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1、精选优质文档-倾情为你奉上河南机电高等专科学校毕业论文毕业论文题目：小轴套的铸造工艺设计系 部 专 业 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 xxxx年xx 月 xx 日摘要首先，分析零件的技术条件，明确零件的材料组成以及性能要求。对零件结构的铸造工艺性进行分析，明确零件的结构特点，找出可能存在的结构问题。提出改进措施或预防缺陷的措施。其次,根据零件结构特点，技术要求，生产要求，生产批量，生产条件选择铸造及造型方法。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。制定出详细的铸造工艺方案。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，设计铸件的补
2、缩系统，浇注系统。绘制出铸造工艺图。最后,设计铸造工艺装备，包括模板和芯盒,绘制模板和芯盒的装配图。关键字：铸造工艺性；铸造工艺方案；铸造工艺参数；补缩系统；浇注系统。 First of all, the analysis of technical conditions of the parts, material composition and performance requirements of clear parts. On parts of the structure of the casting process is analyzed, the structure characte
3、ristics of specific parts, find out the possible existence of structural problems. Put forward the improvement measures or measures to prevent defects. Secondly, according to the structural characteristics of spare parts, technical requirements, production requirements, the production batch, product
4、ion condition choose casting and modelling method. The structure characteristics of the parts, put forward a variety of casting and classification scheme, comprehensive comparison and analysis, choose the ideal pouring position and parting surface. To develop a casting process in detail. Again, acco
5、rding to the characteristics of the casting process and parts, choose the suitable process parameters, feeding system, the design of casting gating system. Map out the casting process. Finally, the design of casting technology and equipment, including template and core box, draw the assembly drawing
6、 template and core box. Key words: casting process; Casting process; Casting process parameters; The feeding system; Gating system.目录1、绪论1.1研究背景中华文明大致经历了石器时代、铜器时代和铁器时代三个历史阶段，这三种材质的工具和技术的创造发明，随着人类的繁衍，不断推动人类文明向高级阶段发展，金属的应用使人类文明产生了根本性的飞跃，而铸造技术的运用和金属的发展紧密联系在一起。对古代很多务农的人来说，铸造技术是一门手艺。据历史考证，我国铸造技术开始于夏朝初期，迄
