铸造工艺课程设计_说明书.docx

铸造工艺课程设计
说明书

佳木斯大学

目 录
1 前 言 3
1.1 本设计的意义 4
1.1.1 本设计的目的 4
1.1.2 本设计的意义 4
1.2 本设计的技术要求 5
1.3 本课题的发展现状 5
1.4 本领域存在的问题 5
1.5 本设计的指导思想 6
1.6 本设计拟解决的关键问题 6
2 设计方案 6
2.1 零件的材质分析 7
2.2 支座工艺设计的内容和要求 8
2.3 造型造芯方法的选择 10
2.4 浇注位置的选择与分型面的选择 10
2.4.1 浇注位置的选择 10
2.4.2 分型面的确定 12
2.4.3 砂箱中铸件数目的确定 14
3 设计说明 15
3.1 工艺设计参数确定 15
3.1.1 最小铸出的孔和槽 15
3.1.2 铸件的尺寸公差 16
3.1.3 机械加工余量 17
3.2 铸造收缩率 17
3.2.1 起模斜度 18
3.2.2 浇注温度和冷却时间 19
3.3 砂芯设计 19
3.3.1 芯头的设计 20
3.3.2 砂芯的定位结构 20
3.3.3 芯骨设计 21
3.3.4 砂芯的排气 21
3.4 浇注系统及冒口，冷铁，出气孔的设计 21
3.4.1 浇注系统的类型和应用范围 21
3.4.2 确定内浇道在铸件上的位置、数目、金属引入方向 22
3.5 决定直浇道的位置和高度 22
3.5.1 计算内浇道截面积 23
3.5.2 计算横浇道截面积 23
3.5.3 计算直浇道截面积 24
3.5.4 冒口的设计 25
4 铸造工艺装备设计 25
4.1 模样的设计 26
4.1.1 模样材料的选用 26
4.1.2 金属模样尺寸的确定 26
4.1.3 壁厚与加强筋的设计 26
4.1.4 金属模样的技术要求 26
4.1.5 金属模样的生产方法 27
4.2 模板的设计 27
4.2.1 模底板材料的选用 27
4.2.2 模底板尺寸确定 27
4.2.3 模底板与砂箱的定位 27
4.3 芯盒的设计 28
4.3.1 芯盒的类型和材质 28
4.3.2 芯盒的结构设计 28
4.4 砂箱的设计 28
4.4.1 砂箱的材质及尺寸 28
5 结 论 28
致 谢 29
参 考 文 献 29

