铸造课程设计工艺说明书

目录摘要 摘要：铸造工艺课程设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练。这次设计零件是滤清器。首先我们要熟悉零件，题目所给的零件是滤氢器。了解了滤清器的作用，接下来根据零件的性质和零件图上各端面的粗糙度确定毛坯的尺寸和机械加工余量。滤清器的工艺性分析，可以设计处多种成型方案，我们通过对每一种工艺方案进行比较选择出最佳方案，然后对选择的方案进行进行工艺设计包括：结构设计、参数选择、工装模具设计等.最后由工厂进行生产试验.一、铸造工艺方案的确定1、零件的特点①零件名称：机油滤清器支座②产品生产性质：机械大批量生产③零件用途：汽车发动机④技术要求：表面质量均匀，内部组织密实，没有缺陷。⑤零件材质：灰铸铁（HT250）⑥零件结构2、零件结构的铸造工艺性指的是零件的结构应符合铸造生产的要求，易于保证铸件品质，简化铸造工艺过程和降低成本。铸件结构：该铸件结构简单，形状普通。1）主要加工表面有筒体内外表面，底座表面，底座上要加工多个孔，孔的加工端面为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度。2）铸件底座上有均分有4个连接孔其尺寸为φ11孔，筒体端面还有4个φ10孔，铸造手册可以不铸出，件侧面的孔由于制芯复杂，工艺质量无法保证，故不铸出，这些铸造无法达到公差等级的地方考虑加工出来，提高生产率，铸铸件中间孔可以采用下砂芯并放一定加工余量最后加工达到要求的精度等级.3）查铸造手册铸件最小壁厚为,6～10mm，该铸件的最小壁厚为5mm，故应提高浇注温度或者改变铸件壁厚。在此我们采用提高浇注温度的方法来提高金属液的充型能力。机械加工余量由铸造手册可知，灰铸铁件的机械加工余量等级为E～G，在此，我们选择F级为我们这次工艺中的机械加工等级。根据机械加工余量等级，便可以查表得出要求的铸件的加工余量。零件的材料是灰铸铁，机械加工余量的等级是E～G，查表可以得出加工余量。查《铸造工艺手册》可知机械加工余量为2mm，但筒体端面的尺寸精度要求高，可适当加大机械加工余量，故最终此处确定为3mm。机构工艺性分析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，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：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。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。铸件内壁应薄于外壁铸件的内壁和肋等，散热条件较差，应薄于外壁，以使内、外壁能均匀地冷却，减轻内应力和防止裂纹。壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节。利于补缩和实现顺序凝固。防止铸件翘曲变形。避免浇注位置上有水平的大平面结构。对此铸件的工艺性审查，分析如下：零件壁厚较为均匀，过渡处均为逐渐过渡，符合工艺要求。3、造型、造芯方法的选择零件的轮廓尺寸为206mm*142mm*137mm，铸件尺寸较小，属于中小型零件且要大批量生产。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，还可延长砂箱使用寿命。因此，采用湿型粘土砂机器造型，模样采用金属模是合理的。在造芯用料及方法选择中，如用粘土砂制作砂芯原料成本较低，但是烘干后容易产生裂纹，容易变形。在大批量生产的条件下，由于需要提高造芯效率，且常要求砂芯具有高的尺寸精度，此工艺所需的砂芯采用热芯盒法生产砂芯，以增加其强度及保证铸件质量。选择使用射芯工艺生产砂芯。采用热芯盒制芯工艺热芯盒法制芯，是用液态固性树脂粘结剂和催化剂制成的一种芯砂，填入加热到一定的芯盒内，贴近芯盒表面的砂芯受热，其粘结剂在很短的时间内硬化。而且只要砂芯表层有数毫米的硬壳即可自芯取出，中心部分的砂芯利用余热可自行硬化。4、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。确定浇注位置是铸造工艺设计中重要的一环，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，因此往往须制订出几种方案加以分析、对比，择优选用。浇注位置与造型（合箱）位置、铸件冷却位置可以不同。生产中常以浇注时分型面是处于水平、垂直或倾斜位置，分别称为水平浇注、垂直浇注或倾斜浇注。浇注位置一般于选择造型方法之后确定。根据铸件结构和技术要求，结合选定的造型方法，先确定出铸件上质量要求高的部位（如重要加工面、受力较大的部位、承受压力的部位等）。