刹车盘铸造说明书

摘要

目前，国内汽车（主要是轿车）刹车盘的出口市场已经形成一定规模，仅就铸件来说，年产量（出口量）估计在 20万吨左右。由于刹车盘出口主要针对的是配件市场，外商定货品种繁杂，而每个品种生产，批量不大。另一方面，刹车盘铸件属薄壁小件，技术要求高，而国内生产出口刹车盘的企业，大多采用手工造型，粘土砂湿型，冲天炉熔炼铁液，成分变化较大，给生产技术管理和铸件质量控制带来一定难度，个别厂家铸件废品率居高不下，直接影响企业的经济效益和出口业务。本文主要对金属型覆砂铸造刹车盘的工艺及工艺装备进行设计。

通过对零件图的详细分析，明确了各项技术指标。拟定铸造工艺方案，包括选择铸造和造型方法等。完成砂芯设计、浇冒口设计和射砂工艺装备设计。绘制零件图、装配图、工艺流程图等。

关键词：金属型覆砂砂芯模板刹车盘

Abstract

Currently, domestic vehicles (mostly cars) Brake export market, market has formed a certain scale, just from the casting, the annual production (exports) is estimated at 20 million tons. As the brake disc main export market for the parts, foreign orders is complex variety and every variety of production is not volume. On the other hand, small pieces of brake disc casting is thin, technically demanding, while domestic production and export enterprises brake disc, mostly by hand modeling, Green Sand, cupola melting iron, composition changed greatly, to the production technology casting quality control management and bring some degree of difficulty, the high rejection rate for individual manufacturers to cast a direct impact on economic efficiency of enterprises and export business. In this paper, the metal brake discs with Sand Casting design process and technical equipment.

Through detailed analysis of the parts diagram, defines the technical indicators. Developed casting process, including the choice of casting and modeling methods. Complete sand core design, casting riser design and the design Shooting technical equipment. Drawing parts and assembly drawings, process flow diagrams .

Key words: Metallic Sand Sand core Template Brake Disc

目录

摘要┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ⅠAbstract┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈Ⅱ第1章绪论┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 1

1.1 立项背景┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 1

1.2 刹车盘铸造要求及现状┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 1

1.3 本文设计内容┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 1 第2章金属型及芯砂的选择┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 1

2.1 对设计任务的了解┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 2

2.2 金属型材料选择┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 3

2.2.1 性能比较┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 3

2.3 铁型覆砂工艺┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 3

2.4 芯砂选择┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 4 第3章铸造工艺设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 6

3.1 零件结构的铸造工艺性分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 6

3.1.1 铸造工艺性分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 6

3.1.2 实际生产工艺┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 6

3.1.3 拟定铸造工艺┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 7

3.2 铸造工艺参数┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 9

3.3 浇注系统设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 10

3.3.1 浇注系统计算┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 10

3.3.2 实用冒口设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 11 第4章工艺装备设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 12

4.1 金属型模样的结构设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 12

4.2 模板和模板框设计┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 12

4.3 金属型砂箱┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 13

4.4 金属性准备┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 15 结论（总结）┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 16 致谢┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 17 参考文献┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 18 附录┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 19

第1章绪论

近年来随着汽车工业的飞速发展，汽车需求量也在逐年提高。2007 年全球汽车产量已突破 7310万辆，我国汽车产量排世界第三位，产量突破850万辆，且每年仍以近12%的速度增长。汽车工业已成为国民经济的支柱产业，汽车工业的发展为汽车零部件特别是铸造企业的发展提供了巨大的发展空间。刹车盘作为汽车制动系中的主要磨损消耗件，市场需求量很大，每年需求量大约为6亿只。因此，从汽车刹车盘产品的铸造生产工艺及铸件质量的分析情况中可以看到刹车盘产品专业铸造的发展趋势。