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1 前 言
1.1 本设计的意义
机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部 分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。
1.1.1 本设计的目的
铸造工艺课程设计是学完了铸造工艺基础课程后，对铸造工艺过程进一步了解的练习性的教学环节，是学习深化与升华的重要过程，是对学生综合素质与工程实践的能力培养应在指导教师指导下独立完成一项给定的设计任务，编写符合要求的设计说明书，并正确绘制有关图表。在课程设计工作中，应综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决工程问题。应学会依据技术课题任务，进行资料的调研、收集、加工与整理和正确使用工具书；培养学生掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力；培养学生掌握实验、测试等科学研究的基本方法；锻炼学生分析与解决工程实际问题的能力。通过课程设计，应能树立正确的设计思想；培养学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风；在工作设计中，应能树立正确的工程意识与经济意识，树立正确的生产观点、经济观点与全局观点。
1.1.2 本设计的意义
该课程设计是学完本课程之后的一项重要的实践，是我们步入社会的一次深刻的链接，考察了我们独立设计，计算，绘图和分析的能力，同时提高了我们查阅各种设计手册的能力，通过该课程设计我们了解铸造工艺设计的一般步骤，需要用到的一些结构都需要我们认真查阅后绘制到图纸上，通过课程设计我们学会了很多课本上没有的知识。
1.2 本设计的技术要求
工艺设计学生要在规定的时间（3周）内，必须完成一个中等复杂程度零件的铸造工艺设计，并完成采用机器造型的主要铸造技术文件汇（编）制工作。采用CAD出图，如有条件可以进行三维设计和动态模拟。华铸CAE10.0模拟软件可以开放使用。具体任务包括：零件图1张（A4），铸造工艺图1张（A3彩色），模板装配图1张（A4），芯盒图（或装配图）1张（A4），铸型装配图1张（A4），铸造工艺卡1张（A4），设计说明书1份（A4）
1.3 本课题的发展现状
由计算机、网络技术、传感技术、人工智能所构成的信息技术近年来在铸造生产中得到更为广泛的应用，这正在改变着铸造生产的面貌，可以说现代铸造技术的主要特征就是将传统的铸造工艺与信息技术融为一体。快速原型技术在铸造生产中的应用也有了新的发展，它除了可应用于制造新产品试制用的摸样及熔模铸造的蜡模外，还可用于直接造出酚醛树脂壳型、壳芯，他们可直接用来装配成砂型。在德国震压造型正在逐步被其它先进的造型设备所取代，而到1999年垂直分型无箱射压造型、气流——气压造型、空气冲压造型这三类造型线的生产能力之和已占有77%，居于主导地位。国外近年来在智能化型砂质量控制方面有很大发展，特点是利用计算机辅助对型砂质量进行预防性控制。
1.4 本领域存在的问题
由于技术水平和装备条件等限制,我国铸造业还不能完全生产出国内各行业所急需的一些关键铸件,特别是一些高难度、高要求的铸件。要改变目前这种状况,就必须加大铸造企业的重组和结构调整,发展专业化生产,进一步扩大优势企业的规模,提高企业的工艺和装备水平，必须加大科技投入,建立企业的研发中心并实行产学研三结合的研发体制,推动自主创新，必须把环境保护和劳动保障当作一件大事抓紧抓好，必须大力降低能耗和原材料消耗，必须进一步培养铸造方面的专业人才,加强职工队伍的技术培训,提高全行业职工的技术与劳动素质。
1.5 本设计的指导思想
铸造工艺课程设计总的程序是：根据已下达的课题任务－零件图进行详细的工艺分析后，绘制出铸造工艺图。以工艺图为依据，设计出模板图和芯合图，再绘制铸型装配图（合箱图），最后编写设计说明书和工艺卡。
1.6 本设计拟解决的关键问题
通过阅读图纸，应着重了解以下各点：
（1）了解铸造零件的结构形状及各投影间的关系，建立零件形状的明确完整的立体概念，以保证工艺设计及各项设计制图工作的顺利进行；
（2）弄清零件图的各项尺寸，并着重记录铸造零件的重量，主要壁厚及最大壁厚，零件最大尺寸（长宽高轮廓尺寸），以供工艺设计使用；
（3）零件各项公差要求，零件加工位置及零件各项加工要求（包括边面光洁度），并对加工方法做初步了解；
（4）零件材质及性能要求，以及图纸上指出的各项特殊技术要求。

2 设计方案
零件结构的铸造工艺性是指零件的结构应符合铸造生产的要求，易于保证铸件品质，简化铸件工艺过程和降低成本。审查、分析应考虑如下几个方面：1、铸件应有合适的壁厚，为了避免浇不到、冷隔等缺陷，铸件不应太薄。2、铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意薄壁过渡和圆角 铸件薄厚壁的相接拐弯等厚度的壁与壁的各种交接，都应采取逐渐过渡和转变的形式，并应使用较大的圆角相连接，避免因应力集中导致裂纹缺陷。3、铸件内壁应薄于外壁 铸件的内壁和肋等，散热条件较差，应薄于外壁，以使内、外壁能均匀地冷却，减轻内应力和防止裂纹。4、壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节。5、利于补缩和实现顺序凝固。6、防止铸件翘曲变形。7、避免浇注位置上有水平的大平面结构。
2.1 零件的材质分析
铸件成型材料为蠕墨铸铁，蠕墨铸铁是在铸铁材料方面介于球墨铸铁与灰铸铁之间的一种材科。蠕虫状石墨是介于球伏与片状之间的一种过渡型石墨，因而使这种铸铁的材质性能也介于球墨铸铁与灰铸铁之间。简要地说，蠕墨铸铁具有接近于球墨铸铁的强度、刚性，一定的韧性，良好的耐磨性；另一方面，它又具有接近于灰铸铁的铸造性能和热传导性能，因此这种铸铁材料愈来愈引起人们的注意，并且巳开始在生产上获得了应用。它具有独特的性能，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的效果。其化学成分：（见下表2-1），蠕铁的碳当量高，加稀土合金后又使铁水得到净化，因而使它具有较好的流动性。在碳当量相同的情况下，蠕铁和灰铸铁的流动性相似。蠕铁的收缩也介于灰铸铁和球铁之间，浇注系统可按灰铸铁进行设计。但对致密性要求较高，壁厚相差较大的复杂铸件，要采用球铁的浇注和补缩系统。蠕铁兼有灰铸铁和球铁的良好性能，抗拉强度和屈服强度高于灰铸铁，相当于铁素体球铁。导热性接近于灰铸铁，因而铸造工艺方便、简单、成品率高。蠕铁有较好的抗生长和抗氧化性能，蠕铁的耐磨性为中国标准HT300的2.2倍以上，比高磷铸铁高1倍，而与磷铜钛铸铁相近。
表2-1 ZG230-450的化学成分 (%)
化学成分
C
Si
Mn
S
P
含量
3.4~3.6%
2.4~3.0%
0.4%~0.6%
<0.06%
<0.07%

