铸造工艺学课程设计

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1、题目工艺学课程设计学院专业：材料成型机控制工程班级：学号：姓名： 指导老师:前言铸造工艺学课程是培养学生熟悉对零件及产品工艺设计的基本内容、原则、方 法和步骤以及掌握铸造工艺和工装设计的基本技能的一门主要专业课。课程设计则 是铸造工艺学课程的实践性教学环节，同时也是我们铸造专业迎来的第一次全面的 自主进行工艺和工装设计能力的训练。在这个为期两周的过程里，我们有过紧张， 有过茫然，有过喜悦，从中感受到了学习的艰辛，也收获到了学有所获的喜悦，回 顾一下，我觉得进行铸造工艺学课程设计的目的有如下几点：通过课程设计实践，树立正确的设计思想，增强创新意识，培养综合运用铸造 工艺学课程和其他先修课程的的理

2、论与实际知识去分析和解决实际问题的能力。通过制定和合理选择工艺方案，正确计算零件结构的工作能力，确定尺寸，掌 握了浇冒口的作用及其原理，具有正确设计浇冒口系统的初步能力；掌握铸造工艺 和工装设计的基本技能。熟悉型砂必须具备的性能要求，原材料的基本规格及作用，并初步具备分析和 解决型砂有关问题的能力。熟悉涂料的作用、基本组成及质量的控制；了解提高铸件表面质量和尺寸精度 的途径。了解合金在铸造过程中容易产生的铸造缺陷以及采取相关的防止途径，并初步 具备分析、解决这类缺陷的基本解决途径学习进行设计基础技能的训练，例如：计算、绘图、查阅设计资料和手册目录第一章 零件铸造工艺分析41.1 零件基本信息4

3、1.2 材料成分要求41.3 铸造工艺参数的确定41.3.1 铸造尺寸公差和重量公差51.3.2 机械加工余量51.3.3 铸造收缩率51.3.4 拔模斜度51.4 其他工艺参数的确定51.4.1 工艺补正量51.4.2 分型负数51.4.3 非加工壁厚的负余量51.4.4 反变形量51.4.5 分芯负数6 第二章 铸造三维实体造型6 2.1 上冠件图纸技术要求6 2.2上冠件结构工艺分析62.3基于UG零件的三维造型62.3.1 软件简介62.3.2 零件的三维造型图6 第三章 铸造工艺方案设计73.1 工艺方案的确定73.1.1 铸造方法73.1.2型（芯）砂配比83.1.3混砂工艺83.

4、1.4铸造用涂料、分型剂及修补材料83.2 铸造熔炼83.2.1 熔炼设备93.2.2 熔炼工艺93.3分型面的选择93.4砂箱大小及砂箱中铸件数目的确定103.5 砂芯设计及排气113.5.1 芯头的基本尺寸11352芯撑、芯骨的设计123.5.3 砂芯的排气12 第四章 浇冒系统的设计及计算124.1 浇注系统的类型及选择124.2 浇注位置的选择124.3浇注系统各部分尺寸的计算134.3.1 合金铸造性能分析134.3.2 铁液在型内的上升速度134.3.3 浇注系统截面尺寸设计144.4冒口设计计算144.4.1 铸件工艺出品率144.4.2 出气孔154.4.3 冒口的作用及位置确

5、定154.5 冷铁设计及尺寸计算154.5.1 冷铁的选用及作用154.5.2 冷铁的尺寸及放置位置的选择15 总结17 参考文献18 附图第一章零件铸造工艺分析11零件基本信息零件名称：上冠铸件。零件材料：HT200。产品生产纲领：成批量生产或者小批量生产。 结构：属厚、薄相差悬殊的大型回转体结构。 上冠零件图：图1.1上冠零件图1.2材料成分要求根据相关资料查得HT200具体成分及其含量如表1.2.1所示。表1.2.1HT200化学成分表（质量分数，%）CSiMnPSCr3.33.551.952.150.600.900.0810%0 1.5%表中催化剂含量为占树脂砂的百分比。3.1.3混砂

6、工艺加树脂出砂合理地选用混砂机，采用正确的加料顺序和恰当的混砂时间有助于得到高质量的树脂 砂。树脂砂各种原料称量要准确，其混砂工艺如下：砂+催化剂上述顺序不可颠倒，否则局部发生剧烈的硬化反应，缩短可使用时间，影响到树脂砂的使用性 能。砂和催化剂的混合时间应以催化剂能均匀的覆盖住沙粒表面所需的时间为准。3.1.4铸造用涂料、分型剂及修补材料铸造涂料在铸型和砂芯的表面上形成耐火的保护层，避免铸件产生表面粗糙、机械粘砂、 化学粘砂以及减少铸件产生与砂子有关的其它铸造缺陷，是改善铸件表面质量的重要手段之 一。虽然采用涂料增加了工序和费用，但使用涂料之后，不仅铸件表面光洁，也减少了缺陷降 低了清理费用，

