汽车前轮毂铸造工艺设计范例样本VIP

中文摘要本设计是对汽车前轮毂零件进行锻造毛坯工艺设计。依照零件使用条件、构造特点、生产批量，结合工厂既有设备等进行锻造工艺分析，拟定了锻造办法、造型及造芯办法、凝固原则及浇注位置、分型面、砂箱中铸件数量、砂型数量等，完毕了砂芯、浇注系统、冒口及冷铁、有关工装设备等设计，并进行铸件质量控制分析及制定了检查规定。核心词：砂型锻造，工艺分析，工艺设计，质量控制ABSTRACTThisdesignisthecastingblanktechnologydesignforfronthubbearingincar.Accordingtotheapplicationconditions，structuralfeatures，productionbatchofthepartandexistingequipment，itdoesthecastingtechnologyanalysis，determinesthemethodofcasting，modeling，coremaking，solidificationprinciplesandpouringposition，partingsurface，thequantityofcastingandmold，etc.Itcompletesthedesignofsandcore，pouringsystem，riser，chill，equipment，doesthequalitycontrolanalysisofcastingandconstitutestheinspectionrequirements.Keywords：sandmoldcasting，technologyanalysis，technologydesign，qualitycontrol目录第一章汽车前轮毂工艺分析 21.1汽车前轮毂 21.2生产条件及技术规定 21.3工艺分析 2第二章工艺方案拟定 22.1锻造办法选取 22.2造型、造芯办法选取 22.3凝固原则、浇注位置拟定 22.4分型面选取 22.5砂箱中铸件数量拟定 22.6砂芯数量拟定 22.7重要工艺参数拟定 22.7.1锻造收缩率选取 22..7.2锻造精度及尺寸、重量偏差拟定 22.7.3机械加工余量拟定 22.7.4拔模斜度拟定 22.8砂芯设计 22.9浇注系统设计 22.9.1浇注系统类型选取 22.9.2浇注系统设计与计算 22.10冒口及冷铁设计 22.10.1冒口设计 22.10.2冒口校核 22.10.3冷铁设计 22.11排气设计 22.12铸件图及铸件工艺图 2第三章型、芯砂种类及配方选取 23.1型砂种类及配方选取 23.2芯砂种类及配方选取 23.2芯砂种类及配方选取 2第四章工艺装备设计 24.1模样设计 24.2模底设计 24.3芯盒设计 24.4砂箱设计 2第五章铸件熔炼、浇注、落砂、清理、热解决规定 25.1熔炼 25.2浇注 25.3落砂 25.4清理 25.5热解决 2第六章锻造质量控制 26.1锻造缺陷分析及防止办法 26.2铸件质量检查 2参照文献 4道谢 4第一章汽车前轮毂工艺分析1.1汽车前轮毂图1-1为汽车前轮毂零件三维图，汽车在行驶过程中轮毂作旋转运动，内孔装有轴承。由于汽车前轮也起支撑汽车作用，因而，装于前轮中央轮毂是受力零件。图1-1汽车前轮毂零件三维图（可以是零件照片）1.2生产条件及技术规定汽车前轮毂生产性质为成批生产，材质为ZG270-500。零件重要技术规定：机械性能应满足：σb＞500MPaak＞35MPa精度规定：详见图1-2汽车前轮毂零件图。铸件内部不得有缩孔、缩松等缺陷，Φ420圆加工后容许浮现黑皮，铸件表面光洁，轮廓清晰。图1-2汽车前轮毂零件图（此图应从CAD图中抓取）1.3工艺分析该零件重要壁厚为21mm，最大壁厚为30mm，最小壁厚为4mm，整个铸件壁厚较均匀，外轮廓尺寸为：420×420×184mm3。