2.2 支座工艺设计的内容和要求
产品生产性质——大批量生产,零件材质——RuT300,零件的外型示意图如图2.1所示，支座的零件图如图2.2所示，支座的外形轮廓尺寸为160mm×135mm×100mm，主要壁厚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的要求外，无其他特殊技术要求。

图2.1 支座外型示意图

图2.2 支座零件图
支座结构的铸造工艺性分析
零件结构的铸造工艺性是指零件的结构应符合铸造生产的要求，易于保证铸件品质，简化铸件工艺过程和降低成本。审查、分析应考虑如下几个方面：
铸件应有合适的壁厚，为了避免浇不到、冷隔等缺陷，铸件不应太薄。
铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意薄壁过渡和圆角 铸件薄厚壁的相接拐弯等厚度的壁与壁的各种交接，都应采取逐渐过渡和转变的形式，并应使用较大的圆角相连接，避免因应力集中导致裂纹缺陷。
铸件内壁应薄于外壁 铸件的内壁和肋等，散热条件较差，应薄于外壁，以使内、外壁能均匀地冷却，减轻内应力和防止裂纹。
壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节。 利于补缩和实现顺序凝固。防止铸件翘曲变形。避免浇注位置上有水平的大平面结构。
对于支座的铸造工艺性审查、分析如下：支座的轮廓尺寸为160mm×135mm×100mm。砂型铸造条件下该轮廓尺寸允许的最小壁厚查《铸造工艺学》表3-2-1得：最小允许壁厚为3～4 mm。而设计支座的最小壁厚为10mm。符合要求。
支座设计壁厚较为均匀，两壁相连初采用了加强肋，可以有效构成热节，不易产生热裂。
2.3 造型造芯方法的选择
制造铸型和型芯的工艺过程称为造型和造芯。造型、造芯是砂型铸造的最基本的工序，造型时用模样形成砂型的型腔，浇注后形成铸件外部轮廓。造芯时用芯盒制成型芯，置于铸型中经浇注后大多形成铸件的内部轮廓。通常分为手工造型和机器造型两大类。砂型铸造工艺设计中依据实际的生产条件和生产批量，在保证交货期限的，质量要求下选择成本最低，生产组织最便捷的造型及制芯方法。
支座的轮廓尺寸为160mm×135mm×100mm，铸件尺寸较小，属于中小型零件且要大批量生产。采用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。因此，采用湿型粘土砂机器造型，模样采用金属模是合理的。
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，但是烘干后容易产生裂纹，容易变形。在大批量生产的条件下，由于需要提高造芯效率，且常要求砂芯具有高的尺寸精度，此工艺所需的砂芯采用热芯盒法生产砂芯，以增加其强度及保证铸件质量。选择使用射芯工艺生产砂芯。采用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的一种芯砂，填入加热到一定的芯盒内，贴近芯盒表面的砂芯受热，其粘结剂在很短的时间内硬化。而且只要砂芯表层有数毫米的硬壳即可自芯取出，中心部分的砂芯利用余热可自行硬化。
2.4 浇注位置的选择与分型面的选择
2.4.1 浇注位置的选择
工艺设计铸件的浇注位置是指铸件在浇注时在铸型中所处的位置。考虑的原则:铸件的主要加工面、主要工作面和受力面应尽量放在底部或侧面，以防止产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷；对于凝固体收缩率较大的铸造合金，应满足顺序凝固的原则，铸件厚实部分应尽可能置于上方，利于设置冒口补缩；有利于砂芯的定位、固定和排气，尽量避免吊芯和悬臂砂芯；大平面应置于下部或倾斜位置，一方夹砂等缺陷。有时为了方便造型，可采用“横做立浇”、“平做立浇”的方法；铸件的薄壁部分应置于铸件的底部或侧面，以防浇不到、冷隔等缺陷；在大批量生产中，应使铸件的飞翅、毛刺最少与易于清除；要避免厚实铸钢件冒口下面的受力面产生偏析；尽量使冒口置于加工面上，以减少铸件清整工作量。确定浇注位置是铸造工艺设计中重要的环节，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程度。

