我的永冠杯作品.docx

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1、“永冠杯”第六届中国大学生铸造工艺设计大赛参赛作品铸件名称：C-推进器框架自编代码：AC r y 1 s WYHRYL方案编号：摘 要21零件的工艺性分析21.1 金的化学成分，组织，性能及熔炼 1.2 零件的结构特点说明 1.3 应用特点1.4 不需要铸出的工艺孔和梢2铸造工艺方案确定2.1 铸型种类与造型及制芯方法的选择.42.1.1 铸型种类及造型方法的选择 42.1.2 制芯方法的选择 .42.2 分型面及浇注位置的确定 .42.3 铸造工艺参数.52.3.1 铸件最小铸出壁厚 52.3.2 铸件最小铸出孔 .52.3.3 铸件尺寸公差及加工余量.52.3.4 铸件收缩率.52.3.5

2、 起模斜度与分型负数.63砂芯的设计74浇注系统设计.84.1 直浇道的确定 .94.2 横浇道的设计94.3 内浇道的确定107结论.15参考文献16摘要铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，是现代装备制造业的基础共性技 术之一，在现今制造技术中占有重要地位。铸造是指熔炼金属、制造铸型并将熔炼金属 浇入铸型凝固后，获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成型方法。铸造 的主要优点是投资少，生产周期短，技术过程灵活性大，能制造形状复杂的零件；缺点 是铸件内部组织疏松、晶粒粗大，易产生缩孔、缩松，气孔等缺陷，逐渐外部易产生粘 砂、夹砂、砂眼等。铸件C-推进器框架，材质为ZL101,铸件

3、质量约37.52kg,为中空小型薄壁复杂铝 铸件。铸件外形尺寸为1222m丽1222m丽93.5mm,主要壁厚为 10mm,最小壁厚9mm。铸件采用机械砂型造型，选择吠喃树脂砂制芯。浇注系统采用顶部注入搭边式浇 注系统。分型面选在铸件最大截面处，置于上下平板中间。浇注位置选在铸件分型面 侧面。铸件沿长度方向一边浇注。铸件工艺出品率约65%。设计过程采用三维造型软件 Pro/E绘制出零件的三维图，然后在Procast软件中完成网格划分并模拟浇注和凝固过 程，观察模拟结果，验证工艺方案的合理性。通过对结果的分析模拟，最终铸造工艺可 获得质量良好的铸件，避免了缩孔、缩松等缺陷，符合零件的使用要求。1

4、 .零件铸造工艺性分析1.1 合金的化学成分，组织，性能及熔炼1.1.1 零件名称：铸件C-推进器框架1.1.2 材质：ZL101 (相当于国内 GB/T 1173-1995 )1.1.3物理性能合金代号ZL101A密度 P /g cm-32.68熔化温度范围/c55761320100 c时平均线膨胀系数a/ (m -K)21.4100 c 时比热容 c /J (kg K)-196325 c时热导率入/W (m K)-115020 c时电导率k /(%IACS)3620 c时电阻率P /n Q - m44.2ZL101各状态下力学性能:名称抗拉强度/ b b (MPa):伸长率/ 8 5(%)

5、:硬度/ (HB):S R K T4 态195560(5/250/30)J JB T4 态225560(5/250/30)S R K T5 态2354 70(5/250/30)SB RB KB T5 态2354 70(5/250/30)JB J T5 态2654 70(5/250/30)SB RB KB T6 态2752 80(5/250/30)JB J T6 态2953 80(5/250/30)1.1.3: ZL101化学成份:牌号成分SiMgTiFeZL101含量(%)6.57.50.250.450.080.200.21.1.4 .熔炼工艺1、熔炼准备清炉和洗炉(电阻炉或中频灼)预热柑涡及

