铸造工艺学课程设计案例

0前言铸造工艺学课程是培养学生熟悉对零件及产品工艺设计的基本内容、原则、方法和步骤以及掌握铸造工艺和工装设计的基本技能的一门主要专业课。课程设计则是铸造工艺学课程的实践性教学环节，同时也是我们铸造专业迎来的第一次全面的自主进行工艺和工装设计能力的训练。在这个为期两周的过程里，我们有过紧张，有过茫然，有过喜悦，从中感受到了学习的艰辛，也收获到了学有所获的喜悦，回顾一下，我觉得进行铸造工艺学课程设计的目的有如下几点：通过课程设计实践，树立正确的设计思想，增强创新意识，培养综合运用铸造工艺学课程和其他先修课程的的理论与实际知识去分析和解决实际问题的能力。通过制定和合理选择工艺方案，正确计算零件结构的工作能力，确定尺寸，掌握了浇冒口的作用及其原理，具有正确设计浇冒口系统的初步能力；掌握铸造工艺和工装设计的基本技能。熟悉型砂必须具备的性能要求，原材料的基本规格及作用，并初步具备分析和解决型砂有关问题的能力。熟悉涂料的作用、基本组成及质量的控制；了解提高铸件表面质量和尺寸精度的途径。了解合金在铸造过程中容易产生的铸造缺陷以及采取相关的防止途径，并初步具备分析、解决这类缺陷的基本解决途径学习进行设计基础技能的训练，例如：计算、绘图、查阅设计资料和手册等。1目录第一章零件铸造工艺分析………………………………………………41.1零件基本信息………………………………………………………………………41.2材料成分要求………………………………………………………………………41.3铸造工艺参数的确定………………………………………………………………41.3.1铸造尺寸公差和重量公差…………………………………………………51.3.2机械加工余量………………………………………………………………51.3.3铸造收缩率…………………………………………………………………51.3.4拔模斜度…………………………………………………………………51.4其他工艺参数的确定………………………………………………………………51.4.1工艺补正量…………………………………………………………………51.4.2分型负数……………………………………………………………………51.4.3非加工壁厚的负余量………………………………………………………51.4.4反变形量……………………………………………………………………51.4.5分芯负数……………………………………………………………………6第二章铸造三维实体造型………………………………………………………62.1上冠件图纸技术要求………………………………………………………………62.2上冠件结构工艺分析………………………………………………………………62.3基于UG零件的三维造型……………………………………………………62.3.1软件简介……………………………………………………………………62.3.2零件的三维造型图…………………………………………………………6第三章铸造工艺方案设计………………………………………………………73.1工艺方案的确定……………………………………………………………………73.1.1铸造方法………………………………………………………………………73.1.2型（芯）砂配比……………………………………………………………83.1.3混砂工艺……………………………………………………………………83.1.4铸造用涂料、分型剂及修补材料…………………………………………83.2铸造熔炼……………………………………………………………………………83.2.1熔炼设备……………………………………………………………………93.2.2熔炼工艺……………………………………………………………………93.3分型面的选择………………………………………………………………………93.4砂箱大小及砂箱中铸件数目的确定……………………………………………103.5砂芯设计及排气……………………………………………………………………113.5.1芯头的基本尺寸……………………………………………………………113.5.2芯撑、芯骨的设计…………………………………………………………123.5.3砂芯的排气…………………………………………………………………12第四章浇冒系统的设计及计算…………………………………………………124.1浇注系统的类型及选择……………………………………………………………1224.2浇注位置的选择……………………………………………………………………124.3浇注系统各部分尺寸的计算………………………………………………………134.3.1合金铸造性能分析…………………………………………………………134.3.2铁液在型内的上升速度……………………………………………………134.3.3浇注系统截面尺寸设计……………………………………………………144.4冒口设计计算………………………………………………………………………144.4.1铸件工艺出品率……………………………………………………………144.4.2出气孔………………………………………………………………………154.4.3冒口的作用及位置确定……………………………………………………154.5冷铁设计及尺寸计算………………………………………………………………154.5.1冷铁的选用及作用…………………………………………………………154.5.2冷铁的尺寸及放置位置的选择……………………………………………15总结……………………………………………………………………………………17参考文献………………………………………………………………………………18附图3第一章零件铸造工艺分析1.1零件基本信息零件名称：上冠铸件。零件材料：HT200。产品生产纲领：成批量生产或者小批量生产。结构：属厚、薄相差悬殊的大型回转体结构。