铸造设计说明书 案例

课程设计报告
课程设计名称：螺栓铸造工艺设计
学生姓名：
学院：材料科学与工程学院
专业及班级：
学号：
指导教师：
2014年5月15日
目录
设计任务书 (2)
1、螺栓零件简介 (4)
1.1零件基本信息 (4)
1.2零件分析 (5)
2、铸造工艺设计 (5)
2.1工艺方案的选择 (5)
2.1.1型砂的选择 (6)
2.1.2浇注位置的选择 (6)
2.1.3分型面的选择 (6)
2.1.4主要缺陷及防止 (7)
2.2铸造工艺参数的确定 (8)
2.2.1铸造尺寸公差和重量公差 (8)
2.2.2加工余量 (9)
2.2.3铸造收缩率 (9)
2.2.4铸造起模斜度 (9)
2.3铸件其它工艺参数的确定与分析 (9)
3、浇注系统设计 (10)
3.1浇注系统及冒口的选择 (10)
3.1.1浇注系统的选择原则 (10)
3.2冒口的选择 (11)
3.2.1冒口的选择依据 (11)
3.2.2冒口位置的选择原则 (11)
3.3浇注系统的计算 (12)
4、铸件图、铸造工艺图、装配图 (14)
4.1铸件图 (14)
4.2铸造工艺图 (14)
4.3装配图 (15)
5、设计心得会 (16)
6、参考文献 (16)
课程设计任务书
一、设计题目
小批量螺栓ZG200铸造生产工艺设计
二、课程设计教学目的及基本要求
1．通过设计这一实践性教学环节，培养学生独立思考力，熟悉并系统地掌握铸造工艺与工艺设备的设计方法及设计能力；
2．学会并掌握液态成型工艺设计及工装模具设计的全过程；
3．通过所学专业知识，提高运算、设计绘图能力及查阅技术资料的技能；培养学生分析、初步解决液态成型工艺问题的能力；
4．为毕业设计（论文）及毕业后从事工程工作打下良好的基础。

三、课程设计内容及安排
1．结合具体零件图（液态成型件），确定设计任务；
2．课堂讲解典型零件的设计任务、设计方法（步骤）；
3．学生设计内容：
（1）读图，根据零件图技术要求及零件结构特点分析零件设计原理、成型工艺；（2）完成铸件工艺分析以及几种成型工艺方案的比较和论证；选取最佳工艺方案；
（3）设计计算浇注系统、确定工艺参数、绘制铸造工艺图（包括主视图、俯视图、侧视图等）
（4）在工艺图的设计基础上完成模板图（上或下模）设计，包括主视图、俯视图、侧视图等。

（5）设计绘制芯盒的装配图设计，包括主视图、俯视图、侧视图等。

（6）撰写设计说明书一份，约4000-5000字，按上述1-5包括的设计内容，方案分析比较与设计计算过程结果，查找资料依据，参考资料。

要求书写工整，图文并茂，规格统一。

4．设计题目（每个学生一个题目，独立完成）
（1）按零件图完成铸造工艺设计并绘制铸造工艺图一张；
（2）根据铸造工艺图，绘制铸件图一张；
（3）按工艺图设计绘制模板装配图一张；
（4）按工艺图设计绘制芯盒图一张。

四、课程设计考核方法及成绩评定
学生全部完成（按内容1-5）课程设计，包括四张设计图纸、一份设计说明书，交给指导教师审核签字通过后方可参加答辩。

答辩结束后，指导教师根据学生答辩情况、图面质量等方面的表现，按照统一评分标准进行成绩总评。

答辩成绩分为四部分：平时表现、图面质量、答辩成绩、设计论证（说明书），各部分所占比例：
平时表现： 20分
图面质量： 30分
答辩成绩： 30分
设计论证（说明书）： 20分
五、设计说明书撰写
课程设计说明书内容要求如下：
1．目录
2．零件结构分析、技术要求分析；
3．工艺方案论证
对零件进行工艺分析，选择多种方案进行对比、结合设计条件的具体情况和要求，分析优缺点，确定最优方案；
4．工艺尺寸计算
根据确定的工艺方案，计算浇注系统，确定工艺参数、模板尺寸等，计算方法应有依据，公式有出处，计算结果正确，并有图示。