7、今已有5000多年。到了晚商和西周初期，青铜的铸造技术得到了蓬勃发展，形成了灿烂的青铜文化，遗留到今天的有一批铸造工艺水平较高的铸造产品。铸造工艺历史悠久，但长期以来只是一种手工工艺经验的积累。近代.铸造工艺逐渐发展成为了一项工程技术，但仍然不能成为一个完整的科学体系。铸件凝固是铸造工艺的根本技术问题。大部分铸造缺陷均产生于这一过程或与之密切相关。但又由于该研究问题复杂、难度大。在实际生产中不得不更多地依赖于经验。液体金属进入型腔之后，流态和温度是如何变化的、凝固是如何进行的、缺陷是如何生成的，这些对铸造工艺师来说还带有相当的盲目性。因此，如何把它们计算和描绘出来，优化出最佳方案并形成工艺文件
8、，尽可能以较少白妹力和物力生产出优质铸件。这就是铸件凝固数值模拟和铸造工艺CAD的主要任务。1.2国内外铸件凝固数值模拟技术的研究现状1.2.1国内铸件凝固数值模拟技术的发展现状我国从1978年开始开展铸件凝固数值模拟研究。虽然起步较晚，但发展较快，并且十多年来的研究始终与铸造生产实际密切结合，形成了我国凝固模拟技术研究的特色。首先是众多的大专院校和专业研究所进行了广泛的铸件凝固数值模拟基础性研究。大连理工大学和沈阳铸造研究所首先开始了这方面的工作。大连理工大学发表了用有限差分法进行大型铸件凝固过程温度场计算的研究报告，并利用数值模拟技术进行冒口优化设计，通过反复修正冒口尺寸，计算铸件的凝固过
9、程，使缩孔产生在冒口底都而不进入铸件内，这样就可以得到最佳的冒口尺寸。沈阳铸造研究所以330工程大型水轮机叶片为产品对象.用有限差分法的绝热稳定差分格式进行数值模拟.为产品工艺设计和质量控制提供依据，收到了很好的效果。西北工业大学研究了凝固条件对Al-45%Cu合金温度场的影响。西安交通大学用直接差分法对金属铝和铝合金试样进行了二维和三维温度场的计算，通过二维和三维的计算比较，认为对于三维形状的铸件只有进行三维温度场计算才能真正模拟其凝固过程。清华大学和哈尔滨工业大学还分别针对大型锻件用的大钢锭的逆偏析和Al-Cu合金的成分不均进行了化学成份偏析场的数值模拟研究。沈阳铸造研究所和清华大学对常有
10、自由表而的充型过程流速场数值模拟研究进行了探索，最近哈尔滨工业大学还进行了对固相转移条件下金属凝固过程传热、传质及流动的数值模拟研究。除上述单位外，还有沈阳工业大学、哈尔滨科技大学、内蒙古工学院、合肥工业大学、北京科技大学、郑州机械研究所、沈阳大型铸锻件研究所、鞍钢钢铁研究所等，也进行了一系列数值模拟技术的基础性研究，并将研究成果与实际生产相结合，真正作到理论与实际相结合。近年来，参与数值模拟技术研究和应用铸造工艺CAD的工厂越来越多，用高新技术武装自己，以适应国内外经济形势的需求。这也是铸造厂越来越多地参与数位模拟和CAD应用研究的根本原因和基本动力。1.2.2国外铸件凝固数值模拟技术的发展
11、现状国外从六十年代开展凝固数值模拟技术的研究以来，发展至今已达到相当的水平。尤其是美国、日本及欧共体等工业发达国家，凭着他们雄厚的经济基础和技术实力，在该项研究中取得了令人瞩目的成就。 80年代以来由美国国家科学基金会赞助，在铸造学会传热委员会支持下，组成以佐治亚工学院Berry及密西根大学Pehlke教授为首的联合小组，进行系统研究以实现铸造工艺CAD，即所谓的“CADCAST”计划。总之，美国铸造业采用计算机技术发展早，凝固数值模拟成熟。德国亚深工业大学铸造研究所，Sahm教授领导的16人研究小组，专门从事复杂铸件凝固过程的数值模拟研究，已形成一整套软、硬件系统，并已商品化。如该所的CAS
12、TS软件，用以模拟充填铸型和探测金属的凝固过程图。Richter研制了有限元凝固工艺辅助设计，适用于定向凝固，可自动剖分并绘出线条状温度场形貌。铸造工艺设计就是根据铸造零件的结构特点，技术要求，生产批量和生产条件等，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。在进行铸造工艺前，设计者应掌握生产任务和要求，熟悉工厂和车间的生产条件。此外要求设计者有一定的生产经验和设计经验，并应对铸造先进技术有所了解，具有经济观点和发展观点。因为现代科学技术的发展，拓展了铸造技术的应用领域，同时也提高了对金属铸件的要求。不仅要求铸件具有高的力学性能，尺寸精度和低的表面粗糙度值；要求具有
