专业砂型铸造工艺设计

贵州大学本科毕业设计第1页第二章铸造工艺方案的确定2．1支座的生产条件、结构及技术要求产品生产性质——大批量生产零件材质——RuT300零件的外型示意图如图2.1所示，支座的零件图如图2.2所示，支座的外形轮廓尺寸为160mm*135mm*100mm，主要壁厚18mm，最大壁厚20mm，为一小型铸件；铸件除满足几何尺寸精度及材质方面的要求外，无其他特殊技术要求。图2.2支座零件图2．2支座结构的铸造工艺性零件结构的铸造工艺性是指零件的结构应符合铸造生产的要求，易于保证铸件品质，简化铸件工艺过程和降低成本。审查、分析应考虑如下几个方面：1.铸件应有合适的壁厚，为了避免浇不到、冷隔等缺陷，铸件不应太薄。2.铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意薄壁过渡和圆角铸件薄厚壁的相接拐弯等厚度的壁与壁的各种交接，都应采取逐渐过渡和转变的形式，并应使用较大的圆角相连接，避免因应力集中导致裂纹缺陷。3.铸件内壁应薄于外壁铸件的内壁和肋等，散热条件较差，应薄于外壁，以使内、贵州大学本科毕业设计第2页外壁能均匀地冷却，减轻内应力和防止裂纹。4.壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节。5.利于补缩和实现顺序凝固。6.防止铸件翘曲变形。7.避免浇注位置上有水平的大平面结构。对于支座的铸造工艺性审查、分析如下：支座的轮廓尺寸为160mm*135mm*100mm。砂型铸造条件下该轮廓尺寸允许的最小壁厚查《铸造工艺学》表3-2-1得：最小允许壁厚为3～4mm。而设计支座的最小壁厚为10mm。符合要求。支座设计壁厚较为均匀，两壁相连初采用了加强肋，可以有效构成热节，不易产生热烈。2.3造型，造芯方法的选择支座的轮廓尺寸为160mm*135mm*100mm，铸件尺寸较小，属于中小型零件且要大批量生产。采用湿型粘土砂造型灵活性大，生产率高，生产周期短，便于组织流水生产，易于实现机械化和自动化，材料成本低，节省烘干设备、燃料、电力等，还可延长砂箱使用寿命。因此，采用湿型粘土砂机器造型，模样采用金属模是合理的。在造芯用料及方法选择中，如用粘土砂制作砂芯原料成本较低，但是烘干后容易产生裂纹，容易变形。在大批量生产的条件下，由于需要提高造芯效率，且常要求砂芯具有高的尺寸精度，此工艺所需的砂芯采用热芯盒法生产砂芯，以增加其强度及保证铸件质量。选择使用射芯工艺生产砂芯。采用热芯盒制芯工艺热芯盒法制芯，是用液态固性树脂粘结剂和催化剂制成的一种芯砂，填入加热到一定的芯盒内，贴近芯盒表面的砂芯受热，其粘结剂在很短的时间内硬化。而且只要砂芯表层有数毫米的硬壳即可自芯取出，中心部分的砂芯利用余热可自行硬化。2.4浇注位置的确定铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置。确定浇注位置是铸造工艺设计中重要的环节，关系到铸件的内在质量，铸件的尺寸精度及造型工艺过程的难易程度。初步对支座对浇注位置的确定有：方案一如图2.3、方案二图2.4贵州大学本科毕业设计第3页图2.3浇注位置确定方案一图2.4浇注位置确定方案二确定浇注位置应注意以下原则：1.铸件的重要部分应尽量置于下部2.重要加工面应朝下或直立状态3.使铸件的答平面朝下，避免夹砂结疤内缺陷4.应保证铸件能充满5.应有利于铸件的补缩6.避免用吊砂，吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯，合箱及检验对于方案一如图2.3进行综合分析如下：贵州大学本科毕业设计第4页1.铸件的A面（如图2.3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。对于方案二如图2.4进行综合分析如下：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2.4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，方案二更加科学可行。2.5分型面的确定分型面是指两半铸型相互接触的表面。