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支座砂型铸造工艺设计说明书

第一章 简 介
1.1中国古代铸造技术发展
中华文明大致经历了石器时代、铜器时代和铁器时代三个历史阶段，这三种材质工具和技术发明发明，伴随人类繁衍，不停推进人类文明向高级阶段发展，金属应用使人类文明产生了根本性飞跃，而铸造技术利用和金属发展紧密联络在一起。对古代很多务农人来说，铸造技术是一门手艺。据历史考证，中国铸造技术开始于夏朝早期，迄今已经有5000多年。到了晚商和西周早期，青铜铸造技术得到了蓬勃发展，形成了灿烂青铜文化，遗留到今天有一批铸造工艺水平较高铸造产品。
中国古代铸造方法有：石型即用石头或石膏制作铸型；泥型古称“陶范”；金属型古称“铁范”；失蜡型有出蜡法、走蜡法、脱蜡法或刻蜡法；砂型这种方法是伴随泥型一起产生。
中国古代铸造中精品有：沧州铁狮，司母戊方鼎，四羊方尊，曾侯乙尊盘，永乐大铜钟，大型铜编钟，铜车马仪仗队等。
1.2中国铸造技术发展现实状况
尽管多年来中国铸造行业取得快速发展,但仍然存在很多问题。第一,专业化程度不高,生产规模小 。中国每十二个月每厂平均生产量是815t,远远低于美国4606t和日本4878t。第二,技术含量及附加值低。中国高精度、高性能铸件百分比比日本低约20个百分点。第三,产学研结合不够紧密、铸造技术基础微弱。第四,管理水平不高,有些企业尽管引进了国外优异设备和技术,但却无法生产出高质量铸件,究其原因就是管理水平较低。第五,材料损耗及能耗高污染严重。中国铸铁件能耗比美国、日本高70%～120%。第六,研发投入低、企业技术自主创新体系还未形成。
1.3发达国家铸造技术发展现实状况
发达国家总体上铸造技术优异、产品质量好、生产效率高、环境污染少、原辅材料已形成商品化系列化供给，如在欧洲已建立跨国服务系统。生产普遍实现机械化、自动化、智能化（计算机控制、机器人操作）。
在大批量中小铸件生产中，大多采取微机控制高密度静压、射压或气冲造型机械化、自动化高效流水线湿型砂造型工艺。 砂处理采取高效连续混砂机、人工智能型砂在线控制教授系统, 制芯工艺普遍采取树脂砂热、温芯盒法和冷芯盒法。熔模铸造普遍用硅溶胶和硅酸乙酯做粘结剂制壳工艺。铸造生产全过程主动、从严实施技术标准，铸件废品率仅2%-5%；标准更新快（标龄4-5年）；普遍进行ISO9000、ISO14000等认证。
重视开发使用互联网技术，纷纷建立自己主页、站点。铸造业电子商务、远程设计和制造、虚拟铸造工厂等飞速发展。
1.4中国铸造未来发展趋势
自中国加入WTO以来,中国铸造行业面临机遇和挑战。其未来发展将集中在以下几方面。第一,激励企业重组发展专业化生产,包含铸件大型化和轻量化生产。第二,加大科技投入切实推进自主创新,实现铸件正确化生产和数字化铸造。第三,培养专业人才加强职员技术培训。第四,大力降低能耗抓好环境保护,实现清洁化铸造。
1．5蠕墨铸铁
蠕墨铸铁是在铸铁材料方面介于球墨铸铁和灰铸铁之间一个材科。蠕虫状石墨是介于球伏和片状之间一个过渡型石墨，所以使这种铸铁材质性能也介于球墨铸铁和灰铸铁之间。简明地说，蠕墨铸铁含有靠近于球墨铸铁强度、刚性，一定韧性，良好耐磨性；其次，它又含有靠近于灰铸铁铸造性能和热传导性能，所以这种铸铁材料愈来愈引发大家注意，而且巳开始在生产上取得了应用。它含有独特征能，在汽车发动机、排气管、玻璃模具、柴油机缸盖、制动零、件刹车盘等方面应用取得了良好效果。

第二章 铸造工艺方案确实定
2．1支座生产条件、结构及技术要求
l 产品生产性质——大批量生产
l 零件材质——RuT300
l 零件外型示意图图2.1所表示，支座零件图图2.2所表示，支座外形轮廓尺寸为160mm*135mm*100mm，关键壁厚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要求外，无其它特殊技术要求。

