轴承座铸件工艺设计

指导教师：李小飞轴承座铸造工艺设计班级：材12-4学生：高兆强学号：201130401010

背景及意义科学合理的锻造工艺是确保产品质量的关键，本篇文章是关于轴承座进行精确科学的工艺设计。经过归纳分析轴承座的结构，思考铸造技术要求后。首先在已经确定出产批量和出产条件的基础上，分析该铸件的结构特、尺寸，设计出多个铸造工艺方案然后进行对比，选择其中较为合理的设计方案。然后分析在这个设计方案下会发生什么样的锻造缺陷，然后归纳总结原料的特点通过一些工艺的手段和方法加以防范和避免这些铸造缺陷；最后选取最适合的造型和造芯方式方法、浇注的条件、浇注的位置、准确合理的工艺参数；在该设计方案下对它的浇注系统和需要的冒口进行计算和分析；从而我们可以得到该铸件较为客观精确的结果。系统的背景及意义论文的结构和主要内容第一部分铸件的分析和铸件工艺方案的确定第二部分铸造工艺参数的确定以及砂芯的设计和计算第三部分浇注系统的设计及冒口和补贴的设计第四部分模板的设计及芯盒的设计第五部分铸件的清理及铸件的质量检验、热处理第一部分一.铸件分析1.铸造收缩率为2％;2.未注明铸造斜度为3°,3.未注明铸造加工余量为5;4.未注明的铸造圆角为R3-R5;5.模型两件，芯盒两个；加工表面不能出现有夹杂、缩孔和缩松缺陷等现象，非加工表面不得有明显的凹陷、缩孔，不允许焊补处理的地方。经过对该零件的初步分析，此零件可能作为轴类零件的底座，沿长轴方向最大尺寸为560mm，铸件高111mm。厚大部位位于底部长轴两侧。薄壁位置位于短轴座两端。从其结构上分析，我决定内部结构设置两个冒口。由零件尺寸可以看出，此铸件为小型铸件，尺寸公差等级要求为CT12,本件运用树脂砂型，其优点是铸型的强度高、自可硬、精度高，铸件易清理，生产效率高。考虑到本件为中、小型铸件，且一模一件，故选用手工造型。分析铸件构造特点，该铸件的底部和短轴方向两面属于大平面结构，铸件底部是厚大部位。厚大部位容易出现收缩缺陷；铸件在大平面上比较容易产生夹渣结疤；薄壁的部分可能会出现产生浇不到和冷隔等现象。二.铸件工艺方案的确定1分型方式的确定如图所示分型方法，可以保证铸件大部分置于下方，并且铸件的厚大部位和大平面朝上，利于安放浇注系统和冒口，并且可以依靠浇注系统和冒口的重量来加大上箱的重量，避免了跑火现象的产生。更有利于在加工和生产过程中保证铸件的质量和精度，因此选择此方案。2.造型、制芯方法的确定合理的选择造型方法，对于获得合格铸件降低成本和缩短生产周期都有很大的作用。根据铸件的结构尺寸来看，本次造型选用手工造型较为合理，因为手工造型造作灵活，模样等工艺简单，不管是尺寸大的铸件还是尺寸小的铸件，还是复杂程度高的铸件都可以选用手工来进行造型，所以选用手工造型。由于铸件较小因此制芯方法同样采用手工制芯，是因为手工制芯造作简单，不需要复杂的机器设备来工作，而且灵活性大，适用范围较为广。3.浇注位置的确定浇注位置浇注的时候工件子口铸型中所在的位置，浇注位置的确定一般在工业上依据铸件的构造、尺寸、重量、技术要求等条件来确定的。合理的浇注位置有利于金属液的流动充型从而获得完整的铸件，同时还有助于造型造芯和清理便捷。第二部分工艺参数的确定及模芯设计的计算一、铸造工艺参数的确定1.铸造的尺寸公差2.铸件的质量公差3.机械加工余量4.铸造收缩率5.起模斜度6.最小铸出孔及槽7.分型负数以上尺寸均可在<铸造手册>中查找，从而确定二、砂芯的设计及计算1砂芯设计的遵循基本原则2.砂芯数量的确定根据砂芯设置原则和铸件的分型方式以及铸件的形状，可以确定铸件要使用两个芯子。3芯头尺寸根据工艺图中砂芯的设计，可以把两个砂芯看成水平砂芯，所以芯头尺寸可以根据水平砂芯的芯头尺寸的计算方法来计算，由于1号砂芯和2号砂芯的结构和尺基本相同，所以两个砂芯的芯头尺寸也相同。水平砂芯的芯头尺寸可以根据砂芯长度查《铸造工程师手册》表6-54得知1号砂芯和2号砂芯的芯头长度l=90～110mm，取100mm。