后制动支架铸造工艺设计

1、 课程设计说明书铸件名称：后制动支架 学院 ：材料科学与工程学院专业： 金属材料工程班级： 金材11-3姓名： 王宏博2014.12.16设计说明书目录一、零件铸造工艺要求和特点1.1.零件的生产条件、结构及技术要求1.2.零件的铸造工艺性二、零件铸造工艺方案2.1造型，造芯方法的选择2.2浇注位置和分型面的确定三、铸造工艺参数设计 3.1铸件尺寸公差 3.2机械加工余量 3.3最小铸出孔和槽 3.4 拔模斜度 3.5铸造收缩率 3.6其他工艺参数设计四、砂芯设计4.1芯头的设计4.2压环、防压环和集砂槽芯头结构4.3芯骨设计五.浇注系统设计5.1浇注系统类型的选择5.2浇注时间5.3静压头的

2、计算5.4浇注系统各组元截面面积的计算5.5直浇道窝的设计5.6浇口杯的设计5.7校核最小压力头5.8.砂箱尺寸及造型机选择六、模板模样设计绘制模板装配图6.1.设计原则6.2.模板模具设计6.2.1选择模板类型、结构6.2.2设计模底板、材料、结构尺寸及定位销，销耳尺寸6.2.3设计金属模样结构及尺寸6.2.4模样在底板上的装配，布置、紧固6.2.5模底板、砂箱定位装置6.2.6模底板的搬运结构6.2.7模底板在造型机上的安装 6.2.8浇道在模底板上的装配七、设计绘制芯盒装配图7.1芯盒材料的选择7.2芯盒内腔尺寸的确定7.3芯盒的壁厚7.4芯盒的边缘及防磨片7.5芯盒的定位与夹紧7.6金

3、属芯盒的尺寸偏差7.7芯盒的搬运八、铸件缺陷分析与解决方案九、参考文献一、零件铸造工艺要求和特点1.零件的生产条件、结构及技术要求l 零件名称：后制动支架l 零件生产批量：成批生产l 零件材质：球铁（QT450-10）l 零件的外型示意图如图1所示，支架的零件图如图2所示，支座的外形轮廓尺寸为365mm280mm138mm，主要壁厚15mm，最小壁厚11mm，最大壁厚32mm，为一小型铸件；铸件除满足几何尺寸精度及材质方面的要求外，无其他特殊技术要求。 图1 后制动支架外形示意图图2 后制动支架零件图2.零件的铸造工艺性零件结构的铸造工艺性是指零件的结构应符合铸造生产的要求，易于保证铸件品质，

4、简化铸件工艺过程和降低成本。审查、分析应考虑如下几个方面：（1）铸件应有合适的壁厚，为了避免浇不到、冷隔等缺陷，铸件不应太薄。（2）铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意薄壁过渡和圆角 铸件薄厚壁的相接拐弯等厚度的壁与壁的各种交接，都应采取逐渐过渡和转变的形式，并应使用较大的圆角相连接，避免因应力集中导致裂纹缺陷。（3）壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节。 （4）利于补缩和实现顺序凝固。（5）防止铸件翘曲变形。（6）避免浇注位置上有水平的大平面结构。对于零件的铸造工艺性审查、分析如下：零件的轮廓尺寸为365mm280mm138mm。砂型铸造条件下该轮廓尺寸的最小允许壁厚查铸造工艺课程设计表

5、1-2得：最小允许壁厚为45 mm。而设计零件的最小壁厚为11mm。符合要求。表1 砂型铸造时铸件最小允许壁厚(mm)合金种类零件轮廓尺寸最小允许壁厚球铁20040045从零件的整体结果及尺寸看，该零件的壁厚相差并不是很大，而且在壁厚不一致处的过度属于平缓过度，能够满足铸造生产的要求，因此，该零件的结构满足铸造工艺性要求。二、零件铸造工艺方案1造型，造芯方法的选择零件的轮廓尺寸为365mm280mm138mm，铸件尺寸较小，属于中小型零件且要成批生产。采用湿型粘土砂造型灵活性大，生产率高，生产周期短，便于组织流水生产，易于实现机械化和自动化，材料成本低，节省烘干设备、燃料、电力等，还可延长砂箱

6、使用寿命。因此，采用湿型粘土砂机器造型，模样采用金属模。采用树脂砂手工制芯。2浇注位置和分型面的确定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。确定浇注位置是铸造工艺设计中重要的环节，关系到铸件的内在质量，铸件的尺寸精度及造型工艺过程的难易程度。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响铸件的尺寸精度、成本和生产率。 （a） （b） （c）图3 零件分型面位置图根据该零件的结构特点可以选择如图3所示的三种分型位置。图3(a)为将零件轴线水平放置，图3(b)、(c)为将零件的轴线垂直放置。将零件轴线水平放置，即砂芯水平放置，可以方便于下芯，同时能够使上、下砂箱的高度一

