1、題目：工藝學課程設計學院：專業：材料成型機控制工程班級：學號：姓名：指導老師：鑄造工藝學課程是培養學生熟悉對零件及產品工藝設計的基本內容、原則、方 法和步驟以及掌握鑄造工藝和工裝設計的基本技能的一門主要專業課。課程設計則 是鑄造工藝學課程的實踐性教學環節，同時也是我們鑄造專業迎來的第一次全面的 自主進行工藝和工裝設計能力的訓練。在這個為期兩周的過程里，我們有過緊張， 有過茫然，有過喜悅，從中感受到了學習的艱辛，也收獲到了學有所獲的喜悅，回 顧一下，我覺得進行鑄造工藝學課程設計的目的有如下幾點：通過課程設計實踐，樹立正確的設計思想，增強創新意識，培養綜合運用鑄造 工藝學課程和其他先修課程的的理論

2、與實際知識去分析和解決實際問題的能力。通過制定和合理選擇工藝方案，正確計算零件結構的工作能力，確定尺寸，掌 握了澆冒口的作用及其原理，具有正確設計澆冒口系統的初步能力；掌握鑄造工藝 和工裝設計的基本技能。熟悉型砂必須具備的性能要求，原材料的基本規格及作用，并初步具備分析和 解決型砂有關問題的能力。熟悉涂料的作用、基本組成及質量的控制；了解提高鑄件表面質量和尺寸精度 的途徑。了解合金在鑄造過程中容易產生的鑄造缺陷以及采取相關的防止途徑，并初步 具備分析、解決這類缺陷的基本解決途徑學習進行設計基礎技能的訓練，例如：計算、繪圖、查閱設計資料和手冊目錄第一章零件鑄造工藝分析,41.1 零件基本信息，,

3、，41.2 材料成分要求,41.3 鑄造工藝參數的確定,41.3.1 鑄造尺寸公差和重量公差,51.3.2 機械加工余量,51.3.3 鑄造收縮率,51.3.4 拔模斜度，,，51.4 其他工藝參數的確定,51.4.1 工藝補正量,51.4.2 分型負數,51.4.3 非加工壁厚的負余量，,，51.4.4 反變形量5.,1.4.5 分芯負數，,，6第二章鑄造三維實體造型，,，62.1 上冠件圖紙技術要求,62.2 上冠件結構工藝分析,62.3 基于 UGt件的三維造型,62.3.1 軟件簡介,，62.3.2 零件的三維造型圖,6第三章鑄造工藝方案設計，,，73.1 工藝方案的確定,73.1.1

4、 鑄造方法,73.1.2 型（芯）砂配比，,，83.1.3 混砂工藝，,，83.1.4 鑄造用涂料、分型劑及修補材料,83.2 鑄造熔煉,83.2.1 熔煉設備，,，93.2.2 熔煉工藝，,，93.3 分型面的選擇，,，93.4 砂箱大小及砂箱中鑄件數目的確定，,，103.5 砂芯設計及排氣,113.5.1 芯頭的基本尺寸,113.5.2 芯撐、芯骨的設計,123.5.3 砂芯的排氣，,，12第四章澆冒系統的設計及計算,124.1 澆注系統的類型及選擇,124.2 澆注位置的選擇,124.3 澆注系統各部分尺寸的計算，,，134.3.1 合金鑄造性能分析,134.3.2 鐵液在型內的上升速度

5、,134.3.3 澆注系統截面尺寸設計,144.4 冒口設計計算,144.4.1 鑄件工藝出品率,144.4.2 出氣孔,，154.4.3 冒口的作用及位置確定,154.5 冷鐵設計及尺寸計算,154.5.1 冷鐵的選用及作用,154.5.2 冷鐵的尺寸及放置位置的選擇，,，15總結,17參考文獻18,附圖第一章零件鑄造工藝分析1.1 零件基本信息零件名稱：上冠鑄件。零件材料：HT200b產品生產綱領：成批量生產或者小批量生產。 結構：屬厚、薄相差懸殊的大型回轉體結構。 上冠零件圖：圖1.1 上冠零件圖1.2 材料成分要求根據相關資料查得 HT200具體成分及其含量如表1.2.1所示。表1.2