6、熔炼工具到200-3000C ,然后喷刷涂料。清理和预热炉料。准备熔剂。配料计算，由于熔炼中Si和Mg的烧损很大，合金成分含量变化大，故配料时 应按标准成分上限计算。2 .装料装料的顺序为:回炉料，Al-Si中间合金或ZL102合金，纯铝锭。3 .熔化及精炼炉料装完之后，升温熔化。待炉料全部熔化后，除渣并加入熔剂。当温度达到 680c时，用钟罩将预热到200-300 C的金属镁块或Al-Mg中间合金压入熔池的一定深 度处并缓慢回转和移动，时间为 3-5min。然后升 ill 730-75O t,用占炉料总质量 0.7% 0.75%的C2C1 0分2-3次用钟罩压入合金液内精炼合金液，总时间为1

7、0-15min,缓慢在炉内烧圈。待精炼完成后静置1-2min,取试样做炉前分析。4 .变质处理当合金液温度达到730-750 C时，用占炉料总质量1.5%-2.5%的三元变质剂做变质 处理，变质时间为15-18min5 .浇注当变质完成后除渣并搅拌，然后静置5 -10min o当温度达到760c时，扒渣出炉 浇注。1.2零件的结构特点说明：本铸件是一个中空小型薄壁复杂铝合金铸件，材质为ZL101,铸件质量约为37.52kg。铸件外形尺寸为1222mm 1222mm160-250L422.81000-16002.845,51600-25003.24.562500-40003.557根据铸件的尺寸

8、公差等级要求的机械加工余量等级及铸件的最大轮廓尺寸确定加 工余量的数值，不同情况下铸件的机械加工余量的计算方式不同。本铸件需要进行机 械加工的表面包括：凸台外面的机械加工、内腔的机械加工以及铸件 或铸件某一部 分的侧面的机械加工三种情况。图2.3加工余量的设置表2.2各种加工余量计算结果加工面所属类型计算公式最大尺寸加工余量 等级RAMCT加工余量1铸件侧面6=RMA +CT/21222F477.52凸台6=2RMA +CT / 2185F277.53内腔（孔）2 2RMA -CT / 2185F277.54内腔2 TRMA -CT / 2129F1.576.55顶囿6=RMA +CT / 2

9、1222E2.876.5参数说明：RMA一要求的机械加工余量，CT铸件尺寸公差。2.3.4 铸造收缩率铸造收缩率又称作铸件线收缩率，用模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表 示4:L1 -L2；=12 100%L i误！未找到引用源。式中L 1模样工作面尺寸；L 2铸件尺寸。表2.3非铁合金铸件的线收缩率（。【铸造手册第5卷表3-69合金不恢铸件线收缩率受阻收缩自由收缩锡青铜1.21.4无锡青铜1.6-1.82.0-2.2硅黄铜1.6-1.71.7-1.8住黄铜1.8-2.02.0-2.3专口也，口金0.8-1.01.0-1.2铝铜合金1.41.6铝镁合金1.01.3铸造收缩率是铸件从线收缩

10、开始温度冷却到室温时的相对线收缩量，为了 获得尺 度精度较高的铸件，在计算成型尺寸时，需要结合收缩率进行计算，选取数值时，要 参考影响收缩率的多个因素在给出的范围内做相应的修正确定。根据该零件的结构，金 属液在凝固之后的冷却过程中的收缩偏向于“自由收缩”；影响铸件线收缩率的主要因 素是铸件的结构复杂程度和尺寸的大小。本铸件属于复杂薄壁的铸件，且用普通砂造 型，铸件的收缩阻力较小，因而其线收缩率较大。为获取尺寸精确的铸件，必须选择 适宜的铸造收缩率，铸铝件自由收缩率为1.01.2%,取1.1%3。2.3.5 起模斜度与分型负数1 .起模斜度当铸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

11、时给出铸件的起模 斜度，以保证铸型的起模。起模斜度的设置方式有“增加厚度法”、“减小 厚度法” 和“加减厚度法”。本设计采用“增加厚度法”在砂芯的外表面上设置 起模斜度，如 图3.13所示。1g据文献1,树脂砂造型时砂芯上的起模斜度如表本铸件的起模斜度 设计结果如表3.5所示。表2.3粘土砂造型时，模样 砂芯外表面的起模斜度测量向图度mm起模斜度a起模斜度a/mm401000 301.0表2.4模样砂芯外表面表2.4粘土砂造型时，模样 砂芯凹处内表面的起模斜度测量向图度mm起模斜度a起模斜度a/mm401001 502.0表2.5模样砂芯凹处内表面2 .分型负数造型时，由于起模后的修型和烘干过

