球墨铸铁连杆铸造工艺设计.doc

攀枝花学院

Panzhihua University
铸造工艺课程设计说明书

设计题目：球墨铸铁连杆铸造工艺设计
姓名：xxxxx
院系：材料工程学院
专业：材料成型及控制工程
学号：xxxxxxx
指导老师：xxx
时间：xxxxx

攀枝花学院本科课程设计 摘 要

摘 要

首先，根据提供的零件图获取零件的技术要求、材料组成、结构特点、生产条件、生产批量及性能要求。然后，对零件结构的铸造工艺性进行分析，找出可能存在的结构问题提出改进措施或者预防缺陷的措施：根据零件的结构特点、技术要求、生产批量、生产条件选择铸造和造型方法。由零件的结构特点提出多种浇注和分型方案，综合对比分析，选择最为理想的浇注位置及分型面。再次根据铸造工艺方案和零件的特点，选用适宜的工艺参数，设计铸件的浇注系统并绘制铸造工艺图。

关键词：球墨铸铁，铸造工艺，浇注系统，工艺参数

攀枝花学院本科课程设计 目 录

目 录

摘 要·······································································Ⅰ

第1章 绪论································································1
1.1课程设计的意义·························································1
1.2设计题目的提出·························································1
第2章 材料的确定·························································3
第3章 结构工艺分析······················································ 4
第4章 工艺方案的设计····················································5
4.1铸型种类及方法确定·····················································5
4.2型芯结构及制造·························································5
4.3分型面的筛选···························································6
4.4铸造位置及浇注口的确定·················································6
第5章 铸件工艺参数确定···················································7
5.1加工余量·······························································7
5.2起模斜度及圆角确定·····················································8
5.3收缩量选择·····························································8
5.4型芯及型芯头选择······················································8
第6章 浇注系统的拟定···················································10
6.1系统作用与结构分析····················································10
6.2横浇道及其结构························································10
6.3各组元截面尺寸确定····················································10
6.4 系统引注位置的选用····················································12
6.5冒口及尺寸确定························································12
附录········································································14
总结········································································16
致谢········································································17
参考文献···································································20

II

攀枝花学院本科课程设计 第1章 绪 论

第1章 绪 论

球墨铸铁是指用球化剂和孕育剂处理铁液后，石墨呈球状的铸铁。
1.1球墨铸铁的发展历史
在河南巩县铁生沟西汉中、晚期的冶铁遗址中出土的铁镐，经过金相检验，具有放射状的球状石墨，球化率相当于现代标准的一级水平。而现在的球墨铸铁则是迟到至1947年才在国外研制成功。我国古代的铸铁，在相当长的时期里含硅量都偏低，也就是说，在约2000年前的西汉时期，我国球状石墨，就已由低硅的生铁铸件柔化退火的方法得到。这是我国古代铸铁技术的重大成就，这也是世界冶金史上的奇迹。
国际冶金行业过去一直认为球墨铸铁是英国人于1947年发明的。西方某学者甚至声称，没有现代科技手段，生产球墨铸铁是不可想象的。1981年，我国球铁专家采用现代科学手段，对出土的513件古汉魏铁器进行研究，通过大量数据断定汉代我国就出现了球状石墨铸铁。有论文在第18届世界科技史大会上宣读，轰动了国际铸造界。国际冶金专家于1987年对此进行验证后认为:古代中国已经摸索到用铸铁柔化制造球墨铸铁的规律，这对世界冶金史重新分期划代具有重要意义。
球墨铸铁作为新型工程材料的发展速度是令人惊异的。1949年世界球墨铸铁只有5万吨，1960年为53.5万吨，1970年增长到500万吨，1980为760万吨。1990年达到900万吨。2000年达到1500万吨。球墨铸铁是生产发展在工业发达国家特别快。世界球墨铸铁产量的75%是有美国、日本、意大利、英国、法国六国生产的。
我国球墨铸铁生产起步很早。1950年就研制成功并投入生产，至今我国球墨铸铁达230万吨，位于美国、日本之后，位于世界第三位。适合我国国情的稀土煤球划剂的研制成功，铸态球墨铸铁以及奥氏体—贝氏体球墨铸铁等各个领域的生产技术和研究工作均达到了很高的技术水平。

