支座铸造设汇编.docx
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支座铸造设汇编
河南机电高等专科学校
毕业论文
毕业论文题目：
支座铸造工艺设计
系部：
材料工程系
专业:
材料成形于控制技术
班级：
材料成形于控制技术121班
学生姓名：
侯世明
学号：
121308152
指导教师：
张智源
2015年4月10日
支座铸造工艺设计
摘要：
本支座为一小型铸件，铸件材质HT200，结构简单，无复杂的型腔和阻碍起模的凸起。
铸件的外形尺寸为200mm×110mm×120mm，主要壁厚为15mm，壁厚均匀。
支座采用HT200是一种较高强度铸铁，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性也良好，铸造性能较好。
从支座的整体结构特点出发，进行铸造工艺设计分析，确定铸造方案，并进行铸造工艺参数和砂芯的设计，在此基础上再根据铸件的材质重量和浇注系统性能设计补缩系统。
采用粘土砂手工造型、制芯、金属摸样和半封闭加注系统，设计时应综合考虑各方面因素，浇注系统不是简单地金属液流动通道，用proe三维造型后，采用华铸CAE软件对设计方案进行浇注、凝固模拟计算。
结果显示，浇注系统设计合理，但凝固时铸件上表面有明显的缩孔缩松，经仔细观察此缩孔在铸件刚开始凝固时都已经产生，分析原因是因为铸件为湿型，开始凝固时吸收较多的热量，使上表面先凝固下沉，产生凹坑阻碍金属液补缩，为了避免此缺陷的产生减少热量散失浇筑前铸件进行预热，改进工艺后再次运用华铸CAE模拟铸件无明显缺陷。
由于铸件模数较小M＝1.5cm，HT200凝固时伴随着石墨的析出与膨胀，铸件以层状-糊状方式凝固，其共晶膨胀压力小，加之石墨片尖端伸向铁液的生长方式，使其有很好的“自补”能力，需要的补缩金属液较少，件工艺出品率为75%。
关键词：
支座；工艺设计；华铸CAE
Supportcastingprocessdesign
Abstract:
Thisbearingisasmall-sizedcastings,castingmaterialHT200,structureissimple,nocomplicatedcavityandhinderthedraw.Theshapeofthecastingsizefor200mmx110mmx120mm,mainwallthicknessis15mm,wallthicknessuniformity.BearingadoptsHT200isakindofhighstrengthcastiron,forpearlitematrix,andthestrength,abrasionresistanceandheatresistancearegood,vibrationisalsogood;Castingperformanceisgood.Startingfromtheoverallstructureofthebearingcharacteristics,analysisofcastingprocessdesign,castingsolutionisdetermined,andthecastingprocessparametersandthedesignofsandcore,onthisbasis,accordingtothematerialweightofcastingandpouringsystemandfeedingsystemdesignperformance.Usingclaysandhandmademoldingandcoremaking,metaltouchkindandsemi-closedchargingsystem,gatingsystemdesignshouldbeconsideredwhenfactorsnotsimplymetalfluidflowchannels,afterusingproe3dmodelling,theChinacastingCAEsoftwareisadoptedtodesignplansforpouringandsolidificationsimulation.,accordingtotheresultsofgatingsystemdesignisreasonable,butthecastingsurfacehasobviousshrinkageontheshrinkage,carefullyobservetheshrinkageincastingsolidificationhavebeenproducedatfirst,analysisthereasonisbecausethecastingforwetandsolidifieswhenabsorbsmoreheat,makingthesurfacesolidificationdownfirst,thepitsproducingmetalliquidfeeding,inordertoavoidthedefectofreducetheheatlostpreheatedbeforepouringcasting,improvetheprocessaftercastingCAEsimulationcastingagainusingChinahasnoobviousdefects.Duetocastingmodulusof1.5cm,smallerHT200withgraphiteprecipitationandsolidificationofcasting,solidificationinlayered-pasteway,itseutecticexpansionpressureissmall,andflakegraphitetiptothegrowthofironliquid,sothatitisaverygoodabilityto"repair",andneedlessfeedingmetal,piecesofcraftproductionratewas75%.
