迷宫圈铸造工艺设计

毕业论文毕业设计论文

设计（论文）题目：迷宫圈铸造工艺及工装设计

下达日期：2007 年 4 月28 日

开始日期：2007 年 4 月28 日

完成日期：2007 年 6 月8 日

指导教师：韩小峰

学生专业：材料成型与控制技术

班级：材料0402班

学生姓名：刘雄飞

教研室主任：

材料工程系

附件二

陕西工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书

一、设计（论文）内容及要求：

（一）设计（论文）内容

1. 撰写铸造技术发展现状的研究文章；

2. 维美德西安造纸机械有限公司实习；

3. 编制铸件（附零件图）铸造工艺规程，绘制铸造工艺图，填写铸造工艺过程卡片；

4. 绘制铸件图和铸型装配图；

5. 设计铸造工艺装备，绘制模样、模板、砂箱和芯盒等设计图；

6. 撰写设计说明书（论文）。

（二）要求

1．通过企业实习，熟悉铸造工艺过程，结合生产实际完成本次设计任务；

2. 工程图用AutoCAD软件绘制并打印；

3. 说明书（论文）按照学院统一格式，使用word文档并打印。

4. 提交资料包括：

（1）毕业设计任务书；

（2）铸造技术发展现状的研究文章；

（3）“四图一卡”，即绘制铸造工艺图；铸件图；铸型装配图；模样、模板、砂箱和芯盒等铸造工装图；

（4）设计说明书（论文）。

所有提交的资料包括打印文件和电子文件。

二、技术指标：

1．生产类型：大批大量生产

2．生产及质量要求：满足产品图纸的各项技术要求；工艺出品率较高，废品率5％以下；生产效率高；对工人技术水平要求较低，操作简便。

3.生产工艺要求：树脂砂型铸造；机械化造型；所用工装自行设计；冲天炉及中频感应电炉熔炼；生产的原材料均经过检验，符合材料质量保证单要求。

4.技术水平要求：尽量采用先进技术，创新项目应符合国家环保及安全生产要求。

三、主要参考资料：

[1] 曹瑜强．铸造工艺及设备．北京：机械工业出版社，2005年7月.

[2]刘喜俊．铸造工艺学．北京：机械工业出版社，1999年10月.

[3]丁根宝．铸造生产基础．北京：机械工业出版社，1994年10月.

[4] 王晓江．铸造合金及其熔炼．北京：机械工业出版社，1999年7月.

[5] 中国机械工程学会铸造分会编．铸造手册．北京：机械工业出版社，2003年10月.

陕西工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书

摘要

本文是迷宫圈铸造工艺流程，该铸件是西安维美德生产造纸机上一个附

属部件，要求有一定的机械强度，没有特殊的技术要求，根据迷宫圈的产量

和生产条件，选用呋喃树脂自硬砂造型、造芯，其工艺流程包括：铸造工艺

设计、金属熔炼、工装设计。先分析零件结构的铸造工艺性，工艺方案的确定，选用合适的工艺参数，浇注系统，冒口，出气孔等。工装设计根据零件

图设计模样、模板、芯盒、砂箱。该铸件要求QT450—10（单铸试块），确

定球墨铸铁的化学成分，并根据成分确定所需原材料的比例，选用冲天炉和

工频感应电炉熔炼和调试成分，球化孕育处理，并用光谱分析仪全程监控。

关键词：工艺设计，工装设计，金属熔炼，球化孕育

ABSTRACT

This is the maze circle casting process, the casting is Xianyi virtues of the production on one paper machine parts subsidiary, require a certain degree of mechanical strength, no special technical requirements, according to the maze circle yield and production conditions, Selection of furan resin-bonded sand styling and batteries, its process including : Casting Process Design, metal smelting, Tooling design. Analyze the components of Foundry Technology, the identification process, choosing the suitable parameters, pouring system, riser, out stomata. Tooling design components based on designs likenesses template-box, the sand box. The casting requirements QT450-10 (single-cast block), ductile iron determine the chemical composition, According components and raw materials required to determine the proportion and use Cupola-frequency induction furnace melting and debugging components, Inoculation of the ball, and with monitor and control the spectrometer. KEY WORDS:process design, engineering and assembly design, metal smelting, the ball incubation.

