蜗轮箱铸造工艺设计说明书.docx

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1、铸造工艺课程设计说明书设计题目蜗轮箱工艺设计学院年级专业学生姓名学号指导教师一箱内，不便于造型和合型操作。图2-5分型面的选择方案二方案二：如图2-5所示，有以下几个优点：（1）分型面位于同一个平面且在铸件最大断面处，造型时更加的简单方便；（2）在同一平面可以方便起模，保证铸件质量；综合上述二种方案的优缺点比较，可以确定分型面依据上述方案二。3工艺设计参数及砂芯设计3.1 铸造工艺参数的确定3.1.1 铸件尺寸公差铸件尺寸公差是指铸件各部分尺寸允许的极限偏差，蜗轮箱是大批量生产砂型铸 造、机器造型，根据铸件尺寸大小，铸件尺寸公差等级取GB/T 6414-1999 CT10,尺寸公 差数值为5m

2、m。铸件尺寸公差数值参照如表3-1所示。表31铸件尺寸公差数值（mm）铸件基本尺寸公差等级大于到567891011121001600.620.881.21.82.53.65.07.01602500.701.01.42.02.84.05.68.02504000.781.11.62.23.24.46.29.04006300.901.21.82.63.65.07.010铸件重量公差铸件重量公差是以占铸件公称质量的百分率为单位的铸件质量变动的允许值。蜗轮 箱质量为95Kg,查铸造工艺学表6-4得到蜗轮箱的重量公差等级为10级，重量公差 数值为10%o3.1.3 铸造收缩率为了保证铸件尺寸精度，需要通过

3、对铸件的结构分析来选择适合铸件的收缩率。金 属液在凝固之后的冷却过程中的收缩介于“自由收缩”和“受阻收缩”，铸造收缩率计算 公式如3-1所示。k=Lm-Lj xW0%（3-1）Lj式中K铸造收缩率；Lm模样主要工作面的尺寸；Lj铸件尺寸。查铸造工艺学表6-10得自由收缩率为0.91.1%,受阻收缩率为0.81.0%o蜗轮箱为HT200的材料，计算出收缩率为1.0%。3.1.4 机械加工余量蜗轮箱为中小型铸铁件，因为采用机器造型。根据铸造工艺学表6-7查得，蜗轮 箱的机械加工余量等级为G,表3-2为铸件机械加工余量等级表，根据铸件尺寸得机械加 工余量为6mmo o表3-2铸件的机加工余量列表序号

4、基本尺寸/mm加工余量等级加工余量数值/mm说明1204J7.5上表面降一级双侧加工2450G6.0侧面、双侧加工397.5J4.5孔、降一级双侧加工4390G5.0底面双侧加工5180J7.5孔、降一级双侧加工3.1.5 起模斜度铸件成型后，为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定的出模斜度。根据 铸造工艺学表6-11得铸件起模斜度为2%3.1.6 铸造收缩率铸造工艺设计时铸造收缩率K可以决定模样和芯盒的尺寸，所以要正确的选择铸件 收缩率，铸造收缩率K的定义如公式3-1所示：K=LmLj x00/oLj（3-1）式中K铸造收缩率；Lm一模样主要工作面的尺寸；Lj铸件的尺寸。本次设计蜗轮箱

5、材料为HT200,属于中小型铸件，查下表3-3可得蜗 轮箱的自由收缩率为0.91.1%,受阻收缩率为0.81.0%。收缩率均取平均 值，即自由收缩率为1%,受阻收缩率为0.9%。表3-3灰铸铁收缩率（）铸件种类收缩率（%）传什.大自由收缩受阻收缩中小型铸件0.91.10.81.0大中型铸件0.81.00.70.93.1.7 最小铸出孔及槽最小铸出孔或槽的尺寸与铸件的生产产量、合金种类、铸件大小、孔或槽处铸件的 壁厚、孔的长度及直径等有关。查下表3-4铸件的最小铸出孔尺寸，本设计铸件侧边孔直 径为24mm,比较小，选择不铸出。表3-4铸件的最小铸出孔尺寸（mm）铸件材质壁厚最小铸出孔直径8106

