ZG45齿轮铸造工艺设计-课程设计
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采用手工造型中的砂箱造型，采用两箱造型。 齿轮轮毂的通孔中间是需要铸造出来的，因此必须制作一个芯子。对于一箱一件的 铸造工艺来说，我们可以采取手工制芯中的芯盒制芯方法。该方法的主要特点是，用芯 盒内表面形成的砂芯的形状，砂芯尺寸精确，可制造小而复杂的砂芯。
2.3 工艺参数设计
2.3.1 铸件尺寸公差
ZG45 齿轮铸造工艺设计（论文）
摘要
为了获得 ZG45 齿轮铸造的合理铸造工艺设计方案，初步设计了 ZGc45 齿轮的铸造 工艺方案，通过 PROCAST 进行模拟仿真，根据模拟结果，对其进行分析，铸造工艺方 案的合理性。结果表明：45 齿轮轮的浇注系统采用底注式；浇口比为∑S 内：∑S 横：∑S 直=1.0：0.8：1.2；冒口为标准腰形暗冒口，个数为 6 个，尺寸为 a=70mm，b=140mm， h=105mm。这样的铸造工艺设计方案对于 45 大齿轮轮来说是合理的。
由于上述问题，水玻璃砂应用受阻，特别是 20 世纪 70 年代呋喃树脂砂的开发成功， 使 CO2 硬化水玻璃砂收到了冲击而迅速萎缩。但是，树脂的价格高，也存在环保问题， 又迫使人们重新对水玻璃基本组成的深入研究，发现新制备的水玻璃是一种真溶液，在 它存放过程中，硅酸分子产生缩聚反应而形成大分子结构，导致水玻璃粘接性能下降， 即被称之为“老化”现象。若对已老化水玻璃给予能量，消除其老化现象，那么它的粘接 强度可提高 20%~30%。同时，采用液体有机酯取代 CO2 气体，又可使水玻璃砂的强度 提高 30%以上。由于上述二项有效措施的应用，使其水玻璃加入质量分数可降低到 3.5% 以下，明显改善了它的溃散性，使其旧砂再生回用成为可能[2]。
对齿轮工作条件的分析，根据其性能特点制定正火、调质、高频退火、低温回火热 处理工艺。
关键词 铸造工艺设计，齿轮，PLeabharlann BaiduOCAST，热处理
目录
摘要......................................................................................................................................I 目录.................................................................................................................................... II 1 铸件铸造性能与结构特点.............................................................................................1 2 铸造工艺设计.................................................................................................................2
2.3.2 铸件重量公差
铸件采用的是砂型手工造型，且为铸钢件，该铸件重量为 92kg。经查资料[2]可得， 铸件重量公差数值为 14%。
3
2.3.3 机械加工余量
齿轮的材质为 ZG45，要求的机械加工余量等级为 H，最大轮廓尺寸为 580mm，机 械加工余量为 10mm。
2.3.4 铸件线收缩率
齿轮结构复杂，其各部分冷却速度不同，互相制约，使铸件不能自由收缩，铸件线 收缩率较小。因此选定其线收缩率为 2.0%。
2.2 铸造方法的选择
图 1 齿轮结构简图
采用砂型铸造方法来进行，选用水玻璃砂来造型和制芯。水玻璃砂有以下特点：水 玻璃的原材料资源丰富、价格便宜；水玻璃砂在混制、造型、浇注和落砂过程中不析出 有毒气体，也无黑色污染，是一种较好的清洁造型、制芯的型砂粘接剂；型砂不含氮、 硫、磷，在高温下呈现一定的塑形，比较适用于浇注铸钢件和大型铸铁件。目前在我国 铸造生产中得到应用的水玻璃砂工艺按其硬化方法可普遍分为如下四种：干燥法、CO2 法、酯硬化法和 VRH-CO2 法。
2.3.1 铸件尺寸公差............................................................................................. 3 2.3.2 铸件重量公差............................................................................................. 3 2.3.3 机械加工余量............................................................................................. 4 2.3.4 铸件线收缩率............................................................................................. 4 2.3.5 起模斜度.................................................................................................... 4 2.4 砂芯设计................................................................................................................4 2.5 浇注系统设计.........................................................................................................4 2.5.1 计算静压头尺寸.......................................................................................... 