结合生产条件估计容易发生缺陷的部位（如厚大部位容易出现收缩缺陷；大平面上容易产生夹砂结疤；薄壁部位容易发生浇不到、冷隔；薄厚相差悬殊的部位应力集中，容易发生裂纹等）。这样在确定浇注位置时，就应使重要部位处于有利的状态，并针对容易出现的缺陷，采取相应的工艺措施予以防止。确定浇注位置在很大程度上应着眼于控制铸件的凝固。顺序凝固的铸件，可消除缩孔、缩松，保证获得致密的铸件。浇注位置的确定应有利于安放冒口；实现同时凝固的铸件，内应力小，变形小，金相组织比较均匀一致，不用或很少采用冒口，节约金属，减小热裂倾向。铸件内部可能有缩孔或轴线缩松存在。因此多应用于薄壁铸件或内部出现轻微轴线缩松不影响使用的情况下。如果铸件有较厚部位，可置于浇注位置的底部，利用冷铁实现同时凝固。确定浇注位置时应考虑以下原则：铸件的重要加工面应朝下或呈直立状态，铸件在浇注时，朝下或垂直安放部位的质量比朝上安放的高。气孔、非金属夹杂物等缺陷多出现在朝上的表面，而朝下的表面或侧立面通常比较光洁，出现缺陷的可能性小。铸件的大平面应朝下，铸件的大平面朝下可避免气孔和夹杂，又可以防止在大平面上形成砂眼缺陷。应有利于铸件的补缩，对于因合金体收缩大或铸件结构上厚薄不均匀而易于出现缩孔、缩松的铸件，浇注位置的选择应优先考虑实现顺序凝固的条件，要便于安放冒口和发挥冒口的补缩作用。应保证铸件有良好的液态金属导入未注，保证铸件能充满，较大而壁薄的铸件应朝下、侧立、或倾斜以保证金属液的充填。应尽量少用或不用砂型；若需要使用砂芯时，应注意保证砂芯定位稳固排气通畅和下芯检验方便。考虑到砂芯安放固定与排气、起模、充型等，选择将浇注位置确定为中间位置。综合以上因素，该铸件用中间注入式浇注系统。5、分型面的确定分型面是指两半铸型相互接触的表面。选择分型面时应注意一下原则：应使铸件全部或大部分置于同一半型内应尽量减少分型面的数目分型面应尽量选用平面便于下芯、合箱和检测不使砂箱过高受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度注意减轻铸件清理和机械加工量因为是要成批生产，且要机器造型，故采用两箱式造型。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。分型面确定的是否合理，对于能否简化铸造工艺、降低成本、提高铸件质量等都有直接关系。通常砂型分型面的选择应与浇注位置尽量一致，以避免合型后还要翻转。分型面应确定为中间位置，以便顺利起模、下芯、充型。如图所示：6、砂箱中铸件数量及排列方式确定支座轮廓尺寸为206mm*142mm*137mm，单件质量约为5.2kg，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。所以采用一箱四件生产。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《铸造实用手册》查表得：上下箱都为700mm*500mm*150mm由《铸造实用手册》查表1.5-44得：a>30mme>f>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2.8所示，其中模样的吃砂量基本确定为：a1=30a2=30e1=110e2=110f=55砂箱中铸件排列示意图二、铸造工艺参数设计铸造工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。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《铸造工艺设计》查表得：铸件的尺寸公差为CT8～10级，取CT9级。零件的轮廓尺寸为206mm*142mm*137mm，由《铸造工艺设计》查得：铸件尺寸公差数值为2.8mm。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《铸造工艺设计》查表得：铸件的加工余量F级。零件的轮廓尺寸为206mm*142mm*137mm，由《铸造工艺设计》查表：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2mm，但筒体端面尺寸精度要求高，故机械加工余量调整为3mm。3、最小铸出孔和槽零件上的孔、槽、台阶等，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。但在此次工艺过程中，孔过小或者砂芯难以制造，故都不铸出，均采用机械加工出。