毕业设计后模板铸件铸造工艺技术设计.docx
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毕业设计后模板铸件铸造工艺技术设计
毕业设计说明书
课题名称:
后模板铸件铸造工艺技术设计
系别机械工程系
专业材料成型与控制技术
班级材型0711
姓名阿东
学号1234567890
指导教师松松
起讫时间：
2010年3月8日～2010年4月30日（共8周）
摘要
分析了我国铸造业铸件质量低，环境污染严重以及检测技术落后的现状。
指出了我们对现有工艺和设备实施节能技术改造，推广新工艺、新技术、新设备，提高自主创新能力，进而提高能源利用率，需要解决的问题有铸造的工艺设计，浇注系统设计，铸件补缩系统的设计，铸件的配砂与造型，冶炼与浇注，铸件的检验、热处理，只有通过铸造过程的控制，加强铸件质量检测，才能推动我国的铸造业的低碳，低污染环保健康的发展。
本次设计是注塑机用的后模板的铸造工艺和铸造熔炼，主要设计内容有零件图一份；铸造工艺图一份；模样图、砂箱图、铸造工艺卡各一套；撰写毕业设计说明书，重点：
由于尺寸不全，在制作3D的时候可能难；对铸造工艺技术、装备设计、铸造生产过程中进行综合运用。
保证铸造出来的零件符合加工要求；难点：
工件图形较复杂，绘制2D零件图需要较多时间。
还有生产纲领为单件小批量生产，如何使工艺装备尽可能简单，以便短期生产周期，并获得较大的经济效益。
本课题对提高自主创新能力，优化铸造工艺最终能达到高的成品率起着实际的作用与意义。
关键词：
后模板；铸造工艺设计；高成品率；现代化
Abstract
Analysisofthequalityofourfoundrycastinglow,seriousenvironmentalpollutionandthedetectiontechnologybehindthestatusquo.Thatourexistingtechnologyandequipmenttoimplementenergy-savingtechnologicaltransformation,promotionofnewtechnology,newtechnology,newequipment,improvethecapabilityofindependentinnovation,furtherimproveenergyefficiency,needtoaddresstheproblemscastingprocessdesign,castingdesign,castingFeedingsystemdesign,castingwithsandandshape,smeltingandcasting,castinginspection,heattreatment,onlythroughthecastingprocesscontrol,enhancecastingqualityinspection,topromoteChina'sfoundryindustry'slow-carbon,low-pollutionenvironmentalhealthdevelopment.
Thisdesignisusedforinjectionmoldingmachineafterthecastingprocessandcastingtemplatemelting,themaindesignelementsarepartofaplan;castingprocessdiagramofa;patternmap,sandboxdiagram,castingeachsetofcards;writteninstructionsGraduationfocus:
Asthesizeoffailure,whenintheproductionof3Dmaybedifficult;oncastingtechnology,equipmentdesignandcastingprocessforcomprehensiveuse.Castoutofsparepartstoensureconsistentprocessingrequirements;difficult:
themorecomplicatedpartsgraphics,drawing2Dpartdrawingneedmoretime.Thereareprogramsfortheproductionofsingleandsmallbatchproduction,howtomaketechnologyandequipmentassimpleaspossible,sothatshort-termproductioncycle,andlargereconomicbenefits.Thesubjectofimprovingtheabilityofindependentinnovation,optimizingthefinalcastingprocesscanachieveahighyieldplaytheactualroleandsignificance.