6、.1HT200化學成分表（質量分數，）CSiMnPSCr3.33.551.952.150.600.90<0.08<0.120.150.301.3 鑄造工藝參數的確定1.3.1 鑄造尺寸公差和重量公差該鑄件材質為 HT200,手工造型，經查得，鑄彳的尺寸公差等級為13級；重量公差等級為13級，該鑄件的重量公差為 10%。H,經查得，該鑄件法蘭端面以及1.3.2 機械加工余量該鑄件為鑄鐵件，砂型人工造型，經查加工余量等級為錐面的加工余量為 13mm孔的加工余量為 8mm1.3.3 鑄造收縮率由于鑄件的固態收縮（線收縮）將使鑄件各部分尺寸小于模樣原來的尺寸，因此，為了使 鑄件冷卻后的尺寸

7、與鑄件圖示尺寸一致，則需要在模樣或芯盒上加上其收縮的尺寸。加大的這 部分尺寸為鑄件的收縮量，一般用鑄造收縮率表示。經查可知該錐體鑄件的線收縮率為1.0 %。1.3.4拔模斜度由于該鑄件為錐形而且錐度大非常易于拔模，因此錐體部分不設拔模斜度，而在立壁處 可設置3mm勺起模斜度以便拔模。拔模斜度的示意如圖1.2和1.3。圖1.231.4其他工藝參數的確定1.4.1 工藝補正量對中小批量的鑄件由于選用的收縮尺寸與實際的收縮率不符，或由于鑄件產生變形、操 作中不可避免的誤差等原因使加工后鑄件的尺寸小于圖樣要求尺寸，為提高尺寸精度，要在鑄 件相應的非加工表面上增加金屬層厚度來彌補，但由于該件在垂直分型面

8、的立壁上都設有較大的拔模斜度，故不放工藝補正量。1.4.2 分型負數干砂型、表面烘干型、自硬砂型以及砂型尺寸超過2m以上的濕型才應用分型負數。而此鑄件采用樹脂自硬砂造型且砂箱尺寸小于2m,故不留分型負數。1.4.3 非加工壁厚的負余量由于該鑄件采用木模，手工造型、造芯過程中，為取出木模要進行敲模，同時木模受潮 時會膨脹，這些情況會使型腔尺寸增大，從而造成非加工壁厚增加，為保證鑄件尺寸的準確性 應該減小厚度尺寸，但由于該件在無拔模斜度，且該件不是很大故不放非加工壁厚的負余量。1.4.4 反變形量鑄造較大的平板類、床身等類鑄件時由于冷卻速度的不均勻性，鑄件冷卻后常出現變 形。為了解決撓曲變形問題，

9、在制作模樣時，按鑄件可能產生變形的相反方向做出反變形模 樣，使鑄件冷卻后變形的結果正好將反變形抵消，得到符合設計要求的鑄件。一般中小型壁厚 差別不大且結構上剛度較大時，不必留反變形量。由于該鑄件為中小型鑄件，所以不需留反變 形量。1.4.5 分芯負數對于分段制造的長砂芯或分開制造的大砂芯，在接縫處應留出分芯間隙量，即在砂芯的 分開面處，將砂芯尺寸減去間隙尺寸，被減去的尺寸即為分型負數。此鑄件沒有分段制造的長 砂芯，故可不設分芯負數。第二章鑄件三維實體造型2.1 上冠件圖紙技術要求：(1)鑄件應作正回火處理；(2)鑄件材料及機械性能應符合JB/T10264-2001的要求；(3)粗加工后按 GB

10、7233-87標準作超聲波探傷檢查，達H級要求；過流面加工后按 GB/T9444-1988進行磁粉探傷，達H級要求；(4)同爐澆鑄試驗棒，回廠做化學成分和機械性能復核試驗；(5)過流面用樣板檢查；(6)請刻出葉片進出水邊與上冠的交點圓線。2.2 上冠件結構工藝分析：上冠件屬壁厚相差懸殊的回轉體結構，其主要壁厚為50mm,最小壁厚為25mm,最大壁厚為275mm,零件的外形輪廓尺寸為上法蘭直徑41510,法蘭另一端直徑4217.2, 該件質量為1665kg。由零件圖可知，該零件外形不是很復雜，內腔結構也不 復雜，壁厚不均勻，材料為灰鐵，流動性較好，收縮大，在澆注時容易產生澆不足、 冷隔、縮孔和縮

