铸造课程设计

一．铸造工艺方案的确定…………21.造型、造芯方法的选择…………42.浇注位置的确定……63.分型面的选择………8二．砂模设计………91.砂芯及芯盒设计……92.浇注系统设计………103.冒口设计……………114.模板和砂箱设计……125.铸造工艺设计参数…………………13三．落砂及铸件清理…………………15四．缺陷分析与改进…………………17五．结束语……………18摘要：机械制造工艺学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,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。这次设计的是端盖，有铸件图、装配图、工艺图、上模板、下模板砂芯图、芯盒图各一张。首先我们要熟悉零件，题目所给的零件是端盖。了解了端盖的作用，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。端盖的工艺性分析，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.端盖铸造工艺及砂模设计铸造工艺方案的确定1、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。（1）铸件结构：该端盖结构简单，形状普通，属一般的盘盖类零件。主要加工表面有端盖左、右端面，方形端面，要求其端面跳动度相对中心轴线满足0.03mm，其次就是φ50孔，φ50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。铸件上有均分有4个螺钉连接孔其尺寸最小处为φ18及φ8孔，铸造手册可以不铸出并且公差为0.018铸造无法达到公差等级故考虑加工出来。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.查铸造手册铸件最小壁厚为,6～10mm，端盖铸件的最小壁厚为20mm，故满足工艺要求.铸件轮廓尺寸铸件材料铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铝合金镁合金铜合金《200*20086653—3～5>200*200～500*50010～126～10128436～8>500*50015～2015～20——6——（2）铸件最小铸出孔φ20孔的加工表面虽然在圆周上，但通过专用的夹具和钻套能够保证其加工工艺要求。该零件除主要加工表面外，其余的表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求。由此可见，该零件的加工工艺性较好。机械加工余量方法要求的机械加工余量等级铸件材料铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金砂型铸造手工造型G～KF～HF～HF～HF～H砂型铸造机器造型E～HE～GE～GE～GE～G金属型—D～FD～FD～FD～F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（RMA）。端盖的材料是灰铸铁，机械加工余量的等级是F～H，查表可以得出加工余量。Φ50内孔处查《铸造工艺手册》可知机械加工余量RMA=0.5则在铸件中Φ50处的尺寸为:R=51mmΦ120外圆处查《铸造工艺手册》可知机械加工余量RMA=1.5R=123mm230*230端面处查《铸造工艺手册》可知机械加工余量RMA=2尺寸为234*23430端面处查《铸造工艺手册》可知机械加工余量RMA=0.5L=31mm（3）结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。2、造型、造芯方法的选择常用的砂型有湿型、干型、表面干型和各种化学硬化砂型(自硬砂型)。（1）湿型向石英砂中加入适量的粘土和水分，混制而成的型砂称为湿型砂。用湿型砂舂实，浇注前不烘干的砂型称为湿型。特点：湿型可使铸件生产周期缩短，生产率高，经济；由于不必烘干及不需要相应的烘干装置，故节省投资及能源消耗；易于实现机械化和自动化；比干型生产劳动条件好。应用：湿型水分高，强度低，因此对于质量要求高和厚壁中、大型铸件不宜采用。特别适合于机械化、自动化生产。铝合金、镁合金铸件、小型铸铁件的生产常使用湿型。（2）干型，经过烘干的砂型称为干型。特点：烘干后增加了强度和透气性，显著降低发气性，大大减少了由于铸型方面的原因而产生的气孔、砂眼、胀砂、夹砂等缺陷。干型的缺点是生产周期长，需要烘干设备，增加燃料消耗，恶化劳动条件，难于实现机械化和自动化。应用：主要用于质量要求高，结构复杂，单件、小批生产的中大型铸件上。（3）表面干型铸型表面仅有一层很薄的型砂被干燥(干燥层一般为15～20mm厚)，铸型其余部分仍然是湿的，故称表面干型。表面干型介于湿型和干型之间，既有湿型的优点，又有湿型达不到的性能。