轴承座铸造工艺设计及工装设计说明书

-毕业设计论文设计（论文）题目： 轴承座铸造工艺及工装设计 下 达 日 期： 2007 年 4 月 28 日开 始 日 期：2007 年 4 月 28 日完 成 日 期：2007 年 6 月 8 日指 导 教 师： 小 峰 学 生 专 业： 材料成型与控制技术 班 级： 材料0401 学 生 姓 名： 春 晖 教 研室主任： 材 料 工 程系. z.-摘 要铸造是一种将金属熔炼成流动的液态合金，然后浇入一定的几何形状、尺寸大小的型腔之中，凝固冷却后成为成为所需要的零件毛坯的一种制作方法。本文通过对铸造这一特殊工种的诠释和此铸件的特点相结合给予了比较合理的方法。从铸造工艺的设计到整个铸造工艺的设计我们对此都作了比较详细的论证、对比、数据和计算，并且从中选择较优的方法和方案给以了较合理的应用和实施。首先我们对所设计的的铸件进行了认真的分析，读懂零件图的几何形状、主要结构和特殊部位以及铸件的工艺要求、工装要求等给以较合理的思考。其次设计此铸件的整个工艺过程：其中包括铸造方法的选择、分型面的选择及确定、浇注系统的选择及计算设计、铁液的凝固、以及对所要产生缺陷的防止方法和补缩等问题上午考虑设计。然后对所设计的工艺过程进行工装设计：其中包括模样的设计、模底板的设计、芯盒的设计、砂箱的设计等，而且对这些工装的定位及夹紧等问题进行解决。最后对所设计的整个过程给以检验、总结。进一步对此设计的成功率给以进一步的保障。关键词：铸造，工艺，工装，缺陷BEARINGSEAT TECHNRQUE FROCK DEVISEABSTRACTMaking the smelt metal become the mobile liquid state alloy, pouring-in solidifies in the type cavity having the certain geometry form and dimension, becoming something be needed part blank after cooling down. This making method is called cast-on outwell.This passage has given comparatively rational method  through the annotation to one peculiar kind of work in production combining with this casting characteristic .And in entire casting technique design, we have all made comparatively detailed demonstration , contrast, and  compute , have chosen the best method and scheme , have carried out more rational application and be put into effect。We have carried out conscientious analysis on what be designed that casting first , have read the geometry form , main structure and peculiar location knowing part picture, casting technological requirements , frock request etc.