毕业设计轮毂的铸造工艺及其热芯盒模具设计

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1、河南科技大学毕业设计（论文）轮毂的铸造工艺及其热芯盒模具设计摘 要随着社会的发展，机动车辆在生产和生活中的越来越广泛。轮毂是机动车辆中的重要部件，其壳体的结构及加工精度直接影响轮毂的正常工作，因此研究轮毂的加工方法和工艺的编制是十分必要和有意义的。本设计是对前轮毂零件进行铸造毛坯工艺设计。根据零件的使用条件、结构特点、生产批量，结合工厂现有设备等进行铸造工艺分析，确定了铸造方法、造型及造芯方法、凝固原则及浇注位置、分型面、砂箱中铸件数量、砂型数量等，完成了砂芯、浇注系统、冒口及冷铁、相关工装设备等设计。本设计采用壳芯盒法制芯，根据芯子的形状及重量选用763射芯机进行射芯，采用酚醛树脂砂作为制芯

2、材料。接着对壳芯盒本体进行设计，芯盒本体的设计主要包括芯盒的结构及分盒面的选择，射砂口的设计，芯盒材料的选择，芯盒中砂芯的数目，排气装置的设计以及芯盒顶出机构的设计。关键字：砂型铸造，工艺分析，工艺设计，壳芯工装设计The Casting Technology and Hot Core Box Mold Design of HubABSTRACTAlong with social development, motor vehicle used in production and life is increasingly wide. Hub is an important vehicle com

3、ponent and its interior structure and processing precision directly affect the hub normal work. Study hub cast processing methods and techniques of preparation is necessary and meaningful.This design is the casting technology design for front hub in vehicle. According to the application conditions,

4、structural features, production batch and existing equipment, it determines the method of casting, modeling, core making, solidification principles and pouring position, parting surface, the quantity of casting and mold etc. It completes the design of sand core, pouring system, riser, chill and rela

5、ted equipment etc.This design uses the shell core box making core. According to the shape and weight it choose 763 shoot core machine shoot core and use phenolic resin sand as the core making material. Then design the shell core box body, the core box body design mainly includes the core box structu

6、re and box surface selection, sand jetting port core box design, choice of materials, core box of sand core in number, exhaust design and installation of the core box lifting mechanism design.KEY WORDS：sand casting，technology analysis，technology design，Shell core fixture designI目 录前 言1第一章 铸造工艺设计21.1

7、 零件概述21.1.1 零件信息21.1.2 技术要求21.2 铸造工艺方案的确定31.2.1 造型、造芯方法及铸型种类的确定31.2.2 浇注位置和分型面的确定31.2.3 砂箱中铸件数目的确定61.3 工艺参数的选择61.3.1 铸造收缩率61.3.2 机械加工余量、铸件的尺寸和重量偏差71.3.3 拔模斜度的确定81.3.4 铸造圆角的确定81.3.5 最小铸出口及槽81.4 浇注系统的设计81.4.1 浇注系统的概述81.4.2 浇注系统类型的选择91.4.3 浇注系统的设计与计算101.4.4 出气孔的设计131.5 砂芯的设计131.5.1 砂芯的概述131.5.2 砂芯数量的确定

8、131.5.3 芯头的设计131.5.4 壳芯的制备141.6 冒口及冷铁的设计151.6.1 冒口的设计151.6.2 冷铁的设计15第二章 铸造工艺装备设计162.1 模板162.1.1 模样的设计162.1.2 模底板的设计162.2 壳芯工装设计172.2.1 壳芯的概述172.2.2 壳芯工艺172.2.3 壳芯盒的材料182.2.4 壳芯工装设计19结 论23参考文献24致 谢250前 言近年来，能源，环境和安全问题受到普遍关注，汽车行业尤为突出。减轻汽车自重是提高汽车燃油经济性、降低能耗、提高安全性能的重要措施之一。轮毂作为汽车一个重要部件，对汽车节能、环保、安全性、操控性都有重

