吸壳阀体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 吸壳阀体铸造工艺设计学院年级专业学生姓名学号指导教师工量计算包括浇注位置的侧面加工量计算、顶面加工量计算、底面加工量计算，具体计 算如下：零件长壳体主体为回转体，圆台端面加工部分为双侧加工，加工尺寸343X29, 基本尺寸343,查表铸件尺寸公差数值CT9公差值为3.2,位浇注位置的侧面，查表要求 的铸件加工余量(RMA)加工余量等级RMA(F)对应数值为2.5,侧面双侧面加工量为：3.2/4+2.5=3.3mm,圆整取加工量为3.5mm。如图2-4所示：图2-4机械加工余量图铸造收缩率查阅铸造手册30页表2-15,线收缩率为1.11.2%(自由收缩)，暂取1.

2、1%。224最小铸出孔查阅铸造手册31页表2-16,零件长轴法兰上有4个13通孔和8个22通孔； 小轴端面有4个12通孔，8个M10螺丝孔以及12个M10螺丝孔，不铸出。起模斜度查阅铸造手册29页表2-13,测量而高度尺寸为176、186,在16025()之间，采 用增减壁厚方式，选取金属模样的起模角度为0.5。2.3砂芯设计长轴砂芯设计吸阀壳体长轴砂芯最小端直径为203,最大端直径为252,砂芯长度为359,查阅 铸造工艺手册表3-4水平型芯头的长度(JB/T5106-91)则该长轴处砂芯的芯头长度范 围为6075,本次设计选择芯头长度为70mmo短轴砂芯设计吸阀壳体短轴砂芯最小端直径为25

3、0,最大端直径为301,砂芯长度为189,查阅 铸造工艺手册表3-4水平型芯头的长度(JB5106-91)则该短轴处砂芯的芯头长度范 围为5565,本次设计选择芯头长度为60mm。芯头间隙：S 1 = 1.5mm, S2=2.0mm, S3=3.Omm3设计说明浇注系统设计计算3.1.1 浇注系统的选择查阅教材铸造工艺学本次零件浇注系统设计采用开放浇注系统、底部浇注式。由于铸件较长，所以采用两套浇注系统同时浇注，每套浇注系统有一个直浇道，一个横 浇道，长轴处有四个内浇道，短轴处两个内浇道。3.1.2 确定直浇道的位置和高度铸件高度为372mm,收缩率为1.1%,依据吃沙量查3-1表选取为a=b

4、=70mm, c=d=50mm, f=40mm,铸型在上、下型上都有型，依据前文分型面选择，确定上型高度 为186mm,则上砂箱最小高度为186x1.01 l+70=258.046mm,取上砂箱高度300mm,因为 分型面在零件的对称位置上，同样下砂箱高度为300mmo直浇道的高度与上砂箱的高度 相同为300mmo表3-1按铸件重量确定的吃砂量（单位mm）铸件重量/kgabcdcf540403030303051050504040403011 20606040505030215070705050604051100909050607050101250100100607010060251-50012

5、0120708070501100015015090901201001-2000200200100100150200H-3000250250125125200计算浇注时间并校核金属液上升速度根据三维图测算铸件质量为29.3922kg为方便计算暂取为29.4kg,由于该件为一箱一 件生产，依据工艺出品率参照单件大批量生产，确定浇注过程中的总体金属液重量，浇 冒占比为20%,则浇注时所需金属液的总质量为29.4+29.4x().2=35.27kg,根据铸造工 艺学272页的经验公式：t = Amn(3-1)式中一注时间；M铸件或浇注金属质量；A系数，铝合金A=2.4；n系数，取 n=0.387；计算

6、可得浇注时间为9.52s,取为10s,由于有两套浇注系统，浇注时间应该减半，即 取5s。对易氧化的轻合金铸件，要注意限制最大上升速度，以免高度紊流而造成大量的氧 化夹杂物。查阅铸造工艺学273页根据(3-4-30)确定V里max.式中R型腔的水力学半径;Re型型腔内允许的金属液雷诺数，由实验法确定；(780)v合金液的运动粘度。(6xl0-7m2/s)计算可得u.*=70；。物皿=4.3； C/V崭皿5,浇注时间符合。3.1.3 浇注系统的阻流截面积计算本次吸阀壳体零件浇注系统设计采用开放浇注系统、底部浇注式，查表3-2铝、镁铝 合金浇注系统各单元常用端面比(A江：A横：A内)，因为该吸阀壳体

