材料成型与控制专业课程设计铸造.doc

目 录一、绪 论1二、砂型铸造概述12.1定义12.2特点12.3应用12.4发展概况2三、砂型铸造工艺设计23.1工艺设计的依据23.2分析铸件图33.3铸件的结构工艺分析43.4造型方法的选择63.5铸型种类的选择73.6确定铸件浇注位置73.7铸型分型面的选择83.8浇注系统设计及其选择9四、造型材料及其制备154.1型砂的制备及性能控制154.2涂料174.3手工造型的方法19五、铸造工艺装备设计195.1模样的类型及其结构195.2砂箱的选用及设计23六、合金熔炼及其浇注276.1熔炼工艺顺序及备料276.2铸件的浇注296.3落砂与清理31七 、铸件质量检验与缺陷修补327.1铸件质量检验方法327.2铸件的修补33八、结论34参考文献34致 谢35一、绪 论铸铁件广泛地应用在装备制造业、冶金、建筑、农机、给排水以及国防工业各部门，如在机械制造业中，铸铁件所占比重约为机械重量的40%～85%生产的铸铁件也是多种多样的，质量从十几克到几百吨；厚度可以薄到2㎜，也可以达到500㎜；长度可以由1㎝做到30㎝的各种形状、各种用途、各种尺寸的铸件 铸铁及铸铁件的特点：①熔化的铸铁溶液有很好的流动性，能够冲填很复杂、薄壁的铸型，能够得到很复杂形状的铸铁件，如缸体、缸盖、机床床身、水泵叶轮、液压阀体等。

②铸铁的收缩小，在一定条件下常常在没有冒口的条件下也可以得到致密的铸件，并且形成应力和裂纹的倾向也很小③铸铁的熔点较低，熔化的方法、采用的原料也很简单，较其它材料加工成型方法如锻造、焊接等，铸铁件生产成本相对较低廉④铸铁件能够迅速吸收振动由于铸铁的集体中有石墨存在，割裂了金属基体的相互联系，使得在振动时，尤其是机器在高速运动时，能够迅速吸收振动铸铁件用在机器底座有最好的效果⑤铸铁件具有良好的切削加工性能这也是因为铸铁中有石墨存在，是切削容易断裂，并成为天然的润滑剂同时铸铁件有较小的切口敏感性⑥铸铁件报废时，铸件可以回炉重熔，铸铁件的回用性好正因为铸铁件有一系列的优点，铸铁件的生产占铸件生产总量的比重最大，铸铁件的品种几乎涵盖了从机械制造到日常生活的各种零部件，从工作母机床身箱体到汽车的缸体缸盖，从采暖锅炉、排水管道到水泵阀门以及钟、鼎等艺术品和日常生活的炊具等随着现代科学技术的发展，人们对铸铁本质认识的提高，铸铁件不断得到广泛利用二、砂型铸造概述2.1定义铸造一般可分为砂型铸造和特种铸造两大类当直接形成铸型的原材料主要为型砂，且液态金属完全靠重力充满整个型腔时，这种铸造方法称为砂型铸造。

砂型铸造一般可分为手工砂型铸造和机器砂型铸造前者主要适用于单件，小批量生产以及复杂和大型铸件的生产，后者主要适用于成批，大量生产砂型铸造生产工艺流程：材料准备→造型制芯→下芯合箱→炉料准备→合金熔炼→铸件浇注→落砂清理→铸件检验→热处理→合格入库2.2特点①成形方便且适应性强金属液态成型方法对工件的尺寸形状几乎没有任何限制，铸件的材料可以是铸铁，铸钢，铸造铝合金，铸造铜合金等各种金属材料，也可以是高分子材料和陶瓷材料；铸件的尺寸可大可小，形状可简单可复杂② 成本较低由于成行方便，铸件毛坯与零件形状相近，能节省金属材料和切削加工工时，使用原材料来源广泛，可以利用废料、废件等，节约资源；因此，铸件的成本较低③生产工艺简单，生产周期短所用设备通常比较简单，操作简便，投资较少④成形的组织性能较差铸件晶粒粗大﹙铸态组织﹚，化学成分不均匀，力学性能较差因此，以用作受力不大或承受静载荷的机械零件，如箱体，床身，支架等常用铸件2.3应用随着现代科学技术的发展，人们对铸铁本质认识的提高，铸铁件得到了广泛应用如高强度、高弹性模量的灰铸铁在机床铸件的应用，由于熔化设备的改进和造型制芯技术的进步以及国产的系列孕育剂、球化剂、蠕化剂的商品化，使高强度、薄壁铸铁件的铸造生产技术得到了很快的发展和广泛的应用，灰铸铁表面激光强化技术应用于生产，人工智能技术在灰铸铁性能预测技术的应用，都使灰铸铁件质量有大幅度的提高，不断地扩大了铸铁件的应用范围。