5．结束语
对自己的设计进行客观评价以及对课程设计中存在的问题进行分析和讨论经。

6．参考文献
在设计说明书撰写过程中引用资料的出处，它反映设计的取材来源及工艺分析的可靠性。

1、螺栓零件简介
1.1零件基本信息：
零件名称：螺栓。

零件材料：ZG 200。

形状：六棱柱加圆柱
生产条件：小批量生产。

技术要求：进行清砂处理，不准有砂眼。

铸钢特性：密度为7.8g/cm3,有良好的塑性、韧性和焊接性能。

适用于受力
不大，要求韧性高的各种机械零件，如机座、变速箱壳体等。

对于要求较高的，可进行热处理提高其性能。

材料成分:碳 C:≤0.20% 硅 Si:≤0.60% 锰 Mn:≤0.80% 硫 S:≤0.035% 磷 P:≤0.035% 铬 Cr:≤0.35% 镍 Ni:≤0.40% 铜 Cu:≤0.40%
运用CAD三维制图，零件三维实体造型图如下
零件分析：
该零件由宽13mm、高9mm的六棱柱头部与半径6mm高55mm带有螺纹的圆柱体螺杆组成。

零件的螺纹部分不能通过铸造而得到，可以通过铸造后机械加工对其打丝。

因此铸件图不考虑螺纹部分。

螺栓主要承载轴向的受力，也可以承载要求不高的横向受力。

因此要求具有较高的强度，硬度及一定的塑性。

另一方面，铸造零件塑性相对普通钢的塑性更低，且内部应力较大。

如果螺栓表面具有裂纹和缺口，很容易产生脆断，导致零件失效。

因此，铸造螺栓生产设计时，需要从降低内应力和表面粗糙度两个方面选择铸造方案和工艺。

2、铸造工艺设计
2.1工艺方案的选择：
铸造工艺方法的选择应综合考虑以下因素：
（1）零件的使用性能：即零件承受的载荷情况情况及其所处的工作环境（例如压力、温度、气态或液态介质的性质等）对铸件的尺寸精度和表面光洁度的要求。

（2）零件的铸造工艺性能：即零件所采用的合金材料的铸造性能（如合金熔点、
线收缩、体收缩、流动性以及形成气孔、缩孔等缺陷的倾向：见表2）和零件结构的铸造工艺性，如零件重量、轮廓尺寸、最小壁厚、最小铸孔、铸造圆角、铸造斜度等。

（3）经济的合理性：即各种铸造方法生产费用的比较和成品零件的生产总费用综合性比较。

在合理选择铸造方法时，后者的比较起决定作用。

2.1.1型砂的选择：
根据零件的材料、性能要求及实际情况，选择自硬呋喃树脂砂。

自硬呋喃树脂砂有以下优点：
(1)铸件表面光洁、棱角清晰，尺寸精度高。

(2)造型效率高，提高了生产效率和场地利用率，缩短了生产周期。

(3)减轻劳动强度，大大改善了劳动条件和工作环境，尤其是减轻了噪声，降低了压缩空气消耗，从而在节水、节电、节煤等方面效果显著。

(4)节约能源。

(5)树脂砂型强度高、成形性好，发气量较其他有机型低，热稳定性好、透气性好，可以大大减少铸件的粘砂、夹砂、砂眼、气孔、缩孔、裂纹等缺陷。

(6)旧砂回收再生容易
2.1.2、浇注位置选择方案
浇注位置的选择原则：
(1) 铸件上重要工作面和大平面应尽量朝下或垂直安放
(2) 应保证铸件有良好的液态金属导入位置，保证铸件能充满
(3) 保证铸件能自下而上的顺序凝固
(4) 应尽量少用或不用砂芯；
浇注面的选择有以下两种，如下图所示，A方案铸件大平面在上，小平面在下面，选择这样的教主位置，便于合箱，B方案中，与A方案正好相反，不便于合箱，是不合理的铸造工艺浇注系统位置的设置方案。

A方案
B方案
2.1.3、铸件分型面的选择原则：
(1) 最好将整个铸件安置在同一半型中成型，
(2) 应尽量减少分型面的数目。

(3) 应尽量不用或少用砂芯，
(4) 分型面应尽量选择平面。

(5) 注意减轻铸件清理和机械加工量。

(6) 不使砂箱过高。

(7)受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度。

本铸件分型面设计如图所示：
2.1.4主要缺陷及防止
1）气孔：浇注时选用的砂型是湿型，浇注时发气量大，易出现气孔，对于雨淋式浇注系统，开放式浇注系统通气较好，控制合理的浇注温度。