上冠零件图：图1.1上冠零件图1.2材料成分要求根据相关资料查得HT200具体成分及其含量如表1.2.1所示。表1.2.1HT200化学成分表（质量分数，%）CSiMnPSCr3.3~3.551.95~2.150.60~0.90≤0.08≤0.120.15~0.301.3铸造工艺参数的确定1.3.1铸造尺寸公差和重量公差该铸件材质为HT200，手工造型，经查得，铸件的尺寸公差等级为13级；重量公差等级为13级，该铸件的重量公差为10％。1.3.2机械加工余量该铸件为铸铁件，砂型人工造型，经查加工余量等级为H，经查得，该铸件法兰端面以及锥面的加工余量为13mm、孔的加工余量为8mm。41.3.3铸造收缩率由于铸件的固态收缩(线收缩)将使铸件各部分尺寸小于模样原来的尺寸，因此，为了使铸件冷却后的尺寸与铸件图示尺寸一致，则需要在模样或芯盒上加上其收缩的尺寸。加大的这部分尺寸为铸件的收缩量，一般用铸造收缩率表示。经查可知该锥体铸件的线收缩率为1.0％。1.3.4拔模斜度由于该铸件为锥形而且锥度大非常易于拔模，因此锥体部分不设拔模斜度，而在立壁处可设置3mm的起模斜度以便拔模。拔模斜度的示意如图1.2和1.3。图1.2外立壁拔模斜度示意图图1.3内立壁拔模斜度示意图1.4其他工艺参数的确定1.4.1工艺补正量对中小批量的铸件由于选用的收缩尺寸与实际的收缩率不符，或由于铸件产生变形、操作中不可避免的误差等原因使加工后铸件的尺寸小于图样要求尺寸，为提高尺寸精度，要在铸件相应的非加工表面上增加金属层厚度来弥补,但由于该件在垂直分型面的立壁上都设有较大的拔模斜度,故不放工艺补正量。1.4.2分型负数干砂型、表面烘干型、自硬砂型以及砂型尺寸超过2m以上的湿型才应用分型负数。而此铸件采用树脂自硬砂造型且砂箱尺寸小于2m，故不留分型负数。1.4.3非加工壁厚的负余量由于该铸件采用木模，手工造型、造芯过程中，为取出木模要进行敲模，同时木模受潮时会膨胀，这些情况会使型腔尺寸增大，从而造成非加工壁厚增加，为保证铸件尺寸的准确性应该减小厚度尺寸，但由于该件在无拔模斜度，且该件不是很大故不放非加工壁厚的负余量。1.4.4反变形量铸造较大的平板类、床身等类铸件时由于冷却速度的不均匀性，铸件冷却后常出现变形。为了解决挠曲变形问题，在制作模样时，按铸件可能产生变形的相反方向做出反变形模样，使铸件冷却后变形的结果正好将反变形抵消，得到符合设计要求的铸件。一般中小型壁厚差别不大且结构上刚度较大时，不必留反变形量。由于该铸件为中小型铸件，所以不需留反变形量。51.4.5分芯负数对于分段制造的长砂芯或分开制造的大砂芯，在接缝处应留出分芯间隙量，即在砂芯的分开面处，将砂芯尺寸减去间隙尺寸，被减去的尺寸即为分型负数。此铸件没有分段制造的长砂芯，故可不设分芯负数。第二章铸件三维实体造型2.1上冠件图纸技术要求：（1）铸件应作正回火处理；（2）铸件材料及机械性能应符合JB/T10264-2001的要求；（3）粗加工后按GB7233-87标准作超声波探伤检查，达Ⅱ级要求；过流面加工后按GB/T9444-1988进行磁粉探伤，达Ⅱ级要求；（4）同炉浇铸试验棒，回厂做化学成分和机械性能复核试验；（5）过流面用样板检查；（6）请刻出叶片进出水边与上冠的交点圆线。2.2上冠件结构工艺分析：上冠件属壁厚相差悬殊的回转体结构，其主要壁厚为50mm，最小壁厚为25mm，最大壁厚为275mm，零件的外形轮廓尺寸为上法兰直径1510，法兰另一端直径217.2，该件质量为1665kg。由零件图可知，该零件外形不是很复杂，内腔结构也不复杂，壁厚不均匀，材料为灰铁，流动性较好，收缩大，在浇注时容易产生浇不足、冷隔、缩孔和缩松、热裂、内应力以及变性和冷裂等缺陷。该件为中大型铸件，可采用砂型铸造中湿型铸造，操作方便，劳动量较小。2.3基于UG零件的三维造型2.3.1软件简介UGNX是由SiemensPLMSoftware发布的集CAD/CAM/CAE一体化解决方案软件，它涵盖了产品设计、工程和制造中的全套开发流程。NX产品开发解决方案完全支持制造商所需的各种工具。NX与UGSPLM的其他解决方案的完整套件无缝结合，这些对于CAD、CAM和CAE在可控环境下的协同、产品数据管理、数据转换、数字化实体模型和可视化都是一个补充。本件采用UGNX进行三维立体建模使工艺设计直观形象，便于后续分析、模拟及加工等过程的管理与控制。2.3.2零件的三维造型图通过运用NX8.0对零件进行立体建模得到如图2.1、2.2所示三维图。6图2.1零件的三维造型图图2.2零件的剖视图第三章铸造工艺方案设计3.1工艺方案的确定3.1.1铸造方法1）若生产纲领为单件小批量生产，基于铸件材料（HT200）、尺寸、精度及技术要求等综合考虑，通过查阅相关资料，可选的合适铸造方法只有木模树脂砂铸造或者消失模铸造两种方法。需要浇铸的产品上冠铸件属于中大型简单铸件，如果采用消失模铸造，其加工余量少，而且可以精确成型，无须起模，无分型面，无型芯，因而铸件无飞边毛刺，减少了由型芯组合而引起的铸件尺寸误差。另外消失模铸造大大地简化了砂型铸造及熔模铸造的工序。所以本次设计选择消失模树脂砂型铸造来生产此铸件。72）若生产纲领为成批量生产可采用砂型铸造，铸型和型芯都采用呋喃树脂自硬砂，每箱一件，乙醇涂料，造型时按模型材质选择合适的脱模剂。采用树脂砂的优点有：强度高，可自硬，精度高，铸件易清理，生产效率高等特点。3.1.2型（芯）砂配比根据零件结构及生产要求，该铸件采用呋喃树脂自硬砂造型、造芯即可，具体数值参考型、芯砂配比如表3.1和表3.2所示。表3.1型砂配比（配比重量Wt%）成分新砂再生砂F700呋喃树脂固化剂附加物氧化铁粉百分比10％90％1.6%~2.0%15％0~1.5%表3.2芯砂配比（配比重量Wt%）成分新砂再生砂F700呋喃树脂固化剂附加物氧化铁粉百分比60％40％2.3%~2.5%＞10％0~1.5%表中催化剂含量为占树脂砂的百分比。3.1.3混砂工艺合理地选用混砂机，采用正确的加料