法兰盘铸造工艺设计说明书

1、工学硕士学位论文PAGE IIPAGE 25铸造工艺课程设计说明书设计题目法兰盘铸造工艺设计学 院年 级专 业学生姓名学 号指导教师工学硕士学位论文铸造工艺课程设计说明书PAGE II DATE yy-M-d 21-11-5 DATE yy-M-d 21-11-5目 录 TOC o h z HYPERLINK l _Toc59717947 1 前 言 PAGEREF _Toc59717947 h 1 HYPERLINK l _Toc59717948 1.1 本设计的目的、意义 PAGEREF _Toc59717948 h 1 HYPERLINK l _Toc59717949 1.1.1 本设计

2、的目的 PAGEREF _Toc59717949 h 1 HYPERLINK l _Toc59717950 1.1.2 本设计的意义 PAGEREF _Toc59717950 h 1 HYPERLINK l _Toc59717951 1.2 本设计的技术要求 PAGEREF _Toc59717951 h 1 HYPERLINK l _Toc59717952 1.3 本课题的发展现状 PAGEREF _Toc59717952 h 1 HYPERLINK l _Toc59717953 1.4 本设计拟解决的关键问题 PAGEREF _Toc59717953 h 2 HYPERLINK l _Toc

3、59717954 2 零件结构特点及工艺性分析 PAGEREF _Toc59717954 h 3 HYPERLINK l _Toc59717955 2.1 零件的结构特点 PAGEREF _Toc59717955 h 3 HYPERLINK l _Toc59717956 2.2 化学成分及质量要求 PAGEREF _Toc59717956 h 4 HYPERLINK l _Toc59717957 2.2.1 化学成分 PAGEREF _Toc59717957 h 4 HYPERLINK l _Toc59717958 2.2.2 质量要求 PAGEREF _Toc59717958 h 4 HYP

4、ERLINK l _Toc59717959 2.3 零件结构及工艺性分析 PAGEREF _Toc59717959 h 4 HYPERLINK l _Toc59717960 3 铸造工艺方案的确定 PAGEREF _Toc59717960 h 5 HYPERLINK l _Toc59717961 3.1 浇注位置的确定 PAGEREF _Toc59717961 h 5 HYPERLINK l _Toc59717962 3.2 分型面的选择 PAGEREF _Toc59717962 h 5 HYPERLINK l _Toc59717963 3.3 造型及造芯方法 PAGEREF _Toc5971

5、7963 h 6 HYPERLINK l _Toc59717964 4 铸造工艺参数 PAGEREF _Toc59717964 h 8 HYPERLINK l _Toc59717965 4.1 铸件尺寸公差 PAGEREF _Toc59717965 h 8 HYPERLINK l _Toc59717966 4.2 铸件质量公差 PAGEREF _Toc59717966 h 8 HYPERLINK l _Toc59717967 4.3 机械加工余量 PAGEREF _Toc59717967 h 9 HYPERLINK l _Toc59717968 4.4 铸造收缩率 PAGEREF _Toc59

6、717968 h 10 HYPERLINK l _Toc59717969 4.5 起模斜度 PAGEREF _Toc59717969 h 10 HYPERLINK l _Toc59717970 5 砂芯的设计 PAGEREF _Toc59717970 h 11 HYPERLINK l _Toc59717971 5.1 砂芯的形状 PAGEREF _Toc59717971 h 11 HYPERLINK l _Toc59717972 5.2 芯头的设计 PAGEREF _Toc59717972 h 11 HYPERLINK l _Toc59717973 6 浇注系统的设计 PAGEREF _Toc

7、59717973 h 13 HYPERLINK l _Toc59717974 6.1 浇注系统的选择 PAGEREF _Toc59717974 h 13 HYPERLINK l _Toc59717975 6.2 各交道口截面积计算 PAGEREF _Toc59717975 h 14 HYPERLINK l _Toc59717976 6.3 各交道口大小 PAGEREF _Toc59717976 h 15 HYPERLINK l _Toc59717977 6.3.1 直浇道大小 PAGEREF _Toc59717977 h 15 HYPERLINK l _Toc59717978 6.3.2 横浇

8、道大小 PAGEREF _Toc59717978 h 16 HYPERLINK l _Toc59717979 6.3.3 内浇道大小 PAGEREF _Toc59717979 h 16 HYPERLINK l _Toc59717980 6.3.4 冒口设计 PAGEREF _Toc59717980 h 17 HYPERLINK l _Toc59717981 7 工艺装备 PAGEREF _Toc59717981 h 19 HYPERLINK l _Toc59717982 7.1 模样及模板 PAGEREF _Toc59717982 h 19 HYPERLINK l _Toc59717983 7