7、致，但缺点是不能保证铸件圆周方向上质量均匀一致。将零件的轴线垂直放置，即砂芯垂直放置，虽然会使铸件处于上、下砂箱的高度不同，但能够保证铸件圆周方向的质量均匀一致。采用图3(b)的分型位置，铸件大部分位于上砂箱，而这种情况下，铸件的最薄壁厚位于铸件的顶部，容易引起浇不足缺陷，铸件的重要部分也没能全部置于下部，大平面朝上放置容易产生气孔、非金属夹杂物等缺陷。采用图3(c)所示分型位置，铸件的大部分处于下砂箱，铸件的重要部分大部分置于下部，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。综合以上，采用图3(c)所示分型位置。浇注位置在分型面上。三、铸造工艺参数设计铸造工

8、艺设计参数通常是指铸型工艺设计时需要确定的某些数据，这些工艺数据一般都与模样及芯盒尺寸有关，及与铸件的精度有密切关系，同时也与造型、制芯、下芯及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，提高生产率，降低成本。3.1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。在两个允许极限尺寸之内，铸件可满足机械加工，装配，和使用要求。零件为砂型铸造机器造型大批量生产，由铸造工艺课程设计查表2-2得：铸件的尺寸公差为CT810级，取CT9级。零件的

9、轮廓尺寸为365mm×280mm×138mm，由铸造工艺课程设计查表2-1得：铸件尺寸公差数值为3.2mm。3.2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。零件为砂型铸造机器造型大批量生产，由铸造工艺课程设计查表2-9得：铸件的加工余量G级。零件的轮廓尺寸为365mm280mm138mm，由铸造工艺课程设计查表2-8得：铸件加工余量数值为4.55.5mm，因采用机器造型，金属模板，芯盒，铸件尺寸精度高，故加工余量选小值4.5mm。3.3最小铸出孔和槽零件上的孔、槽、台阶等，

10、究竟是铸出来好还是靠机械加工出来好，这应该从品质及经济角度等方面考虑。一般来说，较大的孔、槽等应该铸出来，以便节约金属和加工工时，同时还可以避免铸件局部过厚所造成热节，提高铸件质量。较小的孔、槽或则铸件壁很厚则不易铸出孔，直接依靠加工反而方便。根据零件生产批量由铸造工艺课程设计查表2-16得：最小铸出孔直径尺寸为1530mm。因此只需铸出直径较大的四个孔，其余孔无需铸出，机械加工较为经济方便。3.4起模斜度为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免损坏砂型或砂芯。这个斜度，称为起模斜度。起模斜度应在铸件上没有结构斜度的，垂直于分型面的表面上应用。设计采用金属模具，根据零件的结构及尺

11、寸，采用“增加厚度法”设置拔模斜度，初步设计的起模斜度如下：上模外型模的高29mm的起模斜度由铸造工艺课程设计查表2-11得：粘土砂造型外表面起模斜度为=1°10,a=0.8mm下模外型模高109mm的起模斜度由铸造工艺课程设计查表2-11得：粘土砂造型外表面起模斜度为=0°25,a=1.2mm但是同一铸件要尽量选用同一起模斜度，以免加工金属模时频繁的更换刀具。所以选用同一起模斜度为=1°10,a=0.8mm表2 铸孔起模斜度(mm)铸孔直径（mm）铸孔高度2140起模斜度a308°51708°3.5铸造收缩率铸造收缩率又称铸件线收缩率，用模样

12、与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示：K=（L1-L2）/L1*100K铸造收缩率L1模样长度L2铸件长度零件受阻收缩率由铸造工艺课程设计查表2-14得：表3 铸铁的铸造收缩率铸铁种类线收缩率（%）阻碍收缩自由收缩球铁：中小型铸件0.81.00.91.1受阻收缩率为0.9。3.6其他工艺参数的设计本课程设计所进行的球铁后制动支架铸造工艺设计，由于属于大批量生产，因此，经过工艺优化之后，无需进行如“分型负数”、“分型负数”“反变形量”等工艺参数的设计四、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。砂型局部要求特殊性能的部分有时也用砂芯。后制动支架需两种砂芯，共计两个，采用树

13、脂砂手工制芯。 4.1芯头的设计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、牢固地固定在砂型上，必须有足够的芯头尺寸。表4 垂直型芯头的高度和芯头与芯座的配合间隙（JB/T5106-91）(mm)L砂型类别D或25>4063shsh>100160湿型0.22025100湿型0.32530第一种砂芯：根据实际设计量取计算砂芯高度： L=147mm 砂芯直径： D=23mm芯头长度由铸造工艺课程设计查表3-1得：S=0.5mm，h=2025mm 取h=25mm第二种砂芯：根据实际设计量取计算砂芯高度： L=54mm 砂芯直径： D=51mm芯头长度由铸造工艺课程设计查表

