制动风缸铸造设计说明书

1一．零件简介1.零件介绍铸件名称：制动风缸；铸件实物图如下下图所示：铸件零件图如下图所示：制动机按用途可分为机车制动机和车辆制动机.按操纵方法与动力原理来源可分为空气制动机,电空制动机,真空制动机,空气-真空制动机,2手制动机和电磁制动机等.自动空气制动机以压力空气为动力,通过改变活塞两侧风压变化使其动作,产生需要的制动和缓解作用。制动风缸是一种用来存储空气的高压容器。2.生产方式的选择（1）生产批量：本次设计中采用大批量生产。（2）铸件材质：ZG35参见(《材料成型工艺基础》沈其文主编P31表2-6)牌号：ZG700-500(ZG35是铸钢件)旧牌号：ZG35化学成分（质量分数%）C≤:0.40化学成分（质量分数%）Si≤:0.50化学成分（质量分数%）Mn≤:0.90化学成分（质量分数%）S≤:0.04化学成分（质量分数%）P≤:0.04残余元素：Cr≤0.35，Ni≤0.30，Mo≤0.20，Cu≤0.30，V≤0.05,；Cr+Ni+Mn+Cu+V≤1.00根据其质量分数%C≤:0.40，为中碳钢（ZG25至ZG45),有较高的强度，用来制造机架，连杆，箱体，缸体，轴承座等零件。（3）造型机型号：Z145A3二．铸造工艺设计（一）.工艺方案的选择1.造型，造芯方法的确定.本次生产属于大批量生产，所以选用机器造型和造芯。2.铸型种类的选择.造型材料:桐油砂；由于风缸的外表面形状复杂，难加工，所以铸造时必须保证有足够的精度，油砂具有很好的退让性和出沙性，油砂中植物油黏结剂的加入量为原沙质量的1%—3%，可使沙芯具有较高的干强度和表面强度。浇注后，在高温金属液作用下，油会分解燃烧，因而有好的退让性和出沙性，并且，油黏结剂在分解和燃烧是产生还原性气体（如CO,CxHy）和光亮炭，使铸件的表面光洁度得到提高。桐油砂配置：干砂+膨润土（或糊精）→（干混1~3min）加水→（湿混1~3min）加桐油→（湿混1~3min）出砂（参见《金属材料液态成型工艺》贾志宏P27~28表1—13）3.分型面的选择在分析浇注位置时可有以下两种浇注位置的选择：方案（1）铸件呈竖直状态，其零件的冶金质量及尺寸精度要求较好，但不易造型，需采用图示的三箱造型工艺；方案（2）上下沙箱高度一致，造型方便适合于大批量流水生产作业，4但需要改进型砂配比，加强撇渣等工艺措施来保证铸件质量。根据生产方式，和生产的批量，选择方案二。风缸体铸件的工艺方案4.浇注位置的选择由于缸体外形是细长型结构，借鉴专业相似缸体生产经验，缸体的控制重点是缸径和两个端面的质量，这三个部位的质量要均匀稳定，处于同一质量水平。如果采用垂直造型和浇注，缸径上部和缸体上端面容易出现气孔，夹渣和疏松等铸造缺陷，质量将很难保证，且模具需要分成三段，造型难度增大。另外，合箱操作也很困难，缸体的水腔砂芯支撑难度大，型腔尺寸不易控制。合箱过程中很难彻底清理浮砂，缸径在浇注过程中容易形成夹砂，导致产品报废，因此确定缸体最佳的分型面是对称水平分型，采用水平造型，合箱和浇注。模具上下模样如下图所示，上下铸型采用三个定位销定位，减少铸型尺寸偏差。5为防止合箱过程中发生碰撞，在上下铸型合箱时增加两个导向销。在型板的四个角增加5mm的沙箱垫铁，便于合箱时上下铸型之间软接触，避免上下沙箱之间硬接触，导致锁箱不紧浇注过程产生炮火现象。风缸的浇注位置（二）.铸造工艺参数的确定1.最小铸出孔查表可得铸钢材料风缸的大批量生产的最小铸出孔为30~50，M16的螺孔不用铸出(参见《材料成型工艺》第三版沈其文主编P69表4-4)2.加工余量与铸造圆角6（1）.铸件的尺寸公差本次设计生产为大批量生产，砂型机器造型及壳型，材料为铸钢，公差等级为8~10，（参见《铸造标准汇编》中国标准出版社P77表A1）铸件基本尺寸为630~1000，公差等级取9级，可得公差为4.0（参见参见《铸造标准汇编》中国标准出版社P75表1）（2）.