支撑台铸造工艺设计

目录
1绪论 (2)
2 材料的确定 (3)
3 结构工艺分析 (4)
4 工艺方案的设计 (5)
4.1铸型种类及造型方法的确定 (5)
4.2分型面的选择 (5)
4.3铸件浇注位置的确定 (6)
5 铸件工艺参数的确定 (8)
5.1加工余量 (8)
5.2起模斜度及圆角确定 (10)
5.3铸出孔 (10)
5.4型芯及型芯头选择 (10)
6 浇注系统的设置 (11)
6.1浇注系统作用与结构分析 (11)
6.2浇口杯和直浇道 (11)
6.3横浇道和内浇道 (11)
6.4各组元截面尺寸确定 (11)
6.5冒口及尺寸确定 (13)
7 铸件工艺图和铸件图 (14)
附录 (15)
总结 (16)
参考文献 (17)
1 绪论
铸造工艺是应用铸造有关理论和系统知识生产铸件的技术和方法。

包括铸件工艺，浇注系统，补缩系统，出气孔，激冷系统，特种铸造工艺等内容。

就是将液态合金注入到与零件尺寸、形状相适应的铸型空腔内使之冷却、凝固，制备铸件的工艺方法。

现代科学技术的发展，要求铸件具有高的力学性能、尺寸精度和低的表面粗糙值；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。

合理的铸件结构是获得优质铸件的前提，是简化铸造工艺，提高生产率，降低生产成本的根本方法。

需铸造的零件结构不仅满足工作性能和力学性能的要求，同时还应满足铸造工艺、方法及合金铸造性能的基本要求，这样才能达到优质、高产、低耗的效果。

铸造工艺设计中最重要的环节就是工艺方案，其主要包括零件结构分析和铸造工艺方案分析两部分内容。

根据零件的结构特点、技术要求和生产批量等条件确定其铸造工艺，绘制铸造工艺图和铸型图；然后依据绘制的铸造工艺图，结合所选定得造型方案和工艺卡，便可绘制出模样图及铸型图。

2 材料的确定
机械零件材料的选择是一个复杂的问题，需要在掌握工程材料理论及其应用理论知识的基础上，明确目标及限制条件，进行具体分析，进行必要的试验和选材方案对比，最后才能确定选材方案。

一般应遵循“使用性、合理性、经济性和工艺性”原则[1]。

支撑台零件主要用于承受中等静载荷，即在工作时起支撑机器上其它部件的作用，而经常处于压应力状态，要求能抗压和耐磨即可，故选用灰铸铁HT150制成。

灰铸铁是一种断面呈灰色，碳主要以片状石墨形式出现的铸铁。

并且其含碳、硅较高（碳3.0%-3.7%、硅 1.8%-2.4%）其铁水不经任何处理，出炉后可进行直接浇注。

灰铸铁具有良好的减磨性、吸振性和切削加工性，以及铸造流动性好，充满型腔的能力较强，有利于金属渣中的气体和杂质上浮。

HT150的工作条件是承受中等负荷，且摩擦面间的单位面积压力不大于490kpa，一般机械制造中的铸件，如：支柱、底座、齿轮箱、刀架、轴承座、轴承滑座等[2]。

符合本设计的要求，故支撑台零件的材料选用灰铸铁HT150。

3 结构工艺分析
支撑台零件由法兰、锥度、内腔及小孔等结构组成。

此产品的生产性质为单件小批量生产。

灰铸铁具有良好的耐磨性，液态流动性好，凝固收缩性小，抗压强度高，吸振性好，使用时有充分的强度和刚性，能够满足支撑台工作要求，而且价格适宜，故选用灰铸铁作为铸件材料。

此零件外形轮廓尺寸为160mm*200mm*200mm，主要壁厚12mm，最大壁厚20mm，为一小型铸件；机器支撑台零件主要用于承受静载荷，即在工作时起支撑机器上及其他部件的作用，而经常处于压力状态，故要求能抗压和耐磨即可。

故选择灰铸铁HT150制成。

零件结构图及三维图3.1如下所示。

图3.1 零件图及三维图
4 工艺方案的设计
4.1铸型种类及造型方法的确定[3]
铸型包括将熔化的金属倒入铸模(同铸锭过程)，铸模的型腔提供了最终有用的形状，之后仅需根据具体应用进行加工和焊接。

