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铸造毕业论文

毕业设计论文

设计（论文）题目：

（减速器箱体）铸造工艺设计

下达日期：

2011年12月1日

开始日期：

2011年12月5日

完成日期：

2011年1月6日

指导教师：

韩小峰牛艳娥

学生专业：

材料成型与控制技术

班级：

材料0905

学生姓名：

王凯

教研室主任：

杨兵兵

材料工程学院

进程计划表陕西工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书

一、设计内容及要求

（一）设计内容

1.编制铸件（附零件图）铸造工艺规程，绘制铸造工艺图，填写铸造工艺过程卡片；

2.绘制铸件图和铸型装配图；

3.撰写毕业设计论文。

如完成其它材料成形生产工艺设计的课题，则参照本要求。

（二）要求

1．通过企业实习，熟悉铸造工艺过程，结合生产实际完成本次设计任务；

2.工程图用AutoCAD软件绘制并打印；

3.毕业设计论文按照学院统一格式，使用Word文档编辑并打印。

4.提交资料包括：

（1）毕业设计任务书；

（2）“三图一卡”，即绘制铸造工艺图；铸件图；铸型装配图；铸造工艺卡；

（3）毕业设计论文。

如完成其它材料成形生产工艺设计的课题，则参照本要求。

所有提交的资料包括打印文件和电子文件，格式规范，资料齐全。

二、技术指标

1．生产类型：

大批大量生产

2．生产及质量要求：

满足产品图纸的各项技术要求；工艺出品率较高，废品率5％以下；生产效率高；对工人技术水平要求较低，操作简便。

3.生产工艺要求：

砂型铸造或特种铸造；树脂砂芯或油砂芯；机械化造型；冲天炉或中频感应电炉熔炼；生产的原材料均经过检验，符合材料质量保证单要求。

4.技术水平要求：

尽量采用先进技术，创新项目应符合国家环保及安全生产要求。

序号

起止日期

计划完成内容

实际完成情况

检查签名

1

2011.12.5.-12.9.

明确毕业设计任务，准备毕业设计辅助资料。

参与企业（实训室）劳动，熟悉生产工艺现场条件

完成

2

2011.12.12.-12.16.

使用AutoCAD软件绘制完成零件图，要求表达完整，图形规范

完成

3

2011.12.19.-12.23.

确定铸造工艺方案，编制铸造工艺规程，记录设计过程及其参数

完成

4

2011.12.26.-12.30.

绘制铸造工艺图、铸型装配图、铸件图

完成

5

2011.1.2.-1.6.

制定熔炼工艺规程，填写铸造工艺卡，撰写设计说明书

完成

6

2012.1.9.～1.13.

审核及答辩

摘要

本文是减速器箱体铸造工艺流程,包括铸造工艺设计、工装设计、金属熔炼、落砂清理、分析零件结构以及铸造工艺性，选择粘土砂手工造型，确定合理的工艺方案，设计合适的工艺参数，浇注系统，冷铁，出气孔等。

根据零件图设计模样、模板、芯盒、砂箱。

该箱体材料为HT-200（单铸试块）。

确定灰铸铁的化学成分，并根据成分计算所需原材料的比例。

选用冲天炉熔炼工频感应电炉调成分，并用光谱分析仪全程监控。

关键词：

工艺设计，工装设计，金属熔炼，灰铸铁

Abstract

.

Thiszhupieceischestmoldbednoodlestoequipandheadsupport.briquette.Analyzesthecomponentsstructureaswellasthecastingtechnologycapability.Choiceadhesiveloamsandmanualdesignprocesstodetermineareasonableprogram,designanappropriateprocessparameters,gatingsystem,coldiron,suchasastoma.Accordingtothepartsdesigntemplates、coreboxes、sandboxes.ThebearingmaterialHT-200（single-castblock）.Todeterminethechemicalcompositionofductileiron,andcalculatedinaccordancewiththerequiredcomponentsoftheratioofrawmaterials.Choosethecupolameltingtuningcomponentwithinductionfurnacesandprocessmonitoringspectrumanalyzer.

