泵体铸造工艺设计
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泵体铸造工艺设计铸 造 工 艺 卡 卡片编号HT200共1页 第1页产品名称泵体每台件数1浇冒口重零件图号A3每型件数1每型金属液零件名称右端盖净 重31.2kg活块数0材 质HT-200毛 重31.5kg芯 盒 数1准备 砂 箱砂芯数量2个上箱700mm500mm200mm1#芯盒下箱700mm500mm200mm2#芯盒备 砂型 砂呋喃树脂砂芯 砂磷酸盐粘接剂砂涂料醇基涂料粉造 芯设 备震动落砂机硬化方法CO2造 型设 备震动落砂机硬化方法自硬易割冒口数0直浇道尺寸9.2横浇道尺寸8.8内浇道尺寸8直浇道数量1横浇道数量2内浇道数量4合 箱合箱至浇注时间 24h浇注温度1420开箱时间3h工艺要求要求及操作要点:1.铸件不得有气孔、缩松、裂纹等铸造缺陷。2.铸件需时效处理。3.未注铸造圆角R2-3。 佳木斯大学佳木斯大学Jiamusi University学生姓名:冯苑琪学生姓名:冯苑琪学学 号:号:17080140203指导教师:孙建波指导教师:孙建波 老师老师泵体铸造工艺设计泵体铸造工艺设计20202020秋材料成型及控制工程专业秋材料成型及控制工程专业铸造工艺设计答辩铸造工艺设计答辩目录目录佳木斯大学佳木斯大学铸造工艺参数铸造工艺参数3 3零件分析零件分析1 1铸造工艺方案分析铸造工艺方案分析2 2浇注系统设计浇注系统设计4 4冒口与冷铁设计冒口与冷铁设计5 5目录目录佳木斯大学佳木斯大学合箱图合箱图8 8铸造工艺图铸造工艺图6 6工艺出品率工艺出品率7 7 1 1 零件分析零件分析佳木斯大学佳木斯大学1.1 零件结构信息零件结构信息 泵体底面方形与半圆形组成的泵体空腔,顶部为圆柱形接口,所有螺丝孔以及螺丝过孔沉头孔均需机械加工。1 1 零件分析零件分析佳木斯大学佳木斯大学1.2 技术要求技术要求 本次设计的泵体零件材质为HT200,最小抗拉强度为200MPa,布氏硬度为163241HBW,伸长率0.30.8%抗弯强度为400 MPa,抗压强度为600800 MPa,抗剪强度为248 MPa1,满足大多数泵体、泵体零件的机械性能要求。技术要求:1.铸件不得有气孔、缩松、裂纹等铸造缺陷。2.铸件需时效处理。3.未注铸造圆角R2-3。6.非加工的外表面涂以铁红纯配底漆。灰铸铁具有良好的铸造性能1,材质为灰铁的铸件毛坯一般采用铸造方式获得,本次设计采用砂型铸造,手工造型,一箱两件生产该件。1 1 零件分析零件分析佳木斯大学佳木斯大学1.3 泵体三维图泵体三维图 为了便于分析直观,依据泵体的零件二维图纸,建立泵体的三维零件。2 2 铸造工艺方案分析铸造工艺方案分析佳木斯大学佳木斯大学2.1 造型方法、造芯方法的选择造型方法、造芯方法的选择根据手工造型和机器造型的特点,选择手工造型。2.2 铸造方法的选择铸造方法的选择根据零件的各参数,对照表格中的项目比较,选择砂型铸造。2.3 铸型种类的选择铸型种类的选择根据铸型的特点和应用情况选用自硬砂。2.4 铸件浇注位置的确定铸件浇注位置的确定铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。浇注位置是根据铸件的结构特点、尺寸、重量、技术要求、铸造合金特铸造方法以及生产车间的条件决定的。正确的浇注位置能保证获得健全的铸件,并使造型、制芯和清理方便。综合上述原则,考虑到泵体零件结构特点,泵体适合采用顶部、中间、底部浇注。2 2 铸造工艺方案分析铸造工艺方案分析佳木斯大学佳木斯大学2.5 分型面的选择分型面的选择铸造分型面是指铸型组元间的接合面,分型面的选择应尽量与浇注位置一致,尽量使两者协调起来,使铸造工艺简单,并易于保证铸件质量。浇注位置往往同分型面的选择密切相关,所以二者相互影响,为了便于充分考虑二者的相互关联的关系,泵体零件可有以下两种分型方案。分型方案一:以泵体零件整体结构中,最大的投影轮廓做平直做分型面,一个两个水平分型面,将铸件完全置于上、中、下箱,采用三箱造型,顶部、底部浇注系统适合此分型方案。2 2 铸造工艺方案分析铸造工艺方案分析佳木斯大学佳木斯大学2.5 分型面的选择分型面的选择 分型方案二:将以泵体零件中心对称平面做分型面,将铸件完全置于上、下箱之间,采用两箱造型,中间浇注形式适合方案。2 2 铸造工艺方案分析铸造工艺方案分析佳木斯大学佳木斯大学2.5 分型面的选择分型面的选择 分型方案一的优点是分型面平直,但是三箱造型容易产生错箱,影响铸件质量外观,严重错箱可造成铸件产品报废。三箱造型在生产中劳动强度相比两箱造型要重,不便于生产。分型方案二缺点是将方案一中垂直砂芯变为方案二的水平砂芯。方案二的优点相对于方案一而言,采用两箱造型,避免了方案一中错箱一级生产劳动强度大的问题。综合比较,方案二较为合理,故本次设计分型方案选择分型方案二进行分型分型,采用中间浇注系统。3 3 铸造工艺参数铸造工艺参数 3.1 收缩率的确定收缩率的确定 铸件线收缩率又称铸件收缩率或者铸造收缩率,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,即支撑座材质为HT200,对应的收缩率为1%。佳木斯大学佳木斯大学3 3 铸造工艺参数铸造工艺参数 3.2 灰铁铸出孔大小确定灰铁铸出孔大小确定 该泵体为成批生产,依据表可得,灰铸铁不铸出孔直径可知,零件图中孔直径小于30的孔不铸出所有螺纹孔以及螺丝沉头窝以及螺丝过孔为后续机械加工,也不铸出。