铸造工艺学课程设计 - 泵体

题目：铸造工艺学课程设计 学院： 专业： 班级：

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前 言

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，要求具有某些特殊性能，同时还要求生产周期短，成本低。因此，铸件在生产之前，首先应进行组造工艺设计，使铸件在整个工艺过程中都能实现科学操作，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。因此，铸造工艺设计的好坏对铸件品质、生产率和成本起着重要作用。

通过制定和合理选择工艺方案，正确计算零件结构的工作能力，确定尺寸，掌握了浇冒口的作用及其原理，具有正确设计浇冒口系统的初步能力，掌握铸造工艺和工装设计的基本技能。熟悉型砂必须具备的性能要求，原材料的基本规格及作用，并初步具备分析和解决型砂有关问题的能力。熟悉涂料的作用、基本组成及质量的控制，了解提高铸件表面质量和尺寸精度的途径。了解合金在铸造过程中容易产生的铸造缺陷以及采取相关的防止途径，并初步具备分析、解决这类缺陷的基本解决途径。学习进行设计基础技能的训练，例如：计算、绘图、查阅设计资料和手册等。

铸造工艺课程设计是我们的专业基础课，这是我们进行毕业设计前对未来将要从事的工作进行一次全面、系统地适应性训练，从中锻炼分析问题的能力，提高解决问题的能力，为今后打下基础。

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目录

第一章 零件铸造工艺分析 ........................................................................................ 4

1.1 零件基本信息 ............................................................................................ 4 1.2 材料成分要求 ................................................................................................ 4 1.3 铸造工艺参数的确定 .................................................................................... 5

1.3.1铸造尺寸公差和重量公差 ................................................................... 5 1.3.2 机械加工余量 ...................................................................................... 5 1.3.3 铸造收缩率 .......................................................................................... 5 1.3.4拔模斜度 ............................................................................................... 5 1.4 其他工艺参数的确定 .................................................................................... 6

1.4.1 工艺补正量 .......................................................................................... 6 1.4.2 分型负数 .............................................................................................. 6 1.4.3 非加工壁厚的负余量 .......................................................................... 6 1.4.4 反变形量 .............................................................................................. 6 1.4.5 分芯负数 .............................................................................................. 6

第二章 铸件三维实体造型 ........................................................................................ 7

2.1 泵体铸件图纸技术要求 ................................................................................ 7 2.2 泵体铸件结构工艺分析 ................................................................................ 7 2.3 基于Solidworks零件的三维造型 ............................................................... 7

2.3.1 软件简介 .............................................................................................. 7 2.3.2 零件的三维造型图 .............................................................................. 7

第三章 铸造工艺方案设计 ........................................................................................ 9

3.1 工艺方案的确定 ............................................................................................ 9

3.1.1 铸造方法 .............................................................................................. 9 3.1.2 型（芯）砂配比 .................................................................................. 9 3.1.3 混砂工艺 .......................................................................................... 10 3.1.4 铸造用涂料、分型剂及修补材料 .................................................... 10 3.2 铸造熔炼 ...................................................................................................... 10

3.2.1 熔炼设备 ............................................................................................ 10 3.2.2 熔炼工艺 ............................................................................................ 10 3.3 分型面的选择 .............................................................................................. 10 3.4 砂箱大小及砂箱中铸件数目的确定 .......................................................... 12 3.5砂芯设计及排气 ........................................................................................... 13

3.5.1芯头的基本尺寸 ................................................................................. 13 3.5.2 芯撑、芯骨的设计 ............................................................................ 14 3.5.3 砂芯的排气 ........................................................................................ 14 3.5.4 芯盒的设计 ........................................................................................ 14

第四章 浇冒系统的设计及计算 .............................................................................. 15

4.1 浇注系统的类型及选择 .............................................................................. 15 4.2 浇注位置的选择 .......................................................................................... 15 4.3 浇注系统各部分尺寸的计算 ..................................................................... 16

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4.3.1 合金铸造性能分析 .......................................................................... 16 4.3.2 铁液在型内的上升速度 .................................................................. 16 4.3.3 浇注系统截面尺寸及长度设计 ...................................................... 17 4.4 冒口设计计算 ............................................................................................. 18

4.4.1 铸件工艺出品率 .............................................................................. 18 4.4.2 出气孔 ................................................................................................ 19 4.4.3 冒口的作用及位置确定 .................................................................. 19