7、零件为中、小型灰铁 件砂型铸造，故选择浇注系统的断面比关系为：EA内：24横：4广3： 2： Io表3-2铝、镁铝合金浇注系统各单元常用端面比(A育:4楼：AQ合金种类大型铸件中型铸件小型铸件镁合金I：(3-5)：(3-8)I： (2-4)：(36)1： (2-3)： (1.5-4)铝合金1：(25)：(26)1： (24)：(24)1： (23)： (1.5-4)查阅铸造工艺学278页，垂直分型浇注系统的计算，内浇道截计算公式如下:人内=GlprR2ghp(3-3)式中Gl流经4眼断面的金属液总重量(g)；p金属液密度(g/crrP)；一一流量损耗系数；T充填型腔的总时间(S)；hP充满整个

8、型腔的平均计算压力头(cm)；本次浇注系统设计为：浇口杯-直浇道-横浇道-内浇道4个部分的4单元浇注系统，适用于4单元系统的平均静压头有以下公式计算。即=(扁)/34)式中自一直浇道截面积与横浇道截面积之比；心一直浇道截面积与内浇道截面积之比；其中本次设计浇注系统为浇口杯、直浇道、内浇道4个部分的四单元浇注系统，则有:本次设计采用中间浇注形式，则计算静压头高度为:hD =( 生 2)= /；x30.75=2.51cm(3-p ii+好+上” p(i+(y+o.52)5)4 =-7= =36750_ =25.85cm2(3-6)内2ghp设计短轴侧浇注系统的内浇道总截面面积12.() CH?,设

9、计为两个内浇道，每个内浇道断面面积为6.0 cm-选择对应的内浇道断面尺寸为:a=52mm, b=48mm, h=12mm)计算出横浇道总断面面积为4横=12.0x2/3=8cm2,因为从直浇道根部分出两个横浇 道，则每段横浇道断面面积为4.0cm2,查表梯形横浇道尺寸，取面积为4.0CH?的横 浇道,对应的横浇道尺寸为:a=21mm, b=17mm, h=21mm。计算出直浇道总断面面积为24，i=12.0xl/3 =4.0cm2,选取直浇道截面面积4.0cm?,对 应直径大约为22.5mm。各截面如卜.所示：长轴侧内浇道总断面面积为26.8-12=14.8 cm2,在长轴侧的长轴两端法兰和

10、长轴中间 位置分别设计内浇道，法兰处设计两个内浇道，每个内浇道断面面积取3.6 cm?查表选择 对应的内浇道断面尺寸为:a=35mm, b=37 mm, h=10mm,或者上下模都有的扁平内浇道， 尺寸为:a=32mm, b=28mm, h=6mm。长轴侧中间设计两个内浇道，断面总面积为：26.8-12-7.2=7.6 cm2,查表选择每个内 浇道断面面积为3.8 cm2,对应的内浇道断面上下梯形尺寸为:a=19.5mm, b= 18.5mm, h=10mm,则长轴侧内浇道总断面面积为26.8-12=14.8 cnR根据浇道截面比例关系可计算 长轴侧横浇道总断面面积为9.8667 cm2,横浇

11、道从直浇道两侧分为两段，则每段面积为 4.9cm2,查表选择接近的上下梯形端面尺寸为a=12mm, b=15mm, h=18mm。同样计算长 轴侧直浇道断面面积为4.9 cn?,计算直浇道直径为25mm。各截面如下所示：浇口杯的选择初步选择漏斗形浇口杯，浇口杯高度尺寸，暂定为漏斗浇口杯高度为54mm。3.2 冒口与冷铁设计确定铸件关键模数M =-(3-7)A式中M模数；V铸件体积；A铸件散热面积。有三维图可以算出表面积为1467571mnf,体积为可以计算出模数约为7.3。3.2.1 冒口设计Dr = 1.2dc(3-8)Hr = 1.2 1.50r 或叫=1.4 1.80r(3-9)式中Dr