12、程中砂型的变形引起分型面凹凸不平，使 合型不严密，为防止浇注时从分型面跑火，合型时需在分型面上放耐火泥条或石棉 纯，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。为了保证铸件尺寸符合图样要求，在模样上必须减去相应的高度，减去的数值 称为分型负数。本铸造工艺采用的是湿型砂铸造，而湿型一般不留分型负数。所以分型负数取零。经过上述选择及分析计算，确定铸件形状如图2-2所示:图2-4铸件三维图3 .砂芯设计铸件的内腔完全由砂芯形成。砂芯完全靠芯头固定在砂型上，对于垂直砂芯， 为了保证其轴线垂直，牢固地固定在砂型上，必须有足够的芯头尺寸，水平砂芯还 必须考虑砂芯的重力和金属液的浮

13、力的影响。根据铸件的结构，本铸件主要内腔采用组合砂芯，砂芯内须加入芯骨以提高砂 芯的刚度。所以，具体三维砂芯设计如下图：图3.1三维砂芯设计图根据铸造手册第5卷，查表3-91 3垂直芯头高度、表3-903垂直芯头的斜度、 表3-893垂直芯头的顶面与芯座的间隙、表 3-923芯头斜度和芯头与芯座间隙。芯 头尺寸参数如图3-1所示：表2.6芯头尺寸芯头芯头L芯头直径D芯座间隙S垂直芯头高度垂直芯头斜度hh1hh1I50500.5201531.5R50200.5201531.5m65870.5251542IV651321.0251542图3-3芯头结构三维示意图4 .浇注系统设计4.1 浇注系统结

14、构类型铝合金质轻，热容量小，导热快，温度降低快，极易氧化和吸气，且氧化物的密度 与铝液相近，混入铝液中的氧化物很难浮起，易引起夹杂；凝固时收缩率大，易产生缩 孔和缩松。对浇注系统要求是：快速、平稳充型，不产生飞溅、冲击和涡流，有强的挡 法能力，选开放式浇铸系统。根铸造工艺手册第五卷由表3-146铝合金铸件的材料得，各单元截面比为 A直：A横：A内=1:2:3。4.2 浇注系统引入位置的确定浇注系统的引入位置影响到浇注系统结构类型的确定，同时对液态金属浇铸位置， 我们选择的是中间注入，因为它适应于薄壁中空铸件，充型快而平稳5 .浇注系统结构尺寸的确定5.1 浇注时间的计算t为浇注时间（小型手册）

15、，对于重量小于450kg的形状复杂薄壁铸铝件： t = s g其中，t 浇铸时间（s）；Gl 型内金属液总重量，包括浇注系统重量（kg）;S 浇注时间系数，取决于铸件壁厚。GL = G=3752=57.7kg （G铸件质量；k铸件工艺出品率）； k 65%由下表查得铸铝合金浇注时间系数S在1.82.0,取S=1.8壁厚（mm0-1011-2021-4040S灰铁1.111.441.661.89S铜合金0.65-0.700.75-0.800.90-1.01.10-1.20S铝合金1.8-2.02.2-2.42.6-2.83.0表2.7系数S和铸件壁厚的关系（参考文献6） 代值得浇注时间t=13.

