杠杆1的铸造工艺设计说明书jiaod

昆明理工大学机电工程学院2008级材料成型基础课程设计说明书

杠杆1的铸造工艺说明书

机自082班 徐祥 200811517218

一、工艺分析 1、审阅零件图纸：

零件名称：杠杆1 工艺方法：铸造 零件材料：HT200 零件质量：0.68kg 毛坯质量：1.002kg

零件轮廓尺寸：97mm×50mm×61mm 最小壁厚：6mm

生产批量：100件/年，为小批量生产 2、零件的技术要求：

（1）未注圆角半径为3～5mm； （2）铸件应进行时效处理；

（3）在铸造时不允许有气孔、砂眼、缩孔、缩松和夹杂等缺陷 （4）铸件应进行清理，保证表面平整； （5）零件加工完后所有棱边应去除毛刺；

（6）不加工表面先涂以防锈漆，再涂以绿色油漆。 3、选材的合理性分析

杠杆选用材料HT200为灰铸铁，灰铸铁的流动性好，充型能力强，铸造工艺性好，并且灰铸铁价格便宜，用作铸造材料经济实用，这里杠杆1壁厚均匀，在边角处壁厚有所增加，可以较好的防止出现白口组织。杠杆1主要用来传递力和力矩，使得用较小的力来产生较大的力矩，从而实现对零件的紧固与拆卸。灰铸铁能够满足其强度和塑性要求。因此选择HT200作为铸件材料很合理，满足要求。 4、确定毛坯的具体生产方法

根据以上信息可知,零件属小批量生产，形状比较简单、壁厚较均匀，且

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该材料为灰铸铁，考虑到制造生产的经济性。确定毛坯的生产方法为砂型铸造。

5、审查铸件的结构工艺性

铸件轮廓尺寸为97mm×50mm×68mm，查表得砂型铸造的最小壁厚为6mm。铸件质量为1.002kg，材料为HT200，查表得砂型铸造铸件的临界壁厚为18mm。由于该铸件是小型铸件，灰铸铁（HT200），流动性好，充型能力好，因此在铸造时不需要设计冒口，也不需要用冷铁，依靠它自身的自补缩能力进行有效的补缩。在铸造过程中，其主要应克服的缺陷是铸造应力。因此壁厚越大，圆角尺寸也应增大。

二、 工艺方案的确定 1、铸造方法的选择

由于杠杆1的零件质量为0.68Kg，属于轻型零件；产量为100件，属小批量生产，零件尺寸较小但结构简单，所以毛坯的生产方法为砂型铸造，铸型为湿型，造型方法为手工造型，模型为木模。 2、分型面的选择

分型面的确定原则：分型面应选在铸件最大截面处；分型面应尽量选用平面，所以为了便于起模、下芯和检验，确定分型面为铸件的最大截面；杠杆1的外部形状规则，有较大的平面，结构简单，由上述原则，选取较大平面作为分型面，即选择杠杆1的大顶面作为分型面。 3、造型、造芯方法的选择

选择造型方法为手工造型，造芯方法为手工刮板造芯。

4、浇注位置的确定

根据浇注位置的确定原则：浇注位置应选在铸件最大截面处，应使合箱位置、浇注位置和位置相一致，所以确定浇注位置在铸件的最大截面处。由于顶注式浇注系统。金属液自下而上地充满型腔，金属液易于充满铸型，减少薄壁铸件的浇不足、冷隔缺陷；结构简单，容易清理，消耗金属较少。它适用于重量不大、高度不高、形状简单的中、小铸件。杠杆1属于小型铸件，且结构简单，可以采用一箱造型。所以采用顶注式浇注系统。 5、砂箱中铸件数目的确定

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在选择工艺方案时应初步确定在一个砂箱中放几个铸件，以作为设计浇冒口的依据。确定在一个砂箱中放几个铸件，应考虑以下几个方面的因素：铸件尺寸、砂箱尺寸、吃砂量和车间起重能力等。

由软件查得：在铸件质量<5Kg的情况下，最小吃砂量a=20,b=30,c=40，d/e=30,f=30,g=20.砂箱尺寸为(A+B)/2<=400,A、B分别为砂箱内框长度及宽度.根据铸件基本轮廓为97mm×68mm由下图得a+97+d+97+a=264，a+68+d+68+a=206，满足沙箱尺寸为(A+B)/2<=400，初步确定铸件数目为4件。

铸件布置示意图

三、砂芯设计

砂芯的功用是形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位。杠杆1有垂直分布的一个孔需要铸造，所以设计一个型芯铸出这个孔。该型芯为垂直型芯。

垂直芯头设计：孔的基本尺寸为61mm,大于50mm；芯头直径为21mm,小于50mm；沙型类别为湿沙；所以查表得芯头与芯座的距离S/2=0.2，芯头高度h=25～30mm,取为25mm，则上芯头高度h1=（0.6）x h=15mm。又查得芯头顶面与芯座之间的距离为0。下芯头高度为h=25mm。 四、工艺参数的确定 1、加工余量的确定

先确定铸件尺寸公差等级：基本尺寸在97mm×50mm×68mm，选择13级，尺寸公差数值为9

根据杠杆1尺寸的大小，在软件铸造工艺参数—加工余量部分，查得加工余量的数值为双边3.0mm，单边3.5mm. 2、最小铸出孔及槽的确定

通过查询软件铸造工艺参数——最小铸出孔及槽，最小铸出孔为30-50mm。

杠杆1上面尺寸为27mm的棱柱孔由于与最小铸出孔相近，所以仍选择铸出而另

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外的两个个孔（￠12和￠8的孔）太小，无法直接铸造出来。 3、拔模斜度的确定

