工程实训完整版

铸件产品工程实训报告铸件名称：Φ219轴承座院系：材料工程学院专业：材料成型及控制工程组别：第二组姓名：张璇2015年12月20日1工程实训概况本次铸造工程实训是从第十四周星期一到第十六周星期五，历时两周时间，我们组的组长是申成伟，组员除了我还有王琪、宋升勇、汪军。本组进行了轴承座的铸造生产实训。具体分工如表1.1所示。表1.1组内分工明细表班级材料成型及控制工程2班第二组组长姓名申成伟电话[phone]组员姓名王琪汪军宋升勇张璇分工负责产品分析与市场调查的记录与整理、辅助铸造工艺的设计负责浇注位置及分型面分析与确定、辅助铸造工艺装备的设计负责制作模样芯盒、以及铸型的浇注熔炼负责铸造工艺参数的选择与整合、铸造工艺装备的设计铸造名称Φ219轴承座任务1产品分析计划完成日期第14周周二任务2市场调查计划完成日期第14周周四任务3铸件工艺设计计划完成日期第15周周二任务4模样设计及制造计划完成日期第15周周四任务5铸型制造计划完成日期第16周周一任务6合型计划完成日期第16周周三任务7合金熔炼及浇注计划完成日期第16周周三任务8铸件清理与检查计划完成日期第16周周四上午任务9实训报告计划完成日期第16周周五2工程实训过程本次铸件生产工程实训，经历了产品分析、市场调查、原材料采购、铸造工艺设计、工装设计、模样制造、铸型制造、合型、浇注、清理与检查过程，实训流程图如图2.1所示。图2.1实训流程图2.1零件分析及铸造方法选择2.1.1零件分析此轴承座底座最大横截面积为165mm×30mm，高为37.5mm。该轴承座主要承受径向载荷，因此重要加工面则为中间起支撑作用的部位，在进行铸造工艺设计的时候，要考虑此部位是否能承受相应载荷；轴承座上的孔尺寸较小，采用不铸出的方法；另外，铸件表面应有相应的加工余量，便于后续机加工操作。零件图如图2.2所示。图2.2零件图2.1.2铸造方法选择铸件造型方法按照砂型紧实成型方式可分为手工造型和机器造型两种。本次材料选用ZL102，线收缩率为1.1～1.2，铸件的尺寸较小，精度及技术要求较高，结构不太复杂，综合考虑选用手工造型；手工造型又分为砂箱造型、脱箱造型、刮板造型、组芯造型、地坑造型，结合本组铸件结构以及本次实训实际情况，最终选择砂箱造型。2.2实训材料计划所需材料主要有泡沫塑料板、石英砂、木板、涂料、钉子、角码等，具体采购情况如图2.3所示。图2.3采购情况2.3铸件结构的铸造工艺性分析铸件外形最大截面尺寸为165mm×30mm×37.5mm，为小型铸件，生产批量为单件生产。该轴承座主要承受径向载荷，由于其经常处于压应力和摩擦状态，故要求能抗压和耐磨损。根据工程实训具体要求、铸件性能及实际情况的综合考虑，选择ZL102作为铸件材料。2.4铸造工艺设计2.4.1浇注位置及分型面的选择浇注位置是指铸件在浇注时所处的位置。浇注位置不仅对保证铸件质量有重要影响，而且与工艺设备结构，下芯、合型甚至清理等工序均有密切的关系，还有可能影响到机械加工。浇注位置的选择要根据铸件的大小、结构特点、合金性能、生产批量、现场生产条件及综合效益等方面加以确定。以保证铸件质量为出发点，应尽量简化造型工艺和浇注工艺。根据生产经验，铸件浇注位置的确定应注意以下原则：①铸件的重要加工面应朝下或呈侧立面；②尽可能使铸件的大平面朝下；③应保证铸件能充满；④应有利于实现顺序凝固；⑤应尽量减少砂芯数量。分型面是指上、下砂型的接触面或铸造模样的分合面，分型面的选择应保证铸件质量的前提下，尽量简化工艺过程，尤其是质量要求不高的支架类和外行复杂的小批量铸件，可优先选择分型面。选择分型面应注意以下原则：①尽可能将整个铸件或其他主要加工面和基准面置于同一沙箱内；②尽可能减少分型面数目；③尽量选用平面分型，简化铸造工艺和装备；④分型面应选取在铸件最大投影面处；⑤尽可能少用砂芯；⑥尽量避免铸件非加工面产生飞边；⑦尽量降低砂箱高度；⑧受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度；⑨有利于下芯、验型与合型。根据以上原则可以选择我们选择如下分型面，如图2.4所示，该方案符合铸件重要加工面呈侧立面原则，将整个铸件置于同一砂箱内，平面分型简化了铸造工艺和装备，也符合最大投影原则。