分型面的优劣在很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率。初步对支座进行分型有：方案一如图2.5、方案二图2.6、方案三图2.7图2.5分型面确定方案一贵州大学本科毕业设计第5页图2.6分型面确定方案二图2.7分型面确定方案三而选择分型面时应注意一下原则：1.应使铸件全部或大部分置于同一半型内2.应尽量减少分型面的数目3.分型面应尽量选用平面4.便于下芯、合箱和检测5.不使砂箱过高6.受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度贵州大学本科毕业设计第6页7.注意减轻铸件清理和机械加工量对方案一如图2.5进行综合分析如下：1.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。2.砂芯不能全部位于下半型内。3.上箱难于取出模样。对方案二如图2.6进行综合分析如下：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。对方案三如图2.7进行综合分析如下：此方案较之方案一与方案二更加科学可行。2.6砂箱中铸件数量及排列方式确定支座轮廓尺寸为160mm*135mm*100mm，单件质量约为4kg，因此看铸件为小型简单件。如果一箱一件生产则工艺出品率会较低，如此生产成本较高。所以采用一箱四件生产。这样工艺出品率大幅提高，生产成本也大大降低。初步选取砂箱尺寸由《铸造实用手册》查表1.5-45得：上箱为450*350*200mm下箱为450*350*200mm由《铸造实用手册》查表1.5-44得：a20e30f30铸件在砂箱中排列最好均匀对称，这样金属液作用于上砂型的抬芯力均匀，也有利于浇注系统安排，在结合已经确定分型面及浇注位置以及砂箱尺寸，基本确定铸件在砂箱内的排列如图2.8所示，其中模样的吃砂量基本确定为：a1=30a2=40e1=70e2=70f=35贵州大学本科毕业设计第7页图2.8砂箱中铸件排列示意图第三章铸造工艺参数及砂芯设计3.1工艺设计参数确定铸造工艺设计参数通常是指铸型工艺设计时需要确定的某些数据，这些工艺数据一般都与模样及芯盒尺寸有关，及与铸件的精度有密切关系，同时也与造型、制芯、下芯及合箱的工艺过程有关。这些工艺数据主要是指加工余量、起模斜度、铸造收缩率、最小铸出孔、型芯头尺寸、铸造圆角等。工艺参数选取的准确、合适，才能保证铸件尺寸精确，使造型、制芯、下芯及合箱方便，提高生产率，降低成本。3.1.1铸件尺寸公差铸件尺寸公差是指铸件公称尺寸的两个允许的极限尺寸之差。在两个允许极限尺寸之内，铸件可满足机械加工，装配，和使用要求。支座为砂型铸造机器造型大批量生产，由《铸造工艺设计》查表1-10得：支座的尺寸公差为CT8～12级，取CT9级。支座的轮廓尺寸为160mm*135mm*100mm，由《铸造工艺设计》查表1-9得：支座尺寸公差数值为2.5mm。3.1.2机械加工余量机械加工余量是铸件为了保证其加工面尺寸和零件精度，应有加工余量，即在铸件贵州大学本科毕业设计第8页工艺设计时预先增加的，而后在机械加工时又被切去的金属层厚度。支座为砂型铸造机器造型大批量生产，由《铸造工艺设计》查表1-13得：支座的加工余量为E～G级，取G级。支座的轮廓尺寸为160mm*135mm*100mm，由《铸造工艺设计》查表1-12得：支座加工余量数值为2.2mm，取2mm。但在分型面及浇注系统设置中，不得已将重要加工面底面朝上放置，这样使其容易产生气孔、非金属夹杂物等缺陷，所以将采取适当加大加工余量的方法使其在加工后不出现缺陷。将底面的加工余量调整为3mm。3.1.3铸造收缩率铸造收缩率又称铸件线收缩率，用模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示：ε=[（L1-L2）/L1]*100％ε—铸造收缩率L1—模样长度L2—铸件长度支座受阻收缩率由《铸造工艺设计》查表1-14得：受阻收缩率为0.9％3.1.4起模斜度为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免损坏砂型或砂芯。