7、增加了铸件在市场上的竞争力，综合效益得以提高。为满足要求可选水溶性涂 料，根据生产纲领选用手工刷涂的方式施涂。铸造用分型剂可在造型造芯过程中在模样、芯盒工作表面覆盖一薄层可以减少或者防止型 砂、芯砂对模样或芯盒的粘附，降低起模力，以便得到表面光洁、轮廓清晰的砂型或砂芯，可 手工涂涂柴油。如砂型或砂芯出现裂纹、孔洞、掉角以及不平整等缺陷可用胶补剂进行修补，以提升生 产效率。对自硬树脂砂可用同种自硬砂+修补膏+胶合剂进行修补。3.2铸造熔炼3.2.1 熔炼设备：为保证获得化学成分均匀、稳定且温度较高的铁液，满足生产需要这一 前提，在大批量流水生产中，宜采用冲天炉-电炉双联熔炼工艺。它可以保证出炉铁

8、液温度在 1500C以上，温度波动范围小于等于+(-) 10C，化学成分(质量分数)精度达到&小于 等于 +(-) 0.05%,ASi 小于等于 +(-) 0.10%。322熔炼工艺： 废钢加废钢可明显提高灰铸铁基体中D型石墨和初生奥氏体的数 量；加废钢能促进初生奥氏体的形核及长大；可增加铸件的强度和孕育。(2)出炉温度和浇 注温度 出炉温度一般都控制在14001450C之内，浇注温度一般控制在13701440C。(3) 孕育处理 为改善石墨形态和材质的均匀性，孕育处理是十分重要的。孕育的作用为消除白 口、改善加工性能，细化共晶团、获得A型石墨，使石墨细化及分布均匀，改善基体组织、提 高力学性

9、能，减小断面敏感性。综合孕育剂选择的主要两个因素：满足工艺性及性能、金相组 织的需要；避免铸件产生气孔、缩松、渗漏等缺陷。由于75SiFe瞬时孕育效果好，溶解性能 优良，故此铸铁熔炼采用此方法。3.3分型面的选择根据分型面的选择原则，分型面的选择位置如下：1、有利于顺序凝固和冲型以及易于保证铸件的精度；2、有利于铸件的补缩；3、铁液在铸型中的流动不稳定；4、由于该件外形为锥体，这样分形的好处是易于起模，在侧面处可不设起模斜度。方案二：特点： 1：重要面放在侧面和下面，有利于重要面得到致密的组织 2：避免了吊芯；3：不利于顺序凝固和补缩；.z *方案三：特点：1、减小了砂箱尺寸；2、有利于下芯；

10、3、对上下箱的合箱、造型精度要求很高4、铁液在铸型中的流动不平稳。根据三种方案的对比，选择方案二比较合理。3.4 砂箱大小及砂箱中铸件数目的确定：由于铸件为锥体件，一端的表面积较大，因此采用一箱一件的生产方式 砂箱的尺寸计算：砂箱宽=90+1526+90=1706mm,取砂箱长度为1800mm。砂箱长=90+1526+80+90=1786mm,取砂箱宽度为 2000mm。砂箱高度的计算：上砂箱高=286+150 = 436mm，冒口高度为286mm，故取上箱500mm下砂箱高=622 + 180 = 802mm，下砂箱取850mm。砂箱各部位的尺寸如下表所列。砂箱外形尺寸砂箱长（mm）砂箱宽（

11、mm）砂箱咼（mm）上箱20001800500下箱20001800850如工厂有尺寸相近砂箱也可选用。3.5砂芯设计及排气砂芯的功用是形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位。砂芯应满足以下要求： 砂芯的形状、尺寸以及在砂型中的位置应符合铸件要求，具有足够的强度和刚度，在铸件形成 过程中砂芯所产生的气体能及时排出型外，铸件收缩时阻力小和容易轻砂。3.5.1芯头的基本尺寸芯头是砂芯的重要组成部分。芯头的作用是：定位、支撑和排气。定位作用：通过芯头与 芯座的配合，便于将砂芯准确地安放在砂型中。支撑作用：砂芯通过芯头支撑在铸型中，保证砂芯在它本身的重力及金属液体的浮力作用 下位置不变。排气作用：在

