轴承座铸造工艺设计

/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和限制技术班级材料111学生姓名刘欢学号111308103指导老师邓想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，结构简洁，无困难的型腔和阻碍起模的凸起。铸件的外形尺寸为350mm×350mm×175mm，主要壁厚为30mm，壁厚基本匀整。轴承座接受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动身，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，在此基础上再依据铸件的材质重量和浇注系统性能设计补缩系统。接受水玻璃砂手工造型、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，浇注系统不是简洁地金属液流淌通道，用solidworks三维造型后，接受华铸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CAEBEARINGCASTINGPROCESSDESIGNABSTRACT:Thebearingasasmall-sizedcastings,castingmaterialofZG230-450,simplestructure,nocomplexcavityandobstaclestodraw.Theappearanceofthecastingsizeis350mm×350mm×350mm,themainwallthicknessof30mm,basicuniformwallthickness.BearingtheZG230-450isakindofcastingsteel,isanewbrandrepresentation(GB11352-89),theoriginalbrandnameisZG25.Fromtheoverallstructureofthebearingcharacteristics,analysisofcastingprocessdesign,determinethecastingsolution,andcastingprocessparametersandthedesignofsandcore,onthisbasis,accordingtothematerialweightofthecastingandpouringsystemperformancedesignofthefeedingsystem.Usedsodiumsilicatesandhandmademoldingandcoremaking,woodtouchkindandopengatingsystem,thedesignshouldbeconsideredwhenthefactors,thegatingsystemisnotsimplythemetalliquidflowchannel,withsolidworks3dmodelling,theChinafoundryCAEsoftwareisadoptedtodesignplansforpouringandsolidificationsimulation.Resultsshowthatthepouringsystemdesignisreasonable,theshrinkageporositydefectontheKouOu.KEYWORDS:Bearingseat，Processdesign，ChinaCastingCAE目录TOC\o"1-3"\h\u1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学问 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 93.1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砂芯的基本学问 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。铸造成型是制造困难零件的最灵敏的方法，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态、尺寸、运用性能等当面都符合要求的铸件提出精确牢靠的信息成为可能。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，和此同时，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）提高铸件质量和牢靠性，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，假如不能生产出优质铸件，其他目标就无从谈起。1.1国外铸造技术发呈现状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应用，这正在变更着铸造生产的面貌，可以说现代铸造技术的主要特征就是将传统的铸造工艺和信息技术融为一体。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，还可用于干脆造出酚醛树脂壳型、壳芯，他们可干脆用来装配成砂型。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实力之和已占有77%，居于主导地位。3）型砂处理向智能化质量限制方向发展国外近年来在智能化型砂质量限制方面有很大发展，特点是利用计算机帮助对型砂质量进行预防性限制。4）树脂自硬砂设备日趋完善经过探究，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接受气功。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气。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，依据全球主要生产国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，和发达国家相比，在质量、效率、能源和材料消耗、劳动条件和环境爱惜等方面都存在差距。造成这些差距的缘由是铸造厂点规模小，经济实力差，工艺和设备落后，管理水平低，从业人员素养不高。为了消退这些差距，为了满足我国经济建设的须要，也为了铸造行业自身的存在和发展，我国的铸造行业应以提高铸件质量和经济效益为中心，面对国内和国际两个市场；加强管理，打好基础，提高企业素养；调整产业结构，合理配置资源，提倡适度规模经营；接着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学问铸造的生产过程，从零件图起先，始终到铸件成品验收合格入库为止，要许多道工序，涉及到合金熔炼、造型（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状况、车间生产工人的技术水平和生产阅历和制造模具等工艺装备车间的加工实力）。