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1、SHANDONG毕业设计说明书学 院： 机械工程学院 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2012年 05月摘要近年来，球铁铸件差不多已在所有主要工业部门中得到应用，这些部门要求高的强度、塑性、韧性、耐磨性、耐严重的热和机械冲击、耐高温或低温、耐腐蚀以及尺寸稳定性等。为了满足使用条件的这些变化、球墨铸铁现有许多牌号，提供了机械性能和物理性能的一个很宽的范围。本文问主要是对材质为QT45010的右铰接支架驾驶室进行工艺工装设计，应用SolidWorks软件画出三维造型，最后应用AnyCasting软件进行工艺模拟，针对模拟结果进行分析，修改工艺，得出最合理的工艺设计方案。铰接支架铸件要求
2、表面光洁，去除毛刺和锐边，切不允许有砂眼、气孔、夹砂等明显铸造缺陷。造型采用普通粘土砂，熔炼采用为保证铸件质量，浇注系统为开放式，直浇道采用圆锥状，横浇道沿铸件形状分布，并安放过滤网，内浇道对称安放共2个，在有热结处安放冷铁。关键词：球墨铸铁 铸造性能 球化处理 孕育处理浇注系统设计 工艺工装设计AbstractIn recent years, ductile iron almost all major industrial sector in has been used, the department requires high strength, toughness and wear re
3、sistance, plastic, bear the severe heat and mechanical shock, high temperature resistant or low temperature, corrosion resistance and dimension stability, etc. In order to meet the conditions of use these changes, nodular cast iron existing many brands, providing mechanical properties and physical p
4、roperties of a very wide range.This paper is mainly to ask for QT450-10 material right behind the technology -hinged stents tooling design, the application of SolidWorks software draw the three -dimensional modeling, finally application AnyCasting software process simulation, in view of the simulati
5、on results are analyzed, and the modification process, that the most reasonable process design. Hinged stents casting requirement surface is bright and clean, remove burr and cutting edge, must not allow a sand holes, porosity, sand casting defects with obvious. Modelling using common clay sand, mel
