圆形支座铸造工艺设计.docx
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圆形支座铸造工艺设计
热加工工艺课程设计
圆形支座铸造工艺设计
院系：
机电工程学院
专业：
材料成型及控制工程
班级：
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指导老师：
时间：
摘要
热加工技术是机械类个专业一门重要的综合性技术学科。
在机械制造过程中，由于加工过程十分复杂，加工工序繁多，工艺过程不仅有铸造成型，锻压成形，焊接成形，还有非金属的模压成形，挤压成形等。
因此选着合适的工艺是保证产品质量的重要依据。
本次课程设计，将进行铸造工艺的总结和学习。
铸造主要是将液态金属或合金浇注到与零件尺寸、形状相适应的铸型型腔里，待其冷却凝固后获得毛坯或零件的方法，是机械类零件和毛坯成型的主要工艺方法，尤其适合于制造内腔和外形复杂的毛坯或零件。
本文主要分析了支座的结构并根据其结构特点确定了它的铸造工艺，支座是支撑零部件的载体其主要承受了轴向的压缩作用的机械零件。
在日常生产中对支座的选用异常广泛，因为它具有经济型良好、结构稳定性好、结构简单美观实用等特点，所以在机器零件的设计，加工过程中支座都起着不可代替的作用。
确定支座的铸造工艺过程主要包括：
1）铸型及方法选择、2）分型面选择、3）浇注位置的确定、4）工艺参数的确定、5）浇注系统的设计、7）绘制铸造工艺图、8）绘制铸件图型面，型芯的数量、形状、尺寸及固定方法，加工余量，收缩率，浇注系统，起模斜度，冒口和冷铁的尺寸和位置等。
目录
绪论1
一、零件的简介2
1.1零件的介绍2
1.2确定零件的材料及牌号2
二、铸造工艺方案的确定3
2.1铸件的结构特点3
2.2铸件的工艺分析4
2.3分型面选择4
2.4确定出最佳浇注位置6
三、工艺参数确定8
3.1工艺参数的确定8
3.1.1铸件尺寸公差9
3.1.2机械加工余量9
3.1.3铸造收缩率9
3.1.4起模斜度10
3.1.5铸造圆角10
3.1.6反变形量10
3.2砂芯设计10
3.2.1芯头的设计10
3.2.2砂头的定位结构11
3.2.3芯座11
四、浇注系统及冒口、冷铁、出气孔等设计11
4.1浇注系统的设计11
4.1.1选择浇注系统类型12
4.1.2横浇道及内浇道12
4.2冒口的设计12
4.3冷铁的设计13
4.4出气孔的设计13
五、铸造工艺图绘制14
六、铸件图的绘制15
七、支座铸造工艺卡16
总结17
致谢18
参考文献：
9
绪论
热加工成型技术也叫材料成型技术，是机械制造生产过程的重要组成部分。
热加工的对象是各种材料，包括金属材料、非金属材料和复合材料等，其中金属材料是国民经济和现代制造机械的支柱材料，也是构成各种机械设备的最主要材料。
材料成型技术包括三个方面：
铸造-液态成型技术，锻造-固态塑性成型技术，焊接-连接成型技术。
而本次的课程设计主要是液态成型技术，即铸造工艺。
铸造工艺就是把液态金属或者合金浇注到与零件尺寸、形状相适应的铸型空腔内，待其冷却后凝固得到毛坯或零件的方法。
合理的铸件结构是获得优质铸件的前提，是简化铸造工艺，提高生产率，降低成本的根本方法。
需铸造的零件结构不仅满足工作性能和力学性能的要求，同时应满足铸造工艺、方法及合金铸造性能的基本要求。
编制铸造工艺方案是其中的一个重要环节，其目的是使整个铸造工艺过程都实行科学的操作，合理地控制铸件成形，从而获得高质量，低成本的合格铸件。
其首要步骤是根据零件的结构特点、技术要求和生产批量等条件确定其铸造工艺，绘制铸造工艺图和铸型图。
然后依据绘制的铸造工艺图，结合所选定的造型方案，便可绘制出模样图及铸型图。
一、零件的简介
1.1零件的介绍
支座是机械工程中最为常用的一种零件，其工作环境也相对比较复杂，可能受到各种力的的作用，在这些力中对支座影响最大的是收到了轴向的压缩作用，为了防止其受到这些因素而发生裂纹或破坏，我们在选择材料进行浇注加工时尤为注意选择能使在工作过程中不至于受压破坏。
而铸造件在铸造的时候必须严格按照铸造工艺手册中正确的操作方式对支座零件进行有效的铸造操作使其能有效的符合我实用时的标准，是经济性实用性大大的提升。
对于要求更高的支座可通过对其相应的处理使其得更好的力学性能。
同时用铸件做零件毛坯可以减少用材，和二次切削所浪费的材料，不仅节约材料也大大的提高了经济性。
此机架铸件以中心轴为对称轴有一个尺寸为50mm的空心圆柱，长为200mm。
两边有两个凸台，每个凸台中都有一个尺寸我Φ15的空心圆柱，此两空心圆柱线间的距离为145mm。