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，起着特殊重要的作用。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有确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，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，冶炼简洁驾驭；铸造性能较好，熔点较高，实际流淌性较差，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1500～1550℃；焊接性良好，用E5015（E7015）、E5016（E7016）等焊条，焊前不预热或100～150℃低温预热，焊后去应力处理；被切削性能尚可，无需热处理也可干脆进行机加工。需留意事项：相对上限每削减0.01%的碳，允许增加0.04%的Mn，但Mn含量最高至1.20%。表2-1ZG230-450的化学成分(%)化学成分CSiMnSP含量≤0.30≤0.50≤1.20≤0.04≤0.042.2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2—1所示，零件的外形结构示意图如图2—2所示。轴承座的轮廓尺寸为350mm×350mm×175mm，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开冷隔，浇不到铸件铸件不能太薄，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)铸件壁厚匀整避开热解； 3)有合适的铸造圆角避开缩孔缩松；4)改进阻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10—12mm。轴承座最小壁厚满足要求，最大壁厚为45mm，超过了临界壁厚，工艺设计时应实行措施加以规避。轴承座壁厚基本匀整，无阻碍起模的凸台和肋板结构，型腔外形结构简洁，直径为18mm的孔较小,为了便利造型、削减砂芯，可以不铸出。表2-2砂型铸件最小壁厚单位（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≈200×200>200×200~500×500500×500810~1215~206>6~1015~20612—58—346—3—2.4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。依据所在工厂的实际状况确定要用水玻璃砂进行手工造型造芯，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，应满足依次凝固的原则，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，尽量避开吊芯和悬臂砂芯；大平面应置于下部或倾斜位置，一方夹砂等缺陷。有时为了便利造型，可接受“横做立浇”、“平做立浇”的方法；铸件的薄壁部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、毛刺最少和易于清除；要避开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，以削减铸件清整工作量。方案一方案二图2—3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，钢液从上向下流淌，易于充溢铸型，有利于温度自下而上递增促进铸件的依次凝固，补缩效果好，能削减缩松、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，结构简洁的铸件，薄壁件或须要用顶部冒口补缩的致密性要求较高的中、小型厚壁铸件。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，排气便利，无冲砂，无飞溅，不易氧化。但不利于自上而下的依次凝固和补缩。困难的薄壁件不易充溢，多用于结构困难，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：尽量使铸件全部或大部置于同一半型内；尽量削减分型数目；分型面尽量选平面；留意降低沙箱的高度；便于下芯合箱检查型腔尺寸；为便于起模分型面应在铸件最大截面处；留意减轻铸件清理和机加工余量。图2—4分型面的选择分析：方案一铸件没有全部在同一铸型内，这样简洁产生错箱。方案二铸件在同一铸型内，合箱时不简洁错箱，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350mm×350mm×175mm。为一小型铸件，轴承座结构简洁，如接受一箱一件，效率太低，所以接受一箱四件，接受通用性砂箱尺寸为1300mm×1300mm×280mm。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须要确定的工艺参数，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和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≤200×2008≈6653—>200×200-500×50010-126-1012843>500×50015-2015-20——6—3.2最小铸出的孔和槽铸件上的孔和槽是否铸出，要依据具体状况而定，一般较大的孔和槽干脆铸出来，以节约金属削减机械加工，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15~3030~50单件,小批量生产30~5050表3-2最小铸出的孔由表3—2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。在这两个允许极限尺寸之内，铸件可满足机械加工、装配和运用要求。影响铸件尺寸精度的主要缘由有：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限制手段等等。铸件尺寸精度要求越高，对上述影响因素的要求和限制应越严，但铸件的成本也越高。