图2.1 支座外型示意图

图2.2 支座零件图
2．2支座结构铸造工艺性
零件结构铸造工艺性是指零件结构应符合铸造生产要求，易于确保铸件品质，简化铸件工艺过程和降低成本。审查、分析应考虑以下多个方面：
1. 铸件应有适宜壁厚，为了避免浇不到、冷隔等缺点，铸件不应太薄。
2. 铸件结构不应造成严重收缩阻碍，注意薄壁过渡和圆角 铸件薄厚壁相接拐弯等厚度壁和壁多种交接，全部应采取逐步过渡和转变形式，并应使用较大圆角相连接，避免因应力集中造成裂纹缺点。
3. 铸件内壁应薄于外壁 铸件内壁和肋等，散热条件较差，应薄于外壁，以使内、外壁能均匀地冷却，减轻内应力和预防裂纹。
4. 壁厚努力争取均匀，降低肥厚部分，预防形成热节。
5. 利于补缩和实现次序凝固。
6. 预防铸件翘曲变形。
7. 避免浇注位置上有水平大平面结构。

对于支座铸造工艺性审查、分析以下：
支座轮廓尺寸为160mm*135mm*100mm。砂型铸造条件下该轮廓尺寸许可最小壁厚查《铸造工艺学》表3-2-1得：最小许可壁厚为3～4 mm。而设计支座最小壁厚为10mm。符合要求。
支座设计壁厚较为均匀，两壁相连初采取了加强肋，能够有效组成热节，不易产生热烈。2. 3造型，造芯方法选择
支座轮廓尺寸为160mm*135mm*100mm，铸件尺寸较小，属于中小型零件且要大批量生产。采取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。所以，采取湿型粘土砂机器造型，模样采取金属模是合理。
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，不过烘干后轻易产生裂纹，轻易变形。在大批量生产条件下，因为需要提升造芯效率，且常要求砂芯含有高尺寸精度，此工艺所需砂芯采取热芯盒法生产砂芯，以增加其强度及确保铸件质量。选择使用射芯工艺生产砂芯。采取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一个芯砂，填入加热到一定芯盒内，贴近芯盒表面砂芯受热，其粘结剂在很短时间内硬化。而且只要砂芯表层有数毫米硬壳即可自芯取出，中心部分砂芯利用余热可自行硬化。
2. 4浇注位置确实定
铸件浇注位置是指浇注时铸件在型内所处状态和位置。确定浇注位置是铸造工艺设计中关键步骤，关系到铸件内在质量，铸件尺寸精度及造型工艺过程难易程度。
初步对支座对浇注位置确实定有：方案一图2.3、方案二图2.4

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标准：
1.铸件关键部分应尽可能置于下部
2.关键加工面应朝下或直立状态
3.使铸件答平面朝下，避免夹砂结疤内缺点
4.应确保铸件能充满
5.应有利于铸件补缩
6.避免用吊砂，吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯，合箱及检验
对于方案一图2.3进行综合分析以下：
1.铸件A面（图2.3所表示）为关键加工面，朝上放置轻易产生气孔、非金属夹杂物等缺点。
2.铸件关键部分也没能全部置于下部。
对于方案二图2.4进行综合分析以下：
1.铸件关键部分全部置于下部，这么置于下部关键部分能够得到上部金属静压力作用下凝固并得到补缩，组织致密。
2.铸件关键加工面A面、B面（图2.4所表示）在侧立面，比较光洁，产生气孔、非金属夹杂物等缺点可能性小。
综合比较，方案二愈加科学可行。
2. 5分型面确实定
分型面是指两半铸型相互接触表面。分型面优劣在很大程度上影响铸件尺寸精度、成本和生产率。
初步对支座进行分型有：方案一图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

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标准：
1. 应使铸件全部或大部分置于同二分之一型内
2. 应尽可能降低分型面数目
3. 分型面应尽可能选择平面
4. 便于下芯、合箱和检测
5. 不使砂箱过高
6. 受力件分型面选择不应减弱铸件结构强度
7. 注意减轻铸件清理和机械加工量

