第八组+大带轮铸造工艺设计

课程设计说明书题目：大带轮砂型铸造工艺设计学院：机电工程学院专业：材料成型及控制工程学生姓名：王鑫赖洪伟蓝乙龙郭大森陈安东学号：22061930342206193030220619302522061930372206193028指导教师：古东懂设计日期：2025年1月4日铸造工艺课程设计--井冈山大学机电工程学院III-摘要本次铸造工艺为大带轮的铸造工艺，零件材质为为HT200。研究分析大带轮的制造工艺是十分重要的，首先在零件图基础上确定铸造工艺参数，绘制毛坯图，并在毛坯基础上进行工艺设计。本次工艺采用树脂砂造型，半封闭式顶注式浇注系统，使用轮缘与轮毂之间的平面分型。整体长宽高为ø1200×200mm，最厚部分尺寸为60mm，最薄部分尺寸为30mm。浇注系统选择平做平浇顶注式的浇注系统，充分保证铸件重要工作部位线探伤部在铸件中部，提高铸件质量。在工艺改进中，通过多次调整冒口位置，使铸件产生有利于最终铸件综合性能的顺序凝固方式，消除了铸件中的缺陷，并且保证铸件有较高的工艺出品率，符合工厂生产中经济性的原则。关键词：大带轮铸造；平做平浇工艺；半封闭式目录摘要 第五部分铸造工艺装备铸造工艺装备是造型、制芯、合箱及浇注过程中使用的模具和装置的总称，铸造工装设计对于保证铸件质量，提高劳动生产效率，减轻劳动轻度起很大作用。设计工装设备既要满足工艺要求，又要便于加工制造。本节重点说明模样、砂箱与芯盒的设计。5.1模样模样用来形成铸型的型腔，是砂型铸造中不可缺少的工艺装备。模样的设计质量，不仅关系着铸件的几何形状、尺寸精度和表面质量，而且直接地影响着模样制造工艺、经济性、模样的使用性能与寿命。因此，模样材料的选择与形状尺寸的确定都极为重要。本次工艺中设计模样形状如图6.1所示：（1）模样上铸型图（2）模样下铸型6.1铸型根据铸件结构、技术要求及生产批量的不同，铸造行业中使用的模样材料也有所不用：在大批大量生产、机械造型的条件下，多采用金属模样；在单件小批量生产、手工造型条件下多采用木模样；而泡沫塑料模样则多用于消失模铸造。因此，本次工艺中木模较为复杂，故采用易加工、价格低的木模样制造。5.2砂箱砂箱是铸造车间造型所必需的工艺装备，用于制造和运输砂型，砂箱结构要符合造型、运输设备的要求。正确地设计砂箱的结构和尺寸，对于保证铸件的质量，提高生产效率，减轻劳动强度以及保证生产安全，都有重要的意义，因此在砂箱的设计中，应遵循以下原则：1)砂箱应满足铸件在生产过程中的各项工艺要求；2)砂箱应有足够的强度和刚度；3)砂箱定位装置应保证铸件精度要求，并持久耐用；4)砂箱材料应来源广泛、价格低廉5.2.1砂箱尺寸设计按照以上原则，砂箱材料采用成本低、制造方便、强度与刚度均较高的铸铁。由于采用平做平浇工艺，且分型面并未选在铸件中间位置，因此上下箱内框尺寸不同；根据3.3节中的吃沙量与工厂中常用砂箱尺寸，最终确定上砂箱内框尺寸为1670mm（长）×1570mm（宽）×490mm（高）。采用平做平浇工艺中，砂箱要完成水平位置的造型，满足正常上下相造型的要求，应给砂箱留出直浇道与冒口的位置，完成浇注、排气、补缩等一系列过程，因此设计如图5.2所示尺寸的砂箱：上砂箱下砂箱图5.2砂箱尺寸图图5.3为砂箱及砂型三维立体示意图：上砂箱下砂箱图5.3砂箱三维模型5.3芯盒芯盒是制造砂芯的专用工艺装备。芯盒尺寸精度和结构合理与否，将在很大程度上影响砂芯的质量和造型效率。按制芯方法，芯盒可分为震动制芯、挤压制芯、射砂制芯、热芯盒制芯、冷芯盒制芯以及自硬砂制芯等，本次采用自硬砂制芯。主要芯盒形状汇总如下：砂芯形状上芯盒下芯盒5.4下芯顺序及合箱过程合理的下芯顺序能够降低工人劳动轻度，保证铸造过程顺利进行，按照5.1节、5.2节、5.3节分别制出模样、砂箱、砂型后，即可按如下顺序进行开箱取模、放砂芯、合箱等进行浇注。开箱取模放砂芯合箱图5.5砂芯合箱示意图