总结 ............................................................................................................................ 20 参考文献 .................................................................................................................... 21 附图 ............................................................................................ 错误！未定义书签。

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第一章 零件铸造工艺分析

1.1 零件基本信息

零件名称：泵体铸件 零件材料：HT28-48

产品生产纲领：成批量生产

结构：属承压件，厚、薄相差悬殊的小型回转体结构 泵体零件图：

图1.1 泵体零件图

1.2 材料成分要求

根据相关资料查得HT28-48具体成分及其含量如表1.2.1所示。

表1.2.1 HT28-48化学成分表（质量分数，%） C 3.0~3.2 Si 1.4~1.7 Mn P 0.70~0.90 ≤0.2 S ≤0.1 Cr 0.15~0.30 4

1.3 铸造工艺参数的确定

1.3.1铸造尺寸公差和重量公差

该铸件材质为HT28-48，手工造型，经查得，铸件的尺寸公差等级为13级；重量公差等级为13级，该铸件的重量公差为7％。

1.3.2 机械加工余量

机械加工余量（简称加工余量），是指在铸件加工表面上留下来的，准备用机械加工方法切削掉的金属层厚度，借以获得零件需要的精度和光洁度。加工余量大小与铸造金属种类、铸造方法、加工表面处的教主位置（上面、侧面、底面）及铸件的结构、公称尺寸等有关，应合理的选择。过大，不仅浪费金属，增加机械加工工作量，有时还会因截面变厚、热结变大、使铸件晶粒粗大，甚至造成缩孔、缩松。过小，使铸件在机械加工时，达不到零件所需要的精度和光洁度。

该铸件为灰铸铁件，砂型人工造型，经查GBT6414-2008（见下图）知基本尺寸加工余量等级为G，双侧余量3.0mm，该铸件法兰端面以及孔的加工余量等级为H，双侧余量为3.0mm。

图1.2 铸件表面加工余量的确定及说明

1.3.3 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。实际生产中，影响铸造收缩率的因素很多，除了本身的性质外，还与铸件结构、壁厚、型砂和芯砂的溃散性、浇冒口系统的结构和砂箱等有关。经查铸工实用手册P279表5-19可知该锥体铸件的长度方向收缩率为0.8％，直径方向收缩率为0.5%。

1.3.4拔模斜度

为了方便起模和从芯盒内取出砂芯，要把摸样的垂直壁做成向分型面扩大的斜度，以避免起模时破坏砂型和砂芯。这噶在铸造工艺设计时所规定的斜度称为拔模斜度。拔模斜度的取法有三种：a.增加厚度法。b.加减厚度法.c.减少厚度法.拔模斜度大小依模样的拔模高度，光

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洁度及造型造芯方法而定。由于该铸件有圆形部分，易于拔模，因此圆形部分不设拔模斜度，而在立壁处可设置3mm的起模斜度以便拔模。拔模斜度的示意如图1.3和图1.4。

图1.3 上立壁拔模斜度示意图 图1.4 下立壁拔模斜度示意图

1.4 其他工艺参数的确定

1.4.1 工艺补正量

在中小批量生产的铸件中，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或操作中不可避免的误差等原因，使加工后铸件的某些部分的厚度小于图纸要求尺寸，严重时会因强度不够而报废，为此，工艺上要在铸件相应的非加工表面上增加金属层厚度来弥补,但由于该件在垂直分型面的立壁上都设有较大的拔模斜度,故不放工艺补正量。

1.4.2 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。

1.4.3 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。

1.4.4 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。

1.4.5 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。此铸件没有分段制造的长砂芯，故可不设分芯负数。

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第二章 铸件三维实体造型

2.1 泵体铸件图纸技术要求

（1）铸件不准有砂眼，缩孔及缩松，泥心孔不准有泥沙附着及披风； （2）非加工表面必须经仔细清理后涂耐油防锈漆； （3）.未标注处铸造圆角尺3-5mm； （4）.未注孔口倒角０.５×４５°； （5）未注加工余量４mm；

（6）未注拔模斜度１°。

2.2 泵体铸件结构工艺分析

泵体铸件属壁厚相差悬殊的回转体结构，其主要壁厚为20mm，最小壁厚为9mm，最大壁厚为50mm，零件的外形轮廓尺寸为上法兰直径?145，另一端是边长为130的方形端盖，该件质量为13.9kg。由零件图可知，该零件外形比较复杂，内腔结构也复杂，壁厚不均匀，材料为灰铁，流动性较好，收缩大，在浇注时容易产生浇不足、冷隔、缩孔和缩松、热裂、内应力以及变性和冷裂等缺陷。该件为小型铸件，可采用砂型铸造中湿型铸造，操作方便，劳动量较小。

