25行星齿轮衬套的铸造工艺设计.pdf

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1、 1 行星齿轮衬套的铸造工艺设计 行星齿轮衬套的铸造工艺设计 1 引言 1 引言 铸造工艺设计就是根据铸造零件的结构特点，技术要求，生产批量和生产条件等， 确定铸造工艺方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等技术文件的过程，在进 行铸造工艺前，设计者应掌握生产任务和要求，熟悉工厂和车间的生产条件。此外要求 设计者有一定的生产经验和设计经验， 并应对铸造先进技术有所了解具有经济观点和发 展观点。因为现代科学技术的发展，拓展了铸造技术的应用领域，同时也提高了对金属 铸件的要求，不仅要求铸件具有高的力学性能，尺寸精度和低的表面粗糙度值；要求具 有某些特殊性能，如耐热，耐蚀，耐磨等，同时还要求生产

2、周期短，成本低。 铸造工艺设计人员在设计的过程中应时刻关心铸件成本，节约能量和环境保护问 题。从零件结构的铸件工艺性的改进，铸造，造型，造芯方法的选择，铸造方案的确定， 浇注系统和冒口的设计，直至铸件清理方法等，没到工序都与上述问题有关。采用不同 的工艺，对铸造车间或工厂的金属成本，熔炼金属量，能源消耗，铸件工艺出品率和成 品率，工时费用，铸件成本和利润率等都有显著的影响。铸件工艺设计应该是追求以最 少的成本和损耗生产出质量质量最好，竞争品质最强的铸件产品。 此次毕业设计目的是通过在铸造工艺分析的过程中梳理大学四年中学到的专业知 识，学会发现问题并运用所学的知识来解决实际问题。通过毕业设计巩固

3、和拓展自己的 专业知识，熟悉铸造工艺设计的流程，领略铸造工艺设计的要领，体验铸造工艺设计工 作的内涵，为即将步入社会，走向工作岗位做最后的准备。 1.1 课题背景 1.1 课题背景 在科学技术迅猛发展的今天，由于铸造成形工艺的特殊优势，有些复杂结构件目前 尚无其他制造工艺可替代。铸造工艺仍是最经济且便捷的金属成形工艺。随着全球经济 一体化，在国际间的合作日益密切、竞争日趋激烈之时，中国汽车铸造业应更充分地发 挥铸造资源优势，发展自己的铸造工业。 在科学技术迅猛发展的今天，由于铸造成形工艺的特殊优势，有些复杂结构件目前 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h

4、o p 106053519.t a o b a o .c o m / 2 尚无其他制造工艺可替代。铸造工艺仍是最经济且便捷的金属成形工艺。随着全球经济 一体化，在国际间的合作日益密切、竞争日趋激烈之时，中国汽车铸造业应更充分地发 挥铸造资源优势，发展自己的铸造工业。 1.1.1 中国铸造业现状 中国是当今世界上最大的铸件生产国家，据资料介绍，我国铸造产品的产值在国民 经济中约占 1%左右。最近几年，铸件进出口贸易增长较快，铸件的产量已达到 9%左右。 我国铸造厂点多达 2 万多个，铸造行业从业人员达 120 万之多。“长三角”地区的铸件 产量占全国的 1/3，该地区主要以民营企业为主，汽车和汽

5、车零部件行业的发展有力地 拉动了铸造行业的发展。万丰奥特是亚洲最大的铝合金车轮企业，年产值超过 10 亿元， 出口额达 6 000 美元。昆山富士和机械有限公司生产汽车发动机和制动系统的铸件，年 产量达 4 万 t，销售收入 5.5 亿元。华东泰克西是一个先进的现代化气缸体铸件生产企 业，具有年产 100 万件 轿车气缸体铸件能力。山西是铸造资源大省，有丰富的生铁、煤炭、铝镁、电力、 劳力资源、使山西的铸造产业有得天独厚的优势，具有 500 个铸造企业，80%为民营企 业。山西国际、河津山联、山西华翔年产量分别达 4 万 t、2 万 t、12 万 t。“东三省” 有一汽集团、 哈飞集团等骨干汽

6、车企业带动了汽车铸件产量的增长。 一汽集团铸造公司， 已经形成 40 万吨铸件的生产能力。辽宁北方曲轴有限公司，到“十一五”末将形成年 产 15 万台发动机、100 万件曲轴、产值 20 亿的曲轴生产基地。“珠江三角洲”压铸行 业发达，有 700 多个压铸企业，年产量达 20 万 t。东风日产、广州本田、广州丰田和零 部件企业有力带动了压铸业的发展，轿车气缸体、气缸盖的压铸件产量逐年增长。 1.1.2 国外铸造业现状 近几年来，全球铸造业持续增长，2004 年铸件产量比上一年度增长 8.4%，中国生 产铸件 2242 万吨，全球排名第一，比上一年增长 23.6%。全球十大铸件生产国的产量与 增