6、ting with quality casting, gating system to open, straight runner the cone shape, the runner along the casting shape distribution, and put screen pack, internal sprue was altogether 2 a symmetrical, in a hot nodes put cold iron. Keywords: ductile iron casting performance spheroidizing treatment inoc
7、ulated gating system design process tooling design 目录摘要Abstract（英文摘要）目录第一章 引 言1.1球墨铸铁铸造技术分析41.1.1球墨铸铁性能特点1.2 计算机在铸造生产中的应用51.2.1 Solidworks软件介绍61.2.2 SolidWorks 软件特点71.2.3 SolidWorks的发展和荣誉71.3 Anycasting软件8第二章 造型材料112.1粘土湿型砂的特性7112.1.1土-水比122.1.2粘土湿型砂的砂粒结构122.1.3粘土湿型砂的混砂效率122.2粘土湿型砂粘结剂132.3粘土湿型砂附加材料2
8、.3.1煤粉.142.3.2淀粉.142.4粘土湿型砂操作工艺14第三章工艺方案设计153.1铸件的结构工艺性分析153.1.1 主要技术要求153.1.2 铰接支架铸件结构分析163.2 分型面的选择173.3铰接支架架工艺参数183.4 浇注系统的设计193.4.1浇注系统的确定203.4.2 直、横、内浇道设计223.5冷铁的设计223.6出气孔的设置23第四章铸造工艺装备设计244.1模样材质的选择244.2 砂箱的设计254.2.1 选择和设计砂箱的一般原则4.2.2 砂箱的设计264.3 模底板的设计304.3.1 模底板材料的选择304.3.2 模底板的设计304.4模样在模底板
9、上的装配33第五章 熔炼355.1 材料的配比355.2球墨铸铁液的球化、孕育处理365.3出炉温度和浇注温度36第六章铸件充型过程数值模拟结果及分析376.1 充型过程376.2 铸件凝固过程40结 论43第一章 引言球墨铸铁工业化生产始于1984年。当时莫勒等人发现在过共晶铁水中加入铈并用硅锰锆合金孕育，当铈残留量超过0.02%是可获得铸态球铁，并在世界上首先实现了球铁的工业化生产1。这是铸铁发展史上一个新的里程碑，也开辟了稀土在铸铁中应用的新纪元，球墨铸铁是稀土在铸铁中应用的最大领域。不久以后，岗涅并建议在铁水中加入镁制取球铁2。1949年清华大学教授王遵明在中国用镁成功的制成了球铁。1
10、956年在中国用稀土硅铁镁合金制成了球铁3。六十年来，球墨铸铁有了飞速发展，已经成为工业不可缺少的材料，并保持良好的发展势头。球墨铸铁与灰铸铁相比，其金相组织的最大不同是石墨形状的改变，避免了灰铸铁中尖锐石墨的存在，使得金属基体的强度利用率达到7090%，从而使金属基体的性能得到很大程度的发挥。北美用在汽车工业中的球铁已占铸铁总产量的二分之一，北美球铁的市场分布为：轻型卡车25%，重型卡车20%，铁路设备16%，通用制造业11%,建筑及矿山8%4。由于球墨产量的不断增加，性能不断开发，现已成功部分取代了锻钢和铸钢，成为前景广阔的金属结构材料。1.1球墨铸铁铸造技术分析要保证铸件的力学强度和切削
11、加工等性能不致因壁厚减小而降低，其基本途径就是使球墨铸铁的力学性能得到改善。最重要的两个方面，一是白口化倾向的减低和抑制，二是石墨组织的改善。球化剂的合理选用和稀土（RE）元素的加入是实现高强度薄壁球铁铸造的关键。该技术的核心是在铸造（熔炼）工艺中要保证RE/S=2-2.5。球化剂要选用Fe-Si-Mg-RE-Ca系材料，其中稀土元素（Ce.La.Pr）的加入并使之与硫保持一定比例是球化技术关键，同时严格控制P0.04%-0.06%,Be=0.003%-0.007%。实验证实，当Mg/S5时，易生成白口；而RE/S2(时，出现球化不良；RE/S2.5时，也易出现白口。故在一般情况下要求硫含量越