Keywords:

processdesign,toolingdesign,metalmelting,nodularcastiron.

目录

前言1

第一章零件结构工艺性分析2

第二章造型材料2

第三章铸造工艺方案3

第一节铸件浇注位置的选择3

第二节造型的吃砂量和铸件在沙箱中的布置4

第四章熔炼及浇注8

第一节熔炼炉的选择9

第二节合金熔炼9

第三节浇注11

第五章铸件的落砂、清理及后处理12

第一节落砂12

第二节清理12

第六章铸件的质量检测12

主要的参考文献14

前言

铸造工艺设计就是根据铸造零件的结构特点,技术要求,生产批量,和生产条件等，确定铸造工艺方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等技术文件的过程。

在进行铸造工艺之前，设计者应掌握生产任务和要求，熟悉工厂和车间的生产条件，此外要求设计者有一定的生产经验和设计经验，并应对铸造先进技术有所了解，具有经济观点和发展观点。

因为现代科学技术发展，拓展了铸造技术的应用领域，同时提高了对金属铸件的要求，不仅要求逐渐具有较高的力学性能，尺寸精良和低的表面粗糙度值；要求具有特殊的性能，如耐热，耐蚀，耐磨等，同时要求生产的周期性，低成本。

铸造工艺设计人员在设计过程中，应时刻关心铸件的成本，节约能量和环保问题，从零件的结构铸造工艺性的改进，铸造，造型，造芯方法的选择，铸造方案的确定，浇注系统和冒口的设计，制止铸件清理的方法等，每道工序都与上述问题有关，采用不同的工艺，对铸造车间或工厂的金属成本，熔炼金属量，能源消耗，铸件工艺出品率和成品率，工时费用，铸件成本和利润率等都有显著影响。

铸造工艺设计应是追求以最少的成本损耗生产质量最好，竞争品质最强的铸件产品。

此次毕业设计的目的是通过自主设计，在设计的过程中梳理大学三年中学到的专业知识，学会发现问题并运用所学的知识来解决实际问题。

通过毕业设计巩固和拓展自己的专业知识，熟悉铸造工艺设计的流程，领略铸造工艺设计的要领，体验铸造工艺设计工作的内涵，为即将步入社会，走向工作岗位做最后的准备。

第一章零件结构工艺性分析

材料:

HT200轮廓尺寸：

600×446×400mm

最小壁厚：

14mm最小孔：

M12-7H

铸铁牌号

铸铁壁厚/mm

化学成分％

抗拉强度/Mpa

C

Si

Mn

P

S

不大于

HT200

＜30

3.2～3.5

1.6～2.0

0.7～0.9

0.7～0.9

0.8～1.0

0.3

0.12

170～220

30～50

3.1～3.4

1.5～1.8

160

>50

3.0～3.3

1.4～1.6

100～150

HT200的性能：

铸造性能好，工艺简便，铸造应力小，不用人工时效处理，减震性优良，有一定的机械强度。

该铸件的v=38×316×220-140×38×112+［（19+60）×75×14／2］×2+140×14×75×2＋168×14×95×2－3.14×152×1／4×85×4＋3.14×902×214－3.14×582×48－3.14×702×112－3.14×582×54=5451919.58㎜3.

查得HT200的密度为7.8g/

所以该铸件的质量M=5451919.58

×7.8g/

=43kg.

