滑动轴承座铸造工艺设计.docx

课程： 金属热加工工艺课程设计
题目： 滑动轴承座铸造工艺设计
姓名： 刘 源
专业： 机械设计制造及其自动化
班级： 11机电三班
学号： 1101050145
指导老师： 刘万福
课程完成时间：5月22日至6月6日
黄河科技学院课程设计任务书
工 学院 机 械 系 机械设计制造及其自动化 专业 2011级 机电三班 班
学号 1101050145 姓名 刘源 指导教师 刘万福
题目: 滑动轴承座铸造工艺设计
课程: 热加工工艺课程设计
课程设计时间：5月22 日至 6 月6 日 共 2 周
课程设计工作内容与基本要求(已知技术参数、设计要求、设计任务、工作计划、所需相关资料)（纸张不够可加页）
1．已知技术参数：

滑动轴承座零件图
2．设计任务与要求（完成后需提交的文件和图表等）：
1.设计任务
(1)选择零件的铸型种类，并选择零件的材料牌号。
(2)分析零件的结构，找出几种分型方案，并分别用符号标出。
(3)从保证质量和简化工艺两方面进行分析比较，选出最佳分型方案，标出浇注位置和造型方法。
(4)画出零件的铸造工艺图（图上标出最佳浇注位置与分型面位置、画出机加工余量、起模斜度、铸造圆角、型芯及型芯头，图下注明收缩量）。
(5)绘制出铸件图。
2.设计要求
(1)设计图样一律按工程制图要求，采用手绘或机绘完成，并用三号图纸出图。
(2)按所设计内容及相应顺序要求，认真编写说明书（不少于1500字）。
3．工作计划（进程安排）
熟悉设计题目，查阅资料，做准备工作 1天
确定铸造工艺方案 1天
工艺设计和工艺计算 2天
绘制铸件铸造工艺图 1天
确定铸件铸造工艺步骤 2天
编写设计说明书 3天
答辩 1天
4．主要参考资料
《热加工工艺基础》、《工程材料及成形技术基础》、《机械设计手册》
系主任审批意见：
审批人签名：

滑动轴承座铸造工艺设计

摘要
砂型铸造是以型砂作为造型材料，用人工或机械方法在砂箱内制造出型腔及浇注系统的铸造方法。此法不受铸件质量、尺寸、材料种类及生产批量限制，原料来源广泛、价格低廉，应用最为普遍。
铸造工艺设计就是根据铸造零件的结构特点、技术要求、生产批次和生产条件等，确定铸造工艺方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等技术文件的过程。铸造工艺的有关文件，是生产、准备、管理和验收的依据，并用于直接指导生产操作。因此，铸造工艺设计的好坏，对铸件品质、生产率和生产成本起着重要作用。
在制定铸造工艺方案之前，设计人员必须熟悉图样和铸件的使用要求，掌握实际生产的现有条件，以图样技术要求，生产批量和使用信息为依据，分析铸件结构、选择铸件种类，确定造型方法等，以便为铸造工艺的拟定奠定基础。
而用于装轴瓦的部分总称壳件，其上半部称为轴承盖，下半部称为滑动轴承座。本次对滑动轴承座进行设计。滑动轴承座大多用铸铁铸造，材料为HT200或ZG200-ZG400，承受载荷大的采用铸钢或钢板焊接结构。广泛应用于冶金，矿山，输送系统等。滑动轴承座座在铸造过程中有严格的技术要求。

