支架零件铸造工艺设计说明书

支架零件铸造工艺设计
一、零件的生产条件、结构及技术要求
1、生产性质：大批量生产
2、材料：HT200
3、零件加工方法：
零件上有多个孔，除中间的大孔需要铸造以外，其他孔在考虑加工余量后不宜铸造成型，采用机械方法加工，均不铸出。

造型方法：机器造型；造芯方法：机器制芯
4、主要技术要求：
满足HT200的机械性能要求，去毛刺及锐边，铸件表面不允取有缺陷。

二、零件图及立体图结构分析
1、零件图如下：
零件主视图零件俯视图
2、立体图如下：
三、工艺设计过程
1、铸造工艺设计方法及分析
（1）铸件壁厚
为了避免浇不到、冷隔等缺陷，铸件不应太薄。

铸件的最小允许壁厚与铸
造的流动性密切相关。

在普通砂型铸造的条件下，铸件最小允许壁厚见表1。

表1. 铸件最小允许壁厚
查得灰铁铸件在100~200mm的轮廓尺寸下，最小允许壁厚为5~6mm。

由零
件图可知，零件中不存在壁厚小于设计要求的结构，在设计过程中，也没有出现
壁厚小于最小壁厚要求的情况。

（2）造型、制芯方法
造型方法：该零件需批量生产，为中小型铸件，因此，采用湿型粘土砂机
器造型，模样采用金属模，采用技术先进的机器造型。

制芯方法：在造芯用料及方法选择中，如用粘土砂制作砂芯原料成本较低，
但是烘干后容易产生裂纹，容易变形。

在大批量生产的条件下，由于需要提高造
芯效率，且常要求砂芯具有高的尺寸精度，此工艺所需的砂芯采用热芯盒法生产
砂芯，以增加其强度及保证铸件质量。

选择使用射芯工艺生产砂芯。

采用热芯盒
制芯工艺热芯盒法制芯，是用液态固性树脂粘结剂和催化剂制成的一种芯砂，填
入加热到一定的芯盒内，贴近芯盒表面的砂芯受热，其粘结剂在很短的时间内硬化。

而且只要砂芯表层有数毫米的硬壳即可自芯取出，中心部分的砂芯利用余热
可自行硬化。

（3）砂箱中铸件数目的确定及排布
初步确定一箱中放几个铸件，作为进行浇冒口设计的依据。

一箱中的铸件
数目，应该是在保证铸件质量的前提下越多越好。

本铸件在一砂箱中高约130mm，长约200mm，宽约110mm，体积约99.7
cm^3,密度7.2g/cm^3,重约0.8Kg。

结合沙箱内框尺寸：上箱为960*610*250mm 下箱为960*610*250mm，初选为一箱四件，铸件在砂箱中排列均匀对称，这样金
属液作用于上砂型的抬芯力均匀，也有利于浇注系统安排，在结合已经确定分型面及浇注位置以及砂箱尺寸，铸件在砂箱中的放置方式初步设计为图所示方式。

由《铸造实用手册》查表得：a>20 e>30 f>30 ，其中模样的吃砂量基本确定为：a1=30 a2=40 e1=70 e2=70 f=35
沙箱中铸件排列图
2、铸造工艺参数的确定
（1）铸件尺寸公差和重量公差
在实际生产中，铸件的实际尺寸和重量与设计图纸所规定的尺寸和重量相比，总会有一些偏差，这种偏差愈小，铸件的精度也愈高。

但铸造过程中影响铸件精度的因素很多，如铸造收缩率等工艺参数的选择，分型面、浇冒口系统和砂芯的设计，造型和制芯的工艺操作以及工艺装备本身的精度等。

如果其中某个因素处理不当，就会降低铸件的精度。

所以也不应该不顾铸件的要求和具体生产条件，盲目提高对铸件的精度要求，否则会导致铸件成本的提高和使工艺复杂化，造成不必要的浪费。

二级精度灰铸铁铸件的尺寸偏差和重量偏差如下表所示。

二级精度灰铸铁件的尺寸偏差（JZ67-62）(毫米)
灰铸铁件重量偏差
（2）机械加工余量
机械加工余量是指在铸件加工表面上留下的、准备用机械加工方法切去的金属层的厚度，目的是获得精确的尺寸和光洁的表面，以符合设计的要求。