凸台高30mm，表面粗糙度为12.5.支架为120mm，下底面表面粗糙度为12.5，上顶面表面粗糙度为6.3，支架大圆为Φ80mm。
。
1.2确定零件的材料及牌号
灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关。
灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严重，在石墨尖角处易造成应力集中，使灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢，但抗压强度与钢相当，也是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁。
同时，基体组织对灰铸铁的力学性能也有一定的影响，铁素体基体灰铸铁的石墨片粗大，强度和硬度最低，故应用较少；珠光体基体灰铸铁的石墨片细小，有较高的强度和硬度，主要用来制造较重要铸件；铁素体一珠光体基体灰铸铁的石墨片较珠光体灰铸铁稍粗大，性能不如珠光体灰铸铁。
故工业上较多使用的是珠光体基体的灰铸铁。
灰铸铁具有良好的铸造性能、良好的减振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、
在铸造过程中，应选用的金属材料种类是灰铸铁，因为此铸件结构为左右对称，最大截面为地面，因此可以采用整体造型进行铸造。
灰铸铁的流动性好，易浇注，且收缩率最小。
并随含碳量的增加而减少，使铸件易于切削加工。
铸铁材料还可以减少噪音。
在浇注时，浇注温度为1200-1380℃。
采用砂型铸造方法，操作简便，工艺性好，提高了工作效率。
灰铸铁材料抗压能力强，保证了铸件的使用性能。
此铸件为200×110mm的灰铸铁，参考文献[1]其型号应为HT150
二、铸造工艺方案的确定
2.1铸件的结构特点
铸造是将液态金属或合金浇注到与零件尺寸、形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后获得毛坯或零件的方法，的主要工艺方法，尤其适合于制造内腔和外形复杂的毛坯或零件，俗称为铸件。
通常按其铸型性质不同，可分为砂型铸造、特种铸造和快速成形等方法。
合理的铸件结构是获得优质铸件的前提，也是简化铸造工艺、提高生产率和降低成本的根本保证。
需铸造的零件的结构不仅应满足工作性能和力学性能的要求，同时应该满足铸造工艺、方法和合金铸造性能的基本要求，还能在很小改动下使铸件结构与这些要求相适应，力求工艺简单，能够经济、迅速的生产出合格的铸件。
铸件具有以下几个优越性：
1）可以制成形状复杂的，特别是复杂内嵌的毛坯、2）由于是直接用金属液浇注形成的形状复杂各异的铸件。
2.2铸件的工艺分析
根据支座的使用要求和条件进行分析、研究，总结出自己的设计方案。
由于支座的结构简单在综合考虑过其经济性、工艺性和使用性后，对支座的工艺性进行深入的分析。
支座零件结构的铸造工艺性是指零件的结构应符合铸造生产的要求，易于保证铸件品质，简化铸件工艺过程和降低成本。
审查、分析应考虑如下几个方面：
1.铸件应有合壁厚，为了避免浇不到、冷隔等缺陷，铸件不应太薄；
2.铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意薄壁过渡和圆角铸件薄厚壁的相接拐弯等厚度的壁与壁的各种交接，都应采取逐渐过渡和转变的形式，并应使用较大的圆角相连接，避免因应力集中导致裂纹缺陷；
3.铸件内壁应薄于外壁铸件的内壁和肋等，散热条件较差，应薄于外壁，以使内、外壁能均匀地冷却，减轻内应力和防止裂；。
4.壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节；
5.利于补缩和实现顺序凝固；
6.防止铸件翘曲变形；
7．避免浇注位置上有水平的大平面结构。
2.3分型面选择
分型面是指上、下砂型的接触面或铸造模样的分合面，分型面的选择应在保证质量前提下，尽量简化工艺过程，节省人力物力。
对于零件质量要求不高、外形复杂且批量不大的支撑台铸件，为简化工艺操作，可优先考虑分型面，并找出零件的可分型方案。
选择分型面的原则有，1）、应使铸件全部或大部分置于同一半型内；2）、应尽量减
少分型面的数目；3）、分型面应尽量选用平面；4）、便于下芯、合箱和检测；5）、不使砂箱过高；6）、受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度；7）、注意减轻铸件清理和机械加工量。
该零件可能的分型方案有三种，
一.以支架的底面为分型面
二.以凸台为分型面三.
