圆形支座铸造实用工艺设计.docx

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圆形支座铸造实用工艺设计

湖南科技大学

课程设计

课程设计名称：

圆形支座铸造工艺设计

学生姓名：

学院：

专业及班级：

学号：

指导教师：

年月日

铸造工艺课程设计任务书

一、任务与要求

1．完成产品零件图、铸件铸造工艺图各一张，铸造工艺图需要三维建模（完成3D图）。

2．完成芯盒装配图一张。

3．完成铸型装配图一张。

4.编写设计说明书一份（15～20页），并将任务书及任务图放置首页。

二、设计内容为2周

1.绘制产品零件图、铸造工艺图及工艺图的3D图（2天）。

2.铸造工艺方案设计：

确定浇注位置及分型面，确定加工余量、起模斜度、铸造圆角、收缩率，确定型芯、芯头间隙尺寸。

（1天）。

3.绘制芯盒装配图（1天）。

4.绘制铸型装配图、即合箱图（包括流道计算共2天）。

5.编制设计说明书（4天）。

三、主要参考资料

1.张亮峰，材料成形技术基础[M]，高等教育出版社，2011.

2.丁根宝， 铸造工艺学上册[M]，机械工业出版社，1985.

3.铸造手册编委会，铸造手册：

第五卷[M]，机械工业出版社，1996.

4.沈其文,材料成形工艺基础（第三版）[M]，华中科技大学出版社，2003.

摘要

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。

本文主要分析了支座的结构，并根据其结构特点确定了铸造工艺，确定了支座的铸造工艺过程，绘制了芯盒装配图，铸造装配图等。

关键词：

圆形支座；砂型铸造；铸造工艺设计；装配图

一、造型材料选择

1.铸造合金的选用·····················································1

2.造型和造芯材料·····················································1

二、浇注位置及分型面的确定············································2

三、铸造工艺参数设计

1.加工余量的选择······················································5

2.铸件孔是否铸出的确定················································5

3.起模斜度的确定······················································5

4.铸造圆角的确定······················································6

5.铸造收缩率的确定···················································7

6．反变形量···························································8

四、造型方法的设计·····················································8

五、木模的设计·························································10

六、浇注系统的设计

1.浇口杯·····························································12

2．浇注系统的尺寸····················································12

七、冒口的设计·························································14

八、铸型装配图设计····················································15

心得体会································································17

参考文献································································18

一、造型材料选择

1.铸造合金的选用

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，因为此铸件结构基本为左右对称，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。

因为支座是指用以支承容器或设备的重量，并使其固定于一定位置的支承部件。

还要承受操作时的振动与地震载荷，而且此铸件为290×120mm的灰铸铁，其型号应为HT250。

2.造型和造芯材料

由于本次课程设计的铸件是中等批量生产，所以造型和造芯的方法应采用灵活多样，适应性强的手工造型。

但它有生产率低，劳动强度大，铸件质量不易稳定的缺点。

造型方法可选用砂箱造型，其操作方便，无论是大、中、小型铸件，还是大量、成批和单件生产均可采用。

型砂选择：

铸铁用的型砂和泥心砂，其主要的组成部分是石英砂和耐火粘土。

作为造型材料的沙子性质，由砂粒形状和大小，氧化硅的含量，以及沙子中存在的各种混合物来确定。

该铸件型砂选用瘦沙（粘土含量2-10%）来代替石英砂。

在湿模造型时，小型和中小型铸铁件泥心砂可以采用小颗粒的半肥沙（粘土含量10-20%）作为附加物加入石英砂中。

加入的耐火粘土，其工艺试样的抗压强度应为0.5-0.6kg/mm2。

耐火粘土应该是白色或者淡灰色的，不应有可被肉眼看出的混杂物，如砂子、矿石、石灰等。

碎粘土所含水分不应超过2%。

（铸件材料是铸铁时，制造湿砂型的粘土砂所用粘土为膨润土，湿抗压强度一般为80-120kPa。

含水量为4.5-5.5％，透气性为60-100，型砂配比70/140目占33，100/200目占17%，红砂占50%。

芯砂选择油砂或水玻璃砂。

）

造芯的方法可采用芯盒造芯和刮板造芯，前者用于造各种形状、尺寸和批量的砂芯，后者用于造单件小批量生产，形状简单或回转体砂芯。

二、浇注位置及分型面的确定

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。

 选择分型面时应注意一下原则：

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。

a）以支架的底面为分型面（如图2-1所示）

图2-1

b）以凸台为分型面（如图2-2所示）

图2-2

c）以对称中心线为分型面（如图2-3所示）

图2-3

分析比较各方案的特点并确定方案

1）以支架的底面为分型面

这种分型方法只需外加一活块造型，其分型面数量不仅少而且铸件全部放在下型，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。