这个斜度，称为起模斜度。起模斜度应在铸件上没有结构斜度的，垂直于分型面的表面上应用。初步设计的起模斜度如下：外型模的A面（如图3.1所示）高15mm的起模斜度由《铸造工艺设计》查表1-15得：粘土砂造型外表面起模斜度为а=1°10＇,a=0.8mm外型模的B面（如图3.1所示）高115mm的起模斜度由《铸造工艺设计》查表1-15得：粘土砂造型外表面起模斜度为а=0°25＇,a=1.2mm但是同一铸件要尽量选用同一起模斜度，以免加工金属模时频繁的更换刀具。所以选用同一起模斜度为а=1°10＇,a=0.8mm由于A面，B面（如图3.1所示）均为非加工表面，因此起模斜度的形式选用增加和减少铸件尺寸的方法。贵州大学本科毕业设计第9页图3.1外型模起模斜度3.1.5最小铸出孔和槽零件上的孔、槽、台阶等，究竟是铸出来好还是靠机械加工出来好，这应该从品质及经济角度等方面考虑。一般来说，较大的孔、槽等应该铸出来，以便节约金属和加工工时，同时还可以避免铸件局部过厚所造成热节，提高铸件质量。较小的孔、槽或则铸件壁很厚则不易铸出孔，直接依靠加工反而方便。根据支座的轮廓尺寸160mm*135mm*100mm由《铸造工艺设计》查表1-5得：最小铸出孔约为6mm支座的孔Φ25（如图3.2所示）考虑加工余量后直径为19mm，厚度为23mm。该孔直径比较大，高径比也不大，则应该铸出。支座的孔Φ14（如图3.2所示）考虑加工余量后直径为8mm，厚度为27mm。该孔直径较小，高径比较大，不应该铸出，机械加工较为经济方便。贵州大学本科毕业设计第10页图3.2最小铸出孔示意图3.1.6铸件在砂型内的冷却时间铸件在砂型内的冷却时间短，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，铸件在砂型内应有足够的冷却时间。支座的冷却时间由《铸造工艺设计》查表1-25得：冷却时间为30～60min。3.1.7铸件重量公差铸件重量公差是以占铸件公称重量的百分比表示的铸件重量变动的允许范围。支座的公称重量约为4kg，尺寸公差为CT9级。由《铸造工艺设计》查表1-57得：支座的重量公差为MT14级。3.1.8工艺补正量在单件小批量生产中，由于选用的缩尺与铸件的实际收缩率不符，或由于铸件产生了变形等原因，使得加工后的铸件某些部分的壁厚小于图样要求尺寸，严重时会因强度太弱而报废。因此工艺需要在铸件相应的非加工壁厚上增加层厚度称为工艺补正量。但支座在大批量生产前的小批量试产过程中将进行调整，所以设计中不考虑工艺补正量。3.1.9分型负数干砂型、表面烘干型以及尺寸较大的湿砂型，分型面由于烘烤，修整等原因一般都不很平整，上下型接触面很不严。为了防止浇注时炮火，合箱前需要在分型面之间垫以石棉绳、泥条等，这样在分型面处明显增加了铸件的尺寸。为了保证铸件尺寸精确，在拟定工艺时为抵掉铸件增加的尺寸而在模样上减去相应的尺寸称为分型负数。而支座是贵州大学本科毕业设计第11页湿型且是小型铸件故不予考虑分型负数。3.1.10反变形量铸造较大的平板类、床身类等铸件时，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，在制造模样时，按铸件可能产生变形的相反方向做出反变形模样，使其于变形量抵消，这样在模样上做出的预变形量称为反变形量。而支座没有较大平板故基本不会产生挠曲变形，所以不用设置反变形量。3.1.11非加工壁厚负余量在手工粘土砂造型、制芯过程中，为了取出木模，要进行敲模，木模受潮时将发生膨胀，这些情况均会使型腔尺寸扩大，从而造成非加工壁厚的增加，使铸件尺寸和重量超过公差要求。为了保证铸件尺寸的准确性，凡形成非加工壁厚的木模或芯盒内的肋板厚度尺寸应该减少，即小于图样尺寸。为减少的厚度尺寸称为非加工壁厚的负余量。支座砂芯属于机器造芯，造型属于机器造型。故不用设置非加工壁厚负余量。3.2砂芯设计砂芯的功用是形成铸件的内腔、孔和铸件外型不能出砂的部分。砂型局部要求特殊性能的部分有时也用砂芯。支座砂芯的外型如图3.3所示。图3.3砂芯外型示意图3.2.1芯头的设计砂芯主要靠芯头固定在砂