行星架铸造工艺设计1设计说明书

1、工学硕士学位论文PAGE IIPAGE I铸造工艺课程设计说明书设计题目行星架工艺设计学 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 IIPAGE 26 DATE yy-M-d 21-11-4 DATE yy-M-d 21-11-4目 录 TOC o h z HYPERLINK l _Toc59776899 1 前 言 PAGEREF _Toc59776899 h 1 HYPERLINK l _Toc59776900 1.1 本设计的目的、意义 PAGEREF _Toc59776900 h 1 HYPERLINK l _Toc59776901 1.1.1

2、 本设计的目的 PAGEREF _Toc59776901 h 1 HYPERLINK l _Toc59776902 1.1.2 本设计的意义 PAGEREF _Toc59776902 h 1 HYPERLINK l _Toc59776903 1.2 零件技术要求 PAGEREF _Toc59776903 h 1 HYPERLINK l _Toc59776904 1.2.1 技术要求 PAGEREF _Toc59776904 h 1 HYPERLINK l _Toc59776905 1.3 本课题的发展现状 PAGEREF _Toc59776905 h 2 HYPERLINK l _Toc597

3、76906 1.3.1 国内外铸造业的发展现状 PAGEREF _Toc59776906 h 2 HYPERLINK l _Toc59776907 1.4 本领域存在的问题 PAGEREF _Toc59776907 h 2 HYPERLINK l _Toc59776908 1.4.1 行业存在的问题 PAGEREF _Toc59776908 h 2 HYPERLINK l _Toc59776909 1.5 本设计的指导思想 PAGEREF _Toc59776909 h 3 HYPERLINK l _Toc59776910 1.6 本设计拟解决的关键问题 PAGEREF _Toc59776910

4、 h 3 HYPERLINK l _Toc59776911 2 设计方案 PAGEREF _Toc59776911 h 4 HYPERLINK l _Toc59776912 2.1 铸件结构及工艺性分析 PAGEREF _Toc59776912 h 4 HYPERLINK l _Toc59776913 2.1.1 零件结构特点 PAGEREF _Toc59776913 h 4 HYPERLINK l _Toc59776914 2.1.2 铸件工艺性分析 PAGEREF _Toc59776914 h 4 HYPERLINK l _Toc59776915 2.2 铸造方法的选择 PAGEREF _

5、Toc59776915 h 6 HYPERLINK l _Toc59776916 2.2.1 造型制芯方法选择 PAGEREF _Toc59776916 h 6 HYPERLINK l _Toc59776917 2.2.2 造型制芯设备 PAGEREF _Toc59776917 h 6 HYPERLINK l _Toc59776918 2.2.3 芯砂配方 PAGEREF _Toc59776918 h 7 HYPERLINK l _Toc59776919 2.2.4 混砂工艺 PAGEREF _Toc59776919 h 7 HYPERLINK l _Toc59776920 2.2.5 造型方

6、法 PAGEREF _Toc59776920 h 7 HYPERLINK l _Toc59776921 3 设计说明 PAGEREF _Toc59776921 h 11 HYPERLINK l _Toc59776922 3.1 砂芯的设计及工艺设计参数 PAGEREF _Toc59776922 h 11 HYPERLINK l _Toc59776923 3.1.1 砂芯的形状 PAGEREF _Toc59776923 h 11 HYPERLINK l _Toc59776924 3.1.2 砂芯的固定 PAGEREF _Toc59776924 h 12 HYPERLINK l _Toc59776

7、925 3.1.3 芯头的设计 PAGEREF _Toc59776925 h 13 HYPERLINK l _Toc59776926 3.1.4 工艺参数的设置 PAGEREF _Toc59776926 h 13 HYPERLINK l _Toc59776927 4 铸造工艺装备设计 PAGEREF _Toc59776927 h 18 HYPERLINK l _Toc59776928 4.1 模样及模板 PAGEREF _Toc59776928 h 18 HYPERLINK l _Toc59776929 4.2 芯盒 PAGEREF _Toc59776929 h 18 HYPERLINK l

