尾板铸造工艺设计说明书

“永冠杯”第二届中国大学生铸造工艺设计大赛

参赛作品

铸件名称：E件—尾板

自编代码：BE092174

方案编号：

目录

1 零件结构特点及铸造工艺分析 (1)

2 铸型种类、造型及造芯方法选择 (4)

3 浇注位置选择 (4)

4 分型面选择 (5)

5 砂箱中铸件数目的确定 (6)

6 工艺参数确定 (6)

6.1 尺寸公差 (6)

6.2 铸件收缩率 (6)

6.3 机械加工余量 (7)

6.4 最小铸出孔及槽 (7)

6.5 拔模斜度 (7)

7 砂芯设计 (7)

8 冒口设计 (9)

9 浇注系统设计 (10)

9.1 内浇口位置选择 (10)

9.2 浇注系统形式的选择 (11)

9.3 浇注系统计算 (11)

10 冷铁设计 (14)

11 气孔的设计 (15)

12工艺验证 (17)

12.1 冒口补缩能力 (17)

12.2 工艺出品率 (19)

12.3 工艺软件模拟验证 (20)

参考文献 (22)

附图 (23)

尾板工艺设计说明书

材料：球墨铸铁FCD450 ；

铸件净重： 4142kg ；

造型材料：呋喃树脂砂

1 零件结构特点及铸造工艺分析

由零件图可知：尾板轮廓尺寸为：1615mm×1350mm×1260mm ；净重4142 kg（零件图纸），为大型铸件。根据零件图建立尾板Pro/E实体模型如图1.1。

图1.1 尾板零件模型

（1）造型制芯尾板整体结构为横竖的板相交，并有凸台和筋板，形成了复杂的内腔，故铸件的砂芯复杂，其铸造过程为组合造芯。铸件的孔内外侧均有圆角，不容易做芯头，芯定位难，需要用芯撑。芯的长度较大，要用芯骨增加强度。铸件的外轮廓不完全对称，且侧面多凸台及圆孔，不

利于起模。

（2）壁厚 尾板壁厚整体上比较均匀，最大壁厚为120mm ，最薄为60mm ，大部分壁厚为90mm 。在不加工艺措施条件下，铸件尺寸过大容易产生浇不足等缺陷；铸件壁厚过大（＞30mm ），凝固后内部组织疏松，力学性能不好

[1]。

（3）壁过渡形式 在铸件中，壁相交或拐弯的地方存在热节，冷却后易产生缩松，缩孔和铸造应力。在尾板中，壁相交形成的热节多，且分散，但在壁相交或者拐弯的地方均为圆角过渡，不易产生铸造应力。

（4）尾板铸造材料为球墨铸铁即QT450，流动性好，但铸件形状较大且复杂，应仔细审查零件结构实现顺序凝固的可能性，使之便于安放冒口、冷铁，以避免缩孔、缩松缺陷。

为明确热节位置，采用Z-Cast 铸造数值模拟软件对尾板零件铸造工艺性进行分析，模拟结果如图1.2所示。

a)凝固时间100s

b)凝固时间1216s

图1.2 尾板凝固顺序模拟结果

图

1.2为尾板的凝固模拟结果，从图中可以看出，尾板大部分区域为同时凝固，不会产生缩孔缩松。但是在图b)和 d)中,凝固1216s 时候尾板的筋板处出现了孤立的凝固区域（红色圈）

，为保证这部分铸件不至产生铸造缺陷，保证铸件的顺序凝固，故加设气孔保证其更好的凝固。在图e)中尾板存在2个较大的液固混合区，凸台两端的A 区和B 区。在固液混合区，

c)凝固时间4864s

d)凝固时间6080s e)凝固时间8512s f)凝固时间7296s

g)凝固时间12160s h)凝固时间14500s

A

B

铸件枝晶骨架还未连成整体，金属仍然具有一定的流动性，但是流动性降低。如果这种固液混合区形成孤立的区域，则只能靠本身进行补缩，其室温组织必然疏松，甚至形成缩孔或缩松。故开设冒口保证铸件的补缩和凝固。

综合，图1.1、图1.2可以知道，要保证尾板的质量，必须对尾板底部及壁相交处采取周密的工艺措施，改变其凝固顺序，以期获得合格铸件。

2 铸型种类、造型及造芯方法选择

尾板尺寸较大，选用强度较高的呋喃树脂砂造型和制芯，均采用手工完成。

3 浇注位置选择

为了使铸件充型平稳，容易充满且充满程度高，铸件应该选封闭式浇注系统，浇注系统内浇道在铸件上的浇注位置有图3.1中A和B 两种方案。在方案A中金属液从底座向下流入筋板，但铸件较高（1260mm），金属液流入筋板处的紊流较大，筋板处易产生缺陷，且筋板处壁厚不均匀，下部较小金属液流动性较差，故方案A不如方案B好。因方案B中内浇口位置选在筋板的下端，金属液从底端筋板开始注入（即底注式），充型过程平稳，金属液对型、芯冲击力小，有利于腔内气体排出，适用于形状复杂及大型的铸件。且浇注系统也起到了对筋板的补缩作用，省去了开设新的冒口来对筋板处的热节进行补缩。

a）方案A b）方案B

图3.1 两种浇铸方案示意图

4 分型面选择

尾板采用两箱造型，为了使砂芯的重心低和起模方便，在分型面选择时应符合铸件的重要部分应放在下箱的工艺设计原，则尾板的分型面有如图4.1所示。这样可将冒口设计在加工面上，可以用机械加工保证加工面精度，保证尾板的力学性能，且冒口补缩方向与重力方向一致，利于补缩。

图4.1分型面方案

5 砂箱中铸件数目的确定

考虑到铸件体积和重量较大，浇注后铸件蓄热量大，为了尽量使铸件各个方向散热均匀并降低浇注难度，故一箱一件。

6 工艺参数确定

6.1 尺寸公差

根据零件图技术要求：图中未注壁厚偏差为±2mm；铸件最大错型值为13mm 。其余铸件尺寸公差按照GB/T6414-86《铸件尺寸公差》中球墨铸铁砂型手工造型公差等级为CT12级。

重量偏差：零件重量：4142kg；设铸件的工艺出品率为70% , 据此估计铸件重量（包括浇注系统和冒口）为：5917kg。

6.2 铸件收缩率

铸件材料为球墨铸铁，收缩过程为受阻收缩，根据表3-50[3]，得铸造