ZG45辐板铸造工艺设计课程设计要点.docx

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ZG45辐板铸造工艺设计课程设计要点

攀枝花学院

学生课程设计（论文）

题目：

辐板（3）铸造工艺设计

学生姓名：

曾强学号：

201111102076

所在院（系）：

材料工程学院

专业：

材料成型及控制工程

班级：

2011级铸造班

指导教师：

周洪职称：

2014年11月11日

攀枝花学院教务处制

摘要

为了获得ZG45辐板铸造的合理铸造工艺设计方案，初步设计了ZG45辐板的铸造工艺方案，听过PROCAST进行模拟仿真，根据模拟结果，对其进行分析，铸造工艺方案的合理性。

结果表明：

45辐板的浇注系统采用底注式；浇口比为∑S内：

∑横：

∑直=1.0:

0.8:

1.2；冒口为标准腰型暗冒口，个数为2个。

这样的铸造工艺方案对于ZG45辐板来说是合理的。

关键词辐板，铸造工艺设计，PROCAST

1铸件铸造性能与结构特点

该辐板铸件基本尺寸规格为590mm×220mm×140mm，利用Pro/E可画出其三维视图如下。

然后利用体积工具测出体积，把体积与ZG45的密度7.8g/cm3相乘，得到零件的质量为49.4Kg，属于中小型零件。

该铸件结构简单,壁厚比较均匀,要求铸件不得有气孔、夹砂等缺陷。

在铸造过程中很容易出现夹砂、气孔、缩松等缺陷,因此在确定铸造工艺的时候必须要多方面考虑，并利用铸造模拟软件进行铸造过程分析,可以评价工艺的可行性。

图1-1

2铸造工艺设计

2.1铸件结构铸造工艺性分析

技术要求：

1）该钢件在铸造加工，铸件不得有气孔、夹砂等铸造缺陷

2）未注明倒角为2×45°

其结构如下图：

图2-1

2.2铸造方法的选择

采用砂型铸造方法来进行，选用水玻璃砂来造型和制芯。

水玻璃砂有以下特点：

水玻璃的原材料资源丰富、价格便宜；水玻璃砂在混制、造型浇注和落砂过程中不析出有毒气体，也无黑色污染，是一种较好的清洁造型、制芯的型砂粘结剂；型砂不含氮、硫、磷，在高温下呈现一定的塑性，比较适用于浇注铸钢件和大型铸铁件。

目前在我国铸造生产中得到应用的水玻璃砂工艺按其硬化方法可普遍分为如下四种：

干燥法、CO2法、酯硬化法和VRH-CO2法。

但CO2法主要有以下缺点：

CO2硬化水玻璃砂强度低，导致水玻璃加入质量分数高达8.0%以上，浇注后型砂、芯砂溃散性很差，铸造清砂非常困难。

CO2硬化时水玻璃砂易于过吹，而且硬化的水玻璃砂存放过程容易吸湿，表面形成白霜和粉化，表面安定性明显下降。

水玻璃砂旧砂生成非常困难，我国基本上不会用，增加了新砂用量，也造成了环境污染。

由于上述问题，水玻璃砂应用受阻，特别是20世纪70年代呋喃树脂砂的开发成功，使CO2硬化水玻璃砂受到冲击而迅速萎缩。

但是，树脂的价格高，也存在环保问题，又迫使人们重新对水玻璃基本组成的深入研究，发现新制备的水玻璃是一种真溶液，在它存放过程中，硅酸分子产生缩聚反应而形成大分子结构，导致水玻璃粘结性能下降，即被称之为“老化”现象。

若对已老化水玻璃给予能量。

消除其老化现象，那么它的粘结强度可提高20%~30%。

同时，采用液体有机酯取代CO2气体，又可使水玻璃砂的强度提高30%以上。

由于上述两项有效措施的应用，使其水玻璃加入质量分数可降低到3.5%以下，明显改善了它的溃散性，使其旧砂再生回用成为可能。

采用手工造型中的砂箱造型，采用两箱造型。

辐板的通孔只需要铸造出来的，因此必须制作一个芯子。

对于一箱一件的铸造工艺来说，我们可以采用手工制芯的芯盒制芯方法。

该方法的主要特点是，用芯盒内的表面形成的砂芯的形状，砂芯尺寸精确，可制造小而复杂的砂芯。

2.3浇注位置及分型面的选择

根据对合金凝固理论的研究和生产经验，确定浇注位置时应考虑一下原则：

1）铸件的重要部分应尽量置于下部

2）重要加工面应朝下或呈直立状态

3）使铸件的大平面朝下，避免夹砂结疤类缺陷

4）应保证铸件能充满

5）应有利于铸件的补缩

6）避免用吊砂、吊芯或悬臂示砂芯，便于下芯、合箱及检验

7）应使合箱位置、浇注位置和铸件冷却位置相一致

分型面的确定原则如下所示：

1）尽可能使铸件的全部或大部分放在同一箱内，以减少因错型造成的尺寸偏差

2）应尽可能把铸件的加工定位面和主要加工面放在同一箱内，以减少加工定位的尺寸偏差

3）要尽量减少分型面的数量。

在机器造型中，一般采用一个分型面。

4）在机器造型中，选择分型面时，应尽量避免使用活块，必要时用砂芯代替活块

5）应尽量减少芯砂的数量

6）应尽量使分型面为平面，必要时也可不做成平面

7）为方便起模，分型面应选在铸件的最大截面处。

对于较高的铸件，尽量不使铸件在一箱内

8）在考虑造型、浇注、制芯的基础上，分型面的选择还应有利于清理

9）选择分型面时应考虑到造型方法

在考虑到辐板是承受压力的部件，所以对铸件质量要求很高，并需要大批量生产，在大批大量生产时，则应采用造型、合箱、浇注和冷却位置相一致的卧浇卧冷方案。

所以浇注位置及分型面选择为如下图所示：

上

下

图2.2

2.4工艺参数设计

2.4.1机械加工余量

辐板的材质是ZG45，要求的机械加工余量等级为H，最大轮廓尺寸为590mm，经资料[2]可得机械加工余量为6mm。

2.4.2铸件线收缩率

铸件的线收缩率又称铸件收缩率或铸造收缩率，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）冷却到室温是的相对线收缩量，以模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表：