同时也利于拔模。再综合其他原因，实验最终选此方案。图2.42.4.2加工余量、起模斜度的确定为了保证零件加工面尺寸和精度，在铸造工艺设计时将加工表面上留出的、准备切去的金属层厚度，成为机械加工余量。加工余量过大，浪费金属和机械加工工时，增加铸件和零件成本；过小，则不能完全除去铸件表面的缺陷，甚至露出铸件表皮，达不到零件要求。影响加工余量的主要因素有：铸造合金种类、铸造工艺方法、生产批量、设备与工装的水平、加工表面所处的浇注位置、铸件基本尺寸的大小和结构等。本次实训为轴承座铸件的铸造工艺设计，其尺寸为165×37.5mm，造型材料选择铸造铝合金，小批量生产即可。在铸件侧面零件图显示为非加工，但在实际铸造中为了能顺利拔模，必须加拔模斜度。表2-1为小批和单件生产与铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量等级，表2-2为与铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量。表2-1小批和单件生产与铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量等级（单位：mm）造型材料加工余量等级铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金轻金属合金干、湿砂型JHHHHH自硬砂JHHHHH表2-2与铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量（单位:mm）最大尺寸要求的机械加工余量等级DEFGHJK≤400.30.40.50.50.711.4＞40～630.30.40.50.711.42＞63～1000.50.711.422.84＞100～1600.81.11.52.2346＞160～25011.422.845.58＞250～4001.31.42.53.55710＞400～6301.52.2346912查表可得该铸件的机械加工余量为4mm。为了方便拨出模样或取出芯砂，在模样、芯盒的出模方向留有一定的斜度，以免损坏砂型或砂芯。这个斜度称为拔模斜度。当零件本身没有足够的结构斜度，应在铸件设计或铸造工艺设计时给出铸件的拔模斜度以保证铸型的拔模操作。拔模斜度可采取增加铸件壁厚、增减铸件壁厚或减少铸件壁厚的方式形成。在铸件上加放拔模斜度，原则上不应超过铸件的壁厚公差。铸件的拔模斜度值参见表2-3。表2-3土砂造型时模样的拔模斜度测量面高度h/mm起模斜度≤金属或塑料模木模αa/mmαa/mm≤102°20′0.42°55′0.6＞10～401°10′0.81°25′1.0＞40～1000°30′1.00°40′1.2＞100～1600°25′1.20°30′1.4＞160～2500°20′1.60°25′1.8＞250～4000°20′2.40°20′3.0＞400～6300°20′3.80°20′3.8查表可得该铸件的拔模斜度为1°10′，0.8mm。2.4.3砂芯设计砂芯的功用是形成铸件的内腔、孔及铸件外形不能出砂的部位。砂型局部要求特殊性能的部分有时也用砂芯形成。砂芯的分类方法很多，按体积大小分为小、中、大砂芯；按干、湿程度分为湿芯和干芯；按粘结剂分为粘土砂芯、水玻璃砂芯、水泥砂芯、油脂砂芯、树脂砂芯等；按制芯工艺分为常规砂芯、自硬砂芯、热芯盒砂芯、冷芯盒砂芯、壳芯等；按复杂程度分为Ⅰ级砂芯、Ⅱ级砂芯、Ⅲ级砂芯、Ⅳ级砂芯、Ⅴ级砂芯。砂芯应满足以下要求：砂芯的形状、尺寸以及在砂型中的位置应符合铸件工艺设计的要求；具有足够的强度和刚度；在铸件形成的过程中砂芯所产生的气体能够及时排出型外；铸件收缩时阻力小；易清砂。砂芯的设计内容包括：砂芯类型的选择，确定砂芯的个数及下芯顺序，芯头的尺寸及结构，砂芯的通气与强度。本次工程实训中，所使用的砂芯较为简单，其形状为长方体形，在铸件中水平放置，并且为使砂芯在模样中放置稳固，在本次实训中采用水平芯头固定砂芯。