Keywords:
post-template;castingprocessdesign;highyield;modernization
1引言
球墨铸铁作为一种廉价的结构材料,因其良好的耐磨性、减震性、低缺口敏感性以及优良的切削加工性能和铸造性能,已广泛用于汽车、农业机械、机床、冶金机械等多个领域,具有重要的应用价值和广阔的应用前景。
目前,几乎所有的球墨铸铁件都是直接铸造成型或经机加工后使用,为了达到机械性能的特殊要求,常规的处理方法是在球墨铸铁冶炼过程中添加一些合金元素或者增加后续热处理工艺。
但是大大增加了球墨铸铁的生产成本,耗时、耗能,且对环境污染严重。
本文以工业中最常用的QT500-7球墨铸铁件需要解决的问题有铸造的工艺设计，浇注系统设计，铸件补缩系统的设计，铸件的配砂与造型，冶炼与浇注，铸件的检验、热处理，只有通过铸造过程的控制，加强铸件质量检测，才能推动我国的铸造业的低碳，低污染环保健康的发展。
本次设计是注塑机用的后模板的铸造工艺和铸造熔炼，主要设计内容有零件图一份；铸造工艺图一份；模样图、砂箱图、铸造工艺卡各一套；撰写毕业设计说明书，本课题对提高自主创新能力，优化铸造工艺最终能达到高的成品率起着实际的作用与意义。
2设计课题的分析
2.1对铸件使用性分析
本次设计的后模板是一个在注塑机上的一块后板，是一个球墨铸铁件，也是必不可少的一个部件。
其牌号为QT500-7。
这种铸件由于有较好的强度和韧性的配合，多用于冶金设备中的一些部件，通过控制或热处理手段可调整和改善组织中的珠光体和铁素体的相对数量及形状与分布，从而可在一定范围内改善和调整其强度和韧性的配合，以满足各类部件的要求。
通过铸造工艺编制、造型（制芯）、涂料、配模、冲天炉熔炼或电炉（浇注）、保温冷却、开箱，到后来的清理，热处理，检验。
整个工序，最终得到一个质量优秀的铸件。
2.2零件分析
该铸件铸造零件图清晰无误，有完整的尺寸和各种标记，经过仔细的审查，零件结构符合铸造工艺的要求。
对于该零件的技术要求，这个铸件的金属材质的牌号是Q500-7，它的金相组织是珠光体和铁素体,对于力学性能的要求是抗拉强度达到500MPa,屈服强度要达到320MPa，伸长率7%,布氏硬度达到170~230。
铸件的重量有1700kg。
零件的铸造工艺合理，如果不合理还可以与使用单位进行修改。
2.3从车间条件，生产类型分析
2.3.1从车间条件：
车间设备：
车间的起重机能最大吊起10吨，高度可以达到6米。
电炉有两台吨位分别为5吨和3吨。
机器放砂，手工造型。
用火焰烘干，热处理炉的大小5米*7米。
车现有材料和供应情况都充足。
车间生产工人的技术水准过硬经验老道。
2.3.2从生产类型：
因为是单件小批量生产，制造5~6件。
所以工艺设计尽量使用可靠的易于掌握的技术，尽量减少工艺装备的制造量。
3铸造方法选择
3.1铸造方法选择的原则：
1、优先采用砂型铸造,主要原因是砂型铸造较之其它铸造方法成本低、生产工艺简单、生产周期短。
当湿型不能满足要求时再考虑使用粘土砂表干砂型、干砂型或其它砂型。
粘土湿型砂铸造的铸件重量可从几公斤直到几十公斤，而粘土干型生产的铸件可重达几十吨。
2、铸造方法应和生产批量相适应。
低压铸造、压铸、离心铸造等铸造方法，因设备和模具的价格昂贵，所以只适合批量生产。
3、造型方法应适合工厂条件。
例如同样是生产大型机床床身等铸件，一般采用组芯造型法，不制作模样和砂箱，在地坑中组芯；而另外的工厂则采用砂箱造型法，制作模样。
不同的企业生产条件（包括设备、场地、员工素质等）、生产习惯、所积累的经验各不一样，应该根据这些条件考虑适合做什么产品和不适合（或不能）做什么产品。
4、要兼顾铸件的精度要求和成本。
3.2该铸件的铸造方法与优缺点
我要铸造的零件用树脂砂造型。
与粘土砂干型铸造工艺相比，自硬树脂砂铸造工艺具有下述优点：
铸件表面质量好、尺寸精度高、废品率低，适用范围广、对工人技术水准要求低，大大减轻了工人的劳动强度和改善工作环境。
但其不足就是铸造成本较高，为了降低铸造成本，各铸造生产单位都在探索降低铸造成本的途径。
4铸造工艺方案的确定
为了保证铸件质量,提高劳动生产率和降低成本,在确定铸造工艺过程方案时,必须对具体的铸件进行具体的分析,选择合理的工艺方案。
