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1、 铸造工艺专业 课程设计题 目： 支架铸造工艺设计 专 业： 材料成型及控制工程 目录1设计任务的分析11.1铸件的结构特点11.2铸件的材料及性能11.3铸件的技术要求12铸造工艺方案的确定12.1铸件在金属型中的位置12.2铸件的凝固顺序22.3浇注位置与分型面的选择22.3.1浇注位置的选择22.3.2分型面的选择22.4铸造工艺参数的确定32.5浇注系统类型的形式32.6熔化与浇注43浇注系统的计算53.1浇注时间的确定53.2浇注系统截面积计算53.3冒口设计计算64金属型的设计64.1金属型设计64.1.1 金属型类型64.1.2主要结构形式64.1.3金属型壁厚74.1.4型腔尺
2、寸计算74.1.5刚度强度74.1.6耐用性74.1.7 标准84.1.8其他尺寸要求84.1.9金属芯设计84.1.10型腔的排气84.2 锁紧机构84.3 金属模材质选择85.铸造工艺95.1金属型的准备95.1.1金属型的清理95.1.2金属型的涂料95.1.3金属型的预热95.2浇注温度和速度10参考文献10设计总结121设计任务的分析1.1铸件的结构特点铸件为支架，最大尺寸280mm，属小型铸件，支架基本壁厚为5mm，最大壁厚为18mm，有三个直径为11mm的孔，可采用机加工方法得到，不铸出。有四个内凹空腔。1.2铸件的材料及性能材料为ZL201-T4，铸造铝铜合金，属Al-Mn-C
3、u-Ti合金，抗拉强度295MPa,硬度HB70，密度2.78g/cm,熔化温度548-650。（GB/T1173-1995）1.3铸件的技术要求 机加工余量：铸件最大尺寸为280mm，所以铸件机加工等级为D-F，D-1.3mm，E-1.4mm （GB/T 6414-1999）工艺余量：铸件支架壁厚5mm，设置冒口及高于铸件的浇口，作为充填铸型所必需的重力和补缩之用，作为工艺余量。质量等级：金属型铝合金铸件尺寸公差合格品CT8，表面粗糙度要求的有6.3和3.2，其余面不用加工。未注圆角半径2mm；铸造斜度030；铸件收缩率1.6。重要加工表面不得有铸造缺陷；应使铸件内外表面无气孔、缩孔缩松、裂
4、纹、浇不足等缺陷；表面应光洁美观。2铸造工艺方案的确定2.1铸件在金属型中的位置 考虑因素：保证铸件的顺序凝固，将铸件薄壁部分放在下面，粗大部分放在上面，以使冒口对铸件起到良好的补缩作用。主要工作面最好放在下面，以保证铸件质量。根据铸件的特点，采用金属型铸造，左右半型分开制造。2.2铸件的凝固顺序顺序凝固要求在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措施，使铸件远离冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口的部位凝固，最后才是冒口本身凝固。为了便于金属液顺序凝固，在铸件上设置一个明冒口，一个暗冒口。2.3浇注位置与分型面的选择2.3.1浇注位置的选择定义：浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的空间位
5、置。浇注位置选择的正确与否，对铸件质量有很大影响，所以浇注位置的选择应以保证铸件质量为主。一般原则：(1) 质量要求高的重要加工面、受力面应该朝下；(2)厚大部分放在上面或侧面；（3）大而薄的平面朝下，或侧立、倾斜；（4）应充分考虑型芯的定位、稳固和检验方便。综合以上原则浇注位置应选择将作为主要加工面的大平面朝下。此方案的主要优点：方便可靠，主要加工面朝下，可减少气孔夹渣，能保证铸件质量；缺点：铸件平放平浇，且大平面朝下，易产生夹渣，浇不足等（此铸件结构较简单，产生夹渣、夹气的可能性不会很大）；对于精度要求比较高的侧面会有影响（可用机加工方法来提高侧面的质量）。2.3.2分型面的选择定义：分型