11、松、熱裂、內應力以及變性和冷裂等缺陷。該件為中大型鑄件，可采 用砂型鑄造中濕型鑄造，操作方便，勞動量較小。2.3 基于UG件的三維造型2.3.1 軟件簡介UG NX是由Siemens PLM Software 發布的集 CAD/CAM/CA體化解決方案軟件，它涵蓋 了產品設計、工程和制造中的全套開發流程。NX產品開發解決方案完全支持制造商所需的各種工具。NX與UGS PLM的其他解決方案的完整套件無縫結合，這些對于CAD、CAM和CAE在可控環境下的協同、產品數據管理、數據轉換、數字化實體模型和可視化都是一個補 充。本件采用UG NXS行三維立體建模使工藝設計直觀形象，便于后續分析、模擬及加工

12、等 過程的管理與控制。2.3.2 零件的三維造型圖通過運用NX8.0對零件進行立體建模得到如圖2.1、2.2所示三維圖。圖2.1零件的三維造型圖圖2.2零件的剖視圖第三章鑄造工藝方案設計3.1 工藝方案的確定3.1.1 鑄造方法1）若生產綱領為單件小批量生產，基于鑄件材料（HT200）、尺寸、精度及技術要求等綜合考慮，通過查閱相關資料，可選的合適鑄造方法只有木模樹脂砂鑄造或者消失模鑄造兩種方 法。需要澆鑄的產品上冠鑄件屬于中大型簡單鑄件，如果采用消失模鑄造，其加工余量少，而 且可以精確成型，無須起模，無分型面，無型芯，因而鑄件無飛邊毛刺，減少了由型芯組合而 引起的鑄件尺寸誤差。另外消失模鑄造大

13、大地簡化了砂型鑄造及熔模鑄造的工序。所以本次設 計選擇消失模樹脂砂型鑄造來生產此鑄件。2）若生產綱領為成批量生產可采用砂型鑄造，鑄型和型芯都采用吠喃樹脂自硬砂，每箱一 件，乙醇涂料，造型時按模型材質選擇合適的脫模劑。采用樹脂砂的優點有：強度高，可自 硬，精度高，鑄件易清理，生產效率高等特點。3.1.2 型（芯）砂配比根據零件結構及生產要求，該鑄件采用吠喃樹脂自硬砂造型、造芯即可，具體數值參考 型、芯砂配比如表 3.1和表3.2所示。表3.1型砂配比（配比重量 Wt%成分新砂再生砂F700吠喃樹脂固化劑附加物氧化鐵粉百分比10%90%1.6% 2.0%15%0 1.5%表3.2芯砂配比（配比重量

14、 Wt%成分新砂再生砂F700吠喃樹脂固化劑附加物氧化鐵粉百分比60%40%2.3% 2.5%>10%0 1.5%表中催化劑含量為占樹脂砂的百分比。3.1.3 混砂工藝合理地選用混砂機，采用正確的加料順序和恰當的混砂時間有助于得到高質量的樹脂 砂。樹脂砂各種原料稱量要準確，其混砂工藝如下：上上一一下上T砂+催化劑7 加樹脂出砂上述順序不可顛倒，否則局部發生劇烈的硬化反應，縮短可使用時間，影響到樹脂砂的使用性 能。砂和催化劑的混合時間應以催化劑能均勻的覆蓋住沙粒表面所需的時間為準。3.1.4 鑄造用涂料、分型劑及修補材料鑄造涂料在鑄型和砂芯的表面上形成耐火的保護層，避免鑄件產生表面粗糙、機

