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1、第一章 简 介1.1中国古代铸造技术发展中华文明大致经历了石器时代、铜器时代和铁器时代三个历史阶段，这三种材质的工具和技术的创造发明，随着人类的繁衍，不断推动人类文明向高级阶段发展，金属的应用使人类文明产生了根本性的飞跃，而铸造技术的运用和金属的发展紧密联系在一起。对古代很多务农的人来说，铸造技术是一门手艺。据历史考证，我国铸造技术开始于夏朝初期，迄今已有5000多年。到了晚商和西周初期，青铜的铸造技术得到了蓬勃发展，形成了灿烂的青铜文化，遗留到今天的有一批铸造工艺水平较高的铸造产品。中国古代的铸造方法有：石型即用石头或石膏制作铸型；泥型古称“陶范”；金属型古称“铁范”；失蜡型有出蜡法、走蜡法
2、、脱蜡法或刻蜡法；砂型这种方法是伴随泥型一起产生的。中国古代铸造中的精品有：沧州铁狮，司母戊方鼎，四羊方尊，曾侯乙尊盘，永乐大铜钟，大型铜编钟，铜车马仪仗队等。1.2中国铸造技术发展现状尽管近年来我国铸造行业取得迅速的发展,但仍然存在许多问题。第一,专业化程度不高,生产规模小 。我国每年每厂的平均生产量是815t,远远低于美国的4606t和日本的4878t。第二,技术含量及附加值低。我国高精度、高性能铸件比例比日本低约20个百分点。第三,产学研结合不够紧密、铸造技术基础薄弱。第四,管理水平不高,有些企业尽管引进了国外的先进的设备和技术,但却无法生产出高质量铸件,究其原因就是管理水平较低。第五,
3、材料损耗及能耗高污染严重。中国铸铁件能耗比美国、日本高70%120%。第六,研发投入低、企业技术自主创新体系尚未形成。1.3发达国家铸造技术发展现状发达国家总体上铸造技术先进、产品质量好、生产效率高、环境污染少、原辅材料已形成商品化系列化供应，如在欧洲已建立跨国服务系统。生产普遍实现机械化、自动化、智能化（计算机控制、机器人操作）。 在大批量中小铸件的生产中，大多采用微机控制的高密度静压、射压或气冲造型机械化、自动化高效流水线湿型砂造型工艺。 砂处理采用高效连续混砂机、人工智能型砂在线控制专家系统, 制芯工艺普遍采用树脂砂热、温芯盒法和冷芯盒法。熔模铸造普遍用硅溶胶和硅酸乙酯做粘结剂的制壳工艺
4、。铸造生产全过程主动、从严执行技术标准，铸件废品率仅2%-5%；标准更新快（标龄4-5年）；普遍进行ISO9000、ISO14000等认证。 重视开发使用互联网技术，纷纷建立自己的主页、站点。铸造业的电子商务、远程设计与制造、虚拟铸造工厂等飞速发展。1.4我国铸造未来发展趋势自中国加入WTO以来,我国铸造行业面临机遇与挑战。其未来发展将集中在以下几方面。第一,鼓励企业重组发展专业化生产,包括铸件大型化和轻量化生产。第二,加大科技投入切实推动自主创新,实现铸件的精确化生产和数字化铸造。第三,培养专业人才加强职工技术培训。第四,大力降低能耗抓好环境保护,实现清洁化铸造。15 灰铁250 灰铸铁通常
5、是指断面呈灰黑色，其中的的碳主要以片状石墨形式存在的铸铁。灰铸铁力学性能的高低，是由其金相组织所决定的，灰铸铁的金属基体与碳钢的一般基体相比没有多大差别，但由于灰铸铁内的硅锰含量较高，它们能溶于铁素体中使铁素体得到强化。承受较大载荷和要求一定的气密性或耐蚀性等较重要铸件，如汽缸、齿轮、机座、飞轮、床身、气缸体、气缸套、活塞、齿轮箱、刹车轮、联轴器盘、中等压力阀体等第二章 铸造工艺方案的确定21支座的生产条件、结构及技术要求l 产品生产性质中小批量生产l 零件材质HT250l 零件的外型示意图如图2.1所示，输出轴壳体的零件图如图2.2所示，支座的外形轮廓尺寸为552410316mm，主要壁厚1
6、2mm，最大壁厚30mm，为一中小型铸件；铸件除满足几何尺寸精度及材质方面的要求外，无其他特殊技术要求。图2.1 输出轴壳体示意图 图2.2 输出轴壳体工艺图 22支座结构的铸造工艺性零件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，都应采取逐渐过渡和转变的形式，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
7、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。对于输出轴壳体的铸造工艺性审查、分析如下：输出轴壳体的轮廓尺寸为552410316mm。砂型铸造条件下该轮廓尺寸允许的最小壁厚查铸造工艺学表3-2-1得：最小允许壁厚为34 mm。而输出轴壳体的最小壁厚为10mm。符合要求。支座设计壁厚较为均匀，两壁相连初采用了加强肋，可以有效构成热节，不易产生热烈。2. 3造型，造芯方法的选择1、铸造方法的选择输出轴壳体的轮廓尺
8、寸为552410316mm，铸件尺寸不太大，属于中小型零件 。零件形状比较复杂，壁厚比较均匀，故毛坯生产方法为砂型铸造，砂型类型为湿砂。2、造型、造芯方法的选择选择造型方法为手工造型，具体为两箱造型；造芯方法为冷芯盒造芯。2. 4浇注位置及分型面的确定1 铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型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环节，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程度。确定浇注位置应注意以下原则：（1.铸件的重要部分应尽量置于下部（2.重要加工面应朝下或直立状态（3.使铸件的答平面朝下，避免夹砂结疤内缺陷（4.应保证铸件能充满（5.应有利于铸件的补缩(6.