4 2.5.2 浇注系统尺寸设计...................................................................................... 4 2.6 冒口设计................................................................................................................4 2.7 铸造工艺图............................................................................................................ 5 3 铸件充型及冷却过程模拟.............................................................................................6 3.1 铸件的充型模拟及其分析....................................................................................... 6 3.2 铸件冷却的模拟及其分析....................................................................................... 8 4 热处理工艺设计........................................................................................................... 12 5 结论............................................................................................................................... 13 参考文献........................................................................................................................... 14
1 铸件铸造性能与结构特点
45 铸钢齿轮在铸造过程中容 易产生裂纹，因为： 齿轮壁厚差异大，齿轮幅 25mm，轮毅 150mm，轮缘 100mm，由于凝固收缩不均 衡极易产生铸造热裂纹。45 铸钢收缩大，因此热应力也大。如果铸造工艺、热处理工艺 处理不当极易产生裂纹(冷裂纹)。齿轮类铸件要求组织致密，应保证齿轮在加工过程中 无铸造缺陷。该齿轮重点是轮毂和轮缘较厚、较高，工艺设计必须充分考虑补缩，同时 控制铸件凝固过程中的顺序，创造有利的补缩条件，提高铸件补缩的致密度[1]。
2.3.5 起模斜度
采用增加铸件壁厚法来设计起模斜度齿轮轮是采用木模样自硬砂造型，经资料[2]可 得，模样外表面的起模斜度α=0°40′，a=2.0mm。
2.4 砂芯设计
齿轮轮毂中间孔是需要铸造出来的，因此必须安放一个砂芯。为了不影响冒口的摆 放位置，所设计的砂芯在靠近冒口的端面与铸件齐平。砂芯高为 150mm,芯头斜度为 45°。
2.1 铸件结构铸造工艺性分析....................................................................................... 2 2.2 铸造方法的选择..................................................................................................... 2 2.3 工艺参数设计.........................................................................................................3
由于该铸件的材质是 ZG45，并且尺寸精度要求比较高，再考虑到该铸件是用砂型 铸造手工造型，所选用的造型材料为化学粘接剂砂。经查资料[2]可得，铸件尺寸公差等 级为 CT12，铸件尺寸公差数值为 10mm。但考虑到铸件的实际要求，选取铸件尺寸公 差数值为 1mm。由于该铸件的材质是 ZG45，并且尺寸精度要求比较高，再考虑到该铸 件是用砂型铸造手工造型，所选用的造型材料为化学粘接剂砂。经查资料[2]可得，铸件 尺寸公差等级为 CT12，铸件尺寸公差数值为 9mm。但考虑到铸件的实际要求，选取铸 件尺寸公差数值为 1mm。
但 CO2 法主要有以下几点缺点：
2
（1）CO2 硬化水玻璃砂强度低，导致水玻璃加入质量分数高达 8.0%以上，浇注后 型、芯砂溃散性很差，铸件清砂极端困难。
（2）CO2 硬化时水玻璃砂易于过吹，而且硬化的水玻璃砂在存放过程中容易吸湿， 表面形成白霜和粉化，表面安定性明显下降。
（3）水玻璃砂旧砂再生非常困难，我国基本上不回用，增加了新砂用量，也造成 了环境污染。
1
2 铸造工艺设计
2.1 铸件结构铸造工艺性分析
技术要求：①该钢件在铸造后加工，表面不得有夹渣、裂纹等铸造缺陷。②粗车调 质 HB220－255。③128HD 双键槽对φ中心不得＞0.04/150。④未注明铸造圆角均为 R5~10mm。为了保证吃轮的高质量所以齿轮的齿和轮毂上的键槽不铸出，后期加工出来， 其结构如下图：
