铸造工艺大赛作品

“永冠杯”第五届中国大学生铸造工艺设计大赛

参赛作品

铸件名称：A件——横梁

自编代码：AA0000W1

方案编号：［单击此处键入方案编号］

铸造具有十分悠久的发展历史，是现代装备制造业的基础共性技术之一，在现今制造技术中占有重要地位。在改革开放后的30多年，我国的铸造技术有了很大的发展，突出地表现在三个方面：造型、制芯机械化、自动化程度明显提高，取代干型粘土砂和油砂的化学硬化砂的广泛应用；伴随着计算机技术的应用，铸造工艺由凭经验走向科学化。这些对于提高生产效率，降低劳动强度，改善铸件的内在质量和外观质量，节省原材料和能源，起了重大作用。本设计在对A—横梁的铸造工艺设计过程中，便紧随铸造工艺的发展趋势，采用树脂自硬砂造型，摒弃手工制图等传统方法，熟练运用CATIA V5、AutoCAD、Hypermesh、ProCAST等软件进行铸造工艺的设计与改善。

本设计对A—横梁采用呋喃树脂砂型铸造，一方面是因为“树脂自硬砂”具有很好的“流动性”，能够获得“紧实度”均匀的铸型；另一方面，“树脂”硬化得到的铸型强度很高，从而能够获得高质量的铸型，为充分利用球墨铸铁的体积膨胀进行自补缩创造了条件。用CATIA V5创建模型，通过对铸件结构、形状和尺寸的详细分析设计了铸造生产时的“浇注位置”、“分型面”，设计了砂芯的形状和数量等铸造工艺方案内容以及铸造生产所涉及到的“加工余量”、“拔模斜度”、“铸造收缩率”等工艺参数，采用大孔出流方法设计了浇注系统的类型、内浇口的开设位置及浇注系统各组元的界面形状和尺寸；利用“均衡凝固的原理”设计了铸件生产过程中的补缩系统，采用“压边冒口”可以有效地发挥球墨铸铁凝固过程中由于石墨的膨胀而减少冒口尺寸的设计原理。最后应用Hypermesh软件剖分网格，采用ProCAST软件对铸件进行充型及凝固过程数值模拟，根据模拟结果的分析，提出增加冒口压边距离、增设保温套和冷铁等优化方案并成功消除了铸件的缩孔、缩松缺陷，最终获得了质量均匀的铸件。

关键词：球墨铸铁呋喃树脂砂数值模拟

摘要 (2)

1零件特点和生产方式 (5)

1.1零件结构分析 (5)

1.2铸件生产方式 (6)

1.3造型、造芯材料的选择 (6)

2零件的铸造工艺性分析 (7)

2.1铸件的合理壁厚 (7)

2.2铸肋的合理分析 (8)

2.3铸件壁的过渡和连接 (8)

3铸造工艺方案的设计 (9)

3.1浇注位置的确定 (9)

3.2分型面的确定 (10)

3.3砂芯设计 (11)

3.3.1砂芯方案的选择 (11)

3.3.2砂芯形状 (12)

3.3.3芯头结构尺寸 (14)

3.3.4芯骨设计 (16)

3.3.5砂芯的排气 (18)

3.4铸造工艺参数的设计 (19)

3.4.1起模斜度 (19)

3.4.2铸件尺寸公差和铸件重量公差 (19)

3.4.3加工余量 (20)

3.4.4铸造收缩率 (21)

3.4.5最小铸出孔和槽 (22)

3.4.6其它工艺参数 (23)

4浇注系统设计 (24)

4.1浇注系统类型的选择 (24)

4.2浇注系统尺寸的确定 (25)

4.2.1浇筑时间 (25)

4.2.2平均静压头 (26)

4.2.3各浇道横截面尺寸 (26)

4.2.4浇注系统设计校核 (28)

4.2.5浇口杯的设计 (29)

4.3浇注系统的结构 (30)

5补缩系统设计 (31)

5.1冒口的类型和位置 (31)

5.2压边冒口1、2的尺寸计算 (32)

5.3压边浇冒口3、4的尺寸计算 (32)

5.3.1铸件模数的计算 (32)

5.3.2冒口的模数计算 (33)

5.3.3冒口的尺寸计算 (33)

6金属液充型及凝固过程数值模拟及铸造工艺的优化 (35)

6.1数值模拟前处理 (35)

6.1.1网格剖分 (35)

6.1.2虚拟铸型的运用 (35)

6.1.3界面条件的设定 (36)

6.1.4初始条件的设定 (36)

6.2数值模拟结果分析 (37)

6.2.1金属液充型过程分析 (37)

6.2.2金属液凝固过程温度场分析 (38)

6.2.3金属液凝固过程固相率分析 (39)

6.2.4铸件的缩孔分析 (40)

6.3铸造工艺的优化 (41)

6.3.1保温套的设计 (41)

6.3.2冷铁的设计 (42)

6.3.2.1冷铁的选择原则 (42)

6.3.2.2冷铁的设计计算 (42)

6.3.2.3模拟结果分析 (44)

7铸造工艺装备 (46)

7.1模样 (46)

7.2砂箱 (46)

7.2.1砂箱类型的选择 (46)

7.2.2砂箱结构 (46)

7.2.3砂箱定位 (48)

7.2.4砂箱的翻转和吊运 (49)

7.3芯盒 (51)

8.合箱图 (52)

9工艺卡 (53)

参考文献 (55)

1零件特点和生产方式

1.1零件结构分析

1.零件名称：横梁

2.材质：ASTM A53665-45-12（相当于国内QT450-12），抗拉强度≧448MPa(65000psi),屈服强度≧310MPa(45000psi),50mm标距延伸率12%【2】。

3.技术要求：

a)树脂砂造型，铸件应平整光滑无夹砂、缩孔和缩松等有害缺陷，并

应符合供图方所提供的图纸或铸模的尺寸。

b)在需要机械加工的部位，铸件不应有激冷拐角或反白口【2】。以防止

铸件发生裂纹或钻孔困难。

c)若另有要求，铸件应满足有关硬度、耐压性能和表面粗糙度等特殊

要求。

4.零件的形状：根据供图方提供图纸，参考在实际生产中应用零件的形状，做出零件图如图1.1所示。

图1.1零件结构三维实体图

5、零件特点：整体结构相对对称，内部为较复杂的空腔，

零件厚大部位尺寸很大。长1773mm，宽1699.26mm，高630mm，

重量7000kg；最厚大部位为630mm，最小壁101.5mm，最大

孔径Φ650mm，最小孔径Φ140mm。

6、零件用途：该横梁属于F440密炼机的组成零件，F440

密炼机的组成及形状如图1.2所示。密炼机工作时，由密炼

机转子的密封装置和一对横梁相对组成密炼机的密炼室，两

转子在密炼室内相对回转，依靠转子的挤压、剪切以及摩擦

作用，完成对加入的橡胶物料的塑炼和混炼。其中，横梁主

要起到支撑转子、组成密闭空间以及提供部分摩擦力的作用。

图1.2F440密炼机

摘自