7、长率见表 1。从表 1 可见，2004 年中国的铸件产量约占全球铸件产量的 1/4。巴西铸 件产量增长最快，达到 25.8%。2003 年进口铸件占总需求的 1 5%，进口铸件的价格比美 国国内低 20%50%。近年来因铸造环保要求高、能源消耗大、劳动力昂贵等原因，美国 大型汽车公司生产普通汽车铸件的铸造厂纷纷关闭， 逐步将铸件的生产转向中国、 印度、 墨西哥、巴西等发展中国家。日本的铸造业不景气，其从业人员在减少。2004 年日本铸 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 3 件总产量为

8、 639 万吨， 其中灰铁件占 42%、 球铁件占 30%、 铸钢件占 4%、 铝合金件占 21%。 从需求上看，球铁铸件和铝铸件的需求在增长。日本铸造界在技术创新方面作了大量工 作，开发了球型低膨胀铸造砂、高减振铸铁材料、中硅耐热球铁等材料。其真空压铸的 铸件能焊接和热处理，半固态铸造生产用于汽车铝轮毂，提高了强度和伸长率。镁合金 压铸进一步发展，并取代重力铸造，其性能提高，成本降低。 。增长率超过 2 位数的国 家有巴西、中国、墨西哥、印度，都是发展中国家。而发达国家的铸件增长率普遍较低。 美国铸件产量自 2000 年以来， 已经退居到第 2 位。 2004 年美国铸件总产量为 1231

9、万吨， 其中灰铁件占 35%、球铁件占 33%、铸钢件占 8.4%、铝合金件占 16%。从需求上看，球 铁铸件和铝铸件的需求在增长。 1.1.3 砂型铸造成形技术 潮模造型经过手工紧实一震击+压实紧实高压+微震紧实气冲紧实静压紧实 几个发展阶段。静压造型技术的实质是“气中预紧实+压实”，其有以下优点：铸型轮 廓清晰，表面硬度高且均匀，拔模斜度小，型板利用率高，工艺装备磨损小，铸型表面 粗糙度低，铸型型废率低。因此，是目前最新、最先进的造型工艺，并已成为当今的主 流紧实工艺。目前，高压造型和单一气冲造型已逐渐被静压造型所替代，原先高压造型 线和气冲造型线的主机已逐渐更新为静压造型主机， 新建铸造

10、厂均首选采用静压造型技 术。当前，国外比较有名的制造静压造型设备的厂家有德国的 KW 公司、HWS 公司和意大 利萨威力公司。国内汽车铸造厂家大都选用 HWS 公司或 KW 公司制造的设备，如一汽铸 造公司、东风汽车铸造厂、上海圣德曼铸造公司、华东泰克西、山西三联、广西玉柴、 无锡柴油机厂等。 1.1.4 制芯技术 目前，国内外汽车铸造制芯有 3 种制芯工艺，在现代汽车铸造中常并行采用的主要 工艺有热芯盒制芯、壳芯制芯、冷芯盒制芯等，传统的合脂或油砂制芯已被淘汰。冷芯 盒技术工艺有两个特点：一是硬化速度快，初始强度高，生产率高；二是砂芯尺寸精度 高，可满足生产薄壁高强度铸件的砂芯。因此，制芯工

11、艺技术有以冷芯盒技术为主的发 展趋势。一汽铸造公司、东风汽车铸造厂、上海圣德曼铸造公司、华东泰克西、山西国 际铸造公司等均采用冷芯盒制芯技术。最先进的制芯工艺是结合锁芯（Key Core）和冷 芯盒等技术的制芯中心，整个射芯、取芯、修整毛刺、多个芯子定位组合成一体、上涂 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 4 料、烘干等工序，全部用一台或多台制芯机与机械手自动化完成。国外比较有名的制芯 中心生产厂有西班牙 LORMENDl 公司、德国 Laempe 公司和 Hottinger 公司、意

