毕业设计论文说明书铸造工艺设计模具设计Word文档格式.docx
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3工艺方案分析
3.1铸造工艺方案中浇注位置和分型面的确定原则
3.1.1浇注位置的确定原则
a）浇注时主要加工表面，主要工作面和受力面应尽量放在底部和侧面，以防止产生砂眼，气孔，夹渣等缺陷。
b）对于凝固体收缩较大的铸件合金，应满足顺序凝固的原则，铸件厚实部分应尽可能置于上方，利于冒口补缩。
c）应有利于砂芯的定位，固定和排气，尽量避免摽芯和悬臂砂芯。
d）大平面应置于下部或倾斜位置，以防夹砂等缺陷，有时为了方便造型，可采用“横做立浇”“平做立浇”的方法。
e）铸件的薄壁部分应置于铸件的底部或侧面，以防浇不到冷隔等缺陷。
f）在大批量生产中，应使铸件的飞翅，毛刺最少与易于清除。
g）要避免厚实铸件冒口下面的受力面产生偏析。
h）尽量使冒口置于加工面上，以减少铸件清理工作量。
3.1.2分型面的确定原则
分型面是指上半铸型和下半铸型的分界面，它往往也是模样的分模面。
在确定铸件分型面的同时，实际上也确定了铸件在砂箱中的位置（即浇注位置），因此，分型面的选择对铸件的质量和整个生产过程影响很大，是铸造工艺是否合理的关键问题之一。
确定分型面的原则有如下几条：
a）尽量将铸件的全部或大部分放在同一箱内，以减少错型和不便验型造成的尺寸偏差；
b）尽量将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。
c）尽量减少分型面数量，在机器造型中一般采用一个分型面。
d）在机器造型中应尽量不使用活块，必要时用砂芯取代模样打活动料。
e）尽量减少砂芯数量。
f）尽量使分型面是平面，必要时也可不做成平面。
g）为了方便起模，分型面应在铸件的最大截面处，对于较高的铸件应尽量使铸件在一箱内不宜过高。
h）在大量生产时，分型面的选择应有利于铸件的整理。
i）选择分型面应考虑到造型的不同。
高压造型与射压造型相比砂型紧实度较高。
狭小吊砂处易损坏，故在高压造型中应避免狭小吊砂。
该铸件的导轨面为重要表面，根据以上原则应放于砂箱底面或者侧面。
采用本方案应将导轨面放在侧面，分型面选择中位面处，这样选择的优点是不需出立柱地脚螺栓处斜筋板的芯子，节省芯盒，缺点是浇注系统不加考虑的话会造成导轨温度不均，为避免这种情况的发生需对两导轨同时浇注。
浇注和分型面的具体位置见铸造工艺图。
3.2工艺方案的分析和确定
3.2.1方案一：
以立柱导轨背面为分模面（树脂砂造型）
该铸件的导轨面为重要面应放在下箱或侧面，采用方案一将铸件放在一个砂箱内，从而保证导轨的质量。
这样可以减少错箱和加工定位尺寸，但是地脚筋板处起模困难需要从工艺上出芯子加以处理。
3.2.2方案二：
以立柱导轨的中心对称线为分模面（树脂砂造型）
该铸件的导轨面为重要表面，应放在下箱或侧面，采用方案二应将其放在沙箱侧面。
可以保证导轨的质量，同时避免立柱地脚筋板处出芯子，由外模直接带出。
靠型内定位及模型制做准确度来减少错箱的倾向。
需在浇注系统加以考虑，否则会造成上下导轨在浇注过程中温度不同从而导致硬度不同。
本设计采用方案二。
4工艺参数
4.1铸件最小铸出壁厚
合金液的流动性，铸件的轮廓尺寸和铸造方法，决定了合金液的充型能力。
为了避免铸件浇不足和冷隔等缺陷，应要求铸件壁厚不小于最小壁厚。
对于砂型铸造各类铸造合金铸件的最小壁厚可参考表1。
铸件的内壁厚度应小于外壁厚度。
表1砂型铸件最小壁厚（单位：
