汽车前轮毂铸造工艺设计范例.docx

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汽车前轮毂铸造工艺设计范例

中文摘要

本设计是对汽车前轮毂零件进行铸造毛坯工艺设计。

根据零件的使用条件、结构特点、生产批量，结合工厂现有设备等进行铸造工艺分析，确定了铸造方法、造型及造芯方法、凝固原则及浇注位置、分型面、砂箱中铸件数量、砂型数量等，完成了砂芯、浇注系统、冒口及冷铁、相关工装设备等设计，并进行铸件质量控制分析及制定了检验要求。

关键词：

砂型铸造，工艺分析，工艺设计，质量控制

ABSTRACT

Thisdesignisthecastingblanktechnologydesignforfronthubbearingincar.Accordingtotheapplicationconditions,structuralfeatures,productionbatchofthepartandexistingequipment,itdoesthecastingtechnologyanalysis,determinesthemethodofcasting,modeling,coremaking,solidificationprinciplesandpouringposition,partingsurface,thequantityofcastingandmold,etc.Itcompletesthedesignofsandcore,pouringsystem,riser,chill,equipment,doesthequalitycontrolanalysisofcastingand

constitutestheinspectionrequirements.

Keywords:

sandmoldcasting，technologyanalysis，technologydesign，qualitycontrol

第一章汽车前轮毂工艺分析

1.1汽车前轮毂

图1-1为汽车前轮毂零件三维图，汽车在行驶过程中轮毂作旋转运动，内孔装有轴承。

由于汽车前轮也起支撑汽车的作用，因此，装于前轮中央的轮毂是受力零件。

图1-1汽车前轮毂零件三维图（可以是零件照片）

1.2生产条件及技术要求

汽车前轮毂生产性质为成批生产，材质为ZG270-500。

零件的主要技术要求：

机械性能应满足：

σb＞500MPaak＞35MPa

精度要求：

详见图1-2汽车前轮毂零件图。

铸件内部不得有缩孔、缩松等缺陷，Φ420的圆加工后允许出现黑皮，铸件表面光洁，轮廓清晰。

图1-2汽车前轮毂零件图（此图应从CAD图中抓取）

1.3工艺分析

该零件的主要壁厚为21mm，最大壁厚为30mm,最小壁厚为4mm，整个铸件的壁厚较均匀，外轮廓尺寸为：

420×420×184mm3。

法兰与轮毂体交接处形成热节需冒口补缩，最小壁厚处加加工余量后可以铸出来，法兰上12XΦ16、毂体上8XM22X1.5及12XM6可不铸出，铸造后机械加工出来，安装轴承的Φ210和Φ200表面有较高的加工要求，零件的结构铸造工艺性较好，生产批量为成批生产，所以毛坯的生产方法为砂型铸造。

材料ZG270-500能满足零件的使用要求和适于砂型铸造。

第二章工艺方案的确定

2.1铸造方法的选择

由于汽车前轮毂生产批量为成批生产，零件结构不复杂，结合工工厂材料的供应情况，考虑技术上的先进性与经济的合理性，所以确定其毛坯生产方法为普通砂型铸造，砂型种类为湿型。

2.2造型、造芯方法的选择

根据零件轮廓尺寸420×420×173mm3和工厂设备条件，造型方法为Z148B单机砂箱地面造型，气吊与行车运输，造芯方法为手工芯盒造芯。

2.3凝固原则、浇注位置的确定

凝固原则：

铸件材质为ZG270-500，收缩较大（εV=4.3%），为了有利于补缩，采用顺序凝固。

浇注位置：

为了保证铸件质量，必须把最重要的加工面在浇注时向下或直立状态。

由零件的技术要求知道：

Φ200和Φ210的圆表面光洁度要求高，内部安装轴承，尺寸精度比较高，因此，应将两圆柱面呈直立状态，同时从顺序凝固的原则出发，将厚大部位放在上面，以便于安放冒口，得到顺序凝固。