12、大利 的 FA 公司等。东风汽车铸造厂、一汽铸造公司、上海圣德曼铸造公司、华东泰克西、 上海柴油机、洛拖二铁、潍柴、江西五十铃等均采用冷芯盒制芯中心技术。 1.1.5 铸铁熔炼技术 目前，国内外铸铁熔炼技术有两种主要方式：一是采用大型热风除尘冲天炉与工频 保温炉双联熔炼工艺；二是采用中频感应电炉熔炼工艺技术。美国因达公司和彼乐公司 生产的中频炉技术开始越来越受到重视，该技术日益成熟，其清洁、环保、节能、高效、 安全的优势突出，是今后发展的方向。因此，铸铁则由过去用工频炉熔炼逐步过渡到用 高效省电的中频电炉熔化。一、汽铸造公司、东风汽车公司采用因达公司和彼乐公司生 产的中频炉和保温炉技术，已经开

13、发应用球化剂、孕育剂、蠕化剂和其他各种添加剂产 品，形成商品化、标准化、规格化、系列化。铸铁孕育多用带光电控制的随流孕育机。 新开发出的喂丝球化方法及其与现代化检测技术相结合的 SINTER CASTZ 艺是铸铁球 化及蠕化处理的一种很有优势的工艺， 应用者日益增多。 国外金属炉料经过破碎、 净化、 称量，大大提高熔化效率和铁水质量。国内的天津丰田、天津勤美达、苏州勤美达等铸 造厂已对炉料采用破碎处理工艺。 1.1.6 铸造过程计算机应用技术 随着汽车铸造技术的快速发展，为缩短铸件生产准备周期和降低新产品开发的风 险，采用快速原型技术、计算机仿真模拟、三维建模、数控技术的应用越来越广。快速 原

14、型技术在铸造生产中的应用有了很大的发展。 它除了应用开发新产品试制用的模具及 熔模铸造的蜡模外，还可以制做酚醛树脂壳型、壳芯，可以直接用来装配成砂型。国外 公司在接到客户提供三维 CAD 数据后，根据不同的产品结构，最快可在 3 周时间内为 客户提供铸件。模拟造型过程正在成为国际汽车铸造关注的前沿领域之一，清华大学、 日本新东工业等对湿型砂紧实过程进行模拟。值得注意的是，德国亚琛工业大学、清华 大学正在对射芯过程进行数据模拟。国内汽车铸造业 CAD-CAM-CAE 一体化设计开发 得到充分应用，特别是 CAE 凝固模拟虚拟技术，应用 Magma、华铸软件对新产品的铸 件充型、凝固的温度场和流动

15、场模拟分析处理，预测和分析铸件的缺陷。铸造专家系统 得到进一步应用，如型砂质量管理、铸造缺陷分析、压铸工艺参数设计及缺陷诊断。 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 5 1.1.7 铸造检测技术 铸造检测技术是保证铸件质量的关键手段。铸件尺寸检查，有常用的检查卡具、卡 板，有专用的检测夹具。对于气缸体、气缸盖等复杂件，采用三坐标仪自动测量铸件尺 寸和超声波仪检测铸件的壁厚。无损检测技术的应用越来越广，对重要件时常采用荧光 磁粉检测表面裂纹；采用超声波或音频检测球铁的球化率；采用涡流检测铸

16、件的基体组 织（珠光体含量）。为满足重要件的检测要求，可将上述 3 项检测仪器组合成一条自动 检测线。 采用X射线检测铸件内部的缩孔与缩松缺陷， 日本本田对球铁转向节铸件100% 用 X 射线探伤：采用工业内窥镜检测铸件内腔质量，气密性渗漏检测。化学成分检测， 真空直读光谱仪和碳硫测定仪在炉前、 炉后铁水质量上得到普遍应用.微量元素和气体元 素 N、O、H 的分析得到重视：炉前快速热分析得到推广应用，快速预报铸铁的碳硅当 量、孕育效果、基体组织和力学性能。 1.1.8 绿色铸造技术 “绿色铸造”是使铸造产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理整个产品的 生命周期中，对环境的负面影响最小，资

17、源效率最高。铸造行业历来被认为是高能耗、 高污染的行业，要不断开发新的节能、清洁、低排放、低污染的铸造材料以投入生产使 用。对于树脂，要想办法降低游离甲醛和游离酚等有害物质的含量；逐步加大冷芯盒技 术应用，以减少树脂砂对环境的影响，实现达标排放：降低热芯盒、壳芯砂的固化温度， 制芯工艺由热芯盒法向温芯盒法转变，以节约能源。我国汽车铸造厂每年消耗新砂近千 万吨，旧砂排放的污染，以及新砂资源大量的耗费，不堪重负，因此旧砂的再生利用技 术势在必行。先进工业国家废砂排放量降到 10%以下，在欧洲、日本等地区旧砂的再生 利用技术得到广泛应用。哈尔滨东安汽车发动机公司引进意大利的热法再生设备，已在 生产中