mm）
铸件材质
铸件轮廓尺寸
铸钢
灰铸铁
球墨铸铁
可锻铸铁
铝合金
镁合金
铜合金
200
>
200～500
500
8
10～12
15～20
6
6～10
12
——
5
3
4
3～5
6～8
根据表1以及所给已知条件：
最大外形尺寸为1130×
410×
525mm，且材质为HT250，由工艺图知铸件最小壁厚为15mm，所以符合上表中砂型铸件最小壁厚为15mm～20mm的要求。
4.2机械加工余量
GB/T6414—1999《铸件尺寸公差与机械加工余量》中规定，机械加工余量值应根据最终机械加工后成品零件的最大轮廓尺寸和相应的尺寸范围选取[1]。
铸件的某一部位在铸态下的最大尺寸应不超过成品尺寸和要求的加工余量及铸件总公差之和。
当有斜坡时，斜度值应另加考虑。
机械加工余量值由精到粗分为A，B，C，D，E，F，G，H，J和K共10个等级（见表2）。
推荐用于各种铸造方法和铸造合金铸件的RMA等级列表3中，它仅供参考。
要求的机械加工余量应按下列方式标注在铸件图或技术文件中：
a）用公差和要求的机械加工余量代号统一标注，例如：
对于轮廓最大尺寸在2500-4000mm范围内的铸件，要求的机械加工余量等级为G，要求的机械加工余量为7mm，（同时铸件的一般公差为GB/T6414-CT12），标注为：
GB/T6414-CT12-RMA7（G）
b）采用非标准加工余量时，应在铸件图样上所需部位直接标出。
检验与评定时，当铸件实际测量尺寸位于铸件基本尺寸所要求的公差带范围内时，应认为铸件的加工余量合格。
表2要求的机械加工余量（RMA）（GB/T6414—1999）
最大尺寸
要求的机械加工余量等级
A
B
C
D
E
F
G
H
J
K
40
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.7
1
1.4
40～63
2
63～100
2.8
100～160
0.8
1.1
1.5
2.2
160～250
5.5
250～400
0.9
1.3
2.5
3.5
7
10
400～630
9
630～1000
0.6
1.2
1.8
14
1000～1600
11
16
1600～2500
1.6
3.2
4.5
18
2500～4000
15
20
4000～6300
6300～10000
17
24
表3毛坯铸件典型的机械加工余量等级
方法
铸件材料
可锻
铸铁
轻金属
合金
砂型铸造手工造型
G～K
F～H
砂型铸造机器造型和壳型
E～H
E～G
金属型（重力和低压铸造）
D～F
压力铸造
B～D
熔模铸造
该铸型为手工造型，材料为HT250，加工余量等级为F～H，工件尺寸为1130×
525mm，其中最大尺寸为1130mm，由表2[2]查得在1000～1600范围加工余量范围为4～8mm。
又结合实际，导轨面为重要面加工余量取7mm，铸件侧面凸台加工余量取3mm,放在上箱的导轨侧面为加工面，考虑到浮渣，所以加工余量应取9mm。
具体见工艺图。
4.3最小铸出孔和槽
机械零件上往往有许多孔、槽和台阶，一般来说，应尽可能在铸造时铸出[1]。
这样既可以节约金属，减少机械加工的工作量，降低成本，又可使铸件壁厚比较均匀，减少形成缩孔，缩松等铸件缺陷的倾向。
但是，当铸件上的孔、槽的尺寸太小，而铸件的壁厚又较厚和金属压力头较高时，反而会使铸件产生粘砂，造成清铲和机械加工困难；
有的孔、槽，为了把它们铸出，必须采用复杂而且难度较大的工艺措施，而实现这些措施还不如用机械加工的方法制出更为方便和经济；