9、避免用吊砂，吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯，合箱及检验考虑到砂芯安放固定与排气、起模、充型等，选择将浇注位置确定为输出轴壳体底部。见图4.12 分型面的确定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。分型面确定为输出轴壳体底部，以便顺利起模、下芯、充型，及铸造出质量和强度高的铸件。 图2.12.5、砂箱中铸件数目的确定输出轴壳体的重量为77kg，铸件质量选择51-100kg，查得，最小吃砂量分别为a=50mm，b=70mm，c=90mm，d或e=70mm，f=40mm，g=50mm，砂箱尺寸为915mm（砂箱尺寸=（A+B）/2， A、B分别为砂箱内
10、框长宽及宽度）。铸件本身的尺寸为552410317mm，因此在915mm的砂箱中只能放置一个铸件。第三章 铸造工艺参数及砂芯设计3. 1 工艺设计参数确定铸造工艺设计参数通常是指铸型工艺设计时需要确定的某些数据，这些工艺数据一般都与模样及芯盒尺寸有关，及与铸件的精度有密切关系，同时也与造型、制芯、下芯及合箱的工艺过程有关。这些工艺数据主要是指加工余量、起模斜度、铸造收缩率、最小铸出孔、型芯头尺寸、铸造圆角等。工艺参数选取的准确、合适，才能保证铸件尺寸精确，使造型、制芯、下芯及合箱方便，提高生产率，降低成本。3.1.1铸件尺寸公差铸件尺寸公差是指铸件公称尺寸的两个允许的极限尺寸之差。在两个允许极
11、限尺寸之内，铸件可满足机械加工，装配，和使用要求。输出轴壳体为砂型铸造手工造型中小批量生产，由铸造工艺设计查表2-3得：输出轴壳体的尺寸公差为CT1315级，取CT13级。输出轴壳体的轮廓尺寸为552410316mm，由铸造工艺设计查表2-1得：输出轴壳体尺寸公差数值为4-6mm。3.1.2机械加工余量机械加工余量是铸件为了保证其加工面尺寸和零件精度，应有加工余量，即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层厚度。输出轴壳体为砂型铸造手工造型中小批量生产，由铸造工艺设计查表2-10得：输出轴壳体的加工余量为H级。输出轴壳体的轮廓尺寸为552410316mm，由铸造工艺设计查表
12、2-8得：输出轴壳体加工余量数值为4-6mm，根据具体尺寸选取。（见图3.1.4及其局部发大图1,2,3图）3.1.3铸造收缩率铸造收缩率又称铸件线收缩率，用模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示：=（L1-L2）/L1*100铸造收缩率L1模样长度L2铸件长度输出轴壳体受阻收缩率由铸造工艺设计查表1-14得：受阻收缩率为0.8-1.0，自由收缩率为0.9-1.1%。3.1.4起模斜度为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免损坏砂型或砂芯。这个斜度，称为起模斜度。起模斜度应在铸件上没有结构斜度的，垂直于分型面的表面上应用。初步设计的起模斜度如下：输出轴壳体为一较复杂铸件，其本
13、身就有斜度，部分铸孔需要起模斜度。120，h=50, =5100，h=25，=790，h=12, =750，h=60, =746，h=49, =7 图3.1.4 局部放大图1 局部放大图2 局部发大图33.1.5最小铸出孔和槽零件上的孔、槽、台阶等，究竟是铸出来好还是靠机械加工出来好，这应该从品质及经济角度等方面考虑。一般来说，较大的孔、槽等应该铸出来，以便节约金属和加工工时，同时还可以避免铸件局部过厚所造成热节，提高铸件质量。较小的孔、槽或则铸件壁很厚则不易铸出孔，直接依靠加工反而方便。根据输出轴壳体的轮廓尺寸为552410316mm由铸造工艺设计查表2-15及2-16得：最小铸出孔约为30
14、mm具体情况见铸件图3.1.6铸件在砂型内的冷却时间铸件在砂型内的冷却时间短，容易产生变形，裂纹等缺陷。为使铸件在出型时有足够的强度和韧性，铸件在砂型内应有足够的冷却时间。支座的冷却时间由铸造工艺设计查表1-15得：冷却时间为80100min。3.1.7铸件重量公差铸件重量公差是以占铸件公称重量的百分比表示的铸件重量变动的允许范围。输出轴壳体的公称重量约为77kg，尺寸公差为CT13级。由铸造工艺设计查表2-7得：输出轴壳体的重量公差为MT14级。3.1.8工艺补正量在单件小批量生产中，由于选用的缩尺与铸件的实际收缩率不符，或由于铸件产生了变形等原因，使得加工后的铸件某些部分的壁厚小于图样要求
15、尺寸，严重时会因强度太弱而报废。因此工艺需要在铸件相应的非加工壁厚上增加层厚度称为工艺补正量。但输出轴壳体在大批量生产前的小批量试产过程中将进行调整，所以设计中不考虑工艺补正量。3.1.9分型负数干砂型、表面烘干型以及尺寸较大的湿砂型，分型面由于烘烤，修整等原因一般都不很平整，上下型接触面很不严。为了防止浇注时炮火，合箱前需要在分型面之间垫以石棉绳、泥条等，这样在分型面处明显增加了铸件的尺寸。为了保证铸件尺寸精确，在拟定工艺时为抵掉铸件增加的尺寸而在模样上减去相应的尺寸称为分型负数。而输出轴壳体是湿型且是中小型铸件故不予考虑分型负数。3.1.10反变形量铸造较大的平板类、床身类等铸件时，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
