制动盘铸造工艺设计

1．结合所学知识，查找相应资料，对所给零件或铸件原铸造工艺进行分析（工艺图设计，参数选取，砂芯设计，冒口设计，模板设计等）谈谈你的体会，及对教材、课堂教学的建议。

2．查资料，完成所指定锻件的生产过程，锻件图设计、相应的计算过程、下料、加热、锻造及热处理工艺进行分析。

3．结合汽车零件生产。阐述埋弧焊原理、工艺特点、质量保证措施。

1.结合所学知识，查找相应资料，对所给零件或铸件原铸造工艺进行分析（工艺图设计，参数选取，砂芯设计，冒口设计，模板设计等）。

1.1 制动盘铸造要求及现状

一、生产技术状况：制动盘种类繁多，特点是壁薄，盘片及中心处由砂芯形成。不同种类制动盘，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。单层盘片的制动盘结构比较简单。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，本设计不作详细介绍。

1.2 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。

2.1 设计任务要求

名称:制动盘

材料：HT220

类型：成批生产

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

2.3铁型覆砂工艺介绍

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。本设计覆膜砂厚度为5mm。

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。

树脂自硬砂用原砂的技术指标（%）

树脂自硬砂配比

再生砂的质量指标

2.0 2.0 5 1.0 0.2 0.2 0.1 6）砂芯如下图：

3.1 零件结构的铸造工艺性分析

制动盘产品图

(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。

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

图4铁型覆砂铸造铸造生产流程图

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。制动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，顺应了制动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