目录

毕业设计任务书

中文摘要

英文摘要

符号说明

一、造型、造芯方法7

1、铸件材质7

2、铸件轮廓尺寸7

3、生产方式及条件7

二、铸件凝固原则、浇注位置和分型面的选择7

1、顺序凝固7

2、分型面、浇注位置确定8

三、主要工艺参数8

1、铸件尺寸公差8

2、铸件收缩率8

3、起模斜度和铸造圆角8

4、加工余量8

5、工艺补正量8

6、最小铸出孔和槽8

四、浇注系统设计8

1、浇注系统类型8

2、浇注系统引入位置的确定8

3、浇注系统结构尺寸的设计9

五、冒口设计10

1、冒口尺寸的确定10

2、冒口颈尺寸的确定10

六、出气片设计 10

1、出气片的作用10

2、出气片的尺寸10

七、熔炼10

1、铸件名称10

2、铸件特点10

3、化学成分确定10

4、采用熔炼炉类型11

5、配料11

6、球化孕育处理11

7、检验12

八、砂型及砂芯的烘干12

1、铸型表面刷涂料烘干12

2、涂料的成分12

九、合箱、浇注、落砂及清理工艺12

1、合箱12

2、浇注13

3、落砂13

4、清理13

十、工装设计

1、砂箱13

2、芯盒14

3、模样14

4、模板14 参考文献18 致谢19 教师评语与成绩20

符号说明

一、造型、造芯方法

1、铸件材质

该铸件材质为QT450－10，净重514㎏,单件小批量生产。

2、铸件轮廓尺寸

该件是西安维美德生产的造纸机上一个附属部件，要求有一定的机械强度，工作条件较好，没有特殊技术要求。其轮廓尺寸为810㎜×810㎜×112㎜,考虑到该铸件材质为QT450—10，可能会产生缩松或缩孔缺陷，需设冒口补缩。

3、生产方式及条件

根据迷宫圈的产量以及工厂的生产条件，选用呋喃树脂自硬砂，手工造型.造芯。粘结剂：呋喃树脂加入量为原砂重量0.9％—1.2％；固化剂：对甲苯磺酸加入量为树脂重量30％—50％。

树脂砂与其它型砂相比，具有以下优点：

（1）铸件尺寸精度高，表面质量好。

（2）不用烘干，缩短了生成周期，节省了能源。

（3）树脂砂流动性好，易紧实、溃散性好易清理，大大减轻了劳动强度，并便于实现机械化生产。

（4）树脂砂强度高，透气性好、铸件缺陷少，废品率低。

（5）造型效率高，设备种类少.占地面积小，旧砂可以再生回用。

树脂砂存在以下几点不足：

（1）对原砂要求较高，如原砂粒度、粒形、二氧化硅含量及碱性化合物等都能对树脂砂性能产生较大影响。

（2）环境温度、湿度对树脂砂硬化速度及硬化强度影响较大

（3）与无机粘结剂相比，树脂砂的发气量较大。

（4）硬化时间较长，造型模具需要量增多。

（5）树脂与催化剂有刺激气味，要求车间内通风良好。

（6）树脂的成本较高。

表1—1 呋喃树脂砂用硅砂的技术指标

铸造用硅砂 ZGS96－42Q－30 配砂时，砂温控制在15－30℃，树脂砂冲型

后，表面固化7分钟左右，40分钟后可以起模。

二、铸件凝固原则、浇注位置和分型面的选择

1、凝固原则

该铸件壁厚虽较为均匀，但存在热节、热节部位需设冒口补缩，采用顺序凝固原则。

根据铸件形状，其浇注位置如图所示，其优点可使主要加工面放在侧面，并使热节部位朝上，易放置冒口，并使砂芯安放牢固，下芯方便。

2、分型面、浇注位置的确定

分型面有三种方案可供选择：

第I种方案：分型面在铸件顶部的平面处分开，造型合箱后不用翻箱，和浇注位置统一，使铸件大部分处于下箱，下芯方便，易于检查砂芯位置，合箱方便，能减少铸件飞边毛刺。这种方案的缺点是下模样较高，给起模操作带来一定的困难。