佳木斯大学佳木斯大学生产批量不铸出孔直径大量生产1215成批生产1530单件或小批生产30503 3 铸造工艺参数铸造工艺参数 3.3 加工量确定加工量确定铸件上的机械加工余量是铸件上要用机械加工的方法切去的金属层厚度。加工余量不足,会使铸件因加工表面上残存黑皮和表层缺陷而报废;加工余量太大,会增加机械加工的工作量,且浪费金属材料,从而增加了生产成本,有时还会因截面变厚,热节变大,使铸件晶粒粗大,力学性能降低。铸件的机械加工余量可以用查表的方法确定。铸件切削加工余量等级常常和铸件尺寸公差等级配套确定。铸件公差等级为CT12该刹车支架的加工等级为F级。泵体底面圆整取加工量5.0mm泵体上端面圆整取加工量4.0mm泵体的上端面轴孔尺寸为:144X30,基本尺寸144,加工量为3.5mm。泵体两个36X54、36X48孔加工量为2.0mm。佳木斯大学佳木斯大学3 3 铸造工艺参数铸造工艺参数 3.4 起模斜度起模斜度 为了使模样(或芯)易于从砂型(或芯盒)中取出(砂型铸造),或者从铸型中取出铸件(金属型铸造),铸件垂直分型面的表面要留有起模斜度(也称拔模斜度)。铸造斜度可以用不同的方法形成,起模斜度可采取增加铸件壁厚、增减铸件壁厚或者减小铸件壁厚的方法来形成。在铸件上添加起模斜度,原则上不应超过铸件的壁厚工差要求。佳木斯大学佳木斯大学3 3 铸造工艺参数铸造工艺参数 3.4 起模斜度起模斜度该泵体零件垂直分型面的高度大于40不超过100mm的,采用金属模样造型,中间浇注,分型面在泵体中中间对称面上,依据表起模斜度(JB/T 5105-1991)以及表铸件尺寸公差数值(摘自GB/T6414-1999),综合比较,为了使脱模顺利,增大起模斜度,采用增减壁厚方式,选取金属模样的起模角度为0.5,即每个垂直分型面的侧面均加起模斜度为0.5。佳木斯大学佳木斯大学3 3 铸造工艺参数铸造工艺参数 3.5 砂芯设计砂芯设计 泵体砂芯图佳木斯大学佳木斯大学3 3 铸造工艺参数铸造工艺参数 3.6 吃砂量确定吃砂量确定 模样与砂箱、箱顶、箱底和箱带之间的距离称为吃沙量。由前文可知泵体单件重量为31.2Kg,依据表按重量确定吃砂量表,可确定吃沙量最小尺寸为a=70mm,b=70mm,c=50mm,d=50mm,e=60mm,f=40mm。实际选取数值略比该值大,可充分考虑现有模板及砂箱标准尺寸。佳木斯大学佳木斯大学铸件重量件重量/kgabcdef1000040506070901001201502002502753003504004050607090100120150200250275300350400304040505060709010012515017520025030405050607080901001251501752002503040506070100303030405060701201502002252502502504.1 4.1 浇注时间确定浇注时间确定 泵体铸件单件重量为31.2Kg。由于该件为一箱两件生产的砂型铸造生产形式,依据铸铁件工艺出品率参照成批量生产,确定浇注过程中的总体金属液重量,浇冒占比为20%,则浇注时所需金属液总质量为31.2X2/(1-20%)=78Kg。对于重量小于450Kg的形状复杂的薄壁铸铁件,其浇注时间可按经验公式计算浇注时间:=2.2 =19.43S4 4 浇注系统设计浇注系统设计4.2 4.2 浇注系统的阻流截面积计算浇注系统的阻流截面积计算 浇注系统常用的分类有两种:根据浇注系统个单元断面的比例关系,可分为封闭式、半封闭式、开放式、封闭开放式等4种类型;根据内浇道在铸件上的相对位置(引入位置),可分为顶注式、中注式、底注式和阶梯注入式等4种类型。本次支撑座浇注系统设计采用封闭浇注系统、顶注式,查表5-3浇注系统各单元断面比例及其应用,因为该支撑座为中、小型灰铁件砂型铸造,故选择浇注系统的断面比关系为:=1:1.1:1.15。最终确定各浇道截面尺寸如下图浇道截面尺寸所示。4 4 浇注系统设计浇注系统设计5冒口与冷铁设计冒口与冷铁设计 灰铸铁和球磨铸铁在凝固过程中都析出石墨并伴随相变膨胀,有一定的自补缩能力,因而缩松、缩孔的倾向小性较铸钢件小。铸铁件的补缩应以浇注系统后补缩(浇注系统在完成教主以后,对铸件的补缩,称为后补缩)和石墨化膨胀自补缩为基础,只是由于铸件本身结构、合金成分、冷却条件等原因,不能建立足够的后补缩和自补缩的情况下才应用冒口,一个需要设置冒口补缩的铸件,也必须利用后补缩和自补缩,冒口仅是补充后补和自补不足的差额。本次泵体不设计冒口。6铸造工艺图铸造工艺图 由前文铸造工艺参数选取以及吃砂量的确定,因为一箱两件生产该泵体,可确定铸造工艺排布图,泵体的铸造工艺图如图泵体铸造工艺图所示,将两个#2号砂芯合并为一个大的砂芯,同时能放在两个泵体铸型内。7工艺出品率工艺出品率 依据铸造工艺图,建立三维铸件以及浇注系统三维如图泵体铸件及浇注系统三维图所示,通过软件分析各部分质量,一箱两件,单个铸件质量为31.2Kg,浇注系统质量为5.2Kg,则工艺出品率为:31.2X2/(31.2X2+5.2)100%=92%8合箱图合箱图 泵体的合箱图8合箱图合箱图 泵体的上模板装配图8合箱图合箱图 芯盒装配图佳木斯大学佳木斯大学 佳木斯大学佳木斯大学Jiamusi University铸造工艺课程设计说明书设计题目泵体铸造工艺设计学 院年 级专 业学生姓名学 号指导教师铸造工艺课程设计说明书I目目 录录1 前前 言言 .11.1 本设计的目的、意义.11.1.1 本设计的目的 .11.1.2 本设计的意义 .11.2 本设计的技术要求.11.3 本课题的发展现状.11.4 本领域存在的问题.22 零件分析零件分析 .32.1 