通过查询软件，粘土砂造型时模样表面拔模斜度为40′ 4、铸造圆角的确定

通过查询软件铸造工艺参数—铸造圆角，得最小铸造圆角为3mm，取铸造圆角为4mm。

5、铸造收缩率的确定

通过查询软件铸造工艺参数—铸造收缩率，，取阻碍收缩率为0.9%，自由收缩率为1.0%。 五、 浇注系统设计

浇注系统直接影响金属液的填充过程、凝固方式、补缩效果和金属损耗等。与铸件的质量成本关系重大，粗略估计铸件废品中大约30%是由于浇注系统设计不当引起的。因此浇注系统的设计非常重要。浇注系统的一般设计内容有:浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道。浇注系统截面积的大小对铸件质量也有很大影响。截面积太小，浇注时间长，可能产生浇不足、冷隔、砂眼等缺陷；截面积过大，浇注速度快，又可能引起冲砂，带入熔渣和气体，使铸件产生渣孔、气孔等缺陷。为了使金属液以适宜的速度充填铸型，就必须合理确定浇注系统的面积。

1、浇注系统类型的选择

根据零件的结构选择封闭式（顶部注入式）浇注系统较好，因为封闭式浇注系统有较好的阻渣能力，可防止金属液卷入气体，消耗金属少，清理方便。 2、浇注系统设计与计算 （1）计算铸件质量

HT200的密度为7.2g/cm3，在SolidWorks中计算单个铸件重量为1.002Kg，所以总质量为M=4*Mo= 4.008kg（一箱四件） （2） 奥赞公式计算浇注系统的最小横截面积

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G—流过浇注系统最小横截面积的铸铁金属液总质量（kg） t—浇注时间（s）； u—流量系数，量纲为3； Hp—平均静压头（m）. （3） 金属液总质量G

金属液总质量G为铸件质量的1.3倍，则G=1.35X4.008=5.2104Kg。 （4） 浇注时间t的确定

L

式中 t--浇注时间

GL--浇注重量，计算时可按工艺出品率估算（见《铸造工艺设计》表（3-71） S--系数，决定于铸件厚度，由《铸造工艺设计》表2-6查得S。

表2-6 系数S与铸件壁厚的关系

铸件壁厚/mm 系数S 2.5-3.5 1.63 3.5-8.0 1.85 8.0-15 2.2 由铸件壁厚取S=2.2，代入公式得t=2.51s （5）流量因素μ的确定

铸型种类 大 湿型 干型 0.35 0.41

铸型阻力 中 0.42 0.48 小 0.50 0.60 由于该铸型为小型铸型，所以取μ= 0.5 （6）平均静压头HP确定

平均静压力头HP在生产中按金属液流经浇注系统所作的功来计算。这里由于选择顶注式所以 HP= H0，其中H0=c+b

b-最小吃沙量

c-铸件相对于铸型的高度

由于采用顶部注入，所以b=0，由软件查得最小吃沙量为30，所以这里

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静压头HP适当取大点，取HP =50mm。

把以上数据代入奥赞公式，计算得F=2.856X10-4m2=2.856mm2

（7） 确定直浇道、横浇道、内浇道的截面尺寸

由于砂箱中放置四个铸件，所以该浇注系统需设计内浇道、横浇道和直浇道。对封闭式浇注系统、小型铸铁件（砂型）内浇道、横浇道和直浇道截面积的比值为F内：F横：F直=1：1.1：1.15。由奥赞公式求得F内=2.856cm2进而求得F横和F直，为了实现铸件同时凝固，浇注系统设有8条内浇道，2条横浇道和一条直浇道。它们各自每条浇道的面积如下： F内=2.856/8=0.357cm2; F横=1.1×2.856/2=1.57cm2; F直=1.15×2.856=3.284cm2.

在《铸造工艺设计》表2-45查得各浇道横截面的具体尺寸： 内浇道横截面尺寸：a=11mmm,b=9mm,c=4mm 横浇道横截面尺寸：a=15mm,b=10mm,c=16mm 直浇道横截面尺寸：D=20mm

横浇道、内浇道和直浇道横截面示意图：

A-A B-B C-C

直浇道 横浇道 内浇道

（8）工艺初评率的计算：

工艺出品率={铸件质量 /（ 铸件质量+冒口质量+浇注系统质量）}×100% 每个铸件对应的浇注系统质量=M直+M横+M内。

由直浇道、横浇道和内浇道的横截面积，以及浇注系统中各自的长度求出浇注系统的体积。再乘以HT200的密度7.2g/cm3计算得到：

浇注系统的质量为356.9g 铸件质量=1002g

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由于该浇注系统不需要设计冒口，所以冒口质量为零 由出品率的计算公式得工艺出品率=73.7% 六、冒口及冷铁的设计

需采用冒口工艺设计的主要条件为：

①铸件的冷却模数M，要求铸件的M≥２.５cm其中M= ②冶金条件和铸型条件。

根据SolidWorks计算出来的V=139172.71mm3，S=23202.13 mm2，所以M=V/S==139172.71/23202.13 =5.998mm（小于2.5cm），所以不需要使用冒口。 同时由于该铸件是小型铸件，材料又是灰铸铁（HT200），其流动性好，充型能力强，依靠它自身的自补缩能力可实现有效的补缩。同样可以说明在铸造时不需要设计冒口，也不需要用冷铁。 七、铸造工艺图和铸件图

铸造工艺图和铸件图见附图。

铸件体积铸件冷却表面积；

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