13、某些特殊性能，如耐热，耐蚀，耐磨等，同时还要求生产周期短，成本低。 铸造工艺设计人员在设计的过程中应时刻关心铸件成本，节约能量和环境保护问题。从零件结构的铸造工艺性的改进，铸造，造型，造芯方法的选择，铸造方案的确定，浇注系统和冒口的设计，直至铸件清理方法等，每到工序都与上述问题有关。采用不同的工艺，对铸造车间或工厂的金属成本，熔炼金属量，能源消耗，铸件工艺出品率和成品率，工时费用，铸件成本和利润率等都有显著的影响。铸造工艺设计应是追求以最少的成本和损耗生产出质量最好，竞争品质最强的铸件产品。 此次毕业设计的目的是通过自主设计，在设计的过程中梳理大学三年中学到的专业知识，学会发现问题并运用所学的
14、知识来解决实际问题。通过毕业设计巩固和拓展自己的专业知识，熟悉铸造工艺设计的流程，领略铸造工艺设计的要领，体验铸造工艺设计工作的内涵，为即将步入社会，走向工作岗位做最后的准备。 2 零件材料性能分析 在本次的研究课题中我们所运用的的材料为QT400-15，化学成份（%）：碳C：3.453.64硅Si：2.473.00锰Mn：0.450.57硫S：0.0120.026磷P：0.0470.060镁Mg：0.0290.062铼Re：0.0320.047QT400-15力学性能：抗拉强度b/MPa(kgf/mm)：400(40.80)屈服强度0.2/MPa(kgf/mm)：250(25.50)伸长率/
15、%：15布氏硬度HBS：130180（参考值）主要特性：恒隆达金属的QT400-15焊接性及切割加工性能好，韧性高，脆性转变温度低。适用范围：农机具，例如犁铧、犁柱、收割机及割草机上的导架、差速器壳、护刃器等。汽车、拖拉机的轮毂、驱动桥壳体、离合体器壳等。通用机，例如1664大气压阀门的阀体、阀盖，压缩机上高低压汽缸等。其他，例如铁路垫板、电机机壳、齿轮箱、飞轮壳等。在这些合金中，含碳量超过在共晶温度时能保留在奥氏体固溶体中的量。铸铁主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。在这些合金中，含碳量超过在共晶温度时能保留在奥氏体固溶体中的量。含碳量在2以上的铁碳合金。工业用铸铁一般含碳量为24。碳在铸铁中
16、多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。除碳外，中还含有13的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。铸铁可分为：灰口铸铁、白口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。其中球墨铸铁将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。比普通灰口有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等。球墨铸铁简称球铁。它是通过在浇铸前往铁液中加入一定量的球化剂和墨化剂，以促进呈球状石墨结晶而获得的。它和钢相比，除塑性、韧性稍低外，其他性能均接近，是兼有钢和铸铁优点的优良材料，在机械工程上应用广泛。 3.零件
17、结构的铸造工艺性分析在轴套类中小轴套因零件体积较小球墨铸铁件缩松问题在传统的冒口工艺上很难解决，通过运用均衡凝固理论的分析，在一定条件下，过使用冷铁加速铸型的冷却速度，以充分利用石墨化膨胀的自补缩作用，来达到获得致密铸件的目的。如下图可以看出该铸件为小铸件，查表可以得出该铸件的壁厚不应太小，最小壁厚一公分左右，该铸件的最大壁厚为35mm最小壁厚为15mm，查表可得砂型铸造时铸件的临街壁厚应大于6mm.其壁厚越大，圆角的尺寸也相应增大。对于像这种小型的铸铁件外圆角半径一般取2-8mm，内圆角半径一般取4-12mm。通常，铸件圆角半径可取相邻两壁厚平均值的1/3-1/5.该零件为圆筒状，一侧有圆柱