零件结构分析.32.2 技术要求.33 铸造工艺方案分析铸造工艺方案分析 .53.1 造型方法、造芯方法的选择.53.2 铸造方法的选择.53.3 铸型种类的选择.53.4 铸件浇注位置的确定.53.5 分型面的选择.64 铸造工艺参数铸造工艺参数 .84.1 收缩率确定.84.2 灰铁铸出孔大小确定.84.3 加工量确定.94.4 起模斜度.12铸造工艺课程设计说明书II4.5 砂芯设计.134.6 吃沙量确定.155 浇注系统设计浇注系统设计 .175.1 浇注时间确定.175.2 浇注系统的阻流截面积计算.186 冒口与冷铁设计冒口与冷铁设计 .247 铸造工艺图铸造工艺图 .258 工艺出品率工艺出品率 .269 合箱图合箱图 .2710 结结 论论 .31致致 谢谢 .32参参 考考 文文 献献 .33铸造工艺课程设计说明书III铸造工艺课程设计说明书11 前 言1.1 本设计的目的、意义1.1.1 本设计的目的本次课程设计的目的就是将课程的理论知识应用到电阻炉设计的实验中去,理论与实践相结合,学生经过在学校三年多的系统学习,已经对专业所含的课本知识有了一定的了解,但是却没有经过对专业内容进行整合式的训练,学生对专业知识的理解只局限于课本内的知识,但是缺乏变通,在以后的工作中会遇到很多问题。通过此次设计,对泵体有了更深刻的了解。1.1.2 本设计的意义培养综合运用所学的知识独立分析和解决问题的能力,了解如何进行计算、设备工程图绘制,以及查阅手册和设计资料,熟悉标准和规范等;对思维开拓以及以后的工作和学习奠定基础。并通过本次设计增强了理论与实践相结合的能力,加强了动手动脑能力和逻辑思维能力,为今后的实验工作奠定了基础,积累了丰富的经验。1.2 本设计的技术要求1.铸件不得有气孔、缩松、裂纹等铸造缺陷。2.铸件需时效处理。1.3 本课题的发展现状国内的泵的设计和制造基本上还是遵守金属思想,即采用不锈钢、碳钢材料作为主要的泵体材料,面对 高腐蚀、强冲刷的环境,就需要高镍合金,甚至采用钛、锆、钽等优良的耐腐蚀材料,这些稀有金属材料价格昂贵且价格浮动大,并且制造成本高和制造工艺复杂等原因造成此类泵的价格昂贵,一 般几万到几百万不等,也就造成了此类泵的采铸造工艺课程设计说明书2购成本高。伴随着国际先进泵体研究的发展和新材质泵体的应用,国内 科研机构借鉴西方发达国家对泵体研究的发展思路,开始 研制表面 粘贴或焊接耐磨材料,如无机非金 属材料如陶瓷、玻璃钢、石墨和碳素制品以及合成有机高分子材料如塑料、玻璃纤 维或碳纤维增强的工程塑料等。1.4 本领域存在的问题铸造行业仍然存在大量落后产能,多数领域产能过剩加剧,少数领域关键铸造件尚不能满足主机要求,质量和品牌意识不强,粗放式发展方式没有根本转变。铸造行业标准体系不适应市场经济运行下的需求,职业教育与培训体质不适应行业发展的需要。铸造工艺课程设计说明书32 零件分析2.1 零件结构分析泵体零件的结构如下图 2-1 泵体零件图所示,泵体底面方形与半圆形组成的泵体空腔,顶部为圆柱形接口,所有螺丝孔以及螺丝过孔沉头孔均需机械加工。图 2-1 泵体零件图2.2 技术要求本次设计的泵体零件材质为 HT200,最小抗拉强度为 200MPa,布氏硬度为163241HBW,伸长率 0.30.8%抗弯强度为 400 MPa,抗压强度为 600800 MPa,抗剪强度为 248 MPa1,满足大多数泵体、泵体零件的机械性能要求。技术要求:1.铸件不得有气孔、缩松、裂纹等铸造缺陷。铸造工艺课程设计说明书42.铸件需时效处理。3.未注铸造圆角 R2-3。6.非加工的外表面涂以铁红纯配底漆。灰铸铁具有良好的铸造性能1,材质为灰铁的铸件毛坯一般采用铸造方式获得,本次设计采用砂型铸造,手工造型,一箱两件生产该件。为了便于分析直观,依据泵体的零件二维图纸,建立泵体的三维零件如下图 2-2 泵体三维零件图所示。 图 2-2 泵体三维零件图铸造工艺课程设计说明书53 铸造工艺方案分析铸造工艺包括:造型方法、造芯方法、铸造方法及铸型种类的选择。3.1 造型方法、造芯方法的选择根据手工造型和机器造型的特点,选择手工造型。3.2 铸造方法的选择根据零件的各参数,对照表格中的项目比较,选择砂型铸造。3.3 铸型种类的选择根据铸型的特点和应用情况选用自硬砂。3.4 铸件浇注位置的确定铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。浇注位置是根据铸件的结构特点、尺寸、重量、技术要求、铸造合金特铸造方法以及生产车间的条件决定的。正确的浇注位置能保证获得健全的铸件,并使造型、制芯和清理方便。浇注位置选择一般遵循以下原则2:1)铸件最重要的部分或交大平面朝下。2)铸型的防止应有利于砂芯的定位与稳固支撑。3)当铸件需要冒口补缩时,最好使补缩部位处于铸件的上部。4)为避免铸件薄壁部分浇不足,浇注使,薄壁部分营放在下边或立放或斜放。5)铸型的放置应有利于在浇注时,砂型和砂芯排气。6)对于平板类铸件,为了防止夹砂,可以倾斜放置,同时也有利于排气,也可减少铁水对铸型的冲刷力。铸造工艺课程设计说明书67)应尽量使砂芯全部或者主要部分位于下型,并尽量少用吊芯。8)应使下芯,合箱方便,便于检查型腔尺寸。综合上述原则,考虑到泵体零件结构特点,泵体适合采用顶部、中间、底部浇注。3.5 分型面的选择铸造分型面是指铸型组元间的接合面,分型面的选择应尽量与浇注位置一致,尽量使两者协调起来,使铸造工艺简单,并易于保证铸件质量2。浇注位置往往同分型面的选择密切相关,所以二者相互影响,为了便于充分考虑二者的相互关联的关系,泵体零件可有以下两种分型方案。