9、.2 芯盒 PAGEREF _Toc59717983 h 20 HYPERLINK l _Toc59717984 7.3 砂箱 PAGEREF _Toc59717984 h 21 HYPERLINK l _Toc59717985 8 结 论 PAGEREF _Toc59717985 h 23 HYPERLINK l _Toc59717986 致 谢 PAGEREF _Toc59717986 h 24 HYPERLINK l _Toc59717987 参 考 文 献 PAGEREF _Toc59717987 h 25铸造工艺课程设计说明书 前 言 本设计的目的、意义 本设计的目的铸件在铸造之前，

10、首先需要进行铸造工艺设计，使铸件整个工艺过程实现科学操作，获得优质高产的铸件。铸造工艺设计就是根据铸造零件的结构特点、技术要求、生产批量和生产条件等，确定工工艺方案和工艺参数，绘制铸造工艺图、合箱图等。最终用于指导铸件生产操作。 本设计的意义本设计通过法兰盘零件图可知零件的技术要求、材料组成、结构特点、生产条件、生产批量以及性能要求。对零件结构的铸造工艺性进行分析，找出可能存在的结构问题并提出改进措施或预防缺陷的措施，选择铸造和造型方法，提出多种浇注和分型方案，综合对比分析，选择最为理想的浇注位置及分型面。选用适宜的工艺参数，设计铸件的补缩系统、浇注系统并绘制出铸造工艺图。根据铸造工艺设计模板

11、和芯盒等铸造工艺装备，绘制出铸造工艺图，最终根据铸造工艺设计生产出合格的铸件。本设计的技术要求(1)铸件材质为QT450。(2)化学成分：符合GB/T 1173-1995规定。(3)铸件尺寸公差等级符合GB/T 6414-1999 CT10要求。本课题的发展现状铸造技术目前已经有着较为成熟的生产工艺，能够进行大中型、小型的各类复杂件的大量生产和单件生产，且能满足各类生产生活的需求。铸造成型工艺种类繁多有金属型铸造、陶瓷铸造、压力铸造、离心铸造、消失模铸造、砂型铸造等。 本设计拟解决的关键问题本次设计中仍存在着众多的问题，如铸件的分型面的选取问题，砂芯的设计问题，浇注温度的确定等等。对于零件分型

12、面的选取要坚持以下原则：（1）尽量使铸件全部或大部分处于同一部分；（2）分型面数目尽可能的少；（3）尽量选择平面作为分型面；（4）避免砂箱过高；（5）便于下芯、合箱和合型，解决铸件的精度，起模，合箱问题。而对于砂芯的设计则需坚持以下原则：（1）砂芯优惠足够的强度和刚度；（2）有良好的排气性、退让性；（3）收缩阻力小；（4）此外，溃散性好、易出砂。 零件结构特点及工艺性分析零件的结构特点(1) 零件名称：法兰盘(2) 材料：QT450(3) 零件尺寸：260mm200mm90mm(4) 生产批量：小批量生产(5) 铸件重量：10.27kg零件图如图2-1所示。图2-1 零件图法兰盘属于小型铸件，

13、结构较简单。由于铸件的内部为中空结构，所以在铸造的过程中很容易出现夹砂、气孔等缺陷，因此在确定铸造工艺的时候，该铸件所选用的材料为QT450，铸铁材料在液态成型铸件的尺寸大小方面限制比较大，其壁厚可由2mm到3mm左右。化学成分及质量要求化学成分表2-1 QT450化学成分化学元素CSiMnPSMgCE质量分数3.7%4.0%2.15%2.95%0.46%0.66%0.16%0.16%0.027%0.05%4.34.6质量要求铸件不允许存在裂纹。铸件液态成型不允许存在气孔、砂眼、缩松、缩孔等缺陷。零件结构及工艺性分析通过所给零件图可知法兰盘的外轮廓尺寸为260mm200mm90mm，其左右结构