16、6s 。5.2 浇注系统截面的确定 截面比法设计步骤：1.选择浇注系统类型2确定浇3确定浇铸位置 一铸时间4.选择流量 损系数铸件浇注系统中的最小阻流截面面积，由奥赞公式计算:Am=G= (cm2)错误！未找到引用源。7t2gHp式中：G L型内金属液总重量，包括浇注系统重量(kg);GL = G=3752=57.7kg (G铸件质量；k铸件工艺出品率)； k 65%t浇注时间(S)；。一一密度(Kg/cm2)g重力加速度(g=981cm/s2)世流量损耗系数取0.5 ;HP平均压力头，单位为cmHP = HI-0.125 降H为内浇道至浇口杯液面的高度，根据查表 4-98得砂箱长度方向上的最

17、小吃砂量 a=30 mm因为零件最大长度为1222mm所以砂箱长度为1282 mm根据表4-99得，砂 箱高度取300mm HC为浇注位置铸件总高度即铸件型腔高度93.5mm分型面到浇口杯的 高度H=380mm入上式经计算可得HP=36.8cni将金属浇注质量、系浇注时间及平均压力头带入奥赞公式，求得铝合金铸件浇 注系统直浇道最小截面积的计算式为：AmGl*2gHp= 11.7cm2错误！未找到引用源。由最小阻流断面11.7cm2,由此可确定可确定直浇口(最小阻流断面)为11.7cm2,求得直浇道最小断面直径 ？40mm?38mm设计中取最小直径？40mm。浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道等各单

18、元最小处的总断面积中，内浇道的总断面 积应该最大，使得浇注系统易于充满，补缩效果好。根据铸造工艺手册第五卷表 3- 146,由铸件的材料得，断面比=A直：A横：A内= 1:2:3,得到内浇道最小处的总断面积A直=11.7 cm2,从而得到：A内=35.1 cm2, A横2=23.4 cm o(1)内浇道尺寸内浇道的功能是控制充型速度和方向，分配金属液，调节铸件各 部位的温度和凝固顺序，浇注系统的金属液通过内浇道对铸件有一定的补缩作用。内浇 道在铸件上的位置和数目的确定应服从所选定的凝固顺序或补缩方法。本铸件的内浇道设在厚壁处从顶部注入，并通过冒口，让金属液先流经冒口再引入 型腔。通过冒口是为了

19、使铸件顺序凝固，更能提高冒口的补缩效果。内浇道的数量为 两个，根据文献1中表3-236,我们选用I型内浇道。因为这种扁平型的内浇道易于 清理，能提高横浇道的挡渣效果。A内=35.1 cm2,因为设计两个内浇道，所以，一个 内浇道的面积为17.55cm2, a=70mm, b=55mm, c=28mm。其示意图如图4.4所示图4. 1内浇道示意图(2)横浇道尺寸 横浇道是指从直浇道的末端到内浇口前端之间的通道，横浇道需 要提供稳定 的金属液流，对金属液的流动有较小的阻力。本铸件采用梯形截面的横浇 道，有利于横浇道余量顺利脱出，在生产实践中很常用。根据横浇道的计算面积 A横= 23.4 cm2,设

20、计a=45mm, b=40mm, c=55mmi横浇道的示意图如图 4.5所 示：横浇道图4.2道示意图(3)直浇道尺寸直浇道会引导从浇口杯金属液向下，进入横浇道、内浇道或直接 导入型腔，提供足够的压力头，使金属液在重力的作用下能克服各种流动阻力，在规定 的时 间内充满型腔。直浇道通常做成上大下小的锥形，等断面的柱形和上小下大的倒 锥形。根据直浇道的计算面积A直=11.7 cm2 ,直浇道的截面如图4.6所示。根据铸件 的实际情况，设计 D=40mm, D二48mm, L=225mm。宜浇道图4.3直浇道示意图5.3浇口杯的设计5.3.1 浇口杯的类型及制作浇口杯的作用是：接纳来自浇包的金属液

21、，便于浇注；缓和金属液的冲击，把金属 液较平稳地引入直浇道；阻挡金属液中溶渣和防止气体卷入直浇道；对一些高件、大 件、重要件，当砂箱高度不够时，可起到提高压力头作用。浇口杯形状有两大类：一类是漏斗形，另一类是池形。漏斗形浇口杯的优点是结构 简单且制做方便，节约金属，利于充型，机器造型中也被广泛应用，一般用于小型铸 件。池形浇口杯的优点是容积大，接纳的金属液多，挡渣作用较好，主要使用于中大型 铸件。本铸件重量较小，大量生产，机械造型，采用漏斗形浇口杯，在砂型中直接挖 出，操作方便。5.3.2 浇口杯尺寸由铸造工艺手册第五版表3-190定浇口杯尺寸如下图：a=80mm,b=80mmF连直径 为40