， giving more rational thinking. Secondly, design the casting entireness procedure including cast-on outwell method choice, mark type choice and for sure, teeming system choice and secretly scheme against design, iron liquid solidification, and face to face need to come into being defect preventing from method and fill a vacancy and so on . The frock being in progress to what the designed procedure is designed, it includes the appearance design , model bottom board design , core bo* design , the sand bo* design etc., the problem such as fi*ing position and clamping to these frocks is in progress solve.Finally we checked and summed up entire process of the designs, Give a further guarantee further to the success rate that this designs. KEY WORDS:casting，technique，frock，defect目 录毕业设计任务书中文摘要英文摘要符号说明一.铸造工艺设计61、零件分析62、铸造方法的确定63、分型面的确定 74、浇注系统的设计85、冒口的设计 106、冷铁的设计 10二.铸造工装设计111、模样的设计 112、模板的设计 113、芯盒的设计 124、砂箱的设计 12三.熔炼及砂处理 141、树脂砂型及砂芯的烘干 142、熔炼 153、工艺参数的选择 164、铸造用砂的选择 165、落砂 176、铸件的清理 177、铸件的检验 18参考文献19附录 20致 21教师评语与成绩 22符号说明符号名称单位符号名称单位CT尺寸公差mm浇道阻元截面积cmMT重量公差横浇道阻元截面积E加工余量等级直浇道阻元截面积F出气孔浇道阻元截面积G明冒口浇道阻元截面积H浇道截面积L长度横浇道截面积D直径直浇道截面积h芯头高度t时间秒a芯头斜度G型金属液总重kgs芯头间隙液面上升速度 平均壁厚保险压力角°C铸件最高到最低点距离w质量分数%最远点到直浇道中心距cmk浇注时间系数H金属液最小静压头流量系数H金属液平均静压头HBS布氏硬度450时一、 轴承座铸造工艺设计1、零件分析（1）此零件为轴承座，而轴承座是用于定位、支撑、导向或保护传动零件。从而此零件对基准孔、线的要求，以及对加工表面的要求较高，精度必然也要求较高。（2）此轴承座是由上面的一个回转体套筒和一个长方体底座组成，其壁厚为2555mm之间因而其铸件的平均壁厚为40mm。（3）此零件的材料是QT400，而此铸铁的主要化学成份是WcE=4.5%-4.7%.Wc=3.6%-3.9%.Wsi=2.0%-2.6%.Wmn<0.4%.Wp<0.08%.Ws<0.09%.Wmg=0.04%-0.06%。因为球铁生产时要经过球化和孕育处理，因此浇注温度需要严格的控制其浇注温度一般为：1450度左右，以便浇注后球铁能够充分的进行球化和结晶，从而产生合格的铸件。（4）铸件上产生缺陷的主要原因分析球墨铸铁的铁液收缩，凝固收缩和型腔扩大的总和大于石墨化膨胀和固体收缩总和时，铁件即产生缩孔。在最后凝固的残余金属液中由于温度梯度小，使其按同时凝则凝固，在金属液中出现许多的很小的晶粒，当晶粒再长大互相连接后，将其剩余的金属液分割成互不相通的小熔池，这些小熔池进一步冷却后得不到液体的补缩，会产生许多细小的孔洞，从而形成缩松。此铸件为轴承座从而产生这些缺陷的位置主要是有热节的地方和铸件壁厚较厚的地方，也就是其底座与回转体连接的的地方。（5）对所产生缺陷采取的措施1)合理的选择此铸造过程的工艺，使其能够形成逐层凝固。2)合理地确定浇口开设位置，及浇注工艺。3)合理正确的设计冒口，冷铁等补缩措施。4)采用不同蓄热系数的铸型材料。2、铸造方法的确定方案一：整体模造型：其造型方法的分型面取于模样的一端，使模样直接可以从砂箱中起出。