12、冒口根部直径de铸件热节直径h冒口根部的切割量，一般取h=58mmA一冒口宽度，A=bB冒口 长度，B=(46)A冒口向上有5。倾斜，冒口根的切割量h=58mm吸阀壳体零件两个轴处，壁厚为9mm,采用典型热节冒口，冒口计算采用冒口的高 度时, b=9,所以A=9, B=(46)A=3654,取B=36(轴处直径为36),冒口高度为/= 1.21.8%二(1.21.8)xl.2dc=12.9619.44,取高度至上砂箱顶面，本次设计取8(),设计为明 冒口，便于造型拆卸冒口。323工艺出品率校核依据前文铸造工艺参数确定及铸造布置，绘制三维铸件及浇注系统。由三维分析校核浇注系统和冒口质量为5.43

13、kg,铸件质量为28.67kg,则实际工艺出品率为:28.6728.67+5.43x 100% = 84.1%(3-10)4铸造工艺装备本次设计选择砂箱内框最大尺寸为（长x宽x高，单位mm） 1000mmx650mmx300mm, 铸造工艺装备是造型、制芯、合箱及浇注过程中使用的模具和装置的总称。模板是由模 底板、模样（包括铸件的本体模样、芯头模样和浇冒口模样）和定位销等组合而成。4.1 上，下模板设计模底材料选择铸铝模底板，参考手册，依据型板的大小，设计吸阀壳体的模板为铸 铁模板。上模板上设计吸阀壳体零件的主体部分，依据前文，将吸阀壳体零件的上模样, 安装固定在上模板上；浇注系统、补缩冒口，

14、依据铸造工艺分析及排布，设计在上模板 上。砂箱内框尺寸为lOOOmmx650mmx300mm,模板厚度定为20mm,加强筋间距为300mm,加强筋各部圆角R4。依据表4-1,选择模地板定位销和导向销直径为30。表41模底板用定位销及导向销的尺寸（单位：mm）模底板平均轮廓尺2500寸(Ao+Bo) /2d (d9)020二疑025二 8：微030二 8：第030二 8潞MQr-0.080 053-0.142040二 g盥di (h8)018 二娥 3020二孀 3(7i?4-0033 “令一 0.00024二蟒(7SQf)-0.033 JU-0.00034二孀91313160162024弓3M

15、16M16M20M20M24M30弓424303535400)4511202328283338G455060607080K121620202530S12162()2()243()D233036364046253050505050/304060607575505070701001007575808012512510010010010015()15()125125125125175175150150150150200200L/+60Z+75/+90/+90/+105/+I20由表4-2,选择定位销间距为A+150,即1000+160= 1160mm。表42模底板定位销孔中心距(单位：mm)砂箱平均

16、内框尺 寸 (A+B)/2定位销孔中心距砂箱.卜的箱耳和 吊轴整铸在一起砂箱上的箱耳和吊轴分开 铸出铸铁铸钢500A+80100A+140A+120501750A+100-140A+150A+140751-1000A+140-160A+190A+15010011500A+160-200A+230A+1801501-2500A+200240A+250A+220下模板模样基本遇上模板的模样相同，下模板上还有直浇道窝，同上模板设计过程 相同。设计图如下图4-1所示：图41模板图砂箱设计砂箱是铸造车间造型所必需的工艺装备，用于制造和运输砂型，砂箱结构既要符合目录1前言11.1 本设计的目的、意义1本设

17、计的目的11.1.1 本设计的意义11.2 本设计的技术要求1技术要求11.3 本课题的发展现状1计算机模拟技术的应用11.4 本领域存在的问题2工艺水平低，铸件质量差21.4.1 能耗和原材料高31.5 本设计的指导思想31.6 本设计拟解决的关键问题32设计方案42.1 工艺方案的拟定4零件工艺性分析42.1.1 铸造方法的选择5浇注位置的选择52.1.2 分型面的选择52.2 工艺参数的选择6铸造尺寸公差62.2.1 机械加工余量6铸造收缩率72.2.2 最小铸出孔7起模斜度72.3 砂芯设计8长轴砂芯设计82.3.1 短轴砂芯设计83设计说明93.1 浇注系统设计计算9浇注系统的选择9