18、应用。一汽铸造公司引进日本技术，热法再生和机械再生结合，处理芯砂和型、 芯砂混合砂已在生产中得到应用。目前，东风汽车公司也正在加速旧砂再生技术开发应 用工作。加大废钢及回炉料的利用，以减少新生铁和铝资源的耗费。汽车铸造业面向循 环经济的铸造技术，要以循环经济 3R 为行业准则，即以减量化（Reduce）、再利用 （Reuse）、再循环（Recycle）来开展工作。 2 论文任务 2 论文任务 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 6 第一部分 根据衬套的材料性能、结构特点、生产条件来确定

19、铸件的浇注位置和分型面 位置。确定铸件的铸造收缩率、机械加工余量、起模斜度、最小铸出孔和槽和铸造圆角 等工艺参数。确定砂芯种类，芯撑种类和尺寸，根据砂芯结构特点确定是否需要芯骨和 芯骨的种类大小。确定芯头形式计算出芯头的高度、斜度和芯头与芯座之间的间隙。画 出铸造工艺图。 第二部分 确定该铸件浇注系统的类型，计算出浇口杯 直浇道、横浇道、内浇道、冒口 的各个尺寸和断面积。画出浇注系统图 第三部分 分析铸造工艺装备设计，根据设计原则，选择造型方法，确定型砂材料和比 例，沙箱、模样材料和尺寸。 3 铸造工艺图 3 铸造工艺图 铸造工艺图是操作者在造型操作过程中具体的指导文件。铸造工艺图上规定了分

20、型画、分模面、浇冒系统位置及形状大小、工艺余量、砂芯轮廓形状和尺寸、铸肋、造 型方法及其他有关的技术要求。造型操作者可按照工艺图制造砂型和砂芯，以及装配铸 型和合型，同时铸造工艺图也是检查人员进行检查验收的依据。铸造生产时，首先要根 据铸件的结构特征、技术要求、生产批量、生产条件等因素，确定铸造工艺方案。其主 要内容包括浇注位置、分型面、铸造工艺参数（机械加工余量、起模斜度、铸造圆角、 收缩率、芯头等）的确定，然后用规定的工艺符号或文字绘制成铸造工艺图。铸造工艺 图是指导铸造生产的技术文件，也是验收铸件的主要依据。 图 3-1 衬套零件图 华天des i g n 华天des i g n h t

21、 t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 7 图 3-2 衬套三维视图 3.1 零件的结构材料性能分析 如图 3-1 图 3-2 所示， 该衬套总体为圆柱型，总高度为 170mm，顶部平面是直径 为 160mm 的圆，圆上有 4 个直径为 8mm 的小孔。侧面有宽为 15mm、深为 12mm 的槽，中 间孔直径分别为 36mm、48mm。 衬套原材料为 HT200。由铸造合金及其熔炼表 6-2 可知其化学成分如下： C 3.23.5% ；Si 1.5-1.8% ；Mn 0.8-1.0% ；S 0.12 ；P 0.15。 HT200 的抗拉强度为

22、 200MPa 弯曲应力0.49MPa,该衬套材料为 HT200， 是年生产量 200 件的小批量生产， 可以确定该衬套为 手工砂型铸造,衬套磨损了，可以方便更换。如果不用衬套，磨损后，更换的是零件。 现在更换的是衬套（设计时，就将衬套硬度降低，是其在摩擦副中成为承磨件。 ） 。因其 加工方便， 更换成本低， 也易换。 抗拉强度和塑性低， 但铸造性能和减震性能好， 用 HT200 制作机器设备上的衬套时，能有效地吸收机器震动的能量；有良好的润滑性能；还有良 好的导热性能，此外其熔炼也比较方便。其流动性能良好，线收缩率和体收缩率较小， 铸件不易产生缩孔。 3.2 浇注位置的确定 浇注位置是指浇注

23、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 中重要的一环，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，因此 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 8 往往须制定出几种方案加以分析，对比择优选用。浇注位置与造型（合箱）位置、铸件 冷却位置可以不同。 生产中常以浇注时分型面是处于水平垂直或倾斜位置，分别称为水平浇注垂直 浇注或倾斜浇注，但这不代表铸件的浇注位置的函义。浇注位置一般于选择造型方法之 后确定.根据合金种类,铸件结构和技术要求,结合选定的造型方法,先确