15、械粘砂、 化學粘砂以及減少鑄件產生與砂子有關的其它鑄造缺陷，是改善鑄件表面質量的重要手段之 一。雖然采用涂料增加了工序和費用，但使用涂料之后，不僅鑄件表面光潔，也減少了缺陷降 低了清理費用，增加了鑄件在市場上的競爭力，綜合效益得以提高。為滿足要求可選水溶性涂 料，根據生產綱領選用手工刷涂的方式施涂。鑄造用分型劑可在造型造芯過程中在模樣、芯盒工作表面覆蓋一薄層可以減少或者防止型 砂、芯砂對模樣或芯盒的粘附，降低起模力，以便得到表面光潔、輪廓清晰的砂型或砂芯，可 手工涂涂柴油。如砂型或砂芯出現裂紋、孔洞、掉角以及不平整等缺陷可用膠補劑進行修補，以提升生 產效率。對自硬樹脂砂可用同種自硬砂咯補膏+膠

16、合劑進行修補。3.2 鑄造熔煉3.2.1 熔煉設備：為保證獲得化學成分均勻、穩定且溫度較高的鐵液，滿足生產需要這一 前提，在大批量流水生產中，宜采用沖天爐-電爐雙聯熔煉工藝。它可以保證出爐鐵液溫度在1500c以上，溫度波動范圍小于等于+ （-） 10C,化學成分（質量分數）精度達到C小于等于十 （ -） 0.05%, ASi 小于等于+ （ -） 0.10%。3.2.2 熔煉工藝：（1）廢鋼 加廢鋼可明顯提高灰鑄鐵基體中D型石墨和初生奧氏體的數量；加廢鋼能促進初生奧氏體的形核及長大；可增加鑄件的強度和孕育。（2）出爐溫度和澆注溫度 出爐溫度一般都控制在 14007450c之內，澆注溫度一般控制

17、在 13701440C。（3）孕 育處理 為改善石墨形態和材質的均勻性，孕育處理是十分重要的。孕育的作用為消除白口、 改善加工性能，細化共晶團、獲得A型石墨，使石墨細化及分布均勻，改善基體組織、提高力學性能，減小斷面敏感性。綜合孕育劑選擇的主要兩個因素：滿足工藝性及性能、金相組織的 需要；避免鑄件產生氣孔、縮松、滲漏等缺陷。由于 75SiFe瞬時孕育效果好，溶解性能優 良，故此鑄鐵熔煉采用此方法。3.3分型面的選擇根據分型面的選擇原則，分型面的選擇位置如下: 萬案一特點：選擇最大截面1、有利于順序凝固和沖型以及易于保證鑄件的精度；2、有利于鑄件的補縮；3、鐵液在鑄型中的流動不穩定；4、由于該件

18、外形為錐體，這樣分形的好處是易于起模，在側面處可不設起模斜度。方案一:特點：1:重要面放在側面和下面，有利于重要面得到致密的組織;2:避免了吊芯；3:不利于順序凝固和補縮；方案二：特點：1、減小了砂箱尺寸；2、有利于下芯；3、對上下箱的合箱、造型精度要求很高;4、鐵液在鑄型中的流動不平穩。根據三種方案的對比，選擇方案二比較合理。3.4 砂箱大小及砂箱中鑄件數目的確定：由于鑄件為錐體件，一端的表面積較大，因此采用一箱一件的生產方式。 砂箱的尺寸計算：砂箱寬=90+1526+90=1706mm,取砂箱長度為 1800mm砂箱長=90+1526+80+90=1786mm取砂箱寬度為 2000mm砂箱

19、高度的計算：上砂箱高=286+150= 436mm冒口高度為 286mm故取上箱 500mm下砂箱高=622+ 180= 802mm下砂箱取850mm砂箱各部位的尺寸如下表所列。砂箱外形尺寸砂箱長（mrm砂箱寬（mrm砂箱圖（mm上箱20001800500下箱20001800850如工廠有尺寸相近砂箱也可選用。3.5 砂芯設計及排氣砂芯的功用是形成鑄件的內腔、孔和鑄件外形不能出砂的部位。砂芯應滿足以下要求： 砂芯的形狀、尺寸以及在砂型中的位置應符合鑄件要求，具有足夠的強度和剛度，在鑄件形成 過程中砂芯所產生的氣體能及時排出型外，鑄件收縮時阻力小和容易輕砂 。3.5.1 芯頭的基本尺寸芯頭是砂芯