2.3 基于Solidworks零件的三维造型

2.3.1 软件简介

在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，Solidworks是设计过程比较简便而方便的软件之一。美国著名咨询公司Daratech所评论：“在基于Windows平台的三维CAD软件中，Solidworks是最著名的品牌，是市场快速增长的领导者。”在强大的设计功能和易学易用的操作（包括Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用Solidworks ，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。同时增强了的详图操作和剖视图，包括生成剖中剖视图、部件的图层支持、熟悉的二维草图功能、以及详图中的属性管理员。本件采用Solidworks进行三维立体建模使工艺设计直观形象，便于后续分析、模拟及加工等过程的管理与控制。

2.3.2 零件的三维造型图

通过运用Solidworks对零件进行立体建模得到如图2.1、2.2所示三维图。

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图2.1零件的三维造型图

图2.2零件的剖视图

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第三章 铸造工艺方案设计

3.1 工艺方案的确定

3.1.1 铸造方法

湿型砂铸造的基本特点是：砂型和砂芯无需烘干，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，易于实现生产过程的机械化和自动化；材料成本低。因生产纲领为成批量生产可采用湿型铸造，铸型和型芯都采用呋喃树脂自硬砂，每箱一件，乙醇涂料，造型时按模型材质选择合适的脱模剂。采用树脂砂的优点有：强度高，可自硬，精度高，铸件易清理，生产效率高等特点。

3.1.2 型（芯）砂配比

铸铁件用原砂按表“3-1造型用砂分类表”选择（《铸造工艺问答》P72）。应注意的是，铸铁件的熔点低于铸钢，浇注温度一般在1200-1400℃，因此，对原砂耐火度的要求比铸钢低，粒度也可以细一点，铸铁用原砂种类范围较宽：一般用SC石英-长石英，小件可用1N粘土砂，根据零件结构及生产要求，原砂选择SC石英-长石英。

铸铁件芯砂的配比及性能参考表3-8（《铸造工艺问答》P86），各成分的含量如表3.1：

表3.1砂芯各成分的含量

适用范围 新 砂 旧 砂粘 土 膨润土 水 分 透气性

30/50目 (%） (%） (%）

中 小 件 - 70 4-6 - 7-8 >100

该铸件采用呋喃树脂自硬砂造型、造芯即可，具体数值参考型、芯砂配比如表3.2和表3.3所示。

成 分 百分比

新砂 10％ 表3.2 型砂配比（配比重量Wt%） 再生砂 F700呋喃树脂 固化剂 90％ 1.6% ~2.0% 15% 附加物氧化铁粉 0 ~ 1.5% 成 分 百分比

新砂 60％ 表3.3芯砂配比（配比重量Wt%） 再生砂 F700呋喃树脂 固化剂 40％ 2.3% ~2.5% ＞10％ 附加物氧化铁粉 0 ~ 1.5% 表中催化剂含量为占树脂砂的百分比。

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3.1.3 混砂工艺

合理地选用混砂机，采用正确的加料顺序和恰当的混砂时间有助于得到高质量的树脂砂。树脂砂各种原料称量要准确，其混砂工艺如下：

上下上下砂+催化剂加树脂出砂

上述顺序不可颠倒，否则局部发生剧烈的硬化反应，缩短可使用时间，影响到树脂砂的使用性能。砂和催化剂的混合时间应以催化剂能均匀的覆盖住沙粒表面所需的时间为准。

3.1.4 铸造用涂料、分型剂及修补材料

铸造涂料在铸型和砂芯的表面上形成耐火的保护层，避免铸件产生表面粗糙、机械粘砂、化学粘砂以及减少铸件产生与砂子有关的其它铸造缺陷，是改善铸件表面质量的重要手段之一。虽然采用涂料增加了工序和费用，但使用涂料之后，不仅铸件表面光洁，也减少了缺陷降低了清理费用，增加了铸件在市场上的竞争力，综合效益得以提高。为满足要求可选水溶性涂料，根据生产纲领选用手工刷涂的方式施涂。