第三部分一、浇注系统的设计内浇道截面尺寸直浇道截面尺寸直浇道窝设计直浇道按其斜度在根部形成的最小截面圆半径为R=22.5mm，故直浇道窝尺寸应设计为R=22.5mm半球横浇道截面尺寸浇口杯尺寸设计横浇道和内浇道的搭接方式直浇道和横浇道的搭接方式冒口和补贴的设计1.冒口因为砂箱的上箱部分没有砂芯和铸件，为了避免因上箱质量过小而导致浇注过程中的跑火现象，所以上砂箱要留有一定的高度。由铸件图可知，铸件的厚大部分在铸件的上部，所以要在铸件的上部加冒口以及补贴，因为铸件的厚大部位是两个圆台，所以冒口的直径可以根据圆台的直径确定。冒口的高度根据冒口直径查《铸工实用手册》表3-102可知：H=(1.5～2.0)D其中：H—冒口高度D—冒口直径，根据被补缩处直径，得95mm。可得H=1.5D=142.5mm由于上箱没有铸件，为了增加上箱的重量，冒口的选择使用暗冒口冒口补缩距离的校核冒口的补缩距离可以根据冒口的延续度来校核。由《铸造工程师手册》表3-10查得普通铸钢件的冒口延续度为38～40%。冒口延续度=冒口根部尺寸之和/同方向铸件长度×100%实际冒口延续度=(π×40+80×2+2×50)×2/117×100%=65.9%因为65.9%>40%所以冒口的补缩距离足够。1.2冒口补缩能力的校核由[3]表6-16冒口补缩能力的计算查得普通圆柱形暗冒口的补缩效率为12%～15%。冒口的补缩效率可以根据以下公式计算：V总=V冒+V型V型=（1+1.8%）³×V件V件=G/ρV冒=V圆台+V圆柱V缩=V总×εη=V缩/V冒×100%=13.6%因为13.6%在12%～15%之间，所以补缩能力足够。第四部分1模板的设计δ=14mmδ₁=15mmδ₂=10mmr=3mm模底板与砂箱的定位模底板与砂箱采用直接定位的方式定位，就是通过导向销和定位销定位，这样既能达到定位的目的，又能保证砂箱不被卡死模底板上的销耳尺寸上模板的装配下模板的装配芯盒的设计由于砂芯结构简单，固选用敞开整体式芯盒。填砂完成之后，可将芯盒翻转180°掏出砂芯。砂芯的内腔尺寸可以按照以下公式计算：A=(A₁±A₂)(1+ε₁)其中A--芯盒内腔尺寸（mm）；A₁--产品零件尺寸（mm）；A₂--铸造工艺尺寸(mm)；ε₁--合金的铸造线收缩率。芯盒的壁厚根据《铸造手册》表4-30查得δ=12mm,加强肋斜度2°第五部分一、铸件的清理1机械落砂除芯机的选用原则（1） 生产量及生产率（2） 铸件的尺寸和质量（3） 生产类型:铸件类型;型砂种类（4） 落砂机的布置2落砂方法的确定一般铸造中最常用的落砂方法有很多种，而本设计选用机械落砂的方法3浇冒口、飞边和毛刺的去除很据《铸造手册》表5-23，此次对于浇冒口、飞边毛刺的去除选用氧弧熔断棒切割法。此方法适用于中小铸钢件，适合本铸件。养护熔断切割法是引进目前国外比较先进的一种技术。氧弧熔断棒切割法的具体使用特点是这样的：（1） 操作较为简单、易学、方便、安全，很好的减轻了工人的工作条件和工作强度（2） 在操作过程中，没有噪音、震动、弧光和污染（3） 不需要热源，每根氧熔棒均可插接，没有浪费，可以完全被利用（4） 对铸件的清理干净、彻底、快速、不伤铸件本体4铸件表面的清理很据《铸造手册》表5-31铸件的表面清理方法可选用喷丸式来清理铸件的表面。选用铸件表面清理设备的原则如下：（1） 铸件形状、铸件特点、铸件尺寸、铸件重量、铸件批量、产量和车间机械化程度。（2） 从技术、经济、环境安全方面考虑

本次选用喷丸处理，此方法是一种比较古老的技术，喷丸清理可以使被清理的工件表面能够获得所需要的清洁度，同时使工件表面获得一定程度的粗糙度，提高涂层在基体表面上的附着力的两种效果。全文总结二、铸件的质量检验1铸件质量检验概念铸件的质量检验是铸件在生产过程中不能缺少的一部分，它的意义在于确保铸件质量能够达到技术要求。铸件的质量可分为铸件的外表面质量和铸件的内表面的质量，铸件的外表面质量包括其铸件的尺寸公差，铸件表面的粗糙度，铸件的重量公差等等。内表面质量包括力学性能，金相组织内部缺陷等。铸件的质量检测结果可分为三类：合格品、返修品和废品。废品又可分为外废和内废。