铸件加工余量的大小，要根据铸件的合金种类，生产方法，尺寸大小和复杂程度，以及加工面的要求和所处的浇注位置等因素来确定。

查表得，铸件的加工余量为：3mm。

（3）拔模斜度
为了在造型和制芯时便于起模而不致损坏砂型和砂芯，应该在模样或芯盒的出模方向带有一定的斜度。

由于零件本身有设计出相应的结构斜度时，所以无需在铸型工艺设计时给出拔模斜度。

（4）铸孔起模斜度
由下表可知，对于大批量生产的灰铁铸件来说，最小铸出孔的直径为12~15mm，在端盖零件上，最大的孔径为15mm，故该孔不铸出。

所以不需要考虑铸孔的拔模斜度。

铸件的最小铸出孔（毫米）
（5）铸铁的铸造收缩率
铸件在冷却和凝固过程中，体积一般都要收缩。

由于铸件的固态收缩(线收缩）使铸件各部分的尺寸小于模样原来的尺寸，为了使铸件冷却后的尺寸与铸件图示尺寸一致，则需要在模样或者芯盒上加上其收缩的尺寸。

增加的这部分尺
寸为铸件的收缩量，一般用铸造收缩率表示：
k=(L模样一L铸件)/L铸件X 100%
式中：L
模样—模样尺寸；L
铸件
—铸件尺寸。

铸造收缩率主要和铸造合金的种类及成分有关，同时还取决于铸件在收缩时受到阻碍的大小等因素。

由下表可知，本设计中选用中小型灰铸铁件受阻收缩，其收缩率为0.9%。

铸件收缩率
3、砂芯
（1）砂芯尺寸
根据铸件浇注位置、分型面以及内腔的形状，确定在此铸件中只需设计一个砂芯就可达到铸造工艺要求。

具体结构见图。

砂芯结构与尺寸
（1）芯头设计
选择垂直芯头，并设置压环以及集砂槽。

（2）芯头尺寸
根据实际设计量取计算砂芯高度：L=126mm，砂芯直径：44mm
芯头长度初步选取由《铸造工艺设计》查表1-31得：h=30～35mm 取h=30mm 出于考虑分型面的选取等因素综合芯头选用垂直芯头并且不能做出上芯头，只设计下芯头并且加大下芯头。

下芯头长度设计修正为：h=40mm
芯头间隙初步选取由《铸造工艺设计》查表1-31得：s=0.3mm
芯头斜度选取由《铸造工艺设计》查表1-32得：а≤7 取а=6
（3）压环、防压环和集砂槽芯头结构
在湿型大批量生产中，为了加速下芯、合芯及保证铸件质量，在芯头的模样上需做出压环、防压环和集砂槽。

压环、防压环和集砂槽尺寸由《铸造工艺设计》查表1-38得：e=2mm, f=3mm, r=2mm
压环与集砂槽尺寸
（4）芯骨设计
为了保证砂芯在制芯、搬运、配芯和浇注过程中不开裂、不变形、不被金属液冲击折断，生产中通常在砂芯中埋置芯骨，以提高其刚度和强度。

因为砂芯尺寸较小，而且采用树脂砂，故砂芯强度较好，砂芯内不用放置芯骨。

（5）砂芯的排气
砂芯在浇注过程中，其粘结剂及砂芯中的有机物要燃烧（氧化反应）放出气体，砂芯中的残余水分受热蒸发放出气体，如果这些气体排不出型外，则要引起铸件产生气孔。

而支座的砂芯采用热芯盒造芯，故不用有意设置排气道、排气孔等排气。

（6）砂芯负数
大型粘土砂芯在春砂过程中砂芯向四周涨开，刷涂料以及在烘干过程中发生的变形，使砂芯四周尺寸增大。

为了保证铸件尺寸准确，将芯盒的长、宽尺寸减
去一定量，这个被减去的量叫做砂芯负数。

因为砂芯负数只用于大型粘土砂芯，本设计中的砂芯为小型砂芯不设计砂芯负数。

4、浇注系统
浇注系统是砂型中引导液态合金流入型腔的通道。

生产中常常因浇注系统设计安排不合理，造成砂眼、夹砂、气孔、粘砂、缩孔、缩松、浇不足、变形、裂纹、偏析等缺陷。

浇注系统与获得优质铸件，提高生产效率和降低铸件成本的关系是密不可分的。

常用的浇注系统大多由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道等部分组成。

（1）分型面设计及浇注位置的选择
浇注位置选择原则：
浇注位置应有利于所确定的凝固顺序，而且要有利于铸件的补缩以及冒口的安放，铸件的重要部分应尽量置于下部，重要加工面应朝下或呈直立状态，应使铸件的大平面朝下，应保证铸件能充满，应使合型位置、浇注位置和铸件冷却位置相一致。

