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1、材料工程学院 铸造工艺课程设计 说 明 书 班级 姓名 学号 课程设计任务书 进程计划表 序号 起止日期 计划安排 完成情况 检验署名 备注 1 2 3 4 5 6 7 8 6 月27 零件结构铸造工艺性和技术条件分析. 铸型中类，造型、造芯方法选择. 凝固标准，浇注位置，分型面选择比较、论证 关键工艺参数确实定 浇注系统类型选择和尺寸计算。 冒口冷铁选择和计算。 型
2、砂型芯及涂料配方性能及烘干规范。 铸件缺点防治方法，铸件验收规范和许可修补条件。 序号 计算过程或说明 结论 一．阅读零件图，分析工艺 二．铸件质量计算 三．确定浇注时间 四．确定浇注系统，和分型面选择和论证
3、 五．砂芯设计 六．冒口、冷铁等选择和计算 七．型
4、砂、芯砂及涂料配方性能及烘干规范 八铸件缺点防治方法铸件验收规范和许可修补条件 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
5、 铸型种类：干型 2．关键工艺参数： 铸造收缩率：1% （灰铸铁收缩率为1%） 机械加工余量：2mm （依据机械加工余量数量 GB/T11350-89可得） 起模斜度：0.5º~4º (木模起模斜度为 0.5º~4º) 最小铸出孔和槽：单件小批量生产大最小铸出孔为30~50mm 浇注温度：1320~1400℃ （依据《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，计算过程以下： V长方体=1.64 x 0.24 x 1.36 = 0.535296 V2圆= Π x 1.18
6、 = 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/ 铸件重量G=ρv总= 0.91174996 x 7.3 = 6.656 kg 浇冒口重量占铸件重量百分比 铸件重量/kg 大量 生产% 成批 生产% 单件小 批生
7、产% <100 20-40 20-30 25-35 该铸件为单件小批生产，铸件重量<100kg, 则取百分比为35%； 浇冒口重量G1=6.656 x 35% = 2.3296 kg 则可知，金属液重量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—浇入型内金属液总 重量 （kg） k—系数，灰铸铁取2.0 l—铸件平均壁厚 铸件平均壁厚l=13.5 mm 将数据代入上述公式可知: 浇
8、注经验时间t= 8.8 s 2.验算浇注时间： 计算所得浇注时间是否适宜，通常以 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氧化层，造成气 孔.夹渣等缺点。铸铁件许可最小液面上升 速度见下表： 型内铁液液面许可最小上升速度 铸件厚 度/mm 铸件厚度大于 40mm和所 有水平位置浇 注平板铸件 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
9、点距离，按浇注 时位置确定(mm) t—计算浇注时间（s） V=142 / 8.8 = 16.1 mm/ s 由上表可知铁液最小上升速度为 11-20 mm/s. 在范围内，所以浇注时间符合。 1.确定内浇道截面积。 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 S内=1.6 2校核砂箱高度是否满足 浇注铸型最小压头H小，对充满型腔是 必需，计算压头不能低于H小值：
10、 H小=L1tg 式中：L1—自直浇道中心线到铸件最高、 最远水平距离。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—作用于内浇道金属液静压头 G2—型内金属液顶总重量（kg） μ—流量系数 (依据《铸造工艺及设计》 一书表3-5及表3-6可确定μ值为0.7) t—浇注时间（s） 所以综上可计算出H均，H均=253mm H均 > H小，所以合理。 3.确定浇注方法 顶住式浇注系统优点是：金属液
11、轻易 充满型腔，凝固次序自下而上，有利于铸件 补缩，对薄壁铸件能够预防浇不到，冷隔 等缺点，浇注系统结构简单，紧凑，便于造 型，节省金属。但在浇注时，金属液易产生飞 溅、氧化、轻易产生砂眼、氧化夹渣等缺点。 这种浇注 系统适适用于结构简单，高度不大 薄壁铸件。 底注式浇注系统优点是：充型平稳不 会产生飞溅、氧化倾向小，排气轻易。但铸件 温度分布不利于自下而上定向凝固，当铸 件较高时补缩效果差。
12、 此零件为托架，结构较简单，铸件比较 高，铸件需要补缩，所以综上所属，该铸件 浇注方法选择顶住式浇注系统为宜。 4.分型面选择比较及论证： 如上图a、b所表示分型面，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不等和e²现象，使铸件产生很大尺寸 偏差，若将整个铸件全部置于下箱内，则不管是 否发生错箱，全部能确保e¹等于e²从而确保了铸件尺寸精度。所以，分型面应放置在图a所表示位置。 5.确定浇注系统组元截面之间百分比关系，计 算各浇道截面尺寸。 依据《铸造工艺及设备》一书，表3-8，可
13、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、横浇道及浇口杯形 状尺寸。 依据《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