2.3 工艺参数设计
2.3.1 铸件尺寸公差
ZG45 齿轮铸造工艺设计（论文）
摘要
为了获得 ZG45 齿轮铸造的合理铸造工艺设计方案，初步设计了 ZGc45 齿轮的铸造 工艺方案，通过 PROCAST 进行模拟仿真，根据模拟结果，对其进行分析，铸造工艺方 案的合理性。结果表明：45 齿轮轮的浇注系统采用底注式；浇口比为∑S 内：∑S 横：∑S 直=1.0：0.8：1.2；冒口为标准腰形暗冒口，个数为 6 个，尺寸为 a=70mm，b=140mm， h=105mm。这样的铸造工艺设计方案对于 45 大齿轮轮来说是合理的。
由于上述问题，水玻璃砂应用受阻，特别是 20 世纪 70 年代呋喃树脂砂的开发成功， 使 CO2 硬化水玻璃砂收到了冲击而迅速萎缩。但是，树脂的价格高，也存在环保问题， 又迫使人们重新对水玻璃基本组成的深入研究，发现新制备的水玻璃是一种真溶液，在 它存放过程中，硅酸分子产生缩聚反应而形成大分子结构，导致水玻璃粘接性能下降， 即被称之为“老化”现象。若对已老化水玻璃给予能量，消除其老化现象，那么它的粘接 强度可提高 20%~30%。同时，采用液体有机酯取代 CO2 气体，又可使水玻璃砂的强度 提高 30%以上。由于上述二项有效措施的应用，使其水玻璃加入质量分数可降低到 3.5% 以下，明显改善了它的溃散性，使其旧砂再生回用成为可能[2]。
对齿轮工作条件的分析，根据其性能特点制定正火、调质、高频退火、低温回火热 处理工艺。
关键词 铸造工艺设计，齿轮，PLeabharlann BaiduOCAST，热处理
目录
摘要......................................................................................................................................I 目录.................................................................................................................................... II 1 铸件铸造性能与结构特点.............................................................................................1 2 铸造工艺设计.................................................................................................................2
2.3.2 铸件重量公差
铸件采用的是砂型手工造型，且为铸钢件，该铸件重量为 92kg。经查资料[2]可得， 铸件重量公差数值为 14%。
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2.3.3 机械加工余量
齿轮的材质为 ZG45，要求的机械加工余量等级为 H，最大轮廓尺寸为 580mm，机 械加工余量为 10mm。
2.3.4 铸件线收缩率
齿轮结构复杂，其各部分冷却速度不同，互相制约，使铸件不能自由收缩，铸件线 收缩率较小。因此选定其线收缩率为 2.0%。
2.2 铸造方法的选择
图 1 齿轮结构简图
采用砂型铸造方法来进行，选用水玻璃砂来造型和制芯。水玻璃砂有以下特点：水 玻璃的原材料资源丰富、价格便宜；水玻璃砂在混制、造型、浇注和落砂过程中不析出 有毒气体，也无黑色污染，是一种较好的清洁造型、制芯的型砂粘接剂；型砂不含氮、 硫、磷，在高温下呈现一定的塑形，比较适用于浇注铸钢件和大型铸铁件。目前在我国 铸造生产中得到应用的水玻璃砂工艺按其硬化方法可普遍分为如下四种：干燥法、CO2 法、酯硬化法和 VRH-CO2 法。
2.3.1 铸件尺寸公差............................................................................................. 3 2.3.2 铸件重量公差............................................................................................. 3 2.3.3 机械加工余量............................................................................................. 4 2.3.4 铸件线收缩率............................................................................................. 4 2.3.5 起模斜度.................................................................................................... 4 2.4 砂芯设计................................................................................................................4 2.5 浇注系统设计.........................................................................................................4 2.5.1 计算静压头尺寸.......................................................................................... 