法兰与轮毂体交接处形成热节需冒口补缩，最小壁厚处加加工余量后可以铸出来，法兰上12XΦ16、毂体上8XM22X1.5及12XM6可不铸出，锻造后机械加工出来，安装轴承Φ210和Φ200表面有较高加工规定，零件构造锻造工艺性较好，生产批量为成批生产，因此毛坯生产办法为砂型锻造。材料ZG270-500能满足零件使用规定和适于砂型锻造。第二章工艺方案拟定2.1锻造办法选取由于汽车前轮毂生产批量为成批生产，零件构造不复杂，结合工工厂材料供应状况，考虑技术上先进性与经济合理性，因此拟定其毛坯生产办法为普通砂型锻造，砂型种类为湿型。2.2造型、造芯办法选取依照零件轮廓尺寸420×420×173mm3和工厂设备条件，造型办法为Z148B单机砂箱地面造型，气吊与行车运送，造芯办法为手工芯盒造芯。2.3凝固原则、浇注位置拟定凝固原则：铸件材质为ZG270-500，收缩较大（εV=4.3%），为了有助于补缩，采用顺序凝固。浇注位置：为了保证铸件质量，必要把最重要加工面在浇注时向下或直立状态。由零件技术规定懂得：Φ200和Φ210圆表面光洁度规定高，内部安装轴承，尺寸精度比较高，因而，应将两圆柱面呈直立状态，同步从顺序凝固原则出发，将厚大部位放在上面，以便于安放冒口，得到顺序凝固。综合考虑成果：拟定本件浇注位置如图2-1所示。图2-1浇注位置冷却位置与浇注位置一致。2.4分型面选取此件可有三种分型面方案：方案І：，如图2-2所示可将铸件对称分布在两铸型内，模样易制作，但造型、下芯不以便，铸件内孔精度不易保证，且为了保证浇注位置须将铸型翻转90º，劳动量大。图2-2方案Ⅰ方案II：如图2-3所示铸件在同一铸型内，可以保证其尺寸精度，且下芯后便于检查壁厚与否均匀，砂型稳固，造型简朴，但顶注不平稳，易产生冲砂，同步上箱小，下箱大，起模行程大。有一种砂芯较大，不易制作。图2-3方案Ⅱ方案III：如图2-4所示铸件大某些在同一铸型内，可以保证其尺寸精度，下芯也便于检查，同步满足合箱，浇注，冷却位置一致，采用侧浇，切向引入改进了浇注时充型不平稳，减少了冲击，防止了冲砂缺陷产生，上、下箱相差不大，造型简朴。缺陷是有一种砂芯复杂，规定高，模样加工困难。图2-4方案Ⅲ通过比较，综合考虑，为保证铸件质量，采用方案III较合理。2.5砂箱中铸件数量拟定由[3]附录附表1-1查得Z148B造型机所相应砂箱最大内尺寸长X宽为850X475mm2，四个顶杆间距长X宽为736X538，依照铸件重量63.2kg由[3]表12-3查得其最小吃砂量各参数为：a=50mm，b=70mm，c=90mm，d=70mm，f=40mm，g=50mm，铸件轮廓为420×420×184mm2.6砂芯数量拟定依照铸件构造和已选定分型面，必用两个芯子，如图2-5所示。图2-5砂芯数量图2.7重要工艺参数拟定2.7.1依照实际生产状况，并参照[3]表3-1，拟定该件收缩率为2%。2.由于铸件精度规定较高，且是机器造型金属模，拟定该件精度为Ⅰ级，由[3]表3-17查得尺寸偏差为±2.5mm，表3-20查得重量偏差8%。2.按一级精度铸件查[3]表3-7，并考虑实际状况，拟定加工余量，详细数值见铸件工艺图。2.按零件图尺寸采用增厚法。依照[3]表3-21拟定拔模斜度为1º30'-2º。2.8砂芯设计铸件需2个砂芯，均用手工芯盒造芯。砂芯由砂芯主体和芯头构成，1#砂芯用水玻璃砂，依照铸件放置位置拟定为垂直芯头，结合其基本尺寸参照[3]表4-2取下芯头高为50mm，因砂芯高度和直径差不多，不用上芯头，由表4-3拟定下芯头斜度为5°，由表4-4拟定下芯头与芯座间隙为1.5mm，由表4-7拟定防压环和集砂槽尺寸，2#砂芯形状复杂，局部有细薄突起，故2#芯选用脂砂,详见铸件工艺图。合箱时先下1#砂芯，后下2#砂芯。2.9浇注系统设计浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道构成。浇注系统截面积大小对铸件质量影响很大，截面积太小，浇注时间长，也许产生浇局限性、冷隔、砂眼等缺陷；截面积过大，浇注速度快，又也许收起冲砂，带入熔潭和气体，使铸件产生渣孔、气孔等缺陷。为了使金属液以适当速度充填铸型，就必要合理拟定浇注系统面积。