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铸造工艺设计论文

14
2020年5月29日
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材料工程学院
铸造工艺课程设计

说 明 书

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课程设计任务书
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起止日期
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8

6 月27
零件结构的铸造工艺性与技术条件分析.

铸型中类,造型、造芯方法的选择.

凝固原则,浇注位置,分型面的选择比较、论证

主要工艺参数的确定

浇注系统类型的选择和尺寸计算。

冒口冷铁的选择和计算。

型砂型芯及涂料配方性能及烘干规范。

铸件缺陷的防治措施,铸件的验收规范和允许修补的条件。

序号
计算过程或说明
结论

一．阅读零件图,分析工艺

二．铸件质量的计算

三．确定浇注时间

四．确定浇注系统,以及分型面的选择与论证

五．砂芯的设计

六．冒口、冷铁等的选择和计算

七．型砂、芯砂及涂料的配方性能及烘干规范

八铸件缺陷的防治措施铸件验收规范和允许修补的条件

九．参考资料

1.读图、审图、分析工艺。
(1)该零件为托架, 材质为HT150
(2)生产类型:单件小批量生产。
造型材料:树脂砂造型。
造型方法:手工造型。
(3)铸件壁厚:最薄处5毫米 ,最厚处
22毫米
(4)造型方法:分模造型
造芯方法:芯盒造芯
铸型种类:干型
2．主要工艺参数:
铸造收缩率:1% (灰铸铁的收缩率为1%)
机械加工余量:2mm (根据机械加工余量的数量 GB/T11350-89可得)
起模斜度:0.5º~4º (木模的起模斜度为
0.5º~4º)
最小铸出孔和槽:单件小批量生产大的最小铸出孔为30~50mm
浇注温度:1320~1400℃ (根据<铸造工艺及设备>一书表3-1可得)

该铸件可分为6个部分进行计算其体
积,计算过程如下:
V长方体=1.64 x 0.24 x 1.36
= 0.535296
V2圆= Π x 1.18
= 0.81847868
V3圆=Πx 1.22= 0.48191464
V4圆=Πx 0.24=0.10316784
V5圆=Πx 0.06=0.03323376
V6筋=0.44 x 0.24 x 1.04= 0.109824
综上可知:
V总=V长方体+V2圆+V3圆+V4圆+V5圆
+V6筋 = 0.91174996

HT密度ρ为7.3kg/
铸件的重量G=ρv总= 0.91174996 x 7.3
= 6.656 kg
浇冒口重量占铸件重量的比例
铸件重量/kg
大量
生产%
成批
生产%
单件小
批生产%
<100
20-40
20-30
25-35

该铸件为单件小批生产,铸件重量<100kg,
则取比例为35%;
浇冒口的重量G1=6.656 x 35%
= 2.3296 kg
则可知,金属液的重量G2= G + G1
= 8.9856 kg

1浇注时间经验公式:t=k
式中 : t—浇注时间(s)
G2—浇入型内的金属液的总
重量 (kg)
k—系数,灰铸铁取2.0
l—铸件的平均壁厚
铸件的平均壁厚l=13.5 mm
将数据代入上述公式可知:
浇注经验时间t= 8.8 s
2.验算浇注时间:
计算所得的浇注时间是否合适,一般以
型内金属液面上升速度来验证。浇注时间过长
,会在金属液面上产生较厚的氧化层,造成气
孔.夹渣等缺陷。铸铁件允许的最小液面上升
速度见下表:
型内铁液液面允许的最小上升速度

铸件厚
度/mm
铸件厚度大于
40mm以及所
有水平位置浇
注的平板铸件

11-40

4-10

<4
最小上
升速度
mm/s
8-10
11-20
21-30
31-100
3.计算金属液液面上升速度:
V=C/t
C—铸件最低点到最高点的距离,按浇注
时的位置确定(mm)
t—计算的浇注时间(s)
V=142 / 8.8 = 16.1 mm/ s
由上表可知铁液的最小上升速度为
11-20 mm/s.
在范围内,因此浇注时间符合。

1.确定内浇道的截面积。
铸件重量6.656 kg 铸件壁厚最薄处5 mm,
最厚处22 mm,
查<铸造工( 技师 高级技师)>一书,
表1-15
可查的 S内=1.6
2校核砂箱高度是否满足