9、要的影响，因此如何选材及加工成型，达到轻量化，意义深远。轮毂的材质分为铁轮毂、钢轮毂这两者在卡车和公交车用的较多；轿车普遍使用铝轮毂。优质轮毂包括以下基本条件：质量轻，价格低，表面质量高，易于成型；具有良好静力学、动力学以及耐腐蚀特性；具有良好的回转特性和导热特性；具有良好的回收能力，符合环保要求。所以完整的轮的铸造工艺的选择和选择直接应该后期的加工和使用，并通过设计轮毂铸造工艺，设计培养正确的设计思想方法、严谨的科学态度和良好得工作作风，树立自信心；培养运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及素质；培养自身获取信息和综合处理信息的能力，提高文字和语言表达能力。热芯盒法，是铸造生产中一种机

10、器制造型芯的方法，将铸造用砂、热固性树脂和催化剂混合成的砂料射入具有加热装置的芯盒中，加热到180250，使贴近芯盒表面的砂料受热，在温度作用下，其粘结剂在很短时间内即可缩聚而硬化，形成型芯，不须再进烘炉烘干，具有缩短生产周期等优点。而且，只要砂芯的表层有毫米结成硬壳即可自芯盒取出，中心部分的砂芯利用余热和硬化反应放出的热量可自行硬化，它为快速生产尺寸精度高的中、小砂芯（砂芯最大壁厚一般为5075mm）提供了一种非常有效的方法，特别适用于汽车、拖拉机或类似行业的铸件生产。第1章 铸造工艺设计 1.1 零件概述1.1.1 零件信息名称：前轮毂 材料：QT400-10外形尺寸：182165mm 质

11、量：6.24kg生产批量：成批大量成产。其零件示意图如下图1-1： 图1-1 零件示意图1.1.2 技术要求(1)硬度HB156-197;(2)未注明铸造抽模角3，圆角半径R5；(3)85Gc孔表面对72Gc孔表面的跳动允差为0.05；(4)对85Gc和72Gc共同中心线： 90D6表面跳动允差为0.15；100d7、110d7、132表面跳动允差为0.3；M、N端面跳动允差为0.08，P端面在R88处跳动允差为0.20，K端面跳动允差为0.20；(5)非加工表面初一拖拉机专用醇酸底漆，外表面在底漆上面涂一层醇酸磁化；(6)加工表面不得有夹渣、缩孔、缩松缺陷，非加工面不得有明显凹陷、缩孔、不允

12、许有焊补处理；(7)铸造收缩率为0.6%，未注起模斜度为2；(8)去飞边、毛刺、锐边。1.2 铸造工艺方案的确定1.2.1 造型、造芯方法及铸型种类的确定由于前轮毂生产批量为成批成产，铸件不大、结构不是很复杂，考虑到技术上的先进性与经济的合理性，所以确定其毛坯生产方法为普通砂型机器造型，砂型种类为湿型，芯盒设计为壳芯盒法。1.2.2 浇注位置和分型面的确定一、铸件浇注位置的确定凝固原则：由于球磨铸铁有较宽的共晶凝固温度范围，从而使铸件的凝固特性为糊状凝固，此外还有较大的共晶膨胀1。为此采取一些措施避免缩松缩孔，例如加大铸型刚度，增加石墨化膨胀的体积，这些措施可使铸件凝固时使石墨化膨胀所产生的巨

13、大的膨胀力作用于正在生长的共晶团，有效地消除共晶团间的间隙，从而消除共晶团间的微观缩松。浇注位置：为了保证铸件质量，必须把最重要的加工面在浇注时向下或直立状态。由零件的技术要求知道：72和85的圆表面光洁度要求高，内部安装轴承，尺寸精度比较高，因此，应将两圆柱面呈直立状态，同时从凝固的原则出发，将厚大部位放在上面。综合考虑结果：确定本件的浇注位置有两个方案，方案、方案II分别如图1-2、图1-3所示2。 图1-2 方案 图1-3 方案II 为了尽量减少砂芯的数量，并且有利于砂芯的定位、稳固、排气和检验方便。尽量避免砂芯吊在上箱或仅靠芯撑来固定。对于图2-1所示，需要两个砂芯，并且有一个砂芯吊在