分型方案一:以泵体零件整体结构中,最大的投影轮廓做平直做分型面,一个两个水平分型面,将铸件完全置于上、中、下箱,采用三箱造型,顶部、底部浇注系统适合此分型方案,该分型方案如图 3-1 分型方案一。图 3-1 分型方案一分型方案一的优点是分型面平直,但是三箱造型容易产生错箱,影响铸件质量外观,严重错箱可造成铸件产品报废。三箱造型在生产中劳动强度相比两箱造型要重,不便于铸造工艺课程设计说明书7生产。分型方案二:将以泵体零件中心对称平面做分型面,将铸件完全置于上、下箱之间,采用两箱造型,中间浇注形式适合方案,该分型方案如图 3-2 分型方案二所示。图 3-2 分型方案二分型方案二缺点是将方案一中垂直砂芯变为方案二的水平砂芯。方案二的优点相对于方案一而言,采用两箱造型,避免了方案一中错箱一级生产劳动强度大的问题。综合比较,方案二较为合理,故本次设计分型方案选择分型方案二进行分型分型,采用中间浇注系统。铸造工艺课程设计说明书84 铸造工艺参数4.1 收缩率确定铸件线收缩率又称铸件收缩率或者铸造收缩率,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,即 =1 21 100%式中摸样长度,铸件长度。12由表 4-1 灰铁自由收缩率1,可知支撑座材质为 HT200,对应的收缩率为 1%。表 4-1 灰铁收缩率HT100,HT150,HT200灰铸铁牌号小中件中大件特大件HT250HT300HT350自由线收缩率(%)铸造收缩率(受阻收缩率(%)0.91.10.81.00.81.00.70.90.70.90.60.80.91.10.70.91.51.04.2 灰铁铸出孔大小确定该泵体为成批生产,依据表 4-2 灰铸铁不铸出孔直径可知,零件图中孔直径小于 30的孔不铸出;所有螺纹孔以及螺丝沉头窝以及螺丝过孔为后续机械加工,也不铸出。表 4-2 灰铸铁件不铸出孔直径 (单位 mm)生产批量不铸出孔直径铸造工艺课程设计说明书9大量生产1215成批生产1530单件或小批生产30504.3 加工量确定铸件上的机械加工余量是铸件上要用机械加工的方法切去的金属层厚度。加工余量不足,会使铸件因加工表面上残存黑皮和表层缺陷而报废;加工余量太大,会增加机械加工的工作量,且浪费金属材料,从而增加了生产成本,有时还会因截面变厚,热节变大,使铸件晶粒粗大,力学性能降低。铸件的机械加工余量可以用查表的方法确定。铸件切削加工余量等级常常和铸件尺寸公差等级配套确定。铸件尺寸公差的代号用字母 CT 表示2。尺寸公差等级分为 16 级。泵体为砂型铸造手工造型批量生产,依据表 4-3 成批和大批量生产铸件的尺寸公差等级(摘自 GB/T6414-1999)选用铸件公差等级为 CT12(GB/T 6414-1999-CT12)。表 4-3 成批和大批量生产铸件的尺寸公差等级(摘自 GB/T6414-1999)公差等级 CT铸 件 材 料方法钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金锌合金轻金属合金镍基合金钴基合金砂型铸造手工造型11141114111411141013101391211141114砂型铸造机器造型和壳型81281281281081081079812812金属型铸造(重力铸造或者低压铸造)8108108108107979压力铸造684647水玻璃79797958587979熔模铸造硅溶胶46464646464646注1 表中所列处的公差等级时至在大批量生产、且影响铸件尺寸精度的生产因素已得到充分改进时铸件通常能够达到的公差等级。2 本标准还适用于本表未列出的由铸造厂和采购方之间协议商定的工艺和材料。铸造工艺课程设计说明书10铸件切削加工余量的代号用字母 MA 表示。切削加工余量等级由精到粗分为A、B、C、D、E、F、G、H、J 共 9 个等级2。成批量生产的铸件加工余量等级按表表 4-4 毛坯铸件典型的机械加工余量等级选取该泵体的加工等级为 F 级。表 4-4 毛坯铸件典型的机械加工余量等级要求的机械加工余量等级铸件材质方法铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金锌合金轻金属合金镍基合金钴基合金砂型铸造手工造型GKFHFHFHFHFHFHGKGK砂型铸造机器造型和壳型EHEGEGEGEGEGEGFHFH压力铸造DFDFDFDFDFDF熔模铸造EEEEEEE泵体的底面尺寸为:282X240X60,基本尺寸 282,查表 4-5 铸件尺寸公差数值(摘自 GB/T6414-1999)CT12 公差值为 9,位于浇注位置的底 面,查 4-6 要求的铸件加工余量(RMF) (摘自 GB/T6414-1999)加工余量等级 RMA(F)对应数值为 2.5,泵体端面的加工量为:9/4+2.5=4.75,圆整取加工量为 5.0mm。