此方法操作简单，适应于各种批量的生产，但是由于此件结构较为复杂，如果选择整体模造型使其分型面的选择，浇注系统的选择及起模会带来许多的不方便。方案二：分开模造型：正因为此零件结构较为复杂，而且要安放芯子必须合理正确，而且便于开设浇注系统和安放冒口，所以我们应该选择分开模造型，以便完成规定的条件：如图1-1图1-1分模铸造图3、分型面的选择（1）选择时注意原则1)使铸件全部或大部分置于同一半型，因为此铸件需要分开模造型，故只能是让铸件的大部分置于同一半型。2)应尽可能的减少分型面的数目，因为铸件的分型面越少，铸件的精度就容易保证，且砂箱的数目也就越少。3)平直分型面和曲折分型面的选择要尽量地选择平直分型面以简化工装结构及其制造，加工工序和造型操作，故应该在此零件的工艺设计应选择平直分型面。4)分型面应选择在铸件最大投影面处，当分型面选取在铸件最大投影面处的时候，可以不用或者少用活块，这样可以进一步的提高此铸件的精确度。（2）分型面具体位置的确定综上所述：当分型面的选择最大程度上满足以上四个原则时，此分型面才为最优分型面，故我们应该把此铸件的分型面选取在分模面处。其详见下图1-2。图1-2分型面选择图4、浇注系统的设计（1）浇注系统位置的确定方案一.顶注式：此浇注系统（浇道）开设在铸件的顶部，这种浇注系统可以简化金属型结构；浇注完之后较热的金属液处于铸件顶部，这有利于建立自上而下对铸件补缩的条件；且浇注系统消耗的金属少，但充型时液体金属易飞溅，因而出现卷气、氧气、铁豆等问题。而且此铸件又有一定的型腔高度，易产生冲砂现象。方案二.底注式：此浇注系统的浇道布置在铸件的底部。这种浇注系统可使金属液能自型腔底部平稳地向上充填型腔，有利于型腔排气和浇注系统挡渣作用的发挥。但先进入型腔的金属液处于铸件上部，其温度较铸件底部的金属温度低，不利于铸件的凝固补缩，并使金属型结构复杂。它适用于各种尺寸的铸件，为了改善铸件的补缩条件，可在铸件上部设冒口；在考虑工艺余量时可设法使铸件壁上厚下薄；也可同时增大型腔上部的涂料厚度或在型腔上部采用绝热性较好的涂料，使铸件上部凝固较慢。此铸件结构较为复杂，起模和开设浇道极为不便。方案三：中间注入式浇注系统：此浇注系统的浇道设在铸件高度方向上的中部，金属液充型较为平稳，铸件温度在高度上的分布较底注式合理，而且铸件也有一定的高度，因此较为合适。综上所述：此铸件的浇注系统的位置应该是选择中间注入式浇注系统，并且为封闭式。（2）重量的计算 V总=(V1+V2+V3)-(V4+V5+V6) =21720673mm m 铸= V*7.1=21.720673*7.1=149.6kg（3）浇冒口重量的计算因为是大批量的生产，冒口的重量应该是铸件重量的20%-30%。所以取20%： m冒=149.6*20%=29.9kg m总=149.6+29.92=178.8kg（4）浇注时间的计算 t=（1-3）=40.5S v=c/t=327/40=8.1mm/s 所以此速度满足铸件上升速度的要求。（5）阻流阻元截面积的计算以及各阻元之间比例关系的确定因为此铸件选择的是中间注入式： P=C/2 因为P=80 则H均=80-80/8 H均=70mm S=（1-4）15 =8.4 从而可知:b=14、a=10、h=7因为词浇注系统为封闭式，所以S：S横：S直=1：1.2：1.4（6）各个浇道基本尺寸的确定因为各个浇道截面积的比为1：1.2：1.4=S：S横：S直 所以：1)直浇道的基本形状尺寸如下图（1-5） 图 1-5 直浇道截面图2)横浇道主要形状尺寸如下图（1-6）图1-6 横浇道截面图3)浇道主要形状尺如下图（1-7）图1-7 浇道截面积图5、冒口的设计（1）冒口是在铸型专门设置的储存金属液的空腔；用以补偿铸件成型过中可能产生收缩所需的金属液，从而防止缩孔、缩松的产生，并起到了排气和集渣的作用。 （2）冒口必须满足的基本条件1)冒口的凝固时间必须大于或等于铸件被补缩部分的凝固时间。2)有足够的金属液补充铸件在冷却过程中的收缩所需的金属液。3)再凝固和补缩期间，冒口和铸件被补缩部位之间必须存在补缩通道。（3）冒口位置的选择1)冒口应就近放在铸件热节的上方和侧面。2)冒口应尽量设在铸件最高、最厚的部位。3)避开应力集中点，不应放在铸件易拉裂或应力集中部分，否则会加剧应力集中倾向，使铸件更易产生裂纹。