座体零件成形工艺设计毕业设计.docx

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座体零件成形工艺设计毕业设计

摘要

本设计题目的任务是完成座体零件成形工艺设计，根据本设计题目生产性质、零件结构特点和用途，确定采用铸造成形工艺方法做出该零件的毛坯。

其具体内容包括了铸造工艺方案的设计，铸造工艺参数的确定，砂芯设计，浇注系统设计，冒口设计，冷铁和出气孔设计，砂型及砂芯的烘干等，又对铸造工艺装配进行了设计，内容包括木模、模板、芯盒和砂箱等的设计。

绘制出了工艺装配图、铸造工艺图、铸件图和模样图。

本题目的研究方法，是运用所学《材料成形工艺基础》中的铸造成形理论，对金属液在充型、结晶、凝固和冷却过程中发生的一系列物理、化学的变化及铸件内部的变化进行了理论研究和分析。

对如何保证铸件的质量，在合金液的成分上进行了研究和探讨，对工艺上采取的相应措施进行了可行性的研究和探讨，针对本题目，如何运用灰铸铁（HT150）铸造出所要求的零件的铸造成型工艺作了详细阐述，对运用砂型铸造设计的浇注系统做出了详细设计，并做出了铸型装配图，铸造工艺图和模样图。

关键词：

砂型铸造浇注系统铸造工艺图模样铸型装配图HT150

Abstract

Thedesignofthesubject'staskistocompletetheseatbodypartsformingprocessdesign,accordingtothenatureoftheproductionofadesign,partstructuralcharacteristicsandusestodeterminethemethodusedtomakethecastingformingprocessoftheroughparts.Thespecificcontentsofthecastingprocessinthedesign,castingprocessparametersidentified,thesandcoredesign,gatingsystemdesign,riserdesign,thedesignofcoldiron,andoutofholes,sandandsandcoreofdrying,butalsoonthecastingassemblyhasbeendesigned,includingappearance,templates,coreboxesandsandboxesandotherdesigns.Assemblydiagramdrawnoutprocess,castingprocessmaps,chartsandpatterncastingmap.Thesubjectofresearchmethodsistousewhattheyhavelearned"materialformingtechnologybase"inthecastingformingthetheoryofliquidinthefillingofmetal,crystal,solidificationandcoolingprocessinaseriesofphysicalandchemicalchangesandchangesinthecastingsThetheoreticalresearchandanalysis.Castingonhowtoensurethequalityoftheingredientsintheliquidalloywascarriedoutresearchandstudyontheprocesstotaketheappropriatemeasurestostudyandexplorethefeasibility.Accordingtothistopic,howtoapplygrey（HT150）castingoutthepartsrequiredthecastingmoldingprocesswerediscussedindetail,tousethesandcastinggatingsystemdesign,andhasmadethedetaileddesigndrawingsmadecasting,castingprocesschartandshapefigure.

Keywords：

SandCastingGatingsystemCastingChartAppearanceMoldassemblydrawingHT150

第一章前言

国家的综合国力是看这个国家的制造业发展水平。

其中大型铸、锻件的生产水平，标志着这个国家制造业能力的水平，影响着国民经济。

铸造历来是装备制造业得基础，但是我国的铸造行业装备制造业得薄弱环节。

我国要从铸造大国迈进，必须尽快解决生产技术水平和人才专业素质问题。

我国铸造业现状主要是：

铸造企业的平均规模较小，专业化程度不高，铸造生产的技术和装备差，自主创新能力弱，铸件品质不高，距离铸造强国这个目标，还有很强的路要走，但是，国内还是对铸造的研究成果还是不断的推陈出新，铸造成形工艺依铸型材料、造型工艺和浇注方式不同，可分为砂型铸造和特种铸造两大类。

砂型铸造适用于金属材料、大小、形状和批量不同的各种铸件，成本低廉，由砂型铸造生产的铸件占铸件总产量的90%以上，特种铸造是指砂型铸造以外的铸造工艺，常见的有熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造和离心铸造等。