2.4.4浇注系统设计浇注系统是砂型中引导液态金属进入型腔的通道。浇注系统又简称为浇口。一般铸件的浇注系统由以下四部分组成：外浇口（浇口杯、浇口盆）、直浇道、横浇道、内浇道。通常浇注系统有两种分类方法：一种是根据各组元断面比例关系的不同，即阻流端面位置的不同分为封闭式、半封闭式和开放式浇注系统；另一种是按内浇道在铸件上的相对位置不同分为顶注式、底注式和阶梯式四种类型。并且浇注系统的设计应满足以下条件：①控制金属液流动的速度和方向，并保证充满型腔；②有利于铸件温度的合理分布；③金属液在型腔中的流动应平稳、均匀，以避免夹带空气、产生金属氧化物及冲刷砂型；④浇注系统应具有除渣功能。故在本次的实训中结合铸件的工艺实际情况和浇注系统的选用原则，我们选择顶注式浇注，其具体位置如图2.5。图2.5各组元截面尺寸可根据铸件合金种类、质量、尺寸、壁厚、浇铸时间等，利用简便经验公式求得。通常使用的直、横、内浇口总断面积比如下：大中件：F直：F横：F内=1:2～3:2～4；小件：F直：F横：F内=1:1.5～3:1～1.5。在本次的工程实训中所设计的轴承座铸件属于小型铸件，故采用上诉小件的比值，并取F直：F横：F内=1:1.5:1，直浇道截面形状采用圆形。表2-4为铝铸件的浇注重量与直浇口总断面积的关系。表2-4铝铸件的浇注重量与直浇口总断面积的关系浇注重量≤55～1010～1515～3030～5050～100100～250250～500＞500直浇口总断面积（cm2）1.5～3.03.0～4.04.0～5.05.0～7.07.0～1010～1515～2020～30＞30直浇口直径14～2020～2222～2525～3030～35（25～30）×2（30～35）×2（35～45）×2＞45×2（mm）或(22～25)×4或(25～30)×4＞30×4查表可得本次实训设计的浇注系统直浇道截面积为1.5～3.0cm2，其直径为14～20mm，故本次实训截面积取1.5cm2，直径取14mm。本次实训所采用的内、横浇道截面形状皆为梯形，通过上诉比例可算得各自的截面面积分别是：1.5、2.0cm2。根据表2-5与2-6可得出梯形截面积的边长长度。表2-5梯形断面横浇口的断面尺寸h=aa（下底）b（上底）断面积（cm2）mm15122.01814.52.919153.220163.621174.02217.54.42318.54.8故横浇道的截面尺寸为:上底12mm，下底15mm，高为12mm。表2-6梯形断面内浇口的断面尺寸h=1.2aa（下底）b（上底）断面积（cm2）mm1081.112101.515122.418153.6故本次实训所使用的内浇口截面尺寸为：上底10mm，下底12mm，高为14mm。2.4.5冒口系统设计冒口是在铸型内人为设置的贮存金属液的结构体，在铸件形成时补给金属液，用以补偿铸件形成过程中可能产生的收缩，有防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用。冒口的形状直接影响其补缩效果，在设计冒口时应从体积相同的形体中，选用散热面积最小的，这样冒口散热就慢，凝固时间就长，其补缩效果最好。冒口的形状有圆柱形、球顶圆柱形、长（腰）圆柱形、球形及扁球形等多种。为了提高冒口补缩率，要求其相对散热面积越小越好，因此球形冒口是最理想的冒口形状。但由于球形冒口造型起模困难，应用受到限制，所以在实际生产中应用最多的是圆柱形、球顶圆柱形、腰圆柱形冒口。本次实训所选用的铸件浇注材料为铝合金，故在设计冒口的时候应遵循以下原则：（1）冒口必须最后凝固，因此必须具有足够的容积并使其内具有最热的铝合金；（2）冒口必须能顺利补缩，因此必须将其设置在铸件各厚实部位或热节处，并应尽量将其置于最高最厚之处，以形成顶冒口；同时必须具有足够大小的补缩通道，并保证比被补缩的厚大部位晚凝固；（3）冒口的型式必须适合铝合金的特点，以保证铸件凝固时缩孔移至冒口中；（4）冒口数量应根据冒口的补缩范围来确定；（5）冒口的设置应利于铝液的排渣和型腔的排气。本次实训设计的铸件所产生的为L形热节，所选用的冒口形状为圆形冒口。本次实践材料为铝合金，其铸件冒口的计算按下式进行：DR=