图2.3 浇注位置的选择方案方案一

图2.4 浇注位置的选择方案二

分析：对于方案一如图2.3进行综合分析如下：
1.铸件的A面（如图2.3所示）为重要加工面，朝上放置容易产生气孔、非金属夹杂物等缺陷。
2.铸件的重要部分也没能全部置于下部。
对于方案二如图2.4进行综合分析如下：
1.铸件的重要部分全部置于下部，这样置于下部的重要部分可以得到上部金属的静压力作用下凝固并得到补缩，组织致密。
2.铸件的重要加工面A面、B面（如图2.4所示）位于侧立面，比较光洁，产生气孔、非金属夹杂物等缺陷的可能性小。
综合比较，方案二更加科学可行。
2.4.2 分型面的确定
分型面是指两半铸型相互接触的表面。分型面的优劣在很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率。初步对支座进行分型有：方案一如图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原则：
1.应使铸件全部或大部分置于同一半型内
2.应尽量减少分型面的数目
3.分型面应尽量选用平面
4.便于下芯、合箱和检测
5.不使砂箱过高
6.受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度
7.注意减轻铸件清理和机械加工量
对方案一如图2.5进行综合分析如下：
铸件没有能尽可能的位于同一半型内，这样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。砂芯不能全部位于下半型内。上箱难于取出模样。
对方案二如图2.6进行综合分析如下：铸件没有能尽可能的位于同一半型内，这样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。
对方案三如图2.7进行综合分析如下：铸件全部置于同一半型内，此方案较之方案一与方案二更加科学可行。
2.4.3 砂箱中铸件数目的确定
支座轮廓尺寸为160mm×135mm×100mm，单件质量约为4kg，因此看铸件为小型简单件。如果一箱一件生产则工艺出品率会较低，如此生产成本较高。所以采用一箱四件生产。这样工艺出品率大幅提高，生产成本也大大降低。
初步选取砂箱尺寸由《铸造实用手册》查表得：上箱为450×350×200mm 下箱为450×350×200mm
由《铸造实用手册》查表得：
a>20 e>30 f>30
铸件在砂箱中排列最好均匀对称，这样金属液作用于上砂型的抬芯力均匀，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以及砂箱尺寸，基本确定铸件在砂箱内的排列如图2.8所示，其中模样的吃砂量基本确定为：
a1=30 a2=40 e1=70 e2=70 f=35
图2.8 砂箱中铸件排列示意图

3 设计说明
铸造工艺参数是指铸造工业设计时需要确定的工艺参数，工艺参数的选择是铸造工艺设计的重要内容。对指导铸造工艺设计与铸造生产具有重要作用，主要包括以下内容：
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的某些数据，这些工艺数据一般都与模样及芯盒尺寸有关，及与铸件的精度有密切关系，同时也与造型、制芯、下芯及合箱的工艺过程有关。
3.1.1 最小铸出的孔和槽
铸件上的孔和槽是否铸出，要根据具体情况而定，一般较大的孔和槽直接铸出来，以节约金属减少机械加工，较小的孔和槽则不宜铸出。
根据支座的轮廓尺寸160mm×135mm×100mm由《铸造工艺设计》查表得：
最小铸出孔约为6mm
支座的孔Φ25（如图3.1所示）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。
支座的孔Φ14（如图3.1所示）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3.1 最小铸出孔示意图