Keywords:
Support;processplanning;HuaZhuCAE
目录
毕业论文1
1绪论5
1.1国内铸造现状及发展趋势5
1.1.1国内铸造的现状5
2设计任务7
2.1铸造方案的确定82.2支座结构的铸造工艺性分析8
2.3造型造芯方法的选择10
2.4浇注位置的选择10
2.5支座分型面的选择11
2.6砂箱中铸件数目的确定14
3铸造工艺参数的确定15
3.1铸件的尺寸公差15
3.2机械加工余量15
3.3铸件收缩率15
3.4起模斜度15
3.5最小铸出的孔和槽16
3.6工艺补正量16
3.7浇注温度和铸件在铸型中的冷却时间16
4砂芯的设计17
4.1芯头的设计17
4.2砂芯的定位结构17
4.3压环、防压环和集砂槽的尺寸18
4.4芯骨18
4.5芯撑18
4.6砂芯的排气18
5浇注系统及冒口、冷铁、出气孔的设计19
5.1浇注系统类型的选择19
5.2浇注时间的计算19
5.3阻流元截面积的计算及各阻流原件的比例关系的确定20
5.4.确定内浇道的截面积20
5.5确定横浇道截面积21
5.6确定直浇道的截面积21
5.7直浇道窝的设计22
5.8浇口杯的设计22
5.9冒口的设计23
5.10冷铁的设计23
5.11出气孔的设计23
6支座浇注、凝固过程模拟分析24
6.1华铸CAE简介24
6.2华铸CAE模拟分析的步骤24
6.3华铸CAE模拟支座浇注、凝固过程分析报告24
7铸造工艺装备的设计27
7.1模板的设计27
7.2芯盒的设计27
8总结28
8.1铸造工艺图28
8.2铸造工艺卡28
9结论29
10致谢30
参考文献31
1绪论
铸造行业是制造也的重要组成本部分，对国民经济发展起着重要的作用。
铸造生产所得的产品大部分是毛坯，是机械生产的源头和基础部门。
铸造产品占农用机械总量的40%，其中轿车和航天飞机的发动机、大型机床的床身都涉及到铸造生产。
因此铸造生产技术是衡量一个国家工业水平的重要标准。
我国铸造生产历史悠久，铸件产量居世界第一，近年来我国的铸造生产技术有了很大的发展，应用了很多新的工艺，攻克了许多技术难点。
但我们应清楚同发达国家相比我国的铸造生产技术还很落后。
主要表现为①铸件质量稳定性差。
②工艺出品率低。
③机械化程度低，能耗大。
④先进的生产工艺应用范围小，工艺稳定性差，与发达国家相比工艺水平低。
因此我们应继续努力，争取使我国早日成为铸造强国，为国家的发展贡献自己的力量。
1.1国内铸造现状及发展趋势
铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一，因此铸造业的发展标志着一个国家的生产实力。
1.1.1国内铸造的现状
据2008年统计，我国年产铸件3350万吨，是世界铸造第一大国。
铸造作为金属材料四大热加工方法之一，与其他热加工方法相比优点十分突出，①成本低，铸造生产所用的金属材料可以是其他工业生产产生的废旧金属、下脚料等。
②生产方法灵活，铸造技术在造型和浇注两个方向上不断创新。
③能生产大型和形装复杂的零件，特别是内腔复杂的零件。
在铸造合金中灰铸铁占65%左右，灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁，主要成分是铁、碳、硅、锰、硫、磷，是应用最广的铸铁，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铁。
支座用铸铁为HT200，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性也良好；铸造性能较好。
主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。
1.1.2 国内铸造的发展趋势
铸造行业是制造也的重要组成本部分，对国民经济发展起着重要的作用。