4)尽量用一个冒口补缩铸件上多个热节，以提高冒口的补缩效率5)冒口应尽可能放在铸件的加工面上，以减小精整工时。6)冒口不应开设在铸件重要的，受力大的部位，以防止其组织粗大，降低力学性能。（4）冒口的具体设计 M=V总/S总 =21720673.5/7410475.36 =2.93因为 M2.5 所以 不需要开设冒口，但是为了保证铸件的精度以及更好的使其排气，所以开设了通气冒口，此冒口的数量为六个，其直径为30mm。6、冷铁的设计（1）冷铁是用来控制铸件凝固最常用的一块金属块。（2）冷铁的作用1)与冒口配合使用，加强铸件的顺序凝固，扩大冒口的有效补缩距离，不仅有利于防止铸件产生缩孔、缩松缺陷，而且能减少冒口的数量或体积，提高工艺出品率。2)加快铸件热节部分的冷却速度，使铸件趋向于同时凝固，有利于防止铸件产生变形和裂纹。3)加快铸件*些特殊部位的冷却速度，改善其基体组织和性能，提高铸件表面硬度和耐磨性等。4)难于设置冒口或冒口不易补缩到部位放置冷铁可减少或防止出现缩孔、缩松。（3）由于此铸件的形状及材料等因素的影响，所以此铸件应选择冷铁。（4）使用冷铁应注意的问题1)冷铁的表面应十分干净，使用前要除锈、油污和水分。2)干型中的冷铁应用于铸型烘干后再放入型腔；水玻璃砂型和湿型放置后应尽快浇注，以免冷铁表面氧化、聚集水分而使铸件产生气孔。3)需要存放的冷铁必须镀锡防锈。4)放置冷铁的上方砂型应有明出气孔或明冒口。5)本铸件冷铁的安放从本铸件的凝固特点以及其铸件腔中的型腔所决定，将冷铁的位置如工艺图所示；数量为每周四块，材料为石墨冷铁。二、轴承座的铸造工装设计1、模样的设计（1）用来形成铸型型腔的工艺装备称为模样。模样是生产的主要工装，直接关系到铁体的形状及尺寸的精确。为了使模样在造型操作时不损坏、不变形，以获得表面光洁。尺寸精度的铸件，要求模样必须具有足够的强度、刚度及加工精度，而且模样还要适应造型的操作、制作简单，成本要底。（2）本铸件的模样选择1)类别：分开式。2)材料：红松。3)优点：易加工，成本底等。4)缺点：易吸潮，变形，不耐用。5)适应围：小批、中批及成批量的生产当中。（3）形状及尺寸（见模样图）2、模板的设计（1）用于安装和固定模样的平板称为模底板，而模样和模底板的组合称为模板。（2）模板设计的主要依据是产品零件图的大小尺寸、选用砂箱的尺寸大小及形状和车间的具体生产条件。（3）此铸件模板的选择：1）类别：单面模板。2)材料：红松。3)特点：模底板上有许多的坐标孔，模样带有定位销定位，并用螺钉紧固，模样的拆装较为方便。一块模底板可用于多种模样，大量节约模底板，但模底板的制造较为困难。4)应用：大、中、小型铸件均可，成批生产及小批量生产。（4）模板与砂箱的定位关系此模板的设计是以木质红松为材料。模板与砂箱的定位设计：为了方便在模底板上四个角分别以砂箱的转角为依据，安放了四个角铁。砂箱以这四块角铁为依据定位于模底板之上。（5）上、下模底板的定位为了合箱的精度和上下型腔尺寸的精度的保证，所以必须正确合理的设计上下的定位系统。此模底板的定位系统是在下、上两模底板上分别设计了定位销和定位孔。当上、下模板定位时只需以模板两端地定位销和定位孔为基准便可。（6）其模底板的尺寸、大小及形状详见模底板设计图。3、芯盒的设计 （1）类别：拆开式芯盒。 （2）材料：红松。（3）特点：拆开式芯盒是由两部分以上的盒壁组成，并有夹紧定位装置。填砂前先把芯盒销紧，实砂完毕以后，拆开芯盒便于取出砂芯。由于芯盒拆开面的不同，又分为水平式和垂直式芯盒。 （4）应用：主要用于小批量和成批量生产。 （5）芯盒腔尺寸的计算芯盒腔的尺寸就是砂芯的尺寸，可根据工艺图再以此公式计算： D盒=（D零+L艺）*（1+K） （2-6）式中 D盒-芯盒腔尺寸 D零-零件尺寸 L艺-工艺尺寸K -铸造收缩率以上公式为依据计算主要尺寸，其详细尺寸见芯盒装配图。（6）芯盒的定位和紧固：在芯盒上做两个定位销和定位孔。芯盒定位时使其对正装配即可。芯盒紧固时在芯盒的两边设有两个通孔，分别以两个镙冒和镙杆紧固。4、砂箱的设计（1）由于此铸件是大批量生产，而且使用寿命应很长久，是机器造型，所以应选择铸铁砂箱。（2）此砂箱的制造方法为整铸式。