12、低越好的铸铁，此时（薄壁状态）为了一定的球化率、晶粒细化和减少白口，则必须保持一定比例的硫含量。此点对于以废钢（S较少）为主要原料的熔炼厂应特别予以注意。1.1.1球墨铸铁性能特点球墨铸铁的正常组织是细小圆整的石墨球加金属基体，在铸态条件下，金属基体通常是铁素体与珠光体的混合组织，由于二次结晶条件的影响，铁素体通常位于石墨球的周围，形成“牛眼”组织，通过不同的热处理手段，可很方便的调整球墨铸铁的基体组织，以满足各种服役条件的要求。1.2 计算机在铸造生产中的应用铸造成形是极其复杂的高温、动态、瞬时过程，其间发生一系列复杂的物理、化学、冶金变化，这些变化不能直接观察，也难以测试，所以其工艺设计多
13、凭个人经验，技艺性强，而科学性不足。计算机在铸造生产中的应用导致了铸造技术的发展和根本变革。国内有关高等院校、科研院所和重点铸造企业经过20多年的努力，取得了积极的成果先后开展了计算机工艺辅助设计、成分和力学性能辅助设计，铸件充型过程的数值模拟，铸造过程、铸件品质以及铸造设备的检测与控制，铸造数据库、管理、计算机识图、机械手和机器人的应用等，并在生产中得到运用，应用范围越来越广，取得良好的经济效益，实现了基础理论定量指导工艺过程的目标。同时计算机在铸造生产中的应用也促使铸造行业建立了完整的教育、科研、协会、学会、标准、质检、出版、信息体系5 1.2.1 Solidworks介绍SolidWor
14、ks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸塞州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内，当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今，至2010年已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。1997年，Solidworks被法国达索（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。1.2.2 Solidworks 软件特点 Solidworks软件功能强大，组件繁多。
15、 Solidworks 功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将
16、高质量的产品投放市场。1.2.3 solidworks 的发展和荣誉SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD 系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰Solid
17、Works的创新、活力和简明。SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学
18、生通过SolidWorks的培训课程。 1.3 Anycasting软件AnyCasting是韩国AnyCasting公司自主研发的新一代基于Windows操作平台的高级铸造模拟软件系统。是专门针对各种铸造工艺过程开发的仿真系统，可以进行铸造的充型、热传导和凝固过程的模拟分析。它具有模拟准确、操作简便、功能全面及运算速度快等特点。早在1985年，我们就研制出了AnyCasting软件核心求解器，1990年开始推广为商业化软件，通过多年来为大量不同领域如汽车、电子、重工、连续铸造行业的客户提供铸造工程咨询服务，AnyCasting积累了丰富的铸造工程经验，并不断地将实际的工艺经验在软件功能中得以