三.以110mm的对称中心线为分型面分析比较各方案的特点并确定方案
一.以支架的底面为分型面
在分型面少儿平的原则中，其分型面数量不仅少而且还平直，铸件全部放在下型，既便于型芯安放和检验，又可以使上型高度减低而便于合箱和检验壁厚，还有利于起模及翻箱操作。
顶面粗糙的要求为6.3的面可以向下方，以保证其表面粗糙度。
凸台后端面向上放置，可以实现顺序凝固，分型面为底面时便于起模。
二.以凸台为分型面
不利于起模及翻箱操作，大面应该向下方，易保证质量。
三.以110mm的对称中心线为分型面
分模两箱造型易产生错箱，从而影响铸件精度。
综合分型方案原则及各方面的分析，方案III为最佳选择，如图3.2.1所示
图3.2.1
2.4确定出最佳浇注位置
浇注位置确定应符合铸件凝固方式，保证铸型充填及铸件质量，而尽量置于有理部位，因此讲支撑台水平浇注，可使两端加工面处于侧立位置，以利于保证铸件质量及精度，并利于型芯稳固、排气落砂和检验。
铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置。
确定浇注位置是铸造工艺设计中重要的环节，关系到铸件的内在质量，铸件的尺寸精度及造型工艺过程的难易程度。
浇注位置的确定有一下原则：
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直立状态；
3.使铸件的答平面朝下，避免夹砂结疤内缺陷；
4.应保证铸件能充满；
5.应有利于铸件的补缩；
6.避免用吊砂，吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯，合箱及检验。
根据铸件技术要求，需先找出支架铸件上高质量要求的重要面及受力面，易产生缺陷的的厚壁和薄壁处及大平面，再按照宽大平面向下放的浇注原则，铸件型芯应放置牢固并尽量减少其数量，必要时可自带型芯，以保证铸型充满，又能置于有利位置，保证铸件质量。
最佳浇注位置如图2.4所示
图2.4浇注位置
三、工艺参数确定
3.1工艺参数的确定
铸造工艺设计参数通常是指铸型工艺设计时需要确定的某些数据，这些工艺数据一般都与模样及芯盒尺寸有关，及与铸件的精度有密切关系，同时也与造型、制芯、下芯及合箱的工艺过程有关。
这些工艺数据主要是指加工余量、起模斜度、铸造收缩率、最小铸出孔、型芯头尺寸、铸造圆角等。
工艺参数选取的准确、合适，才能保证铸件尺寸精确，使造型、制芯、下芯及合箱方便，提高生产率，降低成本。
支座的尺寸公差为CT8～12级，取CT9级。
支座的轮廓尺寸为200mm*110mm*100mm，由《铸造工艺设计》得：
支座尺寸公差数值为2.5mm。
下图为铸件的基本尺寸及尺寸公差数值图3.1；
图3.1
3.1.1铸件尺寸公差
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，逐渐可满足机械加工，装配和使用要求。
支座为砂型铸造机器造型大批量生产，由《铸造工艺设计》查表1-10的：
支座的尺寸公差为CT8-12级，取CT9级。
支座的轮廓尺寸为200mm*110mm*120mm，由《铸造工艺设计》查表1-9得：
支座尺寸公差数值为2.5mm.
