铸造课程设计.docx
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铸造课程设计
铸
造
课
程
设
计
说
明
书
学院：
材料科学与工程学院
专业：
铸造
姓名：
黄甫升
班级：
07-1
学号：
310706020112
指导老师：
米国发
前言
铸造工艺即将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件（零件或毛坯）的工艺过程。
它是现代机械制造工业的基础工艺。
铸造生产的毛坯成本低廉，对于形状复杂、特别是具有复杂内腔的零件，更能显示出它的经济性；同时它的适应性较广，且具有较好的综合机械性能。
但铸造生产所需的材料（如金属、木材、燃料、造型材料等）和设备（如冶金炉、混砂机、造型机、造芯机、落砂机、抛丸机等）较多，且会产生粉尘、有害气体和噪声而污染环境。
铸造是人类掌握较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。
公元前3200年，美索不达米亚出现铜青蛙铸件。
公元前13～前10世纪之间，中国已进入青铜铸件的全盛时期，工艺上已达到相当高的水平，如商代的重875千克的司母戊方鼎、战国的曾侯乙尊盘和西汉的透光镜等都是古代铸造的代表产品。
早期的铸造受陶器的影响较大，铸件大多为农业生产、宗教、生活等方面的工具或用具，艺术色彩较浓。
公元前513年，中国铸出了世界上最早见于文字记载的铸铁件——晋国铸鼎（约270千克重）。
公元8世纪前后，欧洲开始生产铸铁件。
18世纪的工业革命后，铸件进入为大工业服务的新时期。
进入20世纪，铸造的发展速度很快，先后开发出球墨铸铁，可锻铸铁，超低碳不锈钢以及铝铜、铝硅、铝镁合金，钛基、镍基合金等铸造金属材料，并发明了对灰铸铁进行孕育处理的新工艺。
50年代以后，出现了湿砂高压造型，化学硬化砂造型和造芯、负压造型以及其他特种铸造、抛丸清理等新工艺。
本次课程设计主要用砂型铸造的方法。
第一章铸造工艺设计方法及分析……………………………………5
一造型和造芯材料、方法…………………………………....5
二铸型种类…………………………………....5
三砂箱中铸件数目的确定…………………………………....5
四确定浇注位置和分型面…………………………………….6
第二章铸造工艺参数设计……………………………………………6
一铸件尺寸公差和质量公差…………………………………6
二机械加工余量的选择………………………………………6
三铸件模样起模斜度………………………………….7
四铸件收缩率………………………………………7
五最小铸出孔及槽………………………………………7
六工艺补正量其他铸造工艺参数………………7
第三章砂芯设计…………………………………....8
一芯头尺寸………………………………………8
二砂芯的排气系统………………………………………8
第四章浇注系统设计………………………………………………9
一浇注系统的选定………………………………………9
二浇注系统的尺寸计算………………………………………9
第五章冒口、冷铁和铸肋设计…………………………………9
一冒口种类和尺寸……………………………………………….9
二出气孔………………………………………11
三冷铁………………………………………11
第六章铸造工装设计……………………………………………11.
一模样及模板……………………………………………….11
二芯盒………………………………………………..11
三砂箱………………………………………………..11
第七章参考文献……………………………………………………12
第八章铸造工艺图………………………....................................12.