对方案一图2.5进行综合分析以下：
1. 铸件没有能尽可能在同二分之一型内，这么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. 砂芯不能全部在下半型内。
3. 上箱难于取出模样。
对方案二图2.6进行综合分析以下：
铸件没有能尽可能在同二分之一型内，这么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。
对方案三图2.7进行综合分析以下：
此方案较之方案一和方案二愈加科学可行。
2. 6砂箱中铸件数量及排列方法确定
支座轮廓尺寸为160mm*135mm*100mm，单件质量约为4kg，所以看铸件为小型简单件。假如一箱一件生产则工艺出品率会较低，如此生产成本较高。所以采取一箱四件生产。这么工艺出品率大幅提升，生产成本也大大降低。
初步选择砂箱尺寸由《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：
a>20 e>30 f>30
铸件在砂箱中排列最好均匀对称，这么金属液作用于上砂型抬芯力均匀，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和砂箱尺寸，基础确定铸件在砂箱内排列图2.8所表示，其中模样吃砂量基础确定为：
a1=30 a2=40 e1=70 e2=70 f=35

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一些数据，这些工艺数据通常全部和模样及芯盒尺寸相关，及和铸件精度有亲密关系，同时也和造型、制芯、下芯及合箱工艺过程相关。这些工艺数据关键是指加工余量、起模斜度、铸造收缩率、最小铸出孔、型芯头尺寸、铸造圆角等。工艺参数选择正确、适宜，才能确保铸件尺寸正确，使造型、制芯、下芯及合箱方便，提升生产率，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两个许可极限尺寸之差。在两个许可极限尺寸之内，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：
支座尺寸公差为CT8～12级，取CT9级。
支座轮廓尺寸为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确保其加工面尺寸和零件精度，应有加工余量，即在铸件工艺设计时预先增加，以后在机械加工时又被切去金属层厚度。
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：
支座加工余量为E～G级，取G级。
支座轮廓尺寸为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，不得已将关键加工面底面朝上放置，这么使其轻易产生气孔、非金属夹杂物等缺点，所以将采取合适加大加工余量方法使其在加工后不出现缺点。将底面加工余量调整为3mm。
3.1.3铸造收缩率
铸造收缩率又称铸件线收缩率，用模样和铸件长度差除以模样长度百分比表示：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，垂直于分型面表面上应用。
初步设计起模斜度以下：
外型模A面（图3.1所表示）高15mm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B面（图3.1所表示）高115mm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
不过同一铸件要尽可能选择同一起模斜度，以免加工金属模时频繁更换刀具。所以选择同一起模斜度为а=1°10＇,a=0.8mm
因为A面，B面（图3.1所表示）均为非加工表面，所以起模斜度形式选择增加和降低铸件尺寸方法。

图3.1 外型模起模斜度示意图
3.1.5最小铸出孔和槽
零件上孔、槽、台阶等，到底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。通常来说，较大孔、槽等应该铸出来，方便节省金属和加工工时，同时还能够避免铸件局部过厚所造成热节，提升铸件质量。较小孔、槽或则铸件壁很厚则不易铸出孔，直接依靠加工反而方便。
依据支座轮廓尺寸160mm*135mm*100mm由《铸造工艺设计》查表1-5得：
最小铸出孔约为6mm
支座孔Φ25（图3.2所表示）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。
支座孔Φ14（图3.2所表示）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。

图3.2 最小铸出孔示意图
3.1.6铸件在砂型内冷却时间
铸件在砂型内冷却时间短，轻易产生变形，裂纹等缺点。为使铸件在出型时有足够强度和韧性，铸件在砂型内应有足够冷却时间。
支座冷却时间由《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百分比表示铸件重量变动许可范围。
支座公称重量约为4kg，尺寸公差为CT9级。
由《铸造工艺设计》查表1-57得：支座重量公差为MT14级。
3.1.8工艺补正量
在单件小批量生产中，因为选择缩尺和铸件实际收缩率不符，或因为铸件产生了变形等原因，使得加工后铸件一些部分壁厚小于图样要求尺寸，严重时会因强度太弱而报废。所以工艺需要在铸件对应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、表面烘干型和尺寸较大湿砂型，分型面因为烘烤，修整等原因通常全部不很平整，上下型接触面很不严。为了预防浇注时炮火，合箱前需要在分型面之间垫以石棉绳、泥条等，这么在分型面处显著增加了铸件尺寸。为了确保铸件尺寸正确，在确定工艺时为抵掉铸件增加尺寸而在模样上减去对应尺寸称为分型负数。而支座是湿型且是小型铸件故不予考虑分型负数。
3.1.10反变形量
铸造较大平板类、床身类等铸件时，因为冷却速度不均匀性，铸件冷却后常出现变形。为了处理挠曲变形问题，在制造模样时，按铸件可能产生变形相反方向做出反变形模样，使其于变形量抵消，这么在模样上做出预变形量称为反变形量。而支座没有较大平板故基础不会产生挠曲变形，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增加，使铸件尺寸和重量超出公差要求。为了确保铸件尺寸正确性，凡形成非加工壁厚木模或芯盒内肋板厚度尺寸应该降低，即小于图样尺寸。为降低厚度尺寸称为非加工壁厚负余量。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
砂芯功用是形成铸件内腔、孔和铸件外型不能出砂部分。砂型局部要求特殊性能部分有时也用砂芯。
支座砂芯外型图3.3所表示。