6、-1020251015253515 20405015303.2砂芯设计砂芯的工用是形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位。在制作砂芯时要认 真分析铸件的内腔结构，在设计时一般要符合以下几个基本要求：砂芯的形状和尺寸要 根据铸件内腔结构符合铸件地一些技术要求，砂芯在沙箱中的放置也需要根据铸件的技 术要求，砂芯还需要有足够的强度和刚度。要确保铸件形成过程中由于砂芯产生的气体 可以及时排出型外。3.2.1 砂芯的确定在对砂芯设计时需要符合下面几个原则：(1)尽量减少砂芯的数量；(2)复杂的砂芯分块设计；(3)设计砂芯时要根据铸件型腔选择合适的形状，铸型时方便填砂、排气、安置芯 骨等措施。(4)砂

7、芯的分盒面应尽量与砂型的分型面一致；(5)便于下芯和合型；(6)多个砂芯相连需要有良好的固定。对于本次设计的零件一蜗轮箱，采用树脂自硬砂制芯，涉及不到砂芯的烘干。砂芯 可以帮助铸件成型、确保铸件精度的关键因素。分析铸件的结构，铸件的尺寸较大，需 要做一个砂芯，如图3-2所示。图3-2砂芯图3.2.2 砂芯的固定砂芯放置在沙箱中需要固定在合理的位置，保证砂芯在金属液的冲击下不可以发生 偏移和损坏，而且砂芯在金属液体的浮力作用下不可以发生浮动。由于蜗轮箱的砂芯使 用树脂自硬砂，所以制出的砂芯会有很高的强度，不容易发生损坏。砂芯在沙箱中发生 偏移或者浮动，铸件将会容易产生一些损坏、缺失甚至发生较严重

8、的变形从而导致铸件 作废，因此，必须保证铸件的砂芯在砂型之中的位置足够的牢固。砂芯有一个垂直芯头 可以确保砂芯在型砂中牢牢固定，不发生移动。因为铸件的内腔较简单，在整个砂芯的 固定中无需采用芯撑等结构。3.2.3 芯头的设计芯头是伸出铸件型腔以外的砂芯一部分，它可以起到定位砂芯的作用。根据蜗轮箱 的型腔结构，设置一个垂直芯头和两个水平芯头。因为L=520.5mm, D=126mm,根据 铸造工艺学表6-17可得到取间隙S=0.5, H=45mm。4浇注系统设计浇注系统是引导金属液进入铸型型腔的通道，如果浇注系统设计的不合理，可能造 成铸件夹砂、冷隔、浇不到等多种缺陷，从而使铸件的质量大大降低。

9、所以浇注系统对 铸件的质量影响非常大，容易引起各类铸造缺陷。所以合理的浇注系统应满足金属液流 动均匀平稳，尽量消除紊流，在金属中形成理想的温度分布，分离金属液中的非金属夹 杂或渣滓。浇注系统是包括四个基本组成部分，分别是浇口杯、直浇道、横浇道、内浇 道。根据铸件的结构和铸件材料的特点，在设计时也可以适当地增加或减少组员。浇注 系统的设计包括对浇注系统类型的选择，内浇道在铸件位置上的选择，对阻流截面、直 浇道、横浇道、内浇道的截面积计算，和通过各组员的界面剂对各组员大小的选择。在对浇注系统的设计时需要遵循以下原则：(1)所确定的内浇道的位置、方向和个数应符合铸件的凝固原则或补缩方法；(2)在所计

10、算出的时间内确保金属液进入型腔到充型完毕；(3)具有良好的阻渣能力；(4)浇注系统设计时要保证适当地缓冲力，确保金属液流入铸型内的线速度不能够 太快了，防止产生飞溅、冲刷型壁或砂芯的不良后果；(5)在浇注系统设计时要确保冷铁和芯撑不被毁坏；(6)保证在浇注时最大限度减少对金属液的消耗，并且在浇注完毕后方便进行清 理。(7)尽可能地缩中型腔体积，使造型变得更加简单，方便制出模样。4.1 浇注系统的类型浇注系统有不同的分类方式：按阻元截面积分类，可分为封闭式浇注系统、开放式 浇注系统、半封闭半开放式浇注系统；由于蜗轮箱是铸铁件，根据铸造工艺学表7-3 和7-4各类型浇注系统的特点和应用，可以知道封