8、_Toc59776930 5 结 论 PAGEREF _Toc59776930 h 21 HYPERLINK l _Toc59776931 致 谢 PAGEREF _Toc59776931 h 22 HYPERLINK l _Toc59776932 参 考 文 献 PAGEREF _Toc59776932 h 23 前 言 本设计的目的、意义 本设计的目的本设计通过行星架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

9、最为理想的浇注位置及分型面1。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和芯盒等铸造工艺装备，绘制出铸造工艺图。 本设计的意义铸造是用液态合金形成产品的方法，将液态合金注入铸型中使之冷却、凝固，这种制造金属制品的过程称为铸造生产2。铸造技术的发展具有悠久的历史，在经济全球化的今天，铸造技术广泛应用于机械与材料行业。在铸造生产中，制定的铸造工艺过程又对铸件的质量起决定性作用。零件技术要求 技术要求(1)铸件材质为ZG35CrMo(2)化学成分：符合GB/T 1173-1995规定。(3)力学性能：试样力学性能满足GB/T 1173-1995。化学成分

10、表1-1 ZG35CrMo化学成分质量分数SiMgSpMnCrMo0.17%0.37%0.25%0.45%0.035%0.035%0.40%0.70%0.80%1.10%0.15%0.25% 本课题的发展现状 国内外铸造业的发展现状新中国成立以来，我国铸造业发展迅猛。近几年来，我国铸件产量已达2000万t/年以上，能为航空、航海、交通、制造、冶金、化工等行业提供各种铸件3。在现代机械制造工业中，铸造是基础工艺之一，因此铸造业的发展是一个国家的生产实力的重要标志。可以说，在“十五”期间，我国的铸造机械行业有了很快的发展。“十二五”期间，乃至今后一个历史时期，在国际、国内这两个巨大市场需求的刺激下

11、，铸造仍然可以以较高的速度发展。面对全球，信息、技术飞速发展，机械制造业尤其是装备制造业的现代化水平高速提升，中国（这里只讲大陆的情况，不包括台湾和港澳地区）铸造业当清醒认识自己的历史重任和与发达国家的现实差距，大胆利用现代科学技术及管理的最新成果，认清“只有实现高新技术化才能跟上时代步伐”的道理，把握现代铸造技术的发展趋势，采用先进适用技术，实施可持续发展战略，立足现实又高瞻远瞩，以振兴和发展中国铸造业的累累硕果来奠定中国现代工业文明进程的坚实基础。 本领域存在的问题 行业存在的问题我国铸造行业的整体技术水平比发达国家落后约十几年，无法满足国民经济快速发展的需要。技术落后、设备陈旧、能耗和原

12、材料消耗高、环境污染严重以及工人作业环境恶劣等问题，已经成为行业的共识。具体表现在如下四大问题：1.工艺水平低，铸件质量差2.能耗和原材料消耗高3.环境污染严重、作业环境恶劣4.人才短缺 行业前景一方面，与市场需求相比，铸造机械产品的技术水平仍然存在较大的差距，另一方铸造行业仍然存在巨大的发展潜力和发展空间，这也是铸造行业快速增长难得的机遇4。本设计的指导思想铸件在铸造之前，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、模板图、芯盒图等5。 本设计拟

13、解决的关键问题（1）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、模板图、芯盒图等。（2）铸件不允许存在裂纹。（3）铸件液态成型不允许存在气孔、砂眼、缩松、缩孔等缺陷。 设计方案 铸件结构及工艺性分析行星架属于大型铸件，结构简单，结构对称。因为行星架的壁厚较为均匀，铸造工艺一般，质量要求较高。 零件结构特点行星架属于圆形零件, 在结构上有短轴、下辐板、三角形空心柱立筋、上辐板、长轴五部分构成。整体铸件可看为平板零件和筒状零件的垂直结合体, 各个部分相对独立, 造成了凝固时间和顺序不协调, 铸件下层和中层补缩通道不够通畅。由于铸件的内部为中空结