铸型通常按照造模的方法、造模的材料或进铸模的方法进行分类，铸造工艺有四种基本类型:砂型铸造、永久型铸造、压模和离心式铸造。

考虑其经济性、合理性、工艺性，对本设计采用砂型铸造。

砂型铸造的铸型主要分为湿型、干型、表面干型、自硬型四种。

每种铸型的选择需要根据铸件重量、结构和质量要求、生产批量及车间生产条件等因素确定。

湿型是应用最广泛的一种铸型。

湿型铸造法的基本特点是砂型无需烘干，不存在硬化过程，其主要优点是生产灵活性大，生产率高，生产周期短，便于组织流水生产，易于实现生产过程中的机械化和自动化，材料成本低。

通常情况下，中小型铸件应尽可能选择湿型。

故本设计采用湿型铸造法。

因湿型铸造法水分多，强度低，铸件易产生结疤、鼠尾、粘砂、气孔、砂眼、胀砂等缺陷，在使用时应注意以下几种情况：
1.浇注时铸件有较大水平壁时，用湿型容易引起夹砂缺陷，应考虑使用其他砂型。

2.铸件过高，金属静压力超过湿型的抗压强度时，应考虑使用干砂型或自硬砂型。

3.型内放置冷铁过多时，应避免使用湿型，因为冷铁生锈或变冷而凝结“水珠”，浇注后会引起气孔缺陷。

如果必须使用冷铁时，冷铁应事先预热，放入型内后要及时合型浇注。

4.造型过程长或需长时间等待浇注的砂型不宜采用湿型，因为湿型放置过久会风干，使表面强度降低，易出现冲砂缺陷。

支撑台零件为回转体结构，且平直分型面，故适合分模造型。

因其生产批量小，因此采用手工造型和制芯。

综上所述，本设计采用湿砂手工分模造型。

4.2分型面的选择
分型面是指两半铸型相互接触的表面。

分型面的得选取优劣，对铸件的精度、生产成本和生产率影响很大。

选择分型面时应注意一下几项原则：
1.尽可能将整个铸件或其主要加工面和基准面置于同一砂箱内；
2.尽可能减少分型面数目；
3.尽量选用平面分型；
4.分型面应选取在铸件最大投影面处；
5.尽可能少用砂芯；
6.尽量避免铸件非加工面产生飞边；
7.尽量降低砂箱高度；
8.受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度；
9.有利于下芯、验型与合型。

支撑台零件有三个最大截面，可以设计轴向分型和径向分型两种方案。

径向分型有两个分型面，分别为A、B在上下法兰下面。

需要用三箱造型，工艺复杂，砂箱数量多且容易出现错箱等错误，生产效率低。

而轴向分型为一个分型面，在零件垂直轴线上，分两箱造型。

便于起模、下芯和验型等且分型面与分模面相同，因此选择轴向分型。

图4.1 分型面选择图
4.3铸件浇注位置的确定
铸件的浇注位置是浇注时铸件在铸型中所处的位置。

浇注位置不仅对保证铸件质量有重要影响，而且与工艺装备（如模样、芯盒）结构，下芯、合型甚至清理等工序均有密切的关系，还能影响到机械加工。

浇注位置的选择要根据铸件的大小、结构特点、合金性能、生产批量、现场工艺条件及综合等方面加以确定[3]。

以保证铸件质量为出发点，应尽量简化造型工艺和浇注工艺。

同时还应注意以下几点原则:
1.浇注的重要加工面应朝下或呈侧立面
一般情况下，铸件顶面形成气孔和夹杂物等缺陷的可能性大，而铸件向下的底面和侧立面比较光洁，出现缺陷的可能性小。

2.尽可能使铸件的大平面朝下
既可避免气孔和夹渣，又可防止大平面处发生夹砂缺陷。

3.应保证铸件能充满
对薄壁部分的铸件，应把薄壁部分放在下半部或置于内浇道以下，以免出现浇不到和冷隔等缺陷。

当铸件薄壁部分面积较大时，可采用倾斜浇注，以保证铸件能充满。

4.应有利于实现顺序凝固
铸件的厚大或局部厚实部分，应置于铸型的顶部或侧面，以便于安放冒口，实现自下而上的顺序凝固。

5.应尽量减少砂芯数量并使其稳定
避免使用吊砂、吊芯或悬臂砂芯，以便于下芯、检验、固定和排气。

本次设计中，支撑台在工作中起支撑和承受载荷的作用。

下法兰受力大，应宽大。

按照重要加工面或大平面应朝下或呈侧立面，为了避免出现浇不到和冷隔等缺陷，将支撑台水平浇注，可使两端加工面处于侧立面，以保证铸件的质量和精度，并且有利于下芯、检验、固定和排气。