表 4-5 铸件尺寸公差数值(摘自 GB/T6414-1999) (单位:mm)毛坯铸件基本尺寸铸件尺寸公差等级 CT1)大于至123456789101112132)142)152)162)铸造工艺课程设计说明书113)100.090.130.180.260.360.520.7411.522.84.210160.10.140.20.280.380.540.781.11.62.23.04.416250.110.150.220.300.420.580.821.21.72.43.24.668101225400.120.170.240.320.460.640.91.31.82.63.6579111440630.130.170.240.360.500.7011.422.845.68101216631000.140.180.260.400.560.781.11.62.23.24.4691114181001600.150.200.280.440.620.881.21.82.53.657101216201602500.220.300.500.7211.422.845.68111418222504000.240.340.560.781.11.62.23.24.46.29121620254006300.400.640.91.21.82.63.657101418222863010000.7211.422.84681116202532100016000.801.11.62.23.24.6791318232937160025002.63.85.48101521263342250040004.46.291217243038494000630071014202835445663001000011162332405064铸造工艺课程设计说明书121)在等级 CT1CT15 中对壁厚采用粗一级公差(见第 7 章)2)对于不超过 16mm 的尺寸,不采用 CT13CT16 的一般公差,对于这些尺寸应标注个别公差。3)等级 CT16 仅适用于一般公差规定为 CT15 的壁厚。泵体的上端面尺寸为:204X204X45,基本尺寸 204,查表 4-5 铸件尺寸公差数值(摘自 GB/T6414-1999)CT12 公差值为 8,位于浇注位置的底 面,查 4-6 要求的铸件加工余量(RMF) (摘自 GB/T6414-1999)加工余量等级 RMA(F)对应数值为 2,泵体上端面的加工量为:8/4+2=4,圆整取加工量为 4.0mm。4-6 要求的铸件加工余量(RMA) (摘自 GB/T6414-1999) (单位:mm)最大尺寸1)要求的机械加工余量等级大于至ABCDEFGHJK400.10.10.20.30.40.50.50.711.440630.10.20.30.30.40.50.711.42631000.20.30.40.50.711.422.841001600.30.40.50.81.11.52.23461602500.30.50.711.422.845.582504000.40.70.91.31.42.53.557104006300.50.81.11.52.234691263010000.60.91.21.82.53.5571014100016000.711.422.845.581116160025000.81.11.62.23.24.5691418250040000.91.31.82.53.5571014204000630011.422.845.581116226300100001.11.52.234.5691217241)最终机械加工后铸件的最大轮廓尺寸。2)等级 A 和 B 仅用于特殊场合,例如,在采购方与铸造厂已就加持面或者基准目标商定模样装备、铸造工艺和机械工艺的成批上产情况下。铸造工艺课程设计说明书13泵体的上端面轴孔尺寸为:144X30,基本尺寸 144,加工量为 3.5mm。泵体两个36X54、36X48 孔加工量为 2.0mm。4.4 起模斜度为了使模样(或芯)易于从砂型(或芯盒)中取出(砂型铸造),或者从铸型中取出铸件(金属型铸造),铸件垂直分型面的表面要留有起模斜度(也称拔模斜度)。铸造斜度可以用不同的方法形成,起模斜度可采取增加铸件壁厚(如图 4-1 中图 1)、增减铸件壁厚(如图4-1 中图 2)或者减小铸件壁厚(如图 4-1 中图 3)的方法来形成。图 4-1在铸件上添加起模斜度,原则上不应超过铸件的壁厚工差要求。铸件的起模斜度值参考 4-7 起模斜度(JB/T 5105-1991)。表 4-7 起模斜度 (摘自 JB/T 5015-1991)起模斜度金属模样、塑料模样木模样测量面高度 HmmAA mmAA mm103300.64000.810401501.42051.6铸造工艺课程设计说明书14401000501.60551.61001600351.60402.01602500302.20352.62504000303.60354.24006300254.60305.663010000205.80257.41000160002511.61600250002518.22500025该泵体零件垂直分型面的高度大于 40 不超过 100mm 的,采用金属模样造型,中间浇注,分型面在泵体中中间对称面上,依据表 4-7 起模斜度(JB/T 5105-1991)以及表 4-5铸件尺寸公差数值(摘自 GB/T6414-1999),综合比较,为了使脱模顺利,增大起模斜度,采用增减壁厚方式,选取金属模样的起模角度为 0.5,即每个垂直分型面的侧面均加起模斜度为 0.5。根据以上结果,最终确定泵体铸件三维图如图 4-2 泵体铸件三维图,通过软件计算该泵体铸件质量为 31.2kg。铸造工艺课程设计说明书15 图 4-2 泵体零件三维图4.5 砂芯设计依据前文分析,泵体上下段口部需要设计水平砂芯,其中小端水平砂芯尺寸为137X30.5,大端砂芯平均尺寸为 192,长度为 89。查表 4-8 水平芯头的长度 l 1,设计水平砂芯心头长度,砂芯尺寸为 137X30.5 的水平砂芯心头长度为 35;大端平均尺寸为 192,长度为 89 的砂芯心头长度为 45。