壳体零件的工艺性分析Word下载.docx

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16-20

20-25

灰铸铁

3-4

4-5

5-6

6-8

根据此零件图的形状及特点，此零件图的最小壁厚6mm满足上表的要求。

132铸造工艺对零件结构的要求

〔1〕简化或减少分型面的铸件结构

〔2〕减少砂芯数量的铸件结构

〔3〕方便起模的铸件结构

〔4〕有利于砂芯的固定和排气的铸件结构

此铸件的分型面的选择、砂芯数量及结构、起模方式等，如铸造工艺图所示

2、工艺方案确实定

2.1铸造方法确实定

铸造是指熔炼金属，制造铸型并将熔融的金属浇入铸型，凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能金属零件毛坯的成型方法。

铸造方法算然很多，但习惯上一般把铸造分为砂型铸造和特种铸造两大类。

本次设计采用的是砂型铸造。

2.2造型种类及方法的选择

221造型种类确实定

造型种类分为手工造型和机械造型两大类，本次设计采用手工造型。

2.2.2造型方法的选择

造型方法有很多种主要有整模造型、分箱造型、挖沙和价箱造型、活块和砂芯造型、活砂造型〔抽砂造型〕、多箱造型、实物造型、刮板造型、抽芯模造型和劈箱造型、脱箱造型〔活箱造型〕、叠箱造型、模板造型、漏模造型、地坑造型等。

本次设计我们将采用分箱造型。

分箱造型是将模样沿着截面最大处分成两半造型师分别放置于上砂箱和下砂箱内，称为分模造型。

2.3制芯方法的选择

砂芯制备按其成型方法，可分为用芯盒制芯和刮板制芯两类

〔1〕芯盒制芯

用芯盒制芯须根据芯盒的种类及结构进行标准操作。

〔2〕刮板造芯

根据刮板移动方式的不同，有以下两种刮板造芯方法：

〔1〕水平车板车制砂芯；

〔2〕移动刮板。

本次设计采用芯盒制芯的方法制芯。

芯盒造芯的尺寸精度和生产效率高，可以制造各种形状复杂的砂芯，适用范围广，是普遍采用的造芯方法。

2.4凝固原那么确实定

合金从液态转变为固态的状态变化称为凝固，从液态转变为固态的过程称为凝固过程。

铸件的凝固原那么分为顺序凝固〔也称定向凝固〕原那么和同时凝固原那么。

2.4.1顺序凝固〔也称定向凝固〕原那么

顺序凝固〔也称定向凝固〕原那么是通过采取工艺措施，使铸件各局部能按照远离冒口的局部先凝固，然后是靠近冒口局部，最后才是冒口本身凝固的次序进行。

顺序凝固的铸件冒口补缩作用好，铸件内部组织致密。

但铸件不同位置温差较大，易使铸件变形或产生热裂。

另外，顺序凝固一般需要加冒口补缩，增加了金属的消耗和切割冒口的工作量。

242同时凝固原那么

同时凝固原那么是采取工艺措施保证铸件结构各局部之间没有温差或温差很

小，使铸件厚度不同的各局部同时凝固，采用同时凝固的原那么，铸件不易产生热裂，且应力和变形小。

本次设计采用顺序凝固原那么。

2.5浇注位置确实定

浇注位置确实定

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、铸造合金特性、铸造方法以及生产车间的条件决定的。

正确的浇注位置应能保证获得健全的铸件，并使造型、制芯和清理方便。

确定浇注位置应注意以下原那么：

（1）铸件的重要局部应尽量置于下部

（2）重要加工面应朝下或直立状态

（3）使铸件的答平面朝下，防止夹砂结疤内缺陷

（4）应保证铸件能充满

（5）应有利于铸件的补缩

（6）防止用吊砂，吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯，合箱及检验

初步对支座对浇注位置确实定有：

方案一如图2-1、方案二图2-2.