2.9.由于铸件材质为ZG270-500，锻造质量规定较高。浇注系统应规定较高防氧化能力，本应采用漏包浇注，但由于铸件较小，使用漏包不易控制，为此使用转包浇注。采用转包浇注铸钢件，浇注系统应有较好撇渣能力，需要用封闭式或半封闭式，本设计浇注系统采用封闭式，依照[6]表5-53，及工厂状况，选用侧注式浇注系统。因砂箱中只放置一种铸件，因此浇注系统只需设计浇口杯、直浇道和内浇道，无横浇道，使铸件内腔与内浇道相切，内浇道与直浇道相连，采用梯形内浇道。2.9.2浇注系统设计与计算因采用了转包浇注，浇注系统是封闭式，其浇注方式与铸铁件相似，因此计算公式都采用转包浇注铸铁件公式，但式中系数选取不同样，以此计算出该浇注系统浇注时间、内浇道截面积、浇注系统各组元断面尺寸，并校核最小压力头。1浇口杯设计：浇口杯是用来接纳来自浇包金属液流，由于铸件是小型铸钢件，因此浇口杯采用构造简便、制作以便、容积小、在机器造型中广泛使用普通漏斗形浇口杯，其截面形状与尺寸如图2-6中a所示。2浇注时间：其中：C是系数依照相对密度KV查取，G是浇入砂型内钢水总重量（kg）。式中V是铸件轮廓体积。V=π/4×4.22×1.84=25.5dm3取铸件重量是零件重量放大15%得到55（1+15%）=63.2（kg）浇冒口系统选铸件重量50%，即：G=63.5（1+15%）=94.8（kg）由[3]表5-34查得C=1.1故浇注时间=10.7秒选用t=11秒。3内浇道截面积计算：由[3]P132查得以浇注比速为基本计算公式：式中：G=94.8kg，t=11秒，K是浇注速比由表5-34查得0.75（依照KV=3.7查表)，L是钢水流动系数，碳钢L取1.0。代入上式：则≈11.5cm2截面形状为梯形，依照面积拟定尺寸如图2-6中b所示：abc图2-6浇口杯、内浇道、内浇道截面形状与尺寸4各组元面积拟定：因该浇注系统无横浇道，因此只需再拟定直浇道，其截面为圆形，形式为无斜度圆管，H0即内浇道静压头高度为200mm。参照[3]P132得比例关系为∑F直:∑F内=1.1:1则∑F直=11.5×1.1=12.7cm2由面积拟定直径尺寸为40mm，如图2-6中c所示。5最小压力头校核：为了保证能布满离最远最高某些，并且能轮廓清晰完整，上表面无缩凹缺陷铸件，铸件最高点到浇口杯内液面高度必要有一最小值，即最小剩余压力头Hm，这就规定直浇道应当有必要高度。由所设计铸件工艺图可得到如图2-7最小剩余压力头压力角简图：L=300+210=510mmHm=200-30=170mm校核公式tgα=Hm/L=170/510=0.337查得α=18º26'式中：α是最小剩余压力头压力角，L是直浇道到铸件最高最远距离，Hm是最小剩余压力头。由[3]表5-8查得α=9º，故压力头足够。图2-7最小剩余压力头压力角简图2.10冒口及冷铁设计2.10铸件法兰与轮毂体交接处形成热节，容易产生分散性缩松，严重减少铸件机械强度。该件在汽车工作时是个受力件，其技术条件规定铸件内部不得有缩孔、缩松等缺陷，因此在铸件上必须设立一定数量冒口以消除缩孔、缩松。因铸件在上砂箱高度只有30mm，且铸件较小并采用机器造型，为减少冒口金属消耗而采用暗顶型。冒口设立在铸件最高最厚部位。铸钢件冒口计算办法诸多，惯用办法有按照补缩液量计算、按照比例法计算、按照模数法诸，本设计用按照比例法中热节圆法计算设计。1拟定热节圆直径用作图得热节圆直径dy（作图时涉及加工余量、补贴等），如图2-8所示。2-8作图法求热节圆dy由计算机作图得34，取dy=40mm。2拟定冒口形状、尺寸冒口尺寸对于铸件质量很重要，冒口过小将导致铸件产生缩孔、缩松等缺陷；冒口过大，挥霍金属，增长铸件成本，甚至有时会因冒口过在，使铸件局部组织粗大，内应力过大，导致裂纹，致使铸件报废，因此冒口尺寸应查表拟定。由铸件构造特点在[3]表6-7中选第3号腰形暗冒口：由于H件/dy=184/40=4.6（H件是铸件高度）因此B=(2.1~2.5)dy=(2.1~2.5)×40=84~100（B为冒口宽度）取B=85mmH=1.5B=1.5×85=127.5mm，取H=120mm（H为冒口高度）冒口形状尺寸如图2-9所示。