表 4-8 水平芯头的长度 l (单位:mm)D 或者(A+B)/2L2526505110010115015120020130030140040150050170070110001001150015012000200010020253530403545405050706080101200253530403545455550706080709080100201400354540605070608070908010090100铸造工艺课程设计说明书164016004060507060807090801009011010012012014013015060180060807090801009011010012011013013015014016015017080110008010090110100120110130120140130150150170160180180200100115009011010012011013012014013015014016016018018020020022022026015012000110130120140140160150170160180180200200220220240260300200125001301501501701601801802002002202202402402602603003003602500180200200220220240240260260280280320320360360400查表 4-9 水平芯头的斜度及间隙,设计两个水平砂芯雨芯头座之间的间隙,小端水平砂芯尺寸为 137X30.5,间隙值为:S1=1.0,S2=1.5,S3=2.0。大端平均尺寸为 192,长度为 89 砂芯的间隙值为:S1=1.0,S2=1.5,S3=2.0。表 4-9 水平芯头的斜度及间隙 (单位:mm)D 或者(A+B)/25051100101150151200201300301400401500501700701 10001001150015012000200010.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.021.01.51.51.52.02.03.03.04.04.04.54.5湿型31.52.02.02.03.03.04.04.05.05.06.06.011.01.51.51.52.02.02.52.53.03.04.05.021.52.02.03.03.04.04.05.05.06.08.010.0干型320.3.03.04.04.06.06.08.08.09.010.012.0铸造工艺课程设计说明书17最终完成泵体砂芯设计如图 4-8 泵体砂芯图所示。图 4-3 泵体砂芯图4.6 吃砂量确定模样与砂箱、箱顶、箱底和箱带之间的距离称为吃沙量。由前文可知泵体单件重量为 31.2Kg,依据表 4-10 按重量确定吃砂量表,可确定吃沙量最小尺寸为a=70mm,b=70mm,c=50mm,d=50mm,e=60mm, f=40mm。实际选取数值略比该值大,可充分考虑现有模板及砂箱标准尺寸。铸造工艺课程设计说明书18表 4-10 按铸件重量确定的吃沙量 (单位 mm)铸件重量/kgabcdef100004050607090100120150200250275300350400405060709010012015020025027530035040030404050506070901001251501752002503040505060708090100125150175200250304050607010030303040506070120150200225250250250铸造工艺课程设计说明书195 浇注系统设计5.1 浇注时间确定泵体铸件单件重量为 31.2Kg。由于该件为一箱两件生产的砂型铸造生产形式,依据铸铁件工艺出品率参照成批量生产,确定浇注过程中的总体金属液重量,浇冒占比为 20%,则浇注时所需金属液总质量为 31.2X2/(1-20%)=78Kg。工艺出品率 =铸件重量铸件重量 + 浇冒口重量 100%表 5-1 铸铁件工艺出品率(%)铸件重量/Kg大量流水生产成批量生产单件小批生产100085908090对于重量小于 450Kg 的形状复杂的薄壁铸铁件,其浇注时间可按经验公式(4-1)计算 (4-1) =SGL式中 浇注时间(s);t 型内金属液总重量,包含浇冒口系统重量(Kg); GL系数,取决于逐渐壁厚,可由表 5-2 系数 和铸件壁厚 的关系查出。S S 表中壁厚 指铸件的主要壁厚,对实心体铸件取壁厚(为铸件的当量厚度)= 2EE 铸件的体积/铸件的面积。E=铸造工艺课程设计说明书20表 5-2 系数 和铸件壁厚 的关系S 铸件壁厚 mm2.53.53.588.015系数S1.631.852.2因为泵体铸件的斜度依据增加壁厚方式来形成,故壁厚适当取大值计算。浇注时间: =2.2X=19.43St = SGL785.2 浇注系统的阻流截面积计算浇注系统常用的分类有两种:根据浇注系统个单元断面的比例关系,可分为封闭式、半封闭式、开放式、封闭开放式等 4 种类型;根据内浇道在铸件上的相对位置(引入位置),可分为顶注式、中注式、底注式和阶梯注入式等 4 种类型。本次支撑座浇注系统设计采用封闭浇注系统、顶注式,查表 5-3 浇注系统各单元断面比例及其应用,因为该支撑座为中、小型灰铁件砂型铸造,故选择浇注系统的断面比关系为:=1:1.1:1.15。