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1、精选优质文档-倾情为你奉上金属液态成形工艺课程设计指导书1 概述 1.1 课程设计的目的“材料成形工艺学（上）”和“金属液态成形工艺设计”是材料成型与控制工程专业金属液态成形工艺方向的两门主要课程，旨在使学生掌握金属液态成形过程造型材料和造型工艺的特点和发展趋势；铸件成形过程中金属与铸型之间的相互作用及其对铸件质量的影响；金属液充填铸型、补给铸件收缩的原理和方法，为制定零件的合理铸造方案和开发新的铸造工艺、造型材料及造型方法奠定基础。因此，在教学过程中，除了系统地讲授相关的基本概念、基本原理、基本方法，进行实验、作业等教学外，还应使学生作较全面的工艺设计技能锻炼，即作课程设计。金属液态成形工艺
2、课程设计的目的是： （1）具体应用“材料成形工艺学（上）”和“金属液态成形工艺设计”及相关课程的理论知识、生产知识，了解金属液态成形工艺的一般设计方法和步骤，掌握金属液态成形工艺设计的基本理论和基本技能，培养学生的设计能力，为以后的毕业设计和现场工作打下基础。（2）通过对简单或中等复杂程度铸件的铸造工艺设计，使学生在综合运用理论知识和实践知识去解决工程实际问题时，得到一次完整的基本设计方法的训练。（3）使学生熟悉各种设计资料（如各项标准和规范、有关工具书等），提高运算、绘图、表达以及运用技术资料和计算机诸方面的能力。1.2 课程设计的要求在课程设计中要求学生注意培养认真负责、踏实细致的工作作风
3、和保质保量、按时完成任务的良好习惯。在设计过程中要做到：（1）随时复习教科书、听课笔记，及时了解有关资料，做好设计准备工作；（2）遵守计算中心微机室的规章制度，保持微机室的良好秩序和卫生环境；（3）认真制图和计算，独立完成设计工作；（4）尊重指导教师，并能灵活处理问题，充分发挥自身的主观能动性和创造性；（5）按计划循序完成设计任务，最后将零件图、工艺设计图、工艺卡、设计说明书等纸质材料和电子文档一并交给指导老师；（6）如不能按时完成所要求的设计任务，则本课程设计成绩为不及格。1.3 设计准备工作和绘图要求在整个课程设计工作中，绘图部分使用计算机辅助设计软件（如CAXA电子图版、AutoCAD、
4、SolidWorks等），文字部分使用办公软件Microsoft Word。设计前要准备好相关设计资料、手册、图册和U盘，熟悉设计任务书，明确设计要求和内容。认真复习设计所要用到的有关课程内容，如造型机种类和特点，铸造工艺方案的确定，浇冒口设计，型芯砂配方及制备工艺等。绘图过程中，图纸选择A3幅面，图纸上的文字符号一律按新标准标注（如表面粗糙度、公差配合、机械加工余量、铸件精度等级、材质牌号等），严格按机械制图标准绘图，注意剖视图、简化画法和尺寸标注的正确性。注意图面上的线条和文字颜色，红色、蓝色是铸造工艺设计的保留色。1.4 设计任务每名学生完成一个简单或中等复杂程度零件机器造型的铸造工艺设
5、计的主要技术文件的编制工作（见附件一），具体内容是：（1）零件三维实体图及由此生成的二维零件图 1 张 (在平面图的空白处镶嵌实体图)（2）铸造工艺图 1 张（3）铸造工艺卡 1 张（4）设计说明书 1 份1.5 设计时间安排 整个课程设计时间为2周，大致分配如下（供参考）：（1）布置设计工作，识图和绘制零件图、实体图 2 天（2）确定铸造工艺方案 2 天（3）浇注系统设计 2 天（4）补缩系统设计 2 天（5）填写铸造工艺卡，编写设计说明书 2 天1.6 设计参考资料 （1）李荣德 米国发主编 铸造工艺学 机械工业出版社 2013年8月（2）李传栻 李魁盛主编 铸造技术应用手册 第4卷 铸造