正文
第一章铸造工艺设计方法及分析
一造型和造芯材料、方法
造型和造芯材料采用型砂。
由于本次课程设计的铸件是小批量生产，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，劳动量小，大、中、铸件，大量成批和单件生产均可采用。
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，形状简单或回旋体砂芯。
二铸型的种类
采用湿型铸型，该铸型不烘干。
其优点是成本低、生产率高、劳动条件得到改善、易于实现机械化。
但铸型水分多、强度低，易产生呛火、夹砂、气孔、冲砂、涨箱等铸件缺陷。
它适用于单件、成批和大量生产的中小件，机械化、自动化的流水线生产。
自采用膨润土活化砂后，大大提高了湿型的应用范围。
三砂箱中铸件数目的确定
根据铸件尺寸，沙箱尺寸、吃砂量和车间起重能力的等，采用三箱造型。
砂箱的平均轮廓尺寸（A+B）/2为401mm到700mm。
所以选定400*500*200的砂箱。
四确定浇注位置和分型面
见铸造工艺图。
第二章铸造工艺参数设计
一铸件尺寸公差和质量公差
1.铸件的尺寸公差
各种铸件合金采用不同的铸造工艺，针对成批和大量以及小皮和单件生产两种生产方式，在正常生产情况下所能达到的公差等级不同，查表（GB6414——86）得湿型铸钢件的尺寸公差等级为CT14级。
上凸台的尺寸公差值2.8mm,侧凸台的尺寸公差值2.8mm,
上法兰的尺寸公差值12mm,侧法兰的尺寸公差值12mm，
管道内圈尺寸公差值12mm,管道长度尺寸公差值16mm,
管道外圈尺寸公差值12mm，侧法兰的宽度尺寸公差值4.4mm
管道半剖面以上的高度尺寸公差14mm。
2.铸件的质量公差
由于铸件是小批和单件的铸钢件，查表（GB/T11351——89）所以铸件的质量公差等级MT为14级。
铸件质量公差数值为18%。
二机械加工余量的选择
先确定铸件的尺寸公差等级和机械加工余量等级，查表（GB/T11350——89），得出用于小批和单件生产与铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量等级为14/J。
上凸台的加工余量1.0mm，侧凸台的加工余量11.0mm,
管道内圈的加工余量9.0mm,上法兰的加工余量9.0mm,
侧法兰的加工余量11.0mm。
三铸件模样起模斜度
铸件模样起模斜度简称起模斜度。
起模斜度可按起模斜度形成的倾斜角
表示：
上法兰的起模斜度1°25′，上凸台的起模斜度为2°55′，
侧凸台的竖直方向的起模斜度30′，侧法兰的起模斜度2°55，
颈部的起模斜度30′。
四铸件收缩率
铸件收缩率：
K=（L模-L件）*100%/L件
L模模样的尺寸（mm），
L件铸件尺寸（mm）。
查表得该铸件的线收缩率为1.8%。
五最小铸出孔及槽
由于低合金钢的单件、小批量生产的最小铸出孔位20mm，所以该铸件的所有孔皆采用机加工形式获得。
六工艺补正量及其他铸造工艺参数
铸钢法兰类铸件的工艺补正量：
上法兰的工艺补正量S1=4mm
两个侧法兰工艺补正量S2=5mm。
第三章砂芯设计
一芯头尺寸
1.水平砂芯
1）由于砂芯长度L=287mm，D=200mm，所以芯头长度：
查表（JB/T5106—91）得水平砂芯的芯头长度为60～75mm，取70mm。
查表（JB/T5106—91）可得出不需考虑水平芯头顶面和芯座的配合间隙。
水平砂芯的芯头斜度和芯头与芯座的配合间隙为
=6°a=11mm，
1=2°30′a1=4mm。
图见（铸造工艺设计简明手册P38表3-5）
2）其定位方式为序号2（见铸造工艺设计简明手册P40）。
3）压紧环、防压环、集砂槽盒倒角尺寸，查表（JB/T5106—91）得a=8mmb=1.5mmc=20mmr1=2mm。
图见（铸造工艺设计简明手册P41表3-9）。
2.垂直砂芯
1）由于砂芯长度L=195mm，D
50mm，所以垂直砂芯的芯头的高度和芯头与芯座的配合间隙为：
S=0.3mmh=30～35mm。
图见（铸造工艺设计简明手册P38表3-1）。
查表（JB/T5106—91）可得芯头与芯座的配合间隙为S2=0，垂直芯头的斜度：
上部芯头
1=10°a1=11mm.