在选定铸造工艺方案时,必须考虑铸造车间的具体条件（如铸造设备运转情况、生产能力）,铸件质量状况,铸件的结构和尺寸、技术要求以及生产数量等。
4.1选择造型方法及理由
先用手工造型，造芯中的砂箱造型。
理由：
手工造型和造芯使用工装简单，灵活，适用性强，适于单件小批量生产，特别适合制造大型铸件和复杂的铸件。
砂箱造型特点：
在砂箱内造型，操作方便，劳动量较小。
应用情况：
大中小铸件，大批量和单件生产均可。
4.2型砂和芯砂的选择
型砂和芯砂用自硬呋喃树脂砂
理由：
造型效率高，提高了生产率和场地利用率，缩短了生产周期。
这是由于
（1）、型砂流动性好，不需捣固机紧实，节省了大量的捣固工作量，使造型操作大为简化；
（2）铸型强度高，节约了起模后修型工作量；（3）型（芯）上醇基涂料点干后可省去烘干工序，节约了工时和场地；（4）旧砂回收后干法机械再生，使砂处理为封闭系统，便于机械化，可以节约大量旧砂处理，型砂混制、运输等辅助劳动；（5）型砂的溃散性好，落砂容易，修整工作量少、（6）节约了一些造型（芯）前的准备工作量。
如插芯固等。
减轻劳动强度，大大改善了劳动条件和工作环境，尤其是减轻了噪音、砂尘等，减少了环境污染。
树脂砂型（芯）强度高（含高温强度高）、成型性好、发气量较其它有机铸型低、热稳定性好、透气性好，可以大大减少铸件的粘砂、夹砂、砂眼、气孔、缩孔、裂纹等铸件缺陷，从而降低废品率，可以制造出用粘土砂难以做出的复杂件、关键件。
旧砂回收再生容易，可以达到90—95%的再生回收率。
在节约新砂、减少运输、防止废弃物公害等方面效果显著。
4.3零件铸造过程的摆放
如下图所示，选用一箱一型。
4.4常见铸件缺陷及其预防措施
1气孔在铸件内部、表面或近于表面处，有大小不等的光滑孔眼，形状有圆的、长的及不规则的，有单个的，也有聚集成片的。
颜色有白色的或带一层暗色，有时覆有一层氧化皮。
降低熔炼时流言蜚语金属的吸气量。
减少砂型在浇注过程中的发气量，改进铸件结构，提高砂型和型芯的透气性，使型内气体能顺利排出。
2缩孔在铸件厚断面内部、两交界面的内部及厚断面和薄断面交接处的内部或表面，形状不规则，孔内粗糙不平，晶粒粗大。
壁厚小且均匀的铸件要采用同时凝固，壁厚大且不均匀的铸件采用由薄向厚的顺序凝固，合理放置冒口的冷铁。
3缩松在铸件内部微小而不连贯的缩孔，聚集在一处或多处，晶粒粗大，各晶粒间存在很小的孔眼，水压试验时渗水。
壁间连接处尽量减小热节，尽量降低浇注温度和浇注速度。
4渣气孔在铸件内部或表面形状不规则的孔眼。
孔眼不光滑，里面全部或部分充塞着熔渣。
提高铁液温度。
降低熔渣粘性。
提高浇注系统的挡渣能力。
增大铸件内圆角。
5砂眼在铸件内部或表面有充塞着型砂的孔眼。
严格控制型砂性能和造型操作，合型前注意打扫型腔。
6热裂在铸件上有穿透或不穿透的裂纹（注要是弯曲形的），开裂处金属表皮氧化。
严格控制铁液中的S、P含量。
铸件壁厚尽量均匀。
提高型砂和型芯的退让性。
浇冒口不应阻碍铸件收缩。
避免壁厚的突然改变。
开型不能过早。
不能激冷铸件。
7冷裂在铸件上有穿透或不穿透的裂纹（主要是直的），开裂处金属表皮氧化。
8粘砂在铸件表面上，全部或部分覆盖着一层金属（或金属氧化物）与砂（或涂料）的混（化）合物或一层烧结构的型砂，致使铸件表面粗糙。
减少砂粒间隙。
适当降低金属的浇注温度。
提高型砂、芯砂的耐火度。
9夹砂在铸件表面上，有一层金属瘤状物或片状物，在金属瘤片和铸件之间夹有一层型砂。
严格控制型砂、芯砂性能。
改善浇注系统，使金属液流动平稳。
大平面铸件要倾斜浇注。
10冷隔在铸件上有一种未完全融合的缝隙或洼坑，其交界边缘是圆滑的。
提高浇注温度和浇注速度。
改善浇注系统。
浇注时不断流。
11浇不到由于金属液未完全充满型腔而产生的铸件缺肉。
提高浇注温度和浇注速度。
不要断流和防止跑火。
5铸造工艺设计
5.1分型面与浇注位置的确定原则
5.1.1确定分型面的原则
1.尽可能将铸件的全部或主要部分分置与同一半型中，以避免因错型而造成尺寸偏差。
2.单件或小批量生产时，模样上可采用活块结构，以减少砂型数量。
机器造型，批量生产时，模样上不得用活块结构，必要时，用砂芯代替活块。
3.有可能的话，尽量使用分型面为平面。
4.尽量减少砂芯数量。
5.确定分型面时，应充分考虑内浇口和横浇道的设置。