图3.3 砂芯外型示意图
3.2.1芯头设计
砂芯关键靠芯头固定在砂型上。对于垂直芯头为了确保其轴线垂直、牢靠地固定在砂型上，必需有足够芯头尺寸。
依据实际设计量取计算砂芯高度： L=97mm
砂芯直径： （A+B）/2=(80+64)/2=72mm
芯头长度初步选择由《铸造工艺设计》查表1-31得：h=25～30mm 取h=30mm
出于考虑分型面选择等原因综合芯头选择垂直芯头而且不能做出上芯头，只设计下芯头而且加大下芯头。
下芯头长度设计修正为：h=30*(1+40%)=42mm
芯头间隙初步选择由《铸造工艺设计》查表1-31得：s=0.3mm
但考虑砂芯为垂直湿型小砂芯且不设置上芯头，所以使用过盈芯头，过盈量为0.2mm
芯头斜度选择由《铸造工艺设计》查表1-32得：а≤7 取а=7
3.2.2砂芯定位结构
砂芯要求定位正确，不许可沿芯头轴向移动或绕芯头轴线转动。对于形状不对称砂芯，为了定位正确，需要做出定位芯头。定位芯头结构图3.4

图3.4 定位芯头结构图
3.2.3压环、防压环和集砂槽芯头结构
在湿型大批量生产中，为了加速下芯、合芯及确保铸件质量，在芯头模样上常常做出压环、防压环和集砂槽。
压环、防压环和集砂槽尺寸由《铸造工艺设计》查表1-38得：
e=2mm f=3mm r=2mm
3.2.4芯骨设计
为了确保砂芯在制芯、搬运、配芯和浇注过程中不开裂、不变形、不被金属液冲击折断，生产中通常在砂芯中埋置芯骨，以提升其刚度和强度。
因为砂芯尺寸较小，而且采取树脂砂，故砂芯强度很好，砂芯内不用放置芯骨。
3.2.5砂芯排气
砂芯在浇注过程中，其粘结剂及砂芯中有机物要燃烧（氧化反应）放出气体，砂芯中残余水分受热蒸发放出气体，假如这些气体排不出型外，则要引发铸件产生气孔。
而支座砂芯采取热芯盒造芯，故不用有意设置排气道、排气孔等排气。
3.2.6砂芯负数
大型粘土砂芯在春砂过程中砂芯向四面涨开，刷涂料和在烘干过程中发生变形，使砂芯四面尺寸增大。为了确保铸件尺寸正确，将芯盒长、宽尺寸减去一定量，这个被减去量叫做砂芯负数。
因为砂芯负数只用于大型粘土砂芯，本设计中砂芯为小型砂芯不设计砂芯负数。

第四章 浇注系统及冒口、冷铁、出气孔等设计
4.1浇注系统设计
浇注系统是铸型中引导液体金属进入型腔通道，它由浇口杯，直浇道，横浇道和内浇道组成。
4.1.1选择浇注系统类型
浇注系统分为封闭式浇注系统，开放式浇注系统，半封闭式浇注系统和封闭-开放式浇注系统。因为封闭式浇注系统控流截面积在内浇道，浇注开始后，金属液轻易充满浇注系统，呈有压流动状态。挡渣能力强，但充型速度快，冲刷力大，易产生喷溅，金属液易氧化。适适用于湿型铸件小件。而支座就是采取湿型铸件小件，所以选择封闭式浇注系统。
4.1.2确定内浇道在铸件上位置、数目、金属引入方向
支座结构较为简单且是小型件，铸造时采取一箱四件，故每个铸件上只用一个内浇道。为了方便造型，内浇道开设在分型面上。因为铸件采取底座朝上且铸件全部在下箱方法进行铸造，这么铸件凝固次序为由下至上凝固，这么有利于支座关键部分先凝固并得到补缩，如此内浇道则设置在底部侧面引入金属液，图4.1所表示。