铸造用分型剂可在造型造芯过程中在模样、芯盒工作表面覆盖一薄层可以减少或者防止型砂、芯砂对模样或芯盒的粘附，降低起模力，以便得到表面光洁、轮廓清晰的砂型或砂芯，可手工涂涂柴油。

如砂型或砂芯出现裂纹、孔洞、掉角以及不平整等缺陷可用胶补剂进行修补，以提升生产效率。对自硬树脂砂可用同种自硬砂+修补膏+胶合剂进行修补。

3.2 铸造熔炼

3.2.1 熔炼设备

为保证获得化学成分均匀、稳定且温度较高的铁液，满足生产需要这一前提，在大批量

流水生产中，宜采用冲天炉-电炉双联熔炼工艺。它可以保证出炉铁液温度在1500℃以上，温度波动范围小于等于＋（-）10℃，化学成分（质量分数）精度达到△C小于等于＋（-）0.05%，△Si小于等于＋（-）0.10%。

3.2.2 熔炼工艺

（1）废钢：加废钢可明显提高灰铸铁基体中D型石墨和初生奥氏体的数量；加废钢能促进初生奥氏体的形核及长大；可增加铸件的强度和孕育。

（2）出炉温度和浇注温度：出炉温度一般都控制在1300左右，浇注温度一般控制在1250~1250℃。

（3）孕育处理：为改善石墨形态和材质的均匀性，孕育处理是十分重要的。孕育的作用为消除白口、改善加工性能，细化共晶团、获得A型石墨，使石墨细化及分布均匀，改善基体组织、提高力学性能，减小断面敏感性。综合孕育剂选择的主要两个因素：满足工艺性及性能、金相组织的需要；避免铸件产生气孔、缩松、渗漏等缺陷。由于75SiFe瞬时孕育效果好，溶解性能优良，故此铸铁熔炼采用此方法。

3.3 分型面的选择

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分型面是铸型的上型与下型之间的接合面，除了熔模铸造和实型铸造外，都要选择分型面。一般应以保证铸件质量来确定浇注位置，然后以操作方便确定分型面。分型面的选择是否合理对铸件质量、成本和生产率都有很大影响。

分型面的选取原则为：

①分型面应选择最大截面处； ②分型面的选择应尽量简化工序； ③分型面应尽量平直；

④基准面放在同一个砂箱中； ⑤尽量减少分型面；

⑥使型腔和主要芯位于下箱。

根据分型面的选择原则，分型面的选择位置如下三种：

图3.1 分型面选择方案示意图

方案一：

特点：选择最大截面

1、有利于顺序凝固和充型以及易于保证铸件的精度； 2、有利于铸件的补缩；

3、铁液在铸型中的流动不稳定；

4、由于该件外形为复杂，这样分型不便于于起模；

5、主要缺点是基准面朝上，使该面较易产生气孔和夹渣等缺陷，且型芯的数量较多。

方案二：

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特点：

1、重要面放在侧面和下面，有利于重要面得到致密的组织； 2、避免了吊芯；

3、利于顺序凝固和补缩；

4、对上下箱的合箱、造型精度要求很高。 方案三：

特点：

1、减小了砂箱尺寸； 2、有利于下芯；

3、铁液在铸型中的流动平稳； 4、便于合箱；

5、主要优点是适于铸出轴孔，铸后轴孔飞边少，便于清理。

根据三种方案的对比，选择方案三比较合理。

3.4 砂箱大小及砂箱中铸件数目的确定

砂箱是构成铸型的一部分，容纳和支承砂型的刚性框。砂箱的结构和尺寸是否合理，对提高生产效率，提高铸件质量和减轻劳动强度有很大影响。

由于铸件较小，结构对称，因此采用两箱一件的生产方式。 设计砂箱的基本原则：

（1） 满足铸造工艺要求；

（2） 尺寸和结构应符合造型机、起重设备、烘干设备的要求； （3） 有足够的强度和刚度，使用中保证不断裂或发生过大变形；

（4） 对砂型要有足够的附着力，使用中不掉砂或塌箱，但要便于落砂。

另外，查铸造工艺学课本P345知，所设计的砂箱长度和宽度应是50或100mm的倍数，高度应是20或50mm的倍数。

砂箱的尺寸计算：

砂箱宽＝16+25+145+22+180=388mm, 取砂箱宽度为400mm。 砂箱长＝42+121+35+180=378mm,取砂箱长度为400mm。 砂箱高度的计算：