铸造生产所得的产品大部分是毛坯，是机械生产的源头和基础部门。
铸造产品占农用机械总量的40%，其中轿车和航天飞机的发动机、大型机床的床身都涉及到铸造生产。
因此铸造生产技术是衡量一个国家工业水品的重要标准。
我国铸造生产历史悠久，铸件产量居世界第一，近年来我国的铸造生产技术有了很大的发展，应用了很多新的工艺，攻克了许多技术难点。
但我们应清楚同发达国家相比我国的铸造生产技术还很落后。
主要表现为①铸件质量稳定性差。
②工艺出品率低。
③机械化程度低，能耗大。
④先进的生产工艺应用范围小，工艺稳定性差，与发达国家相比工艺水平低。
因此我们应继续努力，争取使我国早日成为铸造强国，为国家的发展贡献自己的力量。
2设计任务
（1）选择零件的铸型种类，并选择零件的材料牌号。
（2）分析零件的结构，找出几种分型方案，并分别用符号标出。
（3）从保证质量和简化工艺两方面进行分析比较，选出最佳分型方案，标出浇注位置和造型方法。
（4）画出零件的铸造工艺图（图上标出最佳浇注位置与分型面位置、画出机加工余量、起模斜度、铸造圆角、型芯及型芯头，图下注明收缩量）。
（5）绘制出铸件图。
2.设计要求
（1）设计图样一律按工程制图要求，采用手绘或机绘完成，并用三号图纸出图。
（2）按所设计内容及相应顺序要求，认真编写说明书（不少于3000字）。
主要参考资料：
《热加工工艺基础》、《工程材料及成形技术基础》、《机械设计手册》
2.1铸造方案的确定
支座工艺设计的内容和要求产品生产性质:
小批量生产;材料:
HT200;支座的零件示意图如图2—1所示，零件的外形机构示意图如图2—2所示。
支座的轮廓尺寸为200mm×110mm×120mm主要壁厚15mm最大壁厚30mm，为一小型铸件，铸件除满足几何尺寸精度及材质方面要求外无其他特殊要求。
图2—1支座零件图支座铸造工艺设计
图2—2支座三维图
2.2支座结构的铸造工艺性分析
零件结构的铸造工艺性分析是指零件的结构应符合铸造生产的要求，易于保证铸件的质量，简化铸造工艺分析过程和降低成本。
分析零件结构的铸造工艺性主要考虑的内容1）零件应有合适的壁厚为避免冷隔，浇不到铸件铸件不能太薄，铸件太厚尺寸太大超过临界壁厚时易产生缩孔缩松，最大壁厚以最小壁厚的3倍来考虑；2）铸件壁厚均匀避免热解；3）有合适的铸造圆角避免缩孔缩松；4）改进妨碍起模的凸台凸缘和肋板；5）取消铸件外表侧凹；6）利于砂芯的固定和排气。
支座的铸造工艺审查分析如下：
支座最小壁厚为15mm查2—1表可知灰铁砂型铸造允许的最小壁厚为6—8mm。
支座最小壁厚满足要求，最大壁厚为30mm超过了临界壁厚，工艺设计时应采取措施加以规避。
支座壁厚较均匀，无妨碍起模的凸台和肋板结构，型腔外形结构简单，直径为15的孔较小为了方便造型减少砂芯可以不铸出
表2—1铸件最小壁厚
铸造方法
铸件尺寸
铸钢
灰铸铁
球墨
铸铁
可锻
铸铁
铝合金
镁合金
铜合金
砂型
≈200＊200
＞200＊200~
500＊500
500＊500
8
10~12
15~20
6
＞6~10
15~20
6
12
—
5
8
—
3
4
6
—
3
—
3~5
6~8
—
金属型
~70＊70
＞70＊70~150＊150
＞150＊150
5
—
10
4
5
6
—
—
—
2.5~3
5
—
2~3
4
5
—
2.5
—
3
4~5
6~8
表2-2铸造材质与最小壁厚的关系
材质
壁厚mm
HT100HT150
δ=4~6mm
HT200
δ=6~8mm
HT250
δ=8~15mm
HT300HT350
δ=15mm
HT400
δ≥20mm
注：
1.一般铸造条件下，各种灰铸铁的最小允许壁厚
2.当改善铸造条件时，灰铸铁最小壁厚可达3mm，可锻铸铁可小于3mm。
2.3造型造芯方法的选择
砂型铸造工艺设计中依据实际的生产条件和生产批量，在保证交货期限的，质量要求下选择成本最低，生产组织最便捷的造型及制芯方法。
