砂型铸造课程设计

1前言1.1铸造工艺设计的概念铸铁件广泛的应用在装备制造业，冶金，建筑，农机，给排水以及国防工业各部门，如在机械制造业中，铸铁件所占比重约为机械重量的40%至80% 。

生产的铸件是多种多样的，质量有大有小，厚度可以薄到2mm，也可以达到500mm，可以是各种形状。

那么什么是铸造呢？铸造工艺设计又是怎么设计的呢？现代科学技术的发展，要求金属铸件具有高的力学性能、尺寸精度和低的表面粗糙度值；要求具有某些特殊性能，如耐热、耐蚀、耐磨等，同时还要求生产周期短，成本低。

因此，铸件在生产之前，首先应进行铸造工艺设计，使铸件的整个工艺过程都能实现科学操作，才能有效地控制铸件的形成过程，达到优质高产的效果。

铸造工艺设计就是根据铸造零件的结构特点、技术要求、生产批量和生产条件等，确定铸造方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等技术文件的过程。

铸造工艺设计的有关文件，是生产准备、管理和铸件验收的依据，并用于直接指导生产操作。

铸件的生产过程，也就是从零件图开始，一直到铸件成品检验合格入库为止，要经过很多道工序。

例如涉及到合金熔炼、造型、制芯材料的配制，工艺装备的准备，铸型的制造、合箱、浇注、落砂和清理等多方面工作。

人们把一个铸件的生产过程称为铸造生产工艺过程。

对于一个铸件，编制出铸造生产过程的技术文件就是铸造工艺设计。

这些技术文件必须结合工厂的具体条件，是在总结先进经验的基础上，以图形、文字和表格的形式对铸件的工艺生产过程加以科学的规定[1]。

它是生产的直接指导性文件，也是技术准备和生产管理、制定进度计划的依据。

1.2设计依据在进行铸造工艺设计前，设计者应掌握生产任务和要求，熟悉工厂和车间的生产条件，这些是铸造工艺设计的基本依据。

此外，要求设计者有一定的生产经验和设计经验，并应对铸造先进技术有所了解，具有经济观点和发展观点。

1.2.1生产任务1）铸造零件图样。

提供的图样必须清晰无误，有完整的尺寸和各种标记。

设计者应仔细审查图样。

注意零件的结构是否符合铸造工艺性，若认为有必要修改图样时，需与原设计单位或订货单位共同研究，取得一致意见后以修改后的图样作为设计依据。

2）零件的技术要求。

金属材质牌号、金相组织、力学性能要求、铸件尺寸及重量公差及其他特殊性能要求，如是否经水压、气压试验、零件在机器上的工作条件等。

在铸造工艺设计时应注意满足这些要求。

3）产品数量及生产期限。

产品数量是指批量大小。

生产期限是指交货日期的长短。

对于批量大的产品，应尽可能采用先进技术。

对于应急的单件产品，则应考虑使工艺装备尽可能简单，以便缩短生产周期，并获得较大的经济效益。

1.2.2生产条件1）设备能力。

包括起重运输机的吨位和最大起重高度、熔炉的形式、吨位和生产率、造型和制芯机种类、机械化程度、烘干炉和热处理炉的能力、地坑尺寸、厂房高度和大门尺寸等。

2）车间原材料的应用情况和供应情况。

3）工人技术水平和生产经验。

4）模具等工艺装备制造车间的加工能力和生产经验。

1.2.3考虑经济性对各种原材料、炉料等的价格、每吨金属液的成本、各级工种工时费用、设备每小时费用等，都应有所了解，以便考核该项工艺的经济性。

1.3 铸造工艺及工装设计内容由于每个铸件的生产任务和要求不同，生产条件不同，因此，铸造工艺及工装设计的内容也不同。

一般情况下，铸造工艺设计包括以下几种技术文件：铸造工艺图，铸造工艺卡，铸型装配图，铸件图，模样图，芯盒图，砂箱图，模板图。

1.4铸造工艺及工装设计的过程（1）对零件图纸进行审查和进行铸造工艺性分析（2）选择铸造方法，确定铸造工艺方法（3）绘制铸造工艺图（4）绘制铸件图（5）绘制铸型装配图（6）绘制各种铸造工艺装配图纸各种工装图要以铸造工艺图为主要设计依据。

在大量生产中，一般都有试生产阶段。

在这个阶段中，我们可以用木模或是木芯盒进行反复调试和修改，直到符合要求，在此基础上，我们才可以得到我们需要的铸件。

2 铸造工艺方案的确定铸造工艺方案概括地说明了铸件生产的基本过程和方法。

它包括了造型和造芯的方法、铸型类型、浇注位置和分型面等的方案确定。

确定合理而先进的铸造工艺方案，对获得优质铸件，简化工艺过程，提高生产率，改善劳动条件，以及降低生产成本等起着决定性的作用。

2.1 零件结构的铸造工艺性生产铸件不仅需要采用先进的合理的铸造工艺和设备，而且还要使零件的结构本身符合铸造生产的要求。

每一种铸造合金的铸件，都有其合适的壁厚范围，如果选择适当，既能保证铸件的机械性能要求，又方便铸造生产。

参照【1】中表1-3铸件尺寸在200*200~500*500范围时灰铸铁最小允许壁厚为6~10mm，本设计铸件最小壁厚为6mm，平均壁厚为7 mm，符合设计要求。