有时由于孔距要求很精确，铸出的孔如有偏心，就很难保证加工精度。
因此，在确定零件上的孔和槽是否铸出时，必须既考虑到铸出这些孔或槽的可能性，又要考虑到铸出这些孔或槽的必要性和经济性。
表4铸铁件和非铁合金铸件最小铸孔尺寸
（单位：
壁厚
最小孔径
8～10
20～25
10～15
40～50
15～30
50～100
35～50
铝合金、镁合金
25
因该工件材料为HT250，基本壁厚为15mm，导轨处壁厚为44mm，所以选取壁厚处在40～50mm之间，由表4可得，最小铸出孔直径选15mm。
本设计中螺纹孔，地脚螺钉孔等都为不铸出孔，在铸造工艺图上已用红线标出。
4.4不铸出面
如立柱底座处的小凹槽。
4.5铸造收缩率
铸件在凝固和冷却过程中，体积一般要收缩。
金属在液态和凝固过程中的收缩量以体积的改变量表示，成为体收缩。
在固态下的收缩量常以长度表示，称为线收缩。
由于铸件的固态收缩（线收缩）将使铸件各部分尺寸小于模样原来的尺寸，因此为了使铸件冷却后的尺寸与铸件图示一致，则需要在模样或芯盒上加上其收缩的尺寸。
加大的这部分尺寸称为铸件的收缩量，一般用铸件收缩率表示，可用下式求出：
铸件收缩率
式中：
-----模样尺寸；
-----铸件尺寸。
在制造模样时，为了方便起见，常用特别的“收缩尺”或“铸模尺”。
收缩尺的刻度比普通刻度长，其加长的尺寸称为收缩量。
根据实际需要，可做成0.8%，1%，1.5%，2.0%……等各种比例的收缩尺，以供选用。
表5几种合金的铸造收缩率
合金种类
铸件收缩率%
自由收缩
受阻收缩
灰铸铁中小型铸件
中大型铸件
特大型铸件
筒形铸件长度方向
直径方向
1.0
孕育铸铁HT25～47
HT30～54
HT35～61
白口铁
1.75
由于铸件材料为HT250，最大外形轮廓尺寸为1140×
422×
525mm，铸件为中型铸件，且为自由收缩，根据表5和生产经验。
收缩率应该确定为1%。
4.6冷铁放置计算
为了保证厚大部位重要表面的质量，防止产生缩孔等缺陷，提高导轨硬度，需在导轨处放置外冷铁激冷[5]。
冷铁尺寸=粗大部位尺寸×
（0.25～0.4）
该工艺中导轨为粗大部位，应放置冷铁，根据导轨尺寸得：
冷铁尺寸=44mm×
（0.25～0.4）=11～17mm
取中间尺寸15mm，选取15×
40×
100mm规格的石墨冷铁。
4.7分型负数的选择
起模后的修型和烘干会引起砂型变形，致使分型面凹凸不平，使合型不严密。
为防止浇注时从分型面跑火，合型时应在分型面上放耐火泥条或石棉绳[1]，这就增高了型腔高度。
为了保证铸件尺寸符合图样尺寸要求，模样上必须减去相应的高度，减去的值称为分型负数。
确定分型负数，应该注意下述几点[2]：
a）若模样分成对称的上、下两半，则上、下半模各取分型负数的一半，否则，分型负数放在上半模样。
b）多箱造型时，每个分型面都要放分型负数。
c）自硬砂型和湿型一般不放分型负数，但是砂型平面大于1.5m2时，也放分型负数，其值小于表中的数值。
d）在分型面上的砂芯间隙不能比分型负数小。
表6模样的分型负数
mm）
砂箱长度
分型负数a
干型
表干型
1000
1001～2000
2001～3500
3501～5000
5000
根据后续设计的砂箱长度2000mm，且型砂为自硬型树脂砂，属表干型，由表6查的分型负数为2。
因铸件对称地放置在上下箱中，故分型负数上下箱各取1。
4.8拔模斜度
为了在造型和制芯时便于起模而不致损坏砂型和砂芯，应该在模样或芯盒的出模方向带有一定的斜度。