铸造具有很多特点，与其他形成工艺相比，它不受零件毛坯的重量，尺寸和形状的限制，重量从几克到几百吨，壁厚由0.3

到1

，形状十分复杂，用机械加工比较困难，耗费大量机床工时，甚至难以制得得零件，都可以用铸造方法获得。

铸造由于可选用多种多样成分，加之基本建设投资小，工艺灵活性大和生产周期短等优点因而广泛地应用在机械制造，矿山冶金交通运输，石化通用设备，农业机械，能源电力，轻工纺织，家用电器，土建工程，电力电子，航天航空，国防军工等国民经济各部门，是现代大工业机械的基础。

铸造工艺是铸造生产的核心，是能否生产优质铸件的关键，这也是本论文的关键内容。

古今中外都把提高和发展工艺水平，视为推动行业技术进步，满足经济和社会发展需要的一个重要组成部分。

第二章零件毛坯制造方法的确定

2.1生产条件、结构及技术要求

●零件名称：

座体

●材料：

HT150

●批量：

单件小批量

图2-1座体零件图

图2-2座体零件实体图

根据《铸造工艺课程设计手册》中表1-2砂型铸造时铸件最小允许壁厚可知灰铸铁最小允许壁厚为3～4mm，该铸件的最小允许壁厚为10.5mm。

图1-1是座体零件图，该座体为铸件，材料为HT150,其外廓尺寸为107mm×64mm×60mm，属于中小型零件。

该铸件最小壁厚10.5mm，采用砂型手工造型进行单件小批量生产。

根据《铸造工艺课程设计手册》中表2-16最小铸出孔径得出地板上的4个直径为12mm的孔为不铸出孔。

加工面为铸件底座下表面107×64（表面粗糙度

），加工余量为6.5mm；直径为52mm的圆筒上表面（表面粗糙度

），加工余量为4.5mm；直径为40mm的孔的内壁（表面粗糙度

），加工余量为4.5mm，内壁为重要加工表面，故要求不得出现缩孔、缩松、加渣、气孔等缺陷。

2.2灰铸铁铸造性能的分析

（1）流动性：

灰铸铁的熔点较低，结晶温度范围较小，在适宜的浇注温度下，具有良好的流动性，容易充填形状复杂的薄壁铸件，且不易产生气孔、交不足、冷隔等缺陷。

（2）收缩性：

灰铸铁的浇注温度较低，凝固中发生共析石墨化转变，使其线收缩小，产生的铸造应力也较小，所以铸件出现挠曲变形和开裂的倾向以及形成缩孔的倾向都较小。

（3）灰铸铁的充型能力好，强度较高，耐磨、耐热性较好，减震性良好，铸造性较好，但需人工时效处理。

第三章零件铸造工艺方案

3.1造型材料的选择

凡是用来制作铸型的原材料（如原砂、粘结剂、附加物等）以

及由各种原材料所混制成的混合物统称为造型材料。

制作砂型的混合物称为型砂，制作砂芯的混合物称为芯砂，涂敷在型腔或砂芯表面的混合物称为涂料。

粘土砂湿型铸造的基本特点是砂型（芯）无需烘干，不存在硬化过程。

其优点为生产灵活性大，生产率高，生产周期短，便于组织流水生产；材料成本低；节省烘干设备、燃料、电力及车间生产面积；延长砂箱使用寿命；容易落砂清理，但同时也存在夹砂结疤、鼠尾、粘砂、气孔、砂眼、胀砂等铸造缺陷。