24、定出铸件上质 量要求高的部位(如重要加工面,受力较大的部位,承受压力的部位等).结合生产条件估 计主要废品倾向和容易发生缺陷的部位(如厚大部位容易出 现收缩缺陷.大平面上容易 产生夹砂结疤。薄壁部位容易发生浇不到,冷隔.薄厚相差悬殊的部位应力集中,容易发 生裂纹等).这样在确定浇注位置时,就应使重要部位处于有利的状态,并针对容易出现 的缺陷, 采取相应的工艺措施予以防止。 根据对合金凝固理论的研究和生产经验,确定浇注位置时应考虑以下原则： 1）铸件的重要工作面或主要加工面朝下或位于侧面。 2）铸件的厚大部分应该放在顶部或在分型面的侧面。 3）铸件的大平面朝下。 4) 应有利于铸件的补缩.。 5

25、) 应使合箱位置,浇注位置和铸件冷却位置相一致。 。 根据以上原则最终确定衬套的浇注位置。这样浇注位置便于起模和安放冒口而且有 利于铸件的填充和型腔内气体的排除。如图 3-3 上 下 上 下 图 3-3 铸件的浇注位置 3.3 分型面的确定 分型面为动模与静模的分界面，是取出铸件或浇注系统凝料的面，它的合理选择是 铸件能完好成型的条件，不仅关系到铸件的脱模。而却涉及模具结构与制造成本，合理 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 9 的分型面不但能满足铸件各方面的性能要求，而且使模具结构简

26、单，成本也令人满意。 确定分型面是模具设计的重要环节，选择时应考虑以下问题： 1.据塑件的某些技术要求，确定成型零件在动，定模上的配置。 2.塑件的生产批量。 3.浇注系统的形式和位置。 4.型腔的溢流和排气条件。 5.模具加工的工艺性。 上 下 上 下 a b 图 3-4 分型面的比较 图 34 a 与 b 比较：分型面在最大截面处，而且铸件在同一个沙箱内，这样便于 起模而且保证铸件尺寸的精度，减少铸件飞边毛刺，利于排气。由以上比较最终确定分 型面如图 34 a 所示。 3.4 工艺参数的选择 铸件的工艺设计， 除了根据铸件的特点和具体的生产条件正确地选择铸造方法和确 定铸造工艺方案以外，

27、还应该正确得选择合适的工艺参数。 例如:由于铸件浇注后要收缩， 因此在做模样和芯盒时必须在尺寸上放出收缩率；铸件有的表面需要机械加工，在模样 和芯盒上要考虑铸件的机械加工余量；为了便于起模和取芯，模样和芯盒上应该有起模 斜度； 以及其他在铸造过程中或机械加工过程中所应考虑的如铸件的尺寸和重量的允许 偏差、最小铸出孔的尺寸、工艺补正量、分型负数、反变形量、砂芯负数以及非加工壁 的负余量等。这些在进行铸造工艺设计时需要确定的工艺数据称为铸造工艺参数。铸造 工艺参数的选择是否合适同样对铸件的质量（特别是铸件的精确度） ，生产率和成本有 很大的影响。 华天des i g n 华天des i g n h

28、 t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 10 3.4.1 铸造收缩率 由于铸件在凝固和冷却过程中，体积一般要收缩。铸件收缩率主要和铸造合金的种 类及成分有关，同时也取决于铸件在收缩时 所受的阻碍的大小，实际生产中影响铸造 收缩率的因素很多，与铸件的结构、大小、壁的厚薄、砂型、砂芯的退让性、浇冒口系 统的类型和开设位置、沙箱的结构等有关。因此在决定铸件的收缩率时，应充分考虑到 各种因素的影响，从而正确地决定铸造收缩率的大小。由于铸件的固态收缩将使铸件各 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尺寸一致，这 需要在模样

29、或芯盒上加上其收缩的尺寸。对于衬套的单件小批量生产，一般是根据生产 中长期积累的经验来选取铸造收缩率。 铸造收缩率K表达式为： ， 由于该衬套是材料为 HT200 灰铸铁的小零件，一般收缩率为 0.7%1.0%。 式中 L 模模样或芯盒工作面的尺寸，单位为 mm L 件铸件的尺寸，单位为 mm 最终却定该衬套铸造收缩率为 0.8% 3.4.2 机械加工余量 正确的确定加工余量是一项很重要的工作。 因为过大的加工余量不仅会增加金属材 料的消耗和机械加工的工作量，而且由于铸件表面层的金属组织一般较为致密，故机械 性能， 耐压和耐腐蚀性能都比较好， 过大的加工余量就会使铸件加工后的表面质量下降。 因