而且底面可以向下放，以保证其表面粗糙度，分型面为底面时便于起模。

 2）以凸台为分型面

 不利于起模及翻箱操作。

 3）以对称中心线为分型面

需采用两箱造型造型复杂，容易造成错箱，从而影响铸件精度。

三、铸造工艺参数设计

确定铸造工艺参数必须以零件尺寸为依据，零件的详细尺寸如图3-1所示。

图3-1零件图

1.加工余量的选择

该支座为单件、小批量生产，可采用手工造型和造芯。

由《材料成形技术基础》P54表1.10查得尺寸公差等级CT应为13-15级，选13级，加工余量等级为MA为F-H,应选G。

由课程设计题目知基本尺寸φ290mm，查《材料成形技术基础》第三版P56表1.13与尺寸公差配套使用的灰铸铁机械加工余量，并由确定加工余量中“顶面（相对于浇注位置）的加工余量等级应比底、侧面加工余量等级降一级选用”的规定查得，顶面加工余量应按照CT14级、MA-H级；底面、侧面的加工余量为CT13级、MA-G级。

则顶面的加工余量取5mm,底面和侧面的加工余量取3.5mm。

所以顶面的加工余量取5mm，底面和侧面的加工余量取3.5mm。

加工余量如图3-2所示。

图3-2加工余量图

2.铸件孔是否铸出的确定

因为该铸件材料是HT250，单件、小批量生产，孔径15mm，但是查得铸件的最小铸出孔直径是30mm-50mm，则该六个孔没必要铸出。

所以该孔径为15mm的六个孔没必要铸出。

3.起模斜度的确定

根据标准《铸件模样起模斜度》中的规定，该铸件选用增加铸件厚度的起模斜度形式如图3-3：

图3-3起模斜度

用手工方法加工模具时用宽度标注，该铸件模具是木模，高度120mm，由《材料成形技术基础》P57表1.14砂型铸造时模样外表面及内表面的起模斜度查得外表面起模斜度2mm，内表面起模斜度6mm。

所以内表面起模斜度6mm，外表面起模斜度2mm。

4.铸造圆角的确定

根据铸件的圆角确定铸造圆角，如图3-4，在做木模时外铸造圆角设为2mm，内铸造圆角设为4mm。

图3-4零件剖面图

5.铸造收缩率的确定

该铸件材料为灰铸铁，由《材料成形技术基础》P57知灰铸铁的铸造收缩率为0.7%-1.0%，该铸件选1.0%，则制造尺寸放大一个线收缩率。

所以铸造收缩率1.0%。

综上所述考虑到铸件的加工余量、收缩量、拔模斜度、铸造圆角、工艺补正量及芯头间隙后的铸件尺寸如图3-5所示。

图3-5铸件图

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。

四、造型方法设计

要确定造型方法必须根据铸件的外形来选择分型面和型芯形状。

铸件的外形如图4-1所示

图4-1铸件的外形

由上图可看出，该铸件结构简单，基本成中心对称，根据浇注位置确定原则中重要面、大平面及薄壁部位朝下或侧立，厚壁部位朝上，另外又是一个圆盘类零件，所以可以确定该铸件需要平放，即平做平浇，如前所述分型面选在底面。

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，必须有足够的芯头尺寸，对于水平砂芯，必须有足够的芯头长度，以承受砂芯的重力和金属液的浮力。

芯头与芯头座之间应有适宜的间隙，以使砂型与砂芯的装配，但又能确保铸件的尺寸精度。

而该方案是采用垂直砂芯且是湿型砂，而且该方案的砂芯高度与直径比不大，且直径较大，所以采用的是上芯头去除形式的垂直砂芯。

经查表得s=1.5，α1=7°α=8mm，而h=35但是去除了上芯，所以高度应增加30%，所以h=35×（1+30%）=46mm。

如下图4-2所示。

图4-2芯头尺寸

图4-3芯盒剖面图

芯盒装配三维图

图4-4芯盒装配图

五、木模的设计

根据铸件工艺参数中铸件的收缩量、加工余量、拔模斜度、铸造圆角、工艺补正量及芯头间隙，设计木模。

木模每处的尺寸=铸件实际尺寸+加工余量+收缩量+型芯与芯头的间隙量。

则木模的形状如图5-1所示。

图5-1

经设计：

木模的剖面图如图5-2所示

图5-2

经计算：

木模的尺寸如图5-3所示

图5-3

六、浇注系统的设计

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（盆）、直浇道、横浇道和内浇道组成。

1、浇口杯

浇口杯是用来承接来自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢出，便于浇注，并可以减轻金属液对型腔的冲击，还可分离渣滓和气泡，阻止其进入型腔。