因此，湿型铸造必须在生产过程中全面控制砂型质量，以保证型砂始终具有所要求的性能。

湿型铸造主要用于500kg以下的铸件，在机械化生产和手工造型中均可运用，手工造型时，主要用于几十千克以下的小件。

该铸件为小件，毛重1.4kg,故可采用粘土砂湿型铸造进行造型、造芯。

3.2造型、造芯方法的选择

在砂型铸造中，用砂型形成铸件的外廓形状和尺寸，用砂芯形成铸件的内腔形状和尺寸。

制造砂型简称为造型，制造砂芯简称为造芯。

造型和造芯是铸型制备过程的主要工艺环节，对铸件质量有很大的影响。

铸造生产中造型和制芯的方法可分为手工和机器两大类。

其制备方法的选择应根据铸件的结构特点、尺寸大小、生产数量、技术要求、交货期限和生产条件等因素来确定。

手工造型和制芯所使用的工艺装备简单，灵活多样，适应性强。

所以对单件、小批或成批生产有着广泛的用途；机器造型和制芯的生产率高，劳动强度低，铸件质量比较稳定，适用于成批或大批量生产。

该铸件为单件小批量生产，可采用手工造型、制芯。

由于其为座体，结构简单且最大截面在一端，模样可直接从砂型中起出，操作简便，所以采用整模造型。

该座体零件只有一个铸出孔，结构简单且造芯方便，故采用芯盒造芯。

3.3砂箱中铸件数目的确定

在选择工艺方案使应初步确定在一个砂箱中放几个铸件，以作为设计浇冒口的依据。

确定在一个砂箱中放几个铸件，应考虑以下几个方面的因素；铸件尺寸、砂箱尺寸、吃砂量和车间起重能力等。

当要在一个砂箱中放不同种类的铸件时，还应考虑车间的生产平衡。

流水生产时，一个砂箱中带砂芯的铸件不宜太多，以免影响各工序的平衡。

这里采用一箱四件。

3．4浇注位置及分型面的确定

铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置（方位）。

浇注位置的选择取决于合金种类、铸件结构和轮廓尺寸、铸件质量要求及生产条件。

选择浇注位置时，首先以保证铸件质量为前提，同时尽量做到简化造型工艺和浇注工艺。

确定浇注位置的主要原则有以下几点：

（1）铸件的重要加工面、主要工作面和受力面尽量放在底部或侧面，以防止这些表面上产生砂眼、气孔，夹渣缺陷。

（2）要有利于金属液的凝固顺序。

对于体收缩较大的合金，浇注位置应尽量满足定向凝固的原则。

逐渐厚实部分一般应置于浇注位置上方，以利于设置冒口补缩。

（3）应有利于砂芯的定位和稳固支撑，是排气通畅，尽量避免吊芯、悬臂砂芯。

（4）铸件上的大平面应置于下部或倾斜放置，以防夹砂等缺陷。

（5）铸件的薄壁部位应置于浇注位置的下部或侧面，以防止浇不足，冷隔等铸造缺陷。

（6）在大批量生产中，应使铸件的毛刺和飞翅易于清除。

（7）要避免厚实的铸件冒口下面的主要工作面产生偏析。

分型面是指两半铸型相互接触的表面。

分型面一般在确定浇注位置后再选择。

但分析各种型面方案的优劣之后，可能需要重新调整浇注位置。

在生产中，浇注位置和分型面有时是同时考虑确定的，分型面的优劣，在很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率。

选择分型面时，应注意以下原则：

（1）应使铸件全部或大部分置于同一半型内。

（2）应尽可能减少分型面数目。

（3）平直分型面和曲折分型面的选择，要尽可能选择平直分型面，以简化工装结构及其制造、加工工序和造型操作。

（4）分型面应选取在铸件最大投影面处。

经考虑得出以下两个方案：

方案一：

分型面在最大端面处，铸件全部处于下砂箱中

方案二：

分型面在最大端面处，铸件全部处于下砂箱中

以上两种方案分型面的位置一致，区别在于其浇注位置的不同。

故两者浇注系统与铸件的位置也大不相同，方案一的浇注系统与铸件不再同一砂箱内，操作简便；方案二的浇注系统与铸件处于同一砂箱内，增加操作难度及不必要的金属液的浪费。

故选择方案一较为合理。

第四章铸造工艺设计参数

4.1铸件的尺寸公差

根据《铸造工艺课程设计手册》表2-3小批和单件生产铸件的尺寸公差等级（GB6414-86）得该座体铸件的尺寸公差等级范围为CT13～15级；根据《铸造工艺课程设计手册》表2-6用于小批和单件生产的铸件重量公差等级（GB/T11351-89）得该座体重量公差等级为MT13～15级。