20、的重要組成部分。芯頭的作用是：定位、支撐和排氣。定位作用：通過芯頭與芯座的配合，便于將砂芯準確地安放在砂型中。支撐作用：砂芯通過芯頭支撐在鑄型中，保證砂芯在它本身的重力及金屬液體的浮力作用下位置不變。排氣作用：在澆注凝固過程中，砂芯中產生的大量氣體能夠及時地從芯頭排出鑄型。為下芯方便，根據課本可留垂直心頭與芯座之間的間隙s=1mm芯頭高度：h下二60mm斜度，h下=5。芯頭各部分尺寸及形狀見圖3.1 。圖3.1芯頭的尺寸及形狀3.5.2 芯撐、芯骨的設計由于砂芯較小，且位于內澆道附近，因此不用芯撐。為了保證砂芯在制芯、搬運、配芯和澆注過程中不易開裂、不易變形、不被金屬液沖擊折 斷，生產中通常在

21、砂芯中埋置芯骨，以提高其剛度和強度。由于該鑄件為小型鑄件，且砂芯尺寸不大，故可以采用細鋼管做芯骨，防止砂芯變形、 開裂，同時在鋼管上鉆若干小孔利于砂芯排氣。3.5.3 砂芯的排氣砂芯在澆注過程中，其粘結劑及砂芯中的有機物要燃燒（氧化反應）放出氣體，砂芯中 的殘余水分受熱蒸發放出氣體，如果這些氣體排不出型外，則要引起鑄件產生氣孔。芯骨有小孔利于砂芯排氣，還可用通氣針扎出排氣孔的方法排氣。第四章澆冒系統的設計及計算4.1 澆注系統的類型及選擇該鑄件為鑄鐵中大型鑄件，壁厚不均勻，根據鑄鐵件生產要求及特點，根據鑄造工藝學表 3-4-12選擇封閉式（n）澆注系統。以橫澆道截面最大，阻渣效果較好，可防止金

22、屬液卷入 氣體，消耗金屬少，清理方便；但缺點是內澆道為阻流，充型不平穩。匯 S內：匯S橫：匯S 直=1:1.5:1.14.2 澆注位置的選擇方案一：采用頂注澆注系統澆注位置設在冒口上，設置三個內澆口分別位于三個腰圓形冒口 上，如圖所示：澆注系統示意圖此澆注的優點：（1）澆注系統位于冒口上因此在機加工時省去了切割澆道的工序;（2）澆道和冒口相連降低冒口的冷卻速度，有利于冒口的補縮；（3）澆道位于該件的中心位置充型平穩，而且鑄件的質量均一。方案一：采用頂注式，內澆道鑲嵌在下模樣邊上，便于清理，橫澆道搭接在內澆道上，和直澆道一 起放在上模樣，具體構造如下圖 ：特點：便于清理，可用澆注系統當冒口，對鑄

23、鐵有一定的補縮作用。且節省材料，降低生 產成本。對比以上兩種方案，由于鑄鐵具有良好的流動性，容易填充形狀復雜的薄壁鑄件，且不易 產生氣孔、澆 不足、冷隔等缺陷，且澆注溫度較低，充型能力好，可以不用另設冒口，因此 采用方案一。4.3 澆注系統各部分尺寸的計算根據相關資料查得 HT200具體成分及其含量如表 4.3.1所示。表4.3.1HT200化學成分表（質量分數，）SiMnCr3.33.551.952.15 0.600.90 <0.08 <0.12 0.150.304.3.1 合金鑄造性能分析：灰鑄鐵具有良好的鑄造性能：（1）流動性?；诣T鐵的熔點較低，結晶溫度范圍較小，在適宜的澆注

24、溫度下，具有良好的流動性，容易填充形狀復雜的薄壁鑄件，且不易產生氣孔、澆 不足、冷隔等缺陷。（2）收縮性。灰鑄鐵的澆注溫度較低，凝固中發生共析石墨化轉變，使其線收縮小，產生的鑄造應力也較小，所以鑄件出現翹 曲變形和開裂的傾向以及 形成縮孔、縮松的傾向都較小。（3）灰鐵充型能力好,強度較高，耐磨、耐熱性好，減振性良好，鑄造性較好，但需人工時效。4.3.2 鐵液在型內的上升速度根據澆注系統的鐵液上升速度計算法，查鑄造工藝學表 3-4-6知鐵液在型中上升速度Vl (mm/s)在 20mm/s- 30 mm/s 之間，取 Vl =25mm/s。4.3.3 澆注系統截面尺寸設計用奧贊公式可計算阻流截面積