浇注位置方案一图2-1

万案一:

上

浇注位置方案二图2-2

通过方案一和方案二的比照我们可以发现方案二浇注方法比拟单一不利于

更好的充型。

而方案一利用多个位置同时浇注既能保证合理的充型而且能够保证金属的合理流动。

所以本次设计我们决定采用方案一作为这次这次浇注的方案。

2.6分型面的选择

分型面是指两半铸型相互接触的外表。

分型面的优劣在很大程度上影响铸件的尺寸精度、本钱和生产率。

选择分型面时，应注意以下原那么：

〔1〕应使铸件全部或大局部置于同一半型内。

〔2〕应尽可能减少分型面数目。

〔3〕平直分型面和曲折分型面的选择，要尽可能地选择平直分型面。

〔4〕分型面应选择在铸件最大投影面处。

初步对支座进行分析有：

分型面的选择有以下几种方案如图方案一2-3、方案二2-4

中

如图2-3分型面选择方案一

方案二:

图2-4分型面选择方案二

对以上两种分型面方案选择的分析我们可以看出，方案一需要采用三箱造型，需要两个分型面，这样不但浪费材料而且给造型带来了很大的不便，而且不

利于分型，而方案二采用的是两箱造型，分型面选择在此处也利于浇注位置的选择，浇注位置还可以开设在分型面上了，这不但节省材料还是其他方案更加简便，而且利于分型。

所以本次设计我们决定采用方案二，即科学又可行。

2.7沙箱中铸件数量确实定

对于中小型铸件，尤其是小铸件，在生产中常把几个相同的铸件放在同一个砂型中，有时也可以把几个材质相同、壁厚相近的不同铸件放在同一砂型中生产，以提高生产率，降低本钱。

在本次设计中铸件的轮廓尺寸S据零件的根本尺寸和形状我们将选择一箱一件进行铸造。

2.8主要工艺参数确实定

2.8.1、铸造收缩率

铸造收缩率又称铸件线收缩率，用模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示：

&

=[（L1-L2）/L1]*100%

£

—铸造收缩率

L1—模样长度

L2—铸件长度

铸造的收缩率主要与合金的收缩大小和铸件收缩时受阻条件有关。

根据?

铸

造工艺及设备?

图5-27铸钢件结构对铸造收缩率的影响，收缩率选择为1.0%

2.8.2、铸件尺寸公差等级

铸件尺寸公差是指铸件公称尺寸的两个允许的极限尺寸之差。

在两个允许极限尺寸之内，铸件可满足机械加工，装配，和使用要求。

查表得铸件的尺寸公差等级为

查表得铸件的尺寸公差数值为

2.8.3、铸件机械加工余量确实定

机械加工余量是铸件为了保证其加工面尺寸和零件精度，应有加工余量，即

在铸件工艺设计时预先增加的，而后在机械加工时又被切去的金属层厚度。

查表得此壳体的机械加工等级为

查表得此件的机械加工余量为

2.8.4、铸件毛坯尺寸确实定

2.8.5、铸件重量偏差确实定

铸件重量公差是以占铸件公称重量的百分比表示的铸件重量变动的允许范围。

2.8.6、铸件分型负数确实定

干砂型、外表烘干型以及尺寸较大的湿砂型，分型面由于烘烤，修整等原因一般都不很平整，上下型接触面很不严。

为了防止浇注时炮火，合箱前需要在分型面之间垫以石棉绳、泥条等，这样在分型面处明显增加了铸件的尺寸。

为了保

证铸件尺寸精确，在拟定工艺时为抵掉铸件增加的尺寸而在模样上减去相应的尺寸称为分型负数。

2.8.7、起模斜度确实定

为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免损坏砂型或砂芯。

这个斜度，称为起模斜度。

起模斜度应在铸件上没有结构斜度的，垂直于分型面的外表上应用。

受此件形状的影响所以无起模斜度

288、最小铸出孔和槽

零件上的孔、槽、台阶等，究竟是铸出来好还是靠机械加工出来好，这应该从品质及经济角度等方面考虑。

一般来说，较大的孔、槽等应该铸出来，以便节约金属和加工工时，同时还可以防止铸件局部过厚所造成热节，提高铸件质量。

较小的孔、槽或那么铸件壁很厚那么不易铸出孔，直接依靠加工反而方便。

此铸件上的孔直径为16mm根据?

铸造工艺及设备?