分为漏斗型和盆型两大类。

漏斗型浇口杯又分成两类，一类是中、小型铸件和非铁合金铸件用的容积较大的漏斗型浇口杯；一类是铸钢件用的漏斗型浇口杯。

而浇口盆用于中、大型铸铁件和中、大型非铁合金铸件。

浇口盆形底部筑有坝，待达到适宜的液面高度和适宜的浇注速度以后，金属液再流入直浇道。

因为铸件的材料是HT250，且考虑到铸件属于中型铸件，故采用盆形浇口杯。

经估算该零件质量为53Kg，所以查表得L=110mm，R=70mm,R1=40mm,r=25mm,r1=13mm,H=110mm,l=78mm,d=27mm，

因而得出浇口杯尺寸如图6-1所示

图6-1

2、浇注系统的尺寸

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。

因为封闭式浇注系统控流截面积在内浇道，浇注开始后，金属液容易充满浇注系统，呈有压流动状态。

挡渣能力强，但充型速度快，冲刷力大，易产生喷溅，金属液易氧化。

适用于湿型铸件小件。

而支座就是采用湿型的铸件小件，所以选择封闭式浇注系统。

1、采用封闭式的浇注系统，各组元比例如下：

F内：

F横：

F直=1：

1.2:

1.4；

查表得，铸件的内浇口总截面积∑F内为4.2—5平方厘米，取值4.5平方厘米，采用圆截面内浇口。

查表得圆截面的直径d=24mm，即如图6-2所示尺寸。

图6-2

采用两条内浇道，则横浇道的截面积为10.8平方厘米，查表得A=45mm,H=30mm,R=21mm即如图6-3所示的横截面积。

图6-3

直浇道下端截面积F直=2x1.4x4.5cm2=12.6cm2。

查表得：

下端截面直径为40mm，上端直径为48mm，直浇道每厘米长重量0.092kg。

采用分型面浇注法，则得出浇注系统如图6-4所示。

图6-4浇注系统三维图

七、冒口的设计

铸件从液态转变为固态，体积会缩小，即有体收缩。

因体积的缩小而得不到液体的补缩时，则在凝固后，于铸件内那些模数较大的部位会产生缩孔或缩松。

为了获得致密的铸件，基本的条件是实现顺序凝固。

这就必须在补缩通道上设置储有足够多的液体和初始模数比补缩通道模数大的冒口，使铸件在凝固过程中，能不断地从冒口获得液体进行补缩，以消除铸件的缩孔和缩松，使缩孔移入冒口之中。

铸件采用缩颈顶冒口，冒口如图7-1所示：

图7-1

因为铸件安装冒口处厚度e为30mm，又因为d=（0.8-1.0）*e，所以取d为30mm，查表得Dm=53mm,h=14mm,R=7mm,Hm=300mm,Gm=7kg

则得出冒口三维图如图7-2所示

图7-2冒口三维图

八、铸型装配图设计

以上述一些数据的计算以及设计为基础以及浇注系统、冒口、铸件和型芯等装配起来，铸型装配图如图8-1所示。

图8-1铸型CAD装配图

图8-2铸造装配三维图

图8-3铸造装配内部图

心得体会

为期两个星期的设计终于结束了，这是累却快乐的两个星期。

这次关于材料成形技术的课程设计使我对Pro/E建模以及CAD知识掌握得更加熟练了，使我更加深刻地理解了材料成形技术的知识，对铸造工艺有了更深层次的了解，为以后的学习和工作打下了坚实的基础。

在这个设计任务下发，还没借到工艺设计书时，望着老师发下来的模板，望着那模板里嵌着的复杂的Pro/E、CAD图，尤其是芯盒装配的三维图，我慌了。

Pro/E虽然学了，但是要我做出那样的芯盒装配图还是有点吃力，而且都不知从何着手。

而且CAD学了这么久，连最基本的操作都不怎么熟了，这次真是遇到了一个难题。

但是我从不会因困难而吓到，于是开始自己一步一步慢慢来解决一个一个问题。

按照图书馆借来的铸造工艺设计书中的设计步骤查数据，设计图纸，温习CAD，探究Pro/E，慢慢觉着我开始有点头绪了。

但是正当我有点头绪了，新的难题又摆在我面前，零件的分型面的选择分析了好半天都分析不出一个好的方案，多亏了老师的详细指导后，我的思路顿时明朗，突然觉着设计也不像我最初想象的那么难了。

这次课程设计，感谢同学们对我的帮助，感谢老师对我的耐心的指导以及详细讲解，使我对铸造工艺设计有了更多的了解和认识。

这次课程设计是我们真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我们模具设计的综合素质大有用处。

参考文献

[1]张亮峰.材料成形技术基础[M].北京：

高等教育出版社,2014.

[2]武志明,姚涵珍.野火5.0机械设计基础及应用[M].北京：

人民邮电出版社，2014

[3]大连理工大学工程图学教研室.机械制图[M].北京：

高等教育出版社，2012

[4]曹瑜强.铸造工艺及设备[M].北京：

机械工业出版社，2003

[5]刘小年.AutoCAD计算机绘图基础[M].长沙：

湖南大学出版社，2010

[6]李弘英，赵成志.铸造工艺设计[M].北京：

机械工业出版社，2005

铸造工艺图

铸造装配图