因此，产品设计，必需用价值工程的理念考虑铸件的尺寸公差等级；生产厂家必需从实际动身综合考虑各种因素，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，要有支配的去做逐步提高，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。铸件尺寸公差代号CT，所规定的公差等级由精到粗16级，即CT1—CT16，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：350mm×350mm×175mm,查《铸造工艺学》知：该轴承座的机械加工余量等级为G－K,上面的加工余量等级取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，用模样和铸件的长度之差除以模样长度的百分比表示：ε=【（L1-L2）/L1】×100%式中ε是铸造收缩率（%）L1是模样长度（mm)L2是铸件长度（mm)铸造收缩率和铸造的合金种类、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；合金成分和其含量不同，其收缩率也不同，这是铸造合金的特性。铸件结构困难，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。简洁厚实的铸件，其铸造收缩率比结构困难的铸件大。结构困难的大型铸件，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，必需选择适宜的铸造收缩率。依据工厂里的铸造工程师的阅历知铸钢的收缩率为2.0%。3.6起模斜度为了便利起模，在模样，芯盒的出模方向留确定斜度，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ɑ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=2.0mmα=0°40′，接受增加铸件法。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砂芯的基本学问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：型芯的形态，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刚好排出型外；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洁。砂芯的设计，主要包括芯头的设计、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，就可依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）应使操作简洁；（3）应使芯盒捣砂面放开且砂芯烘干支持面最好为平面；（4）使造芯和下芯过程便利，铸件内腔尺寸精确，不致造成气孔等缺陷，芯盒结构简洁。4.3芯头设计芯头是指伸出铸件以外不和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：应当是选择垂直芯头。4.4芯头尺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，坚实地固定在型上，必需有足够的芯头尺寸。轴承座接受的是垂直砂芯，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4—1所示：图4—1芯头的结构4.5砂芯的定位结构砂芯要求定位精确，不允许沿芯头轴向移动或绕芯头轴向转动，对于形态不对称的砂芯，为了定位精确必需做出定位芯头。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确定形态的金属构件称为芯骨。轴承座的砂芯较小，烘干后能满足其强度要求不须要增设芯骨。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，因此在生产中场接受芯撑加固，以起到帮助支撑的作用。轴承座砂芯尺寸较小，砂芯结构简洁，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，假如这些气体不解除型外，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，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，通常接受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淌阻力，刚好充溢型腔和防止铸件产生侵入性气孔。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1.2~2倍，高度为横浇道2倍，将型砂舂实紧，和直浇道和横浇道的过渡区避开有尖角。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，它应有确定的长度和高度。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4~6倍，以使横浇道的吸动作用达不到横浇道的顶面，避开将浮渣吸入铸件。横浇道的末端长度应距最终一道内浇道的距离不少于75mm。必要时，横浇道末端可设一个集渣包。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，对捕渣是特殊重要的。内浇道的用途是限制金属液流入型腔的速度和方向，调整铸件各部分的热差。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，以防横浇道还未充溢时，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。和直浇道相邻的第一个内浇道和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，以形成依次凝固。对特殊结构件，为避开造成应力过大而产生裂纹，冒口中心往往不和热节中心重叠，离开热节确定距离设置冒口，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，特殊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，为消退这类缺陷，必需对其增设补贴，以形成依次凝固，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。即使须要开在有外冷铁的，也须要加厚冷铁和接受钢、铜或石墨冷铁。（6）内浇道应有利于平稳、快速充型和排气、排渣，不严峻冲刷砂型和砂芯，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；但对有确定高度的铸件，最好接受底注式或阶梯式浇道。