14、上箱，故方案一不合理。而图2-2所示，仅需采取一个砂芯，故采取方案二。二、分型面的确定3此件可有三种分型面方案：方案：如图1-4所示可将铸件对称分布在两铸型内，模样易制作，但造型、下芯不方便，铸件内孔的精度不易保证，且为了保证浇注位置须将铸型翻转90，劳动量大。图1-4 方案方案II：如图1-5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是否均匀，砂型稳固，造型简单，但顶注不平稳，易产生冲砂，同时上箱小，下箱大，起模行程大。图1-5 方案方案III：如图1-6所示铸件大部分在同一铸型内，能够保证其尺寸精度，下芯也便于检查，同时满足合箱，浇注，冷却位置一致，采用侧浇，切向引入改

15、善了浇注时的充型不平稳，减少了冲击，防止了冲砂缺陷的产生，上、下箱相差不大，造型简单。图1-6 方案经过比较，综合考虑，为保证铸件质量，采用方案III较合理。1.2.3 砂箱中铸件数目的确定当铸件的造型方法、浇注位置和分型面确定以后，应当初步确定一箱中放几个铸件，作为进行浇冒口设计等的依据。一箱中的铸件数目，应该是在保证铸件质量的前提下越多越好。确定这个数目应注意以下情况：在大批量生产的条件下，在同一条流水线上，砂箱的种类不宜太多，一般都是一种到两种，这时就根据所设计铸件尺寸的大小考虑浇注系统的位置和必要的吃砂量，大致确定选用哪种砂箱和一箱中铸件的数目即可。但要考虑到机器造型流水线生产的特点，

16、如一箱中砂芯的数量不宜太多，以免影响各工序间的平衡4。由附录附表1-75查得ZB148A气动微震造型线所对应的砂箱最大内尺寸长宽高为800600250mm3。根据铸件重量6.24kg由表12-35查得其最小吃砂量各参数为：a=20mm，b=40mm，c=50mm，d=40mm，f=30mm，g=20mm，铸件轮廓为182165mm，因此砂箱中可放五个铸件。1.3 工艺参数的选择1.3.1 铸造收缩率根据实际生产情况，并参考表2-146，确定该件的收缩率为0.6%。1.3.2 机械加工余量、铸件的尺寸和重量偏差一、尺寸公差等级CT查表2-26，对于成批和大量生产的铸件，砂型机器造型的球磨铸铁的尺

17、寸公差等级CT取为9级。二、质量公差等级MT查表2-56，对于成批和大量生产的铸件，砂型机器造型的球磨铸铁的质量公差等级MT取为9级。 表1-1 各尺寸机械加工余量序号基本尺寸加工余量等级加工余量数值说明1182G3侧面，双侧加工2132G3侧面，双侧加工3110G3侧面，双侧加工4100G3侧面，单侧加工590H3孔、降一级双侧加工685H3孔、降一级双侧加工773H3孔、降一级双侧加工880H3孔，降一级双侧加工9100G3底面，双侧加工10102H4上表面降一级双侧加工11182G3底面，双侧加工12182H4上表面降一级双侧加工1375G2.5底面，双侧加工1463H3上表面降一级双侧

18、加工三、机械加工余量MA对于成批和大量生产的铸件，砂型机器造型的球磨铸铁的机械加工余量等级取为G级。查表2-87，并考虑实际情况，具体数值见如表1-1。1.3.3 拔模斜度的确定按零件图尺寸采用增加铸件厚度的方法，根据表1-238确定其拔模斜度为2。1.3.4 铸造圆角的确定按图纸要求一般情况下未注圆角取R5，其他圆角可根据零件尺寸大小适当取值，具体圆角大小见红蓝工艺图。1.3.5 最小铸出口及槽根据铸件厚度63-1000.335210.510775表1-3 压紧环、防压环、积砂槽和倒角6模样芯头直径efr63-1602321.5.4 壳芯的制备因壳芯机选用763造芯机，故为翻斗法制造壳型。其