18、3.1.1 确定直浇道的位置和高度9计算浇注时间并校核金属液上升速度1()3.1.2 浇注系统的阻流截面积计算10 砂型工艺的要求，又要符合车间的造型、运输设备的要求。因此，正确地设计砂箱的结 构和尺寸，对于保证铸件的质量，提高生产效率，减轻劳动强度，降低成本以及保证生 产安全，都有重要的意义。在砂箱的设计中，应遵循以下原则：1）砂箱应满足得件在生产过程中的各项工艺要求；2）砂箱应有足够的强度和刚度；3）砂箱定位装置应保证铸件精度要求，并持久耐用；4）砂箱材料应来源广泛、价格低廉；5）尺寸和结构应符合造型机、起重设备、烘干设备的要求；6）对砂型有足够的附着力，使用中不掉砂或塌箱，但又要便于落砂

19、。按照以上原则，砂箱材料采用成本低、制造方便、强度与刚度均较高的铸铁。吸阀 壳体零件的上砂箱内框尺寸为10OOmmx650mmx300mm ,下砂箱内框尺寸为1000mmx650mmx300mm o 如图 4-2 所示。图42沙箱图4.3芯盒设计芯盒的优劣直接影响砂芯质量及制芯生产率。芯盒的结构设计包括分盒面、主体结构、外围结构（定位、锁紧、搬运、翻转等）。芯盒的结构设计应以制芯工艺简单、操作简便、砂芯 尺寸准确为主要目的。本次设计采用的是冷芯盒手工造型。本次设计芯盒如图4-3所示：图4_3芯盒图5结论(1)本设计通过对铸件零件材质分析，分型面浇注位置的选择，工艺参数选择，砂 芯设计，浇注系统

20、设计，冒口冷铁设计，上下模板设计，砂箱设计。来设计符合工艺要 求的铸件。(2)本设计的在设计浇注系统时根据零件的结构特点，设计了符合的浇注系统，铸 件由一长一短两长轴，因为铸件不对成，在设计时分别设计两侧的浇注系统，短周处设 计了两个内浇道，长轴处设计了四个内浇道。(3)在本次工艺设计，通过对零件反复分析，并对分型方案进行对比论证，采用分 型面与浇注位置在同一处。这有效减少了砂芯数量，降低砂箱高度，保证铸件质量。造 型制芯方法的确定，通过从工艺性和经济性两方面考虑，均采用采用金属型，这便于组 织生产，确保砂型质量，提高铸件质量。(4)本设计的不足之处在于没用进行软件模拟，没有进一步对工艺进行优

21、化，在木 次设计中由于实践经验的不足，有一些与现实操作联系密切的问题考虑的不够周全，希 望老师能予以谅解。在今后的工作和学习中，我们将更加全面的去完善自己的知识层面 和实际操作技能。致谢本文是在朱永长教授的悉心指导下完成的。在课题的选择、开展及论文的撰写上无 不倾注着朱永长教授的心血。朱永长教授渊博的知识、严谨的治学态度、诲人不倦的精 神、平易近人的人生态度，将使我终生受益。经过本次实践，我对铸造设计工艺有了一定的认识，增强了自己的动手能力，也掌 握了对实验器械的操作也，受益非浅。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.20022叶荣茂，吴维冈等.铸造工艺课程设计手册M.