上砂箱高＝73+75+750=298mm，冒口高度为75mm，故取上箱350mm

下砂箱高＝73+20+180=273mm，下砂箱取300mm。砂箱各部位的尺寸如表3.4所列。

表3.4 砂箱的外形尺寸 砂箱长（mm） 上箱 400 下箱 400 如工厂有尺寸相近砂箱也可选用。

下图3.2为砂箱外形示意图：

砂箱宽（mm） 400 400 砂箱高（mm） 350 300 12

图3.2 砂箱外形图

3.5砂芯设计及排气

为了获得铸件的内孔或局部外形、用芯砂或其他材料制成的，安放在型腔内部的铸型组

元，称为砂芯，俗称芯子。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。砂芯应满足以下要求：砂芯的形状、尺寸以及在砂型中的位置应符合铸件要求，具有足够的强度和刚度，在铸件形成过程中砂芯所产生的气体能及时排出型外，铸件收缩时阻力小和容易取砂。

3.5.1芯头的基本尺寸

芯头是芯子的外伸部分，不形成铸件轮廓，只落入芯座内，用作定位和支承芯子，并排出砂芯在浇注过程中产生的气体。

定位作用：通过芯头与芯座的配合，便于将砂芯准确地安放在砂型中。

支撑作用：砂芯通过芯头支撑在铸型中，保证砂芯在它本身的重力及金属液体的浮力作用下位置不变。

排气作用：在浇注凝固过程中，砂芯中产生的大量气体能够及时地从芯头排出铸型。

芯头能否满足定位、支承和排气的作用，主要取决于它的型式、个数、形状和尺寸。芯头是芯子的外伸部分，垂直芯头长度通常称为芯头高度。只要满足芯头的要求，芯头不宜太长。根据工厂经验，对于直径小于150mm和长度小于1000mm的砂芯，水平芯头长度一般在20-100mm之间。垂直芯头的高度，根据砂芯总高度和横截面的大小，一般芯头高度取15-50mm。

为下芯方便，根据课本可留垂直心头与芯座之间的间隙s=1mm，芯头高度：h=42mm，斜度，h=35mm。芯头各部分尺寸及形状见图3.1。

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图3.3 芯头的形状

3.5.2 芯撑、芯骨的设计

由于砂芯较小，且位于内浇道附近，因此不用芯撑。

为了保证砂芯在制芯、搬运、配芯和浇注过程中不易开裂、不易变形、不被金属液冲击折断，生产中通常在砂芯中埋置芯骨，以提高其刚度和强度。

由于该铸件为小型铸件，且砂芯尺寸不大，故可以采用细钢管做芯骨，防止砂芯变形、开裂，同时在钢管上钻若干小孔利于砂芯排气。

3.5.3 砂芯的排气

砂芯在浇注过程中，其粘结剂及砂芯中的有机物要燃烧（氧化反应）放出气体，砂芯中

的残余水分受热蒸发放出气体，如果这些气体排不出型外，则要引起铸件产生气孔。

芯骨有小孔利于砂芯排气，还可用通气针扎出排气孔的方法排气。

3.5.4 芯盒的设计

芯盒的优劣直接影响砂芯质量及制芯生产率。芯盒本体的结构包括壁厚、加强筋、边缘、活块、镶块等。外围结构包括定位、夹紧装置、手柄、吊轴、同造芯机连接的耳子等。附件有气孔针、通气板和填砂板等。

1.壁厚、加强肋和边缘

可参照有关手册选取壁厚、肋和边缘尺寸。肋可加强芯盒厚度和刚度，增加芯盒高度，以便安放手柄，还利用肋使芯盒在工作台上放置平稳。

2.活块、镶块

妨碍砂芯取出的部分应制成活块。活块同芯盒本体之间可用定位销、燕尾槽等位。应使活块重心落入芯盒窝座之内，以保持稳定。一般先加工窝座，然后钳工用涂色法修配活块，使之松紧适度。

3.定位、夹紧结构

对开芯盒都有定位结构，常用定位销、铰链及止口。定位销是标准件，精度高，应用广。销子、销套用工具钢制造，工作部分淬火，40-45HRC，销子直径一般为8mm、10mm、12mm，以适应芯盒大小。