18、形的台状底座中间直径为60mm的圆柱形通孔，在远台上有四个直径为10mm的固定孔。在圆台上还有比较小的小圆通孔和圆角斜度，但是在规定的铸造相关规定中这类小孔和圆角斜度在铸造中可以不予铸出，由后期加工实现，相对来说该铸件的结构比较简单，对于浇注过程的要求不是太高，但是由于该铸件尺寸偏小在冷却和铸件补缩问题上比较不容易操作，所以在铸件冷却过程中加冷铁以便于铸件更好的冷却，铸件通孔较少结构简单，需要的型芯数量较少，操作较易。总体来说该铸件比较适合于在铸造中生产。3铸造工艺方案的确定4.1 分型的分析比较与选择 4.1.1方案一将几乎整个铸件置于下箱，上箱相当于一个盖箱，只成型铸件表面的工垫凸台。由于
19、零件两端的60mm的圆孔有很高的形位要求，将其用一个模板在同一个砂箱中造型，形位公差容易保证，合箱操作简单，由于不是半箱造型，上箱不是盖箱，仍需要为简单的凸台成型，实在不划算。即使凸台不靠上箱成型，也必须通过下芯成型，在表面设计下芯是很复杂的。但是这种分型方案由于只有一个沙箱控制，所以对于零件的补缩较好，对于浇注技术要求不太高，同时浇注成型的零件的尺寸精度较高。但由于铸件两端为断续圆柱面，不可能用模板直接造型，只有通过下芯成型，而且零件结构中如圆孔 ，凹槽等部分也不能通过模样造型成型或完全成型。于是，这种方案分型将会增加了下芯、砂型芯定位的难度，同时也增加了工序，延长了工时，为浇注系统的设计，
20、及浇注位置的选择制造了难度。所以这样分型效果很不理想，不予选择。4.1.2方案二该铸件是一个对称的铸件可以采用两个模样成型型腔，零件两端的圆柱横面被一分为二，可以直接通过模样成型，从而减少了下芯的难度。但是即使通过两箱造型，沙箱的横截面即为分型面，这样可以哼好的控制砂芯的位置，降低下芯的那度，曾加工作效率，减少出错率。采用这种分型方法在开箱起模时比较容易，是一种较好的分型方案。但是，由于是分成上下箱进行造型，在上下箱的分型面处，比较难控制，容易造成金属液外溢，较不足等现象。同时在浇筑完毕的后铸件在分型面处的铸造毛刺较多对后期的加工造成很大的麻烦，会加大工人的工作量，对于铸件的内外的尺寸精度影响
21、较大。但对于大批量生产的铸件该种方法耗时较少出错率相对较低，对于尺寸精度要求不是太高的铸件，该种方法还是比较实用的。4.1.3方案三采用上下箱造型，将截面积小的圆柱整体置于下箱，把上半部分截面积较大部分置于上箱，如方案一工件位置摆放，但是把分型面置于上下交接的圆台面上，这样既能保证浇注是金属液的补缩，还能够保证工件的尺寸精度，对于浇注的要求也不会太高，增加了铸件的成品率。但是这种方法和方案一一样，有较为明显的缺陷，由于是型芯位置是上下放置这样加大了下芯的难度，对于大批生产的难度较大，所以不符合此方案的要求。4.2 造型方案 综合比较上述三种方案，第二种方案最为理想，运用两箱造型，将铸件模型水平
22、衡于沙箱上，将对称铸件模型一分为二，分别在上下沙箱各制作出上下型，然后对准位置进行合箱，将制作好的砂芯按照要求防御铸型内，合理设置浇冒口和浇注口，这样能保证铸造工艺的最简化和工件的要求合理化。最大限度的节约了铸造成本和铸造难度系数。4.3 造型（芯）方法的选择设备产品的生产批量不会很大，而形状不复杂。造型材料采用自硬砂，手工造型具有工艺装备简单，灵活方便，适应强的特点。砂芯由于结构简单，形状特点的原因，采用手工造芯比较适宜。而轴套的尺寸不算大，可以采用机器造芯和手工造芯，该工艺结构比较简单可以运通机器造芯的方法，但是生产批量不算太大，对于运用机器造型对成本要求较高，所以可以采用人工手工造芯，可
23、以在操作台上进行手工造芯，可以大大节省生产成本。4.4 铸型种类的选择在铸造生产中一般采用顶注试、侧注试、底注试三种。顶注试操作比较简单对于浇注要求不太高，但是对于工件的补缩效果不太好，容易产生浇不足、气孔等缺陷；侧注试操作也相对比较简单，对工件的浇注效果也相对比较好，出生的缺陷较少，但是对于浇注方法有相对较多的限制，对金属液的温度要求要比较严格；底注试可以很好的是金属液注满对于补缩的效果也能很好的把控，对金属液的浇注速度也能够很好的把控，可以浇出缺陷较少的铸件。由于该工件结构比较简单，选用底注试的铸型进行浇注，可以最大限度增加优秀产品出品率。4.5浇注位置的选择 浇注系统是铸型中液态金属流入