第六部分熔炼工艺参数的确定由于本铸件为大断面灰口铸铁件，铸造时热容量大，凝固缓慢，导致凝固时间长，极易出现变态石墨，缩松、缩孔、偏析及晶间碳化物等组织缺陷，导致铸件的力学性能下降，影响铸件的使用寿命。因此本铸件在化学成分设计时，主要从控制碳当量、稀土元素含量方面入手。1）碳当量。根据铸件壁厚，C含量控制在3.0%～3.6%之间，保证铁液有较好的流动性，又有较好的石墨化能力，不产生缩孔缩松、石墨粗大、漂浮现象。硅是强烈促进石墨化的元素，固溶于铁素体，使屈服点和强度提高，同时使塑性指标降低。HT200的基体为铁素体+片状石墨+珠光体，硅的正常控制范围上限1.4%~2.8%，获得一定比例的铁素体，保证较好的伸长率。碳当量以不出现自由渗碳体，保证完全球化为准，尽可能提高碳当量，以便获得缩松少，组织致密的铸件。碳当量低于4.2%~4.3%时铸件易产生缩孔缩松。锰。锰是珠光体形成元素，在凝固过程中，容易在共晶团边界上产生偏析，形成碳化物，对韧性有不利影响。生产中锰含量太低，对原材料要求高，不现实。锰含量不得大于0.6%为宜。磷。磷是铸铁中的有害元素，在铸铁中溶解度较低，极易偏析，当P>0.15%时在凝固过程中形成二元磷共晶或三元磷共晶。磷共晶在晶界分布，硬度高且脆，恶化了力学性能，一般控制其上限P<0.16%。硫。镁与稀土是强力脱硫剂，与S形成MgS、RES夹杂物，硫太高会消耗球化剂，降低球化效果，造成球化反应不良，因此原铁液硫控制在S<0.12%[1]。本铸件设计的主要化学成分如表6.1所示元素含量（%）CSiMnPMgS3.0~3.61.4~2.80<0.6<0.150.6~1.0<0.12表6.1合金元素成分表6.1熔炼方法原材料的选择：1)生铁：选择用优质的HT200生铁生产灰口铸铁件，生铁除了硅、锰、硫、钛、钒等要低外，磷，硫含量也很重要，生铁成分应稳定。2)废钢：废钢为普通碳素钢，无氧化皮，成分稳定，合金元素含量低。3)回炉料：本牌号废品及浇冒口，必须去除表面的粘砂和氧化物，分类堆放并标明化学成分。中频电炉熔炼易于控制成分和温度，可获得优质的铁液。因此，采用中频电炉熔炼。原材料配比：生铁加入量70%～80%，废钢加入量10%，回炉料加入量10%~15%，硅铁0.4%~0.6%，熔炼时采用石墨增碳。因碳熔点高，因此需要先加入炉底，靠扩散溶解的方式进入铁液[1]。6.2球化处理工艺采用中频炉熔化铁液，出铁温度在1450℃~1480℃，采用冲入法进行球化处理，球化剂的牌号为FeSiMg8RE5，孕育剂的牌号为FeSi75，炉前检验合格后，快速浇注，控制浇注时间在15min以内，防止球化孕育衰退。球化剂的粒度应为10~20mm，球化剂粒度小于10mm的质量分数不大于10%，球化剂烘干，并在150~200℃预热[1]。6.3球化剂和孕育剂加入量的确定铸件所需的灰口铸铁材质炉前需进行球化处理，先将球化包及球化剂等进行充分预热，以尽量减少由球化处理造成的铁液温度损失，球化剂选用FeSiMg8RE5（含镁量为8％，RE含量为3％～5％），球化剂加入量为1.5%~1.8%。保证球化处理球铁中的残余Mg为0.03％～0.05％，残余RE为0.02％～0.04％，Mg残／RE残>1。孕育处理不仅可以促进石墨化，防止防止自由渗碳体、白口出现和提高铁素体的含量，而且有助于球化，并使球墨变得更多、更细小、更圆整，分布更均匀，从而提高灰口铸铁的力学性能。本次孕育剂选择FeSi75，因为它的抗孕育与球化衰退时间长，是长效孕育剂。采用多次孕育的方法进行孕育，以提高抗孕育衰退能力和提高石墨球化效果。FeSi75的加入量为1.5％，粒度为3～6mm，再加入0.16％的纯铝进行复合强化孕育，需注意球化剂和孕育剂需经300℃左右预热处理、浇包预热至暗红色(温度不能低于800℃)[1]。6.4铸件熔炼工艺蜗壳的材质为HT200，采用中频感应炉熔化铁液，具体的熔炼工艺流程：废钢→升温→取样分析含碳量→生铁→回炉料→取样分析Si、Mn→升温→锰铁+硅铁→出炉→孕育+球化→浇注。6.5浇注和清理铸件浇注前需进行炉前扒渣处理，浇注后在砂箱中保温21小时以上，保温结束后，首先打箱，铸件落砂清理后，然后割除浇冒口，用抛光机将铸件表面清理干净，最后对铸件进行画线清理、化学成分、力学性能和金相组织分析报告。第七部分铸造工艺卡零件号零件名称大带轮每箱件数1件铸件重量360kg铸件材质HT200造型砂型名称砂型类别造型方法砂箱编号砂箱内部尺寸（长*宽*高）上箱树脂砂手工造型116