综合考虑结果：

确定本件的浇注位置如图2-1所示。

图2-1浇注位置

冷却位置与浇注位置一致。

2.4分型面的选择

此件可有三种分型面方案：

方案І：

，如图2-2所示可将铸件对称分布在两铸型内，模样易制作，但造型、下芯不方便，铸件内孔的精度不易保证，且为了保证浇注位置须将铸型翻转90º，劳动量大。

图2-2方案Ⅰ

方案II：

如图2-3所示铸件在同一铸型内，可以保证其尺寸精度，且下芯后便于检查壁厚是否均匀，砂型稳固，造型简单，但顶注不平稳，易产生冲砂，同时上箱小，下箱大，起模行程大。

有一个砂芯较大，不易制作。

图2-3方案Ⅱ

方案III：

如图2-4所示铸件大部分在同一铸型内，能够保证其尺寸精度，下芯也便于检查，同时满足合箱，浇注，冷却位置一致，采用侧浇，切向引入改善了浇注时的充型不平稳，减少了冲击，防止了冲砂缺陷的产生，上、下箱相差不大，造型简单。

缺点是有一个砂芯复杂，要求高，模样加工困难。

图2-4方案Ⅲ

经过比较，综合考虑，为保证铸件质量，采用方案III较合理。

2.5砂箱中铸件数量的确定

由[3]附录附表1-1查得Z148B造型机所对应的砂箱最大内尺寸长X宽为850X475mm2，四个顶杆间距长X宽为736X538，根据铸件重量63.2kg由[3]表12-3查得其最小吃砂量各参数为：

a=50mm，b=70mm，c=90mm，d=70mm，f=40mm，g=50mm，铸件轮廓为420×420×184mm3，因此砂箱中最多只能放一只铸件。

2.6砂芯数量的确定

根据铸件结构和已选定的分型面，必用两个芯子，如图2-5所示。

图2-5砂芯数量图

2.7主要工艺参数的确定

2.7.1铸造收缩率的选择

根据实际生产情况，并参考[3]表3-1，确定该件的收缩率为2%。

2.7.2铸造精度及尺寸、重量偏差的确定

由于铸件的精度要求较高，且是机器造型金属模，确定该件的精度为Ⅰ级，由[3]表3-17查得尺寸偏差为±2.5mm，表3-20查得重量偏差8%。

2.7.3机械加工余量的确定

按一级精度铸件查[3]表3-7，并考虑实际情况，确定加工余量，具体数值见铸件工艺图。

2.7.4拔模斜度的确定

按零件图尺寸采用增厚法。

根据[3]表3-21确定拔模斜度为1º30'-2º。

2.8砂芯设计

铸件需2个砂芯，均用手工芯盒造芯。

砂芯由砂芯主体和芯头组成，1#砂芯用水玻璃砂，根据铸件放置位置确定为垂直芯头，结合其基本尺寸参考[3]表4-2取下芯头高为50mm，因砂芯高度和直径差不多，不用上芯头，由表4-3确定下芯头斜度为5°，由表4-4确定下芯头与芯座间隙为1.5mm，由表4-7确定防压环和集砂槽的尺寸,2#砂芯形状复杂，局部有细薄突起，故2#芯选用脂砂,详见铸件工艺图。

合箱时先下1#砂芯，后下2#砂芯。

2.9浇注系统的设计

浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。

浇注系统截面积大小对铸件质量影响很大，截面积太小，浇注时间长，可能产生浇不足、冷隔、砂眼等缺陷；截面积过大，浇注速度快，又可能收起冲砂，带入熔潭和气体，使铸件产生渣孔、气孔等缺陷。

为了使金属液以适宜的速度充填铸型，就必须合理确定浇注系统的面积。

2.9.1浇注系统类型的选择

由于铸件材质为ZG270-500，铸造质量要求较高。

浇注系统应要求较高的防氧化能力，本应采取漏包浇注，但由于铸件较小，使用漏包不易控制，为此使用转包浇注。

采用转包浇注铸钢件，浇注系统应有较好的撇渣能力，需要用封闭式或半封闭式，本设计浇注系统采用封闭式的，根据[6]表5-53，及工厂的情况，选用侧注式浇注系统。

因砂箱中只放置一个铸件，所以浇注系统只需设计浇口杯、直浇道和内浇道，无横浇道，使铸件内腔与内浇道相切，内浇道与直浇道相连，采用梯形的内浇道。

2.9.2浇注系统的设计与计算

因采用了转包浇注，浇注系统是封闭式的，其浇注方式与铸铁件相同，所以计算公式都采用转包浇注铸铁件公式，但式中的系数选择不一样，以此计算出该浇注系统浇注时间、内浇道截面积、浇注系统各组元断面尺寸，并校核最小压力头。