第二章造型材料

铸造生产中，砂型铸造应用最为广泛。

砂型铸造生产率高、成本低，灵活性大、技术相对成熟。

1、造型方法

选用手工造型----工艺装备简单，灵活多样，适应性强在单件或小批量生产及新产品试制中，得到了广泛应用。

2、种类

选用砂箱进行造型，因为机器造型中设备投资大、工艺装备复杂、模具要求高，用于大批量生产。

3、砂型的种类

选用湿型----粘土、膨润土是一种价格低廉、无污染、可反复会用的粘结剂。

广泛用于手工造型。

因为干型、表干型、自硬树脂砂型、水玻璃砂型、特种砂型成本较高，污染较大。

4、型砂的配制

型砂的配制如表1-1所示。

表1-1湿型砂的配方（质量分数％）

旧砂

新砂

膨润土

碳酸钠

煤粉

粒度组成

加入量

50

70/140

50

4～4.5

0.16

8

5、粘土砂混砂时的加料顺序

粘土砂混砂时的加料顺序如下：

先将旧砂和新砂、粘土和煤粉等干料加入混砂机中混匀，然后再加水混合至要求的水分。

使用碾轮式混砂机进行混制。

面砂一般混合6min～12min，背砂混碾3min左右。

6、涂料的配制

涂料的配制方法如下表1-2[1]所示。

表1-2粘土湿砂型用水基涂料（质量分数％）

组分/％

用途

石墨

滑石粉

重油

沥青清漆

矿物油

木沥青

聚醋酸乙烯乳液

煤油

汽油溶剂

水

工业酒精

土状

鳞片

20

20

-

8

-

-

-

-

55

-

-

-

铸铁

7、涂料的方法

涂料的涂敷方法较多，根据铸件的具体情况，此铸件选用刷涂法。

第三章铸造工艺方案

第一节铸件浇注位置的选择

一、铸件浇注位置的选择原则

1）铸件的重要加工面、主要受力面、宽大平面应朝下。

2）对于厚薄不均匀的铸件，应将厚大部分朝上，以利于冒口补缩，实现定向凝固。

3）对于薄壁铸件，应将薄而大的平面朝下。

4）尽量减少砂芯的数量，少用吊芯、吊砂。

5）逐渐的合型、浇注、冷却位置一致为宜。

6）铸件的浇注位置应方便造型、下芯及合箱。

根据以上浇注原则的选择及本铸件的结构要求，选用中注式浇注系统。

第二节造型的吃砂量和铸件在沙箱中的布置

一、.吃砂量：

因为该铸件的最大尺寸为316mm选用

二、砂箱的设计：

根据上表吃砂量，选用砂箱为300mm×250mm×90mm。

三、铸件在沙箱中的布置:

一箱一件，对称布置。

选用原则：

单件小批量生产下的粘土砂手工造型时，铸钢件和铸铁件尺寸公差等级能达到CT13-CT15级；化学粘结剂手工造型时，铸钢件尺寸公差等级能达到CT12-CT14级，铸铁件能达到CT11-CT13级。

成批和大量生产下的砂型铸造手工造型时，铸钢件和铸铁件尺寸公差等级为CT11-CT14级；砂型铸造机器造型时，竹铸钢和铸铁件尺寸公差等级为CT8-CT12级。

单件铸铁件选用CT11-CT13级，该铸件尺寸为118mm，选用CT9----14.

四、砂型铸造铸件重量公差

选用原则：

单件和小批量生产下，干，湿型砂型造型时，铸钢件和铸铁件的重量公差等级为MT13-MT15。

自硬砂造型时，铸钢件的重量公差等级为MT12-MT14，铸铁件为MT11-MT13。

成批和大量生产下，砂型铸造手工造型时，铸钢件和铸铁件的重量公差等级为MT11-MT13；砂型铸造机器造型时铸件重量公差等级，铸钢件和铸铁件均为MT8-MT10。

一般情况下，铸件重量的上偏差和下偏差相同；要求较高时，下偏差等级可比上偏差等级小二级。

单件铸铁件为MT9-MT15，该铸件尺寸为118mm，选用MT14---14.