内横直表 5-3 浇注系统各单元断面比例及其应用截面比例直横内应用21.51大型灰铸铁砂型铸造1.41.21中、大型灰铸铁件砂型铸造1.151.11中、小型灰铸铁件砂型铸造1.111.061薄壁灰铸铁件砂型铸造1.51.11可锻铸铁1.11.21.31.51表面干燥型中、小型铸铁件1.21.41表面干燥型重型机械铸铁件铸造工艺课程设计说明书211.11.251.11.51干型中、小型铸铁件1.21.11干型中型铸铁件1241.54球墨铸铁件124铝合金、镁合金铸件1.231.221青铜合金铸件11212铸钢件漏包浇注1.50.811薄壁球墨铸铁小件底注前文计算的铸件总高度 240mm,铸件铸造在上、下箱之间且各占一半,上箱铸件高度为 120 缩尺为 1%,依据吃沙量前文查表选取为 a=b=70mm,则上砂箱最小高度为120X1.01+70=191.2mm,取上砂箱高度 200mm(下砂箱取 200mm)。确定静压头高度,依据表 5-4 普通漏斗形外浇口尺寸,初步浇口杯高度尺寸,暂定浇口杯高度为 54mm。表 5-4 普通漏斗形外浇口尺寸直浇道下端直径 d/mm/mD1m/mD2mh/mm铁液容量/Kg165652400.516185854420.618206056440.720226258460.822246460480.924266662501.026286864521.228307066541.3铸造工艺课程设计说明书22本次设计采用中间浇注形式, 则计算静压头高度为:20+5.4-=240X1.01/8=22.37cm则依据截面比的关系:=1:1.1:1.15。内浇道采用内横直截面比设计法,则内浇道计算公式为:内= 2其中本次设计浇注系统为浇口杯、直浇道、内浇道 4 个部分的四单元浇注系统,则有:x22.378.661847cm =(k221 +k21+k22)p=1.152(1 +(1.151.1)2+ 1.152)=7.85cm2内= t2h=780007.850.519.43X29818.661847依据表 5-5 内浇道尺寸,选取与计算的=7.82cm2稍大的断面的面积,本次设计选内取内浇口面积为 8.0cm2为本次设计的内浇口总断面面积,一箱两件,每件设计 2 个内浇口,设计为 4 个内浇口,则每个内浇口面积为 2cm2,对应的内浇口尺寸a=16mm,b=13mm,c=14mm,则内浇道总断面面积为 8.0cm2。表 5-5 内浇道尺寸(单位:mm)铸造工艺课程设计说明书23序号内浇道断面积/A内cm2abcabcabcabcda10.311936464399536.58.520.41194757531096479.530.5119586764101074810.540.611968.66.586.54.511117591250.8141261089851212861013.561.015137119109514149711.51571.218147.5121011106151610712.516.581.52018814111211717181181418.591.82119916121312818201291520.5102.2232110171315131920221491723112.625231117.513.5171392424151018.524.5123.02824121814191410262716112026133.43225121915201510282817122128144.03830122115221610303018132230.5154.54036122216241711323020142432.5165.0423812.523172518113435201525.534175.4444013241825.51912353521152635186.045411425212620123736221627.537199.05650173023342416454228193445.52012.05852223728362820504832223950计算出横浇道总断面面积为=1.1X8=8.8cm2,查表 5-6 浇注系统截面面尺寸,设横计横浇道截面面积为 3.52cm2的横浇道,横浇道布置在直浇道两侧,则每段横浇道断面面积为 4.4cm2对应的横浇道尺寸为:A=24mm,B=18mm,H=21mm。表 5-6 浇注系统截面面尺寸横浇道直浇道铸造工艺课程设计说明书24序号断面积/A横cm2A /mmB /mmC /mmA /mmB /mmC /mm序号断面积/A横cm2D/mm11.0119101810611.81522.01510162013823.12032.416111822141034.92543.017132024151147.13053.619142228171259.63564.0201523301813612.64075.0241625352015715.94586.0271728362216819.65097.0281830382417923.755108.03020324026181028.260119.03222344228191133.2651211.03624374530211238701313.03827405232241344751413.83828425533251450.38015174430466036281556.7851619.54632506539301663.790172452365472433317719518285640587846361878.510019346044668651401986.51052038.56545709054432095.21102148655580102604821104115计算出直浇道总断面面积为=1.15X8=9.2cm2,故查表 4.2.3 浇注系统截面面直,尺寸,直浇道截面面积取 9.2cm2,直径为 34mm。