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4.手柄、吊轴

小芯盒可利用突耳当做手柄。为了搬运、翻转方便。中、大芯盒上应有手柄或吊轴。手柄、吊轴可采用铸接式或整体式、装配式。位置应使芯盒搬运时保持平衡。

为了便于取出型芯，采用两次分型方式制造芯盒，如下图3.4为所选芯盒装配图：

图3.4 芯盒

第四章 浇冒系统的设计及计算

4.1 浇注系统的类型及选择

该铸件为铸铁小型铸件，壁厚不均匀，根据铸铁件生产要求及特点及铸工实用手册P301表5-37注释③选择半封闭式中间浇注系统。以横浇道截面最大，阻渣效果较好，可防止金属液卷入气体，消耗金属少，清理方便；但缺点是内浇道为阻流，充型不平稳。∑S内：∑S横：∑S直=1:1.5:1.15。

4.2 浇注位置的选择

当铸件高度较高时，若采用顶注，有冲刷产生冲砂缺陷而且金属液氧化严重；若采用底注，由于金属液从铸件底部注入，所以不利于铸件自上而下的顺序凝固。因而采用顶注或底注都不合适。此时可以采用中注式浇口。采用中间式浇注系统浇注位置设在分型面上，设置两个内浇口分别位于两个圆形筒壁上，冒口设在铸件顶端两个平台处，如图所示：

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图4.1 浇注系统示意图

此浇注系统的优点：

（1）冒口位于铸件顶部，便于实现补缩、集渣、排气； （2）便于清理，易于加工。

（3）浇道位于该件的中心位置充型平稳，而且铸件的质量均一。

由于铸铁具有良好的流动性，容易填充形状复杂的薄壁铸件，且不易产生气孔、浇不足、冷隔等缺陷，且浇注温度较低，充型能力好，因此采用此方案。

4.3 浇注系统各部分尺寸的计算

4.3.1 合金铸造性能分析

灰铸铁具有良好的铸造性能：（1） 流动性。灰铸铁的熔点较低，结晶温度范围较小，在

适宜的浇注温度下， 具有良好的流动性，容易填充形状复杂的薄壁铸件，且不易产生气孔、浇 不足、冷隔等缺陷。（2） 收缩性。灰铸铁的浇注温度较低，凝固中发生共析石墨化转变，使其线收缩小，产生的铸造应力也较小，所以铸件出现翘曲变形和开裂的倾向以及 形成缩孔、缩松的倾向都较小。（3） 灰铁充型能力好，强度较高，耐磨、耐热性好，减振性良好，铸造性较好， 但需人工时效。

4.3.2 铁液在型内的上升速度

根据浇注系统的铁液上升速度计算法，查铸工实用手册P311知铸件质量小于等于5t时铁液在型中上升速度为V（mm/s）=20mm/s-30 mm/s之间，取V=25mm/s。

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4.3.3 浇注系统截面尺寸及长度设计

由于采用浇注系统为半封闭式浇注系统，因此不必考虑阻流截面尺寸。 查助攻使用手册P298知，内浇道的经验公式:

F内?x1GHp ①

2F内-内浇道最小总截面积，cm；

x1-经验系数，可根据表5-33选取； G-助兴重金属液总质量，kg；

Hp-平均压力头，cm。

当中间注入时，P?C，Hp?H0?C ② 2P-内浇道至铸件最高点的距离，cm；

H0-浇口杯液面至内浇道的距离，cm； C-铸件在铸型中的总高度，cm。

可根据表5-33查得经验系数x1 =4.3，查P300表5-36得灰铸铁的内浇道数目为2和截面积为0.8

cm2。

由①②得Hp=100.39cm，H0=107.64cm。

根据∑S内：∑S横：∑S直=1:1.5:1.15可得F内=0.8?2=1.6

cm2，

F横=0.8?2?1.5=2.4cm，F直=0.8?2?1.15=1.84cm.

内浇道长度取为L=25cm.

查铸造工艺手册，所选内浇口截面形状为梯形，如下图4.2所示，其中a?14mm，

22b?26mm，c?6mm

图4.2 内浇口形状示意图

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浇注时间

查铸造工艺学表3-4-3 对于铸铁件 t=10~30s 取t=30s 浇注速度

V =m/t=13.9/30=0.463kg/s 浇注温度

1250-1260℃

4.4 冒口设计计算

根据补缩液量法：已知该件体积约为7440.61mm,查课本P299可得铸铁体收缩率?取

3

1.9，冒口的补缩效率12%-15%取14%，铸件壁厚取主要壁厚20mm。

d0=

36?Vc?=30.0mm

式中：Vc-铸件被补缩部分体积；

?-铸件金属的凝固收缩率理论上需要用以补缩部分液体的体积V1； d0-补缩球直径。 Dr=T+d0=30+20=50mm

H=1.5Dr=1.5×50=75mm Dr:冒口直径。

该件采用两个同形状不同尺寸圆形冒口，冒口的高度取为75mm.