五、机械加工余量

选用原则：

注：

1.等级A和等级B仅用于特殊场合，适用于成批生产。

2.砂型铸造手工造型加工余量等级；铸钢件为G,H,J,K级，铸铁件为F,G,H级。

3.砂型铸造机器造型加工余量等级；铸钢件为E,F,G,H级，铸铁件为E,F,G,级。

该铸件为砂型手工造型铸铁件，所以机械加工余量为F、G、H级，该铸件尺寸为118mm，选用E级----1.1mm。

六、铸造线收缩率

逐渐在凝固和冷却过程中，一般要产生线收缩率而造成逐渐实际尺寸比摸样尺寸减小。

因此，在制造模样或芯盒时需加上相应的线收缩量。

铸造收缩率可用下式表示：

=（LO-L1）/L0×100%

式中g—铸件收缩率（℅）；

L0—摸样长度（㎜）；

L1—铸件长度（㎜）。

根据该铸件为中小件灰铸铁，所以选用受阻收缩为0.8-1.0，自由收缩为0.9-1.1.

七、起模斜度

造型时，为便于起模或从芯盒垂直分型面的壁，设计一个向着分型面逐渐扩大的斜度，称为起模斜度。

起模斜度大小主要取决于造型方法，造型材料，起模高度，模样的材质和模样制作精度及表面粗糙度等因素。

起模斜度根据铸件结构和使用条件，可采用增加一端的壁厚获得，称正起模斜度（用于所有加工面）；也可以用减少一端的壁厚获得，称负起模斜度（用于与其他零件配合的不加工面）；还可以通过同时增加一端减少另一端的壁厚获得，称正负起模斜度（用于不与其他零件配合的加工面）。

加工面一般采用正起模斜度。

起模斜度常以加厚或减厚a或与垂直比的夹角a表示，见表4-11，表4-12.

该铸件测量面为99mm，所以选用木模样α=0°40′，a=1.2mm。

1、分型负数

干型，表干型铸造时，由于起模后的修型，以及烘干过程中砂箱或砂箱膨胀变形，造成分型面不十分平整，适合型不严。

为防止浇注时跑火，合型前上垫石棉绳耐火泥条。

这样就导致型腔的高度增加，垂直于分型面方向的铸件尺寸比图样要求增大了。

为抵消铸件在分型面部位产生的增厚，保证铸件尺寸符合图样要求，在模样上预先减去相应的高度，称减去的数值为分型负数。

根据实践经验：

（1）湿型一般不留分型负数，但砂箱尺寸大于2m时，也留分型面负数，其值应比表中数值小。

（2）三箱造型时，分型负数留在中箱和下箱上。

多箱造型时，在每个分型面都有减去负数。

（3）若铸件的上面全部加工，或机器造型以及采用水玻璃造型，分型面长度＜1500mm时，均不留分型面负数。

（4）分型负数原则上按铸件垂直分型面的最大高度尺寸确定，一般每1000mm减去1mm。

八、有利于改善铸件的注态组织

1）内浇道附近的组织粗大，因此，不要开在铸件质量要求高的部位。

例如，对有耐压要求的管类铸件，为避免管壁处缩松，内浇道应开设在法兰处。

2）内浇道不要设置在靠近冷铁或芯撑处。

否则，会降低冷铁激冷作用，或芯撑过焊融化。

（1）有利于提高铸件外观质量为此，在内浇道最好开设在铸件要求不高的加工部位上；不要开设在非加工面上。

（2）有利于金属液平稳冲型防止冲砂，内浇道应避免直冲砂芯，型壁，型腔内薄弱部位（如吊砂，凸台）；为避免金属液飞溅，内浇道应使金属液沿型壁注入；为利于平稳冲型，除渣，排气，内浇道方向一致，避免流向混乱。

（3）有利于减少铸件收缩应力和防止裂纹内浇道开设位置不应阻碍铸件收缩；并能使金属液快而均匀冲型，避免铸件各部位温差过大；对尺寸较大，壁厚均匀的铸件，内浇道应多而分散，均匀分布。

（4）有利于铸件清理内浇道位置分布不妨碍打箱和清理，打磨和去除浇注系统，不妨碍使用和外观。

（5）有利于造型操作内浇道尽量开设在分型面上；在满足浇注要求下，内浇道尺寸尽量小，以减少金属液和型砂的消耗；与铸件接口的内浇道厚度一般应小于铸件壁厚的1/2最多不超过2/3。