铸造工艺课程设计说明书25最终确定各浇道截面尺寸如下图 5-1 浇道截面尺寸所示。图 5-1 浇道截面尺寸铸造工艺课程设计说明书266 冒口与冷铁设计灰铸铁和球磨铸铁在凝固过程中都析出石墨并伴随相变膨胀,有一定的自补缩能力,因而缩松、缩孔的倾向小性较铸钢件小。铸铁件的补缩应以浇注系统后补缩(浇注系统在完成教主以后,对铸件的补缩,称为后补缩)和石墨化膨胀自补缩为基础,只是由于铸件本身结构、合金成分、冷却条件等原因,不能建立足够的后补缩和自补缩的情况下才应用冒口,一个需要设置冒口补缩的铸件,也必须利用后补缩和自补缩,冒口仅是补充后补和自补不足的差额。本次泵体不设计冒口。铸造工艺课程设计说明书277 铸造工艺图由前文铸造工艺参数选取以及吃砂量的确定,因为一箱两件生产该泵体,可确定铸造工艺排布图,泵体的铸造工艺图如图 7-1 泵体铸造工艺图所示,将两个#2 号砂芯合并为一个大的砂芯,同时能放在两个泵体铸型内。图 7-1 泵体铸造工艺图铸造工艺课程设计说明书288 工艺出品率依据铸造工艺图,建立三维铸件以及浇注系统三维如图 8-1 泵体铸件及浇注系统三维图所示,通过软件分析各部分质量,一箱两件,单个铸件质量为 31.2Kg,浇注系统质量为 5.2Kg,则工艺出品率为:31.2X2/(31.2X2+5.2)100%=92%图 8-1 泵体铸件及浇注系统三维图铸造工艺课程设计说明书299 合箱图由前文计算选取的吃沙量以及铸造工艺排布,选择砂箱内框尺寸,上砂箱内框尺寸为:700X500X200,下砂箱内框尺寸为:700X500X200。根据表 9-1 常用造型机所用砂箱的最佳尺寸,依据本次设计数据,选择 800X600 砂箱尺寸对应的造型机为 Z148A。 表 9-1 常用造型机所用砂箱的最佳尺寸 砂箱尺寸(mm)400300500400600500800600造型机Z114A,Z124Z145,ZZ415Z146,ZB326ZB148A,3ZZ318砂箱尺寸8007001000800110090016001200造型机Z148A,Z158Z2310,Z2410ZB1410ZB1416最终确定泵体的合箱图如下图 9-1 合箱图所示。铸造工艺课程设计说明书30图 9-1 合箱图最终确定泵体的上模板装配图如下图 9-2 上模板装配图图所示。铸造工艺课程设计说明书31图 9-2 上模板装配图泵体砂芯,芯盒设计芯盒材质为 ZL101,对开式两半芯盒,芯盒采用定位销定位,蝶形螺母和活节螺栓紧固及开合。最终确定泵体的芯盒装配图如下图 9-3 芯盒装配图图所示。铸造工艺课程设计说明书32图 9-3 芯盒装配图铸造工艺课程设计说明书3310 结结 论论概括说明设计的情况和价值,分析其优点和特色、有何创新、性能达到何水平,并应指出其中存在的问题和今后改进的方向。本节应该使用带括号的序号表示分项内容。(1)本设计的情况和价值,(2)本设计的优点和特色(3)本设计的水平和创新(4)存在的问题和今后改进的方向铸造工艺课程设计说明书34致 谢首先,我要感谢我的指导老师孙建波老师对我的教导。从论文的选题、构思、撰写到最终的定稿,老师都给了我悉心的指导和热情的帮助,使我的论文能够顺利的完成。老师对工作的认真负责、对学术的钻研精神和严谨的学风,都是值得我终生学习的。 其次,感谢材料学院的全体领导和老师,由于他们的悉心教导,我学到了专业的知识,掌握了扎实的专业技能。同时,也感谢论文评阅老师,对论文的修改提出了宝贵意见,使我的论文更加完善。 最后,感谢我的家人在此期间给予我的包容、关爱和鼓励,以及所有陪我一路走来的同学和朋友,正是由于他们的支持和照顾,我才能安心学习,并顺利完成我的课业。在之后的学习和生活中,我会铭记师长们的教诲,继续不懈努力和追求,来报答所有支持和帮助过我的人!铸造工艺课程设计说明书35参 考 文 献1刘国钧,陈绍业,王凤翥图书馆目录第 1 版北京:高等教育出版社,19572傅承义,陈运泰,祁贵中地球物理学基础北京:科学出版社,1985, 4473华罗庚,王元论一致分布与近似分析中国科学,1973, 4: 339-3574张筑生微分半动力系统的不变集研究:博士学位论文,北京:数学系统学研究所,19835Borko H, Bernier C L. Indexing concepts and methods. New York: Academic Press, 19786Dudek M R, Gouyet J F, Kolb M. Q+1 state Potts model of late stage sintering. Surface Science, 1998, 401: 2202267陈国林.齿轮油泵设计研究J.科技经济导刊,2020,28(34):100-101.7邓方刚,邱文.铝合金电磁充型系统泵体关键部件制造方法研究J.世界制造技术与装备市场,2020(05):80-83.8Fengquan Guo,Guo Fengquan. Finite Element Analysis and Optimization of CBY-100 Gear Pump BodyJ. Journal of physics. Conference series,2020,1622(1).9甄志杰.大型中开泵泵体的加工分析和改进J.机械,2020,47(07):76-80.10 孙建明,黄晓明,朱兰,杨晓春,刘春美.核电冷却泵泵体五轴数控加工工艺研究J.机床与液压,2020,48(09):111-116.
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