1.2球墨铸铁的力学性能在强度和属性方面均具有优越性
（1）与灰铸铁相比，灰铸铁的力学性能仅以抗拉强度作为性能指标;并且，其最高牌号的抗拉强度只有300Mpa：而球墨铸铁的最低抗拉强度是400Mpa，并且还有10%以上的断后延伸率。
（2）与可锻铸铁相比，无论是黑心可锻铸铁、珠光体可锻铸铁还是白心可锻铸铁，虽然他们具有属性指标，但他们的综合力学性能不如球墨铸铁，并且他们只限于生产壁厚在10mm以下，重量不得超过几十公斤的铸件。
（3）与铸钢和结构钢相比，虽然他们的断后伸长率和冲击韧度很高（这是球墨铸铁所不及的），但他们的屈服点却比球墨铸铁的要低，由此表明，材料利用率要比球铁低。

19

攀枝花学院本科课程设计 第2章 材料的确定

第2章 材料的确定

该课程设计要求使用球墨铸铁为材料大批量流水线生产汽车连杆。

攀枝花学院本科课程设计 第3章 结构工艺分析

第3章 结构工艺分析

连杆由连杆体和连杆盖组成。铸件如图样3.1。连杆盖小孔内直径65mm，外直径100mm。连杆盖大孔内直径90mm，外直径140mm。连杆体长120mm。连杆壁厚16mm。孔和壁均能直接铸造出来。连杆在工作中受交变的拉力、压应力，又受弯曲应力。连杆的损坏形势是疲劳断裂和过量变形。而球墨铸铁符合以上性能要求。

图3.1 三维形状及零件图

攀枝花学院本科课程设计 第4章 工艺方案的设计

第4章 工艺方案的设计

4.1铸型方法的确定
在铸造生产中，砂型铸造应用最为广泛。砂型铸造生产率高、成本低、灵活性大、技术相对成熟，世界上用砂型铸造生产的铸件，占铸件总产量的80%以上。
在砂型铸造中，造型和制芯是最基本的关键工艺。造型和制芯选择是否合理至关重要。因课程设计产量要求为：大批量流水线生产。再综合其他因素，觉得本次设计采用合成树脂砂，配合高压、挤压、冲击、静压等高密度造型工艺，为大量薄壁、光洁、加工余量小的铸件创造了条件。

4.2分型面的筛选
分型面选择时，应在保证铸件质量的前提下，尽量简化工艺过程，由于连杆为对称分布的零件，分型面选择少，有以下两种：
A方案：如图4.1
选a-a作为分型面。符合选平面作为分型面的原则，但不利于拔模。

图4.1 分型面a-a

B方案：如图4.2
连杆在此处分型，符合尽量把铸件放在一个砂箱内的原则。且分型面在最大投影面。在保证铸件的质量和降低成本的前提下，选用B方案。

图4.2 分型面b-b

4.3型芯结构及制造
连杆零件有两圆柱形孔洞，故型芯应为两圆柱体，其直径应小于45㎜和32.5mm，又型芯比较简单，故采用整体式芯盒制芯的造芯的造芯方法。

4.4铸造位置及浇注口的确定
根据重要表面向下放或侧放原则，将连杆的重要表面放在下面，由于该构件有多个面，因此将其中较大的面朝下放，上面通过放加工余量来保证铸件质量。也需考虑尽量少使用砂芯。浇注口选择应符合铸件凝固方式及特点，保证铸型填充及铸件质量，尽量选取有利浇注位置，分析此结构及造型位置，选用连杆右端分型面为浇注口如图4.3。从而避免直浇对铸件造成冲击，铸件也容易浇满等。