关键词：砂型铸造、铸造工艺、技术要求。

目 录
第1章 绪论
1.1 课程设计的意义………………………………………………………1
1.2 设计题目的提出………………………………………………2
第2章 材料的确定………………………………………………3
第3章 结构工艺设计……………………………………………4
第4章 工艺方案的设计…………………………………………6
4.1 铸型种类及方法确定………………………………………………6
4.2 型芯结构及制造……………………………………………………6
4.3 分型面的少而小的原则……………………………………………7
4.4 铸造位置及浇注口的确定……………………………………8
第5章 铸件工艺参数确定………………………………………10
5.1 加工余量………………………………………………………………12
5.2 起模斜度及圆角确定…………………………………………………12
5.3 收缩量选择……………………………………………………………13
5.4 型芯及型芯头选择……………………………………………13
第6章 浇注系统的拟定……………………………………………16
6.1系统作用及结构分析…………………………………………………16
6.2 各组元界面尺寸的确定………………………………………………16
6.3 系统引注位置的选用…………………………………………………18
6.4 冒口及尺寸确定………………………………………………18
附录
总结
致谢
参考文献

第1章 绪论

1.1 课程设计的意义
金属热加工工艺课程设计是一个老师给予我们的一个很好的锻炼的机会平台，让我们通过学习理论知识，进而通过这次课程设计使得我们对金属热加工工艺得以有进一步的了解，使得我们对更方面的理论知识有了深层次的认识与理解。
金属热加工课程设计是对学生综合素质与工程实践能力培养应在指导老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，这对于我们来说却是是一个很好的考查，也是对我们的一个考验，因为从来没有做过这样的一个需要自己既要整理材料又要制图的作业，这次课程设计不仅仅局限于热加工工艺这本书的知识，而是综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决工程问题。而且通过课程设计对于我们树立正确的设计思想，锻炼学生分析与解决工程实际问题的能力有很大帮助。
这次的课程设计是学完本学科的一项重要的实践，这对我们以后的工作一定会有很大的帮助，不仅考查了我们独立设计，计算，绘图和分析能力，同时提高了我们查阅各种资料的能力，特别通过这次课程设计深入的了解了铸造、锻造、焊接工艺设计的一般步骤，总之我们受益很大。

1.2 设计题目的提出
热加工成型技术是机械制造生产过程的重要部分。机械制造则是将各种原料经过各种金属毛坯成型、改性、连接等工艺转变为机器的过程。是机械制造生产过程的重要组成部分，也是机械零件切削加工的基础，其成型对象是各种铸件、锻件、冲压件和焊件。成型材料包括金属材料、非金属材料和复合材料等。而铸造是生产零件毛坯的主要方法之一，尤其对有些脆性金属和合金材料的零件毛坯。铸造几乎不受金属材料、尺寸大小和重量的限制，。可以生产各种复杂的毛坯，特别适用于生产具有复杂内腔的零件毛坯。而且铸件的形状和大小可以和零件很接近。对于铸造成型质量不仅与铸造成型方法有关，还与金属熔炼与浇注、金属冷凝、型腔条件及模样工艺基础密切相关，其中影响铸件质量的关键因素是液态金属的充型能力及凝固收缩性能。
滑动轴承座是用来支撑轴承的，始终与转动方向一致，并保持平衡；而且滑动轴承座就是轴承与箱体的集合体，以便于应用，这样的好处是可以有更好的配合，正是由于滑动轴承座的折中结构构造，所以应用铸造较为方便可靠。

第2章 材料的确定

对于滑动轴承座，对于材料的选择较为慎重，由于滑动轴承座主要承受压力，所以应该能够满足且适合滑动轴承座的工作要求。可选用灰口铸铁、球磨铸铁或者铸钢，但是综合考虑选择灰口铸铁较好，因为灰铸铁具有良好的耐磨性，液态流动性好，凝固收缩性小，抗压强度高，吸震性好，使用时有充分的轻度和刚性，况且价格适宜，因此选用灰铸铁件。在灰铸铁中常用是 和他HT200 性能良好，便于吧加工和铸造，故选用 HT200作为铸造滑动轴承座的铸造材料。