根据该铸件选择封闭中注式浇注系统

A、灰铸铁件浇注系统尺寸的设计：

该铸件的重量为1.8kg，单件生产。

选工艺出品率为70％

所以该铸件的浇注重量为

=铸件重量/工艺出品率

=43kg/75％

=57kg

该铸件图的最薄壁厚为26mm，所以系数s选用1.7

浇注时间t=s

=1.7×

=19s

该铸件的h=220mmt=19s

所以型内液面上升速度v=h/t=

mm/s=11.6mm/s

该铸件的壁厚为26mm在11～20mm/s内，所以速度合理。

根据4-62,4-63选择流量系数u为0.42-0.10=0.32

此铸件选用中注式浇注系统：

根据此铸件的尺寸和沙箱的选择，铸件的高度选为90mm。

所以内浇道的总截面积为：

=

=4.2

㎝

查表知：

AI

：

AI

：

AI

=1:

1.1:

1.15所以

AI=4.62

㎝

AI

=6.3

㎝

直浇道：

3.14×

R

=1.84

㎝

R=0.77cm

横浇道：

一般：

b=（0.7～0.8）a,c=0.97a

AI=（a+b）×c/2=1.76㎝

取b=0.73a

所以a=1.4cmb=1.1cmc=1.4cm

内浇道：

一般b=（0.1～0.9）ac=（0.1～0.5）a

=（a+b）×c/2=1.6

㎝

取b=0.5ac=0.2a

所以a=3.3cmb=1.65cmc=0.66cm

第四章熔炼及浇注

1、熔炼设备：

冲天炉

2、浇注温度：

1330℃

3、HT200的配料

﹙1﹚.配料的一般原则：

1）.充分满足铸件对化学成分和力学性能的要求；

2）.在确定炉料的种类和规格时，要立足我国和本地区的原材料供应情况；

3）.尽量多用废料，少用新生铁和铁合金，并要充分利用本厂的回炉料；

4）.在满足使用要求的前提下，要减少炉料的种类和换料次数；

5）.根据铸铁含碳量要求选用废钢。

有些工厂对各牌号铸铁的废钢加入量规定范围如下：

HT150W废钢=0％～10％

HT200W废钢=15％～30％

HT300W废钢=25％～40％

6﹚.一般只选1～2个牌号的原生铁，避免选用过多牌号，这样可使称料简便。

7﹚.为了核算方便，炉料一般按100㎏搭配。

核算后，再换算成实际每批铁料的搭配量。

﹙2﹚.配料的计算：

1﹚.该铸件的平均壁厚为26㎜，化学成分﹙质量分数﹚要求如下：

元素种类

C

Si

Mn

P

S

成分范围﹙％﹚

3.2～3.5

1.6～2.0

0.7～0.9

﹤0.3

﹤0.12

平均值﹙％﹚

3.35

1.8

0.8

﹤0.3

﹤0.12

2﹚.各种金属炉料的化学成分﹙质量分数﹚如下：

炉料种类

C﹙％﹚

Si﹙％﹚

Mn﹙％﹚

P﹙％﹚

S﹙％﹚

Z18原生铁

3.8

1.9

0.6

0.06

0.04

回炉铁

3.3

2.0

0.75

0.12

0.07

废钢

0.4

0.4

0.4

-

-

FeSi45

-

45

-

-

-

FeMn65C7

-

-

65

-

-

3﹚.各种元素变化率﹙质量分数﹚如下：

元素名称

C

Si

Mn

P

S

增减率﹙％﹚

按公式

-20％

-25％

-

+50％

计算：

1﹚.用选择法进行配料，初步确定比例如下﹙铁料按100㎏计算﹚：

Z18原生铁占45％﹙45㎏﹚，回炉铁占40％﹙40㎏﹚，废钢占15％﹙㎏﹚。

2﹚.核算炉料中的含碳量。

根据公式，炉料中要求碳的质量分数：

WC炉料=2×﹙WC铁夜-1.8﹚％=2×﹙3.35-1.8﹚％=3.1％