1.1 立项背景

在这种需求下，刹车盘的铸造工艺发生了翻天覆地的改变。刹车盘铸件属薄壁小件 , 技术要求高 , 而国内生产出口刹车盘的企业 , 大多采用手工造型 , 粘土砂湿型 , 冲天炉熔炼铁液 , 成分变化较大 , 给生产技术管理和铸件质量控制带来一定难度 ,个别厂家铸件废品率居高不下 , 直接影响企业的经济效益和出口业务，急需有新的工艺取代。其中运用的铸造方法—金属型覆砂铸造，已在许多铸造领域采用，并得到广大厂家及工厂的认可。故此本毕业设计也采用金属型覆砂铸造刹车盘，以保证铸件质量及出品率。

1.2 刹车盘铸造要求及现状

一、生产技术状况：刹车盘种类繁多，特点是壁薄，盘片及中心处由砂芯形成。不同种类刹车盘，在盘径、盘片厚度及两片间隙尺寸上存在差异，盘毂的厚度和高度也各不相同。单层盘片的刹车盘结构比较简单。铸件重量多为6-18kg。

二、技术要求：铸件外轮廓全部加工，精加工后不得有任何缩松、气孔、砂眼等铸造缺陷。金相组织为中等片状型，石墨型，组织均匀，断面敏感性小（特别是硬度差小）。

三、力学性能: σb ≥250MPa , HB180～240 , 相当于国际 HT250 牌号。

四、有些外商对铸件的化学成分也作要求，本毕业设计不作详细介绍。

1.3 本文设计内容

用金属型覆砂技术克服上述局限性，解决当前所遇到的铸造问题，保证工艺出品率。即在金属型与铸件外形间覆薄砂层，形成砂型胶。优点是同时具备金属

型和砂型铸造的特点，金属型与熔体不直接接触，冷却速度和金相组织易于控制，同时提高金属型寿命，铸件形状可较复杂。铸件可保证致密无气孔、缩孔、缩松等缺陷，工艺出口率高。

第2章铸造内容分析

2.1 对设计任务的整体了解

名称:刹车盘

材料：HT250

类型：成批生产

重量：约3.5kg

本铸件属于盘状薄壁件，盘面上的风道利于空气对流，达到散热的目的。如下图所示。采用金属型覆砂工艺，需考虑金属型材料及芯砂材料。

2.2金属型材料选择

根据以往金属型设计经验，选择常用的HT200作为金属型材料，参数如下：牌号：HT200

标准：GB 9439-88

特性：珠光体类型的灰铸铁。其强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性良好，铸造性能较优，需进行人工时效处理，其原理是把铸件重新加热到530-620℃，目的在于消除铸件内应力，减少变形、开裂的缺陷。

化学成分：碳 C ：3.16～3.30

硅 Si：1.79～1.93

锰 Mn：0.89～1.04

硫 S ：0.094～0.125

磷 P ：0.120～0.170

力学性能：抗拉强度σb (MPa)：200

硬度：(RH=1时)209HB

试样尺寸：试棒直径：30mm

金相组织：片状石墨＋珠光体

2.2.1性能比较

金属性铸造和砂型铸造灰铸铁件性能比较

铸型种类σb (MPa)HBS 加工性石墨形态

一般A型砂型180～200 150～180

好D型金属型200～250 170～220

2.3铁型覆砂工艺

覆膜砂：在造型、制芯前砂粒表面上已覆盖有一层固态树脂膜的型砂、芯砂称为覆膜砂。他是最早的一种热固性树脂砂，由德国克罗宁博士于1944年发明。其基本工艺过程是利用射芯在加热的铁型上填上一层覆膜砂，以形成精密的型腔来生产铸件。本毕业设计覆膜砂厚度为5mm。

成分配比说明

原砂100 擦洗砂

酚醛树脂 1.0～3.0 占原砂重乌洛托品（水溶液1:1）10～15 占树脂重

覆膜砂基本配比

2.4芯砂选择

造型材料性能的基本要求： 1、 具有一定强度，保证在合型、搬运和浇注过程中不变形、不损坏。 2、 良好的透气性。

3、 对铸件收缩的可退让性。

4、

一定的耐火度和化学稳定性。

树脂自硬砂是指原砂（或再生砂）以合成树脂为粘结剂，在相应的固化剂作用下，在室温下自行硬化成形的一类芯砂，其基本特点是：

1） 型砂加热无需加热烘干，更节省资源，同时可以采用木质或塑料芯盒和模板。

2） 铸件质量高，铸铁件的尺寸精度可达CT8～CT10。铸铁件的表面粗糙度为R a =25～50μm ，比粘土砂、水玻璃砂好。

3） 型砂容易紧实，易溃散，好清理，旧砂容易再生回用，因而大大减轻劳动强度，改善车间劳动环境，使单间小批量生产实现机械化。 4） 树脂价格较高，同时要求使用优质原砂，因而型砂成本比粘土砂水玻璃砂高。