2）夹砂：在浇注最后凝固的平面较大，容易出现夹砂，金属液与砂型作用时间较长，砂型强度不够造成的夹砂，影响金属组织的内部形态，对零件的机械
性能会造成一定的影响。

3）粘砂：有时出现大面积的粘砂，经分析是机械粘砂，原因是紧实度不够，注意舂砂既可防止。

在造型的过程中，有很多的影响因素会造成别的缺陷，浇注温度、浇注时间的控制，以及金属液体的类别，会影响铸件的性能。

凝固顺序会对铸件的壁厚产生影响。

2.2铸造工艺参数的确定：
2.2.1铸造尺寸公差和重量公差
该铸件材质为HT200，手工造型，经查得，铸件的尺寸公差、重量公差等级为13级，该铸件的重量公差为10％。

2.2.2机械加工余量
该铸件为铸钢件，砂型人工造型，经查加工余量等级为J，经查得，该铸件底面加工余量为2.8mm，圆柱面加工余量为1mm.
2.2.3铸造收缩率
由于铸件的固态收缩(线收缩)将使铸件各部分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，则需要在模样或芯盒上加上其收缩的尺寸。

加大的这部分尺寸为铸件的收缩量，一般用铸造收缩率表示。

经查可知该锥体铸件的线收缩率为2.08％。

2.2.4起模斜度
为了方便起模，在模样的出模方向留一定的斜度，以免损坏砂型。

该螺栓圆柱部分长度为55mm，查表。

设计1mm的起模斜度
2.3其他工艺参数的确定
2.3.1工艺补正量
对中小批量的铸件由于选用的收缩尺寸与实际的收缩率不符，或由于铸件产生变形、操作中不可避免的误差等原因使加工后铸件的尺寸小于图样要求尺寸，
为提高尺寸精度，要在铸件相应的非加工表面上增加金属层厚度来弥补,但由于该件在圆柱面上都设有较大的拔模斜度,故不放工艺补正量。

2.3.2分型负数
干砂型、表面烘干型、自硬砂型以及砂型尺寸超过2m以上的湿型才应用分型负数。

而此铸件采用树脂自硬砂造型且砂箱尺寸小于2m，故不留分型负数。

2.3.3非加工壁厚的负余量
由于该铸件采用木模，手工造型、造芯过程中，为取出木模要进行敲模，同时木模受潮时会膨胀，这些情况会使型腔尺寸增大，从而造成非加工壁厚增加，为保证铸件尺寸的准确性应该减小厚度尺寸，但由于该件在无拔模斜度，且该件不是很大故不放非加工壁厚的负余量。

2.3.4反变形量
铸造较大的平板类、床身等类铸件时由于冷却速度的不均匀性，铸件冷却后常出现变形。

为了解决挠曲变形问题，在制作模样时，按铸件可能产生变形的相反方向做出反变形模样，使铸件冷却后变形的结果正好将反变形抵消，得到符合设计要求的铸件。

一般中小型壁厚差别不大且结构上刚度较大时，不必留反变形量。

由于该铸件为中小型铸件，所以不需留反变形量。

2.3.5分芯负数
对于分段制造的长砂芯或分开制造的大砂芯，在接缝处应留出分芯间隙量，即在砂芯的分开面处，将砂芯尺寸减去间隙尺寸，被减去的尺寸即为分型负数。

此铸件没有砂芯，故不设分芯负数。

3、浇注系统设计
3.1浇注系统及冒口的选择
一个好的零件．要有一个合理的浇注系统，才能成型完整，浇注系统包括浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道四个部分组成，雨淋式浇注系统中横浇道是截面最大单元，金属液由铸件顶部许多小孔流入型腔雨淋式浇注系统的特点及选用原则雨淋式浇注系统可使铸件顺序凝固,可获得组织致密的铸件，有利于铸件的补缩,能防止铸件产生缩孔、冷隔、夹渣以及浇不足等缺陷,同时还可以防止由于冲砂而引起的夹砂、气孔和渣孔等缺陷。