24、型腔的通道，通常由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道等单元组成。正确设计浇注系统使液态金属平稳而又合理地充填型腔是提高铸件质量的关键之一。对浇注系统的基本要求有：1应在规定时间内充满型腔；2能控制液态金属在型腔内流动的速度及方向；3良好的撇渣性能；4能控制铸件的温度场； 5简化生产，降低成本。4.5.1浇口杯选择浇口杯安结构形状可分为漏斗形和池行两大类。其中漏斗形的口杯结构简单，挡渣作用差；池行浇口杯效果好，但制作过程稍微复杂些；考虑到在分型面有设计过滤网挡渣，本次铸造采用漏斗形的浇口杯，如图4.5.2浇注系统类型浇注系统类型的选择是正确设计浇注系统必须解决的重要问题之一。根据内浇道在铸件上的相应
25、位置，分为顶注式中注式、底注式和阶梯式等4种类型。由于此次铸造采用了一箱两型，结合铸型的结构，选择中注式浇注系统。这种浇注系统的态引入位置介于顶注和底注之间，其优点、缺点也介于顶住和底注之间。它普遍应用于高度不大、水平尺寸较大的中小型铸件。按直浇道、横浇道及内浇道截面的比例关系，可分为收缩式、扩张式和半扩张式三种。根据查表得直浇道、横浇道及内浇道的横截面积依次为5.6/4.8/4（cm），是依次减少，所以为收缩式浇注系统，这种系统由于浇道截面面积越来越小，流动速度越来越大，在充型过程中，都保持充满状态，金属液中的渣滓容易上浮到横浇道上部，避免进入型腔。4.5.3浇注系统的尺寸计算计算浇注系统的
26、目的，是为了使金属液能以合适的速度平稳地注入型腔，以提高铸件的质量，减少浇注系统金属消耗。直浇道；直浇道是浇注系统中的垂直通道，是从浇口杯向下引导金属液进入浇注系统其它组元或直接导入型腔，并提供足够的压力头，使金属液在重力作用下能克服流动过程中的各种阻力，充满型腔的各个部分。直浇道形状如图直浇道有一定的斜度，能方便起模，浇注时充型速度快，金属液在直浇道呈正压状态流动，可防止气体和杂质卷入型腔由于采用中注式浇注系统，所以金属液是从分型面流入型腔的，这样直浇道的长度就是从分型面到砂箱顶端，长度为150mm直浇道的直径经查表得为27mm，为方便起模，把浇道设计成锥形的，所以直浇道的上部尺寸为D30m
27、m，下部尺寸为D25mm，浇杯设计成D100mm。具体形状如图所示.横浇道；横浇道是连接直浇道和内浇道的水平通道部分，主要于金属液平稳而均匀地分配给各个内浇道，并起挡渣作用。如图，梯形的横浇道开设容易，挡渣效果好。横浇道的横截面积经查表得4.8cm2具体尺寸为30mm16mm，其长度是结合砂箱的尺寸定为140mm，浇口窝的尺寸设计为D40mmh40mm，在浇口窝与直浇道接口处放一个过滤网，增加挡渣作用。过滤网的选用为纤维过滤网，由于纤维过滤网很薄（厚度约为0.35mm）,造型时可不必考虑其预留空间，可按需要剪成任意形状和尺寸，直接铺放在分型面上。内浇道；内浇道是引导液态金属进入型腔的部分。其作
28、用是控制金属液的充型速度和方向，使之平稳地充填型腔，并调节铸型和铸件各部分的温差和凝固顺序。如图所示，内浇道的形状为扁平梯形状，这种形状的内浇道造成的吸动区域小，有助于横浇道发挥挡渣作用，并且模样制造方便，易于从铸件上去除。其中，横浇道比内浇道高出一部分，这样的设计也是可以增加挡渣效果，横浇道外端延长部分可以起到金属液的缓冲作用，也有一定的挡渣效果。对于内浇道的尺寸，经查表得面积为4cm2，因为内浇道选择为扁平梯形状的，所以具体尺寸为3cm1.33cm。4.6砂箱中铸件数目的确定此铸件为小型铸件，最大尺寸为200mm，在放置沙箱中铸件数量的时候应注意到保留工件与工件间的间距，一般标准大小沙箱中
29、方便操作能为铸件提供的铸件数量为四个，但是铸件数量过多的话不方便操作。同时，铸件不能很好地冷却，所以一般在沙箱中放置两个工件，这样因为轴套是一个回转体，没有复杂的结构，在考虑到下芯、尺寸检验这些操作的方便性，及减少砂芯数目、保证铸件壁厚均匀。所以选择单一的砂芯。4.7砂芯的设计1.芯头设计因为芯头有定位、支撑及排气的作用，所以芯头的设计也是很重要的一部分。（1） 芯头尺寸的确定及芯头强度校核表41垂直芯头高度和芯头与芯座的间隙1（单位：mm）L砂型类型D50 51100HSH101150湿型0.20.33035干型0.30.5自硬型0.20.5表4-1经查表知道，上芯头D1=D=44mm，下芯