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：底座外型模的高mm的起模斜度由《铸造工艺设计》查表得：粘土砂造型外表面起模斜度为а=1°10＇,a=0.8mm侧边外型模高137mm的起模斜度由《铸造工艺设计》查表得：粘土砂造型外表面起模斜度为а=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а=1°10＇,a=0.8mm铸孔起模斜度(mm)铸孔直径（mm）铸孔高度21～40起模斜度a≤308°51～708°5、铸造收缩率铸造收缩率又称铸件线收缩率，用模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示：K=[（L1-L2）/L1]*100％K—铸造收缩率L1—模样长度L2—铸件长度零件受阻收缩率由《铸造工艺设计》查表得：铸铁的铸造收缩率铸铁种类线收缩率（%）阻碍收缩自由收缩灰铸铁：中小型铸件0.91.0在此次工艺设计中为自由收缩，，故收缩率为1.0。6、分型负数干砂型、表面烘干型以及尺寸较大的湿砂型，分型面由于烘烤，修整等原因一般都不很平整，上下型接触面很不严。为了防止浇注时炮火，合箱前需要在分型面之间垫以石棉绳、泥条等，这样在分型面处明显增加了铸件的尺寸。为了保证铸件尺寸精确，在拟定工艺时为抵掉铸件增加的尺寸而在模样上减去相应的尺寸称为分型负数。而零件是湿型且是小型铸件故不予考虑分型负数。7、铸件在砂型内的冷却时间铸件在砂型内的冷却时间短，容易产生变形，裂纹等缺陷。为使铸件在出型时有足够的强度和韧性，铸件在砂型内应有足够的冷却时间。零件的冷却时间由《铸造工艺设计》查表1-25得：冷却时间为25～40min。8、反变形量铸造较大的平板类、床身类等铸件时，由于冷却速度的不均匀性，铸件冷却后常出现变形。为了解决挠曲变形问题，在制造模样时，按铸件可能产生变形的相反方向做出反变形模样，使其于变形量抵消，这样在模样上做出的预变形量称为反变形量。而零件没有较大平板故基本不会产生挠曲变形，所以不用设置反变形量。9、非加工壁厚负余量在手工粘土砂造型、制芯过程中，为了取出木模，要进行敲模，木模受潮时将发生膨胀，这些情况均会使型腔尺寸扩大，从而造成非加工壁厚的增加，使铸件尺寸和重量超过公差要求。为了保证铸件尺寸的准确性，凡形成非加工壁厚的木模或芯盒内的肋板厚度尺寸应该减少，即小于图样尺寸。为减少的厚度尺寸称为非加工壁厚的负余量。零件砂芯属于机器造芯，造型属于机器造型。故不用设置非加工壁厚负余量。10、浇注温度这个零件的最小壁厚为5mm，过薄，因此提高浇注温度来解决，同时也有利于减小缩孔缩松的形成，最终确定浇注温度为1380℃。三、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。砂芯主要用于形成铸件的内腔和孔，影响铸件的质量，铸造工艺过程和铸造工艺装备。一个铸件所需要的砂芯数量，主要取决于铸件的结构和铸造工艺方案。在满足砂芯支撑稳固、定位准确和排气通畅的情况下，芯头的数量越少越好，本铸件决定使用1个砂芯。芯头是砂芯的重要组成部分，其作用一般为定位、支撑和排气。定位主要是通过芯头与芯座的配合，便于将砂芯准确的安放在砂型中;支撑主要是砂芯通过芯头支撑在铸型中，保证砂芯在它本身的重力和金属液的浮力作用下位置不变;排气主要是在浇注凝固过程中，保证砂芯中产生的大量气体能够及时的从芯头排出铸型。一个砂芯的芯头能否满足这三方面的要求，主要是由芯头的形式、个数、形状和尺寸决定的。造芯材料呋喃Ⅰ型树脂砂，采用造芯方法采用热芯盒法。1、砂芯的形状根据零件的形状及浇注位置的选择，设置水平砂芯。2、砂芯主要尺寸根据实际设计量取计算砂芯长度：L=110mm砂芯直径：D=70mm芯头长度初步选取由《铸造工艺设计》查表1-34得：h=40～50mm取h=45mm出于考虑分型面的选取等因素综合芯头选用水平芯头并且不能同时做出两侧芯头，只设计一侧芯头。芯头间隙初步选取由《铸造工艺设计》查表1-36得：s=0.8mm芯头斜度选取由《铸造工艺设计》查表1-36得：а=7°砂芯结构图3、砂芯的定位结构砂芯要求定位准确，不允许沿芯头轴向移动或绕轴线转动。对于形状不对称的砂芯，为了定位准确，需要做出定位芯头。定位芯头结构如图定位芯头结构图4、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。如图：压环、防压环和集砂槽尺寸由《铸造工艺设计》查表得：a=5mmr=1.5mmb=0.5mmc=1.5mms=0.8mm5、芯骨设计为了保证砂芯在制芯、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。6、砂芯强度校正F浮=π/4*0.072*0.11*7300*9.8N=30.3NG芯=π/4*0.072*0.11*1300*9.8N=5.4NF芯=F浮-G芯=14.9N最小承压面积=（1.3*14.9）/6=3.23cm2砂芯实际承压面积=2D*h=2*7*4.5=63cm2实际承压面积远大于最小承压面积，因此满足要求7、砂芯的排气砂芯在浇注过程中，其粘结剂及砂芯中的有机物要燃烧（氧化反应）放出气体，砂芯中的残余水分受热蒸发放出气体，如果这些气体排不出型外，则要引起铸件产生气孔。