参照【1】中表1-5，表1-6知本次设计铸件满足铸件壁的连接和圆角要求。

结合图纸，零件是变速箱盖，整体基本上对称，用砂型进行铸造，可以保证圆筒、肋、底座整体外轮廓相似成型。

综合分析知本铸件可以使用砂型铸造工艺进行铸造生产。

2.2 浇注位置和分型面的确定浇注位置是指浇注时，铸件所处的位置。

分型面是指两半个铸型相互接触的表面。

一般先从保证铸件的质量出发来确定浇注位置，然后从工艺操作方便出发确定分型面。

一些质量要求不高或者外形复杂，生产批量又不大，为了简化工艺操作，也可以优先考虑分型面。

2.2.1 铸件浇注位置的确定原则铸件浇注位置要符合铸件的凝固方式，保证铸型的充填，注意以下几个原则：1）一般情况下铸件浇注位置的上面比下面缺陷多，所以应将铸件的重要加工面或者主要受力使用面等要求较高的部位放在下面，若有困难则可放在侧面或斜面。

2）浇注位置的选择应有利于铸型的充填和型腔中气体的排除，所以，薄壁铸件应将大的平面放在下面或者侧立、倾斜，以防出现浇不足和冷隔等缺陷。

3）当铸件壁厚不均，需要补缩时，应从顺序凝固的原则出发，将厚大部分放在上面或者侧面，以便于安放冒口和冷铁。

对于收缩较小的灰铸铁件，当壁厚差别不大时，也可以将厚部分放在下面靠自身上部的铁水补缩而不用冒口。

4）确定浇注位置时应尽量减少砂芯的数量，同时有利于砂芯的定位、稳定、排气和检验方便。

因此，较大的砂芯应尽可能使芯头朝下，尽可能避免砂芯吊在上箱或仅靠芯撑来固定[5]。

可采用多个铸件共用一个砂芯。

根据以上的浇注位置的选择原则，本铸件的浇注位置选在铸件的侧面，如工艺图所表示的位置。

2.2.2 分型面的确定原则分型面确立的基本原则是：1）为了起模方便，分型面一般选在铸件的最大截面处，但是注意不要使模样在一箱内过高。

2）尽量将铸件的重要加工面或大部分加工面和加工基准面放在同一个砂箱内，而且尽可能放在下箱。

以保证铸件尺寸的精确，减少铸件的飞边毛刺。

3）为了简化操作过程，保证铸件尺寸精度应尽量减少分型面的数目，减少活块的数目。

4）为了便于生产，减少制造工艺装备的费用，分型面应尽量采用平直面。

5）分型面的选择应尽量减少砂芯的数目。

6）分型面的确定尽可能考虑到内浇口的引入位置，并使合箱后与浇注位置一致，以避免盒箱后再翻动铸型。

综合上述，在本次设计中，铸件是对称的结构，但是在对称的部分有加强筋如果以此来分型的话，不方便取模，故考虑到分型面选在最大截面处，将之间整体放在下箱。

如工艺图所示。

2.2.3 砂箱中铸件数目的确定当铸件的造型方法、浇注位置和分型面确定后，应当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。

本铸件高约137mm,长约212mm，宽约201mm，重约4.5Kg。

铸件的最小吃砂量a=30mm，b=50mm，c=60mm。

这里选用一箱一件，根据本铸件分型面的确定，我们可以先确定下箱的尺寸。

通过查表可以知道模型的最小吃砂量，根据最小吃砂量，可以先确定下箱的尺寸。

由表格我们可以查出最小的吃砂量，在根据表格我们可以选择标准的砂箱。

我们可以选用顶箱起模的震实式造型机Z146,砂箱最大内尺寸（长×宽×高）为350mm×300mm×200mm。

根据本铸件的大概尺寸，在本次设计中采用一箱一件。

因为铸件整个都埋在下箱，所以上砂箱的高度我们还要考虑到浇注系统才可以确定。

2.3 工艺参数的选择铸件的工艺设计，除了根据铸件的特点和具体的生产条件正确地选择铸造方法和确定铸造工艺方案以外，还应该正确地选择合适的工艺参数。

例如：由于铸件浇注后要收缩，因此在做模样和芯盒时必须在尺寸上放出收缩率；铸件有的表面需要机械加工，在模样和芯盒上要考虑铸件的机械加工余量；为了便于起模和取芯，模样和芯盒上应有拔模斜度；以及最小铸出孔的尺寸等。

这些在进行铸造工艺设计时需要确定的工艺数据叫铸造工艺参数。

2.3.1 铸造收缩率的确定铸件在冷却和凝固过程中，体积一般都要收缩。

金属在液态和凝固过程中的收缩量以体积的改变量表示，称为体收缩。

在固态下的收缩量常用长度表示，称为线收缩。

由于铸件的固态收缩（线收缩）将使铸件各部分的尺寸小于模样原来的尺寸，因此，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，可以用下式列出：铸造收缩率k=（L模样—L铸件）/L铸件×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。

在决定铸件的收缩率时，应该充分考虑到各种因素的影响，力求比较正确的确定铸造收缩率的大小。

通过查得，在本次设计中材料为灰铸铁，其采用的铸造收缩率选为1％。

2.3.2 机械加工余量的确定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。

铸件加工面在浇注时的位置，一般上面比下面和侧面的加工余量要大些，铸面内表面则要比铸件外表面的加工余量大些。

该零件采用的材料是灰铸铁，选用时应考虑各厂的实际生产情况，对于机械化的大量生产，其加工余量可比表中数值小些，对于批量生产的重型机械铸件，则加工余量应比表中的数值大些，经分析综合选用以下数值作为本设计的的机械加工余量。

表4-1 机械加工余量（mm）由上表我们可以确定加工余量，本铸件的最大尺寸为212 mm，由公称尺寸可以知道铸件的机械加工余量：顶面7.0 mm，侧面4.0 mm，底面3.0 mm 。

2.3.3 拔模斜度的确定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。

如果零件本身没有设计出相应的结构斜度时，就要在铸型工艺设计时给出拔模斜度。