第II种方案：分型面把铸件一分为二，上下模样Array高度相近，起模较为方便，造型、合箱也不用翻箱，

下芯容易，缺点是芯子上半部在上箱，合箱前不易检

查，合箱时易碰坏砂型。

第III

这种方案减少了分模，对保证铸件质量和尺寸精度是

有利的，但需要增设专用工装。

综合分析，采用第一种方案较为适宜，这样分

型面和浇注位置一致，在靠近热节处通过冒口颈向

铸件引入铁液，使铸件下半部及壁厚较薄部分先注入

铁液，使热节部分最后充满，从铸件总体冷却情况来

看，基本上实现了顺序凝固的设计意图。

图2—1 浇注位置及分型面

三、主要工艺参数

1、铸件尺寸公差

该铸件尺寸公差为CT11—CT13。

2、铸件收缩率

迷宫圈的线收缩率在各方向基本相同，取0.8%。

3、起模斜度和铸造圆角

为了保证铸件的尺寸精度，减小两侧面机械加工余量。一般起模斜度为300，铸造圆角取R3—R5。

4、 加工余量

迷宫圈顶面加工余量为8㎜，侧面和底面为7㎜。

5、 工艺补正量

由于模样、芯盒在制造过程中有尺寸偏差，分别留出工艺补正量5㎜，以防止这些局部壁薄处引起铸造缺陷。

6、 最小铸出孔和槽

迷宫圈上18－M16-6H ，18－Φ18，Φ6的孔不铸出。

四、浇注系统设计

1、迷宫圈选用分型面（中间）注入式浇注系统。

2、浇注系统引入位置的确定

内浇道应尽量开设在分型面上，便于造型操作，该铸件要求顺序凝固，有冒口补缩，将冒口设在铸件与内浇道之间，使金属液经冒口引入型腔，以提高冒口的补缩效果。

3、浇注系统结构尺寸的设计

（1）浇注时间

t=k 31G δ=≈?3514300.1S 24 （4—1） t —浇注时间（S ） 1G —浇入型内的金属液总重量(㎏) δ—铸件的平均壁厚(㎜) k —系数（对球墨铸铁取1.0）

（2）验算液面上升速度

v=t c =

s mm 7.424

112

≈ （4—2） C —铸件最低点到最高点的距离，按浇注时的位置确定(㎜)。

t —计算的浇注时间（S ）。 （3）求流量系数μ值 按表3—5查得μ=0.48，再按表3—6修正： 浇注温度升高，μ值+0.05 有出气片，μ值+0.05

有两个内浇道，阻力增大，μ值－0.05，因此μ=0.48＋0.05＋0.05－

0.05=0.53

（4）确定平均压头（均H ）

中间注入式cm c

H H c P 288

20=-==均，则 （4—3）

（5）求内浇道总截面积()

内S ∑

21

5.2428

2453.031.0514

31.0cm H t G S =???=

=

∑均

内μ （4—4）

内S —内浇道截面积()2cm 1G —型内金属液的总重量（㎏） μ—流量系数 t —浇注时间（S ）

均H —作用与内浇道的金属液平均压头（cm ）. （6）求单个内浇道形状尺寸

按图3—32选取3—32a 扁平梯形，求b 值

2

245

4.020.1

5.0=+b b b （4—5） mm b 20408≈=（7）浇注系统其他各组元的截面积 图4—1内浇道截面4个

该铸件材质为球墨铸铁，由表3—8可知封闭式浇注系统各组元截面积

内S ∑:横S ∑:直S 4—7）

横S ∑=24.29cm 直S =34.32cm 。

图4—2 双向横浇道截面

查表3—241《铸造工艺手册》横浇道尺寸为：40㎜×30㎜×45㎜.

五、冒口设计

球墨铸铁在凝固过程中虽然有高的石墨化膨胀量，但是由于其凝固特性和较大的膨胀压力值，因此具有较大的缩孔和缩松倾向，球墨铸铁一糊状方式凝固，补缩困难，按照顺序凝固的原则使缩孔和缩松移至冒口内，依靠冒口的金属液柱重力补偿凝固收缩，冒口和冒口颈迟于铸件凝固，该铸件选用明冒口—鸭嘴冒口。 1、 冒口尺寸的确定