图4.1 内浇道位置示意图
4.1.3决定直浇道位置和高度
实践证实，直浇道过低使充型及液态补缩压力不足，轻易出现铸件棱角和轮廓不清楚、浇不到上表面缩凹等缺点。初步设计直浇道高度等于上沙箱高度200mm。但应检验该高度是否足够。
检验依据为，剩下压力头应满足压力角要求，以下式所列：
HM≥Ltgа
式中 HM——最小剩下压力头
L——直浇道中心到铸件最高且最远点水平投影距离
а——压力角
由《铸造工艺学》查表3-4-11得：а为9～10 取10
Ltgа=180*tg10≈32mm
因为铸件全部在下箱，所以剩下压力头HM等于上箱高度200mm
经过验证剩下压力头满足压力角要求。
4.1.4计算浇注时间并核实金属上升速度
依据铸件图计算单个铸件体积V=[(3.14*4²/2+6*8)*1.8+3.14*3²*0.5-3.14*0.95²*2.3+(3*2.5/2)*1+8*1.8*10+3.14*1²*0.6*2-3.3*0.6*10]*2≈545cm³
儒墨铸铁密度由《铸造实用手册》查表1.1-90得：7.0～7.2
取密度为7.1
一箱四件质量为m=545*7.1*4=15.478kg≈15.5kg
支座大批量生产工艺出品率约为85%，可估量铸型中铁水总重量G
G=15.5/85%≈18kg
初步计算浇注时间由《铸造实用手册》查表1.4-61得：
T=S√G=2.2*√18≈9s
计算铁水液面上升速度 v=C/t=115/9=13mm/s
校核铁水上升速度，通常许可铁水最小上升速度范围由《铸造实用手册》查表1.4-62得：上升速度v=10～20s
经过比对13mm/s上升速度符合实际，无须调整经验系数。
4.1.5计算阻流截面积
依据水力学近似计算公式：
F内= m/[ρtμ(2gHp)0.5] cm²
式中 m—流经阻流金属质量 kg
t—充满行腔总时间 s
ρ—金属液密度 kg/cm³
μ—浇注系统阻流截面流量系数
Hp—充填型腔时平均计算压力头 cm
F内=18/[0.0071*9*0.5*(2*1000*20)0.5] ≈3cm²
4.1.6确定浇口比
浇口比由《铸造实用手册》查表1.4-58得：
∑S直：∑S横：∑S内=1.4：1.2：1
4.1.7计算内浇道截面积
内浇道是控制充型速度和方向，分配金属液，调整铸件各部位温度和凝固次序，浇注系统金属液经过内浇道对铸件有一定补缩作用。
因为设计内浇口有四个，所以S内=3/8≈0.4cm²
内浇道形状取梯形断面形状图4.2

图4.2 内浇道截面示意图
梯形断面大小由《铸造实用手册》查表1.4-75得：
a=7mm b=5mm c=7mm
4.1.8计算横浇道截面积
横浇道功用是向内浇道分配洁净金属液，储留最初浇入含气和渣污低温金属液并阻留渣滓，使金属液流平稳和降低产生氧化夹杂物。
因为设计横浇口有两个，所以S横=3*1.2/2=1.8 cm²
横浇道形状取梯形断面形状图4.3

图4.3 横浇道截面示意图
梯形断面大小由《铸造实用手册》查表1.4-75得：
A=15mm B=10mm C=16mm
4.1.9计算直浇道截面积
直浇道功用是从浇口杯引导金属液向下，进入横浇道、内浇道或直接进入型腔。并提供足够压力头，使金属液在重力作用下能克服多种流动阻力充型。
因为设计直浇口有一个，所以S直=3*1.4=4.2cm²
直浇道形状取圆形截面形状图4.4

图4.4 直浇道截面示意图
圆形断面大小由《铸造实用手册》查表1.4-75得：
D=25mm
为了方便取模直浇道做成上小下大倒圆锥形，（通常锥度取1/50）。
所以直浇道上端是直径约为：
D1=25-（1/50）*150=22mm
4.1.10浇口窝设计
浇口窝对于来自直浇道金属有缓冲作用，能缩短直——横浇道拐弯处紊流区，改善横浇道内压力分布，并能浮出金属液中气泡。
浇口窝直径为直浇道下端直径两倍，所以D=2*25=50mm
浇口窝高度为横浇道高度两倍，所以h=2*16=32mm
浇口窝底部放置耐火砖预防充型。
4.1.11浇口杯设计
浇口杯是用来承接来自浇包金属液，预防金属液飞溅和溢出，便于浇注，并能够减轻金属液对型腔冲击，还可分离渣滓和气泡，阻止其进入型腔。
浇口杯选择一般漏斗形浇口杯，其断面形状图4.5所表示