14、对称，上下结构和前后结构也比较对称，法兰盘的内部结构相对简单，壁厚均匀，主要壁厚为13mm，最大壁厚处是30mm，最大孔径为84mm，最小孔径为6mm。因为法兰盘铸件为球墨铸铁，且小批量生产，根据铸造工艺课程设计手册，如表2-2所示，铸铁件最小铸出孔径为3050mm，所以铸件6mm与24mm孔不铸出，由后续加工得到。表2-2 铸件最小铸出孔尺寸生产批量最小铸出孔径铸铁件铸钢件大批量生产15303050单件小批量305050 铸造工艺方案的确定浇注位置的确定零件浇注位置是根据铸件的结构特点、尺寸、重量、技术要求、铸造合金特性、铸造方法和铸造生产车间的条件决定。由于法兰盘是小型铸铁件，质量较轻。设

15、置浇注位置时尽量使金属液同时凝固，而且浇注位置要设置到零件的加工面上，易于清理，保证铸件的表面质量与美观。选定的浇注位置方案如图3-1所示：图3-1浇注位置浇注位置根据以上要求分析，铸件整体位于下箱，能有效防止铸件产生错模、铸件表面产出砂眼气孔等缺陷。且浇注位置位于铸件加工面，便于清理。分型面的选择分型面是指两半铸型相互接触的表面。充分分析零件的结构从而选择出最佳的分型面，可以极大的简化铸造工艺、节约劳动成本，增强生产的效率，在提升铸件质量方面起到关键作用。选择分型面需要符合以下要求：(1)尽可能使铸件全部或大部置于同一箱内，以减少错型带来的尺寸偏差保证铸件尺寸精度，便于造型和合型操作。(2)

16、在合理的情况下，尽可能的的降低分型面的数目，最好只有一个分型面，可以方便造型、合型等工艺。(3)分型面的选择一般情况下应该选择平面，分型面选择平面可以极大地简化造型总作以及模底板的制作，可以确保铸件的精度。铸件结构特殊的情况下，为了方便工艺设计可以选择曲面。(4)应尽量把铸件加工定位面和主要加工面放在同一箱内，减少加工定位尺寸的偏差。(5)尽可能使铸件浇筑后的清理工作能够方便容易。根据法兰盘的结构特点确定了以下两种分型面分型方法。如图3-1，图3-2所示：图3-2 分型面确定方案一 图3-3 分型面确定方案二方案一：如图3-2所示，分型面选在中心孔处，分型面没有选在铸件最大平面处，容易造成铸件

17、错模，而且铸件上箱壁厚较薄，不利于金属液充型。方案二：如图3-3所示，有以下几个优点：（1）分型面位于同一个平面且在铸件最大断面处，造型时相比阶梯面更加的简单方便；（2）在同一平面可以方便起模，保证铸件质量。综合上述二种方案的优缺点比较，可以确定分型面依据上述方案二。造型及造芯方法因为法兰盘是一小型铸铁件，结构相对简单，小批量生产，所以采用机器造型的方法。机器造型有以下优点，铸件的尺寸精度相对较高，其加工表面光洁，而且生产效率高，劳动条件好，易实现自动化，可以节约生产成本。本次铸件工艺设计采用树脂砂型铸造。型砂和芯砂均采用树脂砂砂制作，砂芯制作采用热芯盒法生产砂芯，以保证制作出的砂芯确保其精度

18、符合标准。树脂砂混制工艺：原材料要求：原砂一般采用硅砂，粒度40/150；SiO2含量90；含泥量0.20.3；含水量0.10.2；微粉量0.51；耗酸值5；灼减度40630.30.40.50.71631000.50.711.421001600.81.11.52.2316025011.422.842504001.31.42.53.55根据上表确定确定各加工面的加工余量数值为：顶面：加工余量等级G，加工余量数值3.5+8/2=7.5mm；侧面：加工余量等级F，加工余量数值1.5+8/2=5.5mm；内孔：加工余量等级G，加工余量数值1.4+8/4=3.4mm。 铸造收缩率为了保证铸件尺寸精度，需

19、要通过对铸件的结构分析来选择适合铸件的收缩率。金属液在凝固之后的冷却过程中的收缩介于“自由收缩”和“受阻收缩”，所以选择QT450的收缩率为1.0%。起模斜度铸件成型后，为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定的出模斜度。本次设计型板采用木模样，树脂自硬砂造型，起模斜度。根据查表4-6，选择起模斜度为1.8。表4-6 自硬砂造型模样外表面的起模斜度测量面高度起模斜度金属、塑料模样木模样10401.41.6401001.61.81001601.82.0 砂芯的设计砂芯的形状在对砂芯设计时需要符合下面几个原则：(1)尽量减少砂芯的数量；(2)复杂的砂芯分块设计；(3)设计砂芯时要根据铸件型腔选