其示意图如图4.2所示。

图4.2 浇注位置图
5 铸件工艺参数的确定
5.1加工余量
为了保证零件加工面尺寸和精度，在铸造工艺设计时，将加工面上留出的、准备切去的金属层厚度，称为机械加工余量。

加工余量过大或者过小都会影响零件的质量。

在选择加工余量时要考虑铸造合金种类、铸造工艺方法、生产批量、设备与工装的水平、加工表面处的浇注位置、铸件的基本尺寸的大小和结构的影响。

支撑台零件采用砂型手工造型且最大轮廓尺寸为630-1000之间，且其基本尺寸为160mm、200mm，查表5.1表5.2表5.3和表5.4可知其加工余量等级为F-H，尺寸公差等级为CT(11-13),确定其加工余量为7.5mm。

表5.1 毛坯铸件典型的机械加工余量等级（GB/T6414-1999）[3]
方法
要求的机械加工余量等级
铸件材料
铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金轻金属合金
砂型手工造型G-k F-H F-H F-H F-H F-H
砂型机器造型或
壳型
E-H E-G E-G E-G E-G E-G
金属型或低压铸
造
D-F D-F D-F D-F D-F
压力铸造B-D B-D 熔模铸造 D D D E E
表5.2 要求的铸件加工余量（GB/T6414-1999 [3]单位（mm）
最大尺寸①
要求加工的机械余量等级
A②B② C D E F G H J K
≤400.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.5 0.7 1 1.4 >40-6
3
0.1 0.2 0.3 0.3 0.4 0.5 0.7 1 1.4 2
>63-1
00
0.2 0.3 0.4 0.5 0.7 1 1.4 2 2.8 4 >100-
160
0.3 0.4 0.5 0.8 1.1 1.5 2.2 3 4 6
>160-
250
0.3 0.5 0.7 1 1.4 2 2.8 4 5.5 8
>250-
400
0.4 0.6 0.9 1.3 1.4 2.5 3.5 5 7 10
（续）
最大尺寸①
要求加工的机械余量等级
A②B② C D E F G H J K
>400-
630
0.5 0.7 1.1 1.5 2.2 3 4 6 9 12
>630-
1000
0.6 0.8 1.2 1.8 2.5 3.5 5 7 10 14
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... >6300
-1000
1.1 1.5
2.2 3 4.5 6 9 12 17 24
①最终机械加工后铸件的最大轮廓尺寸。

②等级A和B仅用于特殊场合，例如，在供需双方已就夹持面和基准面或基准目标商定了模样装备、铸造工艺和机械加工工艺的成批生产的情况下。

表5.3 小批量或单件生产的毛坯铸件公差尺寸等级[3]
铸造方法造型材
料
公差等级
铸件材料
铸钢灰铸铁球墨铸
铁
可锻铸
铁
铜合金轻金属
合金
镍基合
金
钴基合
金
砂型铸
造
粘土砂13-15 13-5 13-15 13-15 13-15 11-13 13-15 13-15
手工造型化学粘
结剂砂
12-14 11-13 11-13 11-13 10-12 10-12 12-14 12-14
表5.4 铸件尺寸公差数值[3]单位（mm）
毛坯铸件基
本尺寸
铸件尺寸公差等级CT①
大于至 1 2 3 4 5 ... 11 12 13②- 10 0.09 0.13 0.18 0.26 0.36 ... 2.8 4.2 -
10 16 0.10 0.14 0.20 0.28 0.38 ... 3.0 4.4 -
16 25 0.11 0.15 0.22 0.30 0.42 ... 3.2 4.6 6
25 40 0.12 0.17 0.24 0.32 0.46 ... 3.6 5.0 7
40 63 0.13 0.18 0.26 0.36 0.50 ... 4.0 5.6 8
63 100 0.14 0.20 0.28 0.40 0.56 ... 4.4 6 9 100 160 0.15 0.22 0.30 0.44 0.62 ... 5.0 7 10 160 250 - 0.24 0.34 0.50 0.72 ... 5.6 8 11 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
①在等级CT1-CT15中对壁厚采用粗一级公差。

②对于不超过16mm的尺寸，不采用CT13到CT16的一般公差。

本设计中未到的数据在本表中有所省略。

5.2起模斜度及圆角确定
起模斜度是指为了方便起出模样或取出砂芯，在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免损坏砂型或砂芯。