通常铸件的壁厚尺寸公差比图样上的尺寸公差降一级，则该铸件尺寸公差为CT14～16级。

该座体铸件的最大尺寸为107mm,其尺寸公差等级可选为CT13，则铸件重量公差等级为MT13，壁厚尺寸公差等级为CT14（精度等级为Ⅲ，即±1.5mm）。

4.2机械加工余量

机械加工余量是指为了保证铸件加工面尺寸和零件精度，工艺设计时，在铸件待加工面上预先增加的而在机械加工时切削掉的金属层厚度。

其代号用MA表示，并由精到粗分为A、B、C、D、E、F、G、H和J九个等级。

根据表2-10用于小批和单件生产与铸件尺寸公差配套使用的铸件机加工余量等级（GB/T11350-89）得机械加工余量等级为J。

根据表2-8与铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量（GB/T11350-89）得铸件机械加工余量为6.5mm（单边），4.5mm（双边）。

4.3起模斜度

为了使造型、芯时起模方便，在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免损坏砂型或砂芯，这个斜度成为起模斜度。

起模斜度应设计在铸件没有结构斜度并垂直于分型面（或分盒面）的表面上，其大小依起模高度、模样表面粗糙度值及造型、芯的方法而定。

关于铸件起模斜度在使用时需注意:

尽量使铸件内、外壁的起模斜度和芯盒斜度取值相同、方向一致，以使铸件壁厚均匀；起模斜度应小于或等于零件图上所规定的起默写度值以防止零件在装配或加工中与其他零件相妨碍；在非加工面上留起模斜度时，要注意与相配零件的外形相一致，保持整台机器的协调、美观；同一铸件的起模斜度应尽可能只选用一种或几种斜度，以免加工金属模时频繁更换刀具；非加工的装配面上留斜度时，最好用减小厚度法，以免安装困难；手工制造木模，起模斜度应标注毫米值，机械加工的金属模应标注角度值，以利操作。

根据《铸造工艺课程设计手册》中表2-11粘土砂造型模样外表面的起模斜度（JB/T5105-91）得该座体铸件的起模斜度为

′，a=1mm；表2-14铸孔起模斜度可知该座体直径为31的铸出孔无需起模斜度。

4.4铸造收缩率

铸造收缩率又称线收缩率，使铸件从线收缩开始温度冷却至室温的线收缩率。

铸造收缩率用模样与铸件的长度差占铸件长度的百分数表示：

铸造收缩率主要与合金的收缩大小和铸件收缩时受阻条件有关，如合金种类、铸型种类、砂芯退让性、铸件结构、浇冒口等。

因此在工艺设计时应正确选择铸造收缩率，一般砂型铸造灰铸铁件的收缩率取1%，铸钢件取2%。

该座体铸件材质为HT150，故其铸造收缩率为1%。

4.5最小铸出孔和槽

铸件上的孔和槽是否铸出要根据具体情况而定。

一般来说，较大的孔和槽应铸出来，以节约金属和机加工工时。

较小的孔和槽直接进行机加工即可。

一般灰铸铁件成批生产时，最小铸出孔直径为15～30mm,单件小批量生产时为30～50mm，薄壁铸件取下限，厚壁铸件取上限。

对于有弯曲形状等特殊的孔，无法机加工时，则应直接铸造出来。

需用钻头加工的孔（中心线位置精度要求高的孔）最好不铸出。

难于加工的合金材料，如高锰钢等铸件的孔和槽应铸出。

则该座体的铸出孔即为直径31mm的内孔，底板上的四个直径12mm的孔用机加工作出即可。

4.6其他铸造工艺参数

该座体尺寸较小、结构简单，故工艺补正量、非价格壁厚的副余量、分型负数、反变形量和砂芯负数等工艺参数均忽略不计。

图4-1铸件图

第五章砂芯的设计

5.1砂芯的介绍

砂芯是铸型的一个重要组成部分，型芯的作用是形成铸件的内腔、孔洞、阻碍起模部分的外形和以及铸型中有特殊要求的部分。

型芯应满足以下要求：

型芯的形状、尺寸以及在铸型中的位置应符合铸件要求；具有足够的强度和刚度；在铸件形成过程中型芯所产生的气体能及时排出型外；铸件收缩时的阻力小；造芯、烘干、组合装配和铸件清理等工序操作简便；芯盒的结构简单。