浇注铸型的最小压头H小,对充满型腔是
必须的,计算的压头不能低于H小值:
H小=L1tg
式中:L1—自直浇道中心线到铸件最高、
最远的水平距离。L1=162mm
—保险压力角 (参考<铸造工艺及
设备>一书,表3-7) 取 =13度
由以上可得H小=37.4mm
H均=
H均—作用于内浇道的金属液静压头
G2—型内金属液的顶总重量(kg)
μ—流量系数 (根据<铸造工艺及设计>
一书的表3-5及表3-6可确定μ的值为0.7)
t—浇注时间(s)
因此综上可计算出H均,H均=253mm
H均 > H小,因此合理。
3.确定浇注方式
顶住式浇注系统的优点是:金属液容易
充满型腔,凝固顺序自下而上,有利于铸件
的补缩,对薄壁铸件能够防止浇不到,冷隔
等缺陷,浇注系统结构简单,紧凑,便于造
型,节约金属。但在浇注时,金属液易产生飞
溅、氧化、容易产生砂眼、氧化夹渣等缺陷。
这种浇注 系统适用于结构简单,高度不大的
薄壁铸件。
底注式浇注系统的优点是:充型平稳不
会产生飞溅、氧化倾向小,排气容易。但铸件
的温度分布不利于自下而上的定向凝固,当铸
件较高时补缩效果差。
此零件为托架,结构较简单,铸件比较
高,铸件需要补缩,因此综上所属,该铸件的
浇注方式选择顶住式浇注系统为宜。
4.分型面的选择比较及论证:

如上图a、b所示的分型面,若将铸件同时置于
于上下两箱内,那么一旦发生错箱,就会产生
e¹不等与e²的现象,使铸件产生很大的的尺寸
偏差,若将整个铸件都置于下箱内,则不论是
否发生错箱,都能保证e¹等于e²从而保证了铸件的尺寸精度。因此,分型面应放置在如图a所示的位置。
5.确定浇注系统组元截面之间的比例关系,计
算各浇道的截面尺寸。
根据<铸造工艺及设备>一书,表3-8,可
查得:
∑S内:∑S横:∑S直=1 :1.1 :1.15
因为 ∑S内=1.6
则可得:∑S横=1.76
∑S直=1.84
6.确定内浇道、直浇道、横浇道及浇口杯的形
状尺寸。
根据<铸造适用数据速查手册>一书,表
1-25,可得:
内浇道

α=11
b=7
c=17
横浇道

A=16
B=11
C=18
直浇道

D=17
<根据铸铁件生产实用技术>一书表1-24
可得浇口杯的形状和尺寸如下:

d
A
B
C
E
H
R1
R2
φ20
20
80
60
100
20
60
10
12
型芯是铸型的一个重要组成部分,型芯的
作用时形成铸件大的内腔,孔洞,阻碍起模部
分的外形以及铸型中有特殊要求的部分。
1.心头设计。
芯头是指伸出铸件以外不与金属液接触的砂芯
部分心头的作用是定位、支撑和排气。
对砂芯的要求:定位和固定砂芯,使砂芯在
铸型中有准确的位置,并能承受砂芯重力及浇
注时液体金属对砂芯的浮力,时砂芯不被破坏。
芯头应能及时将浇注后砂芯所产生的气体排出
型外;下芯合型方便芯头应有适当的斜度和间
隙。
芯头可分为垂直芯头和水平芯头,此图采用
垂直芯头。
垂直芯头的结构如下图所示;

a—斜度 S-间隙
h—下部心头的高度
h1—上部芯头的高度
根据<铸造工>一书
表1-7垂直芯头高度和芯头与芯座的配合间隙
表1-8垂直芯头的斜度
表1-9垂直芯头顶面与芯座配合间隙
可得:
S=0.5 S2=1
上部芯头 a1=10 º α=7
下部心头 a=7 º α=5

1．冒口的选择及冒口各部分尺寸
在铸造生产中,由于铸件结构和铸造参数的
因素,在膜腔内各点的熔融状态的金属液凝固
时间是不相等的,这就会在铸件凝固后产生热
应力造成铸件变形,裂纹等,同时,由于冷却
凝固时间不等,铸件回出现疏松冷隔,气孔等
缺陷。因此在铸造生产中常采用一些措施来防
止或减少铸件缺陷的产生。
该铸件需要补缩,且铸件壁厚连接处,壁厚
相差较大有可能会产生热节,因此应采用冒口
或冷铁,但因该铸件具有一定的斜度,采用冷
铁时会比较麻烦,因此采用冒口来防止热节的
产生。
冒口是在铸型内专门设置的储存金属液的空
腔,用以补偿铸件成型过程中可能产生收缩,
所需的金属液,防止缩孔、缩松的产生。并起
到排气集渣的作用。
冒口的设计可采用比例法,比例法也称热节
圆法,这种方法就是使冒口的根部直径大于铸
件被补缩处热节圆直径或壁厚,再以冒口根部
直径来确定其它尺寸。
冒口的根部直径计算公式:
D=cd
D-冒口根部直径
d-铸件被补缩处热节处内切圆直径
c-比列系数 (根据表4-6可得)
根据表4-6选择普通顶冒口中的B型冒口,
冒口的形状和各部分的尺寸如下:

2. 冒口的个数,根据公式L=nl/(πD件)
式中 L—冒口延伸度
n—冒口数量
l—冒口沿着轮缘方向的尺寸
D件—轮缘直径
根据上式可得,冒口的个数n=

1.型砂的配比及性能:

种
类

配比(重量百分比)

性能
使用范围
新砂
旧砂
粘土
膨润土
纸浆或糖浆
水分%
湿透气性
湿压强度
干剪
20/40
30/50
40/70
铸铁件用砂

—

—

30

70
4

~

6

_

_
7

~

8

>100
4.5

~

6

>1.5
小件面砂

2芯砂的配比及性能

砂
料
新
砂
配比(重量百分比%)
性能

用

途
旧
砂
粘
土
纸浆
或
糖
浆
木
屑
彭
润
土
焦
炭
粒
水
分
%
透
气
性
湿
压
强
度
干
剪
强
度
20/40
30/50
铸
铁
件
芯
砂

—

60

40

5
-
7

2
-
3

——

—

—
7.5
-
8.5

>100
0.5
-
0.7

>2.0
中
小
件
芯
砂

3.铸铁件型芯用涂料成分比。
涂料配方:
石墨粉 : 50%
糊 精 : 1.5-2.0%
沥 青 : 2.5-3.0%
松 香 : 1.5-2%
汽 油 : 50%
4．因为该铸件使用的是树脂砂,因此无需烘干。

1．铸件缺陷及防治措施;
(1)气孔和针孔
防治措施:炉料要烘干、除锈、去油污、;焦
炭的质量要好,以提高金属液的出炉温度;孕
育剂,球化剂和所用的工具要烘干;防止液体
金属在熔炼过程中的过度氧化,;制造砂型时舂
砂要均匀,型、芯排气要通畅;出气冒口要放
在型腔的最高处和型腔中气体不易排出的地方。
(2) 缩陷、缩孔和缩松
防治措施: 正确设计内浇道、冒口、冷铁
的位置,确保铸件在凝固收缩过程中不断有液体
金属补充;改进铸件结构,使铸件有利于补缩;保证铸型有足够的强度,对较大的铸件采用干型,防
止型壁向外扩张。
(3)冷裂
防治措施: 力求铸件壁厚均匀,使铸件各
部分的冷缺速度尽量趋于一致;尽量不使铸件
收缩受阻;延长铸件开箱时间,使铸件在型内
缓慢冷缺;对铸件进行时效处理,减少残留应
力。
(4)热裂
防治措施: 铸件要尽量避免壁厚的突然变
化,铸件的转角处做到适当的铸造圆角,铸件
中容易产生拉应力的部位和凝固较迟的部位可
采用冷铁或工艺肋;粘土砂中加入适量木屑或
采用有机粘结剂,以改进型芯砂的溃散性;砂
型和砂芯不应舂的过紧;改用刚度合适的芯骨,芯骨外部要有足够的吃砂量。
(5)冷隔
防治措施: 提高浇注温度,改进熔炼工艺,防止金属液氧化,提高流动性;改变铸件浇注位置,薄壁大平面应尽量放在下面或采用倾斜浇注;加强对
合型、紧固铸型的检查,防止分型面和砂芯出
气孔等处跑火。
(6) 粘砂
防治措施: 湿型在保证有足够透气性的前提
下,尽可能选用粒度细的原砂;提高砂型的紧
实度,特别是高大砂型下部的紧实度;减少吃
砂量忆提高粘砂层的冷却速度;避免型芯局部
过热;选用耐火度高或冷却能力强的造型材料。
2.铸件缺陷修补的原则 :
修补后的铸件外观、性能和寿命均能满足要
求,且经济上合算,即应修补。反之,技术上无
把握,经济上得不偿失,就不进行修补。

<手工造型工> 机械工业出版社
<铸造工艺及设备>机械工业出版社
<热加工实训>机械工业出版社
<造型工> 机械工业出版社
<铸造使用数据速查手册>
<铸铁件生产使用技术>等资料

铸件质量
6.656kg

浇注的经验时间
8.8s

铁液的最小上升速度16.1
mm/ s

内浇道的截面积
1.6

H均为
253mm

横浇道的
截面积
1.76
直浇道的
截面积
1.84

冒口个数
为