11、闭式浇注系统适用于非铁合金等易氧化 金属件，蜗轮箱属于铸铁件，选择封闭式浇注系统。浇注系统根据内浇道在铸件上的位置，可以将浇注系统分成顶注式、中注式、 底注式和阶梯注入式。本次蜗轮箱设计采用中注式浇注。综合上面几点的分析可以确定蜗轮箱应该采用封闭式一中注式浇注系统，封闭 式浇注系统具备以下几点优点：封闭式浇注系统具有充型相对平稳，而且对型腔冲刷能 力小，发生卷气可能性小，不容易发生氧化。中注式浇注系统的优点：有助于进行自下 而上的凝固，金属液流入型腔比较平稳并且帮助排除型腔内的空气。4.2 浇注时间合适的绕注时间与铸件结构、铸型工艺条件、合金种类及选用的浇注系统类型等有 关。每种铸件，在已确定

12、的铸造工艺条件下，都对应有适宜的浇注时间范围。由于近年来普遍认识到快速浇注对铸件的益处，因此浇注时间比过去普遍缩短，特 别是灰铸铁和球墨铸铁件更是如此。依据公式：t - Am!1(4-1)式中T浇注时间；m铸件或浇注金属质量，算上浇注系统后和加工余量等；A系数；n系数；和铸造工艺学表7-5铸铁、铸钢件的浇注时间，结合铸件尺寸，计算浇注时间为 12so4.3 浇注系统尺寸的确定4.3.1 平均压力头的计算根据平均压力头计算公式计算平均压力头，依据公式4-2：HP=Ho(4-2)式中%平均压力头；HoT阻流截面以上的金属压力头，铸件平均压力头Ho= 150mm则平均压力头Hp为15cm。4.3.2

13、 核具剩余压力头/Zw计算核算剩余压力头用到(4-3)公式：Hm Ltga(4-3)式中Hm一最小剩余压力头；L直浇道中心到铸件最高且最远点的水平投影距离，L取700.5mm；a压力角的大小按照铸造工艺学表3-4-11中的要求选择，4取12 o则最小剩余压力头Hm Ltga =60mm由于Hp=150mm Hm ,所以直浇道高度大于60mm即可。4.3.3 各浇道口截面积计算因为是蜗轮箱是铸铁件，选择的是封闭式一中注式浇注系统。根据铸造工艺手 册表3-178选取：二一(4-2)计算得：A阻：ZA 横浇道： SA 直浇道= 1:1.11:1.154.4 各浇道口大小4.4.1 直浇道本次设计选取

14、圆锥形直浇道，直浇道直径为60mm因为圆锥形直浇道模制造容易、 造型方便，适用于中、小型铸件。图4-1直浇道截面4.4.2 横浇道根据铸造工艺手册表3-178,确定A横=5.2cm2。查铸造工艺手册表3-187, 得 a=54mm,h=54mm,b=45mm。寸 LO寸 LO54图4-2横浇道截面4.4.3 内浇道通过上面计算可以知道整个浇注系统内浇道的截面积是4.7cm2,由于整个浇注系统 有两个内浇道，所以得到内浇道截面积为2.35 cn?。中型铸铁件一般选择截面为扁平平面 的内浇道。因为扁平内浇道可以有效地防止金属液吸渣而进入型腔内，扁平内浇道还能 够通过分散分布、增减其数目的少来有效地

15、调节温差和凝固顺序，内浇道的入口处需要 进行适当的倒圆，向型腔口型腔方向逐渐加宽的扩张式引入方法。根据铸造工艺手 册表 3-189, a=36mm, b=27mm, h=30mm。2736图4-3内浇道截面4.5 冒口的设计冒口作为铸型中设计者所设计的用以储存金属液的型腔，具有很强的补缩效果，可 以避免铸件产生缩松、缩孔，并兼有排气、集渣、引导充型的作用。本设计采用暗冒 口，控制压力暗冒口的体积为铸件体积的5%,冒口模数要大于（1.2倍）铸件厚实部分 的模数。目录1前言11.1 本设计的目的、意义11.1.1 本设计的目的11.1.2 本设计的意义11.2 本设计的技术要求11.3 本课题的发