14、 C=18 直浇道 D=17 《依据铸铁件生产实用技术》一书表1-24 可得浇口杯形状和尺寸以下： d A B C E H R1 R2 φ20 20 80 60 100 20 60 10 12 型芯是铸型一个关键组成部分，型芯 作用时形成铸件大内腔，孔洞，阻碍起模部 分外形和铸型中有特殊要求部分。 1.心头设计。 芯头是指伸出铸
15、件以外不和金属液接触砂芯 部分心头作用是定位、支撑和排气。 对砂芯要求：定位和固定砂芯，使砂芯在 铸型中有正确位置，并能承受砂芯重力及浇 注时液体金属对砂芯浮力，时砂芯不被破坏。 芯头应能立即将浇注后砂芯所产生气体排出 型外；下芯合型方便芯头应有合适斜度和间 隙。 芯头可分为垂直芯头和水平芯头，此图采取 垂直芯头。 垂直芯头结构以下图所表示; a—斜度 S-间隙 h—下部心头高度 h1—上部芯头高度 依据《铸造工》一书 表1-7垂直芯头高度和芯头和芯座配合间隙 表1-8垂直芯头斜度 表1-9垂直芯头
16、顶面和芯座配合间隙 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．冒口选择及冒口各部分尺寸 在铸造生产中，因为铸件结构和铸造参数 原因，在膜腔内各点熔融状态金属液凝固 时间是不相等，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，因为冷却 凝固时间不等，铸件回出现疏松冷隔，气孔等 缺点。所以在铸造生产中常采取部分方法来防 止或降低铸件缺点产生。 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，所以应采取冒口 或冷铁，但因该铸件含有一定斜度，采取冷
17、 铁时会比较麻烦，所以采取冒口来预防热节 产生。 冒口是在铸型内专门设置储存金属液空 腔，用以赔偿铸件成型过程中可能产生收缩， 所需金属液，预防缩孔、缩松产生。并起 到排气集渣作用。 冒口设计可采取百分比法，百分比法也称热节 圆法，这种方法就是使冒口根部直径大于铸 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 （依据表4-6可得） 依据表4-6选择一般顶冒口中B型冒口， 冒口形状和各部分尺
18、寸以下： 2. 冒口个数，依据公式L=nl/（πD件） 式中 L—冒口延伸度 n—冒口数量 l—冒口沿着轮缘方向尺寸 D件—轮缘直径 依据上式可得，冒口个数n= 1.型砂配比及性能: 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
19、 ~ 8 >100 4.5 ~ 6 >1.5 小件面砂 2芯砂配比及性能 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
20、 0.5 - 0.7 >2.0 中 小 件 芯 砂 3.铸铁件型芯用涂料成份比。 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．因为该铸件使用是树脂砂，所以无需烘干。 1．铸件缺点及防治方法； （1）气孔和针孔 防治方法：炉料要烘干、除锈、去油污、；焦 炭质量要好，以提升金属液出炉温度；孕 育剂，球化剂和所用工具要烘干；预防液体 金属在熔炼过程中
21、过分氧化，；制造砂型时舂 砂要均匀，型、芯排气要通畅；出气冒口要放 在型腔最高处和型腔中气体不易排出地方。 （2） 缩陷、缩孔和缩松 防治方法: 正确设计内浇道、冒口、冷铁 位置，确保铸件在凝固收缩过程中不停有液体 金属补充；改善铸件结构，使铸件有利于补缩；确保铸型有足够强度，对较大铸件采取干型，防 止型壁向外扩张。 （3）冷裂 防治方法: 努力争取铸件壁厚均匀，使铸件各 部分冷缺速度尽可能趋于一致；尽可能不使铸件 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，降低残留应 力。 （4）热裂 防治方法: 铸件要
22、尽可能避免壁厚忽然变 化，铸件转角处做到合适铸造圆角，铸件 中轻易产生拉应力部位和凝固较迟部位可 采取冷铁或工艺肋；粘土砂中加入适量木屑或 采取有机粘结剂，以改善型芯砂溃散性；砂 型和砂芯不应舂过紧；改用刚度适宜芯骨，芯骨外部要有足够吃砂量。 （5）冷隔 防治方法: 提升浇注温度，改善熔炼工艺，预防金属液氧化，提升流动性；改变铸件浇注位置，薄壁大平面应尽可能放在下面或采取倾斜浇注；加强对 合型、紧固铸型检验，预防分型面和砂芯出 气孔等处跑火。 （6） 粘砂 防治方法: 湿型在确保有足够透气性前提 下，尽可能选择粒度细原砂；提升砂型紧 实度，尤其是高大砂型下部紧实
23、度；降低吃 砂量忆提升粘砂层冷却速度；避免型芯局部 过热；选择耐火度高或冷却能力强造型材料。 2.铸件缺点修补标准 ： 修补后铸件外观、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
24、 铸件质量 6.656kg 浇注经验时间 8.8s 铁液最小上升速度16.1 mm/ s 内浇道截面积 1.6 H均为 253mm 横浇道 截面积 1.76 直浇道 截面积 1.84 冒口个数 为
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