5.1.2确定浇注位置的原则
1.尽可能将铸件的主要工作表面，重要的加工表面放在铸型下部或侧面。
这样上述表面产生气孔，夹渣等缺陷的可能性较少。
2.尽可能将铸件的薄壁部分置于铸型的下部，厚大部分置于铸型上部。
这样，薄壁部分易于充满，而且也容易做到定向凝固。
3.尽可能使砂芯数量最少。
4.力求使砂芯定位准确，支撑可靠。
5.避免太高的吊砂台。
6.应尽量避免在铸件的非加工面上留下分型披缝。
5.2分型面与浇注位置的确定
如下图所示
图5-1图5-2
理由：
尽可能将铸件的全部或主要部分分置与同一半型中，主要是为了取模方便。
分型面选用平面是为了便于下芯，合箱和检查方便。
选用图中的分型面可和浇注位置统一起来，在大平面侧面开设内浇口，使铸件下半部较厚部分先注入铁水，而使85mm厚度较薄的大平面最后浇满铁水，以铸件总体冷却情况来看，可以基本实现同时凝固的设计意图。
避免在大平面上产生对火流铸造缺陷的产生。
5.3砂芯设计
5.3.1芯头设计
1#芯和2#芯的设计：
由《铸造工程师手册》P501表6-56垂直芯头的高度得下芯头高度为35~55mm，则上芯头的高度为25~30mm；由《铸造工程师手册》P501表6-57垂直芯头的斜度，上芯头为4°~5°下芯头为3°~6°;由《铸造工程师手册》P501表6-57垂直芯头与芯座之间的间隙为1.5。
3#,4#,5#,6#芯的设计：
由《铸造工程师手册》P502表6-59水平芯头的长度分别为70mm，80mm，80mm，80mm。
7#芯的设计：
已知直径65mm，长度为55mm由《铸造工程师手册》P501表6-56垂直芯头的高度得下芯头高度为25~30mm，由《铸造工程师手册》P501表6-57垂直芯头的斜度，下芯头为2°~2.5°由《铸造工程师手册》P501表6-57垂直芯头与芯座之间的间隙为1。
8#芯的设计：
已知直径65mm，长度为50mm由《铸造工程师手册》P501表6-56垂直芯头的高度得下芯头高度为20~25mm，由《铸造工程师手册》P501表6-57垂直芯头的斜度，下芯头为1.5°~2°由《铸造工程师手册》P501表6-57垂直芯头与芯座之间的间隙为1。
9#芯的设计：
已知直径95mm，长度为400mm由《铸造工程师手册》P501表6-56垂直芯头的高度得下芯头高度为40~60mm，由《铸造工程师手册》P501表6-57垂直芯头的斜度，下芯头为3.5°~5°由《铸造工程师手册》P501表6-57垂直芯头与芯座之间的间隙为1。
5.4后模板铸造工艺设计参数的确定
如下表：
设计内容
设计说明
1.铸件尺寸公差
球墨铸铁单件小批量生产，手工造型。
按照GB/T6414-1999毛坯铸件基本尺寸在1000~1600CT12，公差值13mm。
2.铸件质量公差
按照GB/T6414-1999（铸件重量公差数值）公称重量在1000~4000kg，MT12，重量公差数值为8%。
3.铸造收缩率
由于铸件结构、砂芯、砂型等因素使得铸件实际收缩率为0.8%
4.起模斜度
由《铸造工程师手册》P485表6-41（自硬砂造型时模样外表面的起模斜度）可知：
后模板的起模斜度在α为0°30′~0°35′a为4.2~5.6mm顾取5mm。
5．最小值铸出孔
由《铸造工程师手册》P487表6-44（铸件的最小铸出孔）可知：
后模板的最小铸出孔的直径为35mm。
6.工艺补正量
因为是单件小批量生产的铸件，所以工艺补正量e≦0.002L。
7.分型负数
由《铸造工艺学》P246表3-3-9（模样的分型负数）可知：
分型负数为2mm。
8.分芯负数：
由于后模板的有的砂芯是分开制造的的大砂芯，为了砂芯拼合及下芯方便，根据砂芯的接合面的大小一般留1~3mm。
9.反变形量
一般铸件壁厚差别不大且结构上刚度较大时，不必留反变形量。
10.砂芯负数
因为后模板采用自硬砂芯，所以不采用砂芯负数。
11.非加工壁厚的负余量
由《铸造工艺学》P248表3-3-11（非加工壁厚的负余量铸件在1~3t铸件壁厚在81~100，顾取-4.5mm。
12.加工余量
见表5-2。
表5-1
5.4.1.加工余量
设计内容
设计说明
序号
基本尺寸/mm
灰铸铁大批量生产，手工造型查表3-3-4可知尺寸公差CT12加工余量等级MAH
1
660