第3章 结构工艺分析

滑动轴承座主要由上盖、底座、轴瓦组成。由任务书知上方小孔过小不铸出，铸件图样如图3-1.滑动轴承座的中心孔距地尺寸为100mm;圆通外径60mm，长65mm，支撑板厚20mm，地板高25mm。为小型铸件。主要承受径向载荷，使用简单不需要安装轴承，且轴瓦内表面不承担在和的部分油槽，这样润滑油可以通过油孔和油沟进入间隙，起到润滑保养作用。由于其经常处于压力和摩擦状态，故要求能抗压和耐磨损。通过查找《金属成型工艺设计》、《热加工工艺基础》比较分析得到，故选 HT200作为铸铁材料。

第4章 工艺方案的设计

4.1 铸型种类及方法的确定
金属铸造成形工艺根据铸件的性质不同，可分为砂型铸造、特种制造、和快速成型等方法。而在各种铸造方法各有特点和最适宜的应用范围把你，其中砂型制造机关有许多缺点，但其适应性最强，生产成本低，应用最广，到目前为止仍然是生产中最常用的铸造方法，其产品约铸件总量的80%以上；尤其是在单件、小批量生产中，砂型铸造的模样和设备费用低且最为经济。
滑动轴承座在工程中应用是比较常见的。由于滑动轴承座内部结构简单，主要由内腔和小孔等组成，表面形状相对复杂，耽误特殊质量要求；从尺寸上讲，属于较小尺寸造型；由于选用了灰铸铁材料且生产批量不大，技术要求不太高，综合分析考虑选用，砂型铸造成型，铸型种类为湿型，采用手工分模，这样在满足要求的同时，操作灵活，工艺装备简单，成本低，生产效率高，必要时易于采用机械自动化操作。所以比较适合选用砂型铸造。
4.2 型芯结构及制造
滑动轴承座零件中有一圆柱筒，故型芯为以圆柱体，其直径小于 40mm ,又因为型芯比较简单，故采用整体式芯盒制芯的造芯方法。
4.3 分型面的筛选少而平的原则
分型面的筛选是铸造工艺中尤为重要的一步，铸型分型面的选择应在保证质量前提下，尽量简化工艺过程，节省人力物力。对于一些质量要求不高的支架类铸件或外形复杂但生产批量不大的铸件，为了简化工艺操作，可优先考虑分型面，并遵循分型面，由于滑动轴承座分型结构明显，具有垂直分型面，可以选择以下几种：
A方案 如图4-1

图4-1
将轴承的一个对称面a-a作为分型面。这中分型方法思路简单，比较容易想到，同时也符合了最大截面原则，但是这样不利于内部浇注口的引入，而浇注口的选择对铸件质量有重要的影响。
B方案 如图 4-2

图4-2
选择分型面 b-b,此分型面垂直，大部分铸型位于下沙箱，便于起模，下芯，提高生产效率和铸造尺寸，且只有有以讴歌分型面吧，便于浇注时铸型填充，其它有不少分型面的方案大多是分型方式对铸件成型精度的影响比较大所以不选。
根据分型面少而平的选择原则，在保证铸件质量的前提下，应该选择B。
4.4 铸造位置及浇注口的确定
根据铸件技术要求，需要先找出铸件上高质量要求的重要面及受力面、易产生缺陷的厚壁和薄壁处及大平面，重要面向下放原则、厚大断面处向上的原则、型芯设置稳定的原则。使其既能符合铸件凝固方式，保证铸件充满，又能至于有利部位，保证铸件质量。
对于滑动轴承座，根据重要面向下放的原则，将滑动轴承座的重要面放在下面，由于该构件有多个面，因此将其中较大的面朝下放，并对向上的表面采用增加加工余量等措施保证质量，由大而薄表面向下的原则，滑动轴承座的大面积平直表面或薄壁部分，在浇注时应放在铸型下部，并尽量让固肋板垂直，防止出现浇注不足，冷隔等缺陷；由厚大断面处向上的原则，应将滚动轴承座厚大断面两端放在上面，这样有利于放置冒口和冷铁补缩。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，选用圆筒右上方为浇注口如图4-3.从而避免浇注对铸件稻城冲击，而且有利于落砂、型芯排气和检验等。
图 4-3