14、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，我们需要综合考虑铸件的结构和技术要求等各方面的因素。该铸件所选用的材料为ZG35CrMo，铸钢材料体积收缩大容易出现缩孔、裂纹等缺陷。 铸件工艺性分析所要生产的铸件的结构合理与否直接影响铸件的质量，结构合理的铸件在铸造过程中能够有效地避免许多铸造缺陷7。行星架的三视图如图所示，通过所给零件图可知轴承座的外轮廓尺寸为1260mm1260mm670mm，其结构对称，上下结构较为均匀也比较对称，行星架的内部结构有较多孔洞，壁厚均匀，主要壁厚为50mm，最大壁厚处是91mm，最大孔径为698mm,最小孔径为80mm。图2-1

15、零件示意图 铸造方法的选择 造型制芯方法选择由于行星架尺寸较大，属于中大型型铸铁件，所以属于单件小批量生产。根据现如今生产条件和成本等综合因素的综合考虑一般选择使用水玻璃砂造型，树脂砂制芯。1、水玻璃砂在造型过程中具有以下优缺点：(1）CO2 硬化水玻璃砂是在造型制芯完成后，吹 CO气硬化（吹气压力仅0.1-0.15MP.）的工艺方法。因其具有硬化快、生产效率高、铸型（芯）尺寸准确、铸件尺寸精 度高、成本低、无毒、污染小等优点，在铸钢车间应用很广泛。当然，这种砂型溃散性差， 落砂困难，铸件清理工作量大，旧砂再生比较困难等也是致命的缺点。所以，提高其溃散 性是铸造工作者长时间以来都千方百计设法克

16、服的难题2、对于可以制芯采用自硬树脂砂，具有以下几点好处：（1）型芯是硬化后取出，变形小，尺寸精度高，表面粗糙度低，提高了铸件的尺寸精确度，可以减少加工余量；（2）芯砂可以在芯盒中在正常环境下逐渐硬化成型，可以极大地节约材料和人工成本，改善工人的作业环境；（3）型芯可以直接在芯盒里加热硬化，不需要烘干，可以取消烘炉。(4) 芯砂在正常工作中还具有良好的流动性，只需要给与非常小的紧实力，就可以在造型中进行较好地填充型腔、芯腔各个部位，操作方便、高效，可以有效地减少工人的工作量； 造型制芯设备混砂设备：型砂采用双臂水平连续混砂机混制，型号为S2530，生产率为25-30th8。制芯采用单臂连续混砂

17、机，型号TYHD-05，生产率3-6 th。紧实：可以通过利用震实台对造型进行紧实。 芯砂配方原砂要求：SiO297；pH值7；含泥量：0.2；粒度：50100；原砂粒形系数1.3；耗酸值：5；微粉含量0.5；再生砂的性能要求：含泥量0.2；耗酸值5；微粉含量0.5；芯砂配方：全部采用新砂。主要成分使用呋喃型树脂，大约1.2%的呋喃型树脂和原砂进行混合。通过适量的甲苯磺酸作为固化剂，甲苯磺酸加入量要根据季节变化进行适度调整。如果是在春季时，甲苯磺酸的加入量大概需要占树脂的40%；夏季加入量占树脂的35；秋季的加入量和冬季的差不多；冬季加入量占树脂的45。还必须要加入低含量的KH550作为偶联剂

18、，加入量占树脂的0.2左右。混砂工艺(1)混砂步骤砂催化剂偶联剂 加入树脂砂 出砂 (2)型砂性能要求：型砂抗拉强度为0.8-1.0MPa；芯砂抗拉强度为1.0-1.2MPa； 造型方法因为行星架是中大型铸件，结构相对简单，单件小批量生产，所以手工造型的方法。手工造型有以下优点，操作灵活，工艺适应性强。 造芯方法及材料的选择造芯的方法选择和造芯用料的选择时，粘土砂作为原料制作砂芯虽然成本较低，但是缺点却很突出，其制作出的砂芯烘干后将会出现裂纹、变形等缺陷。所以随着铸造技术的提高，产品质量要求不断提升，粘土砂制芯逐渐被树脂砂取代，热芯盒法制芯，将液态固性树脂粘结剂和催化剂制混合在一起而制作成芯沙