依据铸件结构、重量、尺寸、数量不同，可选用不同的造型方式在全部铸件产量中，60%～70%的铸件是用砂型生产的，主要是因为砂型铸造方法成本低、生产工艺简单，所以汽车的发动机汽缸体、汽缸盖、曲轴等铸件都是用湿型砂工艺生产的当湿型砂不能满足要求时可以考虑使用湿型表干型、干砂型或其他砂型2.4发展概况铸造业在我国具有悠久的历史，他充分的体现出了我国劳动人民聪明才智①早期中国商朝的重875公斤的司母戊方鼎，战国时期的曾侯乙尊盘，西汉的透光镜，都是古代铸造的代表产品早期的铸件大多是农业生产、XX、生活等方面的工具或用具，艺术色彩浓厚那时的铸造工艺是与制陶工艺并行发展的，受陶器的影响很大②发展中国在公元前513年，铸出了世界上最早见于文字记载的铸铁件－晋国铸型鼎,重约270公斤欧洲在公元八世纪前后也开始生产铸铁件铸铁件的出现，扩大了铸件的应用范围例如在15～17世纪，德、法等国先后敷设了不少向居民供饮用水的铸铁管道18世纪的工业革命以后，蒸汽机、纺织机和铁路等工业兴起，铸件进入为大工业服务的新时期，铸造技术开始有了大的发展③近代进入20世纪，铸造的发展速度很快，其重要因素之一是产品技术的进步，要求铸件各种机械物理性能更好，同时仍具有良好的机械加工性能；另一个原因是机械工业本身和其他工业如化工、仪表等的发展，给铸造业创造了有利的物质条件。

如检测手段的发展，保证了铸件质量的提高和稳定，并给铸造理论的发展提供了条件；电子显微镜等的发明，帮助人们深入到金属的微观世界，探查金属结晶的奥秘，研究金属凝固的理论，指导铸造生产三、砂型铸造工艺设计3.1工艺设计的依据①铸造零件图样 提供的图样必须清楚无误，尺寸和标记完整、标记齐全经审查有必要修改图样时，应与用户协商，取得一致意见后已修改的图样作为设计依据②零件的技术要求包括金属材质牌号、金相组织、力学性能要求、铸件尺寸和重量公差及其他特殊性能要求，如是否经过水压或气压检验、零件在机器上的工作条件等，在铸造工艺设计时应注意满足这些要求③艺装备尽可能产品批量及生产期限根据产品数量可划分为三种生产类型：即大量生产，成批生产和单件小批量生产对于批量大的产品，应尽可能的采用先进的生产工艺，以保证质量，满足时限要求对于应急的单件产品，则应考虑是工简单，以便缩短生产周期，并获得较大的经济效益3.2分析铸件图图3—1 端盖的零件图该铸件为端盖，其材料为HT150,灰铸铁的特征有断口呈暗灰色，碳主要以石墨形式存在，为片状石墨，少量溶于基体中，部分以碳化铁形式组成珠光体HT150的性能特点：强度低、好的减震性和铸造性能。