6、工艺及造型材料 中国电力出版社 2012年1月（3）叶荣茂 铸造工艺设计简明手册 机械工业出版社 1997（4）李弘英 赵成志 铸造工艺设计 机械工业出版社 2005 （5）李魁盛 典型铸件工艺设计实例 机械工业出版社 2008 （6）联合编写组 铸造工艺装备设计手册 机械工业出版社 19892 铸造工艺设计及铸造工艺图的绘制 2.1 零件结构工艺性和技术条件分析零件结构工艺性和技术条件分析是十分重要的，在课程设计中要按下列步骤进行分析工作。1 读图认真阅读零件图，彻底搞清零件的结构形状和各项尺寸关系，建立起完整明确的立体感物体，以保证工艺设计及制图工作的顺利进行。 （1）记录零件的结构类型（
7、轴类、平板类、箱体类、轮类）、重量、最大轮廓尺寸、主要的和最大与最小壁厚，以供设计使用。 （2）了解零件的技术条件，包括： a) 重要加工面、公差配合、表面粗糙度等，以便选择合适的浇注位置和分型面； b) 零件的材质和牌号、化学成分、金相组织、机械性能、铸件精度等级； c) 是否需要水压、气压、油压试验，超声探伤； d) 铸造缺陷的限制程度、焊补条件及热处理工艺等； e) 零件在机械设备中的位置、作用、工作载荷及工作条件，以便在铸造工艺中达到其功能要求。 这些技术条件通常是写在零件图上的，在工艺设计时应根据图纸标注加以确定，以便在铸件生产时加以控制。 （3）了解铸件的生产批量、具体生产条件和交
8、货日期。课程设计时一般只考虑生产批量，都按成批大量生产处理。2 从避免铸造缺陷方面审查铸件结构 参考授课内容。3 从简化铸造工艺方面改进零件结构 参考授课内容。4 技术条件的合理性 参考授课内容。2.2铸造工艺方案的确定 铸造工艺方案展示着铸件生产的基本过程和工艺方法。确定铸造工艺方案的具体内容和步骤如下（学生在阅读本部分内容时，应与后面“绘制铸造工艺图”的内容结合起来）。1 选择铸造方法参考授课内容。在课程设计中，对所下达的任务，一般采用粘土砂湿型铸造，并使用机器造型；采用树脂砂机器制芯。个别大件可采用树脂自硬砂造型制芯。2 确定浇注位置和分型面 参考授课内容。 浇注位置和分型面的选择，要全
9、面分析和比较几种可能的方案，抓住主要问题，确定最合理的方案。在设计说明书中对此要作详细的论述。3 选择铸造工艺参数 铸造工艺参数用以确定模样与芯盒的形状与尺寸。该项工作的内容和步骤如下： a) 根据铸件材质和造型方法确定铸件的尺寸公差和重量公差等级。 b) 根据铸件材质、化学成分和铸件收缩受阻情况查表确定铸造收缩率（缩尺）。 c) 在需要加工的表面，根据加工面所处位置、铸件材质、加工部位尺寸和铸件尺寸精度等级确定机械加工余量。在选择高压造型机或高密度造型机时，粗糙度数值大于等于25的加工面可不放置加工余量。 d) 零件上的小孔和窄槽等是否需要铸出，要查表确定。 e) 根据模样材料、模样起模高度