6、面是指铸型之间的结合面。铸型分型面选择的正确与否是铸造工艺合理性的关键之一。若选择不当，不仅影响铸件质量，而且还将使制模、造型、造芯、合型或清理，甚至机械 加工等工序复杂化。分型面的选择主要以经济性为出发点，即在保证质量的前提下，尽量简化工艺过程、降低生产成本。一般原则：（1）尽量把分型面开在铸件的最大平面上，便于起模；（2）减少分型面和活块的数量；（3）重要加工面应位于同一型腔中；(4) 尽量采用平直的分型面，不要是曲面、折面；（5）减少型芯数量，同时注意下芯、合型及检验的方便；（6）便于浇冒口设置，型芯的安放和固定；（7）避免在机加工平面设置分型面。综合以上原则选择此零件顶部的大平面作为分
7、型面。主要优点：便于起模，能保证整体浇注，还可改善铸件的外观质量。缺点：无出气孔、冒口，易产生气孔、缩松和缩孔等，但只要适当地提高浇注温度，这个问题可以得到解决。2.4铸造工艺参数的确定铸件的收缩率为1.6%；零件图上的小孔均采用机加工的方法获得；加工余量据查（GB/T6414-1999）得，具体尺寸见工艺图；起模斜度030，具体尺寸参见工艺图。 2.5浇注系统类型的形式浇注系统分类：1、封闭式浇注系统：封闭式浇注系统可理解为正常浇注条件下，所有组元能被金属液充满的浇注系统，也称为充满式浇注系统（因全部截面上的金属液压力均高于型壁气体压力，故是有压或正压系统）。优点：封闭式浇注系统有较好的阻渣
8、能力，可防止金属液卷入气体，消耗金属少，清理方便。缺点：进入型腔的金属液流速度高，易产生喷溅和冲砂，使金属氧化，型内金属液发生扰动、涡流和不平静。因此，主要应用于不易氧化的各种铸铁件。对于容易氧化的轻合金铸件、采用漏包浇注的铸钢件和高大的铸铁件，均不宜使用。2 、开放式浇注系统：在正常浇注条件下，金属液不能充满所有组元的浇注系统，又称为非充满式或非压力式浇注系统。完全开放式浇注系统在内浇道被淹没之前，各组元均呈非充满流态，几乎不能阻渣而且会带入大量气体。因此，使用转包浇注的铸铁件上不宜应用这种浇注系统。主要优点：进入型腔时金属液流速度小，充型平稳，冲刷力小，金属氧化轻。适用于轻合金铸件、球铁件
9、等漏包浇注的铸钢件也宜采用开放式浇注系统，但直浇道不能成充满态，以防钢水外溢，造成事故。主要缺点：阻渣效果稍差，内浇道较大，金属消耗略多。按内浇道在铸件上的位置分类：1、顶注式浇注系统优点:容易充满，可减少薄壁件浇不到、冷隔方面的缺陷；充型后上部温度高于底部，有利于铸件自下而上 的顺序凝固和冒口的补缩；口尺寸小，节约金属；浇道附近受热较轻；构简单，易于清除。缺点:易造成冲砂缺陷金属液下落过程中接触空气，出现飞溅、氧化、 卷入空气等现象，使充型不平稳易产生砂孔、铁豆、气孔和氧化夹杂物缺陷 大部分浇注时间，内浇道工作在非淹没态，横浇道阻渣效果差。2、中间注入式浇注系统从铸件中间某一高度面上开设内浇
10、道的称为中间注入式浇注系统。对内浇道以下的型腔部分为顶注式；对内浇道以上的型腔部分相当于底注式。故它兼有顶注式和底注式浇注系统的优缺点。由于内浇道在分型面上开设，故极为方便，广为应用。适用于高度不大的中等壁厚的铸件。3、阶梯式浇注系统在铸件不同高度上开设多层内浇道的称为阶梯式浇注系统。阶梯式浇注系统适用于高度大的中、大型铸件。具有垂直分型面的中大件可优先采用。4、底注式浇注系统金属液是从铸件底部由下而上的充满型腔，因此比顶注平稳，有利于气体排出。铸件高度为98mm，考虑到采用顶注式，金属液流动不平稳，易带进脏物及产生氧化夹渣，为避免金属液流入型腔强烈地冲击底部，产生飞溅，故采用底注式浇注系统，
11、金属液从铸件底部由下而上地充满型腔。选择底注式浇注系统。金属型浇注系统的结构与砂型铸造基本相似，但由于金属型壁不透气，导热能力强，因此要求浇注系统结构，能有利于降低金属液流速，流动平稳，减少其对型壁的冲刷。除应保证型腔内气体有充裕的时间排除外，还保证在充型过程中不得产生喷溅。 2.6熔化与浇注浇注温度600640，主要是为了防止浇不足和冷隔等缺陷。故采用高温浇注。生产中常用浇注时间表示浇注速度,对一般铸件而言,浇注时间长,意味着浇注速度慢,反之,意味着浇注速度快。适宜的浇注时间,应根据铸件重量,壁厚,结构,技术要求等综合考虑而定。浇注速度对铸件质量的影响浇注速度较高：可使金属液较快充满型腔。能