如果零件本身没有设计出相应的结构斜度时，就要在铸型工艺设计时给出拔模斜度。
模样的起模斜度，应不致使铸件超出尺寸公差。
该铸件高度为525mm，起模斜度可选1：
100。
4.9铸件在砂箱内冷却时间
表7中小型铸铁在砂型中内的冷却时间
铸件的重量/kg
<
5-10
10-30
30-50
50-100
100-250
250-500
500-1000
铸件的壁厚/mm
30
50
60
冷却时间/min
20-30
25-40
30-60
80-160
120-300
240-600
480-720
铸件重量为352.8kg,主要壁厚为44mm，由表7查得此铸件在砂型内的冷却时间为240～600min，即4h～10h。
该铸件壁厚较大、结构复杂，因此冷却时间选取9h。
5砂芯及砂型设计
5.1砂芯设计
砂芯设计，主要包含芯头设计、砂芯排气设计等。
必要时，还需有选用及安置芯撑的设计。
本方案共有三个砂芯，分别为X1、X2、X3，需分别对其进行设计。
5.1.1芯头设计
砂芯主要靠芯头固定在砂型上。
对于垂直砂芯，为了保证其轴线垂直、牢固地固定在砂型上，必须有足够的芯头长度或者采用摽芯的方式。
以承受砂芯的重力和金属液的浮力。
芯头与芯座之间应有适宜的间隙，以使砂型与砂芯的装配方便，但又能确保金属件的尺寸、精度；
当芯子有方向性要求时，应在芯头上做定位角。
5.1.2排气设计
湿砂芯，干砂芯和自硬砂芯在浇注过程中，其粘合剂及表面中的有机物要挥发、分解、燃烧（氧化反应）、短时间内放出大量气体，以及水分蒸发[6]。
如果这些气体不能及时排出型外，一旦钻入金属液体，就很可能留在里面而使铸件产生气孔。
因此，在设计，制造砂芯及下芯，合箱的整个过程中，应十分重视砂芯的排气。
一定要让浇注时砂芯中产生的气体能够及时地从芯头排出铸型外。
芯子的排气一般都是用蜡线或尼龙管做排气孔引气，将蜡线或尼龙管埋入砂芯中，在做好砂芯后，尼龙管充当砂芯中排气孔道。
最终从芯头排出；
若芯子没有出芯头，则可在芯子与铸型分芯处，摆放一圈防火泥通过排气孔引出。
5.1.3分芯原则
首先，先对芯子的分类做个简单的了解。
芯子分三类，即普通芯子（用X1等编号表示），置于砂芯中的NX，及预先粘到砂型上的SX三类。
其中NX和SX是在特定情况下才用到的；
NX应用在当一个芯子中间有凸台等难撤料部位时，采用NX处理；
SX用在当芯子较小，与砂型直接相接且粘上后不影响其它芯子下芯时，就预先粘到砂型的相应位置上，有定位准确，下芯便捷的优点。
其次，分芯的一般原则：
a）砂芯的填砂面应宽敞，以便于造芯时填砂，舂砂，安放芯骨，及有利于采取排气措施。
b）砂芯在烘干时的支承面最好是一个比较大的平面，以便于放置在平的烘干板上烘干。
c）一个砂芯分成两半时，应尽量沿着砂型的分型面分开。
这样可使砂芯的拔模斜度与模样的斜度一致，保证铸件壁厚均匀。
d）便于下芯合箱，保证铸件的精度。
e）铸件上位置精度要求高的部位，应尽可能用一个砂芯形成。
f）尺寸过大的砂芯，为了方便制芯下芯或者为了解决车间起重量不够的困难，可将大砂芯分成数个较小的砂芯。
g）将砂芯由大分小时，应保证每个小芯应有足够的强度和刚度。
另外，关于芯撑要求如下：
砂芯在铸型中主要靠芯头固定。
但有时砂芯无法设置芯头或只能靠芯头固定难以保证砂芯稳固。
因此，在生产中常采用芯撑来加固，以起到辅助支撑作用。
为了使芯撑良好地同铸件焊合及不引起气孔缺陷，使用芯撑时必须注意：
a）芯撑材料的熔点应该比铸件材质的熔点高，至少相同。