30、头D20.8D=158mm；h上=3035mm，h下=3035mm，又因为是垂直芯头，所以h下h上，所以最终选择尺寸为h上=30mm,h下=35mm。通过校核公式：FKP/u许F承压表面积；K安全系数，取K=1.31.5；P作用在芯座上实际压力，对于下芯座，P就等于砂芯的重力；u许芯座允许的抗压强度，一般湿型砂可取4060Kpa。其中F=3.147.92=19，KP/u=1.337808=1.2，得出FKP/u，所以设计的尺寸符合要求。（2）芯头斜度通常在芯座芯头总要留有斜度，至少在端面上要留有斜度，而且上箱斜度比下箱的大，以免合箱时和砂芯相碰。经查表4-1知道，上芯头D1=D=44mm，下芯
31、头D20.8D=158mm；h上=3035mm，h下=3035mm，又因为是垂直芯头，所以h下h上，所以最终选择尺寸为h上=30mm,h下=35mm。通过校核公式：FKP/u许F承压表面积；K安全系数，取K=1.31.5；P作用在芯座上实际压力，对于下芯座，P就等于砂芯的重力；u许芯座允许的抗压强度，一般湿型砂可取4060Kpa。其中F=3.147.92=19，KP/u=1.337808=1.23，得出FKP/u，所以设计的尺寸符合要求。（2） 芯头斜度（3） 通常在芯座芯头总要留有斜度，至少在端面上要留有斜度，而且上箱斜度比下箱的大，以免合箱时和砂芯相碰。因为芯头高度为3035，所以上心头的
32、斜度上=1015,下芯头斜度下=710。 （3）芯头和芯座的配合间隙在芯头与芯座之间留有间隙，这样可以方便下芯，但这个间隙不能太大，因为当间隙大时，虽然容易下芯、合箱操作方便，但铸件的尺寸精度较低，甚至会造成金属液流入间隙，造成“披缝”现象，使得铸件落砂、清理困难；配合间隙过小，加大下芯、合箱操作的难度，易产生掉砂或塌箱等缺陷。综合考虑上面的原因，选择合适的配合间隙也是重要的一个环节，通过查表得上芯头间隙为0.3mm，下芯头间隙为0.6mm。（4）砂芯的排气 在浇注过程中，砂芯中的有机物要氧化释放出大量气体，砂芯中的残余水分受热分解也会形成气体，如果排气不畅，则铸件产生气孔类缺陷的倾向性很大，
33、因此砂芯的排气也是工艺设计中需要关注的。这次的轴套砂芯所占体积比较大，必须设计排气孔，因为砂芯的直径也相对较大，所以可以在中间竖直方向上设计通气孔，这个孔在造型时就可以制作出来，只要在砂芯中放一根通气针，在造型完后把通气针取出，形成一个通气孔，这样就能比较有效地排气了。5铸造工艺参数的选择 5.1铸件线收缩率铸造收缩率又称铸件线收缩率，用模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示：式中 e-铸造收缩率（%）； L1-模样长度（mm）；L2-铸件长度铸件种类收缩率受阻收缩率自由收缩率珠光体球墨铸铁0.81.21.01.3铁素体球墨铸铁0.61.20.81.2收缩类 型收 缩率铸件尺寸mm模样尺寸
34、mm收缩类 型收缩率铸件尺寸模样尺寸mm自由收缩1.1%8585.85受阻收 缩0.9%4444.49595.956565.6100101138139.4160161.64242.426060.69292.9198199.98本铸件的材质要求为球墨铸铁，可采用采用材质为铁素体球墨铸铁，参考上表可知铸件的手足收缩率为0.61.2%，自有收缩率为0.81.2%，收缩率均取平均值，即受阻收缩率为0.9%，自由收缩率为1.0%。 由公式（1）可转换为L1=L2/e （2）式中e查表知，L2因机械加工余量可以确定，也是确定值，因此可以根据各个尺寸得出模样尺寸，上表为铸件主要尺寸的收缩量和模样尺寸。 5.
35、2机械加工余量机械加工余量，简称加工余量，是为保证铸件加工免得尺寸精度，在铸件共艺设计时预先增加的，在后的机械加工时又被切去金属层的厚度。毛坯铸件典型的机械加工余量等级铸造方法要求的机械加工余量铸件材料铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁砂型铸造手工造型GKFHFHFH砂型铸造机器造型和壳型EHEGEGEG最大尺寸机加工余量等级大于至EFGHJK-400.40.50.50.71.01.440630.40.50.71.01.42.0631000.71.01.42.02.84.01001601.11.52.23.04.06.01602501.42.02.84.05.58.02504001.42.53.55.
