泵盖铸造工艺设计毕业设计

本科毕业设计

设计题目：泵盖铸造工艺设计二

目录

摘要 (4)

Abstract (3)

第1章概述 (4)

1.1目的和意义 (4)

1.2题目简述 (4)

第2章零件的三维实体造型 (5)

2.1零件的结构分析 (5)

2.2三维实体造型 (5)

第3章铸造工艺方案确定 (5)

3.1铸造方法 (5)

3.2铸造用涂料、分型剂及胶补剂 (6)

3.3铸钢熔炼 (6)

第4章铸造工艺设计 (12)

4.1铸件三维图 (12)

4.2分型面的确定及浇注位置的选择 (9)

4.3主要的铸造工艺参数 (15)

4.4浇注系统设计 (18)

4.4.1浇注系统的类型选择 (18)

4.4.2计算浇注时间并核算合金液上升的速度 (19)

4.4.3浇注系统各部分的尺寸.................. 错误！未定义书签。

4.4.4浇口杯 (20)

4.5冒口设计 (21)

4.5.1冒口位置选择 (21)

4.5.2冒口尺寸的计算 (21)

4.5.3浇冒系统三维图 (24)

4.5.4铸件的工艺出品率 (26)

第5章工装设计 (26)

5.1砂箱设计 (22)

5.2平板及其他 (22)

第6章铸件的落砂、清理及后处理 (27)

6.1铸件的落砂 (27)

6.2铸件的清理 (27)

6.3铸件的后处理 (28)

第7章铸造工艺模拟 (23)

7.1模拟软件简介 (23)

7.2铸造工艺模拟 (24)

结论 (29)

参考文献 (30)

附图 (31)

泵盖的铸造工艺设计二

摘要

本设计根据泵盖的结构、材质、主要轮廓尺寸、使用条件及技术要求等综合考虑，采用传统的砂型铸造工艺方案。

通过对泵盖铸造工艺性进行分析以及各不同方案间的比较，合理确定其铸造工艺方案、铸造工艺参数，进而设计计算出相应的浇冒口系统，确定生产该铸件所需工装，绘制出相应的铸造工程图等，从而得到砂型铸造生产泵盖的工艺方法和主要工艺文件。并对铸件充型和凝固过程进行了计算机数值模拟，分析和讨论其模拟结果，并尽可能减少其缺陷。

关键词：泵盖，砂型铸造，工艺设计

The Design of the Pump cover No. 2Foundry

Technique

Abstract

This design according to the structure of the pump cover, material quality, main dimensions, using conditions and technical requirements, such as comprehensive consideration, the traditional scheme of sand mold casting process.

Through the pump cover casting process is analyzed and the comparison between the different schemes, reasonably determine the casting process, casting process parameters, and calculate the corresponding poured riser system design, determine equipment for the production of the castings, draw the corresponding casting engineering drawing, etc., sand casting is obtained in the production of pump cover process method and main process files. And casting filling and solidification process of a computer

numerical simulation, analysis and discuss the simulation results, and as far as possible to reduce the defects.

Key words: Pump cover，Sand casting，Process design

第1章概述

1.1设计的目的和意义

1. 应用所学的成形理论及专业知识尤其是工艺设计及相关模拟软件方面，进行工程设计实践，用理论知识解决实际生产中遇到的问题的同时，综合考虑各生产因素，提高实践能力，深化对专业知识的感悟和运用能力，全面提升专业综合素养。

2. 初步培养学生优良的思维品质和自主进行科学研究、理论创新、分析问题和结合查阅文献解决问题的能力。

3. 在各指导老师的指引下，了解和把握专业前沿进一步明确铸造专业发展趋势巩固专业知识。

4. 不断提升共同解决问题的能力，增强合作意识，培养团队精神和团队意识。

1.2 题目简述

零件名称：泵盖2；

图2.1零件三维图

零件材质：ZG20Cr13，经查资料[1]知其力学性能、化学成分和主要金相组织如表1.1和表1.2。

表1.1 ZG20Cr13力学性能

表1.2 ZG20Cr13化学成分（%）

由零件图可见：零件为一形状较为简单的小型件，材质为铸钢（ZG20Cr13），生产纲领为小批量生产，采用铸造方法生产。

1.要解决的关键问题

1）完成零件的三维实体造型。

2）设计浇注系统和冒口，并完成相关计算。

3）铸件成形的凝固及冲型模拟。

2.解决问题的思路

1）看懂零件图，掌握和正确使用三维实体造型软件，将铸件由零件图转换成为三维图。

2）综合分析该件的铸造工艺性并不断改进方案，细心地进行铸造工艺设计和计算。

3）掌握铸造模拟软件，并在设计中加以应用。

第2章零件的三维实体造型

2.1零件的结构分析

零件轮廓尺寸为362mm×362mm×102mm，主要壁厚为25～60mm,属于小型薄壁精密件，呈长“中空圆盘”形状，且大部分零件壁均属加工面，按照零件图转换添加加工余量后，得到零件的各铸造尺寸。