30、此应该使铸件表面做到不加工或少加工。但机械加工余量也不能太小，因为普通砂型 铸造的铸件精度比较低，这就需要加工余量来弥补。衬套加工面在浇注时的位置，一般 上面比下面和侧面的加工余量要大些，铸面内表面（孔）要比铸件外表面的加工余量大 些。由于该衬套是年产 200 件的小批量生产，表面光洁度和尺寸要求比较低，所以属于 三级精度铸件 根据砂型铸造工艺及工装设计表 34 三级精度灰铸铁件的机械加工 余量（JZ6762）查出衬套顶面加工余量为 5.5mm 底面和侧面为 3.5 mm 如图 35 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a

31、 o b a o .c o m / 11 图 3-5 铸件的加工余量 3.4.3 最小铸出孔 机械零件上往往有许多孔、槽或者台阶，一般来说，应尽可能在铸造时铸出。这样 可以节约金属，减少机械加工工作量。但是，当铸件上的孔和槽的尺寸太小，而铸件的 壁厚又较厚，反而会使铸件产生粘砂。而且需要采用复杂而且难度较大的工艺措施。最 小铸出孔和槽的尺寸和铸件的生产批量、合金种类、铸件大小，孔处铸件、孔的长度以 及孔的直径有关。由砂型铸造工艺及工装设计表 324、表 325 铸件毛坯的最小铸 出孔 可知材料为灰铸铁且小批量生产的铸件，最小铸出孔直径为 3050mm，于是衬套 顶面上四个直径为8mm孔， 内侧

32、两个直径相差12mm的轴孔的直径差和侧面宽为15mm 的槽都不铸出，由机加工成型。如图 36 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 12 表 3-24 铸件的最小铸出孔 （mm） 生 产 批 量 最 小 铸 出 孔 直 径 灰 铸 铁 件 铸 钢 件 大 量 生 产 1215 成 批 生 产 1530 3050 单件、小批量生产 3050 50 表 3-25 材料为灰铸铁铸件的最小铸出孔 （mm） 铸件厚度 200 最小铸出孔直径 30 35 40 另行规定 图 3-6 不需要铸出的孔和

33、槽 3.4.4 起模斜度 为了在造型时便于起模而不致损坏砂型和砂芯，应该在模样或芯盒的出模方向带有 一定的斜度。 起模斜度的大小应根据模样的高度、尺寸和表面光洁度以及造型方法来 确定。该衬套模样采用金属模，测量面高度 H 上=58mm H 下=121mm 由砂型铸造用 起模斜度（JZ6863）得出上起模斜度 =1130， =1.52.0mm。下起模斜度 =0451，=2.02.5mm 如图 37 考虑计算方便起模斜度都取 1。 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 13 表 3-21 砂

34、型铸造用起模斜度（JZ68-63） 测 量 面 高 度（mm） （mm） 20 0.51.0 1303 20 50 0.51.5 030230 50100 1.52.0 1130 100200 2.02.5 0451 H上 H下 图 3-7 起模斜度 3.4.5 铸造圆角 在铸件毛坯各表面的相交处，都有铸造圆角，这样既能方便起模，又能防止浇注铁 水时将砂型转角处冲坏还可以避免铸件在冷却时产生裂缝或缩孔。 一般内圆角半径可按相邻两壁平均厚度的 13l5 选取； 外圆角半径可取内圆角半径 的一半。确定铸造外圆角半径为 10mm，内圆角半径为 5mm 如图 38 华天des i g n 华天des

35、i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 14 R5 R10 R5 图 3-8 铸造圆角 3.5 砂芯设计 砂芯设计时铸造工艺设计过程中的一个重要环节， 它对铸件的质量， 铸造工艺过程 以及铸造工艺装备都有直接的影响。 3.5.1 砂芯的用途及对砂芯的要求 砂芯主要用于形成铸件的内腔及孔。 对于铸件外形妨碍起模的地方以及铸型中某些 要求较高的部位，均可以采用砂芯。 对砂芯的要求是： 1） 形状尺寸及其在砂型中的位置符合铸件的要求。 2） 具有足够的强度和刚度。 3） 在铸件的浇注凝固过程中，砂芯中产生的气体能够及时地排出铸型。