因此，对于铸铁件用低碳钢或铸铁芯撑；
有色金属铸件用与铸件相同的合金材料做芯撑。
b）金属液体未凝固前，芯撑应有足够的强度，不得过早熔化而丧失支撑作用；
在铸件凝固过程中，芯撑须与铸件很好地焊合。
因此芯撑的重量不能过小或过大。
c）芯撑表面最好镀锡。
使用时，芯撑表面应无锈、无油、无水、无空气。
同时芯撑在放入铸型之后，要尽快浇注，特别是湿型，以免芯撑表面因凝聚水气而引起气孔及焊合不良。
d）应尽量将芯撑放置在铸件的非加工面上或不重要的表面上。
e）为了防止芯撑陷入砂型、砂芯（特别是湿型、湿芯）而造成铸件壁厚不均，必要时，可在芯撑端面垫以面积较大的铁片、干砂芯、或耐火砖。
f）重要面不得以要用芯撑,只能用铸铁芯撑,最好设计成不用芯撑。
g）对有防渗漏要求的面，不得已使用芯撑时，芯撑与低熔点材料防渗盒一起使用。
5.1.4分芯方案
根据已确定的工艺方案及分芯原则，砂芯设计情况具体如下:
①X1（见工艺图标示）是形成立柱中部空腔的芯子，立柱两侧两个φ60的孔由X1直接带出，立柱后面10个φ80的孔也由X1直接带出。
采用吊芯法对其固定，芯子和外模引尼龙管导气。
下箱间隙为1，上箱间隙为2，主要防止合箱时将砂子碰落，最后造成缺陷。
②X2（见工艺图标示）是形成导轨内侧空腔的芯子，下X2时，由于被X1导轨处凸出部位阻挡，因此采用后填砂的方法。
可采用吊芯对其固定，芯子和外模引尼龙管导气。
③X3（见工艺图标示）是形成立柱底座处空腔及两侧透门的芯子，由于下芯时先下X1,而X1的凸出部位将X3挡住，使X3无法下芯，因此在下箱设置一个后填砂工艺。
即在下箱形成一个比X3芯头大的空隙，使其绕过X1的凸出部位下进去，然后将多余的空间用型砂填上。
5.2外模设计
所谓外模设计也即形成工件外表面的木模的设计过程，它主要从以下几方面考虑：
a）加工余量；
b）透门处由芯子带出还是由外模带出，若由芯子带出是否出芯头及芯头尺寸；
c）凸台及牙边等难撤料部位应采用活块处理；
d）与外部表面相关的不铸出孔不铸出面；
e）外表面上的螺丝窝及拐角等部位芯头尺寸。
6浇冒口系统设计
6.1浇注系统的概述和作用
浇注系统是砂型中引导液态合金流入型腔的通道。
生产中常常因浇注系统设计安排不当造成：
砂眼、夹砂、粘砂、夹渣、气孔、铁豆、抬箱、缩孔、缩松、冷隔、浇不足、变形、裂纹、偏折等铸造缺陷。
此外，浇注系统的好坏还影响造型和清理工作的繁简，砂型的体积大小和型砂的耗用运输量，非生产性消耗的液态合金用量等等。
所以，浇注系统与获得优质铸件，提高生产效率和降低铸件成本的关系是密切相联的。
因此对浇注系统的设计必须慎重认真。
浇注系统除导入液态合金这一基本作用外，正确的浇注系统还应具有以下功能和注意事项：
a）使液态合金平稳充满砂型，不冲击型壁和砂芯，不产生激溅和涡流，不卷入气体，并顺利地让型腔内的空气和其他气体排除型外，以防止金属过渡氧化及产生砂眼、铁豆、气孔等缺陷。
b）阻碍夹杂物进入型腔，以免在铸件上形成渣孔。
c）起一定的补流作用，一般是在内浇道凝固前补给部分液态收缩。
d）让液态合金以最短的距离，最合宜的时间充满型腔，并有合适的型内液面上升速度，得到轮廓完整清晰的铸件。
e）充型流股不要正对冷铁和芯撑，防止降低外冷铁的激冷效果及表面溶化，造成铸件壁变化。
6.2浇注系统的组成及其各自作用
常用的浇注系统大多由浇口杯（浇口盆或外浇口）、直浇道、横浇道、内浇道等部分组成。
其各自作用分别为[6]：
浇口杯：
承接金属液，避免金属液飞溅，并将其导入直浇道，防止液流直接冲入直浇道。
一般浇口杯容
升级会员 