25、："2gH 二m下為澆注質量，鑄件質量m a 1665 kg ,考慮增重5% m下=1748kg:=7.21kg / m3查表得濕型中等鑄鐵流量系數 0.42 ,澆注時間查鑄造工藝學表 3-4-3對于鑄鐵件t=1030s 取t=30s澆注速度V =m/t=1665/30=55.5kg/s澆注溫度13701440 c4.4 冒口設計計算根據補縮液量法：已知該件體積約為232871987mm3查課本P299可得鑄鐵體收縮率名取1.9 ,冒口的補縮效率取 14%鑄件壁厚取主要壁厚50。3d0 =6 Vc =946mm ji式中：V-鑄件被補縮部分體積； c名-鑄件金屬的凝固收縮率理論上需要

26、用以補縮部分液體的體積V1 ;d 0 :補縮球直徑。Dr=T+ d 0=50+946=996mm.Dr:冒口直徑。該件采用三個同形狀冒口，冒口的高度取為300mm.由于該件為灰鑄鐵，采用保溫冒口可提高鑄件工藝出品率10%15%能夠很顯著地節約材料和降低成本。為了冒口的易于切割，降低后續機加工難度，在冒口底部可放置帶孔隔板或 易切片便于冒口的切割。4.4.1 鑄件工藝出品率鑄件工藝出品率鑄件質量鑄件質量+冒口質量+澆注系統質量X 100%對該鑄件工藝出品率 =1665/(1665+781+312)=60%4.4.2 出氣孔開始澆注的瞬間，型腔內的空氣即被加熱膨脹，型內壓力迅速增加，有些空氣可從型

27、砂 的空隙逸出，但型砂的透氣性常不足以防止壓力的顯著增高。當澆注系統完全充滿時，壓力可 以高到使液態合金倒流，再周期性地返回，并降低澆注速度。壓力過大可能瞬時拾起上箱，引 起“跑火”，甚至從直澆道中噴濺，造成事故。道氣不良還會造成氣孔、澆不足和冷隔等缺 陷。所以要用出氣孔，將型內氣體引至砂型之外出氣孔除排出型腔的空氣和氣體之外，還可減 小砂型充滿時的動壓力，以及便于觀察型內的充滿程度等。但此鑄件可不需專門的出氣孔，可 以選取通氣針在砂型上扎出排氣道的方法排氣。4.4.3 冒口的作用及位置確定冒口是鑄型內用以儲存金屬液的空腔，在鑄件凝固過程中補給金屬，能有效防止縮孔、縮松、排氣和集渣的作用。對于

28、該鑄件采用普通明冒口，由于該鑄件熱節處壁厚較大，經分析可 設置1個環形大冒口。如下圖所示：4.5 冷鐵設計及尺寸計算4.5.1 冷鐵的選用及作用為增加鑄件局部冷卻速度常常在鑄件表面或者內部放置激冷材料，對該件采用鑄鋼材質板型外冷鐵，對于該件使用冷鐵有諸多優點：1）在冒口難于補縮的部位防止縮孔縮松；2）冷鐵可與冒口配合使用，利用冷鐵形成末端區，能加強鑄件的順序凝固條件、擴大冒 口補縮距離或范圍，減少冒口數目或體積；3）防止立壁與鑄件表面交接部位形成裂紋；4）用冷鐵加速熱節部位的冷卻，使整個鑄件接近于同時凝固，既可防止或減少鑄件變 形，又可提高工藝出品率；5）改善局部組織和力學性能，提高表面硬度和耐磨性；6）減輕或防止該鑄件厚壁部位的偏析。4.5.2冷鐵的尺寸及放置位置的選擇通常冒口的厚度 B= （0.25人0.5 ） T,可取 B=84mm根據查表可知冷鐵的其他尺寸及參數如表3-23所列。表4.1冷鐵尺寸冷鐵長度（mm冷鐵間隙（mm冷鐵厚度（mim數