36、 4） 铸件收缩时，砂芯的阻力要小。 5） 清砂容易。 因此砂芯除应具有一般型砂的性能外， 还要求有较高的强度、 透气性， 退让性和溃散性。 砂芯按所用粘结剂不同分为粘土砂芯，水玻璃砂芯、油芯砂，合脂芯砂、树脂芯砂等。 该衬套的型芯结构简单，可用粘土芯砂制成。由分型方案可知，衬套铸件的造型只需要 一种砂芯。 3.5.2 芯撑 砂芯在铸造中主要由芯头固定，有时芯头固定还难以稳固。因此，在生产中常采用 芯撑来加固砂芯，起到辅助支撑的作用。芯撑的注意事项：芯撑材料的熔点应比铸件材 质熔点高，应有足够的强度，芯撑表面应干净平整。以下是小型铸件用的芯撑尺寸。 华天des i g n 华天des i g

37、n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 15 表 3-52 小型铸件用的芯撑 （mm） A A b d1 H 序列 1 2 3 4 5 H d1 A b 15 6 25 1.2 20 6 30 1.2 25 6 30 1.2 30 6 30 1.2 35 6 30 1.2 3.5.3 芯骨 该衬套铸件的砂芯长 179mm，直径为 30mm。又砂芯的尺寸可以看出该砂芯很容易在 制造、运输、下芯过程中，以及在金属液体的浮力作用下变形、断裂这就需要在制造砂 芯时放入芯骨。 该芯骨必须有足够的强度和刚度而且不应妨碍在砂芯中作出必要的通气 道

38、。根据砂型铸造工艺及工装设计表 4-11 可以查出该芯骨的吃砂量为 1020mm。 3.5.4 芯头 芯头是指砂芯的外伸部分，芯头的作用：定位、支撑和排气。 定位作用：通过芯头与芯座的配合，便于将砂芯准确的安防在砂型中。 支撑作用：砂芯通过芯头支撑在铸型中，保证砂芯在它本身的重力及金属液体的浮力作 用下位置不变。 排气作用：在浇注凝固过程中，砂芯中产生的大量气体能够及时地从芯头排出铸型。 芯头在砂型中的位置，可分为垂直芯头和水平芯头两种基本类型。由铸件的浇注位置可 以看出该衬套铸造用垂直芯头，如图 3-9 所示。芯座是指铸型中专为放置芯头的空腔。 芯头和芯座尺寸主要有芯头长度 L（高度 H）

39、、芯头斜度、芯头与芯座装配缝隙 S 等。 垂直芯头高度由 3-10 和表 3-1 得出。 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 16 型芯 芯头 芯座 铸件 L S h1 h S/2 S/2 AA D AA 图 3-9 型芯示意图 图 3-10 型芯各尺寸 表 3-1 垂直芯头高度 h 和 h1 （mm） L 当 D 为下列数值时的高度 h 30 3160 61100 101150 151300 30 15 1520 3150 2025 2025 2025 51100 2530 2530

40、 2530 2025 2025 101150 3035 3035 3035 2530 2530 151300 3545 3545 3545 3040 3040 301500 4060 4060 3555 3555 续表 3-1 由 h 查 h1 下芯头高度 h 15 20 25 30 35 40 45 50 上芯头高度 h1 15 15 15 20 20 25 25 30 芯头横截面的尺寸，一般决定于铸件相应部位孔的尺寸，为了便于下芯合箱，芯头 应有一定的斜度，芯头与芯座之间应该留一定的间隙。在实际生产中，芯头的尺寸，斜 度和间隙一般根据生产经验查表决定。 衬套铸件的垂直芯头高度和芯头与芯座之

41、间的间 隙由图 3-10 表 3-1 查出。 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 17 h 图 3-11 芯头的斜度 表 4-2 垂直芯头的斜度 （mm） 芯头高 h 15 20 25 30 35 40 /h 上芯头 2 3 4 5 6 7 1/5 10 下芯头 1 1.5 2 2.5 3 3.5 1/10 5 表 4-3 垂直芯头与芯座之间的间隙 S （mm） 型芯直 径 D 50 51100 101150 151200 201300 301400 间隙 S 0.5 1.0 1.5

42、1.5 2.0 2.5 由衬套的铸件图可知型芯的直径 D 为 30mm，型芯（不含芯头）长度为 179mm。 查以上表可知，上芯头高度为 20mm，下芯头高度为 35mm，上芯头斜度为 9下芯头斜度 为 5芯头与芯座之间的间隙 S 为 1mm 如图 3-12 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 18 5 0.5 35 20 1 0.5 9 图 3-12 芯头的各尺寸大小 图 3-13 衬套的铸造工艺图 4 浇注系统4 浇注系统 浇注系统是砂型中引导液态合金流入型腔的通道。生产衬套中常常