16、展现状11.4 本领域存在的问题21.5 本设计拟解决的关键问题22设计方案32.1 蜗轮箱结构特点及技术要求32.1.1 零件结构特点32.2 零件技术与质量要求42.2.1 技术要求42.2.2 化学成分42.2.3 质量要求52.3 造型方法52.4 浇注位置的选择52.5 分型面的选择63工艺设计参数及砂芯设计83.1 铸造工艺参数的确定83.1.1 铸件尺寸公差83.1.2 铸件重量公差83.1.3 铸造收缩率83.1.4 机械加工余量93.1.5 起模斜度103.1.6 铸造收缩率103.1.7 最小铸出孔及槽103.2 砂芯设计113.2.1 砂芯的确定113.2.2 砂芯的固定

17、123.2.3 芯头的设计124浇注系统设计134.5.1 冒口模数的计算冒口被补缩部位的体积与散热表面积的比值称为模数。不管铸件的形状如何，只要 铸件的模数相等，其凝固时间就相等或接近。冒口模数为铸件模数的1.2倍，由下列铸件 模数计算公式：式中以_冒口模数M铸件模数；V铸件体积；A铸件表面积；计算得到冒口模数K为1.14。4.5.2 冒口尺寸的确定确定冒口尺寸的方法有模数法、三次方程法、补缩液量法、比例法、形状因素法、 热节圆法及缩管法等。选择模数法进行计算。已知冒口模数Mr=1.14,根据圆柱形模数的 计算公式，Mr=D/6,所以有D=6Mr=5.8cm。得到的冒口如图4-4所示。058

18、00图4-4冒口示意图5模样、芯盒及砂箱设计5.1 模样及模板模样分为上模和下模，由于蜗轮箱为大批量生产，根据铸造工艺学表9-1 （模样 的分类）和表9-2 （常用金属模材料、特点及应用范围）选择金属模。金属模具有表面光 洁，尺寸精确，强度高，刚度大和使用寿命长等特点。适用于大量、成批生产的各种铸 件。模板由模底板、模样、浇胃口系统模、加热元件、定位元件等组成。在组合快换模 板系统中，还包括有模板框及其定位、固定元件。模板尺寸应符合造型机的要求。模底 板和砂箱、各模样之间应有雅确的定位，模板应有足够的强度、刚度和耐磨性，制作容 易，使用方便，尽量标准化。图5-1为造型模板示意图。图5-1造型模

19、板不意图5.2 砂箱的选择按砂箱尺寸大小和重量不同分类，分为小型砂箱（内框尺寸300mmx250mm- 500mmx400mm ,质量不超过25kg）、中型砂箱（内框尺寸500mmx350mm- 1200mmx900mm,质量不超过65kg）和大型砂箱（内框尺寸大于1200mmx900mm）三 类，各类砂箱各有特点和使用范围，蜗轮箱单件重量为95Kg,大批量生产，采用一箱四 件的方式生产，单件尺寸为504mmx549mmx520.5mm,上下箱高度一致，收缩率为1%。 结合实际数据，此蜗轮箱选用大型砂箱1800mmx900mmx900mmo其结构示意图如图5-2 所示：5.3 芯盒制作砂芯过程

20、中必须用到芯盒，芯盒设计的合理与否对砂芯的质量具有关键作用， 也会直接影响到铸件的质量。在对芯盒的设计制作过程中必须符合下面几点要求：（1）在设计芯盒结构时需要根据生产的批量进行相配；（2）制作出的芯盒必须具有一定的强度、刚度和耐磨性等方面优点，从而保证设计 出的芯盒具有一定的使用寿命；（3）芯盒的类型选择和尺寸要求要根据设计的砂芯形状和尺寸进行合理设计；（4）在确保砂芯设计合理的情况下，可以通过减小芯盒尺寸等因素来降低芯盒重 量，从而减轻能耗和劳动强度；（5）设计的芯盒需要方便操作，在其制作过程尽量可以简单，降低生产成本；综合封闭开关所使用地造型方法，因为铸件使用树脂砂造芯，所以选用自硬芯盒