2）其定位方式为序号（见铸造工艺设计简明手册P36）
3）根据查表（JB/T5106—91）得，不需设计压紧环、防压环、集砂槽盒倒角尺寸。
二砂芯的排气系统
砂芯的排气方法采用扎通气孔。
第四章浇注系统设计
一浇注系统的选定
由于铸钢的浇注温度高，流动性差，氧化倾向大，故其浇注系统要求结构简单，横截面尺寸应较大，冲型快而平稳，并有利于铸件的顺序凝固。
此外，因夹杂物严重影响铸钢件的力学性能，应严格挡渣，除大批量铸钢件的生产线及浇注小型铸件使用转包外，大多采用挡渣能力强的漏包浇注。
其浇道比如下：
包孔
直
横
内=1:
（1.8～2.0）:
（1.8～2.0）:
2.0
顶注式浇注系统
浇口杯采用盆形。
二浇注系统的尺寸计算
F阻=m/
2gHp
=0.32（见金属材料的液态成型工艺P123表4-5）,
=7.82*103kg/m3,g=10m/s2,Hp=H0-P2/2C=H0=179mm
根据金属材料的液态成型工艺P128表4-16，可得该铸件的工艺出品率为55%，所以m=mc+mG=mc/55%=80.69kg,
=S
=25.27s
所以F阻=m/
2gHp=674.40mm2
第五章冒口、冷铁和铸肋设计
一冒口种类和尺寸
冒口的主要作用在于补偿铸件的液态和凝固时期的收缩，还可以排气，集渣和调节温度分布。
而铸钢的液态和凝固时期的体收缩率高，缩孔形成倾向大，需要保证铸件的顺序凝固，因而其冒口设计十分重要。
1）由铸造工艺分析，铸件下面的管状铸件部分需采用冒口，即在两端侧法兰顶部设置暗冒口,该帽口为顶冒口。
用模数法设计铸钢件的普通冒口：
根据铸造工艺设计简明手册P36表5-18，可算得铸件下面的管状铸件部分（即杆（环形体）—板（大法兰）连接）的模数M=
其中a=17.5mmb=287mmc=14mmn=
=15.536D=217.5mm
所以Mc=8.454.
2）由上，因为MC:
MR=1:
（1～1.2）
所以MR=9.300
3）确定铸钢的体收缩率
根据铸造工艺设计简明手册P109表5-23，得
=
C+
X
其中=
C=5.8%,
X=
Ki
i=0.9%*（+0.12）=0.108%
所以
=5.908%
4）由上面可确定冒口的尺寸D=54mm,H=81mm,V=1.18D3
5）校核冒口的有效补缩距离和数目，合格。
6）校核冒口最大补缩能力V=V冒
V冒：
冒口的体积185.808cm3
：
合金的体收缩率为5.908%
：
冒口的补缩效率（查表铸造工艺设计简明手册P108表5-24）为18%
所以V=380.295cm3，合格。
二出气孔
出气孔可排出型腔的气体或监视铸型中铁液的充满程度。
出气孔一般设置在铸件顶部，采用暗出气孔。
圆形出气孔，其底部直径d一般等于该处铸件的厚度的1/2～1/3，对中小件，常用的d取8mm、10mm、12mm。
该处取10mm合适。
三冷铁
冷铁是控制铸件凝固顺序和加快冷却速度的激冷物。
冷铁可以调节铸件温度分布，改变凝固顺序，防止铸件产生缩孔、缩松、变形和冷裂，还可以提高激冷出的表面硬度和耐磨性。
在该铸件的壁厚较厚处放置直接外冷铁即可满足要求，外冷铁厚度
=（0.6～0.7）T，T为铸件壁厚。
第六章铸造工装设计
一模样及模板设计
由于该铸件为小批量，所以模样采用木模样。
二芯盒
采用普通金属芯盒：
单面芯盒和曲折分盒面芯盒。
芯盒材料ZL102
芯盒壁厚6～8mm
三砂箱
砂箱材料：
铸铁
矩形砂箱
手工造型
砂箱尺寸400*500*200
第七章参考文献
1.铸造工艺设计简明手册………………………贾志宏傅明喜主编化学工业出版社
2.金属材料液态成型工艺………………………叶荣茂主编机械工业出版社
第八章铸造工艺图
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