图2-9冒口形状及尺寸3补贴为了达到顺序凝固目，保证有良好补缩通道，以充分发挥冒口补缩作用，在冒口下面增长铸件工艺余量，即为补贴。补贴尺寸普通是依照生产经验拟定，查[3]图6-8，该件可不加补贴。为了提高补缩效果，加补贴6mm。依照铸件构造特点及冒口补缩能力，共放两个，布局如图2-10所示。2-10冒口布局2.10.1冒口补缩距离核算：补缩距离冒口补缩范畴，由[3]表6-4查得该铸件有效补缩距离为(4~6)T（此处T为热节圆直径），铸件冒口补缩距离为两段弧长，如图2-11所示。计算冒口补缩距离=π×220-[π×220(38×2)/360+2×42.5]×2=115mm(4~6)T=(4~6)×40=160~240由于115<160~240 因此冒口补缩距离足够。图2-11补缩距离也可由冒口延续度来校核。由[8表3-10]查得普通铸钢件冒口延续度为38～40%。实际冒口延续度=(π×220×(38×4)/360+4×42.5)/(π×220)=66.8%由于66.8%>40%因此冒口补缩距离足够。2冒口补缩能力较核：由[3]表6-16冒口补缩能力计算查得腰形冒口内缩孔总体积为0.14V冒，能补缩最大体积为(14%-εV总)/εV总×V冒，得到V铸件=(14%-εV总)/εV总×V冒式中εV总查[3]表6-2查得金属凝固时体收缩率εV总=4.5%V冒=π[0.852+(3.052-1.352)×38×2÷360]÷4×1.2=4.3dm3V铸件=(14%-4.5%)/4.5%×4.3=9.07dm3实际V'铸件=重量/密度=63.2/7.8=8.1dm3式中密度取7.8kg/dm3。由于V铸件>V'铸件，冒口足够补缩。3工艺出品率核算：冒口各某些尺寸计算后，应用通过大量生产实践总结出来“铸件工艺出品率”即成品率来校核，衡量。工艺出品率太大时，阐明所设计冒口偏小或数量不够，应加大冒口或增长冒口数量；工艺出品率太小，则应恰当减小所设计冒口。查由[3]表6-5碳钢及低合金铸件工艺出品率为61～65%。实际工艺出品率=铸件毛坯重量/（铸件毛坯重量+浇口重量+冒口重量+补贴重量）=63.2/94.8×100%=66.6%。两者接近，因此冒口尺寸是合理和可行。2.10.因铸件是小型件，冒口补缩能力和工艺出品率均符合规定，因此不需要再设立冷铁。2.11排气设计铸件浇注过程中，在型腔中会产气愤体，如果不能及时排出，会产气愤孔锻造缺陷，因此应合理设计排气系统。1砂型排气两个冒口是排气通道，上箱造完型后，在二冒口顶部各扎直径16出气孔一种。2砂芯排气1#垂直砂芯，从下砂箱扎出气孔，使气体由上向下排出，2#砂芯形状较复杂，通气道应通到分型面，使气体由下向上排出。为增长透气性，砂箱开设了出气孔。2.12铸件图及铸件工艺图铸件生产批量为成批生产，可不出铸件图，用铸件工艺图来指引生产。铸件工艺图如2-12所示。图2-12前轮毂锻造工艺图第三章型、芯砂种类及配方选取3.1型砂种类及配方选取砂型和砂芯直接承受合金液作用，关系到铸件质量和生产成本，铸件中某些缺陷都与造型材料有直接关系，造型材料在生产中占有重要地位。铸件材质为ZG270-500，湿型机器造型，浇注温度在1500℃以上，规定型砂透气性好，强度、耐火度高。因铸钢液含碳量较低，型腔中缺少防止金属氧化强还原性氛围，在与铸型相接触界面上金属容易氧化，生成Fe和其她金属氧化物，因而较易与型砂中杂质进行化学反映而导致化学粘砂。因此规定原砂中SiO2含量应较高，含Si量>96%，有害杂质应严格控制；为了防止铸件增碳，规定型砂中泥量低、水分低，因而水分控制在4-4.5%；型砂中不含煤粉和含泥量低，为了保证铸件表面光洁，不产生机械粘砂，选用较细筛号硅砂，可选用70号或100号硅砂，粘接剂为锻造用膨润土。