20、择合适的形状，铸型时方便填砂、排气、安置芯骨等措施。(4)砂芯的分盒面应尽量与砂型的分型面一致；(5)便于下芯和合型；(6)多个砂芯相连需要有良好的固定。对于本次设计的零件法兰盘，采用树脂自硬砂制芯，涉及不到砂芯的烘干。砂芯可以帮助铸件成型、确保铸件精度的关键因素。分析铸件的结构，因为该铸件为对称结构，需要做一个砂芯，其形状如图5-1所示。图5.1 砂芯图芯头的设计芯头是伸出铸件型腔以外的砂芯一部分，它可以起到定位砂芯的作用。根据法兰盘的型腔结构，设置一个垂直芯头。图5.2 垂直芯头示意图垂直芯头：根据查表5-1，因为L=90mm，D=84mm，取间隙S=0.5，H=30mm。表5-1 垂直型

21、芯头的高度和芯头与芯座的配合间隙L砂型类别D或406363100100160SHSHSH100湿砂型0.325300.325300.52530干砂型0.50.51自硬砂型0.50.51垂直芯头斜度：根据查表5-2，取上部芯头斜度14mm，下部芯头斜度11mm。表5-2 垂直型芯头的斜度型芯头位置型芯头高度406363100100型芯头斜度上部芯头7111413下部芯头581117浇注系统的设计浇注系统是砂型中引导金属液进入型腔的通道。合理的浇注系统是成功的浇注工艺的前提。浇注系统根据其内浇口的设置位置，又可以分为顶注式浇注系统、 底注式浇注系统、中间注入式浇注系统和阶梯式浇注系统。浇注系统的引

22、入位置影响到浇注系统结构类型的确定，同时对液态金属充型方式、铸型温度分布铸件质量影响很大。合理的浇注系统设计，应根据铸件的结构特点、技术条件，选择浇注系统的结构类型、确定引入位置、计算断面尺寸等。浇注系统的设计应遵循以下原则：引导金属液平稳、连续地充满型腔，避免由于湍流过度强烈而造成夹卷空气、产生金属氧化物夹杂和冲刷分流塞。充型过程中流动的方向和速度可以控制，保证对钢轨截面的冲刷均匀、砂型轮廓清晰、完整。在合适的时间内充满型腔，避免形成夹砂、冷隔、皱皮等缺陷。调节铸型内的温度分布，有利于强化铸件补缩、防止铸件变形、裂纹等缺陷。具有挡渣、溢渣能力，净化金属液。浇注系统结构应简单、可靠，减少金属液

23、消耗。 浇注系统的选择浇注系统有不同的分类方式：按阻元截面积分类，可分为封闭式浇注系统、开放式浇注系统、半封闭半开放式浇注系统；根据内浇道在铸件上的位置，可以将浇注系统分成顶注式、中注式、底注式和阶梯注入式。法兰盘采用顶注式浇注。由于法兰盘是球墨铸铁件，铁液经球化、孕育处理后，温度下降很多，实际流动性比灰铁低，要求浇注迅速，所以球墨铸铁件的浇注系统截面积往往比灰铁的大30%100%。球墨铸铁易氧化，容易产生夹渣和皮下气孔等缺陷，所以浇注系统应保证铁液充型平稳通畅又具有撇渣能力。球墨铸铁液态收缩大，且具有糊状凝固的特性，在铸件上形成缩孔的倾向性大，故多按照定向凝固的原则设计浇注系统。当内浇道通过

24、冒口浇入时，可用封闭式浇注系统，既有利于挡渣，充型较快也平稳。综合上面几点的分析可以确定法兰盘应该采用封闭式顶注式浇注系统。 各交道口截面积计算铸件重量：10.27kg，每箱四件，总重量为41.1kg。依据表6.1，铸铁件工艺出品率参照成批量生产，工艺出品率取70%，确定浇注过程中的总体金属液重量，则浇注时所需金属液总质量为41.1/80%=58.7kg。表6.1 铸铁件工艺出品率（%）铸件重量/Kg大量流水生产成批量生产单件小批生产100085908090对于重量小于450kg的形状复杂的薄壁铸铁件，其浇注时间可按经验公式计算 t=SG式中：t 浇注时间（s）；GL 型内金属液总重量，包含浇