铸件的机械加工余量本次设计生产为大批量生产，砂型机器造型及壳型，铸钢机械加工余量等级8~10∕H取9级，尺寸公差为9，尺寸为〉630~1000，得加工余量为9.0~8.0，取8.0（参见《铸造标准汇编》中国标准出版社P88表2）综上得：底面的加工余量：8.0上表面加工余量等级为CT10级，MA-H级加工余量数值为8.5侧面加工余量等级为CT9级，MA-H级加工余量数值为6.0加工余量如下图：7（3）.铸造圆角铸件上相邻两壁之间的交角，应做出铸造圆角，防止在尖角处产生冲砂及裂纹等缺陷。角半径一般为相交两壁平均壁厚的1/3~1/2。取铸造圆角半径为203铸造收缩率该铸件材料为铸钢，中等件，受阻收缩率为1.5，自由收缩率为1.5（参见《金属材料液态成型工艺》P94表3-13）4.起模斜度由于铸件两端垂直于分型面，其大小依据模样的高度表面粗糙度以及造型制芯来确定，由铸件端面尺寸，公差等级得起模斜度为2030'(参见《金属材料液态成型工艺》P94表3-14）8铸件起模斜度5.分型负数为防止浇注时从分型面炮火，合型时需要在分型面上放耐火泥条或石绵绳，这就增加了型腔的高度，另外由于砂型的反弹也可造成型腔高度尺寸的增加。为消除垂直面上尺寸的增加，在摸样上减去相应的尺寸，由表得分型负数为2mm（参见金属材料液态成型工艺P98表3-19）模样分型负数的设置如下图：6.浇冒口的切割余量由表得，铸件冒口采用B型冒口，H/dy=2，5，所以D为1.5~1.8dy9冒口直径为1.1d，根据表得，d为40，则直径为44，100，其冒口切割余量为3（参见金属材料液态成型工艺P98表3-21）7.砂芯设计砂芯工艺的基本过程撒分型粉→填入芯砂→初步震实→安放芯骨，通气针（或者蜡线）→填入芯砂→震实→补充打实→刮去余砂→扎通气眼→放烘干板→加紧烘干板→拔出通气针→翻转1800→起出芯盒→取出活块→检查休整（1）砂芯分块为了保证铸件内腔的尺寸精度把砂型按照分型面分成两块，1号和2号。（2）砂芯的基本尺寸根据零件的基本尺寸长度为970，端面最大直径为400，确定砂芯的基本尺寸长度为980最大截面直径为345.（3）芯头设计芯头不与金属液接触的砂芯部分，起到定位，支撑及排气等作用①芯头尺寸的确定及芯头强度校核F≥KP/δ许（K=1.3~1.5，δ许取40~60KPa)从上式可计算出承压表面积F≥410②芯头斜度10为了便于造型，制芯，下芯，及合箱操作，芯头和芯座在造型取模及下芯方向应有一定的斜度。这里芯头斜度取a=100③芯头的长度：中小型的芯头长度L一般为20~80mm型芯长度L越长，横截面越大，L越长（参见材料成型工艺基础第三版P71）同时为了便于下芯装配，芯头与芯座之间应留有间隙δ机器造型，造芯δ较小，取0.1，水平芯头间隙δ1与δ相当，而δ2与δ3分别增加0.5mm和1mm（参见材料成型工艺基础第三版P71）铸件型芯及芯头如图所示：③芯骨的设定为了保证砂芯在制造，搬运，装配及浇注过程中不开裂，不变形，不被液态金属冲击折断，砂芯中根据铸件的尺寸这顶一定的芯骨，本铸件中芯骨采用轻质的钢筋，其直径偏差要求为3±0.5（参见《铸造标准汇编》中国标准出版社P329表2），其含碳量不超过0.24%。11芯骨吃砂量：25~40mm（参见《铸造标准汇编》中国标准出版社P329表3）芯骨框架截面尺寸（高×宽）为30×25（参见《铸造标准汇编》中国标准出版社P329表4）④砂芯的排气本次铸造设计中，尺寸属于中型，可以通过设置排气道的工艺提高砂芯的排气能力.三．浇注系统设计根据铸件的材料为ZG35，属于铸钢的浇注，铸钢的特点是熔点高，易氧化，流动性差，在成型过程中收缩大，容易产生缩孔，缩松，热裂和变形等缺陷，因此，铸钢的浇注系统设计时多遵循顺序凝固原则，要求浇注系统结构简单，截面积大，使其充型快而平稳，内浇道引入位置不仅要形成有利于补缩的温度场，与冒口设置来共同保证获得较致密的铸件，也应尽量减少对铸件收缩的阻力，浇注系统一般要配合冷铁，补贴，工艺筋等工艺措施。