22、哈尔滨工业大学出版社.3机械工程学会铸造学会编.铸造手册（第5卷：铸造工艺）（M） .北京：机械工业出版社, 2006.4柳百成.铸造技术与计算机模拟发展趋势J.铸造技术,2005:61-67.15中国铸造协会.铸造工程师手册（第三版）北京：机械工业出版社，2010.6周建新，刘瑞祥,陈立亮.华铸CAE软件在金属型铸造中的应用J.铸造,2003:84-87.7范金辉，华勤.铸造工程基础M.北京：北京大学出版社,2009.8.8王再友，王泽华.铸造工艺设计及应用M.浇口杯的选择133.2冒口与冷铁设计13确定铸件关键模数133.2.1 冒口设计13工艺出品率校核144铸造工艺装备154.1 上，

23、下模板设计154.2 砂箱设计164.3 心、185结论19致谢20参考文献211前言1.1 本设计的目的、意义本设计的目的根据给定的零件图的结构特点及工艺要求进行铸造工艺设计，本次设计对工艺方案、 造型制芯、砂芯、浇冒系统和砂箱进行了分析设计。此设计方案要作到理论联系实际， 尽量作到操作简单，成本低廉，适宜批量化生产。1.1.1 本设计的意义本文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。全面系统地了解ZLI14材 料的组成、特性及应用范围，了解和掌握主要铸造方法的工艺特点、工艺过程原理、工 艺参数选择和适用

24、范围，从而来设计合理高效的铸造工艺路线。能通过计算机模拟来对 所设计的铸造工艺进行模拟分析，优化设计，减少缺陷降低生产成本。1.2 本设计的技术要求技术要求1）材质：ZL114；2）铸件加工后的面不得有任何铸造缺陷，非加工表面不得有明显的夹砂，凹陷；3）保证该件受力较大的工作部位的力学性能；4）批量生产。1.3 本课题的发展现状计算机模拟技术的应用在铸造生产中，由于铸件结构或工艺设计不合理而产生变形或裂纹，严重地影响了 铸件的力学性能和使用寿命，给工业生产带来了巨大的损失。铸造过程热应力分析可以 预测铸件残余应力及变形，为优化铸造工艺、改善铸件质量提供可靠的科学依据，对改 进工艺设计、提高生产

25、率有着重大的意义。为此，近年来许多研究者进行了铸造过程应 力场数值模拟技术的研究。随着铸造过程温度场数值模拟技术的成熟，企业对应力场模拟分析的需求更加迫切。 通过铸造过程热应力分析，不仅可以模拟液态金属的充型、凝固过程，同时可以模拟因 为温度分布不均匀、应力集中等引起的缩孔缩松、变形、裂纹等缺陷，为实际生产过程 提供可靠的科学依据。目前，铸造过程应力场的模拟研究大多依赖国外的商用软件，如 ANSYS、ABAQUS 等。1.4 本领域存在的问题工艺水平低，铸件质量差铸件加工余量大。由于缺乏科学的设计指导，工艺设计人员凭经验难以控制变形题, 铸造的加工余量一般比国外大13倍。加工余量大，铸件的能耗

26、和原材料消耗严重，加 工周期长，生产效率低，已成为制约行业发展的瓶颈。模拟软件应用不普及。铸造过程模拟是铸件生产的一个必要环节，在国外，如果没 有计算机模拟技术，就拿不到订单。我国的铸造业计算机模拟起步较早，虽然核心计算 部分开发能力较强，但整体软件包装能力较差，导致成熟的商业化软件开发远落后于发 达国家，相当一部分铸造企业对计算机模拟技术望而却步，缺乏信任。目前这种局面虽 有所好转，但在购买了铸造模拟软件的企业中，能够发挥其作用的还不多见，急需对企 业员工进行软件应用培训。模拟软件应用不普及。铸造过程模拟是铸件生产的一个必要环节，在国外，如果没 有计算机模拟技术，就拿不到订单。我国的铸造业计

27、算机模拟起步较早，虽然核心计算 部分开发能力较强，但整体软件包装能力较差，导致成熟的商业化软件开发远落后于发 达国家，相当一部分铸造企业对计算机模拟技术望而却步，缺乏信任。目前这种局面虽有所好转，但在购买了铸造模拟软件的企业中，能够发挥其作用的还不多见，急需对企 业员工进行软件应用培训。1.4.1 能耗和原材料高我国铸造行业的能耗占机械工业总耗能的25%30%,能源平均利用率为17%,能耗 约为铸造发达国家的2倍。我国每生产1吨合格铸铁件的能耗为55070()公斤标准煤， 国外为300-400公斤标准煤，我国每生产1吨合格铸钢件的能耗为800-1000公斤标准 煤，国外为50()8()0公斤标