14、3-1得：S=0.5mm，h=2530mm 取h=30mm 表5 垂直型芯头的斜度（JB/T 5106-91）(mm)表6 垂直型芯头顶面与芯座的配合间隙（JB/T 510692）(mm)4.2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。表7 压环、防压环和集砂槽尺寸(mm)第一种砂芯：压环、防压环和集砂槽尺寸由砂型铸造工艺设计查表4-7得：e=1.5mm f=3mm r=1.6mm第二种砂芯：压环、防压环和集砂槽尺寸由砂型铸造工艺设计查表4-7得：e=2mm f=3mm r=2mm4.3芯骨设计为了保证砂芯在制

15、芯、搬运、配芯和浇注过程中不开裂、不变形、不被金属液冲击折断，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，故砂芯强度较好，砂芯内不用放置芯骨。五、浇注系统设计浇注系统是铸型中引导液体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。5.1浇注系统类型的选择由于该铸件材质为球铁，要求浇注系统撇渣能力较强，铁水充型平稳，所以选择半封闭式浇注系统，F横> F直> F内，F内为控流断面。浇注系统的截面尺寸有不同的确定方法，比如：计算法、图表法和经验法。对于该铸件浇注系统截面尺寸的确定采用计算方法。5.2浇注时间计算铁水液面上升速度 v上升=C

16、/t=147/9.315.8mm/s校核铁水上升速度，一般允许铁水的最小上升速度范围由砂型铸造工艺设计查表5-7得：上升速度v上升=1020s通过比对15.8mm/s的上升速度符合实际，不必调整经验系数。5.3静压头的计算对于中间注入式浇注系统，平均静压头HP可按如下公式计算：在本设计中，C=147mm、P=22mm、H0=200mm，代入上式计算得：= 198.35 mm5.4浇注系统各组元截面面积的计算流量系数由砂型铸造工艺设计查表5-5得：=0.42，浇注时间t=17s、平均静压头HP=29.83mm、浇注重量G=18kg代入：=3.34 cm2表8 流量系数的经验参数铸型铸型阻力大小大

17、中小湿型0.350.420.50干型0.410.480.60由于选定的浇注系统类型为半封闭式浇注系统，设定浇注系统各组元截面面积比例为：F直：F横：F内=1.2:1.5:1则计算得：F直=1.23.34=4 cm2F横=1.53.34=5 cm2F内=F阻/2=1.67 cm2直浇道的截面形状一般选择为圆形，横浇道一般选择为高阶梯形，而内浇道则一般选择为扁平梯形。 （a） （b） （c）图4 内浇道(a)、横浇道(b)、直浇道(c)的截面形状由铸造工艺课程设计查表4-5得：内浇道：F内=1.8 cm2，a=21mm、b=19mm、c=9mm。横浇道：F横=6 cm2，A=27mm、B=17mm

18、、C=18mm。直浇道：F直=4.9cm2，D=25mm5.5直浇道窝的设计浇口窝对于来自直浇道的金属有缓冲作用，能缩短直横浇道拐弯处的紊流区，改善横浇道内的压力分布，并能浮出金属液中的气泡。浇口窝直径为直浇道下端直径两倍，因此D=225=50 mm浇口窝高度为横浇道高度两倍，因此h=218=36 mm5.6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，还可分离渣滓和气泡，阻止其进入型腔。浇口杯选用普通漏斗形浇口杯，其断面形状如图6所示，由铸造工艺课程设计查表4-1得：D1= 66mm D2=62mm h=50mm图6 浇口杯截面示

19、意图 5.7校核最小压力头为了避免浇不足缺陷，直浇道应有足够的剩余压头，其定义为直浇道总高度与铸件制高点之差。剩余压头为HM，浇口中心距铸件远端距离为L，=arctgHML=arctg171300=30由铸造工艺课程设计查表4-19知压力角满足条件。5.8砂箱尺寸及造型机选择支座轮廓尺寸为365mm280mm138mm，因此看铸件为小型简单件。如果一箱一件生产则工艺出品率会较低，如此生产成本较高。所以采用一箱两件生产。这样工艺出品率大幅提高，生产成本也大大降低。初步选取砂箱尺寸由铸造工艺课程设计查表6-63得：上箱为700 450 200mm 下箱为700 450 200mm造型机选择由砂型铸