21、法 手工制芯。其优点可以制作方便，降低制作成本。芯盒图结构如下图5-3所示：图5-3芯盒图6结论本次对蜗轮箱的铸造工艺课程设计中，借阅了许多相关书籍，仔细研究所做课题的 设计过程和注意事项。通过一段时间的学习我对自己的课题更加了解，在软件制图上的 应用方面也有了很大提升，在绘制蜗轮箱零件图时遇到复杂结构，在听老师讲解后，成 功解决了问题。分型面的选择非常合适，易分型，浇注更充分。从浇注系统上分析，采 用中间注入封闭式浇注系统，其具有阻渣性能好，不易吸气，内浇道易清理，金属消耗 少，不易氧化，金属浇注平稳且不喷射等优点。把直浇道放置于靠近砂箱内壁处，便于 浇注。设置出气孔，其主要目的是降低型腔内

22、压力，使整体砂芯和砂型有良好的排气环 境。经分析此方案选用的参数合理，浇注系统设计优良和有可行性。整个设计总结为以 下工序。(1)设计方案(2)工艺设计参数及砂芯设计(3)浇注系统设计(4)模样、芯盒及砂型设计致谢在本次铸造工艺课程设计中，得到了材料科学与工程学院朱永长教授的具体指导, 解决了在设计过程中遇到的主要困难工作。锯造工艺襦程微君说阚书参考文献1王文清，李魁盛.铸造工艺学M.北京：机械工业出版社.2002.李魁盛主编.铸造工艺设计基础M.北京：机械工业出版社，1981.3沈永华，潘东杰,黄列群.高强度灰铸铁的研究进展J.材料科学与工程,2000:138-142.4叶荣茂.铸造工艺课程

23、设计手册M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1995.5石德全.造型材料M.北京：北京大学出版社.2009, 9: 184-222.6陆文华，李隆盛,黄良余.铸造合金及熔炼M.北京：机械工业出版社.2012, 8: 262-278.4.1 浇注系统的类型134.2 浇注时间144.3 浇注系统尺寸的确定144.3.1 平均压力头的计算144.3.2 核算剩余压力头154.3.3 各浇道口截面积计算154.4 各浇道口大小154.4.1 直浇道154.4.2 横浇道164.4.3 内浇道164.5 冒口的设计164.5.1 冒口模数的计算174.5.2 冒口尺寸的确定175模样、芯盒及砂箱设计18

24、5.1 模样及模板185.2 砂箱的选择195.3 芯盒196结论21致谢22参考文献231.1 本设计的目的、意义1.1.1 本设计的目的本设计的目的是对灰铸铁件蜗轮箱的铸造生产过程进行铸造工艺设计，并对设计进 行优化，通过铸造工艺的设计最终能够获得合格的铸件，让铸件能够有更好的性能，从 而提高使用寿命等。1.1.2 本设计的意义通过设计这一实践性教学环节，培养学生独立思考力，熟悉并系统地掌握铸造工艺 与工艺设备的设计方法及设计能力；学会并掌握液态成型工艺设计过程；通过所学专业 知识，提高运算、设计绘图能力及查阅技术资料的技能；培养学生分析、解决液态成型 工艺问题的能力。1.2 本设计的技术

25、要求(1)铸件材质为HT200。(2)化学成分：符合GB/T 1173-1995规定。(3)铸件尺寸公差等级符合GB/T 6414-1999 CT10要求。1.3 本课题的发展现状在现代机械制造工业中，铸造是基础工艺之一，因此铸造业的发展是一个国家的生 产实力的重要标志。可以说，在“十五”期间，我国的铸造机械行业有了很快的发展。“十 二五”期间，乃至今后一个历史时期，在国际、国内这两个巨大市场需求的刺激下，铸造 仍然可以以较高的速度发展。因为与市场需求相比，铸造机械产品的技术水平仍然存在 较大的差距，所以铸造行业仍然存在巨大的发展潜力和发展空间，这也是铸造行业快速 增长难得的机遇。1.4 本领