（3）砂箱尺寸的确定确定此砂箱的长、宽、高分别为：1500*1500*500（4）砂箱壁的断面形式如下图2-1。图2-1 砂箱壁的断面图t=25 b3=90 h3=35 b=65 h1=25 b2=50h2=30 h4=40 r=10 b1=10（5）砂箱外壁加强肋的布置及尺寸如下图2-2。 图2-2 砂箱外壁加强肋图 L=150 R=10 T=25（6）砂箱排气孔的布置及尺寸如下图2-3。 图2-3 砂箱排气孔示意图C=85 d=25 d1=20（7）砂箱箱耳的设计如下图2-4。 d2=35 h=45 M=90 L1=40 a=5 图2-4 砂箱箱耳示意图（8）砂箱吊把的设计如下图2-5。D=170 d=110D1=200 L=120H=30 r=45R1=10图2-5砂箱掉把示意图5、树脂砂型和砂芯的烘干砂型和砂芯的烘干，可以增加其强度及透气性，减少浇注过程中的发气量，保证铸造质量。此铸件铸型使用表面干型，铸型表面刷涂料烘干，须烘干两次。涂料成分为：石墨、锆英粉、酒精。酒精作为溶剂占涂料的60%.三、熔炼及砂处理1、熔炼此铸件选用QT400-18（单铸试块）（铁素体球墨铸铁）。一般采用高碳、低硅、低锰、低硫磷。（一高全低）（1）球墨铸铁化学成分的确定 表3-1 原铁液化学成分表（质量分数%）元素CSiMnSP含量（质量分数%）3.73.91.61.80.50.07<0.08表3-2 处理后的铁液化学成分表（质量分数%）元素CSiMnSPMgRe含量（质量分数%）3.63.82.83.00.5<0.02<0.081.040.061.030.05铸件要求QT400-18（铸态），抗拉强度400MPa,延伸率10%（2）选用熔炼炉类型选用两排大间距曲线炉膛冷风冲天炉，熔化率1t/h,炉碳烧损7%，硅烧损15%，锰烧损20%。（3）配料表3-3 配料表品名规格配比化学成分%CSiMnPSMgRe规格成分3.72.90.350.080.020.040.04炉中增减-7-15-15配料成分生铁Q105010004.180.960.250.100.03回炉料HT150204003.51.70.80.090.03废钢306000.200.360.640.070.03硅铁75%Si0.193.875金属料合计10020003.671.840.33硅铁孕育1.20.72稀土镁合金Si39%Mg8.4%0.41现得成分3.672.970.33炉前用稀土镁合金进行球化处理，加入量为1.5%；用75%硅铁孕育，加入量为1.2%，并用三角试片观察球化特征，用铁液调整。（4）球化剂和孕育剂球化剂的加入量应当保证石墨完全球化，在无稀土的情况下,保证石墨完全球化的残余镁量大致为0.03%-0.08%；在有稀土的情况下,残余镁量也大致为0.03%-0.08%；残余稀土量为0.015%-0.05%。孕育剂的加入量应当保证消除球化元素所造成的白口倾向,想获得铁素体球墨铸铁,其孕育增硅量应大于0.6%球化孕育时硅铁孕育的加入量为1.2%。2、工艺参数的选择（1）铸件尺寸公差：本铸件基本尺寸约550mm左右，根据铸造手册查得：尺寸公差等级为CT11CT13。选择CT11。（2）铸件的工艺补正量： 此铸件的的工艺补正量由于其特征及尺寸的影响选择其工艺补正量为2mm.（3）机械加工余量 ；本铸件尺寸公差等级为CT11，根据铸造手册查得：加工余量公差等级为E、F、G、H。选择H。（4）铸造收缩率：本产品采用的材料为QT400-15，属于铁素体球墨铸铁，根据铸造手册查得：阻碍收缩率为0.6%1.2%，自由收缩率0.8%1.2%，故选择0.8%。（5）起模斜度： 本产品的外型较为复杂，每个面上的高度不易测量，但大致为500mm左右，根据铸造手册查得：选择起模斜度为055。（6）最小铸出孔： 由于此铸件的壁厚和材料的影响，我们查手册可的最小铸出孔为40mm左右。（7）最小吃砂量： a=150 b=150 c=1003、铸造用砂的选择（1）原砂的选用： 原砂含量要高，w() 90% 。酸耗值应该尽可能低，一般小于等于5mL 。含泥量越小越好，一般质量分数小于0.2%，颗粒表面应该干净、不受污染，以保证砂粒与树脂之间有较高的附着力，所以应该采用擦洗砂。