43、因浇注系统设计 安排不当，造成砂眼、夹砂、粘砂、夹渣、气孔、铁豆、抬箱、缩孔、松孔、缩松、冷 隔、浇不足、变形、裂纹、偏折等铸造缺陷。此外，浇注系统的好坏影响造型和清理工 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 19 作的繁简，砂型的体积大小和型砂的耗用运输量，非产生性消耗的液态合金用量等等。 所以，浇注系统与获得优质铸件，提高生产效率和降低铸件成本的关系是密切相联的。 因此对浇注系统的设计必须慎重认真。 常用的浇注系统大多由浇口杯（外浇口） 、直浇道、横浇道、内浇道等部分组成。 正确的浇

44、注应该： 1）使液态铸铁平稳充满砂型，不冲击型壁和砂芯，不产生激溅和涡流，不卷入气 体，并顺利的让型腔内的空气和其他气体排出型外，以防止金属过渡氧化及产生砂眼、 铁豆、气孔等缺陷。 2）阻挡夹杂物进入型腔，以免在铸件上形成渣孔。 3）调节砂型及铸件上各部分温差，控制铸件的凝固顺序，不阻碍铸件的收缩，减 少铸件变形和开裂等缺陷。 4）起一定的补缩作用，一般是在内浇道凝固前补给部分液态收缩。 5）让液态合金以最短的距离，最合宜的时间充满型腔，并有合适的型内液面上升 速度，得到轮廓完整清晰的铸件。 6）在保证铸件质量的前提下，浇注系统要有利于减小冒口体积，结构要简单，在 砂型中占据的面积和体积要小，

45、以便工人操作、清除和浇注系统模样的制造，节约金属 液和型砂的消耗量，提高砂型有效面积的利用。 7）设计浇注系统主要是在满足上述各项要求的原则下，根据铸件的结构特点、技 术条件、 铸件合金的特性、 生产批量及具体的生产条件等， 选择浇注系统的类型和结构， 合理的布置浇注系统的位置，确定内浇道数目和浇注系统各组员的断面尺寸、断面比例 等。 按浇注系统各组元的断面比例关系， 内浇道对铸件型腔的引注高度， 浇道的结构等. 根据衬套的结构特点和可以确定浇口杯用漏斗形浇口杯，浇口在侧面位置，液态铸铁沿 铸型壁导入，充型快而平稳，可防止冲砂。由于铸铁件其凝固过程中石墨析出的膨胀， 实现自补缩，从而不需要再设

46、置冒口。 浇注系统各尺寸的选取 铸件用漏斗形浇口杯，采用开放式浇注系统，以包孔截面积为基准，各组元截面积比如 下： S包：S直：S内=1： （1.82.0） ： （2.02.5） 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 20 取 S包：S直：S内=1：1.8:2.5 铸件重量可以算出约为 17kg。 浇注时间 t=1.11SG=8 秒。 根据铸件结构确定该浇注系 统不需要横浇道，浇注规格可根据砂型铸造工艺及工装设计表 5-22 表 5-22，铸铁件单面缓流式浇注系统 铸 件 毛 重（kg）

47、 内浇道 直浇道 内 浇 道 数量 每 个 断 面积 （cm） 总断 面积 （cm） 直径 （mm） 断 面 积 （cm） 1020 1 2.25 2.25 19 2.83 2 1.15 2.3 3 0.8 2.4 4 0.5 2.0 根据砂型铸造工艺及工装设计表 5-23 得出以下数据： 内浇道断面各尺寸 a=17mm b=13mm c=15mm 断面积 2.25cm取内浇道长度为 64mm 直浇道断面直径 d=19mm 断面积 2.83cm 取直浇道长度为 71.5mm 如图 4-1 b c a d 内浇道 直浇道 图 4-1 铸铁件缓流式浇注系统断面尺寸 漏斗形浇口杯尺寸根据砂型铸造工艺

48、及工装设计 表 5-16 得 D1=60mm,D2=56mm， h=44mm 如图 4-2 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 21 D1 D2 R6 5 h 图 4-2 漏斗形浇口杯 由以上分析可以得出衬套的浇注系统如下图 4-3 所示 图 4-3 浇注系统图示 5 铸造工艺装备设计 5 铸造工艺装备设计 铸造工艺装备的主要功能，在于与工艺设备紧密结合，以充分发挥工艺设备的技术 性能，从而有效的进行工艺操作，因此，铸造工艺装备对提高铸造生产效率，发挥工艺 设备及生产能力起着重要的作用。铸造工艺装备设计的原则： 1， 应当在经济合理的前提下，尽可能采用先进的工装技术、新材料和