19、，将混合制作成的的芯砂加热于芯盒之中，采用热芯盒制芯当砂芯表层出现硬化成壳时就可以自芯盒取出，内部砂芯可以通过余热自行硬化。使用热芯盒法制芯的一些原材料配比如下表所示：表2-1 热芯盒砂的配比配比（质量比）抗拉强度/MPa混砂时间/min原砂树脂固化剂附加物型号用量类别占树脂重（%）氧化铁粉水干混湿混100呋喃型2.5氯化铵尿素水溶液50.250.150.302.812造型工艺方案的确定 浇注位置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。由于行星架是中大型铸铁件，质量较重。充型金属液为钢液，浇注温度较高，金属凝固时有实现顺序凝固的可能，所以设置浇注位置时尽量使金属液顺序凝固，而

20、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。为了便于取件和砂芯的固定，选定的浇注位置选方案一。方案一、方案二如下图2-2、2-3所示。图2-2 方案一图2-3 方案二 分型面的确定铸造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）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。

21、（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。结合浇注位置方案，根据行星架的结构特点确定了分型面分型方法。图2-4 分型面方案 设计说明 砂芯的设计及工艺设计参数砂芯的工用是形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位。在制作砂芯时要认真分析铸件的内腔结构，在设计时一般要符合以下几个基本要求：砂芯的形状和尺寸要根据铸件内腔结构符合铸件地一些技术要求，砂

22、芯在沙箱中的放置也需要根据铸件的技术要求，砂芯还需要有足够的强度和刚度。要确保铸件形成过程中由于砂芯产生的气体可以及时排出型外12。 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轴承座，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，铸件的尺寸较大，需要做1个垂直砂

23、芯如下图3-1和3个垂直砂芯如下图3-2，3个水平砂芯如下图3-3。组合图为3-4 图3-1 砂芯图 图3-3 砂芯图 图3-2 砂芯图 图3-2 砂芯图 砂芯的固定砂芯放置在沙箱中需要固定在合理的位置，保证砂芯在金属液的冲击下不可以发生偏移和损坏，而且砂芯在金属液体的浮力作用下不可以发生浮动。由于轴承座的砂芯使用树脂自硬砂，所以制出的砂芯会有很高的强度，不容易发生损坏。砂芯在沙箱中发生偏移或者浮动，铸件将会容易产生一些损坏、缺失甚至发生较严重的变形从而导致铸件作废，因此，必须保证铸件的砂芯在砂型之中的位置足够的牢固。砂芯有两个水平芯头和一个垂直芯头可以确保砂芯在型砂中牢牢固定，不发生移动。因

24、为铸件的内腔较简单，在整个砂芯的固定中无需采用芯撑等结构。 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。根据轴承座的型腔结构，设置两个水平芯头。砂芯1为垂直芯头：根据铸造工艺手册表（3-82）因为L=647mm，D=520mm,得垂直下芯头高度=70mm上芯头=40mm，斜度为上芯头12，下芯头6砂芯2为垂直芯头：根据铸造工艺手册表（3-82）因为L=337mm，D=200mm,得垂直下芯头高度=55mm上芯头=30mm，斜度为上芯头11，下芯头5砂芯3为水平芯头：根据铸造工艺手册表（3-82）因为L=630mm，D=200mm,得水平芯头长度=100mm 工艺参数

25、的设置3.1.4.1 铸件尺寸工差铸件尺寸公差是指铸件各部分尺寸允许的极限偏差，行星架是小批量生产砂型铸造、手工造型，根据表3-543，铸件尺寸公差等级取GB/T 6414-1999 CT13。3.1.4.2 铸件重量公差铸件重量公差是以占铸件公称质量的百分率为单位的铸件质量变动的允许值。查铸造工程师手册表6得到行星架的重量公差等级为CT13，重量公差数值12%。3.1.4.3 机械加工余量行星架为中大型铸铁件，小批单件生产，查表得尺寸公差等级为CT13.3.1.4.4 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。铸件技术要求起模斜度为5。 浇注系统设计浇注系统