19、实现，使得AnyCasting日益成为当今世界上技术最先进，包含丰富实际工程经验的铸造模拟分析软件系统6。AnyPRE作为AnyCasting的前处理程序，anyPRE可以实现CAD模型的导入，有限差分网格的划分，模拟条件的设置，并调用AnySOLVER进行求解。使用anyPRE，您可以进行多种设置包括工艺流程和材料的选择来模拟铸造成型过程，设置边界、热传导和浇口条件，也能通过特殊功能模块来设置一些设备和模型。另外，你还可以通过anyPRE提供的CAD功能来查看、移动/旋转实体坐标系统。anyMESH能编辑由anyPRE生成的网格文件。您可以轻松地修改网格信息而不改变几何模型。anyDBASE
20、作为一个能概括铸造成型中熔体，模具和其他材料性能的数据库管理程序，anyDBASE主要分为常规数据库和用户数据库。常规数据库提供了具有国际标准的常用材料性能，而用户数据库使用户能保存和管理修改或附加的数据。用户能简单的选择感兴趣的材料而不需要输入几百种不同的材料性能。另外，它还提供每种材料的传热系数，提高了程序的方便性。anySOLVER作为AnyCasting的求解器，anySOLVER能够根据你的设定计算流场和温度场。铸造成型模拟包括计算熔体充型过程的流动分析和熔体凝固过程的传热/凝固分析。只有在两个分析都准确的前提下才能正确预测可能造成缺陷的区域。anyPOST作为AnyCasting的
21、后处理器，可以通过读取anySOLVER中生成的网格数据和结果文件在屏幕上输出图形结果。使用anyPOST，你可以用二维和三维观察充型时间，凝固时间，等高线(温度，压力，速率)和速度向量，也可以用传感器的计算结果来创建曲线图。这个程序具备动画功能使用户把计算结果编辑成播放文件，通过结果合并功能来观察各种二维或三维的凝固缺陷。图1.1 AnyCasting软件的组成部分第二章 造型材料造型材料选用粘土湿型砂, 粘土湿型砂中，除水分以外，主要有以下5种组分。(1)活性粘土 型砂中能吸水膨胀而起粘结作用的膨润土，可用吸蓝法测定其含量。(2)含碳材料 含碳材料(如煤粉、重油、沥青、聚丙烯、聚乙烯、聚苯
22、乙烯等)是铸铁型砂中的重要组分。铸钢用的型砂，虽不加煤粉，但也需加入谷物粉或淀粉之类，这些也都是含碳材料。(3)易熔组分易熔组分包括砂粒表面上的变质烧结层和粒度小于0.053mm的细粉(270目以下)。(4)金属细粒(5)砂粒2.1粘土湿型砂的特性7粘土湿型砂中的粘结剂是粘土和水按一定比例配合组成的，水是粘结剂中的重要组成部分。2.1.1土-水比粘土湿型砂中所用的粘土都是膨润土，水和膨润土混成的粘土膏，大体上是在土-水比为3：1左右时强度最高。2.1.2粘土湿型砂的砂粒结构在生产条件下，混砂的时间是非常有限的，不可能使粘土和水调配均匀，完全用新砂配制粘土湿型砂，混成砂的实际砂粒结构示意图见图1
23、。反复使用的系统砂，粘土膏在砂粒表面分布的情况要好一些。图1 粘土湿型砂砂粒结构示意图2.1.3粘土湿型砂的混砂效率混砂效率= 100（%）有效膨润土量活性膨润土含量粘土湿型砂的混砂效率是指：型砂中实际上起粘结作用的膨润土量与其中的活性膨润土含量之比，即 （1）“活性膨润土”是型砂中所含的具备活性、能吸水膨胀而起粘结作用的膨润土，（2）“有效膨润土”（effective clay）则是在型砂中发生了有效粘结作用而使型砂具有强度的膨润土。2.2粘土湿型砂粘结剂膨润土是粘土湿型砂的主要粘结剂。膨润土(Bentonite)是以蒙脱石为主的含水粘土矿。主要化学成分是二氧化硅、三氧化二铝和水，还含有铁、
24、镁、钙、钠、钾等元素，Na2O和CaO含量对膨润土的物理化学性质和工艺技术性能影响颇大。蒙脱石结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2：1型晶体结构，由于蒙脱石晶胞形成的层状结构存在某些阳离子，如Cu、Mg、Na、K等，且这些阳离子与蒙脱石晶胞的作用很不牢固，易被其它阳离子交换，故具有较好的离子交换性。膨润土（蒙脱石）由于有良好的物理化学性能，可做粘结剂、悬浮剂、触变剂、稳定剂、净化脱色剂、充填料、饲料、催化剂等，广泛用于农业、轻工业及化妆品、药品等领域，所以蒙脱石是一种用途广泛的天然矿物材料。2.3粘土湿型砂附加材料2.3.1煤粉铸铁用粘土湿型砂中的煤粉含量，要根据铸件的特点，煤粉的质