而合格品按照铸件分等指数C可具体化分为合格品铸件、一等品铸件、优等品铸件三个质量等级。2.铸件外观检测铸件的外观质量检测包含铸件形状、尺寸、表面粗糙度、质量偏差、表面缺陷等。铸件在生产过程和后面的冷却、落砂、清理等中会发生一些变形，使其原有尺寸与实际尺寸存在偏差。铸件尺寸检测方式如下：（1） 检测铸件图的所有尺寸（2） 检测铸件图上一些可控制的尺寸（3） 对于需要机加工铸件的划线检测（4） 在机加工过程中存在争议的尺寸的检测（5） 用专门的工、夹、量具检测铸件的所有尺寸3.表面粗糙度的评定铸件的表面粗糙度是判断毛坯铸件表面质量的关键。铸造表面粗糙度用未经机加工的毛坯件的铸造外轮廓算数平均值偏差Ra进行分级。第六部分铸件的热处理1.淬火加热温度碳钢的淬火加热温度可运用Fe-Fe3C相图来选择。2.淬火加热时间为了让铸件每一个部分都进行组织转变，必须在淬火加热的时候保持温度在特定的时间，常将铸件保温和提高温度所需的时间加在一起，称之为加热时间。影响淬火加热时间的因素有许多种，例如处理前的组织、钢的成分、铸件尺寸和形状等。钢在淬火过程中，如有操作上的不适合，会发生过热、过烧或脱碳、表面氧化等缺陷。过热是指工件在淬火加热时，因为温度过于热或加热时间过于长，从而使奥氏体晶粒变粗变大的现象。温度过高不光使淬火后获得的马氏体组织变得粗大，并且容易使工件的强度和韧性减低，容易产生脆断裂开，而且易于产生淬火裂纹。关于加工过热的工件，进行一次细化晶粒退火或正火，接着再按工艺规程进行淬火，就能够改正过热组织。过烧是指工件在淬火加热时，温度太高，使奥氏体晶界产生氧化或呈现局部熔化的现象，过烧的铸件是没有办法补救，只能作废,因此在生产制作过程中一定要避免过烧的发生。3.理想淬火冷却速度通过共析钢过冷奥氏体等温转变曲线我们可以得知，如果我们想要获得马氏体，淬火的冷却速度就一定要大于淬火的临界冷却速度。但是在具体生产实践中淬火钢在全部冷却过程中并不需要都进行快速冷却。通过查阅相关资料我们得知最重要的一点是在过冷奥氏体非常不稳定的C曲线鼻尖周围，即在600～450℃的温度范围内要迅速冷却。而从淬火温度到600℃之间以及450℃以下，尤其是350～250℃以下并不能快速冷却。因为在淬火冷却中铸件的截面的内外温度差会引起热应力。此外在理论上因为钢中的比容（单位质量物质的体积）不一样，其中马氏体的比容最大，奥氏体的比容最小，所以，马氏体的转变将使铸件的体积逐渐变大，如果冷却速度较大，铸件截面上的内外温度差将变大，使马氏体转变不能同时进行从而造成相变应力。冷却速度越快，相变应力和热应力会变得越来越大，钢在马氏体转变过程中就更容易发生裂纹和变形。4.常用淬火介质在实际生产中工件淬火冷却时，如果要使它得到合理的淬火冷却速率，必须要选取合适的淬火介质。目前生产中常用到的冷却介质是油和水。当冷却介质为25℃的自来水，工件温度在250～350℃时，平均冷却速度为400℃/s；工件温度在350℃时，平均冷却速度为770℃/s；工件温度在550～650℃时，平均冷却速度为130℃/s。固，水的冷却特性不理想，在须要快冷的500～600℃温度范畴内，它的冷却速率十分小，而在250～350℃需要慢冷时，它的冷却速率却十分大。水、淬火油、熔盐，熔碱、有机聚合物淬火剂。本次的设计是根据ZG270-500的材料及其技术的要求，在已经确定的生产批量和生产条件的基础上，充分分析该铸件的结构特点及铸件内部外部的受力分布，考虑其铸造在实际生产中的可行性，对以上三个铸造工艺方案进行比较。根据铸件的内腔结构和受力分布，设计组决定采用分体砂芯，分体砂芯的形状适应造型制芯方法，便于下芯，操作方便。本件材质为铸钢，从浇注系统上分析，要求其具有良好的阻渣性能，内浇道易于清理，金属液充型速度快、消耗少，不易吸气，不易氧化等优点，又因为本件为小型铸件，需要快速浇注，故采用封闭式浇注系统。而且选用的搭接方式也具有很好的阻渣性能，可以进一步减少夹渣等缺陷的产生。在原砂的选择时，考虑到旧砂的会用，生产工作中的条件，对环境的污染的因素最后决定选用树脂砂造。设计砂芯的时候，要考虑到芯子的尺寸，芯盒的结构