3.1.2 铸件的尺寸公差
铸件尺寸公差是指铸件公称尺寸的两个允许极限尺寸之差。在这两个允许极限尺寸之内，铸件可满足机械加工、装配和使用要求。
影响铸件尺寸精度的主要原因有：铸造合金，铸件的结构，铸造方法，铸造工艺设计水平，操作水平，造型、造芯设备及工装的精度，造型、造芯材料的性能，铸件的精整和表面质量，生产技术管理和质量控制手段等等。
铸件尺寸精度要求越高，对上述影响因素的要求和控制应越严，但铸件的成本也越高。因此，产品设计，必须用价值工程的理念考虑铸件的尺寸公差等级；生产厂家必须从实际出发综合考虑各种因素，达到既保证铸件质量又不过多的增加生产成本的目的。总的来说，提高铸件尺寸精度是一项系统工程，要有计划的去做逐步提高，只有提高了产品质量，只有性价比合理的产品，在市场上才有竞争力。
支座为砂型铸造机器造型大批量生产，由《铸造工艺设计》查表得：
支座的尺寸公差为CT8～12级，取CT9级。
支座的轮廓尺寸为160mm×135mm×100mm，由《铸造工艺设计》查表得：
支座尺寸公差数值为2.5mm。

3.1.3 机械加工余量
机械加工余量是指为了保证铸件加工面尺寸和零件精度，工艺设计时，在铸件代加工面上预先增加的而在机械加工时切削掉的厚度。机械加工余量值由精到粗分为A、B、C、D、E、F、G、H、J和K共十个等级。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：
支座的加工余量为E～G级，取G级。
支座的轮廓尺寸为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，不得已将重要加工面底面朝上放置，这样使其容易产生气孔、非金属夹杂物等缺陷，所以将采取适当加大加工余量的方法使其在加工后不出现缺陷。将底面的加工余量调整为3mm。
3.2 铸造收缩率
铸造收缩率又称铸件的线收缩率，用模样与铸件的长度之差除以模样长度的百分比表示：ε=[（L1-L2）/L1]×100%
式中 ε-铸造收缩率（%）
L1-模样长度（mm)
L2-铸件长度（mm)
铸造收缩率与铸造的合金种类、铸件结构、浇冒口系统结构、铸型的种类等因素有关。铸造合金由凝固态变为固态要产生收缩；合金成分与其含量不同，其收缩率也不同，这是铸造合金的特性。铸件结构复杂，浇冒口结构阻碍收缩，砂型和砂芯的退让性差，都要阻碍铸件由液态转变为固态的收缩。简单厚实的铸件，其铸造收缩率比结构复杂的铸件大。结构复杂的大型铸件，其立体三维方向上的线收缩率各不相同。因此，铸造收缩率是综合了各种因素之后，形成的铸件尺寸的实际收缩率。做模样时，称它为缩尺或放缩。
为了获得尺寸精确的铸件，必须选择适宜的铸造收缩率。支座受阻收缩率由《铸造工艺设计》查表得：受阻收缩率为0.9％。

3.2.1 起模斜度
为了方便起模，在模样，芯盒的出模方向留一定斜度，以免损坏砂型或砂芯。这个斜度，称为起模斜度。起模斜度应设计在铸件没有结构斜度，并垂直于分型面的表面上，其大小依起模高度。模样表面粗糙度值以及造型、芯的方法而定。
初步设计的起模斜度如下：
外型模的A面（如图3.2所示）高15mm的起模斜度由《铸造工艺设计》查表得：
粘土砂造型外表面起模斜度为а=1°10＇,a=0.8mm
外型模的B面（如图3.2所示）高115mm的起模斜度由《铸造工艺设计》查表得：
粘土砂造型外表面起模斜度为а=0°25＇,a=1.2mm
但是同一铸件要尽量选用同一起模斜度，以免加工金属模时频繁的更换刀具。所以选用同一起模斜度为а=1°10＇,a=0.8mm
由于A面，B面（如图3.2所示）均为非加工表面，因此起模斜度的形式选用增加和减少铸件尺寸的方法。

图3.2外型模起模斜度示意图
3.2.2 浇注温度和冷却时间
铸件在砂型内的冷却时间短，容易产生变形，裂纹等缺陷。为使铸件在出型时有足够的强度和韧性，铸件在砂型内应有足够的冷却时间。
支座的冷却时间由《铸造工艺设计》查表得：冷却时间为30～60min。

