具有足够的强度和刚度；在铸件形成过程中型芯所产生的气体能及时排出型外；铸件收缩时阻力小；造芯，烘干，组合装配和铸件清理等工序操作简单。 砂芯的设计，主要包括芯头的设计、

29、芯骨的设计、砂芯排气设计。必要时，仍有选用及安置芯撑的的设计。 4.2砂芯数目的选择在铸件的浇注位置和分型面等工艺方案确定后，就可根据铸件结构来确定砂芯如何分块和各个分块砂芯的结构形态，确定时的总准则是： （1）保证铸件内腔尺寸精确； （2）应使操作简单； （3）应使芯盒捣砂面敞开且砂芯烘干支持面最好为平面； （4）使造芯和下芯过程方便，铸件内腔尺寸精确，不致造成气孔等缺陷，芯盒结构简单。4.3芯头设计芯头是指伸出铸件以外不与金属液接触的砂芯部分。它本身不形成铸件的轮廓。芯头的作用是固定，支撑和排气，芯头可以分为垂直芯头和水平芯头，由前面的浇注位置的选择可知：应该是选择垂直芯头。4.4 芯头尺

30、寸的确定砂芯主要靠芯头固定在砂型上，对于垂直芯头为了保证其轴线垂直，牢固地固定在型上，必须有足够的芯头尺寸。轴承座采用的是垂直砂芯，需确定砂芯的高度和芯头于芯座的间隙。查铸造工艺学得：轴承座砂芯上芯头高h1=40mm，下芯头高h=40mm；芯头于芯座的间隙S=1.0mm ，S2=1.0mm。其芯头的结构如图41所示： 图41 芯头的结构4.5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。由于此砂芯对称所以没必要做出定位芯头。4.6 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。轴承座的砂芯较小，烘

31、干后能满足其强度要求不需要增设芯骨。4.7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。轴承座砂芯尺寸较小，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。4.8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。轴承座的砂芯较小不宜开设排气通道，可在铸型上增设排气孔加以补偿。5 浇注系统及冒口、冷铁、出气孔的设计5.1浇注系统的组成及其应用浇注系统是铸型中引导液态金属进入型腔的通道，它由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成，

32、其基本结构如图5-1所示： 图5-1 浇注系统的基本结构 浇口杯的作用是承接金属液，并将其导入直浇道。浇口杯分漏斗形和盆形两大类。漏斗形浇口杯又分成两类，一类是中小型铸铁件和非铁合金铸件用的漏斗形浇口杯；一类是铸钢件用的漏斗形浇口杯。中、小型铸铁件和非铁合金铸件用的漏斗形浇口杯，通常采用在浇口杯箱内用型砂制成。供中、小型铸钢件用的浇口杯，用水玻璃砂舂制而成；供中、大型铸钢件用的漏斗形浇口杯是用耐火材料制作并经过烧结的漏斗砖砌成。浇口盆用于中、大型铸铁件和中大型非铁合金件。直浇道是引导浇口杯中的金属液进入横浇道，建立起足够的压力头，将金属液在重力作用下克服流动阻力，及时充满型腔和防止铸件产生侵入

33、性气孔。浇口窝对来自直浇道的金属液有缓冲作用，能缩短直-横浇道拐角处的紊流区，改善横浇道内的压力分布。其底部宜放干砂芯片或耐火砖块，可防止冲砂。比较合适的尺寸是：浇口窝直径为直浇道下端直径的1.22倍，高度为横浇道2倍，将型砂舂实紧，与直浇道和横浇道的过渡区避免有尖角。横浇道的作用除了将金属液引入内浇道外，主要是撇渣（浇口杯往往起不到很好的撇渣作用）。因此，它应有一定的长度和高度。封闭式浇注系统，一般要求横浇道为窄、高形的横截面，它的高度应为内浇道高度的46倍，以使横浇道的吸动作用达不到横浇道的顶面，避免将浮渣吸入铸件。横浇道的末端长度应距最后一道内浇道的距离不少于75mm。必要时，横浇道末端

34、可设一个集渣包。在浇注系统设计中，将横浇道设计成平稳、缓速、近似层流地输送金属液，对捕渣是非常重要的。内浇道的用途是控制金属液流入型腔的速度和方向，调节铸件各部分的热差。封闭式浇注系统的内浇道应位于横浇道的下部，且和横浇道具有同一底面。让最初进入横浇道的污冷金属液靠惯性力流过内浇道，集于末端延长段或集渣包，而不进入型腔内。开放式浇注系统的内浇道应位于横浇道的顶部，内浇道的顶面不能和横浇道的顶面在同一水平面上，而要位于横浇道的顶上，以防横浇道还未充满时，浮渣就进入内浇道而不滞留在横浇道顶面。横浇道的横截面可做的矮些、宽些。内浇道的横截面有多种形式，视各种铸造厂家的生产习惯和铸件的结构而选择，其中

35、扁平梯形截面内浇道的吸动区域小，有利于横浇道捕渣，还利于清除，应用最广。与直浇道相邻的第一个内浇道与直浇道的距离应大于横浇道高度的5倍，避开紊流区。内浇道位置设置的通则如下： （1）凝固体收缩率大的、且壁厚差大的铸件，内浇道开设在设有冒口的厚壁处，最好进入冒口，以形成顺序凝固。对特殊结构件，为避免造成应力过大而产生裂纹，冒口中心往往不与热节中心重叠，离开热节一定距离设置冒口，此时，内浇道仍要开到设置冒口的铸件部位或进冒口。对凝固收缩率大的合金，内浇道的位置应有助于冒口对铸件形成定向补缩，例如铸钢件、铝合金铸件、无锡青铜铸件、黄铜铸件。 （2）凝固体收缩率小的、壁厚差大的铸件，内浇道应分散的开设