第5章 铸造工艺参数确定
铸造工艺参数应根据零件的形状、尺寸和技术要求，由铸件材料和铸造方法等决定，包括铸造收缩率、机械加工余量、拔模斜度、铸造圆角和芯头尺寸等。

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5-1，5-2灰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（15-13）/H，CT选定为14 /H;再由GB/T6416-1999可以查得相应的加工余量数值为7.5mm；据GB/T6414-1999可得公差等级CT为14时，基本尺寸在40-63mm之间时，公差数值为10mm;基本尺寸在65-100mm之间时，公差数值为11mm；基本尺寸在100-160mm之间时，公差数值为12mm。由铸件基本尺寸60mm,100mm，65mm知 ，滑动轴承座铸件的尺寸公差为：60+5，100+5.5，65+5.5
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 灰铸铁件常见基本尺寸及切削加工余量（摘自GB/T 6416—1999）
CT
7
8
9
10
11
12
13
14
15
MA
E
F
G
H
G
H
G
H
G
H
H
J
H
J
H
J
H
J
基本尺寸
加工余量数值
160-250
2.0
2.0
3.0
2.5
4.0
3.5
5.0
4.5
4.5
40
5.5
5.0
5.0
4.0
6.0
5.0
6.0
4.5
7.0
5.5
8.0
6.0
9.5
7.5
9.5
7.0
11
7.5
13
9.0
13
9.0
13
8.5
15
10
5.2起模斜度及圆角确定
滑动轴承座的测量面高度在55-65mm之间，查找《金属成型工艺设计》教材，由表中数值宽度a在1.0-1.5mm之间选取，斜度在1°-1.5°之间，因此综合考虑取起模斜度为1.5°，宽度为1mm，未标注处垂直起模斜度为1.0°。由上下面相交壁厚为14.5mm，13.5mm查表可知应在1/3-1/6范围内，此处圆角选为5mm。如图5-1.

图5-1
5.3收缩量选择
由铸造材料灰铸铁可知，其收缩量在0.7%-1.0%之间，在单件或小批量生产时取上限，故收缩量选为1.0%.
5.4型芯及型芯头选择
滑动轴承座内腔成圆柱形孔，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65mm，由表查得下型芯高度H1值为25-30mm，确定为25mm；上型芯值为15mm，芯头间隙为0.5-1.5mm,定为1.0mm；下芯头斜度5°-10°选为7°，上芯头斜度6°-15°选择10°.
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
芯头高度
由下芯头高度值查得上芯头高度H上值
H下
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
80
90
100
120
150
H上
15
15
15
20
20
25
25
30
30
35
35
40
45
50
55
65
80
型芯长度
当芯头直径d或边长为下列数值时的水平芯头直径
≤25
26～50
51～100
151～200
201～300
301～400
401～500
501～700
701～1000
≤100
20
23～35
30～40
40～50
50～70
60～80
-
-
-
101～200
25～35
30～40
35～45
50～70
60～0
70～0
80～100
-
-
201～400
-
35～45
40～60
60～80
70～90
80～100
90～100
-
-
401～600
-
40～60
50～70
70～90
80～100
90～110
100～120
120～140
130～150
ⅰ601～800
-
-
60～80
80～100
90～110
110～120
110～130
130～150
140～160
801～1000
-
-
-
90～110
110～130
110～130
120～140
130～150
150～170