19、翻斗法制造壳型工序为：模型预热到250300，喷涂分型剂；将模板至于翻斗上并固紧，翻斗转动180使覆膜砂落到模板上，保持1550s(常称结壳时间)，砂上树脂软化重熔，在砂粒间接触部位形成连接“桥”，将砂粒粘在一起，并沿模板形成一定厚度塑性状态的壳；翻斗复位，未起反应的覆膜砂仍旧落回翻斗中；对塑性薄壳继续加热3090s(常称烘烤时间)；顶出，即得壳厚为515mm壳型。1.6 冒口及冷铁的设计1.6.1 冒口的设计此铸件采用压边浇口式浇注系统，压边浇口以一条狭长的边与铸件相联，这条缝隙的宽度一般只有几毫米，太宽会在缝隙根部出现缩孔或缩松。其撇渣作用类似滤网，熔渣滞留在缝隙边缘和聚集在压边单元中。液

20、态合金冲型时都流经这条缝隙，其周围型砂被过热，故缝隙虽不宽，但不会很快冷凝，使压边浇口具有“热冒口”的优点。故压边浇口的作用为撇渣的作用以及冒口的作用。参考表5-275可知压边浇口的尺寸如下图1-15：1.6.2 冷铁的设计因铸件是小型件，冒口补缩能力和工艺出品率均符合规定，所以不需要再设置冷铁。图1-15 压边浇口的尺寸第2章 铸造工艺装备设计2.1 模板2.1.1 模样的设计模样是用于形成作兴的型腔，关系到铸件的形状和尺寸精度，铸件的模样是金属模。为了满足生产的要求，模样材料具有耐磨、有足够的强度和刚度，有一定的表面光洁度和加工精度，除此之外，还应当使用方便，制造简单，成本低，故选用ZL1

21、02。因模样尺寸较大，上、下模样都设计成空心的，以适应模样毛坯的铸造工艺性和减轻重量。上模样较小，壁厚取8毫米，内部只设一条加强筋；下模样尺寸较大，壁厚取10毫米，内设三条筋。选用上固定法，螺钉孔可以均匀分布而不必顾虑螺钉是否会和模底板下面筋条相碰，模底板钻螺孔时可利用模样当钻模进行配钻，安装时操作方便。但安装螺钉用的沉头座孔损坏了模样的工作表面，安装后必须填补。上、下模样都采用两个6定位销，故相应上、下模样都设计有两个定位销孔。模板装配简图如图2-1、图2-2所示。2.1.2 模底板的设计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。

22、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QT200。根据砂箱尺寸，造型机的要求，确定底板板面尺寸为850650，高度为80mm，设计的加强筋见上、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，为搬运方便，模底板上设置了四个吊轴。图2-1 上模板装配简图图2-2 下模样装配简图2.2 壳芯工装设计2.2.1 壳芯的概述壳芯与热芯比较，具有重量轻、节约芯砂。砂芯透气性好及铸件表面光洁等优点。其缺点是：硬化速度较慢；混砂工艺及设备复杂；粘结剂（酚醛树脂）成本高，目前来源较少；只适于制造形状较简单的砂芯，对于较复杂的砂芯，因棱角、拐弯

23、较多，结壳会不均匀，而结壳不均匀或壳芯的尺寸较大时，易被金属液体击穿等10。2.2.2 壳芯工艺为了保证铸件质量，要求壳芯具有足够的强度、表面光洁度、无变形、无裂纹缺陷等，而其中的关键因素是壳芯的强度，强度大小具体地反映在壳芯的壳层厚度上。在壳芯砂质量一定的前提下，壳层越厚，则强度越高，能承载高位金属液的压力作用而不破裂。但壳层过厚时，则不仅浪费砂芯，而且使结壳及硬化时间长，影响生产率。对于不同壁厚及重量的铸件，要求有不同的壳层厚度。在保证铸件质量的前提下，应选择最小的壳层厚度，一边节省材料，提高生产率。为了保证壳芯的质量，除了保证壳芯砂的质量之外，还必须选择合理的吹制工艺11。一、芯盒温度芯