36、在薄壁处和次薄壁处，不开设在铸件的热节和冒口的根部。以有利于铸件的凝固，如铸铁件和锡青铜铸件。 （3）壁厚差不大的铸件，为造成同时凝固，内浇道开在薄壁处，且数量不多，分散布置，特别是对铸铁件和锡青铜铸件。但对凝固体收缩率大的合金，内浇道仍是以开设在设有冒口的部位为原则。 （4）凝固体收缩率大的中、大型铸件，若内浇道开设在没有设置冒口的部位，内浇道处会产生过热，可引起铸件局部产生缩孔、缩松；对重要铸件，为消除这类缺陷，必须对其增设补贴，以形成顺序凝固，将缩孔、缩松引入冒口中。 （5）内浇道不应开设在靠近有芯撑或有冷铁的部位。即使需要开在有外冷铁的，也需要加厚冷铁和采用钢、铜或石墨冷铁。 （6）内

37、浇道应有利于平稳、快速充型和排气、排渣，不严重冲刷砂型和砂芯，能尽量缩短金属液在型腔中的流程。 （7）内浇道尽可能开在分型面上；但对有一定高度的铸件，最好采用底注式或阶梯式浇道。 （8）内浇道与铸件的接合处的厚度，对凝固收缩率大的合金，一般应不厚于铸件厚壁的1/2，最多不超过2/3。5.2浇注系统的类型和应用范围 浇注系统按各组元横截面积比的分类与应用 （1）封闭式：截面积比例关系：AcuAsAruAg（注：Ag-内浇道横截面积；Aru-横浇道截面积；As-直浇道截面积；Acu-浇口杯下注孔截面积）。其特点与应用：控流截面在内浇道；浇注开始后，金属液容易充满浇注系统，呈有压流动状态；挡渣能力较

38、强，但充型速度较快，冲刷力大，易产生喷溅，金属液易氧化，适用于湿型铸铁小件及其干型中、大件，树脂砂型大、中、小件均可采用。 （2）开放式: 截面比例关系：AgAruAs。其特点与应用：控流截面在直浇道内；内、横浇道往往是充不满的，呈无压流动状态；流速小而平稳，冲刷力小，但挡渣差；适用于铸钢件和非铁合金件。在球墨铸铁中常有采用灰铸铁件也有应用。 （3）半封闭式：截面比例关系：AgAsAru100铸件结构允许最小上升速度v/mm.s-1复杂结构252016141210中等复杂结构2015121098简单结构15108876 根据铸件的总重量和该铸件的结构从下表可知允许的最小上升速度6mm/s，所以

39、上面算得的浇注时间是合理的。 注：表5-2中的数值适用于一般铸件。浇注位置较高的铸件，上升速度应适当增加；浇注位置较低的铸件，上升速度可适当减小。具体规定如下：立浇砧座的钢液上升速度，可按复杂结构件选取；齿轮类铸件的钢液的上升速度，可按表中的简单结构件选取；平板、平台类铸件的钢液的上升速度，可按表中简单结构件数值降低20%30%；大型合金钢铸件和承压铸件的钢液上升速度，可按表中复杂结构的数值增加30%50%。5.4确定直浇道、横浇道、内浇道的横截面积 (1)确定直浇道的横截面积 根据铸造工艺设计按注孔直径确定各组元的截面尺寸和工厂里的生产实际情况可知:直浇道可用直径为60mm的耐火砖管，横截面

40、S直=3.14302=2826mm2如图5-2所示：图5-2 直浇道的截面图 （2）确定横浇道的横截面积 开放式浇口横浇道的截面小于内浇口总和，不可能聚渣，并且零件形状较小，所以为了简化工艺可以不设置横浇道。 （3）确定内浇道的横截面积 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。根据铸造工艺设计知：按注孔直径确定各组元的截面尺寸和工厂里的生产实际情况，可以用四个内浇道（每个零件上一个)。内浇道的横截面如图5-3所示：图5-3 内浇道的横截面其中，a=25 b=35 c=25 S内=3520+255+（3.1425）/

41、2=3457mm2 S直S内 （4）浇口杯的设计 浇口杯是用来承接来自浇包的金属液，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。浇口杯选用普通漏斗形浇口如下图5-4所示，查铸造工艺设计得：直浇道下端直径D=60mm。 图5-4 普通漏斗形浇口杯5.5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。用热节圆法设计冒口,根据下图5-5可得：热节圆的直径为45mm，但是根据厂里的实际情况要用4个直径为100mm，高度为100mm的圆形瓷砖冒口。图5-5 热节圆法设计冒口6 轴承座浇注、凝固过程

42、模拟分析6.1 华铸CAE简介 利用华铸CAE对轴承座浇注、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。第二步：计算分析 这一步是核心，主要是设置铸型，铸

43、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模拟轴承座浇注、凝固过程分析报告 我们利用solidworks进行三维造型，接着进行面网格划分（面网格最大尺寸为5mm），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、6-2、6-3、6-4、6-5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。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网格剖分结果图6-2液相分布图图6-3铸件色温图图6-4铸件温度梯度图图6-5铸件缩松缩孔图 通过观察铸件无缩松缩孔缺陷，所以该轴承座的工艺设计合理。 7铸造工艺装备设计铸造工艺设备简称工装，是造型造芯和合箱过程中所采用的装置及工装模具的总称。如模样，模板，芯盒，砂箱等。工艺设备是为铸型工艺的过程服务的，合理的工艺设备对提高铸件的尺寸精度、表面光洁度有直接的影响，对提高生产率、改善劳动条件起着重要的作用。对