——铸件收缩率（%）  

——模样长度（mm）  

——铸件长度（mm）查资料[2]可知铸件的收缩率为2%。

2.4.3起模斜度

采用增加铸件厚度法来设计起模斜度，辐板是采用木摸样自硬砂造型，经资料[2]模样外表面的起模斜度α=0°40′，a=2.0mm。

2.4.4最小铸出孔

图2-3

孔1壁厚为35.3mm，孔深为140mm，经资料[2]可得，铸孔最小直径d=70mm。

孔1直径为149.4mm，所以此孔可铸出。

2.5浇冒系统设计

浇注系统是砂型中引导液态金属进入型腔的通道。

成功的浇注工艺取决于金属本身的性质、铸型的性质和浇注系统的结构。

合理的浇注系统设计，应根据铸件的结构特点、技术条件、合金种类，选择浇注系统结构类型、确定引入位置、计算截面尺寸等。

浇注系统设计应遵循的原则如下：

1）引导金属液平稳、连续地充型，避免由于湍流过度强烈而造成夹卷空气、产生金属氧化物夹杂和冲刷型芯。

2）充型过程中流动的方向和速度可以控制，保证铸件轮廓清晰、完整。

3）在合适的时间内充满型腔，避免形成夹砂、冷隔、皱皮等缺陷。

4）调节铸型内的温度分布，有利于强化铸件补缩，减少铸造应力、防止铸件出现变形、裂纹等缺陷。

5）具有挡渣、溢渣能力，净化金属液。

6）浇注系统结构应当简单、可靠，减少金属液消耗，便于清理。

7）一般铸件的浇注系统由以下四部分构成：

外浇口（浇口盆、浇口杯）、直浇道、横浇道、内浇道，其结构见图

图2-4

2.5.1浇注系统尺寸设计

浇注系统采用的分类方法有两种：

根据浇注系统各单元截面的比例关系，可分为封闭式、半封闭式、开放式、封闭开放式等四种类型；根据内浇道在铸件上相对位置（引入位置），分为定柱式、中柱式、底柱式和阶梯注入式等四种类型。

根据资料[3],查表117页表格选取浇注系统的浇口比为:

∑内：

∑S横：

∑S直=1:

0.8:

1.2

内浇道面积为7.7cm2。

所以横浇道为6.2cm2，直浇道为9.2cm2。

由于钢液的浇注温度高、流动性差、易氧化，因此要求快速、平稳地充型，但对不同类型的铸件，液面上升速度有不同的要求。

铸钢件的浇注系统一般都采用开放式，用塞杆包浇注。

采用底部注入，内浇道位于铸件底部，金属液充型平稳，对型、芯冲击力小，金属氧化小，有利于型腔内气体排出；有利于由浇注系统及金属液带来的气体的排除。

适用于非铁合金及铸钢件，也应用于较高或形状复杂的铸铁件。

所以辐板采用底柱式浇注方法。

2.5.2冒口设计

选择冒口位置原则：

1）冒口应就近设在铸件热节的上方或侧旁；

2）冒口应尽量设在铸件最高、最厚的部位；

3）冒口不应设在铸件重要的、受力大的部位，以防组织粗大，降低强度；

4）冒口位置不要选在铸造应力集中处，应注意减轻对铸件的收缩阻碍，以免引起裂纹；

5）尽量用一个冒口同时补缩几个热节；

6）冒口布置在加工面上，可节约铸件精整工时，零件外观好；

7）不同高度上的冒口，应用冷铁使各个冒口的补缩范围隔开；

8）冒口的位置应偏离铸件的几何热节，以减小冒口与铸件连接处形成的接触热节对铸件凝固偶的热干扰。

冒口的有效补缩距离为冒口作用区与末端区长度之和，它是确定冒口数目的依据，与铸件结构、合金成分及凝固特性、冷却条件、对铸件质量要求的高低等多种因素有关。

铸件材料为ZG45，为低碳合金，去冒口补缩距离为4.5T。

该铸件为薄壁小型件。

为保证充型效果良好，结合工厂生产设计经验，冒口重量应占整个浇注重量的30%左右。

冒口位置如下如所示：

图2-5

2.6铸造工艺图

辐板的铸造工艺设计图如下图：

下

上

图2-6

3结论

1）浇注系统的浇口比一定要选择适当，避免引起太大的紊流，产生较大的卷气。

ZG45辐板的浇口比定为∑内：

∑S横：

∑S直=1:

0.8:

1.2。

2）冒口的设计必须根据铸件具体设计。

工具书上的一些参数可以作为参数，应该根据铸件的实际情况来设计冒口。

ZG45辐板冒口个数为3个。

3）不仅要考虑铸造方便，还应该考虑到后续工序的方便。

参考文献

[1]《铸造工艺学》,王文清，机械工业出版社，2011年6月

[2]《铸造手册（第五卷）》,《铸造工艺（第三版）》[M].李新亚.北京：

机械工业出版社，2011

[3]《铸造过程模拟及工业设计》，毛洪奎，国防工业出版社，2011年11月

[4]《铸造生产及工艺工装设计》，韩小峰，中南大学出版社，2010年10月

[5]《铸造合金及熔炼》，陆文华，机械工业出版社，2006年7月