图4.3 浇注位置的选择

攀枝花学院本科课程设计 第5章 铸造工艺参数确定

第5章 铸件工艺参数确定

5.1加工余量
根据铸件结构尺寸及造型方法，铸造材料等因素综合考虑，查找（GB/T6414-1999,GB/T6416-1999）表5.1球墨铸铁造型材料为湿砂型，铸件尺寸公差等级与配套加工余量等级（CT/MA）为（10~8）/G，CT选定为9/G;再由GB/T6416-1999可以查得相应的加工余量数值为2.8mm；据GB/T6414-1999可得公差等级CT为9时，因为基本尺寸140mm、100mm均为壁厚，所以它们尺寸公差等级粗一级公差，即为10/H.基本尺寸在40-63mm之间时，公差数值为2mm;基本尺寸在65-100mm之间时，公差数值为3.2mm；基本尺寸在100-160mm之间时，公差数值为3.6mm。由铸件基本尺寸46mm,100mm，140mm知 ，滑动轴承座铸件的尺寸公差为：46+1，100+1.6，140+1.8。
表5.1 铸件尺寸公差等级与配套用加工余量等级（GB/T6414--1999）
造型材料
单件、小批量生产铸件公差等级与配套加工余量等级（CT/MA）
铸钢
灰铸铁
球墨铸铁
可锻铸铁
铜合金
轻金属合金
干、湿砂型
（15～13）/J
（15～13）/H
（15～13）/H
（15～13）/H
（15～13/H
（15～13）/H
自硬砂
（14～12）/J
(13～11)/H
(13～11)/H
(12～10)/H
(12～10)/H
(12～10)/H

铸造工艺方法
成批大量生产铸铁件尺寸公差等级与配套加工余量等级（CT/MA）
铸钢

灰铸铁

球墨铸铁

可锻铸铁

铜合金

锌合金
轻合金
砂型手工造型
（13～11）/J
（13～11）/H
（13～11）/H
(13～11)/H
(12～10)/H
--
(11～9)/H
砂型机器造型
(10～8)/H
(10～8)/G
(10～8)/G
(10～8)/G
(10～8)/G
--
(9～7)/G

造型材料
单件、小批量生产铸件公差等级与配套加工余量等级（CT/MA）
铸钢
灰铸铁
球墨铸铁
可锻铸铁
铜合金
轻金属合金
薄壁壳型
（10～8）/H
(10～8)/G
(10～8)/G
(10～8)/G
--
(9～7)/G
金属铸型
--
(9～7)/F
(9～7)/F
(9～7)/E
(8～6)/F
低压铸型
--
(9～7)/F
(9～70/F
(9～7)/F
(8～6)/F
压力铸型
--
--
--
(8～6)/D、(6～4)/D
(7～5)/D
熔模铸型
(7～5)/E
(7～5)/E
--
(6～4)/E

(6～4)/E
注：公差等级适于尺寸>25mm铸件，铸件可提高公差3等级，10～16mm，铸件可提高公差2等级，16～25mm铸件则可提高公差一级。
表5.2 要求的铸件机械加工余量（GB/T6414--1999）[1]
最大尺寸
要求的机械加工余量等级
大于
至
A
B
C
D
E
F
G

40
0.1
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.5
40
63
0.1
0.2
0.3
0.3
0.4
0.5
0.7
63
100
0.2
0.3
0.4
0.5
0.7
1
1.4
100
160
0.3
0.4
0.5
0.8
1.1
1.5
2.2
160
250
0.3
0.5
0.7
1
1.4
2
2.8
250
400
0.3
0.7
0.9
1.3
1.4
2.5
3.5

5.2起模斜度
连杆的测量面高度为46mm，查找《铸造工程师手册》，由表知，选宽度1.6mm，斜度在1.5°。

5.3收缩量选择
由铸造材料铁素体球墨铸铁可知，其收缩量在0.8%-1.0%之间，综合其他因素，取收缩量选为1.0%。

5.4型芯及型芯头选择
连杆内孔为圆柱形孔，由分型方式可知，采用垂直型芯，有利于稳固定位，排气和落砂，由基本尺寸知，型芯长度为46mm，由表查得下型芯高度h值为25~30mm，确定为25mm；因此件为大批量流水线生产，决定采用上下芯高度相同原则。定上型芯值为25mm，芯头间隙为0.5-1mm,定为1.0mm；查表知，下芯头斜度定为4°，上芯头斜度选择8°.
表5.3 垂直和水平芯头的尺寸参考数值 mm

