大学生铸造工艺设计大赛作品c推进器

“永冠杯”第六届中国大学生铸造工艺设计大赛

参赛作品

铸件名称：C–推进器

自编代码：ACGWLY

方案编号：

目录

摘要 (2)

1 零件的工艺性分析 (2)

2 铸造工艺方案确定 (4)

2.1铸型种类与造型及制芯方法的选择 (4)

2.1.1铸型种类及造型方法的选择 (4)

2.1.2制芯方法的选择 (4)

2.2分型面及浇注位置的确定 (4)

2.3铸造工艺参数 (5)

2.3.1铸件最小铸出壁厚 (5)

2.3.2铸件最小铸出孔 (5)

2.3.3铸件尺寸公差及加工余量 (5)

2.3.4铸件收缩率 (5)

2.3.5起模斜度与分型负数 (6)

2.4砂箱尺寸 (6)

3 砂芯的设计 (7)

4 浇注系统设计 (8)

4.1直浇道的确定 (9)

4.2集渣包的设计 (9)

4.3内浇道的确定 (10)

5 冒口设计 (11)

6 铸造过程数值模拟 (12)

6.1网格划分结果............................................... (12)

6.2 Procast数值模拟............................................... (13)

7结论 (15)

参考文献 (16)

摘要

铸件C-推进器材质为铝合金，铸件质量约1460kg，为大型铸铁件。铸件外形尺寸为1100mm×860mm×450mm，主要壁厚为200mm，最小壁厚35mm。铸件采用手工砂型造型，设计中首先对铸件进行了工艺性改造，从而在不影响零件主要结构及使用的情况下，既有利于提高铸件整体强度，又较大程度的简化了工艺设计难度。采用中间偏底部浇注系统。分型面选在铸件最大断面处且接近主要加工面，浇注位置选在铸件分型面侧面。由于铸件厚大、结构相对简单，直浇道下方接集渣包再转接内浇口。砂芯下方采用合并式芯头，砂芯中部采用组合型结构，通过垂直芯头进行定位及固定。铸件沿长度方向一边浇注、另一边采用边冒口补缩，以防止在凝固阶段形成缩孔。铸件工艺出品率约为70%。设计过程采用三维造型软件Pro/E绘制出零件的三维图，然后在Procast软件中完成网格划分并模拟浇注和凝固过程，观察模拟结果，验证工艺方案的合理性。通过对结果的分析模拟，最终铸造工艺可获得质量良好的铸件，避免了缩孔、缩松等缺陷，符合零件的使用要求。

1. 零件铸造工艺性分析

本铸件是一个厚度较大的大型铸铁件，材料为普通铸铁,铸件质量约为1460kg。铸件外形尺寸为1100mm×860mm×450mm，主要壁厚200mm，最小壁厚35mm。铸件主体为厚大的平板，机座支撑部分壁腔深且内有相互连通的盲孔。铸件的三维造型如图1-1所示。

一个关键的问题是：按照所提供的零件图，四个外围支撑体与中心支撑体之间连接为一段中空的圆管，给铸造工艺设计及铸造生产过程带来极大的困难，因此需对铸件进行工艺性改造。解决办法是在连接管与底板间补充一个加强筋板，这样不仅强化了支撑体之间的连接，同时也极大地降低了铸造工艺设计的难度。工艺改造后的零件与原零件对比图如图1-2所示。

图1-1 机座零件三维图

图1-2 工艺改造后的零件与原零件对比图

图1-3 机座零件图及铸件图对比

铸件主要加工面上有大量螺纹孔，为了便于机械加工、减少砂芯数量，故将直径小于Ø40的圆孔不予铸出[1]。

另外，铸件四角分布四个孔，若安放砂芯必然对铸件自由收缩及冷却过程形成较大的影响，进而影响铸件内在质量，而机械加工非常方便，况且该孔及所在平面也都是机械加工表面，具有较高的机械精度要求，工艺设计中也未铸出。

该铸铁件尺寸比较大，铸件主体部分壁厚较大，且包含主要加工面，浇注时很容易产生缩孔、缩松等缺陷。为了保证铸件质量，充分利用铸铁件石墨化膨胀的自补缩作

用，保证铸件的尺寸精度和表面质量，造型材料及方法宜选择使铸型强度较高的方案：如普通砂型铸造，最好采用机器造型；手工造型最好采用呋喃树脂砂造型；砂芯可采用树脂砂制芯。

根据铸件主要加工面和大平面朝下的原则，工艺设计时，厚大的平板部分位于砂箱的底部，这样可以保证铸件主要加工面附近的内在质量。

2. 铸造工艺方案的确定

在考虑了铸造合金的种类、零件的结构及技术要求等因素后，设计了多种工艺方案。经过Pro/E造型，将三维模型导入Procast，进行网格化分及数值模拟后，确定出最优的铸造工艺方案。应用Procast进行模拟分析的流程如下图所示：

图1-4 铸造工艺设计及Procast模拟流程

2.1铸型种类与造型及制芯方法的选择

2.1.1铸型种类及造型方法选择

针对这种大型铸铁件，为充分利用铸铁件石墨化膨胀时的自补缩作用，若采用砂型铸造，最好机器造型保证铸型强度；也可选用强度较高的树脂砂型或水玻璃砂型、干型等[2]。

本设计采用树脂砂手工造型，用呋喃树脂做型砂粘结剂。

2.1.2制芯方法的选择

采用树脂砂制芯，浸刷特制易清理涂料并烘干。

2.2分型面及浇注位置的确定

铸件分型面及浇注位置的选择是铸造工艺设计中的重要环节，关系到铸件的内在、外在质量及铸件的尺寸精度等。

根据重要加工表面朝下的原则，分型面及浇注位置设置如图2-1所示，铸件凸起部分壁较薄易于冷却，便于实现顺序凝固，同时这样利于安放砂芯。浇注系统采用封闭式（以防止气体吸入），不设横浇道，铁水通过集渣包后由内浇口从铸件中间偏下部位集中引入铸件，通过集渣包的缓冲作用，使铸件缓慢、平稳充型，并将浇口以60°夹角注入型腔，从而保证金属液平稳充型，并顺时针形成旋流，避免金属液对砂芯的直接冲击，便于熔渣上浮至冒口。浇口杯与直浇道接口处设置过滤网，既能挡渣，又可以起到缓流的作用。

分型面的选择，在很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率。本铸件的分型面可以有三种选择，如图2-1所示：