12、浇注凝固过程中，砂芯中产生的大量气体能够及时地从芯头排出铸型。 为下芯方便，根据课本可留垂直心头与芯座之间的间隙s=1mm，芯头高度：h =60mm， 下 斜度，h =5。芯头各部分尺寸及形状见图3.1。下图3.1芯头的尺寸及形状352芯撑、芯骨的设计由于砂芯较小，且位于内浇道附近，因此不用芯撑。为了保证砂芯在制芯、搬运、配芯和浇注过程中不易开裂、不易变形、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。由于该铸件为小型铸件，且砂芯尺寸不大，故可以采用细钢管做芯骨，防止砂芯变形、 开裂，同时在钢管上钻若干小孔利于砂芯排气。3.5.3砂芯的排气砂芯在浇注过程中，其粘结剂及砂

13、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。芯骨有小孔利于砂芯排气，还可用通气针扎出排气孔的方法排气。第四章浇冒系统的设计及计算4.1浇注系统的类型及选择该铸件为铸铁中大型铸件，壁厚不均匀，根据铸铁件生产要求及特点，根据铸造工艺学表 3-4-12选择封闭式（II）浇注系统。以横浇道截面最大，阻渣效果较好，可防止金属液卷入 气体，消耗金属少，清理方便；但缺点是内浇道为阻流，充型不平稳。工S内：工S横：工S 直=1:1.5:1.14.2浇注位置的选择方案一：采用顶注浇注系统浇注位置设在冒口上，设置三个内浇口分别位于三个腰

14、圆形冒口 上，如图所示：浇注系统示意图此浇注的优点：（1）浇注系统位于冒口上因此在机加工时省去了切割浇道的工序;（2）浇道和冒口相连降低冒口的冷却速度，有利于冒口的补缩；（3）浇道位于该件的中心位置充型平稳，而且铸件的质量均一。万案一:采用顶注式，内浇道镶嵌在下模样边上，便于清理，横浇道搭接在内浇道上，和直浇道一 起放在上模样，具体构造如下图：特点：便于清理，可用浇注系统当冒口，对铸铁有一定的补缩作用。且节省材料，降低生 产成本。对比以上两种方案，由于铸铁具有良好的流动性，容易填充形状复杂的薄壁铸件，且不易 产生气孔、浇不足、冷隔等缺陷，且浇注温度较低，充型能力好，可以不用另设冒口，因此 采用

15、方案一。4.3浇注系统各部分尺寸的计算根据相关资料查得HT200具体成分及其含量如表4.3.1所示。表4.3.1HT200化学成分表（质量分数，%）CSiMnPSCr3.33.551.952.150.600.900.080.120.150.304.3.1合金铸造性能分析：灰铸铁具有良好的铸造性能：（1）流动性。灰铸铁的熔点较低，结晶温度范围 较小，在适宜的浇注温度下，具有良好的流动性，容易填充形状复杂的薄壁铸件，且 不易产生气孔、浇不足、冷隔等缺陷。（2）收缩性。灰铸铁的浇注温度较低，凝 固中发生共析石墨化转变，使其线收缩小，产生的铸造应力也较小，所以铸件出现翘 曲变形和开裂的倾向以及形成缩孔

16、、缩松的倾向都较小。（3）灰铁充型能力好， 强度较高，耐磨、耐热性好，减振性良好，铸造性较好，但需人工时效。4.3.2铁液在型内的上升速度根据浇注系统的铁液上升速度计算法，查铸造工艺学表3-4-6知铁液在型中上升速度V (mm/s)在 20mm/s 30 mm/s 之间，取 V =25mm/s。 ll4.3.3浇注系统截面尺寸设计用奥赞公式可计算阻流截面积：S 阻二 一mZ p叫2gHom下为浇注质量，铸件质量m沁1665kg，考虑增重5% m下=1748kgp = 7.21kg / m3查表得湿型中等铸铁流量系数卩-0.42,浇注时间查铸造工艺学表3-4-3对于铸铁件t=1030s取t=30

17、s浇注速度V =m/t=1665/30=55.5kg/s浇注温度13701440C4.4冒口设计计算根据补缩液量法：已知该件体积约为232871987mm3,查课本P299可得铸铁体收缩率 取1.9,冒口的补缩效率取14%,铸件壁厚取主要壁厚50。368 Vd =c =946mmo兀式中：V -铸件被补缩部分体积；c8 -铸件金属的凝固收缩率理论上需要用以补缩部分液体的体积V1； d ：补缩球直径。0Dr=T+ d =50+946=996mm.0Dr:冒口直径。该件采用三个同形状冒口，冒口的高度取为300mm.由于该件为灰铸铁，采用保温冒口可提高铸件工艺出品率10%15%,能够很显著地节约 材

18、料和降低成本。为了冒口的易于切割，降低后续机加工难度，在冒口底部可放置带孔隔板或 易切片便于冒口的切割。4.4.1铸件工艺出品率铸件工艺出品率=铸件质量铸件质量+冒口质量+浇注系统质量X100%对该铸件工艺出品率=1665/(1665+781+312)=60%4.4.2出气孔开始浇注的瞬间，型腔内的空气即被加热膨胀，型内压力迅速增加，有些空气可从型砂 的空隙逸出，但型砂的透气性常不足以防止压力的显著增高。当浇注系统完全充满时，压力可 以高到使液态合金倒流，再周期性地返回，并降低浇注速度。压力过大可能瞬时拾起上箱，引 起“跑火”，甚至从直浇道中喷溅，造成事故。道气不良还会造成气孔、浇不足和冷隔等