12、防止浇不足，减少金属液氧化，减少铸件各部的温度差，从而避免产生裂纹。浇注速度过高：对型腔冲涮力增大，易产生冲砂。浇注速度较低：能增大铸件各部温度差。顶注时能使铸件的缩孔集中，利于补缩。浇注速度过低：使型腔受热烘烤时间长。易使砂型翘起脱落。易产生裂纹、冷隔、夹渣等。原则要求：薄壁、形状复杂或具有大水平面的铸件，要求采取快速浇注;厚实、形状简单的铸件，宜采取慢速浇注。3浇注系统的计算3.1浇注时间的确定根据金属液在型腔中上升的速度来确定浇注时间浇注时间t=h/v(升)=99.5683 4.25 =4.74 6.64秒h:金属型型腔高度，取99.568mmb:铸件平均厚度，取5mm 3.2浇注系统截
13、面积计算金属液在浇道内的流速，取决于铸件的重量、金属液密度、浇注时间和浇道最小截面积V（浇）=W/（rtAmin）式中 v（浇）：浇道最小截面积中金属液平均流速（cm/s） W:铸件的质量（g） r:金属液的密度 （g/cm） t：浇注时间 Amin:浇道的最小截面积（cm） 则 Amin=W/ V（浇）rt=(34.2)W/ V（浇）rbh浇注系统截面积比例：铝合金A(直)：A(横)：A（内）=1：（34）：1.5半开放式，适用于小而简单的铸件。3.3冒口设计计算金属型铸造的冒口和砂型铸造时具有同等的作用：即为补缩、集渣和排气。它的设计原则也与砂型用冒口相同。由于金属型冷却速度大，而冒口又常
14、采用保温涂料或砂层，因此金属型的冒口尺寸可比砂型的冒口小。此处采用一个顶（明）冒口，冒口高度h=（0.81,5）D=2040一个暗冒口,冒口高度h=(1.22)D=20304金属型的设计根据铸件的大小、机加工余量、以及压头和造型机的选择确定金属型的内部尺寸，根据零件图、铸件图、铸件的技术条件和铸造方法图设计金属型。铸型设计内容有：选择类型和材质，确定铸型尺寸，结构设计，定位及紧固等。 4.1金属型设计4.1.1 金属型类型采用手工和机械开合型，有金属芯，平面分型的铸型。4.1.2主要结构形式半开式金属型，一半型固定在平台上，另一半型作开型动作，铸件留在固定的半型内，用顶杆顶出。4.1.3金属型
15、壁厚金属型的蓄热及散热能力与金属型的材料和性质有关，因此金属型壁厚既与金属型的材质有关，同时还要受铸件材质、壁厚、金属型外廓尺寸及毛坯加工影响。对于Zl201-T4合金，铸件壁厚5mm10mm,故金属型壁厚取15-20mm。可根据分型面轮廓尺寸（平均值）确定金属型壁厚分型面平均尺寸 S=（l+b）/2 =(280+98)/2=189 l和b分别表示分型面的长和宽 175S200,故金属型壁厚取18mm。4.1.4型腔尺寸计算型腔尺寸计算除根据铸件尺寸和公差外，还应考虑合金的收缩、涂料厚度、金属型加温后的膨胀以及金属型各部分的间隙等。根据式 Ax=Ap+ApK+ Ax得 Ax =（280+280
16、1.6+0.2）+0.56 =285.24mm 式中Ax：型腔尺寸（mm） Ap：铸件尺寸的中间值(mm) K：综合险收缩率()Ax：型腔尺寸制造公差(mm)4.1.5刚度强度有足够的强度和刚度，保证使用中不断裂或发生过大变形。4.1.6耐用性经久耐用，便于制造。4.1.7 标准应尽可能标准化、系统化和通用化。4.1.8其他尺寸要求型腔表面至金属边缘距离不小于20mm。定位销孔表面至铸型边缘距离不小于10mm。直浇道到铸件间的距离一般为10-25mm，内浇道长度一般为8-12mm。直浇道应比铸件顶部高出40-60mm。4.1.9金属芯设计采用整体金属芯，将金属芯于半型模上加工得出。4.1.10
17、型腔的排气除了利用浇冒口系统使气体排出，还可设置排气槽，采用扁缝形排气槽，对于铝合金，排气槽深度h一般取0.5mm，扁缝宽度a为1015mm。4.2 锁紧机构常用的锁紧机构有偏心锁、摩擦锁、套钳锁及锲销锁等。根据金属型结构，本文金属型结构设计为对开式偏心锁结构。开口销将锁扣固定在金属型的凸耳之间，通过偏心手把的转动，将两半型锁紧。锁扣和偏心手把的材料均为45钢，热处理后硬度为 3540HRC。4.3 金属模材质选择金属模选材为QT500-5，硬度为147241HBS，退火热处理。球墨铸铁具有良好的耐热、耐蚀性能，比片状石墨铸铁制成的金属型发生裂纹的可能性低。5.铸造工艺5.1金属型的准备5.1