图4.5 浇口杯截面示意图
浇口杯断面大小由《铸造实用手册》查表1.4-89得：
D1=68mm, D2=64mm, H=52mm
4.2冒口设计
冒口是铸型内用于储存金属液空腔，在铸件形成时补给金属，有预防缩孔、缩松、排气、集渣作用。
支座所用蠕墨铸铁在凝固时其体积改变情况和部分工业上常见金属及合金不一样，其特点是在液态冷却时发生收缩，冷却至共晶温度时停止收缩，因为析出石墨而发生膨胀，在靠近凝固终了时余下液态金属凝固时又开始收缩，直至凝固结束。所以其凝固时膨胀和液态收缩趋于相互赔偿。故蠕墨铸铁补缩时需要铁水量少，而且支座壁厚均匀无厚大壁，所以可利用浇注系统进行补缩不设置冒口。
4.3冷铁设计
为了增加铸件局部冷却速度，在型腔内部及工作表面安放金属块称为冷铁。
支座铸件壁厚较为均匀，且无厚大壁，固不易产生裂纹缩松等缺点。而且设置冷铁会增加生产工序，使成本增大。所以不设置冷铁，不过采取在壁厚交叉部位型腔和砂芯上刷激冷涂料用以预防缩松等缺点。
4.4出气孔设计
出气孔用于排出型腔内气体，改善金属液充填能力、排除先冲到型腔中过冷金属液和浮渣，还可作为观察金属液充满型腔标志。出气孔设置位置详见工艺图。
预防出气孔过大造成铸件形成热节，以至产生缩孔，出气孔根部直径，不应大于设置处铸件壁厚0.5倍。即出气孔直径应小于10.5mm(0.5*21mm)。
预防出气孔过小造成型内气压过份增大，出气孔根部总截面接应大于内浇口总截面积3cm²。
所以设计出气孔根部直径为10mm，一箱4件共4个出气孔。为方便取模采取上小下大锥形，斜度为起模斜度а=1°10＇
出气孔总截面积为3.14*（1.0/2）²*4=3.14cm²
4.5铸件工艺出品率校核
铸型中铁水总重量=铸件重量+浇注系统重量+冒口重量+气孔等重量=15500+0.7*0.5*7*4*7.1+［（1.5+1）*1.6］/2*32*7.1+［（3.14*1.25²+3.14*1.1²）*15］/2*7.1+［（3.14*3.4²+3.14*3.2²）*5.2］/2*7.1+3.14*2.5²*3.2*7.1+3.14*（1.0/2）²*4*20*7.1≈15500+70+455+469+1264+446+445=18649g=18.649kg
工艺出品率=铸件重量/铸型中铁水总重量=15.5/18.649≈83%
在计算浇注系统时估量工艺出品率为85%，基础符合事实。