型芯长度
当心头直径d或边长为下列数值时的下芯头高度h下值
≤30
31～60
61～100
101～150
151～300
301～500
501～700
701～1000
1001～2000
≤30
15
15～20
-
-
-
-
-
-
-
31～50
20～25
20～25
20～25
-
-
-
-
-
-
51～100
25～30
25～30
25～30
20～25
20～25
30～40
40～60
-
-
101～150
30～35
30～35
30～35
25～30
25～30
40～60
40～60
50～70
50～70
151～300
35～45
35～40
35～45
30～40
30～35
40～60
50～70
50～70
60～80
301～500
-
40～60
40～60
35～55
35～45
40～60
50～70
50～70
80～100
501～700
-
60～80
60～80
45～65
45～65
50～70
60～80
60～80
80～100
701～1000
-
-
-
70～90
70～90
60～80
60～80
80～100
80～100
1001～2000
-
-
-
-
100～120
100～120
80～100
80～100
80～120

攀枝花学院本科课程设计 第6章 浇注系统的拟定

第6章 浇注系统的拟定

6.1系统作用与结构分析
系统浇注是指砂型中引导金属液流入型腔的通道，一般由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道等组成。浇口杯承接金属液，并经直浇道流入横浇道，再分配给各内浇道流入型腔，因此各交道形状及截面大小均影响铸件质量。

6.2横浇道及其结构
横浇道除将金属液分配给个各内浇道外，最主要的作用是挡渣，课阻止水平流动中的熔渣进入型腔。通常为加强其挡渣作用，常采用锯齿形横浇道，稳流式横浇道或带滤网的横浇道。

6.3各组元截面尺寸确定
查《铸造工程师手册》，有常用球墨铸铁浇注系统尺寸表6.1[2]
铸件质量Gc/kg
内浇道
横浇道
直浇道
数目
单个横截面积/cm2
总截面面积/cm2
截面面积/cm2
直径/mm
截面面积/cm2
5~10
3
1.0
3.0
3.6
2.3
4.2
2
1.5
3.0
1
1.9
3.0
综合其他因素选各组元截面面积分别为：1.9cm2、3.6cm2、4.2cm2、
1、内浇道横截面选择扁平梯形如图6.1，其特点是扁平梯形内浇道高度低，熔渣不易进入，广泛用于铸铁件生产。
根据内浇道横截面积S内=1.9cm2，查表6.1“球墨铸铁件浇注系统标准值”
a=28mm，b=26mm，c=9mm，内浇道横截面积如下图所示
2、横浇道的界面形状选择梯形如图6.2，因为梯形横浇道当渣能力强、开设容易，应用广。
由S横=3.6c㎡，表6.1“球墨铸铁件浇注系统标准值”得：
A=19mm，B=14mm，C=12mm。
所以横浇道横截面积如下图所示：
3、直浇道。直浇道横截面积通常采用圆形如图6.3，由S直=4.2 cm2，查表6.1“灰铸铁件浇注系统标准值”
D=23mm。
所以该轴承座的直浇道的横截面积如下图所示：

图6.1 内浇道横截面积图

图6.2 横浇道横截面积图

图6.3 直浇道
表6.2 常用球墨铸铁浇注系统各组元截面尺寸
内浇道尺寸/mm（S内/mm2 )
横浇道尺寸/mm（S横/mm2
直浇道尺寸/mm（S直/ mm2 )

a
b
c
Ag/
cm2

a
b
c
Aru/ cm2
d
As/cm2
18
16
6
1.0
18
12
20
3.0
20
3.1
23

21
7
1.5
19
14
22
3.6
23
4.2
25
23
8
1.92
23
15
25
4.8
27
5.7
28
26
9
2.4
24
18
26
5.4
29
6.3
30
28
10
2.9
30
22
32
8.4
35
9.8
38
35
11
3.8
34
23
40
11.4
41
13.3
浇注时间t的计算如下：

G——型内金属液的总质（重量）（kg）
S1——系数，取决于铸件壁厚，由表查出。

6.4 系统引注位置的选用
内浇口常设在铸件中部某一高度的分型面上，且内浇道开在横浇道尾端15-40mm处，可将金属液从合适的地方引入型腔，这种浇注方法应用普遍，适用于各种壁厚均匀、高度不大的中、小型铸件。故滑动轴承座应选择中注式浇口。