应用：表面干型常用于生产中、大型铝铸件和铸铁件。（4）化学硬化砂型(自硬砂型)铸型靠型砂自身的化学反应而硬化，一般不需烘干，或只经低温烘烤。特点：优点是强度高，节约能源、效率高。但成本较高，有的易产生粘砂等缺陷。应用：自硬砂型目前用得较多的有用水玻璃作粘结剂的水玻璃砂型以及用合成树脂作粘结剂的树脂砂型等。自硬砂型对于各种铸件均可采用。考虑造型方法是还应注意一下问题：浇注位置上铸件有较大水平壁时，用湿型容易引起夹砂缺陷；型内放置冷铁较多时，应避免使用湿型。如果湿型内有泠铁时，冷铁应事先预热，放入型内要及时合箱浇注，以免冷铁变冷而凝结“水珠”，浇注后引起气孔缺陷。本铸件可考虑使用湿型，其特点为铸型不烘干，优点是成本低，生产率高，劳动条件得到改善易于实现机械化自动化。但是铸型水分多、强度低，易产生呛火、夹砂、气孔、冲砂、粘砂、涨箱等铸造缺陷。主要应用于单件、成批和大量生产的中小件，机械化，自动化的流水线生产中。在一般情况下，中小型铸件应尽可能的选用湿型，因为大批大量机械化的流水线生产中不可能采取干型，所以此次设计采用湿型。3、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方形部位中间位置。综合以上因素，该铸件用中间注入式浇注系统。4、分型面的选择分型面考虑：第一种方案：为方形面靠近Φ120面，为铸件最大截面处，上下模高度相差较小，但是上下模样高度过长，上下砂箱过高，不利于起模和金属液的填充，上模容易出现浇不到缺陷。第二种方案：方形面靠近Φ150面，该位置同样为铸型的最大截面处，且上下模高度相对方案一都较小，起模方便，浇注过程中金属液填充平稳，下芯方便。综合分析，采用第二种方案较为合理，即该铸件采用两箱造型。分型面应确定为方形面靠近Φ150面，以便顺利起模、下芯、充型。铸造工艺图砂模设计1、砂芯及芯盒设计由于铸件中心孔太大，需要铸出，因此采用下砂芯方法造出，铸件高度为116mm查表取上芯头高度为7mm，其芯头间隙为2mm，为了方便合箱芯头的斜度取10度.下芯头高度为5mm，其芯头间隙为2mm，为了方便合箱芯头的斜度取7度。芯头直径可根据圆孔的直径和钢液收缩率及加共余量计算得到d为60mm。砂芯图芯盒是制造砂芯的模具。制造砂芯除用车板、刮板外，大多采用芯盒。生产实践表明，合理的芯盒结构对砂芯的质量、产量、铸件成本及劳动条件有着重要影响。芯盒本体结构如下：芯盒图金属芯盒多采用带有凸缘和加强肋的薄壁箱形结构，在保证强度和使用寿命的前提下，尽可能减小壁厚和加强肋的厚度，并简化加强肋布置，以减轻芯盒重量和改善劳动条件，根据手册查表及需要芯盒的壁厚为14mm。2、浇注系统设计浇注系统的一般设计内容有:浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道。浇注系统截面积的大小对铸件质量也有很大影响。截面积太小，浇注时间长，可能产生浇不足、冷隔、砂眼等缺陷；截面积过大，浇注速度快，又可能引起冲砂，带入熔渣和气体，使铸件产生渣孔、气孔等缺陷。为了使金属液以适宜的速度充填铸型，就必须合理确定浇注系统的面积。（1）浇注系统类型的选择根据零件的结构选择封闭式（中间注入式）浇注系统较好，因为封闭式浇注系统有较好的阻渣能力，可防止金属液卷入气体，消耗金属少，清理方便。（2）浇注系统的设计与计算设计浇注系统，首先根据铸件的结构和浇注位置确定浇注系统的形状和摆布方式，之后确定各个部分的截面积。首先确定内浇口的截面积，之后根据比例确定横浇道、直浇道的截面积。已知铸件质量在18KG—30KG，壁厚20mm，内浇道选3个，该铸件才用封闭式浇注系统，F：F：F=1:1.2:1，查《铸造工艺手册》可知，内浇道面积F=1.8cm，则可计算出F=2.0cm，F=1.8cm。根据《铸造工艺手册》结合浇注系统个部分的面积，浇注系统的结构如下：内浇道：横浇道：直浇道：根据《铸造工艺手册》得到浇口杯的形状为：浇口杯图冒口设计设计原则（1）冒口应就近设在铸件热节的上方或者侧旁。冒口应尽量设计在铸件最高，最厚的地方。冒口不应设在铸件最重要的、受力大的地方。冒口不要设在铸件应力集中处。（5）冒口应尽可能设在方便和容易清除冒口残根的地方或者铸件的加工面上。冒口的浇注位置设计在最后凝固处如前图示铸件模数可根据公式M=K其中K是凝固系数T是凝固时间计算可得:M(铸件)=2.5冒口模数 M冒=1.2M铸=3cm冒口设计为明冒口查表可知冒口尺寸：H=d=70mm根据模数查表可知：冒口能补缩的金属液量为74kg冒口补缩效率为15%故一个冒口能补缩的液量为11kg，铸件质量为18kg所以需要两个冒口。冒口图4、模板和砂箱设计模样是用形成铸型的型腔，关系到铸件的形状和尺寸精度，铸件的模样是金属模。为满足生产的要求：耐磨、有足够的强度，同时考虑便于加工制造，用ZL104。因模样尺寸较大，所以设计成整铸式空心模样，壁厚为10mm，中间设计加强筋，上、下模样都无特殊要求，与模板配合均采用平放式、上固定法。