由于铸件两端法兰较厚，可在远离分型面处减少1mm的加工余量，取起模斜度为1度。

铸造圆角是指在铸件上相邻两壁之间的夹角，为了防止该处产生缩孔、因冲砂而缺角、因集中力而产生开裂等缺陷。

一般为两交壁平均厚度的1/3-1/2,这里取R5mm[3]。

5.3铸出孔
对于支撑台零件上8个小孔尺寸大小，根据铸造工艺性的可能性和使用的必要性。

小批量孔直径30mm-50mm，而本次设计零件小孔直径为20mm，且如果要铸出，会增加型芯数量，而且还不好放置，所以不用铸出，直接在钻床上用钻头钻出。

5.4型芯及型芯头选择
铸件上的孔腔要用芯型铸出，芯型要芯头支撑、定位、排气和落砂，芯头是型芯的外伸部分，起辅助作用。

型芯头的形状尺寸：一般情况下，同一个内腔用一个整体型芯铸出，当内腔简单，可以自带砂芯成型而不采用型芯。

当复杂时，可将型芯分为数块。

芯头分为垂直芯头和水平芯头。

垂直芯头必须保留一定的斜度，以增强型芯在铸型中的稳定性。

水平芯头一般都有左右两个芯头，并增强型芯的稳定性，通常加大或增长芯头，从而使型芯稳固并增加透气。

支撑台零件中央内腔呈锥形孔，适合采用整体型芯和大芯头，便于合箱，以利于稳固、定位、排气和落砂。

由基本尺寸可知，型芯长度为200mm。

选用垂直芯头，一般小中芯头长为20mm-80mm，确定芯头长为50mm，大端芯头直径90mm，小端芯头直径50mm。

芯头的间隙查表5.5得1mm。

表5.5 垂直芯头与芯座之间的间隙[3]
铸型种类
D或（A+B）/2
≤5051-100 101-1
50
151-2
00
200-
300
301-4
00
401-
500
501-
70
1-15
00
>200
湿型0.5 0.5 1.0 1.0 1.5 1.5 2.0 2.0 2.5 2.5 3.0 干型0.5 1.0 1.5 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 5.0 7.0
6 浇注系统的设置
6.1浇注系统作用与结构分析
系统浇注是指砂型中引导金属液流入型腔的通道，一般由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道等组成。

浇口杯承接金属液，并经直浇道流入横浇道，再分配给各内浇道流入型腔，因此各交道形状及截面大小均影响铸件质量。

对于本次设计采用中间注入的基本形式，其特点是内浇道开设在铸件中部某一高度上，一般开在分型面上造型比较方便，并且兼有顶注式和底注式的优缺点，生产中应用广泛，适用于壁厚较均匀、高度不太大的各类中小铸件[4]。

对于支撑台零件正好适合。

6.2浇口杯和直浇道
浇口杯的作用是用来承接来自浇包的金属液，防止金属液飞箭和溢出，便于浇注，减轻液流对型腔的冲击，分离渣滓和气泡，阻止其进入型腔，增加充型压力头等。

浇口杯安结构形状可分为漏斗形和池形两大类，本设计采用漏斗形结构。

且在上型面开设浇口杯。

直浇道多为圆形或方形断面的锥形管道，其功用是从浇口杯引导金属液向下进入横浇道、内浇道或直接导入型腔，并提供足够的压力头，使金属液在重力作用下能克服流动过程中的各种阻力，充满型腔的各个部位[5]。

6.3横浇道和内浇道
水平的横浇道用以连接直浇道和内浇道，并将金属液平稳而均匀地分配给各个浇道。

其作用除了液流的分配，就是起到挡渣的作用。

横浇道截面多为梯形、圆形和圆顶梯形。

其中梯形和圆顶梯形截面，主要用于浇注灰铸铁和非铁金属铸件。

对支撑台零件的横浇道采用梯形截面。

内浇道的作用是引导金属液进入型腔，内浇道比较短，本身不能挡渣，但合理的结构尺寸以及与横浇道的连接方式将有助于挡渣。

内浇道对于小件20mm-30mm有助于横浇道挡渣，且制模及切除方便。

支撑台零件的下型面开设内浇道，并分两道将金属液从两端法兰处注入，有利于法兰冷却过程中的补缩。

且内浇道采用梯形截面[4]。

6.4各组元截面尺寸确定
各组元截面尺寸可根据铸件合金种类、质量、尺寸、壁厚、浇铸时间等，利用简便经验公式求得。

内S :模S ：直S ⎪⎪⎩
⎪⎪
⎨⎧适用于薄壁小件适用于中小件适用于大中件适用于大件 1.11:1.06:1
1.15:1.1:1
1.4:1.2:1
2:1.5:1
生产中最小的内浇道截面积为0.04cm 2，直浇道最小直径一般不小于15-18mm 。