3.1.2机械加工余量
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，即在铸件工艺设计师时预先增加的，而后在机械加工时又被切去的金属层厚度。
支座为砂型铸造机器造型大批量生产，由《铸造工艺设计》查表1-13得：
支座的加工余量为E-G级，取G级。
在分型面及浇注系统设置中，不得已将重要加工底面朝上放置，这样使其容易产生气孔、非金属杂物等缺陷，所以讲采取适当加大加工余量的方法是其在加工后不出现缺陷。
支座的轮廓尺寸为160mm*135mm*100mm，支座加工余量数值为2.2mm，取2mm。
3.1.3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：
ζ=[（L1-L2）／L1]*100％
ζ-铸造收缩率
L1-摸样长度
L2-铸件长度
支座受阻收缩率由《铸造工艺设计》查表1-14得：
受阻收缩率为0.9％
3.1.4起模斜度
为了方便起模，在摸样、芯盒的出摸方向留有一定斜度，以免损坏砂型或砂芯，这个斜度即称为斜度。
起模斜度应在铸件上没有结构斜度的，垂直于分型面的表面上应用。
3.1.5铸造圆角
铸造圆角是指在铸件上相邻两壁之间的夹角，为了防止在该处产生缩孔、因冲砂而缺角、因集中力而产生开裂等缺陷。
一般为两交壁平均厚度的1/3~1/2，中小型铸件应采用R3~R5mm，这里取R4mm。
3.1.6反变形量
铸造较大的平板类、床身类等铸件时，由于冷却速度的不均匀性，铸件冷却后常出现变形。
为了解决挠曲变形问题，在制造摸样时，按铸件可能产生变形的相反方向做出反变形摸样，使其与反变形量抵消，这样在铸造摸样上做出的预变形量称为反变形量。
而支座没有较大平板做基本不会产生挠曲变形，所以不用设置反变形量。
3.2砂芯设计
砂芯的功用是形成铸件的内腔，孔和铸件外型不能出砂的部分。
砂型局部要求特殊性能的部分有时也砂芯。
3.2.1芯头的设计
砂芯主要靠芯头固定在砂型上。
对于垂直芯头为了保证其轴线垂直、牢固地固定在砂型上，必须有足够的心头尺寸。
3.2.2砂头的定位结构
砂芯要求定位准确，不允许沿芯头轴向移动或绕芯头轴线转动。
对于形状不对称的砂芯，为了定位准确，需要作出定位芯头。
3.2.3芯座
芯座是指铸型中专为放置芯头的孔腔，为便于下芯合箱，芯头与芯座留有间隙，一般为芯头0.5~4mm对于垂直芯头，湿砂型造模间隙应采用0.5~1.5mm。
四、浇注系统及冒口、冷铁、出气孔等设计
4.1浇注系统的设计
浇注系统是指砂型中引导金属液流入行腔的通道，一般由浇口杯、直浇杯、横通道等组成。
浇口杯承接金属液，并进入横浇道，再分配给内浇道流入型腔，因此各浇道形状及截面均影响铸件质量
。
4.1.1选择浇注系统类型
浇注系统是铸型中引导液体金属进入型腔的通道，它由浇口杯，直浇道，横浇道和内浇道组成。
浇注系统分为封闭式浇注系统，开放式浇注系统，半封闭式浇注系统和封闭-开放式浇注系统。
支座就是采用湿型的铸件小件，所以选择封闭式浇注系统。
支座结构较为简单且是小型件，每个铸件上只用一个内浇道。
内浇道开，支座的浇注顺序为由下至上凝固，这样有利于支座的重要部分先凝固并得到补缩，如此内浇道则设置在底部侧面引入金属液。
4.1.2横浇道及内浇道
横浇道的作用除了分配金属液外，主要作用就是排渣，可组织水平流动中的熔渣进入行腔。
横浇道有梯形、圆形、圆顶梯形。
支座则应该把上型分型面设为横浇道，起集排渣排气作用，因为铸铁应采用梯形或圆顶梯形截面。
内浇道对于小件20~30mm有助于横浇道挡渣，且制模及切除方便。
支撑台下型的下型面开设内浇道，并分两道将熔融金属从两端法兰处注入，有利于法兰冷却过程中补缩。
4.2冒口的设计
冒口是铸型内用于存储金属液的空腔，在铸件形成时补给金属，有防止缩孔、缩松、排气、集渣的作用。
支座所用的蠕墨铸铁在凝固时其体积变化情况与一些工业上常用的金属及合金不同，其特点是在液态冷却时发生收缩，冷却至晶温时停止收缩。
由于析出石墨而发生膨胀，在接近凝固终了时余下的液态金属凝固时又开始收缩，直至凝固结束。
所以其凝固时的膨胀和液态收缩趋于互相补偿。
故蠕墨铸铁补缩时需要的铁水量少，而且支座壁厚均匀无厚大壁，所以可以利用浇注系统进行补缩不设置冒口。
4.3冷铁的设计
为了增加铸件局部冷却速度，在型腔内部及工作表面安放的金属块称为冷铁。
支座铸件壁厚较为均匀，且无厚大壁，故不易产生裂纹缩松等缺陷。
而且设置冷铁会增加生产工序，使成本增大。
所以不设置冷铁，但是采用在壁厚交叉部位的型腔和砂芯上刷激冷涂料用以防止缩松等缺陷。
4.4出气孔的设计