按上述配料，核算炉料中的实际含碳量：

WC′炉料=3.8×45％+3.3×40％+0.4×15％=3.09％

核算结果与炉料中要求的碳量基本相符，因此配料比例是合适的。

3﹚.核算炉料中的含硅量。

炉料中要求硅的质量分数为：

WSi炉料=WSi铁夜／﹙1-20％﹚=1.8％／﹙1-20％﹚=2.25％

炉料中实际带入的硅量：

WSi炉料′=1.9×45％+2.0×40％+0.4×15％=1.72％

炉料中尚缺的硅量：

WSi炉料-WSi炉料′=2.25％-1.72％=0.53％

补加的FeSi45为：

WFeSi45=﹙0.53％／45％﹚×100％=1.18％

即每100㎏炉料中加1.18㎏硅铁。

4﹚.核算炉料中的含锰量，其计算方法与含硅量的核算完全相同。

炉料中要求的锰量：

WMn炉料=WMn铁夜／﹙1-25％﹚=0.8％／﹙1-25％﹚=1.07％

炉料中实际带入的锰量：

WMn炉料′=0.6×45％+0.75×40％+0.4×15％=0.63％

炉料中尚缺的锰量：

WMn炉料-WMn炉料′=1.07％-0.63％=0.44％

补加的FeMn65C7为：

WFeMn65C7=﹙0.44％／65％﹚×100％=0.68％

即每100㎏炉料中加0.68㎏锰铁。

5﹚.核算磷、硫是否超出要求

WP=0.06×0.45％+0.12×40％=0.075％﹤0.3％

WS=﹙0.04×45％+0.07×40％﹚×﹙1+50％﹚=0.07﹤0.12％

符合要求。

4.熔炼过程：

备料→修好、烘好炉和包→点火和装料→熔化及控制→停风及打炉

第五章铸件的落砂、清理及后处理

第一节落砂

1、铸铁件的打箱时间

该铸件的重量为57kg，最小壁厚14mm，最大壁厚为24mm取冷却时间120min。

2、打箱方法：

选用原则：

该铸件为单件小批量生产，选用惯性振动冲击式落砂机。

第二节清理

a、去除铸件浇冒口、飞边、毛刺。

该铸件选用“锤击敲打法”。

b、铸件的表面处理

根据该铸件是单件生产，所以选用滚筒表面清理。

第三节铸件的后处理

铸件的后处理：

时效处理

时效处理：

指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，在较高的温度放置或室温保持，其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。

若采用将工件加热到较高温度，并较时间进行时效处理的时效处理工艺，称为人工时效处理；

若将工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的时效现象，称为自然时效处理。

时效处理的目的，消除工件的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能等。

第六章铸件的质量检测

液体渗透检测是基于毛细血管现象揭示非多孔性固体，材料表面开口缺陷的无损检测方法。

简称渗透检测。

将液体渗透液借助毛细血管作用渗入工件的表面开口缺陷中，用去除剂（如水）清除掉表面多余的渗透液，将显像剂喷涂在被检表面，经毛细血管作用，缺陷中的渗透液被吸附出来并在表面显示。

液体渗透检测的基础步骤是：

预处理，渗透，去除，干燥，显像，检测和后处理。

有两种渗透检测方法：

荧光渗透检测和着色渗透检测。

渗透检测适用于表面裂纹，折叠，冷隔，疏松等缺陷的检测，被广泛用于铁磁性和非铁磁性锻件，铸件，焊接件，机加工件，粉末冶金件，陶瓷，塑料和玻璃制品的检测。

渗透检测在使用和控制方面都相对简单。

渗透检测所需要的设备可以使分别盛有渗透液，去除剂，