3.3 砂芯设计
型芯是铸型的一个重要组成部分，型芯的作用是形成铸型的内腔，孔洞，阻碍起模部分的外形以及铸型中有特殊要求的部分。
型芯应满足以下要求：型芯的形状，尺寸以及在铸型中的位置应符合铸件的要求，具有足够的强度和刚度；在铸件形成过程中型芯所产生的气体能及时排出型外；铸件收缩时阻力小；造芯，烘干，组合装配和铸件清理等工序操作简单。
砂芯的设计，主要包括芯头的设计、芯骨的设计、砂芯排气设计。必要时，仍有选用及安置芯撑的的设计。
3.3.1 芯头的设计
砂芯主要靠芯头固定在砂型上。对于垂直芯头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。
根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
芯头长度初步选取由《铸造工艺设计》查表得：h=25～30mm 取h=30mm
出于考虑分型面的选取等因素综合芯头选用垂直芯头并且不能做出上芯头，只设计下芯头并且加大下芯头。
下芯头长度设计修正为：h=30×(1+40%)=42mm
芯头间隙初步选取由《铸造工艺设计》查表得：s=0.3mm
但考虑砂芯为垂直的湿型小砂芯且不设置上芯头，所以使用过盈的芯头，过盈量为0.2mm
芯头斜度选取由《铸造工艺设计》查表得：а≤7 取а=7
3.3.2 砂芯的定位结构
砂芯要求定位准确，不允许沿芯头轴向移动或绕芯头轴线转动。对于形状不对称的砂芯，为了定位准确，需要做出定位芯头。定位芯头结构如图3.3

图3.3 定位芯头结构图

3.3.3 芯骨设计
为了保证砂芯在制芯、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，以提高其刚度和强度。
因为砂芯尺寸较小，而且采用树脂砂，故砂芯强度较好，砂芯内不用放置芯骨。
3.3.4 砂芯的排气
砂芯在浇注过程中，其粘结剂及砂芯中的有机物要燃烧（氧化反应）放出气体，砂芯中的残余水分受热蒸发放出气体，如果这些气体排不出型外，则要引起铸件产生气孔。
而支座的砂芯采用热芯盒造芯，故不用有意设置排气道、排气孔等排气。
3.4 浇注系统及冒口，冷铁，出气孔的设计
3.4.1 浇注系统的类型和应用范围
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，金属液容易充满浇注系统，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。适用于湿型铸件小件。而支座就是采用湿型的铸件小件，所以选择封闭式浇注系统。
3.4.2 确定内浇道在铸件上的位置、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。因为铸件采用底座朝上且铸件全部位于下箱的方式进行铸造，这样铸件凝固顺序为由下至上凝固，这样有利于支座的重要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，如图3.4所示。

图3.4 内浇道位置示意图
3.5 决定直浇道的位置和高度
实践证明，直浇道过低使充型及液态补缩压力不足，容易出现铸件棱角和轮廓不清晰、浇不到上表面缩凹等缺陷。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，剩余压力头应满足压力角的要求，如下式所列：
HM≥Ltgа
式中 HM——最小剩余压力头
L——直浇道中心到铸件最高且最远点的水平投影距离
а——压力角
由《铸造工艺学》查表得：а为9～10 取10
Ltgа=180×tg10≈32mm
因为铸件全部位于下箱，所以剩余压力头HM等于上箱高度200mm
经过验证剩余压力头满足压力角的要求。
3.5.1 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补缩作用。
由于设计内浇口有四个，因此S内=3/8≈0.4cm²
内浇道形状取梯形断面形状如图3.5

图3.5 内浇道截面示意图
《铸造实用手册》查表得：
a=7mm b=5mm c=7mm
3.5.2 计算横浇道截面积
横浇道的功用是向内浇道分配洁净的金属液，储留最初浇入的含气和渣污的低温金属液并阻留渣滓，使金属液流平稳和减少产生氧化夹杂物。
由于设计横浇口有两个，因此S横=3×1.2/2=1.8 cm²
横浇道形状取梯形断面形状如图3.6

图3.6 横浇道截面示意图
梯形断面大小由《铸造实用手册》查表得：
A=15mm B=10mm C=16mm
3.5.3 计算直浇道截面积
直浇道的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。并提供足够的压力头，使金属液在重力作用下能克服各种流动阻力充型。
由于设计直浇口有一个，因此S直=3×1.4=4.2cm²
直浇道形状取圆形截面形状如图3.7