36、07.010.0加工量设有4mm、4.3mm、5mm、5.3mm和5mm。轴承盖的侧面为非重要面，加工量设为4mm；内腔壁为重要配合面，加工量为5mm；最大轮廓处的铸件下表面为防止变形导致加工量不足，加大加工量为5mm；铸件的上型部分侧面因高度较高，较易产生皮下气孔，因此加大加工量为5mm；底部内壁为最重要的地方，所以加工量因尽量大，设为9mm。本铸件采用的是砂型铸造手工造型，材质为球墨铸铁，参考表可知加工余量等级为FH。已知最终加工后铸件的最大轮廓尺寸为190mm，查表可知该轴套要求的加工余量为2.55mm之间。加工量4mm、5mm均在其范围内内，符合机械加工余量标准。 5.3起模斜度的选取
37、在造型和制芯时，为了很方便地把模型从铸型中或芯子从芯盒中取出，需在模型或芯盒的起模方向上作出一定的斜度。若零件在设计时没设计足够的结构斜度，就应该在进行铸造工艺设计时确定起模斜度。起模斜度的大小取决于该垂直壁的高度、造型放法及表面粗糙度等因素。本轴承盖要求的起模斜度为12，因为铸件尺寸比较小，为了方便起模，起模斜度取最大值为2。6冒口的设计6.1实现无冒口铸造的条件铸件自浇注完毕到凝固终了的过程中，会发生液态收缩和凝固收缩而且，由于球墨铸铁以糊状凝固方式凝固，液态收缩很难由浇注系统得到充分的补充，实现无冒口铸造，就是要由石墨结晶析出时的体积膨胀补偿铸铁的液态收缩和凝固收缩。为此，必须具备以下条
38、件。 1、铁液的冶金质量良好一般情况下，碳当量以选取4.3或4.4为好，薄壁铸件可适当提高碳当量。为使结晶析出的石墨量较多，如保持碳当量相同，则提高碳含量比提高硅含量会更为有利。应严格控制球化处理作业，在确保石墨完全球化的条件下，尽可能地降低残留镁量，残留镁的质量分数最好保持在0.06%左右。孕育处理应充分。除与球化处理同时进行的孕育处理外，浇注时还应进行瞬时孕育。薄壁铸件，最好在铁液出炉前予以预孕育处理。2、铸件凝固时的冷却速率不能太高如果铸件的冷却速率太高，凝固过程中石墨不能充分析出，石墨化膨胀就不足以补偿铸铁的收缩，因而不能实现无冒口铸造。3、低温浇注为减少液态收缩，浇注温度最好控制在1
39、350以下，通常宜为132020。4、采用薄片状内浇口为避免石墨化膨胀时将铁液自内浇口挤出，必须使内浇口在铁液充满铸型后迅速凝固，因此，采用无冒口铸造方案时，应采用薄而宽的内浇口，其宽度与厚度之比一般为45。内浇口厚度的选定，还应考虑浇注温度，浇注过程中内浇口不应凝固。5、提高铸型的刚度为避免石墨化膨胀时型腔胀大，提高铸型刚度保证铸件质量的重要条件之一。无论采用粘土湿砂造型、或各种自硬砂造型，不管怎样强调“舂实”都不会过分。用自硬砂制造较大的铸件时，与铸件上某些肥厚部位相应的铸型表面，应该放置冷铁或石墨块。冷铁和石墨块，当然有激冷作用，但也应对其提高铸型刚度的作用有正确的认识。有的情况下，用耐
40、火砖代替冷铁或石墨块，其作用主要就是提高铸型刚度了。6.2、采用高刚度铸型时冒口的设置原则采用各种自硬砂造型工艺、壳型工艺或组芯造型工艺生产球墨铸铁件时，铸型的刚度较高，便于利用石墨化膨胀补充铸铁的液态收缩和凝固收缩，如控制得当，就有可能采用无冒口工艺生产健全的铸件。如果由于各种原因不宜采用无冒口工艺，则可采用细颈冒口。1、无冒口的铸造工艺在铸型刚度高、铁液冶金质量良好的条件下，保持铸件的冷却率较低，使石墨能充分地结晶析出，是实现无冒口铸造的重要条件。根据日本後藤等人的研究报告，球墨铸铁件的凝固时间在20min以上，石墨的析出量就能达到饱和值。S.I.Karsay认为：铸件的平均模数不小于25