1浇口杯设计：

浇口杯是用来接纳来自浇包的金属液流的，因为铸件是小型的铸钢件，所以浇口杯采用结构简便、制作方便、容积小、在机器造型中广泛使用的普通漏斗形浇口杯，其截面形状与尺寸如图2-6中a所示。

2浇注时间：

其中：

C是系数根据相对密度KV查取，G是浇入砂型内钢水的总重量（kg）。

式中V是铸件的轮廓体积。

V=π/4×4.22×1.84=25.5dm3

取铸件重量是零件重量放大15%得到55（1+15%）=63.2（kg）

浇冒口系统选铸件重量的50%，即：

G=63.5（1+15%）=94.8（kg）

由[3]表5-34查得C=1.1

故浇注时间=10.7秒

选取t=11秒。

3内浇道截面积的计算：

由[3]P132查得以浇注比速为基础的计算公式：

式中：

G=94.8kg，t=11秒，K是浇注速比由表5-34查得0.75（根据KV=3.7查表），L是钢水流动系数，碳钢L取1.0。

代入上式：

则≈11.5cm2

截面形状为梯形，根据面积确定尺寸如图2-6中b所示：

abc

图2-6浇口杯、内浇道、内浇道截面形状与尺寸

4各组元面积的确定：

因该浇注系统无横浇道，所以只需再确定直浇道，其截面为圆形，形式为无斜度的圆管，H0即内浇道静压头高度为200mm。

参考[3]P132得比例关系为∑F直:

∑F内=1.1:

1

则∑F直=11.5×1.1=12.7cm2

由面积确定直径尺寸为40mm，如图2-6中c所示。

5最小压力头的校核：

为了保证能充满离最远最高的部分，并且能轮廓清晰完整，上表面无缩凹缺陷的铸件，铸件最高点到浇口杯内液面的高度必须有一最小值，即最小剩余压力头Hm，这就要求直浇道应该有必要的高度。

由所设计的铸件工艺图可得到如图2-7最小剩余压力头的压力角简图：

L=300+210=510mm

Hm=200-30=170mm

校核公式tgα=Hm/L=170/510=0.337

查得α=18º26'

式中：

α是最小剩余压力头的压力角，L是直浇道到铸件最高最远的距离，Hm是最小剩余压力头。

由[3]表5-8查得α=9º，故压力头足够。

图2-7最小剩余压力头的压力角简图

2.10冒口及冷铁的设计

2.10.1冒口的设计

铸件法兰与轮毂体交接处形成热节，容易产生分散性的缩松，严重降低铸件的机械强度。

该件在汽车工作时是个受力件，其技术条件要求铸件内部不得有缩孔、缩松等缺陷，所以在铸件上必需设置一定数量的冒口以消除缩孔、缩松。

因铸件在上砂箱高度只有30mm，且铸件较小并采用机器造型，为减少冒口的金属消耗而采用暗顶型。

冒口设置在铸件最高最厚的部位。

铸钢件冒口的计算方法很多，常用的方法有按照补缩液量计算、按照比例法计算、按照模数法诸，本设计用按照比例法中的热节圆法计算设计。

1确定热节圆直径

用作图得热节圆直径dy（作图时包括加工余量、补贴等），如图2-8所示。

2-8作图法求热节圆

dy由计算机作图得34，取dy=40mm。

2确定冒口形状、尺寸

冒口的尺寸对于铸件的质量很重要，冒口过小将导致铸件产生缩孔、缩松等缺陷；冒口过大，浪费金属，增加铸件成本，甚至有时会因冒口过在，使铸件局部组织粗大，内应力过大，造成裂纹，致使铸