6.5冒口及尺寸确定
一般小型、壁厚均匀的铸件可不设冒口，故在此省略。
综上所述：将内浇道开设在下型的分界面上，并将金属液浇口杯处注入，将横浇道开设在上型分型面上，起集渣排气作用；在上型开设直浇道，以形成必要的静压力，在上型顶面开设浇口杯，以便于浇注 。铸造工艺图如图6.4。

图6.4 连杆铸造工艺图

攀枝花学院本科课程设计 附 录

附 录

铸造工艺卡拟定
铸件名称
材料牌号
生产类型
毛坯质量
最小壁厚
铸件图
连杆
QT400-15
大批量流水线生产
6.47
16mm

造型
造型方法
砂箱铸造、两箱造型.一箱多件

砂箱内部尺寸/mm
规格
长
宽
高
紧固方法
上箱
1000
500
80
压铁紧固420kg
下箱
1000
500
80
砂型烘干
烘干温度\℃
烘干时间\h

方法
300
5
烘干炉
浇冒口尺寸\mm
浇道数量

截面积
横浇道1个

1.9 cm2
内浇道1个

3.6 cm2
直浇道1个

4.2 cm2
浇注工艺规格
出炉温度/℃
浇注温度/℃
浇注速度/sec
冷却时间/h
>1300
1300~1350
35~55
>10
热处理工艺

一箱四件浇注系统俯视示意图

浇注系统主视示意图

攀枝花学院本科课程设计 总 结

总 结

通过课程设计巩固和加深了我们对铸造工艺课及其它有关基础课和技术基础课的知识；握铸造工艺及工艺工装的设计方法，锻炼运用铸造工艺手册及其它技术资料的基本技能；使我们进一步提高图纸、文字表达能力；为今后工作打下基础。
本文为铸造工艺课程设计的课题设计报告，设计课题为滑动轴承座的铸造工艺设计。
报告从连杆零件图开始分析，逐步确定铸造工艺方案，至模样模板以及芯盒的设计，其过程和数据均已一一给出。
在此次课程设计中，团队发挥了较大的作用。在课程设计的初期，由于我们都对铸造工艺有相应的不了解，故大家都去查找了相关资料。
在课题设计过程中，铸造工艺图无疑是很重要的，其标示出了分型面、机械加工余量、砂芯形状尺寸、浇注系统等一系列铸造中必不可少的参数。不理解之处就去查找相关文献资料，并询问老师意见。
我们发现，铸造工艺设计中有着大量的工艺参数需要去查找，并且面对大量的数据信息，如何从中选出适合本课题铸件的相关参数有着一定难度。信息的取舍与否直接影响到课题设计的严密性、严谨性，因此在这个问题上，我们也多次询问老师的意见，在于老师的交流和沟通中，不断地改善我们的设计。
通过这次课程设计发现自己很多方面的知识掌握的不到位，在今后的学习中要不断的复习、讨论、询问，争取掌握所学理论并能在实际中应用。
此次铸造工艺课程设计，对于我们进一步认识铸造领域起到了极大的作用，通过实际的工艺设计，亲身投入到设计中去，学习设计思路，对于我们而言，有着不可小觑的意义。

攀枝花学院本科课程设计 致 谢

致 谢

经过两周的奋斗，我终于完成了这次课程设计，热加工工艺课程设计的完成对我来说有深刻的意义，让我们把实践和课本紧密的结合起来，更好的理解我们所学的知识学知识，拥有所学知识解决困难。
在此次课程设计中真诚的感谢xxx老师。我们得到了xxx的细心指导和帮助，如果没有老师老对课程设计进行指导，就不会知道怎样开始课程设计及应注意的问题，对这次课程设计具有重要的指导意义，是完成课程设计的前提。同时也要感谢老师在这学期课程工程材料中对同学们理论课程的辛苦教学及对人生的启发与教育。感谢同学们对我的帮助，对我的疑问进行解决。
最后再次向所有帮助过我的人表示忠心的感谢！

攀枝花学院本科课程设计 参考文献

参考文献

[1] 李传栻.铸造工程师手册【M】.北京：机械工业出版社，2010.
[2] 李弘英.铸造工艺设计【M】.北京：机械工业出版社，2005.
[3]李荣德.铸造工艺学【M】.北京：机械工业出版社，2013.