故在砂芯内部设置出气孔，具体如工艺图所示。8、砂芯负数大型粘土砂芯在春砂过程中砂芯向四周涨开，刷涂料以及在烘干过程中发生的变形，使砂芯四周尺寸增大。为了保证铸件尺寸准确，将芯盒的长、宽尺寸减去一定量，这个被减去的量叫做砂芯负数。因为砂芯负数只用于大型粘土砂芯，本设计中的砂芯为小型砂芯不设计砂芯负数。四、浇注系统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。1、选择浇注系统类型浇注系统分为封闭式浇注系统，开放式浇注系统，半封闭式浇注系统和封闭-开放式浇注系统。因为封闭式浇注系统控流截面积在内浇道，浇注开始后，金属液容易充满浇注系统，呈有压流动状态。挡渣能力强，但充型速度快，冲刷力大，易产生喷溅，金属液易氧化。适用于湿型铸件小件。而支座就是采用湿型的铸件小件，所以选择封闭式浇注系统。2、确定内浇道在铸件上的位置、数目、金属引入方向零件结构较为简单且是小型件，铸造时采取一箱四件，故每个铸件上只用一个内浇道。为了方便造型，内浇道开设在分型面上，这样铸件凝固顺序为由下至上凝固，这样有利于零件的重要部分先凝固并得到补缩，如此内浇道则设置在底部侧面引入金属液。3、决定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、浇不到上表面缩凹等缺陷。初步设计直浇道高度等于上沙箱高度150mm。但应检验该高度是否足够。检验依据为，剩余压力头应满足压力角的要求，如下式所列：HM≥Ltgа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а——压力角由《铸造工艺学》查表3-4-11得：а为9～10取10Ltgа=55*tg10≈9mm因为铸件上下箱对称，所以剩余压力头HM=80mm经过验证剩余压力头满足压力角的要求。4计算浇注时间并核算金属上升速度根据铸件图计算单个铸件的体积V=71cm2灰铸铁密度由《铸造实用手册》查表1.1-90得：7.2～7.4g/cm2取密度为7.3g/cm2一箱四件,单个质量为m=5.2kg，加机械加工余量得m=5.46kg支座大批量生产的工艺出品率约为75%，可估计铸型中铁水总重量GG=5.46/75%≈7.28kg初步计算浇注时间由《铸造实用手册》查表得：t=S√G=2.2*√7.28≈5.94s计算铁水液面上升速度v=C/t=137/5.94=23.1mm/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《铸造实用手册》查表得：上升速度v=20～30mm/s通过比对23.1mm/s的上升速度符合实际，不必调整经验系数。5、计算阻流截面积 根据水力学近似计算公式：F内=m/[ρtμ(2gHp)0.5]cm²式中m—流经阻流的金属质量kgt—充满行腔总时间sρ—金属液密度kg/cm³μ—浇注系统阻流截面的流量系数Hp—充填型腔时的平均计算压力头cmF内=29.12/[0.0073*5.94*0.43*(2*980*134)]≈9.64cm²6、确定浇口比浇口比由《铸造实用手册》查表得：∑S直：∑S横：∑S内=1.15：1.1：17、计算内浇道截面积内浇道是控制充型速度和方向，分配金属液，调节铸件各部位的温度和凝固顺序，浇注系统的金属液通过内浇道对铸件有一定补缩作用。由于设计内浇口有四个，因此S内=9.64/4≈2.41cm²内浇道形状取梯形断面形状如图内浇道截面示意图梯形断面大小由《铸造实用手册》查表得：a=26mmb=22mmc=10mm8、计算横浇道截面积横浇道的功用是向内浇道分配洁净的金属液，储留最初浇入的含气和渣污的低温金属液并阻留渣滓，使金属液流平稳和减少产生氧化夹杂物。由于设计横浇口有两个，因此S横=9.64*1.1/2=5.3cm²横浇道形状取梯形断面形状如图4.3横浇道截面示意图梯形断面大小由《铸造实用手册》查表得：A=25mmB=16mmC=26mm9、计算直浇道截面积直浇道的功用是从浇口杯引导金属液向下，进入横浇道、内浇道或直接进入型腔。并提供足够的压力头，使金属液在重力作用下能克服各种流动阻力充型。由于设计直浇口有一个，因此S直=9.64*1.15=11.09cm²直浇道形状取圆形截面形状如图直浇道截面示意图圆形断面大小由《铸造实用手册》查表得：D=38mm为了方便取模直浇道做成上小下大的倒圆锥形，（通常锥度取1/50）。因此直浇道上端是直径约为：D1=38-（1/50）*150=35mm10、直浇道窝的设计直浇道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。如图所示：直浇道窝直径为直浇道下端直径两倍，因此D=2*