10、和造型方法查表确定起模斜度。4 砂芯设计 砂芯设计是铸造工艺设计的重要内容之一，它直接影响到铸件的形状和精度。砂芯设计的内容主要包括： a) 砂芯轮廓和数量的确定。 b) 芯头的种类、结构和尺寸的确定。 c) 砂芯排气系统的设计。 d) 如有需要，确定芯撑的材质、结构、尺寸、数量和位置。5 砂箱中铸件数目的确定当铸件的造型方法、浇注位置、分形面和砂芯确定之后（或同时），就要初步确定砂箱中放置铸件的数量，以此作为浇冒口设计的依据。砂箱中放置铸件的数量主要与铸件尺寸、砂箱尺寸和吃砂量有关，在保证铸件质量和工艺条件允许的条件下越多越好。有关吃砂量的大小要查表确定。下表为标准和推荐的中小型砂箱的平面尺
11、寸。采用树脂自硬砂造型制芯的不受此表限制。砂箱尺寸(mm)500400600500800600100080012001000造型机ZZ145Z146AZB148AZB1410 砂箱高度要根据模样高度、直浇道压头来确定，中小砂箱一般为100、125、150、175、200、225、250、300mm等。在生产线造型中，上下砂箱高度相同。采用树脂自硬砂造型制芯的，上下砂箱高度可不同。2.3浇注系统设计浇注系统设计是铸造工艺设计的重要内容。1 浇注金属液重量的估算在进行浇注系统设计时，需要知道浇注的金属液重量。在未设计出浇冒口时，这个重量是未知的，一般只能根据经验先粗略确定。估算公式为 G=nG件式
12、中 G浇注金属液重量（kg）； G件铸件重量（kg）； n砂箱中铸件数目； 重量系数，与铸件材质、生产批量有关，铸铁件参考数值见下表。 铸铁件重量系数的经验值材 质铸件重量（kg）大量生产批量生产单件小批生产HT10001.101.151.101.20QT1.21.4KT1.41.5 2 铸铁件浇注系统设计步骤 a) 选择浇注系统的类型和结构；b) 确定内浇道到型腔的引注位置和数量；c) 确定直浇道位置和高度（注意最小剩余压头是否满足要求）；d) 计算金属充型时的平均静压头H均；e) 查表确定浇注系统的流量系数，注意各种因素对流量系数的修正；f) 选择合适的经验公式计算浇注时间，并校核金属液面
13、上升速度；g) 确定浇口比，利用奥赞公式和大孔流出理论计算浇注系统的阻流段面积F阻；h) 根据浇口比，计算浇注系统各组元断面的截面积和尺寸（注意一箱中横浇道和内浇道的数量），并查表加以圆整化。3 浇注金属液量的校核 在浇冒口设计完成之后，要根据所设计浇冒口的数量和尺寸计算浇冒口重量G计，校核金属液重量与初设值是否相当。如果相差较大，即G计-GG计100%10%则应当调整G，重新设计浇注系统和补缩系统，直到满足要求。 4 其他工序与工艺规范的确定 包括型、芯砂的配方、性能要求和混制工艺，砂芯的硬化工艺，合金熔炼与铸件浇注、冷却规范，铸件清理、热处理及验收规范等（详见“编写设计说明书”一节）。这些
14、问题都应在工艺方案中随时加以考虑和确定，以免到最后感到失误而导致设计上的返工。 2.4补缩系统设计对于需要补缩的铸件，要进行冒口和冷铁设计。具体设计方法参考相关资料。2.5铸造工艺图的绘制 铸造工艺图是用工艺符号表示出铸造工艺设计主要内容的图纸，是铸造行业特有的一种图纸，它规定了铸件的形状和尺寸，也规定了铸件的基本生产方法和工艺过程，是最基本也是最重要的工艺文件，是铸件生产过程的指导性文件，是制造模样、模板、芯盒等工艺装备和进行生产准备的依据。绘制铸造工艺图，就是将各种简明的工艺符号标注在零件图上，反映出铸造工艺方案的基本内容。 1 绘图注意事项 绘制铸造工艺图要注意以下事项： a) 铸造工艺