用M10的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。铸件的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。模底板的工作面形成铸型的分型面。为满足一定的机械性能要求，同时考虑便于手工加工制造，成本低，选用材料HT150。砂箱尺寸：砂箱的底面厚度为30mm，侧面厚度为20mm，加强肋中间对称分布。5、铸造工艺设计参数1）铸件工艺余量铸件工艺余量，是为了满足工艺上的某些要求而附加的金属层。工艺余量一般都在机械加工时被切除，所以应在铸件图上标注清楚。在个别情况下，如果已取得设计和使用单位的同意，工艺余量也可不经加工而保留在铸件上，因为这已属于更改铸件结构的问题，所以在铸件图上不必再作任何标注。铸件工艺余量的大小应根据工艺要求的实际情况而定。工艺余量主要用于如下情况：为保证铸件顺序凝固，有利于冒口补缩，因而在铸件上附加的工艺余量(即补贴)。一般情况下，工艺补贴余量应尽量附加在加工表面，若在非加工表面，就需要另行安排机械加工。为保证铸件机械加工精度和简化铸造工艺、模具结构，对一些需要进行加工、尺寸精度要求较高的小孔、凸缘、台阶以及难以铸造的狭窄沟槽等均以工艺余量的形式，由机械加工直接成型。铸件工艺余量除上述两种主要形式外，有的还将机械加工所需的工艺凸台(辅助基准)、为防止铸件变形或热裂而增设的工艺筋、为改善合金液充填条件而在铸件薄壁处增大厚度，以及为防止铸件由于变形造成加工余量不足或达不到加工精度要求而增大的加工余量等，都当作铸造工艺余量处理。并在铸件图上标注。2）铸造收缩率，铸造收缩率一般指铸造线收缩率，取1.5%。3）机械加工余量,在铸件加工表面上留出的，准备切削去的金属层厚度，称为机械加工余量。加工余量过大，将浪费金属和机械加工工时，增加零件成本，过小，则不能完全除去铸件表面的缺陷，甚至露出铸件表皮，达不到设计要求。因此选择合适的加工余量有着很重要的意义。铸件的机械加工余量，一般按GB／T11350—89或HB6103—86规定的方法和表格选用。有时为了消除铸造缺陷或由于其它工艺要求，而增加的工艺余量以及切割浇冒口后的残留量，均不属于加工余量的范围。该铸件的机械加工余量已在铸造工艺图上标出。5)起模斜度为便于起模或从芯盒中取出型芯，需要在模样和芯盒垂直分型面的壁设计一个向着分型面逐渐扩大的斜度，即称起模斜度。查表可得，本铸件的起模斜度为1°30′。6)铸件线收缩率与模样放大率铸件线收缩率又称铸件收缩率或铸造收缩率，是指铸件从线收缩开始温度（从液相中析出枝晶搭成的骨架开始具有固态性质时的温度）冷却到室温时的相对线收缩量，以模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示：铸件线收缩率!是考虑了各种影响因素之后的铸件的实际收缩率，它不仅与铸造金属的收缩率和线收缩起始温度有关，而且还与铸件结构、铸型种类、浇冒口系统结构、砂型和砂芯的退让性等因素有关。7)浇注时间值的确定浇注时间对铸件质量影响很大，尤其对大、中型铝、镁合金铸件质量的影响，更为明显。合适的浇注时间应根据铸件具体结构和铸造工艺来确定。目前确定浇注时间的经验公式尚不完善，航空产品铝合金和镁合金铸件常以液面在型腔中适宜的上升速度为确定浇注时间的最基本依据，按下式计算浇注时间：式中：――浇注时间，s;――包括冒口在内的铸件总质量，kg；――铸件壁厚，mm，对于宽度大于厚度4倍的铸件，即为壁厚，对于圆形或正方形的铸件，取其直径或边长的一半，对壁厚不均匀的铸件，可取平均壁厚，主要壁厚或最小壁厚。――系数。对普通球墨铸铁一般取1.0，灰铸铁取2.0，需快浇时可取1.7-1.9，对于需要慢浇小浇口可取3-4，铸钢件可取1.3-1.5。对于该铸件：铸件总质量G为30kg，铸件壁厚为30mm，系数取2.0。则浇注时间=19.3s。三、落砂及铸件清理1）落砂落砂就是在铸型浇注并冷却到一定温度后，将铸型破碎，使铸件从砂型中分离出来。落砂工序通常由落砂机来完成。随着振动电机制造质量的提高，采用振动电机作激振器的落砂机越来越普及，它具有结构简单、维修方便等许多优点，目前被大量采用。2）铸件清理清理又分为湿法清理和干法清理两大类。前者是利用水力的作用对铸件外部和内部进行清理；后者是利用机械打击或摩擦的方法来清理铸件表面。通常，除单件小批量的生产或特殊件采用湿法清理外，大量的铸件都采用干法清理，常见四．砂箱铸造工艺卡产品型号零件图号铸-01产品名称端盖零件名称端盖每箱件数1件收缩率1.5%材料重量材料及规格HT60净重毛重浇冒口重本厂牌号标准牌号硬度18kg23.98kg16.08kgHT60造型造型方法砂箱尺寸/mm砂箱重量/kg定位销砂型部位砂型类别使用设备长宽高图号规格上型ZB148B430430202下型ZB148B430430114浇冒口系统名称浇口杯直浇道横浇道内浇道明冒口