其选择原则：
1）优先考虑湿型，湿型效率高，生产周期短，成本低；
2）与成批量相适应，大量生产优先考虑及其造型流水线作业；
3）生产条件与企业环境相匹配。
支座轮廓尺寸为200mm×110mm×120mm为一小型灰铁铸件，小批量生生产，对铸件精度无特殊要求。
因此采用湿型粘土砂即可满足要求。
根据生产条件采用145造型机。
造芯方法及用材的选择，由于水玻璃砂溃散性差，硬化后保持性差尤其在潮湿环境下。
树脂砂対原砂要求较严格，与无机粘接剂相比发气量大，且价格较贵。
综合考虑采用粘土砂芯较好，粘土砂芯烘干以增加其硬度减少其发气量，并且粘土砂成本较低。
小批量生产可以采用手工造型。
2.4浇注位置的选择
铸件的浇注位置是指铸件在浇注时在铸型中所处的位置。
考虑的原则:
1）铸件的重要部位尽量至于下部；
2）铸件的大平面朝下或倾斜浇注；
3）应保证铸件能充满铸型；
4）有利于实现顺序凝固，有力铸件的补缩。
方案一方案二
图2—3浇注位置的选择
分析方案一：
1.铸件的A面（如图所示）为重要加工面，朝上放置容易产生气孔、非金属夹杂物等缺陷。
2.铸件的重要部分也没能全部置于下部。
分析方案二：
1.铸件的重要部分全部置于下部，这样置于下部的重要部分可以得到上部金属的静压力作用下凝固并得到补缩，组织致密。
2.铸件的重要加工面A面、B面（如图所示）位于侧立面，比较光洁，产生气孔、非金属夹杂物等缺陷的可能性小。
综合比较，方案Ⅱ更加科学可行。
2.5支座分型面的选择
分型面的选择很大程度上影响着铸件的尺寸精度，生产成本和效率。
确定分型面时遵循的原则：
1）尽量使铸件全部或大部置于同一半型内；
2）尽量减少分型数目；
3）分型面尽量选平面；
4）注意降低沙箱的高度；
5）便于下芯合箱检查型腔尺寸；
6）为便于起模分型面应在铸件最大截面处；
7）注意减轻铸件清理和机加工余量。
初步对支座进行分析，有以下四种方案Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，如图2-4所示
图2—4分型面的选择分析各个方案的优缺点：
Ⅰ方案以支架的底面为分型面在分型面少而平的原则中，其分型面数量不仅少而且还平直，铸件全部放在下型，既便于型芯安放和检查，又可以使上型高度减低而便于合箱和检验壁厚，还有利于起摸及翻箱操作。
Ⅱ方案铸件没有能尽可能的位于同一半型内，这样会因为合箱对准误差使铸件产生偏错。
也有可能因为合箱不严在垂直面上增加铸件尺寸。
Ⅲ方案分摸两箱造型易产生错箱，从而影响铸件精度。
Ⅳ方案采用以φ50孔的轴线为分型面，则易产生错箱，从而影响铸件精度，顶面侧放可以保证其粗糙度的要求，选凸台时用活快才便于起模，薄壁处易出现浇注不足，冷隔等缺陷且不利于补缩。
综上所述，选择第一种方案
2.6砂箱中铸件数目的确定
支座轮廓尺寸200mm×110mm×120mm
为一小型铸件，支座结构简单如采用一箱一件效率太低，所以采用一箱两件采用通用性砂箱尺寸为480mmX400mmX200mm
查《铸造工艺学》表16—17得a>20mme>30mmf>30mm
铸件在砂箱内排列最好均匀对称，这样金属液作用于上砂箱的力均匀，也有利于浇注系统的安排。
确定铸件在砂箱内的排列如图2—5所示其模样吃砂量a1=30mma2=50mme=200mmf=100mm
图2—5铸件在砂箱中的排列
3铸造工艺参数的确定
3.1铸件的尺寸公差
铸件各部分尺寸允许的极限偏差称为铸件的尺寸公差。
铸件尺寸公差代号CT，所规定的公差等级有精到粗16级即CT1—CT16查《铸造技术数据手册》表9—15（GB6414—86）知，灰铸铁的尺寸精度等级为8—10选CT9，铸件的公差数值为2.5mm。
3.2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，工艺设计时在铸件代加工面上预先增加的而在机械加工时切削掉的厚度。