分型面选择原则：
应使铸件全部或大部置于同一半型内，应尽量减少分型面的的数目，分型面应尽量选用平面，分型面通常选在铸件的最大截面处，尽量不使砂箱过高。

确定方案：
方案一：如图1，将铸件大部分（重要部分）置于下部，且分型面为最大截面。

此方案容易保证浇注质量，能够实现顺序凝固，使其金相组织均匀，减少不必要的缺陷。

方案二：如图2，上下砂箱对称分布；但由于侧表面是非加工面，在分型面处会产生飞边，影响铸件表面精度。

综上，选择方案一。

图1 方案一图2 方案二
（2）浇道的设计
浇注系统截面的选择：如表所示。

浇注系统截面
浇注系统分为开放式，封闭式，半封闭式，封闭一开放式几种类型，由于铸件的材质为灰铁，要求浇注系统撇渣能力较强，铁水充型平稳，所以，选择半
封闭式浇注系统，F
横>F
直
>F
内
，F
内
为控流断面。

浇注开始时液态金属很快充满
浇注系统，铸件成品率高，撇渣能力较强，浇注初期也有一定的撇渣能力。

（3）浇注系统断面尺寸的设计
a、水力学近似计算公式：
计算浇注系统，主要是确定最小断面积(阻流断面)，然后按经验比例确定其他组元的断面积。

封闭式浇注系统的最小断面是内浇道，以伯努利方程为基础的水力学近似计算公式是：
F内=G/(μ×t×0. 31 √Hp) ( cm2)
式中：F
内
—内浇道总断面积(cm2)；G—流经内浇道的液态合金重量(Kg )；μ—流量总耗损系数；t—浇注时间(s)；Hp—平均静压力头(cm)。

b、液态合金重量：
灰铸铁的密度为7. 8kg/cm3，算出总铸件的质量为3.2kg，加上浇注系统中金属液的损耗，铸件G=3.2kg X (1+25% ) =4kg。

c、浇注时间t：
G=4kg，铸件壁厚在8-30mm，系数S取2. 2 。

t=S G=4.4s 。

d、流量系数μ：
a =0. 5(铸型阻力小)按表修正：有四个内浇道，阻力加大，μ值取0. 05，得μ= 0. 5-0. 05=0. 45。

确定平均压头Hp：近似于顶端注入，p=0，c=52.5mm。

由Hp=H0-p2/2c=Ho，Ho>H M= Ltanα，其中，L=300mm，铸件壁厚在8 ~30mm，压力角α＝9°~10°，取10°，得H0>55mm，由于下芯头尺寸较大，所以高度适当增加，取H0=250mm，H0为上砂箱高度。

得Hp=H M= 130mm。

F内=2.75/(0. 45 X 3.648X 0. 31 X √13) =0.5cm2。

设置四个内浇道，则每个内浇道截面积为0.5cm2。

查表得选择I型内浇道，取F
内
=0.5cm2。

则内浇道总截面积为1cm2。

截面尺寸：A=11mm，B=9mm，
C=5mm。

由封闭式系统各组元的断面比为：F 内： F 横：F直=1：2： 1. 2，
则F
横=2cm2，查表得选择甲-甲横浇道，取F
横
=1.92cm2。

截面尺寸：A=14mm，
B=10.5mm，C=16.5mm。

F直= 2.4cm2，圆形截面，查表可得，直浇道下部最小直径为19mm。

查表得，浇口杯尺寸：D1=56mm，D2=52mm，h=40mm。

各截面尺寸如图所示。

A、内浇道截面积
B、横浇道截面积
各组元截面尺寸
e、核算最小剩余压头H M
H M=上砂箱的高度，直浇道中心到铸件最高最远点距离L=200mm，若压力角α=10°，我们只需要H M大于26.4mm即可，这样进行浇铸，就能得到轮廓清晰的完整铸件。