18、.1金属型的清理手工清理、喷砂、化学清理5.1.2金属型的涂料一般金属型铸造用涂料由多种混合料组合而成。而同一铸件,金属型型腔不同部位,有时采用不同成份的涂料,由于涂料种类繁多,使得工艺复杂,操作难度增加。铝合金铸件常因涂料喷涂不当,产生硫松缺陷,尤其对于耐压铸件,轻微的发白也会因漏气导致报废,因而,我们对小型铸件同一铸型型腔使用单一涂料代替本厂原来同一型腔23种涂料。对两种不同合金成份的铝合金金属型铸件进行试生产，并进行了批量生产验证,效果明显。简化了工艺,方便了操作、保证了铸件质量。该种涂料配方为：氧化锌40g(使用前过0.5毫米筛),水玻璃16g热水344g(水温不低于60) 涂料的配制
19、过程为：先将喷筒内的水玻璃倒入一半的热水搅拌使水玻璃溶解,将称量好的氧化锌倒入水玻璃溶液中搅拌,再加入剩余的热水搅匀后即司使用(配制好的涂料24h内用完,否则失效)。5.1.3金属型的预热在浇注前金属型需预热，预热温度一般在200350范围内。温度太低，会使铸件冷却过快和不平均，造成铸件冷隔、裂纹等缺陷，对于灰口铸铁则易造成白口，同时也降低了金属型的工作寿命；温渡过高，将使铸件内部的晶粒粗大而影响其机械机能，并降低出产率。5.2浇注温度和速度因为金属型的散热速度比砂型快，因此金属液浇注温度要比砂型浇注时高2030，浇注速度也应快些。5.3掏出铸件金属型无容让性，铸件凝固后，宜及时从铸型中掏出，
20、以免铸件产生过大的内应力。参考文献1 铸造工程师手册编写组. 铸造工程师手册.机械工程出版社.2002.22 李弘英，赵成志.铸造工艺设计. 机械工业出版社.2005.3.3李魁盛河北工学院.铸造工艺设计基础. 机械工业出版社.1980.34龙文元 卢百平 金属液态成型模具设计 化学工业出版社 2010.65 叶荣茂.铸造工艺课程设计手册.哈尔滨. 哈尔滨工业大学出版社.1989.4.6中国铸造协会组 铸造技术应用手册（第5卷 特种铸造）中国电力出版社2011。1.17耿鑫明 金属型铸件生产指南 化学工业出版社 2008.8设计总结经过四个多星期的努力,我终于将铸造工艺课程设计做完了。在这次作
21、业过程中,我遇到了许多困难,一遍又一遍的计算,一次又一次的设计方案修改这都暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足.刚开始在机构设计时,由于对铸造工艺设计掌握得还可以,不到一天就将所有需要使用数据算好了。可是我始终找不到最佳的分型面和浇注方案,令我非常苦恼.后来在戴老师的指导下,我找到了问题所在之处,将之解决了。同时我还对支架有了更进一步的了解。在动笔画图之前,先征求了戴老师的意见,然后决定浇注位置应选择将作为主要加工面的大平面朝下此大平面作为分型面,也就是我的最终设计方案。至于画铸件图和装配图,由于前期计算比较充分,整个过程用时不到一周,在此期间,我还得到了许多同学和老师的帮助。在此我要向
22、他们表示最诚挚的谢意。整个作业过程中,我遇到的最大,最痛苦的事是用Proe软件画图。虽然课堂上学了一些，但是那些都只是很基础的东西，要自己确定设计方案，最终画图清楚的表达出自己的设计，还是存在很多不会的地方。最后在同学的帮助下，也到图书馆查阅了很多资料，我还是战胜了一切困难，圆满完成了这个设计。尽管这次作业的时间是漫长的,过程是曲折的,但我的收获还是很大的。不仅仅掌握了支架设计步骤与方法;也不仅仅对铸造工艺设计这门课有了更进一步的掌握。对我来说,收获最大的是方法和能力，那些分析和解决问题的方法与能力。在整个过程中,我发现像我们这些学生最最缺少的是经验,没有感性的认识,空有理论知识,有些东西很可能与实际脱节。总体来说,我觉得做这种类型的作业对我们的帮助还是很大的,它需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来,从中暴露出自身的不足,以待改进.有时候,一个人的力量是有限的,合众人智慧,我相信我们的作品会更完美!