20、造工艺设计查附表1-1得：选择型号为Z148B型满足砂箱尺寸。铸件在砂箱中排列最好均匀对称，这样金属液作用于上砂型的抬芯力均匀，也有利于浇注系统安排，在结合已经确定分型面及浇注位置以及砂箱尺寸，基本确定铸件在砂箱内的排列如图7所示，由铸造工艺课程设计查表1-12得：模样的吃砂量基本确定为：表9 模型的最小吃砂量最小吃砂量砂箱尺寸abcd或efg305060503030401700图7 砂箱中铸件排列示意图 六、模板模样设计绘制模板装配图包括：模底板、模样（包括浇冒口、出气孔模样）及模样的定位，紧固定装置，砂箱定位装置、模样在造型机上的紧固装置及起吊装置等。6.1.设计原则1）要求模板有足够的强

21、度与刚度；2）有良好的耐磨性，较高的表面光洁度及尺寸精度；3）力求结构简单、合理、安装维修方便；6.2.模板模具设计6.2.1选择模板类型、结构由砂型铸造工装设计查表10-1得：选择装配式模板，结构为单面模板顶箱式。6.2.2设计模底板、材料、结构尺寸及定位销，销耳尺寸对模底板材料的要求是有足够的强度，有良好的耐磨性，抗震耐压，铸造和加工性。根据模样的结构及生产要求，选用HT150作为模底板的材料。由砂型铸造工装设计查表10-1得：模底板平面尺寸的确定：模底板的平面尺寸根据所选用的造型机和已定的砂箱内尺寸确定。A0=A+2b=700+2×50=800 mmB0=B+2b=450+2&

22、#215;50=550 mm模板高度：普通平面式模底板高度H，铸铁的一般控制在80150mm，故选择H=100mm。模底板壁厚和加强筋：根据模底板平均轮廓尺寸和穆底板所选用的材料，由砂型铸造工装设计查表10-2得：模底板壁厚=14mm，加强筋厚度为t=16mm，t1=12mm。加强筋高度H根据模底板高度、材料和使用要求决定，一般情况下取H50mm,取H=40mm。由砂型铸造工装设计查表10-3得：加强筋间距K=300mm，K1=250mm。图8 模底板壁厚和加强筋厚度6.2.3设计金属模样结构及尺寸，包括铸件模样、浇口、冒口、出气口孔及芯头模样，凡形成铸件轮廓尺寸的均应放缩尺；芯头尺寸，压紧环

23、，集砂槽以及浇冒口系统模样不放缩尺，只需按工艺图上给出的尺寸绘制。模样尺寸=铸件尺寸×（1+K） K为收缩率，取值0.9%铸件尺寸=零件尺寸+加工余量+拔模斜度6.2.4模样在底板上的装配，布置、紧固模样在模底板上的放置形式：平放式。模样在模底板上的紧固方式：采用六角螺栓固定。尺寸由砂型铸造工装设计查表10-17得：d=M14，d0=15mm，D=30mm，K=20mm，K1=25mm。 图10 模样在模底板上的紧固6.2.5模底板、砂箱定位装置模底板与砂箱之间用定位销和销套定位，包括定位销和导向销。定位销中心距：C=A+2M=700+2×75=850mm，M由砂型铸造工装

24、设计查表12-16得。定位销中心距偏差由砂型铸造工装设计查表10-13得±0.2mm。定位销形状、尺寸：定位销和导向销材料选用45#钢。尺寸由砂型铸造工装设计查表10-5得：d=20mm，d1=20-0.045mm，d2=13mm，d3=M16，l1=23mm，l2=50mm，l3=25mm，K=16mm，l=100mm，L=175mm，h=3mm，d4=30mm，S=16mm，D=30mm。图11 定位销形状尺寸图 图12 导向销形状尺寸图导销套： 图13 导销套尺寸图销耳尺寸：模底板上的定位销装在销耳上，销耳设置在沿中心线长度方向的两端.销耳的结构和尺寸由砂型铸造工装设计查表10

25、-7得： d=20+0.045mm，h=25mm，e=50mm，A=35mm。图14 销耳结构尺寸6.2.6模底板的搬运结构采用铸接式，其结构尺寸由砂型铸造工装设计查表10-8得：d=30mm，D=50mm，d1=60mm，L=90mm，l1=30mm，l=45mm。图15 铸接吊轴结构尺寸图6.2.7模底板在造型机上的安装模底板常用螺栓固定在造型机工作台上，这时模底板上应设置紧固耳。紧固耳的位置 要和造型机工作台台面上的T型槽相对应，不可任意设置。图16 铸铁模底板紧固耳紧固耳尺寸由砂型铸造工装设计查表10-9得：h=22mm， h1=27mm，a=8mm，A=30mm，l=50mm，l1=70mm， b=15mm，b1=25mm，R=10mm，紧固耳数=4。6.2.8浇道在模底板上的装配浇口在