原砂采用4070目为好，水分质量分数不大于0.2% 。原砂的角型因数要小，要求不能超过1.3。硅砂的灼烧减量质量分数不能超过0.5%。（2）树脂的选用：本产品为球墨铸铁件，故选用含氮量质量分数 %的一级D型（低氮）呋喃自硬树脂。其性能指标为：黏度 ；游离醛质量分数 0.3%；比强度 ；水分质量分数%；密度为；pH值为6.58.0；糠醇质量分数90%。（3）固化剂的选用： 磺酸固化剂是由甲苯、二甲苯经过磺化制成的磺酸盐溶液。它是一种通用固化剂。但是由于季节气候的影响应该适当的改变其牌号的固化剂选择使用。4、落砂本产品在铸造完成后设计使用81500型滚筒落砂机落砂，其性能参数为：滚筒径mm（大端） mm（小端），生产率 5-6T/h（铸件） 25-30T/h(型砂),转数6r/min,功率 55kW（主机） 17kW（通风机），外形尺寸12630*4200*3500，重量30T。图 3-1 81500型滚筒落砂机5、铸件表面的清理（1）冒口的清理：本产品尺寸较大，反复搬运不方便，所以适宜采用能方便移动的设备来进行去除浇冒口系统，氧-乙炔气割是比较合适的方案。氧-乙炔在去除浇冒口系统时，根据本产品浇冒口系统的直径，应在根部留2-5mm的余量。（2）毛刺及表面的清理： 铸件在经过落砂和去除浇冒口系统后，表面还是比较粗糙的毛刺和一些死角还会有少量的砂子留在里面，还不能达到毛胚或零件的使用要求，所以还需要进一步清理。现在应用较为普遍的表面清理就是喷丸清理。6、铸件的检验对其铸件的检验容如下：（1）化学成分：C 3.72% ,Si 3.00%,Mm 0.36,P 0.066%,S 0.034%Mg微量,Re微量.（2）机械性能(铸态):抗拉强度 511MPa,延伸率12%.（3）金相组织:铁素体>85%.（4）抗拉强度：铸件要求QT400-18（铸态），抗拉强度400MPa,延伸率10%.参考文献1 瑜强铸造工艺及设备：机械工业，2005年7月.2喜俊铸造工艺学：机械工业，1999年10月.3丁根宝铸造生产基础：机械工业，1994年10月.4 王晓江铸造合金及其熔炼：机械工业，1999年7月.5 中国机械工程学会铸造分会编铸造手册：机械工业，2003年10月.附录t = k 式中 t-浇注时间（s）G-浇入型的金属液总重量（kg） -铸件的平均壁厚（mm）k-系数（参考表 附-1）表 附-1 铸铁件k值的选择铸件种类或工艺要求大型复杂铸件、高应力及大型球墨铸铁件防止侵入气孔和呛火一般铸件厚壁小件、球墨铸铁小件防止缩孔缩松K值0.71.01.01.31.72.03.04.0 = 式中 -液面上升速度（mm）（上升速度是否符合要求可参考表 附-2）C-铸件最低点到最高点的距离，按浇注时的位置确定（mm） t-计算的浇注时间（s）表 附-2 型铁液液面允许的最小上升速度铸件壁厚/mm壁厚大于40mm以及所有水平浇注平板铸件1140410<4最小上升速度/（mm）8101120213031100式中 H-作用于浇道的金属液最小静压头（cm）-自直浇道中心线到铸件最高、最远的水平距离（cm） -保险压力角（）式中 -浇道截面积（cm）G-型金属液的总重量（kg） -流量系数 t-浇注时间（s） H-作用于浇道的金属液平均静压头（cm）表 附-3 铸铁及铸钢的流量系数值种类铸型阻力大中小湿型铸铁铸钢0.350.250.420.320.500.42干型铸铁铸钢0.410.300.480.380.600.50致 通过为期一个多月紧而充实的忙碌和一个多月的艰辛付出我们的毕业设计已经和我们隔山相望。在这短短的一个月里，虽然我们只是时时忙碌于图书馆和电脑桌上，但是我们却感到极为的充实和收获感。从第一天的实习和日日的指指点点到整个毕业设计过程中勤勤恳恳为我们全心全意的；从往日里的的谈笑风生到今日我们毕业设计的顺利完成；都离不开我们的指导老师，在此我们发自心的对他们这些园丁说一声：老师您真的辛苦了！祝我们的老师身体健康、工作顺利！从三年前那双陌生的双眸到今日已是难舍难分的感情；从昨日的对酒当歌到今日的含泪而别都是我们的同学和我们并肩作战、互相帮助一同走过，再此也对他们真诚的说一声：兄弟一路顺风！最后对给我们供参考资料的老师说一声：！祝他们合家幸福！. z.