生产类型：批量生产；造型材料：粘土砂造型，一箱一件；应用:力学性能要求不高的零件最大尺寸348㎜×72㎜最大壁厚20.5㎜最小壁厚7㎜①铸件的力学性能 表3—1 铸件力学性能 牌号铸件壁厚／㎜抗拉强度σb/MPa﹥≦HT1502.51017510201452030130②铸件的化学成分表3—2 铸件化学成分（质量分数，%）牌号铸件壁厚∕㎜CSiMnP≦S≦HT150203.5～3.72.2～2.40.4～0.60.400.1520～303.4～3.62.0～2.33.3铸件的结构工艺分析①端盖结构的铸造工艺性和生产条件，结构及技术要求结构的铸造工艺性是指零件的结构应符合铸造生产的要求，易于保证铸件品质，简化铸件工艺过程和降低成本审查、分析应考虑如下几个方面：1）铸件应有合适的壁厚，为了避免浇不到、冷隔等缺陷，铸件不应太薄2）铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意薄壁过渡和圆角 铸件薄厚壁的相接拐弯等厚度的壁与壁的各种交接式，并应使用较大的圆角相连接，避免因应力集中导致裂纹缺陷3）铸件内壁应薄于外壁 铸件的内壁和肋等，散热条件较差，应薄于外壁，以使内、外壁能均匀地冷却，减轻内应力和防止裂纹。

4）壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节 5）利于补缩和实现顺序凝固6）防止铸件翘曲变形7）避免浇注位置上有水平的大平面结构②铸造工艺参数1）铸造收缩率铸造收缩率又称为铸件线收缩率或铸件缩尺，用模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示：e=(L-l)/L×100% (3-1)式中 e—铸造收缩率 L—模样长度l—铸件长度模样的选择木模：轻便，容易加工，价格低廉，但强度低，易吸潮变形，只适合于单件、小批量生产的各种铸件，通常采用实心结构金属模：金属制作摸样的材料有铝合金、铜合金、铸铁等铜合金轻便、加工性能好、表面光洁、不易生锈，但耐磨性较差，主要用于大批量生产的模样及模板；铜合金易加工、表面光滑、耐蚀、耐磨但成本高，重量大，主要用于精度要求较高的薄、小铸件和活块；铸铁强度强度、硬度较高，耐磨且价低，表面光滑，但重量大、易生锈且不易加工，主要用于大批量生产的模底板及少数情况下的模样由于本次设计单件小批量生产，设计原则以简单、方便、器材简单、效率高，所以选木模表3—3 铸铁件铸造收缩率灰铸铁铸件种类收缩率／%阻碍收缩自由收缩中小型铸件0.8～1.00.9～1.1中大型铸件0.7～0.90.8～1.0特大型铸件0.6～0.80.7～0.9该铸件的收缩率为0.9。

2）机械加工余量 查《铸造工手册》得，该铸件机械加工余量为8㎜3）起模斜度图3—2 起模斜度的形式 表3—4 起模斜度及应用类型增加壁厚法加减壁厚法减小壁厚法应用用于和其它零件配合的加工面用于不与其它零件配合的加工面用于和其它零件配合的非加工面该铸件选用增加壁厚法表3—5 砂型铸造用起模斜度测量高度∕㎜金属模木模a∕㎜aa∕㎜a50～1001.0～1.50°45′～1°1.5～2.01°1°～30′4）工艺补正量 查《铸造工手册》得，该工艺补正量为2.5㎜5）分型负数查《铸造工手册》得，该分型负数为1.0㎜3.4造型方法的选择手工造型和制芯应用面广，适应性强，生产组织灵活，生产周期短；工艺装备简单，制造容易因此，对单件、小批量、多品种铸件的生产具有明显优势手工生产还是某些复杂铸件、大型铸件以及重型铸件的最基本生产方法与手工造型、制芯方法相比，在中小型铸件的大批量生产方面，机器造型和制芯，尤其是采用自动化生产方式，更能够满足现代化产业的铸件需求无论是铸件质量还是产品质量，都是手工生产无法比拟的因此 ，在可能条件下，应尽量选用机器造型和制芯该铸件选用手工造型3.5铸型种类的选择①湿型。

一般情况下，中小型铸铁件应尽量选用湿型铸造湿型生产率高，生产周期短；砂型无需烘干，劳动条件好；砂型成形性好，铸件尺寸精度高；铸型的落砂性好，砂箱使用寿命长因此，机械化造型以及自动高压造型线均采用湿型铸造湿型也存在某些不足之处：铸型强度低，在铁水的冲击或烘烤作用下，容易产生砂眼、夹砂缺陷；砂型含有较多水分，铸件容易呛火，产生气孔对于厚大、形状。