第五章 铸造工艺装备设计
铸造工艺装备是造型、造芯及合箱过程中所使用模具和装置总称。
5.1模样设计
5.1.1模样材料选择
模样是造型工艺过程必需工艺装备，用来形成铸型型腔，所以直接关系着铸件形状和尺寸正确度。支座为大批量生产，所以用金属模样，该金属模样材料选择以下：
模样：铝合金（质轻、不生锈，加工性能好，加工后表面光滑，并有一定耐磨性，但耐磨性较差）
出气针、气孔针：45号钢
5.1.2金属模样尺寸确实定
模样尺寸＝铸件尺寸（1＋K），（模样尺寸正确到小数点后两位）
注：K 铸件线收缩率
支座收缩率K=0.9%
5.1.3壁厚和加强筋设计
模样壁厚由《铸造实用手册》查表1.5－2得：
模型壁厚6mm。
因为模样轮廓尺寸较小约为：160mm*135mm*100mm，内部不用设置加强筋。
5.1.4金属模样技术要求
模样尺寸精度、表面光洁度是影响铸件质量一个关键原因，所以对其表面光洁度和尺寸偏差应严格控制。
由《铸造实用手册》查表1.5－5得：
模样表面粗糙度为3.2，模样和模板接触面粗糙度为6.3 。
5.1.5金属模样生产方法
为增加材料浇注后致密度，现将材料制作成和该模样形状类似腔体，然后进行热处理，以增加其硬度，增加抗磨损能力，然后在用机器按模样尺寸加工成模样形状。
5.2模板设计
模板也称型板，是由摸底板和模样、浇冒口系统及定位销等装配而成。模底板用来连接和支承模样、浇冒系统、定位销等。本设计采取单面模底板，其工作面是平面。
5.2.1模底板材料选择
对模底板材料要求是有足够强度，有良好耐磨性，抗震耐压，铸造和加工性。依据模样结构及生产要求，选择铸造铝合金作为模底板材料。
5.2.2模底板尺寸确定
模底板长＝砂箱长＋2×砂箱分型面出边缘厚度
＝450＋2×25=500 mm
模底板宽＝砂箱宽＋2×砂箱分型面出边缘厚度
＝350＋2×25＝400 mm
由《铸造实用手册》查表1.5－34得：模底板壁厚取为12mm
5.2.3模底板和砂箱定位
模底板和砂箱之间采取定位销和销套定位。
5.3芯盒设计
5.3.1芯盒类型和材质
采取热芯盒，芯盒材料为铝合金。
5.3.2芯盒结构设计
芯盒壁厚由《铸造实用手册》查表1.5－11得：6～8mm，取7mm
5.4砂箱设计
砂箱设计内容有：选择类型和材质，确定砂箱尺寸。结构设计，定位及紧固等。
5.4.1砂箱材质及尺寸
支座零件机械造型用砂箱可选择材料牌号由《铸造工艺课程设计手册》查得有：HT15-33,HT20-40,QT45-5,QT60-2,QT40-10,ZG15～ZG45。选择HT200为砂箱材料，需进行人工时效或退火处理。
依据通用砂箱规格尺寸选砂箱尺寸：
上箱为450*350*200mm 下箱为450*350*200mm
5.4.2砂箱型壁尺寸及圆角尺寸
一般机械造型砂箱常见向下扩大倾斜壁，底部设突缘，预防塌箱，确保刚性，便于落砂，箱壁上流出气孔。
由《铸造实用手册》表1.5-47查得：
箱壁壁厚为t=10mm,b1=25 mm , h1=10 mm,h2=15 mm
箱壁型式图5.1：

图5.1 箱壁形式示意图
砂箱过渡圆角示意图图5.2。其中R=20 mm,R1=40 mm

图5.2 砂箱过渡圆角示意图
5.4.3砂箱排气孔尺寸
由《铸造实用手册》表1.5-49查得：
C=40 mm,c1=50mm,c2=20mm,d=10 mm
上箱通气孔共2排，下箱通气孔共2排