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另一个冒口补缩体积为44×π/4×20=3082mm，查课本P299可得铸铁体收缩率?取1.9，冒口的补缩效率12%-15%取14%，铸件壁厚取主要壁厚20mm。

36?Vcd0==17.6mm

?Dr=T+d0=17.6+20=37.6mm

H=1.5Dr=1.5×37.6=56.4mm

因此，该部分采用的圆形冒口高度取为56.4mm.

由于该件为灰铸铁，采用保温冒口可提高铸件工艺出品率10％～15%，能够很显著地节约材料和降低成本。为了冒口的易于切割，降低后续机加工难度，在冒口底部可放置带孔隔板或易切片便于冒口的切割。

4.4.1 铸件工艺出品率

铸件质量×100%

铸件质量?冒口质量?浇注系统质量13.9?68% 因此，该铸件工艺出品率=

13.9?4.52?2.02铸件工艺出品率=

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4.4.2 出气孔

开始浇注的瞬间，型腔内的空气即被加热膨胀，型内压力迅速增加，有些空气可从型砂的空隙逸出，但型砂的透气性常不足以防止压力的显著增高。当浇注系统完全充满时，压力可以高到使液态合金倒流，再周期性地返回，并降低浇注速度。压力过大可能瞬时拾起上箱，引起“跑火”，甚至从直浇道中喷溅，造成事故。道气不良还会造成气孔、浇不足和冷隔等缺陷。所以要用出气孔，将型内气体引至砂型之外出气孔除排出型腔的空气和气体之外，还可减小砂型充满时的动压力，以及便于观察型内的充满程度等。但此铸件可不需专门的出气孔，可以选取通气针在砂型上扎出排气道的方法排气。

4.4.3 冒口的作用及位置确定

冒口是铸型内用以储存金属液的空腔，在铸件凝固过程中补给金属，能有效防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用。对于该铸件采用普通明冒口，由于该铸件热节处壁厚较大，经分析可设置2个圆形大冒口。如下图所示：

图4.3 冒口的分布

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总结

经过两个星期的努力，我们终于将铸造工艺课程设计做完了。在这次作业过程中，我们遇到了许多困难，主要是计算和绘图这两个方面。一遍又一遍的计算，一遍又一遍的查手册，一次又一次的修改设计方案，这些都暴露出了我们急于求成的心态和基础知识掌握的不够扎实、到位。刚开始在铸造工艺设计的时候，我们始终找不到最佳的分型面和浇注方案，后来在郭 老师的悉心指导下，终于将问题解决了。由于泵体零件本身作图的话比较复杂，加之我们组只有一台电脑，在画图时遇到了不少困难，还好在同学和老师的帮助下，费了九牛二虎之力，总算把二维图和实体图有模有样的画出来了。虽然不尽完善，但这是我们组齐心协力最大努力的结果。

尽管这次课程设计的时间是比较长的，过程是曲折的，但我的收获还是很大的。通过本次课程设计的训练，我们受益匪浅，不仅深层次的学习了铸造知识，掌握了铸造工艺设计流程，而且还提高了分析问题、解决问题的能力，使自己的专业素质得到了进一步的锻炼和提升。这对我们的继续学习是一个很好的指导方向，同时，通过课程设计，还使我们树立正确的设计思想，培养实事求是、严肃认真、高度负责的工作作风。一个人的力量毕竟是有限的，一个团队的智慧便能造就完美。 本次课程设计中，郭老师始终不厌其烦地为我们答疑解惑，给了我们莫大的帮助，最后再次感谢郭老师的悉心指导！

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参考文献

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[4] 李魁盛，马顺龙等. 典型铸件工艺设计实例[M]. 北京，机械工业出版社，2008 [5] 中国机械工程学会铸造分会编. 铸造手册5（第2版）[M]. 北京，机械工业出版社，2004

[6] 曹聿，严绍华.铸工实用手册.北京：中国劳动出版社，1990 [7] 杜西灵.铸造工艺问答.北京：机械工业出版社，1986

[8]叶荣茂，吴维刚，高景燕.铸造工艺课程设计手册.哈尔宾：哈尔滨工业大学出版社，1988

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