5） 混砂、造型、浇注时，有刺激性的气味，应注意劳动保护。

硬脂酸钙 5～7 占树脂重 添加剂

0.1～0.5

占原砂重

树脂自硬砂用原砂的技术指标（%）

指标 原砂 粒度 级别

SiO2

含泥量

含水量

微粉量

酸耗 值 灼减

石英砂

30（40/70） ＞90

＜0.2

＜0.1～0.2

＜0.5～1

＜5

＜0.5 树脂自硬砂配比

项目

砂子100% 占砂子的百分比 占树脂的百分比

型砂组分 新砂 再生砂 树脂 固化剂 加入量（%）

10

90

0.8～1.5

30～50

再生砂的质量指标

灼减量 （%）＜

酸耗值 （mL ）＜

PH 值 ＜

0.075筛～ 底盘（%）＜

底盘 （%）＜

含水量 （%）＜

含氮量 （%）＜

2.0

2.0

5

1.0

0.2

0.2

0.1

6） 砂芯如下图：

比 例 构 成

第3章铸造工艺设计3.1 零件结构的铸造工艺性分析

刹车盘产品模拟图

(1)产品质量要求较高 ,不仅需要较高的精度 ,还要有足够的强度、硬度 ,尤其是上、下制动盘面不允许出现任何铸造缺陷 ,更不允许使用焊补等方法进行修复。

(2)产品表面积相对较大 ,且结构造成的铸造热节 ,容易形成缩孔、缩松缺陷。

(3)产品平面较大且较厚 ,在保证有足够的强度、硬度等性能外 ,还要防止气孔、缩松、夹渣等铸造缺陷的产生。

3.1.1铸造工艺分析

覆砂金属型铸造工艺是一种新型的铸造方法, 它是在粗成形的金属型(铁型)内腔上覆上一层 5～ 8mm的覆砂层而形成铸型的一种先进铸造工艺。该工艺克服了金属型铸造无退让性的缺点, 使冷却条件得到很好的改善; 该工艺不仅提高了铸件的成品率和工艺出品率, 对铸件的表面质量和力学性能也有了很大的

提高。

铸件凝固过程是一个非常复杂的过程, 基本上可视为一个不稳定的导热过程, 它同铁液成份、浇注温度、浇注速度及浇注系统、金属型壁厚、覆砂层厚度等有着很大的关系。经过大量的试验, 根据铸件不同的壁厚、不同的铁液成份, 摸索出一整套合理的金属型壁厚和覆砂层厚度的经验数据及计算公式, 在实际生产中发挥了重要作用。由于计算机技术的飞跃发展, 一些数值模拟软件的应用 ( 如 ANSYS 软件) , 为覆砂金属型工艺在铸造其它零件获得成功提供了可靠的保障。根据铸件温度场模拟可以得出铸件的凝固顺序, 就可以制定合理的浇注工艺和设计合理的浇注系统。

首先对铁水浇入铁型覆砂铸型以后，铸件—覆砂层—铁型不稳定热交换情况分析如下图1。

3.1.2实际生产工艺

大批量生产中的铁型覆砂铸造，其覆砂造型方法如图3所示。覆砂造型是铁型背面的一组射砂孔，经铁型和模样合模后形成的间隙（缝隙宽度等于覆砂层厚度）射入流动性较好的型砂，再经固化，起模后即形成铁型覆砂的铸型（即覆砂