3.1.1浇注系统的选择原则：
1）控制金属液流动的速度和方向，并保证充满型腔；
2）有利于铸件温度的合理分布；
3）金属液在型腔中的流动应平稳、均匀，以避免夹带空气、产生金属氧化物及冲刷砂型；
4）浇注系统应具有除渣功能。

3.2冒口的选择：
3.2.1冒口的选择依据：
1）凝固时间
足够长，不小于铸件（被补缩部分）凝固时间
2）体积容量
体积足够大，以储存铸件形成需给予补缩的金属液
3）补缩通道
通道畅通，且扩张角向着冒口
3.2.2冒口位置的选择原则
1) 尽可能设置在铸件热节的上方或侧旁
2) 尽量设置在铸件最高、最厚的部位
3) 避免设在铸件重要的、受力大的部位
4) 不要设在铸造应力集中处
5) 尽可能设置在便于清理冒口残根或铸件加工表面上
6) 尽量用一个冒口同时补缩几个热节或铸件
根据铸件要求及生产情况，该螺栓的分型面、浇注位置、冒口设计如图所示：
3.3浇注系统的计算
因该铸件质量不大，形状简单，则选用直浇口式的浇注系统，浇注系统。

因为铸件比较小，直接用直浇道浇注，采用顶注式浇注系统，则浇注系统中最小的截面是直浇道的横截面，直浇道直径采用13mm。

铸件图如下所示，
铸件尺寸相关计算：
V
六棱柱=S
1
底面
×H
1
=540×9=4860mm3
V
圆柱=S
2
底面
×H
2
=π×49×55=8467mm3
V=V
六棱柱+V
圆柱
=4860+8467=13327mm3
M=ρv=7.8×13327×103-=104g
冒口体积：
V
冒口
=π r2h=π×100×10=3142mm3铸造时间的计算：
t=s
1
3Gδ
经计算得，浇注时间为1s。

4、铸件图、铸造工艺图、装配图
4.1、铸件图
铸件图所表达的内容有机械加工余量、铸件凝固后的尺寸，通过这些尺寸，了解铸件的加工量
铸件图的用途可以概括为以下两个方面：
1）是铸件验收的依据；
2）是冷加工车间进行铸造加工工装设计的重要依据。

对铸造车间而言，工艺装备的各种图样，必须保证铸件和铸件图相符合，所以也是铸造工装设计的依据，对于大批量的零件生产需要采用铸件图，而对于单间、小批量的零件生产，直接依据铸造工艺图进行生产加工准备，不用绘制铸件图。

螺栓铸件的尺寸如由右图所示：
4.2铸造工艺图
铸造工艺图不仅能够表示收缩率、起模斜度等工艺参数，还有浇注位置、分型面、分模面、活块、模样的类型和分型负数、砂芯的个数和形状、尺寸和间隙，分盒面，芯盒的填砂方向等各种能够表达铸造工艺参数。

如图所示：
4.3装配图
装配图是铸造工艺设计的最后生产模型，包括砂箱、芯盒、模样、浇注系统等工艺设计，链轮的铸造工艺设计中，选用的浇注系统是雨淋式的，对高度有一定的要求，同时也会改变砂箱的高度，砂箱在选择的过程中，长度选择为100或为200的倍数，宽度选择为50或100的倍数.
浇注系统中浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道的一些具体的尺寸在装配图中需要表示出来。

5、设计心得体会
经过为期两周的课程设计，终于完成螺栓铸造工艺设计的制作。

由于螺栓这个零件外形比较简单，不需要设计砂芯，总体来说比较顺利。

但期间也遇到过很多障碍，比如不会CAD制图、详细工艺参数无法从课本中找到等等。

此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关铸造方案、流程、工艺的知识，在设计过程中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，我想这次锻炼一定对以后的工作中起到作用。

在课程设计过程中，我们也遇到一些困难，然而通过与其他同学的讨论，得出了最合理的设计方案。

果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终的结果。

此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。

6、参考文献
1．《实用铸造手册》，陈琦、彭兆弟主编，中国电力出版社，2009年
2．《铸造工艺学》，董选普，李继强编，化学工业出版社，2009年
3.《铸造实用速查手册》，刘瑞玲、范金辉编，机械工业出版社，2006年
4.《CAD2010机械设计基础与实战》，机械工业出版社，2010年。