25、量具体确定。一般情况下，含量大体上宜控制在3.55.5%之间。混砂时补加的数量，应根据旧砂中有效煤粉的测定值来确定。2.3.2淀粉铸铁件生产方面，少数情况下，为提高铸型中水分凝聚层的强度、改善铸件表面质量，可在粘土湿型砂中加入1%左右的淀粉。粘土湿型砂中的淀粉，以能溶于水起粘结作用的淀粉最好。按制淀粉的原料区分，可分为地上淀粉和地下淀粉。前者如玉米粉，面粉；后者如马铃薯粉、甘薯粉。地上淀粉比较稳定，铸造方面宜用地上淀粉。按淀粉的水溶性和加工过程区分，有淀粉和淀粉。 淀粉是将生淀粉和水调成悬浮液，加热糊化，然后快速冷却、磨细而制成的。淀粉溶于水，适合作湿型砂中的附加剂。淀粉是未经处理的生淀粉，不
26、溶于水或略溶于水，用于粘土湿型砂中作用不大。2.4粘土湿型砂操作工艺1、混砂时的加料顺序先加砂和水混匀，后加膨润土，由于水已分散，没有较大的水滴，加入膨润土后只能形成大量较小的粘土球。压开这些小粘土球是比较容易的，需要的能量也较小。 2、型砂可紧实性的控制 粘土湿型砂的可紧实性，是一种反映型砂调制程度的参数，硅砂加粘土和水调制后，砂粒表面的粘土膏阻碍砂粒的流动，其松密度随之降低。砂粒表面上的粘土和水调和程度越好，则型砂的可紧实性越高，流动性越差，松密度也就越低。采用手工造型工艺时，由人工舂实，只要型砂的强度不太高，流动性差一点影响不大，所以型砂的可紧实性可以高些。第三章 工艺设计方案铸造工艺设
27、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，绘制铸造工艺图等技术文件的过程。铸造工艺设计的好坏，对铸件品质、生产效率和成本起着重要作用8。3.1铸件的结构工艺性分析右铰接支架铸件属于薄壁框架，整体结构不对称，质量较轻，铸件带有四个肋板，分型不易确定，为此采用随型模板，避免使用过多的砂芯，这样可以很好地提高铸件的工艺出品率和经济效益，同时也可以提高铸件的致密度和铸件质量。3.1.1 主要技术要求右铰接支架铸件要求表面光洁，去除毛刺和锐边，且不允许有砂眼、气孔、夹砂等明显铸造缺陷，铸件拔模斜度不大于度，铸件漆以乙按的要求。3.1.2 铰接支架铸件结构分析铰
28、接支架Solidworks三维造型如图3.1所示。图3.1 铰接支架solidworks零件三维造型图铰接支架材质为QT45010，质量为11.676kg，轮廓尺寸为425mm363mm161mm。铸件的凸台部分、耳帽以及尺寸较小的一端处的表面需要精加工，其余为毛坯。在铸件的凸台和耳帽上还有许多需要加工的小孔，由于孔过小，不直接铸出。铰接支架铸件Solidworks三维造型如图3.2所示。图3.2 铰接支架铸件solidworks三维造型3.2 分型面的选择分型面是指两半铸型相互接触的表面。分型面的优劣，在很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率。选择分型面时，应注意以下原则（1）应使铸件全
29、部或大部分置于同一半型内。为了保证铸件精度，如果做不到这项要求，也应该尽可能把铸件的加工面和加工基准面放在同一半型内。（2）应尽量减少分型面的数目。分型面少，铸件精度容易保证，且砂箱数目少。（3）分型面应尽量选用平面。平直分型面可简化造型过程和模底板的制造，易于保证铸件的精度。（4）分型面的设计要便于下芯、合箱和检查型腔尺寸。（5）不使砂箱过高，因为高砂箱造型困难，填砂、紧实、起模、下芯都不方便。分型面通常选在铸件最大截面上。（6）受力件的分型面的选择不应消弱铸件结构强度。（7）注意减轻铸件的清理和机械加工工作量。根据该铰接支架铸件的结构特点及选择分型面的一般原则，选择分型面如图3.3所示。图