24、盒温度是影响壳层厚度及强度的主要因素之一。选择合适的芯盒温度必须考虑到：保证壳芯砂中的树脂粘结剂软化及硬化所虚的足够热量；保证形成铸件所要求的壳层厚度，并且壳芯表面不焦化；力求减少结壳及硬化时间，以便提高生产率；保证分型剂不失去效能。芯盒温度高，则结壳及硬化时间可缩短，有利于提高生产率。但过高则砂芯表面易烧焦，表面强度就要下降。根据以上要求及壳芯用树脂粘结剂的硬化特点，芯盒温度一般选择在25028012。二、吹砂压力及时间吹砂压力及时间选择得当，是保证砂芯表面光洁，避免裂纹、变形和局部疏松等缺陷的重要因素。吹砂压力的大小应根据晒性能的形状及复杂程度而选择。在保证有足够的空气量，使芯砂能充填芯盒

25、的情况下，压力不宜选择过高，一般控制在1.53.5大气压，以免砂芯出现缩颈和跑砂现象。吹砂时间的长短关系到砂芯能否成型及其表面质量。吹砂时间过长，芯砂和气流在芯盒内翻滚而将已处于塑性状态的芯砂从壳层上剥落，造成结壳很薄，只有23毫米；而过短则使砂芯不能成型。吹砂时间一般控制在410秒左右为宜。三、结壳时间结壳时间的长短，取决于铸件的具体要求和芯盒温度的高低，同时与树脂的性能也有关。对于厚大铸件，要求壳层厚度大些，以免为金属液体所击穿，因而结壳时间相应要长些。芯盒温度高，则结壳时间可以缩短。生产中一般控制在当壳层厚度在8毫米时，结壳时间为3045秒13。2.2.3 壳芯盒的材料壳芯盒的工作条件较

26、恶劣，长时间在200以上工作，而且反复经受高速砂流的冲刷。所以，要求材料能耐热、导热性好、比热值大、耐磨、耐腐蚀，并在一定温度下，具有足够的强度、刚度等。此外，芯盒的材料应来源广泛，价格便宜，易于加工。根据上述这些要求，壳芯盒本体采用HT200，热处理要求：消除内应力处理，500550保温48小时；加热板采用HT200，热处理要求：消除内应力处理，500550保温48小时；顶芯板采用HT200，热处理要求：消除内应力处理，500550保温48小时；水冷吹砂板采用HT200，热处理要求：消除内应力处理，500550保温48小时；顶芯杆采用45，热处理要求：淬火，HRC5055；顶芯杆固定板采用4

27、5，热处理要求：45调质处理。2.2.4 壳芯工装设计1、 壳芯芯盒的结构此壳芯芯盒采用煤气加热的，则应注意煤气加热法的一些事项，即保证芯盒有均匀的壁厚；有适当的燃烧腔高度；所设置的加强筋不应分割燃烧腔；注意煤气管的布置，设置适当的进气及烟火逸出空洞等等。根据砂芯的大小来确定壳芯芯盒的壁厚。对于763翻斗式壳芯机，芯盒壁厚取2528毫米。壳芯芯盒作成整体式。其动、静芯盒图见图2-3、图2-4。图2-3 动芯盒结构图图2-4 静芯盒结构图二、吹砂口的设计覆膜砂进入芯盒的通道称之为吹砂口。为了保证砂芯获得满意的紧实度，有利于未硬化余砂的排出，减少芯砂修正工作量，吹砂口一般应开设在芯头处。吹砂口的位

28、置根据砂芯特点和要求，将吹砂口设置在大端芯头处，其吹砂量大、不宜窝藏余砂、圆角和尖角处结壳均匀，可较少芯盒排气面积，以检查壳芯内部缺陷。但是，这种吹砂口布置形式，对砂芯强度，防止砂型变形、防止浇注时吹砂口处炮火等会带来不良影响。常用吹砂口的形状有圆形、椭圆形、方形及长方形等。实际设计中，一般可按吹砂口处砂芯的几何形状选定。因砂芯为圆形，故选用圆形吹砂口。其形状及尺寸如下图2-514：图2-5 水冷吹砂板三、排气装置的设计为了确保砂芯能获得良好的紧实度，壳芯盒必须开设排气道，以排除芯盒内原来存留的气体和随砂芯进入芯盒的气体。由于薄壳制芯使用的砂芯压力较小，再加之覆膜砂流动性极好，因此，壳芯盒开设