得：

铸钢件最小铸出孔直径为30-50mm所以此铸件上的孔不必铸出。

2.9、砂芯数量确定及设计

砂芯的功用是形成铸件的内腔、孔和铸件外型不能出砂的局部。

砂型局部要求特殊性能的局部有时也用砂芯。

砂芯的形状如下图2-5所示

2.9.1芯骨设计

为了保证砂芯在制芯、搬运、配芯和浇注过程中不开裂、不变形、不被金属液冲击折断，生产中通常在砂芯中埋置芯骨，以提高其刚度和强度。

本次设计选用的芯骨为圆柱芯骨，圆柱芯骨清理时不易敲断，适用于芯头较大的简单砂芯。

圆柱直径大小参考表5-1选用。

2.9.2砂芯的排气

砂芯在浇注过程中，其粘结剂及砂芯中的有机物要燃烧〔氧化反响〕放出气体，砂芯中的剩余水分受热蒸发放出气体，如果这些气体排不出型外，那么要引起铸件产生气孔。

壳体的排气主要利用芯骨排气

图2-5壳体的砂芯

表2-1铁丝和圆钢芯骨的直径〔单位：

mm

砂芯外形尺寸〔长x宽〕

芯骨直径

100x100

1.0-1.5

100x100-200x200

1.5-2.5

200x200-300x300

2.0-3.5

300x300-400x400

3.5-5.0

400x400-600x600

5.0-10

本次设计中选择的芯骨直径初步确定为2mm

2.10浇注系统的设计

浇注系统类型的选择

浇注位置按内浇道在铸件上的位置课分为：

（1）顶注（上注）式浇注系统

以铸件的浇注位置为基准，内浇道开设在铸件的顶部，称为顶注式浇注系统。

（2）底注（下注）式浇注系统

内浇道开设在铸件的底部，即金属液从铸件的底部注入型腔，称为底注式浇注系统。

（3）分型面（中间）注入式浇注系统

金属液经过开在分型面上的横浇道和内浇道进入型腔，称为分型面（中间）

注入式浇注系统。

（4）阶梯式浇注系统

阶梯式浇注系统是具有多层内浇道的浇注系统。

（5）垂直缝隙式浇注系统

垂直缝隙式浇注系统是阶梯式浇注系统的特殊形式。

根据此铸件的形状及分型面的选择，本次设计采用分型面（中间）注入式浇注系统，其他浇注方法不利于浇注。

、浇注系统的设计和计算

浇注系统通常由浇口盆、直浇道、横浇道和内浇道等组成。

（1）浇口盆

浇口盆通常单独制成或直接在铸型中形成，成为直浇道顶部的扩大局部。

其作用是：

接纳来自浇包的金属液，防止金属液飞溅。

浇口盆主要分为漏斗形和池形两大类。

1）漏斗形浇口盆

漏斗形浇口盆的形状见图2-6

图2-6漏斗形浇口盆

2〕池形浇口盆

池形浇口盆其容积大，能储存一定量的金属液可防止气体和熔渣卷入型腔。

另外由于其侧壁倾斜，底部突起，因此可以减小液流下落时的冲击及有利熔渣、杂质上浮，故有一定的挡渣作用。

其形状见图

〔2〕直浇道

直浇道是浇注系统中的直通垂道，通常带有一定的锥度。

1〕直浇道的作用

直浇道的作用是从浇口盆向下引导金属液进入浇注系统其他组元或直接导入型腔，并提供足够的压力头，使金属液在重力作用下能克服流动过程中的各种阻力，充满型腔的各个局部。

2〕直浇道的形状

直浇道的形状见图2-7

（a）（b）（c）（d）

图2-7常用直浇道类型

（a）上大下小圆锥形（b）上小下大倒锥形

（c）圆柱形（d）蛇形

3）直浇道与横浇道的连接

金属液由直浇道流入横浇道时，流动方向急剧改变，出现极度的紊流，容易产生冲击。

因此，为了减轻这一冲击作用，在直浇道底部设计成如下图的带凹坑的窝座，窝座的直径一般为横浇道宽的两倍左右。