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的倒圆锥形，（通常锥度取1/50）。
因此直浇道上端是直径约为：
D1=25-（1/50）×150=22mm

3.5.4 冒口的设计
工艺设计冒口是在铸型内专门设置的储存金属液的空腔，用以补偿铸件形成过程中可能产生的收缩所需的金属液，防止缩松缩孔的产生并起到排气集渣的作用。
支座所用的蠕墨铸铁在凝固时其体积变化情况与一些工业上常用的金属及合金不同，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，由于析出石墨而发生膨胀，在接近凝固终了时余下的液态金属凝固时又开始收缩，直至凝固结束。所以其凝固时的膨胀和液态收缩趋于互相补偿。故蠕墨铸铁补缩时需要的铁水量少，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 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的模具和装置的总称。
4.1 模样的设计
4.1.1 模样材料的选用
模样是造型工艺过程必须的工艺装备，用来形成铸型的型腔，因此直接关系着铸件的形状和尺寸精确度。支座为大批量生产，所以用金属模样，该金属模样的材料选用如下：
模样：铝合金（质轻、不生锈，加工性能好，加工后表面光滑，并有一定的耐磨性，但耐磨性较差）
出气针、气孔针：45号钢
4.1.2 金属模样尺寸的确定
模样尺寸＝铸件尺寸（1＋K），（模样尺寸精确到小数点后两位）
注：K-铸件线收缩率
支座的收缩率K=0.9%
4.1.3 壁厚与加强筋的设计
模样壁厚由《铸造实用手册》查表1.5－2得：模型壁厚6mm。
由于模样轮廓尺寸较小约为：160mm×135mm×100mm，内部不用设置加强筋。
4.1.4 金属模样的技术要求
模样的尺寸精度、表面光洁度是影响铸件质量的一个重要因素，因此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：
模样表面的粗糙度为3.2，模样与模板接触面的粗糙度为6.3 。
4.1.5 金属模样的生产方法
为增加材料浇注后的致密度，现将材料制作成与该模样形状类似的腔体，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的尺寸加工成模样的形状。
4.2 模板的设计
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。模底板用来连接与支承模样、浇冒系统、定位销等。本设计采用单面模底板，其工作面是平面。
4.2.1 模底板材料的选用
对模底板材料的要求是有足够的强度，有良好的耐磨性，抗震耐压，铸造和加工性。根据模样的结构及生产要求，选用铸造铝合金作为模底板的材料。
4.2.2 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：模底板的壁厚取为12mm
4.2.3 模底板与砂箱的定位
模底板与砂箱之间采用定位销与销套定位。
4.3 芯盒的设计
4.3.1 芯盒的类型和材质
采用热芯盒，芯盒材料为铝合金。
4.3.2 芯盒的结构设计
芯盒的壁厚由《铸造实用手册》查表1.5－11得：6～8mm，取7mm
4.4 砂箱的设计
砂箱的设计内容有：选择类型和材质，确定砂箱尺寸。结构设计，定位及紧固等。
4.4.1 砂箱的材质及尺寸
支座零件机械造型用砂箱可选用的材料牌号由《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。
根据通用砂箱的规格尺寸选砂箱的尺寸：
上箱为450×350×200mm 下箱为450×350×200mm

参 考 文 献
[1]刘瑞玲.范金辉.铸造使用数据速查手册[M].北京:机械工业出社.2006.
[2]曹瑜强.铸造工艺及设备[M].北京:机械工业出版社，2008.
[3]贾志宏.傅明喜.金属材料液态成型工艺[M].北京:化学工业出版.2008.
[4]李晨希.铸造工艺设计及铸件缺陷控制[M].北京:机械工业出版.2009.
[5]李弘英.铸造工艺学[M].北京:机械工业出版社.1979.
[6]王丽凤.热成型工艺基础[M].北京:高等教育出版社.2008.
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[10]柳自成，荆涛.铸造工程的模拟与质量控制[M].北京:机械工业出版 社.2001.
[11]王爱珍.热加工工艺基础【M】.北京：北京航空航天大学出版社，2009.
[12]《铸造工艺及工装设计手册》编写组.铸造工艺及工装设计手册.北京：机械工业出版社，1989
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