查《铸造实用数据速查手册》表1—2知，支座铸件毛坯机械加工等级E-G选F级支座轮廓尺寸为200mm×110mm×120mm，所对应的机工余量为2mm。
在分型面和浇注位置的选择中，不得以将重要加工面朝上放置（图2—4C面）这样使其易产生气孔，非金属夹渣物等缺陷。
所以应适当增加其机械加工余量加以规避，因此机加工余量取2.5mm。
3.3铸件收缩率
铸件收缩率又称铸件线收缩率，是铸件从线收缩温度冷却开始至室温的线收缩率。
铸件的收缩率由铸件结构及尺寸等级等参数决定。
查《铸造技术手册》表7—1得线收缩取0.8%。
3.4起模斜度
为了使造型（芯）时起模方便在摸样芯盒的出模方向上留有一定的斜度，以免损坏砂砂芯，这个斜度称为起模斜度。
查《铸造技术手册》表7—5得
图3—1起模斜度
D面E面为便于制模提高生产效率同取
α=1°10'α=1°10'α=0°30'
a=0.8mma=1mm
a=0.8mm为减少加工余量采用减少铸件法。
3.5最小铸出的孔和槽
铸件上的孔和槽是否铸出，要根据具体情况而定，一般较大的孔和槽直接铸出来，以节约金属减少机械加工，较小的孔和槽则不宜铸出。
表3—1最小铸出的孔
生产批量
最小铸出孔直径d
灰铸铁
铸钢件
大批量生产
12~15
—
成批量生产
15~30
30~50
单件小、批量生产
30~50
50
由表3—1分析支座上直径为Φ15的孔，虑机械加工余量后为Φ10未来了方便造型减少,芯综合考虑不宜铸出。
直径孔Φ50机加工余量后Φ45厚度较大，为了节约金属，综合考虑应该铸出。
3.6工艺补正量
在单间小批量生产中由于各种愿因，使加工后的铸件局部尺寸小于图样上的要求，为了防止铸件局部尺寸超差。
在铸件相应的非加工面上增加的金属厚度称为工艺补正量。
查《铸造工艺学》表16—36的工艺补正量取1.5mm。
3.7浇注温度和铸件在铸型中的冷却时间
浇注温度过高铸件收缩率大，浇注温度过低金属流动性差、易产生冷隔、浇不足等缺陷，查《铸造工艺学》表16—62得浇注温度为1300℃—1380℃，取1350℃。
冷却时间短容易产生变形裂纹等缺陷。
为使铸件在出型时有足够的强度和韧性。
铸件在砂型中应有足够的冷却时间。
《铸造工艺设计》查表1—25得，冷却时间25min—40min取30min。
4砂芯的设计
砂芯是组成铸型的重要部分，砂芯是用来形成铸件内腔，各种形状的孔及外形不易起模的部分。
4.1芯头的设计
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，牢固的固定在砂型上，必须有足够的芯头尺寸。
支座采用的是垂直砂芯需确定砂芯的高度和芯头于芯座的间隙。
查《铸造工艺学》表16—46得。
支座砂芯上芯头高h1=20mm下芯头高h=30mm芯头于芯座的间隙s=0.5mm。
其芯头的结构如图4—1。
图4—1芯头的结构
4.2砂芯的定位结构
砂芯要求定位准确，不允许沿芯头轴向移动或绕芯头轴向转动，对于形状不对称的砂芯为了定位准确必须做出定位芯头。
选用的定位芯头结构如图4—2所示。
图4—2定位芯头的结构
4.3压环、防压环和集砂槽的尺寸
在湿型生产中为了加速下芯合型及保证铸件质量。
在芯头的摸样上常常做出压环、防压环和集砂槽。
查《铸造工艺设计》表1—38得e=1.5mmf=3mmr=1.5mm
4.4芯骨
放在砂芯中以强化砂芯整体强度并具有一定形状的金属构件称为芯骨。
支座的砂芯较小，烘干后能满足其强度要求不需要增设芯骨。
4.5芯撑
砂芯在砂型中主要靠芯头固定，但有时砂芯只靠心头难于稳固，因此在生产中场采用芯撑加固，以起到辅助支撑的作用。
支座砂芯尺寸较小，砂芯结构简单。
烘干后
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