15、图必须按JB/T2435-2013规定的铸造工艺图画法用红色、蓝色工艺符号表示在零件图上。 b) 凡是在某一视图或剖面图上表示清楚了的工艺符号，可以不按投影原理在其它视图上重复绘制；对于不能完全表达清楚的地方，必须用其它视图来辅助表示。c) 铸造工艺尺寸应集中标注在一个或几个视图上，不要分散标注和重复标注。d) 相同尺寸的铸造圆角、相同角度的起模斜度和收缩率可不在图上标注，而写在技术要求中。 e) 砂芯边界线如果与零件轮廓线或加工余量线、冷铁线等重合时，则省去砂芯边界线上的重合部分。f) 在剖面图上，砂芯边界线与加工余量线相遇时，被砂芯遮住的加工余量线不绘出。g) 绘制工艺符号时，应注意零件图
16、上所标尺寸和加工符号不被遮盖。零件图上某些线条由于被工艺符号遮住（如砂芯）而由看得见变为看不见时，可保留原线条，不要抹掉，也不改为虚线。 2 绘图顺序 绘制铸造工艺图一般按下列顺序进行：（1）标注分型面和浇注位置铸型的分型面用红线表示（叫分型线）并用红色箭头及“上、下”或“上、中、下”字样表示浇注位置和砂箱数量。a) 当采用曲面分型时，需用红线绘出分型线和砂垛，并注明尺寸。b) 当浇注位置与分型面不一致（如水平造型，立式浇注）或浇注位置与冷却位置不同时，应在图上注明或写在技术要求（工艺说明）中。 （2）在各有关视图上标出机械加工余量、不铸出孔及槽。a) 在剖面和非剖面上的机械加工余量均用红线按
17、比例画出，并注明加工余量数值。b) 凡不铸出的孔、槽一律在其各视图上画红色“”表示，而在虚线图上则不必表示。（3）标注起模斜度和收缩率。 起模斜度和收缩率一般在工艺图上的技术要求（工艺说明）中注明，起模斜度用角度或尺寸、比例表示（金属模样标注角度，手工木模标注尺寸或比例（如1/10），对于特殊情况可在工艺图上注明尺寸。收缩率用百分数表示，如果铸件不同方向的缩尺不同时应分别标注。 （4）砂芯标注a) 砂芯轮廓用蓝线表示，但与铸件接触部分不用表示。当有多个砂芯时，砂芯序号必须按下芯顺序编号。不同砂芯用不同符号表示，一般是在砂芯周边标注与砂芯编号相同的小写数字，同一砂芯在不同视图上均采用同一符号。因
18、芯头斜度等而使芯头投影成两条轮廓线时，砂芯符号只沿最外轮廓线绘制。b) 砂芯增减量，砂芯间隙（芯与芯之间），芯头间隙及长度（高度）、斜度等有关尺寸一律用蓝色标出。 c) 砂芯的填砂方向、出气方向和紧固方向（吊运方向）一律用蓝色符号表示（见右图），箭头表示方向，箭尾画出相应符号。 d) 芯撑用红色“工”或“”符号标注在芯撑安放位置。 （5）浇冒口系统的绘制 a) 用红线标出直浇道、横浇道、内浇道的位置，各浇道的界面形状以局部剖视的形式在工艺图的空白处用适当比例的红色截面图表示并标注尺寸。当横浇道、内浇道不止一个时，注意该截面图的面积应为总面积除以相应浇道数。当浇注系统结构复杂时，亦可在工艺图的空
19、白处会出示意图。b) 用红线绘出冒口（包括补贴）的位置、结构形状并标注尺寸。当有多个（超过1个）结构形状不同的补缩冒口或出气冒口时亦需分别编号。当同一冒口有多个时，如果均布则只需画出一个冒口并标明冒口数量和“均布”字样；如果非均布则详细标注一个冒口，其它只标出冒口位置和统一编号。c) 当冒口被零件或其它工艺符号遮住时可不必画出，但因此不能完整表示出冒口形状时应用红虚线表示。 d) 工艺图上可不画浇口杯的具体形状，只用倒三角符号标注在直浇道顶部。直浇道或冒口太高时可中断画出。 （6）在工艺图的空白处或零件图技术要求的下面写出铸造方面的技术要求，填写标题栏（填写内容见下表）。 “铸造技术要求”是描