()T D 5.32.1-=冒 ()冒冒H H 5.22.1-= （5—1） mm D 805.154≈?=冒 mm H 120805.1=?=冒

T —铸件断面厚度

2、冒口颈尺寸的确定

()冒颈D D 7.04.0- ()冒颈D L 35.03.0-= （5—2）

mm D 405.080=?=颈 mm L 2532.080≈?=颈

六、出气片设计

1、出气片的作用

（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。

2、出气片的尺寸

根据该铸件的形状尺寸，选用10×100出气片4个。

七、熔炼

在造纸机械设备中，铸铁件约占造纸机机械重量70％左右，其铸件特点是，重量重至20t ，轻至几百克；厚至200㎜，薄至6㎜；长至6000㎜，短至几

十毫米。从铸件结构分析，多是圆筒形、圆柱形、支架形、轮形形状，简单占多数，也有一部分结构复杂易弯曲，从铸件受力分析，一部分铸件是受蒸汽压力作用，如烘缸；一部分铸件是受重载荷作用，如磨木机；一部分铸件是受腐蚀作用，如真空洗渣机。

1、铸件名称：迷宫圈（QT450—10）

2、铸件特点：轮廓尺寸810㎜×810㎜×112㎜，为多层圆形结构，净重

514㎏，两端面和内孔加工，采用干型铸造，铸件进行自然时效，表面无铸造缺陷，不准许焊补。

3、化学成分确定

采用高碳、低硅、低锰、低硫磷（即一高全低），强化孕育。

4、采用熔炼炉类型：两排大间距曲线炉膛冷风冲天炉，熔化率5t/h，炉内

碳烧损7％，硅烧损15％，锰烧损20％。

5、配料

表7—2 迷宫圈铸铁件配料单

6、球化孕育处理

球墨铸铁进行球化孕育处理的目的是通过向具有碳当量在工晶成分附近的球墨铸铁原铁液中加入一定数量的球化剂和孕育剂，引起强烈脱氧和去硫，促使石墨成为球状，并细化球状石墨和改善球状石墨的分布,因而可获得较高的强度和冲击韧性等。

球化剂的加入量应当保证石墨完全球化，在无稀土的情况下,保证石墨完全球化的残余镁量大致为0.03％—0.08％；在有稀土的情况下,残余镁量也大致为0.03％—0.08％；残余稀土量为0.015％—0.05％。

孕育剂的加入量应当保证消除球化元素所造成的白口倾向,想获得铁素体球墨铸铁,其孕育增硅量应大于0.6％。

表7—3 球化孕育时硅铁(硅75)孕育的加入量

球化孕育处理的操作要点：

（1）铁液处理温度应在1400—1430℃之间。

（2）球化剂和孕育剂的粒度,应随铁液量的多少而改变,稀土硅铁镁合金的粒度大致5—25㎜,铁液量500㎏以上取10—25㎏。

（3）球化剂和孕育剂应预热。

（4）采用冲入法球化孕育处理时，首先应在包内放好球化剂,并在其上覆盖硅铁粉和铁板(或草灰)，加入3／5—2／3的铁液,待球化剂反应趋于平稳时，

补加其余铁液,并在出铁槽里均匀地加入孕育剂,出完铁后要充分搅拌铁液,加脱硫剂和草灰,搅拌扒渣2—3次，而后取样检验,用覆盖剂或草灰保温。

7、检验

炉前,用稀土镁合金和75％硅铁进行球化孕育处理,用三角试片观察球化孕育特征。

化学成分检测结果：

C Si Mn P S Mg RE

3.61％ 2.82％ 0.58％ 0.073％ 0.032％ 0.058％ 0.049％

机械性能(铸态),抗拉强度610MPa,延伸率6％。

八、砂型及砂芯的烘干

1、铸型表面刷涂料烘干

砂型及砂芯经过烘干，可以增加其强度及透气性，减少浇注过程中的发气量，保证铸件质量。

迷宫圈铸型采用表面干型，铸型表面刷涂料烘干（涂料刷两遍）。

2、涂料成分

涂料：氧化铝、石墨、锆英粉。溶剂：乙醇（60％—70％）。

九、合箱、浇注、落砂及清理工艺

1、合箱（mold assembling）

合箱是将砂型、砂芯等组装成一个完整铸型的过程，是完成铸型的最后一道工序操作。合箱时，要对铸型、砂芯质量进行检验，然后下芯，安装芯撑，检查砂芯在型中位置及铸件壁厚，清理好芯头出气孔及型中浮砂、杂物后才能合箱。