30、3.3 分型面选择铸件采用两箱造型，铸件完全放在上砂箱，铸型由随型模板形成。 3.3铰接支架架工艺参数铰接支架铸件有些表面需要进行加工，因此要预留加工余量。所谓加工余量，是指在铸件工艺设计时预先增加的，而后在机械加工时又被切去的金属厚度。须留加工余量的表面有：铸件左端断面部分，如图3.3，加工余量为5.56.5，表面粗糙度为6.3；铸件上部四个凸台，如图3.3，加工余量为4.55.5，表面粗糙度为12.5；铸件垂直面凸台部分，如图3.3，加工余量为6.5，表面粗粗糙度为12.5；铸件耳朵部分，加工余量为4.55.5，表面粗糙度为6.3；铸件圆孔不铸出，需要加工，表面粗糙度均为6.3。为了确定模
31、样的工作尺寸，需要确定该铰接支架铸件的铸造收缩率。所谓铸造收缩率是指铸件从线收缩开始温度（从液相中析出枝晶搭成的骨架开始具有固态性质时的温度）冷却到室温时的相对线收缩量，以模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示： 式中，L1为模样长度，L2为铸件长度。查手册得该铸件的铸造收缩率为k=0.8%1.0%。3.4 浇注系统的设计浇注系统是铸型中引导液态金属流入型腔的通道，生产中常常因为浇注系统设计安排不当而造成铸件缺陷。此外，浇注系统的好坏还影响造型和清理工作的繁简，砂型的体积大小，和工艺出品率的高低。因此正确设计浇注系统对提高生产率、降低铸件成本和保证铸件质量是极其重要的9。3.4.1浇注系统
32、的确定铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型腔内所处的状态和位置。确定浇注位置是铸造工艺设计中重要的一环，关系到铸件的内在质量、铸件的尺寸精度及造型工艺过程的难易。浇注系统的引入位置影响到浇注系统结构类型的确定，同时对液态金属充型方式、铸型温度分布、铸件质量影响很大，因此，在浇注系统设计中，对于内浇道的引入位置，要给予充分考虑。根据铰接支架的结构，以及分型面的位置，浇注系统采用低注式工艺。又由于铸件结构不对称，且壁较薄，为保证铸件的充型能力，浇注系统设置一个直浇道，直浇道设置在横浇道中间。在横浇道上分出2支内浇道，浇注系统设置位置如图3.10所示，浇注系统Solidworks三维造型图如图3.11所
33、示。图3.10 浇注系统位置图3.11 浇注系统三维图确定好浇注系统的安放位置及设计思路确定后，紧接着要确定浇注系统各组元的截面积。确定浇注系统各组元截面积的目的，在于保证铸件型腔在预定的时间内充满，控制金属液通过浇注系统各组元时的流速、流量、及充满状态，达到大流量、低流速、平稳地充填。浇注系统设计为开放式，底注式浇注系统，使用这种浇注系统的主要优点有：内浇道基本上在淹没状态下工作，充型平稳；可避免金属液发生激溅、氧化及由此而形成的铸件缺陷；无论浇口比是多大，横浇道基本工作在充满状态下，有利于阻渣；型腔内的气体容易顺序排出。3.4.2 直、横、内浇道设计根据铸件重量，由经验数据确定球墨铸铁浇注
34、系统各组元的尺寸；根据铸件重量按表6-89查出浇注系统各组元的截面积、编号和个数，再按编号由表6-90查出各交道尺寸如图3.12 3.1310图3.12 横浇道截面 图3.13 内浇道截面3.5冷铁的设计为增加铸件局部冷却速度，在型腔内部及工作表面安防的金属块称为冷铁。冷铁的作用有：在冒口难于补缩的部位防止缩松、缩孔。防止壁厚交叉部位及急剧变化部位产生裂纹。改善铸件局部的金相组织和力学性能。减轻或防止厚壁铸件中的偏析。为加强铸件的顺序凝固，在铸件的厚端加上两块铸铁外冷铁，尺寸大小如图3.14图3.14冷铁尺寸3.6出气孔的设置出气孔是型腔出气冒口、砂型和砂芯排气通道的总称，分明、暗两种。明出气