位于下型的凹坑在金属液进入横浇道之前已被充满，它不但能缓冲下落金属液流对铸型的冲击，还可减少液流的紊乱程度，较平稳的把金属液导入横浇道。

凹坑的深度接近横浇道的高度，直浇道与横浇道的连接处做成圆角，以减少冲砂的危险。

（3）横浇道

横浇道是指浇注系统中连接直浇道和内浇道的水平通道局部。

1）横浇道的作用

横浇道用以连接直浇道和内浇道，将金属液平稳而均匀地分配给各个内浇道，并起挡渣作用。

2）横浇道的截面形状

如下图为横浇道的截面形状

圆形截面的横浇道通常用耐火砖管形成，多用于浇注铸钢件。

其特点是散热

量少，但挡渣效果差

横浇道形状取梯形断面形状如图4.3

图4.3横浇道截面示意图

梯形断面大小由?

铸造实用手册?

查表1.4-75得：

A=15mmB=10mmC=16mm

（4）内浇道

在浇注系统中，引导液态金属进入型腔的局部。

1）内浇道的作用

内浇道的作用是控制金属液的充型速度和方向，使之平稳地充填型腔，并调节铸型和铸件各局部的温差和凝固顺序。

2）内浇道的截面形状

常用的内浇道截面形状见图2-8

图2-8横浇道的截面图形状

〔a〕梯形〔b〕圆顶梯形〔c〕圆形

3〕内浇道的开设

为了防止铸型局部过热，在内浇道附近引起粘砂、缩松、晶粒粗大等缺陷，除小型铸件只开设一个内浇道外，大多数铸件常开设两个或多个内浇道，使金属液均

匀分散地充填型腔。

内浇道形状取梯形断面形状如图4.2

图4.2内浇道截面示意图

a=9mmb=7mmc=9mm

2.10、冒口及冷铁的设计

、冒口的设计

冒口是铸型内用于储存金属液的空腔，在铸件形成时补给金属，有防止缩孔、缩松、排气、集渣的作用。

冒口可分为普通冒口、特种冒口、球墨铸铁自补缩冒口。

而普通冒口可按与大气相遇程度的不同分为名冒口和暗冒口。

冒口的形状应使其容量足够大而其相对的散热面积最小，有一定的金属液压头，以到达延长其凝固时间，提高补缩效果的目的。

而常用的冒口形式如图2-9所示

（a）

（b）

（c）

图2-9常用冒口形式

〔a〕球形〔b〕球顶圆柱形〔c〕圆柱形〔带斜度〕

〔d〕腰圆柱形〔明〕〔e〕腰圆柱形〔暗〕

本次设计我们将采用〔c〕圆柱形〔带斜度〕的冒口

冒口的位如图2-10所示

I

图2-10冒口位置

灰铸铁件的冒口尺寸主要靠比例法来确定。

常用冒口的形式和参数如图

2-11所示

L

Dr=〔1.2-2.5〕T

Hr=〔1.2-2.5〕Drd=〔0.8-0.9〕Th=〔030.35〕dr注：

t为铸件厚度或热节圆直径。

明冒口高度可根据沙箱高度适当调整。

随明顶冒口直径Dr增大，冒口劲处的角度取小值。

由铸件图我们选取T为20所以就有：

Dr=1.5x20=30

Hr=1.5x30=45

d=0.8x20=16h=0.3x30=9

冷铁的设计

冷铁是用来控制铸件凝固最常用的一种金属块。

冷铁的主要作用有：

1〕与冒口配合使用，加强铸件的顺序凝固。

2〕加快铸件热节局部的冷却速度，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〕加快铸件某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〕难于设置冒口或冒不易补缩到的部位放置冷铁可减少或防止出现缩孔、缩松。