灰铸铁阻流截面计算公式：
P
H A μτ31.0m =
阻
阻A ——浇注系统中的最小断面总面积（cm 2）； m ——流经F 阻断面的金属液总重量（Kg ）； μ——总流量损耗系数；
τ——浇注时间（s ）；
P H ——平均静压力头（cm ）
式中m 由proe 分析的毛坯质量m=8.6kg ；μ=0.42[3]；p H = 110cm ； 浇注时间τ的计算如下：
m s 1=τ
m ——型内金属液的总质（重量）（Kg ）
1s ——系数，取决于铸件壁厚，由表查出是1s =2.2[3]。

计算得出浇注时间为6.5s 。

由于支撑台零件为中小型铸件，确定其截面比为1：1.1：1.15。

由阻流截面计算公式可得出内浇道截面积内A ＝8.902cm ,查表得a=56mm,b=52mm
,c=17mm ；直浇道截面积直A =10.242cm ，查表得D=18mm ；横浇道截面积
横A =9.972cm ，a=32mm,b=22mm,c=35mm 。

所以支撑台零件的各浇道示意图如下所示：
图6.1 内浇道、直浇道、横浇道截面积
表6.1 灰铸铁件浇注系统标准值[4]
内浇道尺寸/mm（S内/m㎡) 横浇道尺寸/mm（S横/m㎡直浇道尺寸/mm（S
直/ m㎡)
a b c S内 a b c S内 A B C S横 D S直
11 9 5 5 18 240 17 230 14 12 6 8 22 360 20 310 18 120 23 0
2 0 27 570 24 21 1 2 800
3 2 1380 38 1130 4
45 41 14 6 56 4 00 56 52 17 92 5 45 7
58 53 22 12 80 5030
6.5冒口及尺寸确定
一般小型、壁厚均匀的铸件可不设冒口，故在此省略。

7 铸件工艺图和铸件图
图7.1 铸件工艺图
图7.2 铸件图
附录
铸造工艺卡拟定铸件
名称材料牌号生产类型毛坯质量
最小壁
厚
铸件图
支撑
台
HT150 小批8.6kg 12mm
造型造型方
法
砂箱铸造、两箱造型
砂箱内
部尺寸
/mm
规格长宽高紧固方法
上箱250 220 130
/
下箱250 220 130
砂型烘干烘干温度
\℃
烘干时间\h
方法300 5 烘干炉
浇冒口尺寸\mm 浇道数量长宽高截面积
横浇道1
个
200 22 35 9.97c㎡内浇道2
个
50 52 17 8.90c㎡直浇道1
个
150 18 18 10.24c㎡
浇注工艺规格
出炉温度
/℃
浇注温度/℃浇注速度/sec 冷却时间/h >1300 >1250 35~55 >10
热处理工
艺加热2~4h至550±20℃，保温均热1 ~2h后缓
冷
总结
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关铸造工艺设计方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。

实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

对于支撑台零件的铸造工艺设计，首先从零件图出发，读懂了图，接下来再去分析它的铸型种类、型芯结构以及分型面的选择等，然后逐步确定铸件的各个工艺参数，设计出浇注系统。

在本次设计中，铸造工艺图无疑是十分重要的，因为其标示出了分型面、机械加工余量、砂芯形状尺寸、浇注系统等一系列铸造中必不可少的参数。

设计中我也遇到了许多问题，特别是各个参数的选定，信息的取舍直接影响到课题设计的严密性、严谨性，通过与老师和同学的讨论，最终得出了结果。

通过这次课程设计，我发现自己对所学的知识掌握得很不好，还需要多多的努力去融会贯通，在今后的学习中要更加的认真才行。

参考文献
[1]苏翠娥.谈怎样选择机械零件的材料[J]. 科技信息,2012,33:604.
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[3]李荣德,米国发.铸造工艺学机械工业出版社2013.8.
[4] 李宏英赵成志编著.铸造工艺设计.北京:机械工业出版社.2006.1:97-193.
[5] 陆文华,李隆盛,黄良余.铸造合金及熔炼.机械工业出版社,2005.07.。