22、mm的直浇道大端漏斗形浇口杯示意图综上数据可设计出浇注系统三维图，图中的黄色部分便为浇注系统6铸造工艺设备6.1 砂箱砂箱是铸件生产中的必备的工艺装备之一。正确的设计和选择适合的铸造生 产需要的砂箱，对日益发展的铸造生产，具有很大的实用价值。6.1.1 砂箱类型的选择本铸件采用整铸式砂箱，材料选择为灰铸铁。铸铁砂箱应用最广，材料成本 低，制造方便，强度、刚度较高。砂箱造型为手工造型用砂箱，砂箱按重量和尺 寸选择大型吊运式砂箱。6.1.2 砂箱结构根据铸件和浇注系统在砂箱中的位置，设计上砂箱的名义尺寸为1400mmx1400mmx300mm,下砂箱的名义尺寸为1400mmx 1400mmx300

23、mm （长度x宽 度x砂箱高度），铸件在砂箱中的位置如下图所示。图6.1上砂箱三维图图6.2下砂箱三维图如上图所示，图6.1为上砂箱三维图，图中黄色部分是浇注系统在沙箱中的位 置，直浇道直通到砂箱顶部，浇口杯可选择直接用钻头在上砂箱直浇道口钻出来。图 5.2 为下砂箱三维图，图中红色为大小两种芯头图6.3沙箱平面二维图参考文献1刘瑞玲、范金辉主编.铸造实用数据速查手册M北京：机械工业出版社，2006.9:582陈琦，彭兆弟.实用铸造手册.M.北京：中国电力出版社，2009.3中国机械工程学会铸造分会编。铸造手册第5卷M.北京：机械工业出版社，2006.1: 45140.4王文清，李魁盛.铸造工

24、艺学M.北京：机械工业出版社，2002.1。2903055 联合编写组编.砂型铸造工艺及工装设计M.1980.8第1版6 陕西机械学院铸造教研室炉型中频熔炼炉CA推进器框架工艺卡材质ZL101浇注系统砂型种类收缩 率1.1%净重(kg)37.52/形状尺寸cm2数量外型面砂树脂自 硬砂模型种类木 模毛重(kg)57.7直浇口圆形11.71背砂树脂自 硬砂数量2总重(kg)57.7横浇口梯形23.41泥芯面砂树脂自 硬砂造型 方法手工造型收得率(为65%内浇口扁平 型35.12背砂树脂自 硬砂排气方法排气通道浇注温 度C)浇注 时间13.6 s冷却 时间上砂箱 尺寸1400X1400X300mm

25、下箱尺寸1400X1400 x 300mm制芯制芯编号数量通气方式通气孔通气孔通气孔通气孔上下道工序炉料浇注方式落砂振动落砂添加剂无热处理无模型要求：1、铸件不得有砂眼、气孔、裂纹和激冷拐角等缺陷。2、除非特别说明，未铸造圆角为 |R12;凡有加工符号尺寸必须酌加加工余量。3、球化等级需达 4级以上；铸造尺寸公差等级 GB/T6414 1999CT7。 造型操作要求：1、吠喃树脂砂造型。2、适当增加吃砂量，提高铸型刚度。浇注要求：1、球化处理后金属液不能停留时间过4,应合理控制时间进行浇注。2、金属液出炉温度应控制在1500c|,浇注温度控制在11360C,悦注时间不能长 于1分钟。3、避免漏包浇注是热传导、热辐射和铁水喷溅对工人造成伤害。清理技术要求：1、去毛刺，锐边锐角倒钝。2、清理时要留下后续加工余量，后续加工完成时铸件表面应满足粗糙度等要 求。3、对于冷铁激冷位置可能出现的裂纹进行焊补矫形。