砂芯由砂芯主体和芯头两部分组成。

砂芯主体形成铸件内腔，芯头指升出铸件以外不于金属液接触的砂芯部分，起支承、定位和排气作用。

为了加强砂芯的强度和刚度，制造砂芯时应在其内部放置芯骨；为了使砂芯排气通畅，砂芯中应开设排气通道；为了提高砂芯表面的耐火度和降低表面粗糙度值，防止铸件产生粘砂缺陷，砂芯的表面常刷一层耐火涂料。

由于该座体尺寸较小、结构简单，则砂芯制作简单，故在这里只介绍芯头的设计。

对砂芯的要求是：

定位和固定砂芯，使砂芯在铸型中有准确的位置，并能够承受砂芯重力及浇注时液体金属对砂芯的浮力，使砂芯不被破坏；芯头应能及时将浇注后砂芯所产生的气体排出型外；上下芯头及芯号容易识别，不致搞错下芯方向和芯号；下芯、合型方便，芯头应有适当斜度和间隙，间隙量要考虑到砂芯和铸型的制造误差，又要少出飞翅；使砂芯堆放、搬运方便，重心平稳。

5.2芯头的设计

芯头包括芯头长度、斜度、间隙、压环和积砂槽等结构，为简化芯头结构，这里重点进行对芯头长度、斜度、间隙的设计。

芯头可分为垂直芯头和水平芯头，由于这是一个座体铸件，故为垂直芯头。

根据《铸造工艺课程设计手册》中表3-1垂直芯头的高度和芯头与芯座的配合间隙（JB/T5106-97）得s=0.2mm，h=20mm。

则

=

1.5S=0.3mm；

=0.6h=12mm

根据表3-2垂直芯头顶面与芯座的配合间隙（JB/T6106-91）得

=0。

根据表3-3垂直芯头的斜度（JB/T5106-91）得：

上部芯头

°，

；

下部芯头

°，

。

故取

，

。

第六章浇注系统的设计与计算

金属液在充型时的状态对获得优质铸件有很大影响，一些铸件缺陷如气孔、裂纹、冷隔、浇不到、砂眼等都是在充型不利的情况下产生的。

而金属液的充型要靠浇注系统来实现。

所以浇注系统设计是否合理将直接影响铸件的质量。

6.1铸件在铸型中的冷却时间

液态金属从进入浇口开始到充满铸型所需的时间称为浇注时间。

用t表示，它指铸件的适宜浇铸时间范围。

最大浇注时间取决于砂型的抗夹砂能力，使铸件不至于产生浇不到、冷隔、氧化夹渣和变形等；而最小浇注时间则取决于：

使型腔中的气体得以排除，时铸件不至于产生气孔，不会冲坏铸型和由于过大的冲击引起胀砂和抬型。

所以在浇注时间范围内浇注可减少铸件缺陷。

影响浇注时间的因素有：

合金的种类、浇注温度、浇注系统的类型、铸件结构和铸型的种类等。

目前对浇注时间的确定实际上是根据经验图表和经验公式来计算的。

常用的浇注时间经验公式如下：

t=

式中t———浇注时间（s）

_____浇入型内的金属液总重量（kg）

———铸件的平均壁厚（mm），对于圆形或正方形的铸件，

取其直径或变长的一半；

———系数。

对灰铸铁取2.0，需快浇时（如铁液温度低，含硫较高，含碳量小于3.3%，底注或有冷铁等），可取1.7。

对铸钢可取1.3～1.5。

对于该座体铸件取：

；

最小铸件壁厚为10.5mm，最大壁厚为18.5mm，则平均壁厚为14.5mm；

铸件重约2.19kg，一箱四件，根据《铸造工艺及设备》中表浇冒口重量占铸件重量的比例取25%，故浇入型内的金属液总重量为

=10.95kg。

的浇注时间计算如下：

=1.7

对于计算所得的浇注时间是否合适，通常以型内金属液面上升速度来验证。