29、的排气面积可小于热芯盒。壳芯盒排气装置的结构形式与热芯盒相同，亦选用排气槽、排气塞和顶芯杆间隙等三种形式。实际生产中，壳芯盒大多采用排气槽和顶芯杆加息排气装置。由于壳芯覆膜砂粒度较细，且流动性好，为防止喷砂，壳芯盒排气槽深度为0.20.3mm。排气槽开设在芯盒分盒面或镶块配合面上。其结构形式如下图2-6：图2-6 排气塞的结构及尺寸四、顶出机构的设计壳芯盒由动芯盒和静芯盒组成。顶芯机构一般设置于静芯盒。因此，在分盒面的选择，在动、静芯盒的安排上，必须采取与热芯盒相同的措施，即将形状复杂、起芯深度大的部分放在静芯盒；对称砂芯的分盒面向动芯盒便宜；减少静芯盒起芯斜度等，以确保开盒时砂芯停留在静芯盒

30、，然后借助顶芯机构将砂芯顶出。壳芯盒常用的顶出机构由顶芯杆、顶杆板和顶芯杆紧固装置等部分组成。顶杆板直接与壳芯机顶芯缸连接进行顶芯和复位的顶出机构可不设回位顶杆。其中顶芯杆、顶杆板、和顶芯杆紧固装置见图2-7、图2-8、图2-9和图2-1015。图2-7 顶芯杆1结构图图2-8 顶芯杆2结构图图2-9 顶杆板结构图图2-10 顶芯杆紧固装置结构图结 论通过对本铸件的铸造工艺设计分析以及工装设备的设计，合理确定了铸造方法、造型及造芯方法、凝固原则及浇注位置、分型面、砂箱中铸件数量、砂型数量等，完成了砂芯、浇注系统、冒口及冷铁、相关工装设备等设计。得到的轮毂QT组织细密，性能优良并满足了铸件的技术

31、要求。参考文献1 卢文华，李隆盛，黄良余.铸造合金及其熔炼.北京：机械工业出版社.2011：52-722威华胜.铸造工艺基础.北京：机械工业出版社.2002：94-1293 杜西灵，杜磊.铸造实用技术问答.北京：机械工业出版社.2007:33-784 于顺阳.现代铸造设计与生产实用新工艺、新技术、新标准.北京：当代中国音像出版社.2005:77-5825 各院校联合编写组.砂型铸造工艺及工装设计.北京：北京出版社.1980：54536 叶荣茂.铸造工艺简明手册.北京：机械工业出版社.1996：19-317 叶荣茂，吴维冈，高景艳.铸造工艺课程设计手册.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.1995：1

32、-1388李魁盛，马顺龙，王怀林.典型铸造工艺设计实例.北京：机械工业出版社.2008：1-1269王文清，李魁盛.铸造工艺学.北京：机械工业出版社.2010.249-28910铸造工业装备设计手册编写组.铸造工业装备设计手册.北京：机械工业出版社.1989：247-25911柳百成，黄天佑.中国材料工程大典第18 卷(上)材料铸造成形工程.北京:化学工业出版社.2006：890-90512陈允南.热芯盒射芯.浙江：同济大学出版社.1985:205-24613万仁方，黄乃瑜.中国模具设计大典第5卷. 江西.江西科学技术出版社.2006：171-20014一拖工材所铸模科.铸模设计手册.洛阳.671-6-00-671-6-2915中国机械工程学会铸造分会编.铸造手册第5卷.北京：机械工业出版社.2003：598-605 致 谢经过三个多月的努力，毕业设计已经接近尾声，四年的大学生活亦将结束。这次毕业设计，是对自己大学期间学习成效的一次综合检测。本论文的顺利完成，离不开老师和同学们的帮助，尤其是XX老师对我的指导。XX老师严谨的工作作风，渊博的学识，丰富的实践经验令我钦佩不已。此间我多次遇到一些棘手问题，大多数也都是在XX老师的悉心指导下才得以解决的。在此向XX老师和所有其他所有关心指导过我的老师及同学表示衷心的感谢！24