参照[2]表2-8采用2S石英砂，粒度均匀，其配比和性能见表3-1：表3-1（面砂配方）配比（重量%）型砂性能新砂膨润土重油水分%湿压强度透气性100(70/100)7.51-1.54-4.55-7.5N/cm2110-1503.2芯砂种类及配方选取铸件中需个砂芯，1#垂直芯头，原砂与型砂相似，粘接剂采用水玻璃砂，用CO2硬化，在压力为0.15-0.2.5MPa下，吹气为时间2-3分钟。芯砂配方见表3-2表3-2（水玻璃砂配方）芯砂配比（重量%）芯砂性能新砂水玻璃水分%湿透气性干拉强度100(70/140)6-74-4.5>30090-100N/cm22#芯构造较为复杂，原砂与型砂相似，为减少铸件缺陷，采用合脂砂，烘干温度为220℃，烘干时间为3小时，在末冷却前，不适当般动，以防损坏砂芯，合脂配方见表3-3表3-3（合脂砂配方）芯砂配比（%）芯砂性能干燥规范新砂合脂膨润土纸浆干拉强度湿拉强度加热温度保温时间100(70/140)2.5-30.5-12.2-3100-300N/cm21.5-2.5N/cm22203小时砂芯表面普通都要刷上涂料，用以提高型芯表层耐火度、保温性、化学稳定性，使型芯表面光滑，并提高其抵抗高温熔融金属侵蚀能力。本铸件砂芯表面涂料成分拟定为：石英粉100、陶土2-4、粘土2、水柏油4、适量水。第四章工艺装备设计锻造工艺装备是锻造生产过程中所用各种模具、工夹量具，下面就简朴简介一下铸件模样、模板、芯盒、砂箱设计。4.1模样设计模样是用形成铸型型腔，关系到铸件形状和尺寸精度，铸件模样是金属模。1材料为满足生产规定：耐磨、有足够强度，同步考虑便于加工制造，用ZL104。2构造设计如图4-1所示，因模样尺寸较大，因此设计成整铸式空心模样，壁厚为10mm，中间设计加强筋，上、下模样都无特殊规定，与模板配合均采用平放式、上固定法。用M10螺钉紧固和两个定位销定位，螺钉孔及销孔与型板配钻，沉头螺钉安装后，均用塑料填平修光。a上模板装配简图b下模板装配简图图4-1模板装配简图4.2模板设计铸件模板由模样和浇冒口系统模样与模底板通过螺钉、螺栓、定位销装配而成。模底板工作面形成铸型分型面。模底板设计：1材料为满足一定机械性能规定，同步考虑便于手工加工制造，成本低，选用材料HT150。构造设计依照砂箱尺寸，造型机规定，拟定底板板面尺寸为730×730，高度为90mm，设计加强筋见上、下模板装配图，定位销与导向销安装在底板上，模上设四个紧固耳，用螺栓把其固定在制造机上，为搬运以便，模底板上设立了四个吊轴。4.3芯盒设计芯盒制造型芯必须模具，其尺寸精度和构造与否合理，对型芯质量和造芯效率影响很大，由于本设计为手工制芯，芯盒规定构造简朴，体积小，重量轻，操作以便，且要易于制造、修理，故芯盒材料选用ZL104。依照芯盒轮廓尺寸和材料，由[3]表11-4选用壁厚为8mm。外型随形解决，为增长强度和刚度，设立了加强筋，为延长芯盒使用寿命，刮砂面加设了耐磨片。依照1#芯形状特性，采用对开芯盒，由两个可折式定位销定位，夹紧装置采用蝶形螺母和活节螺栓。4.4砂箱设计砂箱构造既要符合砂型工艺规定，又要符合车间造型、运送设备规定。铸件砂箱采用整铸式，材料为ZG35，为增长强度，其内设有加强筋，为防止在翻箱过程中发生塌箱，箱壁呈斜形，为增长透气性，开设了出气孔。依照[3]表12-3，考虑合理吃砂量及Z148B造型机规定，砂箱内部尺寸定为650×650×200/320，合箱时采用插销定位，合箱后采用锲形卡锁紧。第五章铸件熔炼、浇注、落砂、清理、热解决规定5.1熔炼原钢水成分：C：0.32～0.42%Si：0.2～0.45%Mn：0.05～0.80%S<0.05%P<0.05%熔炼设备：三相电弧炉。5.2浇注采用转包浇注，浇注温度：1510℃～1530℃，浇注前，应把熔融金属表面熔渣除尽，以免浇入铸型而影响质量。浇注时，须使浇口杯保持布满，不容许浇注中断，并注意防止飞溅和满溢砂型。铸型浇注后，铸件在砂型内应有2.5小时冷却时间。5.3落砂落砂办法分为手工落砂和机械落砂。依照铸件特点并结合工厂落砂设备状况，选用L128落砂。5.4清理清理是落砂后从铸件上清除表面粘砂、型砂、多余金属（涉及浇冒口、飞翅和氧化皮）等过程总称。本铸件采用悬链抛丸室清理，气割浇冒口；抛丸清理去除氧化皮，喷丸清理内腔，手