对于大多数铸钢件，多采用柱塞包浇注工艺，其对钢水的保温性能好，阻渣能力强，其原理图如下：12由查表的得ρ=14.2×103kg/m3估算其质量m=166kg，风缸壁厚为18mm查表(参见《金属材料液态成型工艺》贾志宏主编P141表4-18)铸钢件用系数S1=1.2，技术要求高的壁薄铸件，系数减去0.1，所以S1=1.1，同理的S2=1.2（参见《金属材料液态成型工艺》贾志宏主编P141表4-18)所以可估算τ=S1（δm）1/3可得时间τ=34s符合表4-8中数值（20~50s）（参见《金属材料液态成型工艺》贾志宏主编P124表4-8)可得浇注速度V=1662/34=48mm/sV包=1.3V=62mm/s铸铁内液面的最小上升速度V升=1.25cm/sV包=υF包ρ（2gH）1/2F包=V包/υρ（2gH）1/213F包=3.6cm2根据∑F包∶∑F直∶∑F横∶∑F内＝1.0∶(1.8~2.0)∶(1.8~2.0)∶(2.0~2.5)得F直=7.2cm2F横=7.2cm2F内＝9cm2其浇注系统如下图所示：141—浇口杯，2—直浇道，3—横浇道，4—内浇道四．冒口设计（一）铸件冒口补缩设计原理1.冒口的作用冒口的主要作用是在铸件成型过程中提供由于体积变化而需要补偿的金属液，以防止在铸件中出现收缩类型的缺陷。铸件在液态成型过程中产生的需要补偿的体积变化主要有以下几种情况：由于膨胀而导致的型腔体积的增大；金属的液态收缩；金属的凝固收缩；其补偿作用如下图所示：151.缩孔；2.铸件；3.冒口2.冒口的设计原则（1）冒口设计的必要性分析：首先铸钢，合金铸件的生产应采用顺序凝固及冒口补缩工艺，从而需要设计冒口，其次风缸的表面的难以加工，所以对表面的要求很到，必须采用冒口（2）冒口位置选择原则①冒口的设置要符合顺序凝固原则。在风缸铸造中，设置冒口在两端热节最大的地方，防止产生缩松，缩孔。②设置冒口在端面出，使其最后凝固，从而保证了其他重要面的凝固。③在生产风缸中，冒口设计在端面出，易于切除。3.冒口的补缩距离本次设计中采用ZG25钢，铸钢件的补缩距离如下图：161.有效补缩距离；2.冒口区；3.末端区4.本次设计中，选用B形冒口，其补缩效果好，造型起模方便。5.冒口的计算由零件图可知，该铸件H0=60，热节圆dy=35，查表（参见《材料成型工艺基础》第三版P75表4-6）H0/dy﹤5，D=(1.5~1.8)dy可得D=60，d1=（1.3~1.5）d可得d1=56，d2=1.1d=44，H=（2.5~3）d=100，h=0.3H=30，L=20，根据零件图，可确定放四个冒口，两圆端面，和中间凸台处。根据以上参数可画出铸钢件冒口的比例图：17五．冷铁设计根据铸件的基本形状，尺寸，在热节较大的地方必须安装冷铁，使其定向凝固，减少其缩松，缩孔。1.冷铁位置：两端面底部，中间凸台底部。2.冷铁尺寸（参见《金属材料液态成型工艺》P185表5-9）（1）端面处：查表得δ=30mm（2）凸台处：δ=42mm其局部视图如下：18六．铸造工艺图:1.3浇注冒口；2.浇口杯；4.起模斜度；5.芯头；6.冷铁；7.型芯七．铸型装配图19八．铸造装配图及木模20合箱装配图木模（一半）21七．设计心得课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。课程设计是一件严肃的事情。在设计的过程中，要有一种责任感。回味这1周的设计历程，心中很难有什么强烈的喜悦感。总觉得自己离现实的要求还有很大的差距。我想，自己在机械方面知识掌握的还不够全面，最明显的就是对于细节把握得还不是很好，这是做设计的硬伤，在今后的学习过程中，要特别注意这方面的问题。这次设计差强人意的完成了设计任务书上和指导老师的的要求。通过课程设计，是我在一次懂的干任何事都必须耐心，细致。课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱，因为不小心我计算出错，只能毫不留情地重来。然而，回味这重来的过程，心中的确有一种自豪感，自己毕竟是