第六章 蠕墨铸铁（RuT300)配料及熔炼计算
6.1 蠕墨铸铁（RuT300)配料计算
铸造生产支座用儒墨铸铁RuT300合金成份控制为：C3.4％～3.8％, Si2.5％～2.9％, Mn0.1％～0.3％, S＜0.02％, P＜0.1％，Mn0.015％～0.025％
生产原料选择天津Q10生铁，回炉料，废钢，75#硅铁，65#锰铁。
原料化学成份由《铸造合金配料速查手册》查表1.3-9得：
炉料名
炉料成份（%）
C
Si
Mn
P
S
天津Q10生铁
4.3
0.88
0.1
0.04
0.036
回炉料
3.61
2.7
0.31
0.04
＜0.01
废钢
0.21
0.24
0.52
0.03
-
75#硅铁
-
77
-
-
-
65#锰铁
-
-
67
-
-
冲天炉烧损率
5
-15
-20
0
+50
首先考虑由炉前蠕化孕育处理后，原铁液质量分数降低0.1％～0.2％，硅吸收0.8％，锰微减，硫质量分数降低40％～80％，所以原铁液化学成份应控制在：C3.5％～3.9％, Si1.7％～2.3％,Mn0.1％～0.3％, S＜0.03％, P＜0.1％.
计算炉料中各元素应有含量（质量分数），公式以下：
W炉料=W原铁液/（1±η）
式中 W炉料——炉料中元素含量（质量分数）
W原铁液——原铁液中元素含量（质量分数）
η——熔炼过程中元素增减率
所以据公式计算炉料中各元素应有含量（质量分数）以下：
WC炉料=WC原铁液/（1±ηC）=3.80/（1-5%）=4%
WSi炉料=WSi原铁液/（1±ηSi）=2.20/（1-15%）=2.59%
WMn炉料=WMn原铁液/（1±ηMn）=0.3/（1-20%）=0.38%
WP炉料=WP原铁液/（1±ηP）=0.06/（1+0%）=0.06%
WS炉料=WS原铁液/（1±ηS）=0.02/（1+50%）=0.03%
依据工艺出品率及成品率估算用回炉料为25%，设天津Q10生铁用量为A,废钢用量为B
则可列方程有：
4.3%*A+3.61%*25%*0.21%*B=4%.........1式
A+25%+B=100%........................2式
连列1式，2式解方程得：A≈68% B≈7%
计算硅铁和锰铁加入量，设硅铁用量为C, 锰铁为D
C=(炉料中应加入硅含量-炉料硅含量)/硅铁硅含量
={2.59%-（0.88%*68%+2.7%*25%+0.24%*7%）}/77%
=1.69%
D=(炉料中应加入锰含量-炉料锰含量)/硅铁锰含量
={0.38%-（0.10%*68%+0.31%*25%+0.52%*7%）}/67%
=0.30%
核实磷，硫含量是否超标：
WP｀炉料=0.04%*68%+0.04%*25%+0.03%*7%=0.0393%<0.06%
WS｀炉料=0.0036%*68%+0.01%*25%+0*7%=0.005%<0.03%
经过计算得回炉料为25%，天津Q10生铁用量为68%,废钢用量为7%,硅铁用量为1.69%,锰铁用量为0.30%.
6.2 蠕墨铸铁生产控制
6.2.1蠕化剂及蠕化处理
铸造支座用RuT300选择稀土硅铁合金（RE30）作为蠕化剂，蠕化率要求达成50%,稀土硅铁合金（RE30）蠕化处理反应平稳。
蠕化处理方法是在将颗粒状合金均匀在出铁槽随流加入，每包处理0.8～1t。此方法操作简单，吸收率高。
6.2.2孕育化处理
因为蠕化处理后铁液中镁和稀土作用，使铁液轻易含有结晶过冷和在组织中出现游离渗碳体倾向，所以孕育处理亦是蠕墨铸铁生产中一个必需步骤，其作用为消除结晶过冷倾向，降低自由渗碳体；提供足够石墨晶核，增加共晶团体，使石墨呈细小均匀分布，提升力学性能；延缓蠕化衰退。
孕育剂选择含硅75%硅铁。孕育处理方法是将硅铁在出铁槽随流加入。

第七章 砂型铸造设备选择
7.1 造型工部设备选择
工艺分析确定采取砂箱内尺寸为450×350×100/200mm微振压实造型线生产支座。选择这种造型线组织造型生产，在技术上是优异，经济上是合理。选择半自动气动微震压实造型机（型号 ZB148B）进行造型。
7.2 制芯工部设备选择
为了提供造型用强度高、尺寸正确砂芯，采取热芯盒射砂生产树脂砂芯，此零件砂芯属于小砂芯，依据所需型芯形状及生产效率，选择2ZZ8612热芯盒射芯机。
7.3 溶化工部设备选择
依据车间生产纲领、设备资源情况、投资等原因，确定采取冲天炉融化蠕墨铸铁。
7.4 砂处理工部设备选择
混砂装备选择碾轮式混砂机，该型混砂机混砂质量很好。
制备型（芯）砂所需要多种原材料、如新砂、煤粉、粘土等通常全部经过烘干后使用，在批量较大铸造车间多采取卧式烘干滚筒。
松砂是很关键工艺步骤。生产批量较大铸造车间，采取双轮松砂机。
7.5 清理工部设备选择
为了减轻清理工段劳动强度，改善劳动条件，提升铸件清理质量和清理速度，设计中采取双行程连续抛丸室和Q 118抛丸清理滚筒进行铸件表面清理；采取M 3040固定式砂轮机、M 3140悬挂式砂轮机铸件飞边毛刺。清理好铸件用电泳浸漆远红外线烘干自动线进行油漆防锈。废砂用带式输送机、斗式提升机集中送至废砂斗内，定时用汽车运走。

总 结
经过了近一个学期精心准备，毕业设计已经靠近尾声了，因为我所学知识有限，所以有很多不足和没有考虑到地方还请老师给予指正。
本设计关键开篇对中国铸造历史及现实状况，其它国家铸造发展现实状况，中国铸造发展趋势等进行了对应简单介绍