35、孔引出型外，与大气相通；暗出气孔不与大气相通，常做成设置在型内或芯内的片状或针状空腔。出气孔具有下述作用：（1）排出砂型中型腔、砂芯以及由金属液析出的各种气体；（2）减小充型时型腔内气体压力，改善金属液充型能力；（3）便于观察金属充填型腔的状态及充满程度；（4）排出先行充填型腔的低温金属液和浮渣。该铰接支架的铸型排气孔可由铸工在造型时自设。第四章 铸造工艺装备设计铸造工艺装备是造型、造芯及合箱过程中所使用的模具和装置的总称。铸造工艺装备包括模样、模板、砂箱、芯盒、砂芯修整磨具等。 铸造工艺装备设计是铸造生产过程的关键技术准备工作之一，是铸造工艺设计的延伸和深化。它将铸件工艺规程所确定的有关方案
36、、内容进一步具体化，以确保铸件如期顺利地投入生产。因此，工艺装备设计必须按照工艺设计确定的原则和要求来进行。根据铸件和模板整体的轮廓尺寸，初步确定砂箱和模板在铸件分型面的大致内框轮廓尺寸为：520430mm。 4.1模样材质的选择铰接支架模样选用木模。因为木摸样质轻、易加工、价廉。木模的木材选用红松，红松具有纹理平直、易加工、吸水性低、变形小等优点。为了提高木模的使用寿命、保证铸件的表面质量，需在木模外表面涂一层油漆。为保证铸件的尺寸精度和较高的表面质量，木模选用二级模。二级木模的制造工艺要求如下所述：（1）用二级胶合木材制造。较小的内圆角可以不做出，全部外圆角及3mm以下（包括3mm）的内圆
37、角应全部做出。（2）筋条或凸出部分、小芯头等，不一定嵌入主体，除用胶合外，可再以木螺钉紧固。活块部分用燕尾或榫装置安装。（3）坯料结合简单，但必须用榫头和胶粘固。（4）工作表面应光滑，少许缺陷答应以腻子填补。木模制好后应油漆两次。（5）其它规定参照一级木模的有关规定。4.2 砂箱的设计砂箱是用于制作砂型和运输砂型的工艺装备。设计砂箱时必须使砂箱符合铸型工艺的要求，又能符合车间的造型、运输的要求。因此，正确地选择和设计砂箱的结构，对保证铸件质量、提高生产效率、减轻劳动强度、降低成本以及保证安全生产都有很大的意义。4.2.1 选择和设计砂箱的一般原则砂箱的选用和设计的一般原则如下所述：（1）满足铸
38、造工艺要求。（2）砂箱的规格尽可能标准化、系列化、通用化。（3）砂箱的定位装置要准确、使用方便；（4）箱壁和箱带结构在有利于砂型紧实的前提下，应与型砂有足够的附着力，使砂型在翻转、吊运及合箱过程中不易发生掉砂、塌箱，在浇注中不易抬型，又要便于落砂和脱出铸件；（5）以减少砂箱数目，降低铸件成本，便于使用和管理；（6）应选择耐用、经济、来源广泛的材料。4.2.2 砂箱的设计砂箱的设计步骤如下所述：上、下砂箱的材料均选择HT150。（2）根据模样轮廓尺寸及选取的一定的吃砂量（箱壁和模样间的最小吃砂量选取为40mm），砂箱内廓的尺寸为516436mm。根据模样高度，选取上、下砂箱高度均为217mm。砂
39、箱的三维solidworks造型图如图4.1所示。 （a）上砂箱(b) 下砂箱图4.1 砂箱三维图（3）确定砂箱箱壁厚度和砂箱截面结构：上、下砂箱壁厚分别取15和14mm。砂箱壁的结构及尺寸如图4.2所示。图4.2 箱壁断面结构图（4）确定砂箱的翻箱及搬运结构：砂箱翻转轴的材料为45钢，采用铸接的方式与砂箱连接在一起，其详细结构及尺寸如图4.3所示。图4.3 砂箱的翻箱及搬运结构（5）确定砂箱定位耳及耳孔的结构及尺寸：上、下砂箱的定位耳及耳孔的结构、尺寸及间距要一样，以便能够使砂箱顺利合箱。砂箱定位耳的结构及尺寸如图4.4所示。(a) 砂箱定位耳截面图 (b) 砂箱定位耳尺寸图4.4 砂箱的翻
40、箱及搬运结构（6）确定定位销套和导向销套的结构及尺寸：砂箱长期使用，其定位销孔极易磨损。为了延长砂箱寿命，保证砂箱能长久地准确定位，需要在箱耳定位孔内镶套。定位销套及导向销套的结构、尺寸及与箱耳孔的配合精度如图4.5、图4.6所示。 图4.5 定位销套 图4.6 导向销套 （7）确定砂箱的夹紧方法：为了防止铸型在浇注过程中发生抬型，两砂箱合箱后用插销紧固。 4.3 模底板的设计模板一般由模底板和模样、浇冒口系统定位销等装配而成。通常模底板的工作面形成铸型的分型面，铸件模样、芯头模样和浇冒口模样形成铸件的外轮廓、芯头座及浇冒口系统的型腔。采用模板造型，可以提高生产效率和铸件质量，并使铸件尺寸精确