25、冒口系统重量（Kg）；S系数，取决于逐渐壁厚，可由表6.2系数S和铸件壁厚的关系查出。表6.2 系数S和铸件壁厚关系铸件壁厚 mm2.53.53.588.015系数S1.631.852.2法兰盘铸件壁厚适当取大值计算。浇注时间： 铸件高90mm，铸件上砂箱高150mm，初步浇口杯高度尺寸，暂定浇口杯高度为54mm，减少上砂箱用砂量，设计为外置浇口杯，置于上砂箱之上。 本次设计采用顶部浇注形式，则计算静压头高度按公式计算：HP=H0 （6-2）式中：H0 阻流截面以上的金属压力头； C 铸件（型腔）总高度； P 阻流以上的型腔高度。HP=H0=150mm采用封闭式浇注系统根据铸造手册选取则依据截

26、面比的关系A内：A横：A直=1:1.2:1.5。内浇道采用截面比设计法，则内浇道计算公式(6-3)为 （6-3）其中本次设计浇注系统为浇口杯、直浇道、内浇道4个部分的四单元浇注系统，则有： （6-4） （6-5）本次设计选取内浇口面积为4.0cm2为本次设计的内浇口总断面面积，一箱4件，每件设计1个内浇口，设计为4个内浇口，则每个内浇口面积为1.0cm2，则内浇道总断面面积为4.0cm2。横浇道截面积4.8cm2，直浇道截面积6.3cm2。各交道口大小 直浇道大小本次设计选取圆锥形直浇道，因为圆锥形直浇道模制造容易、造型方便，所以适用于中、小型铸件。表6-1 常用球墨铸铁个组元截面积编号内浇道

27、编号横浇道编号直浇道abcF内abcF内DF内1181661.011812203.01203.12232171.521914223.62234.23252381.9232315254.83275.74282692.442418265.44296.353028102.953022328.45359.863835113.8634234011.464113.3查表（6-1），D=29mm如图6.2所示。图6.1 直浇道截面横浇道大小根据铸造手册表（6-1），a=23mm，b=15mm，h=25mm。如图6.2所示。图6.2 横浇道截面内浇道大小根据铸造手册表（6-1），a=18mm，b=16mm，h

28、=6mm。如图6.3所示。图6.3 内浇道截面冒口设计球墨铸铁生产中以暗冒口应用最广，而且一般设计成浇道通过冒口进入铸件的浇冒口系统。通过热圆节法计算冒口直径，通过测量得到热节处直径为30mm，图6.4 铸件热节代入下列公式得：根据铸件模数计算公式： （公式6-6）式中：M表示铸件模数；V表示铸件体积；A表示铸件散热面积。通过三维软件可以得出，铸件体积1427.07cm3，铸件散热面积1504.58cm2。将数据代入式中得到铸件模数为0.95cm。根据公式 （公式6-7）计算冒口直径，代入数据计算得Dm=6.87cm。与热圆节法所得冒口直径接近，故冒口设计合理。由以上所述，故得到该零件所采用的

29、是封闭式-顶注式浇注系统，由于零件中小型铸件且属于小批生产，所以采用一箱4件。工艺装备模样及模板模样的材质有多种。木模样适用于单件、小批量或成批生产的模样，特点是重量轻、易加工，但强度低、尺寸精度低；铸铁模样适用于大中型且大量生产的模样，其特点是加工后强度及硬度高、耐用且价廉；塑料模样适用于成批及大量 生产铸件，特别适合于形状复杂难以加工的模样，特点是重量轻、制造工艺简单，但较脆且不能受热。本铸件属于用机器造型的方法进行小件大批量生产，所以本铸件选择木模制作模样，上、下模板如图7-1，图7-2所示：图7-1 上模板图7-2 下模板芯盒制作砂芯过程中必须用到芯盒，芯盒设计的合理与否对砂芯的质量具有关键作用，也会直接影响到铸件的质量。在对芯盒的设计制作过程中必须符合下面几点要求：（1）在设计芯盒结构时需要根据生产的批量进行相配；（2）制作出的芯盒必须具有一定的强度、刚度和耐磨性等方面优点，从而保证设计出的芯盒具有一定的使用寿命；（3）芯盒的类型选择和尺寸要求要根据设计的砂芯形状和尺寸进行合理设计；（4）在确保砂芯设计合理的情况下，可以通过减小芯盒尺寸等因素来降低芯盒重量，从而减轻能耗和劳动强度；（5）设计的芯盒需要方便操作，在其制作过程尽量可以简单，降低生产成本；综合封闭开关所使用地造型方法，因为铸件使用树脂砂造芯，所