19、缺 陷。所以要用出气孔，将型内气体引至砂型之外出气孔除排出型腔的空气和气体之外，还可减 小砂型充满时的动压力，以及便于观察型内的充满程度等。但此铸件可不需专门的出气孔，可 以选取通气针在砂型上扎出排气道的方法排气。4.4.3冒口的作用及位置确定冒口是铸型内用以储存金属液的空腔，在铸件凝固过程中补给金属，能有效防止缩孔、缩 松、排气和集渣的作用。对于该铸件采用普通明冒口，由于该铸件热节处壁厚较大，经分析可 设置1个环形大冒口。如下图所示：45冷铁设计及尺寸计算4.5.1冷铁的选用及作用为增加铸件局部冷却速度常常在铸件表面或者内部放置激冷材料，对该件采用铸钢材质板 型外冷铁，对于该件使用冷铁有诸多

20、优点：1）在冒口难于补缩的部位防止缩孔缩松；2）冷铁可与冒口配合使用，利用冷铁形成末端区，能加强铸件的顺序凝固条件、扩大冒 口补缩距离或范围，减少冒口数目或体积；3）防止立壁与铸件表面交接部位形成裂纹；4）用冷铁加速热节部位的冷却，使整个铸件接近于同时凝固，既可防止或减少铸件变 形，又可提咼工艺出品率；5）改善局部组织和力学性能，提高表面硬度和耐磨性；6）减轻或防止该铸件厚壁部位的偏析。4.5.2冷铁的尺寸及放置位置的选择通常冒口的厚度= （0.25P.5） T,可取B=84mm。 根据查表可知冷铁的其他尺寸及参数如表3-23所列。表4.1冷铁尺寸冷铁长度（mm）冷铁间隙（mm）冷铁厚度（mm

21、）数量180128420冷铁的放置位置如图4.1所示图4.1冷铁放置位置（蓝色实体表示）总结本次铸造工艺课程设计历时两周,是学习铸造专业以来第一次独立的进行工艺 和工装设计。在设计过程中由于本铸件体积较大，结构较复杂，其材料是在凝固过 程中易出现缩松缩孔等缺陷的灰铸铁，因此此工艺设计思想是在保证铸件质量前提 下，尽量采取合理工艺及先进的分析方法来消除各种缺陷，最后才考虑工艺出品率 的提高。还要考虑生产上的安全性和经济合理性。 在以前铸造工艺课程的学习 中，我对于铸造工艺课程是很有限的， 我们所遇到的关于专业的实际应用也仅限 于书上的例题和为了考试做的一 些资料，它们都是理论上的或者局部的计算，

22、而 这次的课程设计让我们接触到了铸造生产过程中的工艺设计和一些辅助辅助结构的 计算。让我感觉到，光是平时学习的内容对于在工艺设计方面的应用是远远不够 的， 这需要我们平时自觉的培养自己的自学能力， 设计中我学会了离开老师进行 自主学习，详读课本并参看多本指导书，完善自己的设计。通过本次课程设计的训练， 我们受益匪浅，不仅深层次的学习了铸造知识， 掌握了铸造工艺设计流程，而且还提高了分析问题、解决问题的能力，使自己的专 业素质得到了进一步的锻炼和提升。这对我们的继续学习是一个很好的指导方向， 同时，通过课程设计，还使我们树立 正确的设计思想，培养实事求是、严肃认 真、高度负责的工作作风。最后，在

23、此特别要感谢彭老师和申老师对我们的感谢您们对我们的谆谆教诲以 及在精神方面给与的支持与鼓励，您们渊博的知识和丰富的经验也值得去认真学 习。同时也感谢班级同学们的相互支持， 与他们一起对一些问题的探讨和交流让 我开拓了思路， 也让我在课程设计时多了些轻松、愉快。参考文献：1 申荣华编.铸造工艺课程设计指导书Z.贵阳，自编参考书，20112 矫津毅编著.UG NX5基础设计与案例实践M.北京：机械工业出版社，20083 王文清，李魁盛. 铸造工艺学 M. 北京，机械工业出版社， 20024 李宏英编著.铸造工艺设计M.北京：机械工业出版社，20055 李魁盛，马顺龙等.典型铸件工艺设计实例M.北京，机械工业出版社，20086 中国机械工程学会铸造分会编.铸造手册5 （第2版）M.北京，机械工业出版社, 2004