第6章 浇注系统的拟定
6.1 系统作用与机构分析
系统浇注时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，因此各交道形状及界面大小均影响铸件质量。
6.2 各组元截面尺寸确定
各组截面尺寸可根据铸件合金的种类、质量、尺寸、壁厚、浇铸时间等，利用经验公式求得。
S内：S横：S直 1:1.5:2 适用于大件
1:1.2:1.4 适用于大中件
1:1.1:1.15 适用于中小件
1：1.06:1.11 适用于薄壁小件
生产中最小的内浇道截面积为 0.04cm2, 直浇道最小直径一般不小于 15-18mm。
灰铸铁阻流截面计算公式：

F阻——浇注系统中的最小断面总面积（cm2）；
G——流经F阻断面的金属液总重量（Kg）；
μ——总流量损耗系数；
t——浇注时间（s）；
Hp——平均静压力头（cm）
式中G=1.56 KG；μ=0.42；Hp=24 cm；
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。

6.3 系统引注位置的选用
类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。所以滑动轴承座应选择中柱式浇口。

6.4 冒口及尺寸确定
一般小型、壁厚均匀的铸件可不设冒口。
综上所述：将内浇道开设在下型的分界面上，并分两道将金属液从两端处注入，有利于冷却过程中补缩，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，在上型面开设浇口杯。

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
支撑台
HT200
小批
2.8kg
10mm

造型
造型方法
砂箱铸造、两箱造型

砂箱内部尺寸/mm
规格
长
宽
高
紧固方法
上箱
150
150
50
压铁紧固420kg
下箱
150
150
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

1.2c㎡
内浇道1个

1.3c㎡
直浇道1个

1.4c㎡
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
>1250
35~55
>10
热处理工艺
加热2~4h至550±20℃，保温均热1 ~2h后缓冷

总结
通过这次课程设计不仅使我对热处理加工工艺的铸造，锻造，焊接都有了深刻的了解，而且更加巩固了热加工工艺的基础知识。
通过这次课程设计我学到了很多，首先，我学会了做事的态度，不能三心二意，要谨慎认真，怀着一丝不苟的态度才可以把事情做好，尤其从事机械这一领域更要有个严谨的做事风格，因为在以后的工作中若稍不留神或是稍一大意都有可能造成大错，所以做事一定要认真是这次课程设计的第一收获，其次，通过这次课程设计使我掌握了铸造工艺工装的设计方法，对我们进一步提高图纸、文字表达能力奠定了基础。而且在铸造工艺设计中的大量工艺参数需要去自己查找，并且还要从大量的数据信息中筛选相关的参数，这对于我们的确是一个很大的考验；最后，通过这次课程设计使我感受到自己对这方面知识的匮乏，以后更要好好学习复习相关的内容，争取掌握所学理论并能运用与实际。
这次课程设计使得我们亲自动手去作图，去查阅数据，复习相关知识，并且需要结合实际作为参考，学习并思考设计思路，这对于我们更进一步的学习打下了良好的学习基础和习惯，而且对于热加工这一领域的知识也的确值得我们去探索，所以这次课程设计对我们每个人都会有很大的帮助。

致谢
经过十几天的努力，我终于完成了这次课程设计，这次热加工工艺课程设计是我做的第一次课程设计，通过这次课程设计使我认识到自己知识的匮乏，还有就是学习的理论知识要会运用于实际，但同时这次课程设计也加深了我对热加工工艺的基础的认识，特别是铸造，有了进一步的认识。
在此次课程设计中，最为感谢的就是刘万福老师，虽然在做的时候没有去找老师交流，但是刘万福老师在和我们下达课程设计任务之前的两周已经和我们详细介绍了课程设计的设计的内容和注意事项，并且耐心的和我们讲解，由于记录了不少的课堂笔记对我这次的课程设计帮助很大，省去了不少的麻烦，所以再次真诚的感谢刘万福老师。还有要感谢在这次课程设计中帮助我的同学还有资料。

参考文献
《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
王爱珍.金属成型设计 （M）.北京： 北京航空航天大学出版社，2009
王爱珍.机械工程材料及成型技术（M）北京：机械工业出版社，2006
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