（8）内浇道和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和应用（1）封闭式：截面积比例关系：ΣAcu>ΣAs>ΣAru>ΣAg（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）。其特点和应用：控流截面在内浇道；浇注起先后，金属液简洁充溢浇注系统，呈有压流淌状态；挡渣实力较强，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、小件均可接受。（2）开放式:截面比例关系：ΣAg>ΣAru>ΣAs。其特点和应用：控流截面在直浇道内；内、横浇道往往是充不满的，呈无压流淌状态；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。在球墨铸铁中常有接受灰铸铁件也有应用。（3）半封闭式：截面比例关系：ΣAg<ΣAs<ΣAru。其特点和应用：控流截面在内浇道；横浇道截面最大。浇注中，浇注系统能充溢，但较封闭式晚。流速较封闭式慢，有确定的挡渣实力，充型较平稳，又称缓流封闭式。广泛用于灰铸铁件、球墨铸铁件，铝合金及镁合金铸件也有应用。（4）封闭-开放式：截面比例关系：ΣAg>ΣAru<ΣAs。其特点和应用：控流截面在横浇道中，控流截面之前封闭，其后开放，即利于挡渣又充型平稳，兼有封闭和开放式的优点；多用于铸铁件和铝合金铸件，特殊是在模板造型及一型多件时广泛应用；用转包浇注的小型铸钢件也有用此类浇道的。综上分析：接受开放式浇注系统。浇注系统按钢液引入引入铸件位置的凹凸的分类和应用（1）顶注式:顶注式是从铸件上部引入钢液，钢液从上向下流淌，易于充溢铸型，有利于温度自下而上递增促进铸件的依次凝固，补缩效果好，能削减缩松、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，结构简洁的铸件，薄壁件或须要用顶部冒口补缩的致密性要求较高的中、小型厚壁铸件。（2）底注式：底注式浇注系统是从铸件底部引入型腔，钢液充型平稳，排气便利，无冲砂，无飞溅，不易氧化。但不利于自上而下的依次凝固和补缩。困难的薄壁件不易充溢，多用于结构困难，厚壁的大中型铸件。（3)中间注入式：从铸件中间某一高度引入浇注系统中称为中间注入式。对两箱造型的中小型铸件来说，铸件分上下两箱，在分型面上开设横浇道、内浇道特殊便利，也便于选择铸件的浇注位置，故也称中间注入式为分型面注入式。中间注入式对分型面以下部分为顶注，对分型面以上部分为底注，因此兼有顶注和底注的优点。中间注入式多用于高度不大的铸件。综上分析：此轴承座的浇注系统选用底注式较好。5.3浇注时间的计算液态金属从进入浇口杯起先到充溢铸型所用的时间称为浇注时间。t=GL/Nnq式中t-浇注时间（s）GL-型内钢液重量（kg）N-同时浇注的浇包数量（个）n-一个漏包内的注孔数量（个）q-平均浇注流量速度（kg/s），由《铸造工艺设计》知（见表5-1）：表5-1不同注孔直径流注流量速度q平均值注孔直径（mm）303540455055607080流量速度q/kg.s-110202742557290120150利用solidworks计算出，该轴承座一箱四件的总重量大约为GL170kg。N=1，n=1，由上表可知q=20，所以t=170/1×1×27=6.29(s)。校验以上算得的浇注时间是否合适，可用钢液在型内的上升速度验算，其式如下：V=C/t式中v-钢液在型内的最小允许上升速度（mm/s）；C-铸件在型腔内的高度（mm）；t-浇注时间（s）。依据铸件的尺寸可得C=175mm，由上可知V=C/t=175/6.29≈27.8(mm/s)。由《铸造工艺设计》可知V值不应小于表5-2的规定，如小，应调整t值。但上升速度也不应大于30mm/s。表5-2钢液在型内的最小允许上升速度v铸件重量GC/t≦55~1515~3535~6565~100>100铸件结构允许最小上升速度v/mm.s-1困难结构252016141210中等困难结构2015121098简洁结构15108876依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，可按困难结构件选取；齿轮类铸件的钢液的上升速度，可按表中的简洁结构件选取；平板、平台类铸件的钢液的上升速度，可按表中简洁结构件数值降低20%~30%；大型合金钢铸件和承压铸件的钢液上升速度，可按表中困难结构的数值增加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依据《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状况可知:直浇道可用直径为60mm的耐火砖管，横截面S直=3.14×302=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，不行能聚渣，并且零件形态较小，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。其作用是限制充型速度和方向支配液态金属调整铸件各部位的温度分布和凝固次序。依据《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状况，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=25b=35c=25S内=35×20+25×5+（3.14×25）/2=3457mm2S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。浇口杯选用一般漏斗形浇口如下图5-4所示，查《铸造工艺设计》得：直浇道下端直径D=60mm。图5-4一般漏斗形浇口杯5.5冒口的设计冒口是在铸型内特地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,依据下图5-5可得：热节圆的直径为45mm，但是依据厂里的实际状况要用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是华中科技高校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料，以便实行措施改进工艺。从而降低生产成本，提高生产效率，推动铸造生产由阅历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。其次步：计算分析这一步是核心，主要是设置铸型，铸件材质、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，最终进行模拟浇注。在模拟浇注、凝固过程中，对铸件和浇注系统在虚拟砂箱的作用下进行