4 2.5.2 浇注系统尺寸设计...................................................................................... 4 2.6 冒口设计................................................................................................................4 2.7 铸造工艺图............................................................................................................ 5 3 铸件充型及冷却过程模拟.............................................................................................6 3.1 铸件的充型模拟及其分析....................................................................................... 6 3.2 铸件冷却的模拟及其分析....................................................................................... 8 4 热处理工艺设计........................................................................................................... 12 5 结论............................................................................................................................... 13 参考文献........................................................................................................................... 14
1 铸件铸造性能与结构特点
45 铸钢齿轮在铸造过程中容 易产生裂纹，因为： 齿轮壁厚差异大，齿轮幅 25mm，轮毅 150mm，轮缘 100mm，由于凝固收缩不均 衡极易产生铸造热裂纹。45 铸钢收缩大，因此热应力也大。如果铸造工艺、热处理工艺 处理不当极易产生裂纹(冷裂纹)。齿轮类铸件要求组织致密，应保证齿轮在加工过程中 无铸造缺陷。该齿轮重点是轮毂和轮缘较厚、较高，工艺设计必须充分考虑补缩，同时 控制铸件凝固过程中的顺序，创造有利的补缩条件，提高铸件补缩的致密度[1]。
2.3.5 起模斜度
采用增加铸件壁厚法来设计起模斜度齿轮轮是采用木模样自硬砂造型，经资料[2]可 得，模样外表面的起模斜度α=0°40′，a=2.0mm。
2.4 砂芯设计
齿轮轮毂中间孔是需要铸造出来的，因此必须安放一个砂芯。为了不影响冒口的摆 放位置，所设计的砂芯在靠近冒口的端面与铸件齐平。砂芯高为 150mm,芯头斜度为 45°。
2.1 铸件结构铸造工艺性分析....................................................................................... 2 2.2 铸造方法的选择..................................................................................................... 2 2.3 工艺参数设计.........................................................................................................3
由于该铸件的材质是 ZG45，并且尺寸精度要求比较高，再考虑到该铸件是用砂型 铸造手工造型，所选用的造型材料为化学粘接剂砂。经查资料[2]可得，铸件尺寸公差等 级为 CT12，铸件尺寸公差数值为 10mm。但考虑到铸件的实际要求，选取铸件尺寸公 差数值为 1mm。由于该铸件的材质是 ZG45，并且尺寸精度要求比较高，再考虑到该铸 件是用砂型铸造手工造型，所选用的造型材料为化学粘接剂砂。经查资料[2]可得，铸件 尺寸公差等级为 CT12，铸件尺寸公差数值为 9mm。但考虑到铸件的实际要求，选取铸 件尺寸公差数值为 1mm。
但 CO2 法主要有以下几点缺点：
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（1）CO2 硬化水玻璃砂强度低，导致水玻璃加入质量分数高达 8.0%以上，浇注后 型、芯砂溃散性很差，铸件清砂极端困难。
（2）CO2 硬化时水玻璃砂易于过吹，而且硬化的水玻璃砂在存放过程中容易吸湿， 表面形成白霜和粉化，表面安定性明显下降。
（3）水玻璃砂旧砂再生非常困难，我国基本上不回用，增加了新砂用量，也造成 了环境污染。
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2 铸造工艺设计
2.1 铸件结构铸造工艺性分析
技术要求：①该钢件在铸造后加工，表面不得有夹渣、裂纹等铸造缺陷。②粗车调 质 HB220－255。③128HD 双键槽对φ中心不得＞0.04/150。④未注明铸造圆角均为 R5~10mm。为了保证吃轮的高质量所以齿轮的齿和轮毂上的键槽不铸出，后期加工出来， 其结构如下图：