浇注时间过长会在金属液面上产生较厚的氧化层，造成气孔、夹渣等缺陷。

型内金属液面上升速度可按下式计算：

式中C————铸件最低点到最高点的距离，按浇注时的位置确定（mm）；

t————计算的浇注时间（s）

则根据《铸造工艺及设备》中表3-3型内铁液液面允许的最小上升速度得该座体铸件的最小上升速度为

～20mm/s。

该座体的最小上升速度计算如下：

=

上升速度为11.2s，在最小上升速度范围内，所以浇注时间合理。

6.2阻流组元（或内浇道）截面积的计算及各组元之间的比例关系的确定

（1）平均压头

的确定在浇注系统中，除了顶注式，作用在内浇道的压头

痛常是变化的，需使用平均压头

来计算。

平均压头

的计算公式：

式中

————内浇道以上的金属液压头，即内浇道至浇口盆液面的高度（cm）

C————浇注时铸件高度（cm）

P————内浇道以上的铸件高度（cm）

对于顶注式浇注系统：

P=0，则

。

则该座体铸件的平均压头

=10cm。

（2）阻流组元截面（简称阻流截面）的大小实际上反映了浇注时间的长短。

在一定的压头下，阻流截面大，浇注时间就短。

所以，阻流截面的大小对铸件质量的影响与浇注时间长短的影响基本一致。

生产中常用水力学计算法确定阻流截面尺寸，即把金属液看作普通流体，浇注系统看作管道，在封闭式浇注系统中，内浇道为阻流组元，其公式为：

式中

————内浇道截面积（

）

————型内金属液的总重量（kg）

————流量系数

t————浇注时间（s）

————作用于内浇道的金属液静压头（cm）

因为式中的

在浇注时大多是变化的，可用平均压头

代替，则水力学计算公式可改写成：

式中

————包括浇冒口在内的金属总重量（kg）

该座体的内浇道截面积计算如下：

=

根据《铸造工艺课程设计手册》中表4-4灰铁小件（

<100kg）内浇道总段面积得

3

，内浇道长度为25～30mm。

根据计算及查表取

，

，一箱四件，即四条内浇道，则

。

浇注系统内浇道截面形状选扁平梯形，根据《铸造工艺课程设计手册》中表4-5浇注系统截面尺寸得该座体内浇道截面各尺寸为：

a=11mm，b=9mm，c=5mm。

（1）横浇道及直浇道截面尺寸的确定

求得阻流组元的截面积之后，根据合金和铸件的特点，选定浇注系统各组元截面比例关系的类型可参照《铸造工艺及设备》中表3-8各种合金浇注系统组元截面积之间比例关系来确定其比例值，即可得出其他组元的截面积，然后再按选定的形状确定具体尺寸。

根据表3-8得该座体铸件的各组元截面积之比为

=1：

1.1：

1.15，即

，

根据《铸造工艺课程设计手册》中表4-5浇注系统截面尺寸选择横浇道截面形状为高梯形，截面积选取

，则其截面各具体尺寸分别为：

A=16mm，B=11mm，C=17mm；直浇道截面形状为圆形，截面积选取

，则直径D=20mm。

以下分别为浇注系统各截面尺寸示意图：

图6-1内浇道各截面尺寸

第七章工艺装备的设计

铸造工艺装备（简称工装）是铸造生产过程中所用的各种模具、工夹量具的总称，例如模样、模板、芯盒、砂箱等。

7.1模样的设计

模样是造型工艺必须的工艺装备之一，其作用是用来形成铸型的型腔，因此模样直接关系着铸件的形状和尺寸精度。

为