考虑到浇注系统的高度，我们取上箱高度为250mm，即砂箱的尺寸为960x610x250mm。

(4)冒口的设计
常见的铸造缺陷如缩孔、缩松、裂纹等都与铸件的凝固和收缩有关，在铸件的厚实部位常设置冒口，并按顺序凝固原则使冒口最后凝固。

灰铸铁的结晶范围窄，更接近于层状凝固。

凝固时的膨胀和液态收缩趋于相互补偿。

故灰铸铁件补缩所需要的铁水的量少，铸型刚度要求较低，可利用浇注系统进行补缩不设置冒口，可不设置冒口。

四、模板图的设计
1、金属模样的材料
材料为HT150。

2、金属模样的结构
1)模样尺寸的确定
模样的尺寸=铸件尺寸X (1+K)；式中，K为铸件收缩率。

计算结果如模板装配图中所示尺寸。

对于芯头尺寸按原工艺图计算。

因模样壁厚为5mm，查表得模样非工作面圆角半径为3mm。

2)模样的壁厚
模样的壁厚按图所示曲线选择。

由于模样的平均轮廓尺寸小于200，故对于灰铁模样取壁厚为5mm。

金属模样壁厚
1.铝合金
2.铸铁
3.青铜
3)模样类型的选择
本次设计采用机器造型用金属单面模样。

4)模样技术要求
模样表面光洁度：模样工作表面为▽6，模样分型面为▽4，模样定位销孔为▽6~▽7。

模样装配凸耳采用外凸耳。

3、模底板的设计
根据铸件重量在<5kg时，查得模型的最小吃砂量a=20mm，h=30mm，c=40mm，d或e=30mm，f=30mm，g=200mm。

砂箱最大尺寸适合，且其内放四个模样，造型选用的砂箱尺寸960X 610X 250mm。

材料为铸铁。

查表得
b=18mm。

其配合的模底板尺寸：A0=A+2b=996mm，B0=B+2b=436mm。

模底板的材
料为铸铁，高度在80~150mm，取80mm，小于顶杆的起模行程。

模底板定位销孔中心距应根据所配用砂箱销套的中心距C来确定，用同一钻模钻出。

表9 (单位：mm )
砂箱尺寸（A+B）/2定位销直径M 铁
250-5002075
本设计中选用直径20mm的定位销。

M的值取75mm，则C=A+2M=960+2 X 75=1150mm。

模底板与砂箱之间常常用定位销和销套定位，此处只设计定位销。

在造型过程中为使砂箱不被卡死常将两个定位销分别做成圆形的和带有平面的，分别为定位销和导向销。

模底板上的定位销安放在销耳上，设在沿中心线长度方向的两端，样式如图所示。

定位销安放方式
定位销与导向销尺寸结构示意图
由模底板平均尺寸(A0+B0 ) /2 ≦960mm，查表得，d=18+0.035mm，h=20mm，e=40mm，A=60mm，D=25mm。

装配上的定位销和导向销材料选45号钢淬火，查标准尺寸得，d=20mm，d1=18mm，d2=13mm，d3=16mm，l1=18mm，l2=40mm，l3=20mm，K=12mm，l=50mm，S=12mm，D=23mm。

导向销前端倾斜角度为10°。

配套的螺母尺寸：d=M16，c=0.8mm，dM=22.5mm，e=26.75mm，m=14.8mm，s=24mm，尺寸结构见下图。

模板用螺栓固定在造型机工作台上，这时应设置紧固耳。

其位置要和造型机工作台上台面上的T型槽相对应。

因模底板平均轮廓尺寸(A0-+B0-)
/2<500mm，查得模底板铸铁固耳尺寸：h=20mm，h1=h+5mm，a=8mm，
A=30mm，L=50mm，L1=70mm，b=15mm，b1=25mm，R=10mm，如图所示。

紧固耳数为4。

紧固耳结构示意图
4、模样在底面上的装配
(1)模样在模底板上的放置形式
以简单方便节约成本考虑，采取平放式将模板平放在模底板上，模底板不必挖槽。

(2)模样在模底板上的定位
模样在模底板上常用定位销来定位，定位销采取的是圆柱销，定位销将模样装配在模底板上的形式见图纸所示。

定位销类型选择不淬硬钢圆柱销。

定位销不穿透模样装配在模底板，查得，R取((1.5~2) d，定位销中心到铸件上边缘距离A可取≥R，d可取0. 75t=3.75mm。

(3)模样在模底板上的紧固方式
为了模样和底板的定位和紧固，在现成凸缘或凸耳上设置定位销孔，紧固螺纹孔。

采用螺栓紧固时用的是下固定法。

螺栓的个数及分布见图纸。

单面模样在模底板上的紧固有2处用45号钢全螺纹六角螺栓。

螺栓尺寸为M8X25，如图。

模样的固定方式和定位方式
五、芯盒的设计
1、芯盒的类型和材质
采用热芯盒，芯盒材料为铝合金。

2、芯盒的结构设计
芯盒的壁厚由《铸造实用手册》查表1.5－11得：6～8mm，取7mm。