《铸造工艺学》P240查表3-3-3可知加工余量值为：
10mm。
2
400
《铸造工艺学》P240查表3-3-3可知加工余量值为：
8.5mm。
3
465
《铸造工艺学》P240查表3-3-3左右双侧加工，可知加工余量值为：
8.5mm。
4
520
《铸造工艺学》P240查表3-3-3前面单侧加工，可知加工余量值为：
11mm。
5
465
《铸造工艺学》P240左侧单面加工，查表3-3-3可知加工余量值为：
11mm。
6
Φ140
《铸造工艺学》P240孔，降一级双侧加工，查表3-3-3可知加工余量值为：
6mm。
7
Φ100
《铸造工艺学》P240孔，降一级双侧加工查表3-3-3可知加工余量值为：
4.5mm。
8
Φ160
《铸造工艺学》P240孔，降一级双侧加工查表3-3-3可知加工余量值为：
7.5mm。
9
200
《铸造工艺学》P240单侧加工查表3-3-3
可知加工余量值为：
8mm。
10
Φ65
《铸造工艺学》P240孔，降一级双侧加工查表3-3-3可知加工余量值为：
4.5mm
表5-2
6铸件浇注系统的设计
6.1设计依据
6.1.1确定浇注系统类型
在考虑了铸造方法，液态金属材质，造型方法，铸件尺寸及形状后，确定浇注系统的类型。
对于该球墨铸铁件，一般采用半封闭式或开放式的底注式浇注系统，并采用漏斗型外浇口。
1）.浇注时间：
①．G=1.1GC=1.1*1700kg=1870kg
②t＝S
t 浇注时间（s）
GL型内金属液总重量，包括浇、冒系统重量（kg）
S系数一般情况下S=2
δ铸件的平均壁厚
则t=S
=2
=240s
所以浇注时间取t=240s
2）.根据水力公式计算:
S阻=
①
值的确定；
按干型、铸型阻力中等，取0.48。
考虑到铸件上有8出气口，可减小浇注时对铸型阻力，
值应增大0.05,故决定采用
=0.53
②Hp：
平均静压头高度
由铸件位于上、下型之间时的平均静压头高度关系得：
采用底部注入，因为分型面在铸件1/2处的下部，距底面很近时，可按铸件全部在上箱来处理。
浇注铸件的高度为230mm，查表可知Hp=43cm
S阻=
13.17cm²
3）.型内金属液面上升速度
VL=
式中VL型内液面上升速度（cm/s）
hc铸件在浇注位置的高度（cm）
t浇注时间（s）
VL=
=
=2.75cm/s
4）.确定直浇道高度
Hm≥Ltanα995*tan7°
122.2mmHO=122.2+660=782.2mm
6.1.2初步确定橫浇道，内浇道，直浇道形状与尺寸
球墨铸铁件系统各单元截面的比，可以参考铸造工程师手册P529表6-88选用。
类型
截面积比
应用范围
开放式
F内：
F横：
F直
厚壁球墨铸铁件
1.5~4：
2~4：
1
用交简便的方法，根据铸件的质量，有经验数据确定球墨铸铁浇注系统各组元的尺寸。
该铸件的重量为1700kg，可以参考铸造工程师手册P529~P531表6-89和表6-90选用。
铸件质量/kg
内浇道
1000~2000
数目
单个截面积/cm2
总截面积
/cm2
a
b
c
5
7.5
37.5
52mm
48mm
15mm
铸件质量/kg
横浇道
1000~2000
数目
单个截面积/cm2
总截面积
/cm2
a
b
c
1
43
43
64mm
50mm
75mm
铸件质量/kg
直浇道
1000~2000
数目
单个截面积/cm2
总截面积
/cm2
D
1
25.5
25.5
57mm
浇口杯的形状和尺寸设计
浇口杯的形状和尺寸设计如下图所示：
直浇道和直浇道窝的形状、尺寸设计
直浇道的功用是：
从浇口杯引导金属向下，进入横浇道、内浇道。
提供足够的压力头，使金属液在重力的作用下能克服各种流动阻力，在规定时间内充满型腔。
直浇道窝有缓冲金属液的作用、浮出金属液中的气泡、改善内浇道的流量分布等。
7铸件补缩系统的设计
7.1无冒口铸造工艺设计
依据均衡凝固理论，球铁件的体收缩要经历3个阶段，即液态收缩、凝固收缩和固态收缩；而铸件产生缩孔、缩松是由前2者决定的。
而采用冒口对其补缩只是液态体收缩，而在凝固阶段由于球铁共晶凝固温度范围较宽（糊状凝固），冒口中的液体金属很难对
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