冷铁分为外冷铁和内冷铁。

外冷铁作为铸型的一局部，浇注后不与铸件熔合，落砂后可回收并重复利用。

本次设计采用外冷铁。

2.12排气的设计

砂型的排气

采用分型面排气，和气孔排气。

砂芯的排气

砂芯在浇注过程中，其粘结剂及砂芯中的有机物要燃烧〔氧化反响〕放出气体，砂芯中的剩余水分受热蒸发放出气体，如果这些气体排不出型外，那么要引起铸件产生气孔。

2.13铸件图

见图

2.14铸型工艺图

3型、砂芯种类及配方的选择

3.1型砂种类及配方的选择

3.2芯砂种类及配方的选择

4工艺装备的设定

工艺装备是铸造生产过程中所用的各种模具、工夹量具的总称，例如模样、模板、芯盒、砂箱等。

4.1模样的设计

模样是造型工艺必须的工艺装备之一，其作用是用来形成铸型的型腔，因此模样直接关系着铸件的形状和尺寸精度。

模样外形与铸件外形根本相似，但在铸件上用芯砂形成孔的地方，模样上无孔，而是凸出一块芯头〔砂型中形成芯座〕，

模样材料选择

〔1〕木模

用木材制成的模样称为木模，是生产中应用较多的一种模样。

它具有质轻、易加工、生产周期短、本钱低等优点。

〔2〕金属模

金属模是用金属制成的模样，它具有强度高、尺寸精确、外表光洁、耐磨耐用等优点。

但制模生产周期长、本钱高。

〔3〕塑料模

塑料模是用环氧树脂为主要材料制成的模样。

它具有外表光洁、起模性能好、不易变形、质轻、耐磨耐腐蚀、制造工艺简单、生产周期短等优点。

其缺点是使用中不能加热，在制造中挥发出有害气体。

本次设计采用木模，形状如图2-所示

图2-木模形状

模样尺寸计算

摸样尺寸二〔零件尺寸+/—工艺尺寸〕x〔1+铸件收缩率〕

模样图

4.2模板的设计

模底板的设计

〔1〕模板的组成

模板一般由铸件模样、芯头模样和浇冒口系统模样与模底板通过螺钉、螺栓、定位销等装配而成的，但也有整铸的模板。

通常模底板的工作面形成铸型的分型面。

铸件模样、芯头摸样、浇冒口模样分别形成铸件的轮廓、芯头座、浇冒口系统的型腔。

〔2〕模板的分类及其结构特点

见表

脱模板的设计

模板图

4.3芯盒的设计

芯盒是制造型芯必需的模具，其尺寸精度和结构是否合理，将在很大程度上影响型芯的质量和造芯效率。

〔1〕芯盒内腔尺寸计算

芯盒的内腔尺寸即砂芯尺寸。

芯盒的内腔尺寸=〔零件尺寸+/-工艺尺寸〕x〔1+铸造收缩率〕

〔2〕芯盒的结构形式

芯盒的结构形式一般由整体式、拆开式、脱落式三种。

〔3〕芯盒的种类

生产中使用的芯盒种类很多，按制造芯盒的材料可分为木质芯盒、金属芯盒和塑料芯盒。

本次设计采用拆开式木质芯盒。

4.4砂箱的设计

砂箱是构成铸型的一局部，其作用是制造和运输砂型。

〔1〕砂箱的分类

1〕按砂箱的尺寸大小和重量不同，可分为小型砂箱〔其内框尺寸为300mmx250mrrr500mm400mm重量不超过40kg〕、中型砂箱〔其内框尺寸为500mrK350mnrr1200mrX900mm重量不超过65kg〕和大型砂箱〔其内框尺寸为1200mrX900mm三类。