合好箱后，还要在铸型上面放好浇、冒口箱，不允许跑火。最后放置压铁或采用专门的锁箱装置（箱卡或螺栓等）将砂箱夹紧。

2、浇注（pouring）

浇注是将炉内熔好的金属液接入浇包并注入铸型的过程。该铸件是小批量

生产，所以用人工浇包，浇注前需要测定合金的成分及温度，只有成分、温度合格的金属液才允许浇注。在浇注中要严格按照规定的浇注时间进行浇注，不允许人工断流或小流浇注。

3、落砂（knockout）

落砂是待铸件凝固冷却到一定温度范围时，将铸件从铸型中取出的工序。落砂的方法分为手工落砂和机械落砂两种。由于落砂分尘多，劳动条件差，凡是有条件的工厂均应尽量采用机械落砂。

落砂温度通常决定于铸件的大小、重量、复杂程度和合金类别。一般铸钢和铸铁铸件的落砂温度可取400—500℃，壁厚均匀的简单件可为600℃，薄壁复杂的中、大件则取200—300℃。

4、清理（cleaning）

清理是指落砂后从铸件上清除型芯、表面粘砂、浇冒口和飞边毛刺等过程。

十、工装设计

1、砂箱

该铸件选用整铸式灰铸铁砂箱，其特点：应用范围广，材料成本低，制造方便，强度、刚度好。

图10—1 吃砂量

表10—1 按铸件重量确定吃砂量（单位：㎜）

根据吃砂量，查表4—99通用砂箱铸件轮廓尺寸选取砂箱内框尺寸为：

1100㎜×1000㎜×300㎜。

查表4—100简易砂箱壁截面尺寸砂箱壁厚取30㎜。

《铸造手册—铸造工艺5》

2、芯盒

芯盒是制芯过程中所必要的工艺装备，正确的选择和设计芯盒是保证铸件质量，提高生产率、降低成本、减轻劳动强度的重要环节。

迷宫圈选用木质芯盒，特点：重量轻、制造周期短、易于加工、成本低，但其强度较低、易吸潮变形，不耐磨损，使用寿命短，尺寸精度低，表面粗糙度值高。

由工艺图可知，1号芯形状为圆形，采用对开式芯盒，由左右两片组成，左右芯盒没有定位、夹紧装置，内外壁配合斜度选用3°，以便于内壁和砂芯一起顺利到出。

3、模样

迷宫圈选用树脂砂造型，对模样的强度要求低，选用木模样，沿分型面分开，制成上下半模。

模样工作尺寸按下式计算：

Am=(Ac＋At)(1＋δ) （10—1）Am—模样的工作尺寸（㎜） Ac—产品的铸件尺寸（㎜）

At—零件铸造工艺附加尺寸（加工余量＋起模斜度+其他工艺余量）（㎜）。

δ—铸件的线收缩率。

4、模板

模板由模底板和模样、浇冒口系统及定位销等装配而成。

模底板平面尺寸按下式计算：

As=A＋2b Bs=B＋2b （10—2）

A—内框长度尺寸（㎜）

B—砂箱内框宽度尺寸（㎜）

As—模底板长度尺寸（㎜）

Bs—模底板宽度尺寸（㎜）

b—砂箱分型面外凸缘的宽度（㎜）

模底板定位销孔中心距应与所配用的砂箱的定位孔中心距相一致。

参考文献

[1] 曹瑜强．铸造工艺及设备．北京：机械工业出版社，2005年7月.

[2] 刘喜俊．铸造工艺学．北京：机械工业出版社，1999年10月.

[3] 丁根宝．铸造生产基础．北京：机械工业出版社，1994年10月.

[4] 王晓江．铸造合金及其熔炼．北京：机械工业出版社，1999年7月.

[5] 中国机械工程学会铸造分会编．铸造手册．北京：机械工业出版社，2003年10月.

[6] 陈琦.彭兆弟. 铸铁件配料实用手册. 北京：机械工业出版社，1995.

[7] 林勃. 砂型铸造工艺学. 北京：机械工业出版社，1995.

致谢

本文在编写过程中得到西安维美德造纸机械有限公司的大力支持，在其公司实习一周，公司的工程师为我们介绍了他们多年来丰富的工作经验并提供了大量的实用数据和资料；同时得到韩晓峰老师的指导，以及段昭、石力同学大力帮助；在次表示衷心的感谢。

刘雄飞

2007年6月10日

附件：

指导教师评语：

指导教师签名：毕业设计（论文）成绩：

毕业设计（论文）表现成绩：

毕业设计（论文）答辩：

1.答辩组成员签名：

2. 答辩日期：年月日

3．答辩评语：

4．答辩成绩：

毕业设计（论文）总成绩：