26、是引导金属液进入铸型型腔的通道，如果浇注系统设计的不合理，可能造成铸件夹砂、冷隔、浇不到等多种缺陷，从而使铸件的质量大大降低。所以浇注系统对铸件的质量影响非常大，容易引起各类铸造缺陷。所以合理的浇注系统应满足金属液流动均匀平稳，尽量消除紊流，在金属中形成理想的温度分布，分离金属液中的非金属夹杂或渣滓。浇注系统是包括四个基本组成部分，分别是浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道。根据铸件的结构和铸件材料的特点，在设计时也可以适当地增加或减少组员。浇注系统的设计包括对浇注系统类型的选择，内浇道在铸件位置上的选择，对阻流截面、直浇道、横浇道、内浇道的截面积计算，和通过各组员的界面剂对各组员大小的选择。在对浇

27、注系统的设计时需要遵循以下原则：（1）所确定的内浇道的位置、方向和个数应符合铸件的凝固原则或补缩方法；（2）在所计算出的时间内确保金属液进入型腔到充型完毕；（3）具有良好的阻渣能力；（4）浇注系统设计时要保证适当地缓冲力，确保金属液流入铸型内的线速度不能够太快了，防止产生飞溅、冲刷型壁或砂芯的不良后果；（5）在浇注系统设计时要确保冷铁和芯撑不被毁坏；（6）保证在浇注时最大限度减少对金属液的消耗，并且在浇注完毕后方便进行清理。（7）尽可能地缩小型腔体积，使造型变得更加简单，方便制出模样； 浇注系统的类型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。轴承座

28、采用中注式浇注。 直浇道的位置和高度实践证明，直浇道过低使充型及液态补缩压力不足，容易出现铸件棱角和轮廓不清晰、浇不到上表面缩孔等缺陷。将直浇道高度设置为沙箱的高度为500mm。但应检验该高度是否足够。图3-2 压力角由铸造工艺学公式3-4-31得，剩余压力头需要符合压力角的要求： （6-1）式中：Hm最小剩余压力头 L直浇道中心到铸件最高且最远点的水平投影距离 压力角Hm=1000 x0.0875=88，所以直浇道的高度=322+88=410mm，考虑到垂直芯头最终设为500mm。 铸钢件浇注系统形式图3-3 各组元截面 铸造工艺装备设计 模样及模板木质模样具有轻便、容易加工、来源广、价格低

29、廉等优点，而且木模的传热系数小，有利于树脂砂的硬化，适合于手工造型单件小批量生产的铸件。在本次设计中采用多块红松木料合理拼接组合制成模样14。如图4-1 所示。图4-1 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15。在对芯盒的设计制作过程中必须符合下面几点要求：在设计芯盒结构时需要根据生产的批量进行相配；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；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；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

30、，从而减轻能耗和劳动强度；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，所以选用自硬芯盒法手工制芯。其优点可以制作方便，降低制作成本。其结构如下图所示：图4-3 1#芯盒图4-4 2#芯盒图4-3 1#芯盒 结 论（1）本次对行星架的铸造工艺课程设计中，我去图书馆借阅了许多相关书籍，仔细研究所做课题的设计过程和注意事项。通过一段时间的学习我对自己的课题更加了解，在软件制图上的应用方面也有了很大提升，在绘制轴承座零件图时遇到复杂结构，在向老师请教后，成功解决了问题。（2）分型面的选择合适，选在零件的对称线上，易分型，浇注更充分。从浇注系统上分析，采用中间注入开放式浇注系统，其具有阻渣性能好，不易吸气，内浇道易清理，金属消耗少，不易氧化，金属浇注平稳且不喷射等优点。（3）把直浇道放置于靠近砂箱内壁处，便于浇注。（4）考虑到实际生产，还需根据市场原材料价格浮动采取应对措施，设