铁型）。一般铁型覆砂铸造的生产流程如图4所示。

图3 机械造型

3.1.3 拟定铸造工艺

从铸件凝固技术的角度看，水平造型生产盘类铸件较垂直造型更易获得致密无缺陷的优质铸件。刹车盘是一种径向尺寸大于纵向高度的均匀盘类铸件，采用水平造型分型面处于水平方向，分型面设置在刹车面处，即产品的径向处于水平位置，而铸件其他部位大部分处在下型腔，在此处设置浇注系统向型腔填充铁液，浇注完成后，铸件上部铁液温度高于下部温度，符合铸件凝固从下到上，从外到中心的凝固顺序，浇注系统能够形成对铸件最后凝固部位液体收缩的补给，有利于消除铸件的缩松缺陷，提高了铸件的致密度。同时，采用水平造型，顺应了刹车盘这种铸件径向尺寸大，纵向高度小的特点，在同样浇注温度下，易使铁液中的气体夹杂物和由浇注系统卷入型腔的气体渣子，在铸件凝固前向上漂浮到铸件的顶部，通过设计铸件顶部稍大的加工余量加工掉，减少废品的产生。故本设计

采用水平分型如下图：

3.2 铸造工艺参数

铸造工艺参数包括以下几点：

1．查表可知，尺寸公差为CT10，铸件机械加工余量为5.0mm（2—4）2．最小铸出孔直径15～30mm（表2—5）

3．起模斜度：外表面1.5%，内表面8%

4．铸造圆角R5mm

5．铸造收缩率1.0%

6．最小铸出槽尺寸b=20mm，t=10mm

3.3 浇注系统设计

本毕业设计采用顶注式浇注系统，有利于薄壁铸件的充型。

3.3.1 浇注系统计算

选择封闭式浇注系统，设A1、A2、A3为直浇道、横浇道、内浇道总截面积，系统组元截面比为：A1：A2：A3=1.15:1.1:1

查表得：

G=mg=20×9.8=196N

μ=0.6

S

1

=1.85

t=26s

查表得采用顶部注入

H p =H

o

，P=0则H

p

=100mm

综上所得：F

阻

=8cm2

F

直

=8.4cm2

查表得内浇道总断面积1.6cm2

直浇口棒D=35mm

内浇道A=14mm、B=12mm、C=6mm

3.3.2 实用冒口设计

铸件在凝固后期有“奥氏体+石墨”的共晶转变，析出石墨并发生体积膨胀，从而可部分或全部地抵消凝固前期所发生的体积收缩，即具备有“自补缩的能力”。因此，在铸型刚性足够大时，逐渐可以不设冒口或采用较小的冒口进行补缩。

求铸件模数M c=

=0.44cm

D=10mm、c=6mm、b=53mm，求得M

c

由于此灰铸铁件模数小于0.75cm，适宜采用浇注系统当冒口。故不单设冒口。

第4章工艺装备设计

4.1 金属模样的结构设计

模样的设计原则是在满足铸造工艺、保证铸件质量的前提下，是摸样的结构便于加工制造。

模样在模底板上的装配偏差：单面模样≤0.7mm，内浇道模尺寸偏差，有箱造型为±0.3mm，其余部分为±0.7mm。

4.2 模板和模板框设计

由于在射砂过程中，需要一定温度，故模板上要设置管状加热元件。采用水平分型的单面快换模板。为了简化工艺，采用直接定位法即模板直接与砂箱定位。如下图所示,分别为上加热模板和下加热模板，定位采用双头螺钉。

4.3 金属型砂箱

由于铸件壁厚小于10mm，灰铸铁件金属型壁厚为20～25mm。

型腔表面至金属型边缘距离不小于20mm。

定位销孔至铸件边缘距离不小于10mm。

直浇道至铸件间距离10～25mm。

吃砂量的最小值为35mm。所设计砂箱尺寸为600×600×100mm。

上金属型

下金属型

4.4 金属型的准备

1、金属型的清理

2、金属型的预热

金属型在射砂前需先预热，预热温度为300℃，射砂完后还需进一步预热，其目的是：

1）避免金属液冷却速度太快，造成铸件产生气孔、缩松等缺陷。

2）防止铸件表面产生白口。

3）保护金属型，避免急冷、急热而引起金属型剧烈收缩膨胀，延长其寿命。

4）减少铸件包紧力，有利于脱型。

5）确保操作者安全。