出气孔用于排除型腔内的气体，改善金属液充填能力、排除先冲到型腔中的过冷金属液与浮渣，还可作为观察金属液冲满型腔的标志。
防止出气孔过大导致铸件形成热节，以致产生缩孔，出气孔根部直径不应大于设置铸件壁厚的0.5倍。
五、铸造工艺图绘制
铸造工艺图是在零件图上以规定的红、蓝等色符号表示铸造工艺内容所得到的图形，是铸造行业所特有的一种图样。
实际生活中使用的铸造工艺图，大多将分型线、加工余量、浇注系统等均用红线表示，且分型线的两侧用红线标出“上”、“下”字样以表示上、下型位置。
其主要内容包括：
浇注位置、分型面、铸造工艺参数（机械加工余量、起模斜度、铸造圆角、收缩率、芯头等）。
铸造工艺图是指导铸造生产的技术文件，也是验收铸件的主要依据。
支座的铸造工艺图如图5.1所示
图5.1
六、铸件图的绘制
铸件图俗称毛坯图，是反映铸件实际形状、尺寸和尺寸公差及其他技术等要求的工程图样，是根据铸造工艺图以及模样图绘制而成的、由工程图形、工艺符号和文字标注等内容组成的图样，如图6.1所示。
图6.1
铸件图是铸造生产、技术检验、铸件清理和铸件成品验收的依据，也是铸造工艺装备设计和制造的重要依据。
同时，还是设计和制造加工装备和切削加工工艺的依据。
铸件图纸上主要包括切削加工余量、工艺余量、结构斜度和起模斜度、分型面及浇注位置、不铸出孔槽、未注明圆角、铸件加工定位基准、铸件金属质量等级、热处理规范以及铸件技术验收条件等内容。
七、支座铸造工艺卡
铸件名称
材料牌号
生产类型
毛坯质量
平均壁厚
零件图
支座
灰铸铁
单件
7.2Kg
15mm
造
型
造型方法
砂型铸造
砂箱内部尺寸/mm
规格
长
宽
高
紧固方法
上箱
240mm
150mm
110mm
压铁紧固600Kg
下箱
240mm
150mm
110mm
砂
型
烘
干
烘干温度/°C
烘干时间/h
方法
500
15
烘干炉
浇冒口尺寸
/mm
浇道数量
长
宽
高
截面积
横浇道
32
22
35
950mm²
内浇道
24
21
10
255mm²
浇注工艺规范
出炉温度/°C
浇注温度/°C
浇注温度/°C
冷却时间/h
>1400
>1250
30-50
>24
热处理工艺
加热5-7h至850摄氏度左右，保温均热3-5小时。
炉温冷至400-500度出炉空冷
总结
经过了两周的时间，课程设计已经接近尾声了，由于我所学知识有限，所以有很多不足的地方还请老师给予指正。
通过这次课程设计，我有了很多收获。
首先通过此次课程设计，我进一步巩固和加深了所学的基本理论、观念和知识，培养了自己分析和解决与本课程相关的具体铸造工艺所涉及的实际问题的能力。
其次通过这次实践练习，增强了大家的团队精神和自我思考能力，达到了预期目标，是我我们受益匪浅，这将为我们以后参加工作有很大的帮助，并加深我们的学习兴趣。
但在本次设计中，由于经验不足，有一些考虑不到的地方，希望老师们能够谅解。
我会在以后的学习及实践中，不断地提高和完善自己的知识和实践操作能力。
致谢
在这次课程设计中得到了很多帮助，其中我的老师刘万福的课前讲解及课程设计过程中的督促指导是非常的重要，在此感谢我们的刘老师。
他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；支座铸件设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。
而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。
同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。
。
另外我要感谢校方给与我这样一次独立实践的机会，为我们提供了良好的学习及生活环境，增强了我们实践操作和动手应用能力，对知识也有了进一步的了解。
感谢在这次课程设计中帮助过我的同学，让我圆满的完成了此次任务，正是因为你们的无私帮助，我才能深刻体会到知识以外的更重要的东西，那就是团结的力量。
最后，感谢所有在这次课程设计中给予过我帮助的人。
参考文献：
【1】王爱珍主编：
《机械工程材料》：
北京航空航天大学出版社
【2】王爱珍主编：
《热加工工艺基础》：
北京航空航天大学出版社
【3】王爱珍主编：
《金属成型工艺设计》：
北京航空航天大学出版社
【4】胡传鼎主编：
《铸铁件生产使用技术》：
化学工业出版社
【5】邓文英主编：
《金属工艺学》：
高等教育出版社
【6】丁殿忠主编：
《金属工艺学课程设计》：
机械工业出版社
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