41、。因此，模板的设计合理与否，直接关系到铸件的生产效率的高低及铸件质量的好坏。4.3.1 模底板材料的选择模板按材料分为铸铁模板、铸钢模板、铸铝模板、塑料模板，铰接支架铸件的模板材质可选择HT150。4.3.2 模底板的设计模底板的设计步骤如下所述：（1）确定模底板的尺寸：根据砂箱轮廓尺寸确定模底板外轮廓尺寸为54647680mm。模底板三维solidworks造型图如图4.7所示。 (a) (b)图4.7 模底板三维图2）确定模底板的壁厚和加强筋的厚度、形状及布局：模底板厚度为12mm，加强筋厚度为14mm，加强筋边缘厚度为10mm。加强筋形状及布局如图4.7(b)、图4.8所示。图4.8 加
42、强筋的布局（3）确定模底板与砂箱的定位装置：模底板与砂箱采用定位销定位，定位销尺寸、表面粗糙度及结构如图4.10所示。另外，为了防止砂箱在造型时卡死在模板的定位销上或套不进去，尤其是刚浇注落砂后的砂箱存在着热胀现象，需要设计导向销，其结构及尺寸如图4.11所示。模底板耳孔即定位销孔与砂箱要一致，以便使砂箱和模底板能够顺利定位。其模底板长度方向的中心距为546mm，宽度方向的中心距为476mm。图4.9 定位销结构图4.10 导向销结构（4）确定模底板的翻转及搬运结构：模底板翻转轴的材料为45钢，采用铸接的方式与模底板连接在一起，其详细结构及尺寸如图4.7、图4.11所示。图4.11 模板的翻箱
43、及搬运结构4.4模样在模底板上的装配模样和模底板设计并加工出后，要用螺钉、螺栓等紧固成一体。模样在模底板上的装配主要考虑以下三个问题：（1）模样在模底板上的放置形式。采用平方式，即将模样平放在模底板上，模底板不必挖槽，比较方便。（2）模样在模底板上的定位。模样在模底板上采用定位销来定位，以便将模样定位在模底板上，防止模样因螺钉松动而错位。定位销一般选择在模样高度较低的位置，并尽量使两定位销的距离远一些。定位销采用圆柱销，其详细结构、尺寸如图4.12所示。图4.12 木模金属定位销结构（3）铸件模样在模底板上的紧固方式。模样在模底板上采用螺栓紧固。另外，砂箱与模板的定位装配如图4.13所示。图4
44、.13 砂箱与模板的定位装配待添加的隐藏文字内容2第五章 熔炼铸件为QT450-10铰接支架，基体以铁素体为主，其性能特点为塑性和韧性较高，强度较低。其力学性能要求为：抗拉强度450MPa，断后伸长率为10%，硬度160HB210。铸铁化学成分应满足：C3.1%3.4%，Si2.5%3.1%，Mn0.4%0.6%，P0.10%，S含量低于0.03%,RE0.02%0.05%，Mg0.03%0.05%。5.1 材料的配比为合理利用原料，节约成本，铸件配料参考铸造合金配料速查手册11，框架配料单如表5.1所示：表5.1 框架配料单合金成分控制（%）C3.1%3.4%，Si2.5%3.1%，Mn0.
45、4%0.6%，P0.10%，S含量低于0.03%,RE0.02%0.05%，Mg0.03%0.05%。配料炉料名称本溪Q10生铁本厂回炉铁废钢70锰铁配料比例（%）2060200.195.2球墨铸铁液的球化、孕育处理（1） 加入铁液中能使石墨在结晶生长时长成球状的元素称为球化元素。 球化处理采用稀土镁合金（%）（RE9.47、Mg10.34、Si3844）加入量为1%1.7%。（2）孕育处理目的：消除结晶过冷倾向；促进石墨球化；减小晶间偏析。 孕育处理采用75#硅铁，加入量为1.7%；此外还加入1%纯碱脱硫。（注：炉前，取样检查三角白口深度及球化情况，在正常情况下三角白口深度为36mm,断口为银白色。）5.3出炉温度和浇注温度由于在球墨铸铁的球化、孕育处理中要加入大量的处理剂，这使得铁液温度要降低50100，因此为了保证浇注温度，铁液必须有较高的出炉温度，至少应在14501470以上，浇注温度可控制在1350。