26、域存在的问题面对全球，信息、技术飞速发展，机械制造业尤其是装备制造业的现代化水平高速 提升，中国铸造业当清醒认识自己的历史重任和与发达国家的现实差距，大胆利用现代 科学技术及管理的最新成果，认清“只有实现高新技术化才能跟上时代步伐”的道理，把 握现代铸造技术的发展趋势，采用先进适用技术，实施可持续发展战略，立足现实又高 瞻远瞩，以振兴和发展中国铸造业的累累硕果来奠定中国现代工业文明进程的坚实基 础。1.5 本设计拟解决的关键问题(1)通过读图，进行蜗轮箱的结构分析(2)确定蜗轮箱的浇注位置和分型面的选择(3)进行铸件的砂芯设计(4)蜗轮箱的铸造工艺装备设计2设计方案2.1 蜗轮箱结构特点及技术

27、要求2.1.1 零件结构特点蜗轮箱属于中小型铸件，结构较简单，左右结构对称。因为蜗轮箱的壁厚非均匀 常，铸造工艺比较简单，质量要求较高。由于铸件的内部为中空结构，所以在铸造的过 程中很容易出现夹砂、气孔等缺陷，因此在确定铸造工艺的时候，我们需要综合考虑铸 件的结构和技术要求等各方面的因素。该铸件所选用的材料为HT200,铸铁材料容易制 造出含有内腔、外形复杂的毛坯，其在铸件生产过程中具有很高的灵活性，适用性广 泛，铸铁材料在液态成型铸件的尺寸大小方面限制比较大。对于塑性比较低的铸件，液 态成型是生产其毛坯或零件的一种方法。(1)零件名称：蜗轮箱(2)材料：HT200(3)零件尺寸：504mmx

28、549mmx520.5mm(4)生产批量：大批量生产三维模型及零件图如下图所示。图2-1蜗轮箱三维图B-BJ图2-2蜗轮箱零件图2.2 零件技术与质量要求221技术要求(1)铸件材质为HT200。(2)化学成分:符合GB/T 1173-1995规定。(3)铸件尺寸公差等级符合GB/T 6414-1999 CT10要求。2.2.1 化学成分表2-1 HT200化学成分SiMgSZnMnCu7.5%0.35%0.5%0.3%0.35%0.2%2.2.2 质量要求(1)铸件不允许存在裂纹。铸件液态成型不允许存在气孔、砂眼、缩松、缩孔等缺 陷。(2)铸件表面应平整，浇口、毛刺、粘砂等应清除干净。(3)

29、铸件上的型砂、芯砂、粘沙等应铲磨平整，清理干净。(4)非加工表面上的浇冒口残留量要铲平、磨光，达到表面质量要求。2.3 造型方法因为蜗轮箱是一中小型铸铁件，结构相对简单，成批量生产，所以采用机器造型的 方法。机器造型有以下优点，铸件的尺寸精度相对较高，其加工表面光洁，而且生产效 率高，劳动条件好，易实现自动化，可以节约生产成本。在造型材料方面用的是树脂 砂。2.4 浇注位置的选择铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置。由于蜗轮箱是中小型铸 铁件，充型金属液HT200,浇注温度较低冷却较快，而且浇注位置要设置到零件的加工 面上，易于清理，保证铸件的表面质量与美观。选定的浇注位置如下：

30、2.5 分型面的选择铸造分型面是指两半铸型相互接触的表面。充分分析零件的结构从而选择出最佳的 分型面，可以极大的简化铸造工艺、节约劳动成本，增强生产的效率，在提升铸件质量 方面起到关键作用。选择分型面需要符合以下要求：(1)尽可能使铸件全部或大部置于同一箱内，以减少错型带来的尺寸偏差保证铸件 尺寸精度，便于造型和合型操作。(2)在合理的情况下，尽可能的的降低分型面的数目，最好只有一个分型面，可以 方便造型、合型等工艺。(3)分型面的选择一般情况下应该选择平面，分型面选择平面可以极大地简化造型 总作以及模底板的制作，可以确保铸件的精度。铸件结构特殊的情况下，为了方便工艺 设计可以选择曲面。(4)应尽量把铸件加工定位面和主要加工面放在同一箱内，减少加工定位尺寸的偏 差。(5)尽可能使铸件浇筑后的清理工作能够方便容易。根据蜗轮箱的结构特点确定了以下两种分型面分型方法。图2-4分型面的选择方案一方案一：如图2-4所示，蜗轮箱从图中可以看到没有尽可能使铸件全部或大部置于同