28、准煤。据统计，铸件生产过程中材料和能源的投入约占产值 的55%70%.中国铸件毛重比国外平均高出10%20%,铸钢件工艺出品率平均为55%, 国外可达70%o本设计的指导思想此设计方案要作到理论联系实际在保证铸件质量的同时，尽量作到操作简单，成本 低廉，适宜批量化生产。1.5 本设计拟解决的关键问题问题一：对阀体铸件进行浇注位置和分型面的确定；问题二：选择合理的铸造工艺参数；问题三：对砂芯、浇注系统，冒口冷铁进行设计；2设计方案2.1 工艺方案的拟定零件工艺性分析图21吸壳阀体三维零件图本次设计的零件材质为ZL114,合金具有很好的力学性能、很好的铸造性能，有很高 的强度、好的韧性和很好的流动

29、性、气密性和抗热裂性，能铸造复杂形状的高强度铸件, 适合于各种铸造。零件主要结构为一长一短两轴体组合体空腔，两轴过渡连接。长轴两 端有安装法兰，长轴上端安装法兰上有4个13通孔，均匀分布在中307的圆周上。长轴 下安装法兰上有8个22通孔，均匀分布在298.5的圆周上。短轴上端面上有4个12 通孔，均匀分布在303的圆周上，短轴下端面内部腔体平面上有8个M8螺丝孔，均匀 分布在335的圆周上。2.1.1 铸造方法的选择根据铸件的材料、批量、结构特点等，采用一箱一件浇注方案，选择手工造型，粘 土砂，冷芯盒手工制芯，根据铸型的特点和应用情况选用金属模样造型。2.1.2 浇注位置的选择浇注位置选择一

30、般遵循以下原则口1）铸件最重要的部分或交大平面朝下。2）铸型的防止应有利于砂芯的定位与稳固支撑。3）当铸件需要冒口补缩时，最好让补缩部位处于铸件的上部。4）为避免铸件薄壁部分浇不足，浇注使，薄壁部分营放在下边或立放或斜放。5）铸型的放置应有利于在浇注时，砂型和砂芯排气。6）对于平板类铸件，为了防止夹砂，可以倾斜放置，同时也有利于排气，也可减少 铁水对铸型的冲刷力。7）应尽量使砂芯全部或者主要部分位于下型，并尽量少用吊芯。8）应使下芯，合箱方便，便于检查型腔尺寸。综合上述原则，考虑到零件结构特点，本次设计采用底部浇注。分型面的选择分型面的选择应尽量与浇注位置一致，尽量使两者协调起来，使铸造工艺简

31、单，并 易于保证铸件质量。浇注位置往往同分型面的选择密切相关，所以二者相互影响，为了 便于充分考虑二者的相互关联的关系，零件可有以下两种分型方案。方案一是以零件长轴与短轴中心各做平面，将该筌件分为上、中、下三部分，采用 三箱造型，该分型方案如图二所示；方案二是将零件放躺，从零件的对称中心做分型， 该分型方案如图2-2方案二所示。分型方案二是将吸阀壳体零件放躺，从零件的对称中心做分型，该分型方案如图2-2所示方案一，该分型方案适合采用中间浇注系统。缺点是：此方案铸件上下面落差较大；三箱造型，劳动强度大，而且容易 出现错箱，影响质量外观。方案二：优点是：分型面平直简单，充分减小了零件上下面的高度差，两箱造型充 分减少了劳动强度。缺点是：零件水平放置，需要设计水平砂芯。综合比较所有的分型方案，分型方案二最为理想，故本次设计分型方案选择分型方 案二进行分型分模，采用将铸型放在上、下砂箱之间的中间浇注形式。2.2工艺参数的选择铸造尺寸公差查阅铸造手册21页表2-3 (GB6414-86),零件为砂型手工造型，尺寸公差等级 选用铸件公差等级为CT9。2.2.1 机械加工余量查阅铸造手册26页续表2-8,机械加工余量等级为F,零件各加工部分尺寸的加