41、mm是实现无冒口铸造的条件之一。具体说来，板状铸件的平均壁厚应不小于50mm。後藤等人和Karsay的意见表述方式不同，从对冷却速率的分析看来，实际上是一致的。在铁液的冶金质量良好（如采用预孕育处理或动态孕育处理等措施）的条件下，有些壁较薄的铸件也可以实现无冒口铸造。采用无冒口铸造工艺时，浇注系统的设计可参考以下意见。（1）关于横浇道横浇道以大一些、高一些为好。一般说来，直浇口截面积、横浇道截面积、内浇口截面积三者之比可以取4:8:3。横浇道截面高度与宽度之比可以取（1.82）:1。采用这种方式，浇注系统补充铸件液态收缩的作用较好。（2）关于内浇口为防止型腔内铸件石墨化时体积膨胀产生的压力使铁
42、液自内浇口倒流入浇注系统，必须采用薄片状内浇口，其厚度的选定，以确保浇注过程中内浇口不会凝固、型腔充满后很快凝固为原则。一般说来，内浇口截面厚度与宽度之比可以取1:4。由于内浇口薄、截面积小，为保证快速充满型腔，较大铸件应设多个内浇口。这样，还有均衡铸件温度、减少热点的效果。2、采用细颈冒口如果有以下情况，采用无冒口铸造方案不能保证铸件质量，就可以考虑采用细颈冒口：l铸件的壁较薄，凝固过程中石墨化不充分；l铸件上有分散的热节点，而且又不允许内部存在缩松缺陷；l浇注温度较高（超过1350）。细颈冒口的主要作用是为铸件的液态收缩提供部分补充，以得到没有缩孔、缩松的铸件。与铸件连接的细颈，应在铸件开
43、始凝固前凝固，以免石墨化膨胀时铁液进入冒口。冒口颈与铸件连接处厚度最小，在通向冒口的过渡段逐步增厚，以利于向铸件补充铁液。冒口颈的厚度一般可以是铸件补缩部位厚度的0.40.6。可能的话，最好使横浇道与冒口连接，铁液通过冒口颈充型，不设置内浇口。6.3 采用粘土湿砂型时冒口的设置原则粘土湿砂型的刚度较差，易于因型壁运动而致型腔体积胀大，型腔体积的胀大受多种因素的影响，如型砂的质量、铸型的紧实程度、浇注温度、型腔内铁液的静压头等，实际体积胀大量可在28%之间。既然型腔的体积胀大量差别甚大，设置冒口的原则当然视具体情况而有所不同。1、薄壁铸件壁厚在8mm以下的铸件，一般不会发生明显的型壁运动，铁液充
44、满铸型后的液态收缩也不太大，可采用无冒口铸造工艺。浇注系统的设计可参照前节所述。2、壁厚812mm的铸件这一类铸件，如果壁厚均匀，又没有大的热节，只要严格控制低温浇注，也可以采用无冒口铸造工艺。如果有热节，而且内部不允许存在缩孔、缩松，就应该按照热节的尺寸设置细颈冒口。3、壁厚在12mm以上的铸件用粘土湿砂型生产这样的铸件，型壁运动相当大，要制造内部无缺陷的铸件是比较困难的。制定工艺方案时，可先考虑采用细颈冒口，并严格控制低温浇注。如果用这种方案不能解决问题，就得设计专用的冒口。用粘土湿砂型生产球墨铸铁件，如果要设置冒口，最好能做到：l采用薄型内浇口，使其在铸型充满后凝固。内浇口凝固后，铸件与
45、冒口组成一个整体，与浇注系统不相连；l铸件发生液态收缩时，冒口向铸件补充铁液；l铸件发生石墨化膨胀时，铁液流向冒口，释放型腔内的压力。减轻其对铸型壁的作用；l铸件本体石墨化膨胀后发生二次收缩时，冒口又可向铸件提供补缩的铁液。说起来好像并不复杂，但是，实际上设计冒口必须考虑很多影响因素，而且，迄今为止，还未见到行之有效的具体方案，更没有便于利用的成套数据。生产中，要兼顾铸件质量和工艺出品率，往往不得不进行探索和试验。关于冒口的设计，可参考以下两种方式。（1）顶冒口美国的R.W.Heine，对用粘土湿砂型生产球墨铸铁件的冒口设置问题，曾进行过系统的研究，提出了多种工艺方案以适用于不同的条件，包括无冒口铸造工艺、压边冒口工艺和顶冒口工艺。7铸造工艺装备设计 模板的设计一、模样的设计模样影响铸件的形状、尺寸精度和表面粗糙度。它应该有足够的强度、刚度、尺寸精度和表面粗糙度。还要有使用方便、制造简单、成本低廉的特点。1.模样材质的确定木模，自由收缩率为1.0%。具有轻便，容易加工，来源广，价格低廉等优点。2.确定模样的基本尺寸模样尺寸=铸件尺寸（1+K）,K已经