20、述工艺图上不能表达或尚未表达的内容，例如铸件的尺寸精度等级、铸件重量允差、铸造收缩率、铸件内部和外部质量要求及其它工艺说明等。 （7）铸造工艺图文档及输出要求 由于CAD软件的缺省设置是各层的属性不同（如颜色、字体等），但铸造工艺图只要求3种颜色：黑色为与零件图相关的内容，红色和蓝色为与铸造工艺符号和文字相关的内容，所以要注意调整图面颜色，一定只出现黑、红、蓝三色。注意调整文字和符号的大小，使其与图纸整体比例协调。3 填写铸造工艺卡 铸造工艺卡是铸造车间进行铸造生产的工艺规程，它包括铸造工艺设计的全部或主要内容，并附有操作注意事项，与铸造工艺图一样都是基本的技术资料和工艺文件。铸造工艺卡的形式
21、和格式，根据铸件生产批量而有所差异，课程设计选用大量成批生产用的铸造工艺卡（见附件二）。 填写说明： a) 工艺卡必须认真全面填写，如果缺少某项工艺内容时要写“无”。 b) 零件号、零件名称和铸件材质按零件图填写，如没有则空出。 c) 工艺卡填写完成后，附在课程设计说明书后，与设计说明书装钉在一起。4 编写设计说明书 金属液态成形工艺课程设计要求编制工艺方案选择和计算的设计说明书，阐明设计的合理性、实用性。设计说明书是设计者设计思想、能力和水平的综合体现，也是指导教师对工艺设计进行审核和评价的重要依据。在工艺设计中，对每个方案的选取、数据的确定、问题的论证、资料的来源等都要随时记录在案，为编写
22、设计说明书积累素材。4.1 设计说明书的内容 设计说明书的内容如下： a) 课程设计任务书（见附件一）； b) 零件结构和技术条件分析，零件审查时需更改部分的说明； c) 铸造工艺方案（造型制芯方法、浇注位置、分型面）的选择、对比和论证，铸件精度（尺寸公差和重量公差等级）的选择，铸造工艺参数的确定； d) 砂芯设计的说明和计算；e) 浇注系统的设计和计算；f) 补缩系统的设计和计算； g) 砂箱尺寸的选择，铸件在砂箱中的平面布置简图（要求明确表示出铸件和浇注系统的分布）； h) 造型材料的选择和应用，包括型芯砂配方、混制工艺、性能要求、检测方法等； i) 预计可能产生的铸造缺陷及其防止措施；
23、l) 设计结果的自我评价，主要说明设计的特点（优点）和存在的问题； k) 主要参考文献，要注明作者、书名（或文章题目）、出版社（或期刊名）、出版日期（或期刊号）、引用页码。4.2 编写设计说明书的基本要求和注意事项 a) 文字简明通顺，论证充分合理，计算正确完整，书写整洁清晰，使用工程技术术语。 b) 应附有与方案选择和计算有关的必要表格和简图。 c) 使用我国最新法定计量单位和有关规定符号。 d) 资料来源要用引用号n注在有关词句的右上角，n的编号要与参考文献序号一致。 e) 设计说明书要装订成册，次序为设计说明书封面、设计任务书、目录、说明书正文、参考文献、铸造工艺卡。 全部设计工作完成后，将设计说明书、铸造工艺图（彩色输出A3幅面）铸造工艺卡的纸质材料和设计说明书、铸造工艺图、铸造工艺卡、零件图（包括三维实体图）的电子文档交给指导教师。 东北大学 材料成型研究所 辛啟斌 2014.12.20专心-专注-专业