2〕按砂箱材料可分为木质砂箱、铝合金砂箱、灰铸铁砂箱、球墨铸铁砂箱和铸钢砂箱五种。

3〕按结构形式可分为普通砂箱和专用砂箱两种。

本次设计采用普通木质小型砂箱，本次设计选用400x400mm

5铸件的熔炼、浇注、落砂、清理、热处理要求

5.1铸件的熔炼

化学成分

5.1.2合金的杂质限量

5.1.3熔炼设备和工具

铸铁件所用铁液用冲天炉进行熔炼。

5.1.4回炉料使用比例

5.1.5熔炼前坩埚准备

5.1.6装炉前金属炉料的准备

炉料应分类堆放，以免在加料时搞错。

炉料要枯燥，锈蚀应尽量少。

5.1.7精炼

在精炼的过程中，参加精炼剂，目的是除气、除渣，以获得优质的合金。

常用的精炼剂有苏打、冰晶石〔NasAIFe〕、碳酸钙、萤石及硼砂等。

5.1.8变质处理

在熔炼时，除按规定参加合金元素外，参加少量的添加物〔变质剂〕，使合

金凝固时的结晶条件发生变化，从而使组织和性能得到改善。

5.2铸件的浇注

将熔融金属从浇包注入铸型的操作称为浇注。

为了确保浇注工作顺利的进行，必须做好浇注前的所有准备工作，金属液的种类和牌号，铸件的浇注重量和数量；

金属液质量的检验以及其他工具的准备情况等。

另外，还要注意浇注时的

温度、浇注速度以及正确的操作等。

5.3铸件的落砂

落砂就是在金属液浇入铸型并冷却到一定的温度后，将铸型破碎，使铸件从砂型中别离出来。

常用的落砂机

〔1〕偏心式振动落砂机

〔2〕単轴惯性振动落砂机

〔3〕偏心式振动输送落砂机

〔4〕双轴惯性振动输送落砂机

〔5〕惯性撞击振动落砂机

本次设计采用偏心式振动输送落砂机

5.4铸件的清理

清理一般分为湿法清理和干法清理两大类。

前者是利用水力的作用对铸件外部和内部进行清理〔如水力清砂、水爆清砂、液压清砂等〕，后者是利用机械

打击或摩擦的方法来清理铸件外表。

大量的铸件通常采用干法清理。

常见的干法清理有：

〔1〕抛丸清理

抛丸清理是利用高速旋转的叶轮将弹丸抛向铸件，靠弹丸的冲击打掉铸件外表的粘砂和氧化层〔皮〕.

〔2〕喷丸清理

喷丸清理是利用压缩空气将弹丸喷射到铸件外表来实现清理的。

〔3〕滚筒清理

滚筒清理是利用铸件与星铁之间的摩擦和轻微撞击来实现清理的。

本次设计采用抛丸清理。

5.5铸件的热处理

6铸件的质量控制

6.1铸件缺陷分析及防止措施

铸件缺陷很多，缺陷的产生及防止措施如下：

〔1〕气孔和针孔

1〕气孔和针孔产生的原因

在金属液中溶解的气体，当浇注温度较低时，析出的气体来不及向上逸出；

炉料潮湿、锈蚀、油污和带有容易产生气体的夹杂物；

型芯未烘干或未固化，存放时间过长吸湿返潮，通气不良；

浇注时有断流或气体卷入等。

2〕防止方法

炉料要烘干、去油污、除锈；

再混制型砂过程中要混制均匀，严格控制型砂中的含水量；

在保证强度的前提下，尽量减少粘土的参加量，以提高型砂的透气性；

尽量减少型砂中发气物质的含量；

浇注系统设计要合理，增加直浇道高度，

以提高液态金属的静压力等防止措施。

⑵粘砂

1〕粘砂产生的原因

铸件外表金属氧化，氧化物与造型材料作用生成低熔点化合物；

浇注时金属液压力过大渗入砂粒间隙。

2〕防止方法

湿型在保证有足够透气性的前提下，尽可能选用丽都细的原砂；

提高砂型的紧实度。

〔3〕冲砂、掉砂、砂眼

1〕冲砂、掉砂、砂眼产生的原因

砂型、砂芯的强度低，型、芯烘烤过度；

液态金属流速过快，对型、芯的局部外表冲刷时间过长。

提高型、芯的强度；

防止型、芯烘烤过度；

受金属液剧烈冲刷的部位，使用专门配制的耐冲砂及耐火材料制品。

6.2铸件质量检验

铸件质量反响在铸件的合格品上，它是指满足用户提出的一切性能要求的总和。

铸件质量一般表达在三个方面：

〔1〕铸件内在质量

铸件内在质量包括铸件材质质量〔化学成分、金相组织、冶金缺陷、物理力学性能和某些特殊性能等〕和铸件内部铸造质量。

〔2〕铸件外在质量

铸件外在质量包括铸件外表质量〔外表粗糙度值、外表硬层深度及硬度等〕、尺寸和质量精度〔尺寸公差、形位公差、重量公差〕和铸件外表铸造质量。

〔3〕铸件的使用质量

使用质量包括铸件的切削性能、焊接性能、工作寿命及使用要求的性能〔耐压性、耐磨性、耐蚀性、耐氧化性、耐疲劳性及其他工作要求〕等。

综上所述，经检验