泵盖的零件简图见图2.2

图2.2

铸件生产技术要求：铸件应满足几何尺寸精度，材质选用ZG20Cr13，铸件表面应光洁，去除毛刺和锐边，且不允许有砂眼、缩孔缩松、裂纹等明显缺陷，热处理采用淬火+回火处理，铸件尺寸公差按GB/6414·1999-CT7验收。

2.2泵盖的工艺流程

对于泵盖的铸造工艺流程如下：

2.3零件的三维实体造型

根据零件二维CAD 图的各项尺寸，利用UG 三维造型模块进行三维造型，得到剖视图2-3。

图2.3零件剖视图

第3章 铸造工艺方案确定

3.1铸造方法

在诸多铸造方法中手工造型能适应各种复杂的要求，且不要求很多工艺装备，造型方式比较灵活，成本低，投产快。该件生产纲领为小批量生产，这正适合选用手工造型。

3.2铸造用涂料、分型剂及胶补剂

1、铸造涂料

铸造涂料具有耐火等作用主要用在铸型和砂芯的表面上，在浇注过程中铸型和砂芯表面的涂料形成耐火保护层，增强铸型和砂芯的耐热性，另一方面涂料通过填塞砂型和砂芯表面空隙等方式改善铸件表面质量，铸造涂料种类众多，为满足要求可选醇基涂料，根据生产纲领选用刷涂的涂敷方式，这种施涂方式简单，可操作性强，刷涂次数可以一次或是多次，在刷涂作用下，涂料粘度降低，这使得涂料渗透能力增强可避免涂层过厚，但生产率较低。

2、分型剂

分型剂也叫脱模剂，在造型过程中可在模样、芯盒工作表面覆盖一薄层分型剂，减少或者防止型砂对模样或芯盒的粘附，降低起模力，以便得到表面光洁、轮廓清晰的砂型，分型剂种类较多有汽车蜡、银色石墨粉、滑石粉等，涂覆方式可采用手工涂抹。

3、胶合剂

胶合剂是用来粘合砂芯或修补粘砂的粘结剂如砂型或砂芯出现裂纹、孔洞、掉角以及不平整等缺陷可用胶补剂进行修补，以提升生产效率。另外胶合剂的应用可以减轻铸造的劳动强度和减小壳型的变形。胶合剂通常根据自身要求与需要自行购买和配制。

3.3铸钢熔炼

1、熔炼设备

炼钢有很多种方法，最常用的是电弧炉、平炉和感应炉等，其中电弧炉炉子容量一般是1--15t，炼出的钢液质量较高。而且炼钢周期适中（一般2h-3h)。开炉停炉都比较方便，比较容易与造型及合箱等工序的进度相协调，便于组织生产。其普遍应用于大批量或大型生产铸钢件中。感应电炉炼钢工艺简单，钢液质量有保证。我国有很多工厂都用感应炉熔炼钢来浇注中小铸件，为保证获得化学成分均匀、稳定且稳定较高的ZG20Cr13钢液，结合铸件熔炼量采用感应电炉熔炼。

2、熔炼要求

酸性感应电炉炼钢一般是造酸性渣，不能脱硫和脱磷。因此，熔炼金属液采用无芯式中频碱性感应电炉不氧化法熔炼。查资料铸钢耿浩然等得钢的规格含碳

量为0.1~0.3时出炉温度为1610~1640℃浇注温度为1540～1560℃。配料和装料过程中C≤0.16%，P≤0.06%，S≤0.04%，其余合金元素由下表得出

3.4造型材料的配置

铸造用砂需要满足以下条件：

（1）发气量低；

（2）避免铸件的热裂；

（3）不会给铸件增碳；

（4）不会增加硫、磷等有害元素；

（5）具有较好的高温性能；

铸造用砂根据合箱和浇注时的状态分为湿型、干砂型、表面烘干型。综合考虑铸件使用条件，选择有面砂的湿型砂，该方法造型方便、应用广泛。

综合以上要求选择碱性酚醛树脂自硬砂，其技术要求有：型砂：优质天然擦洗砂

1.面砂技术指标：

采用新砂+再生砂制成面砂，其中新砂质量分数20%，再生砂质量分数80%，粒度40/70号筛，SiO2质量分数>97.5%，三筛质量分数>85%，角形系数≦1.3，含泥质量分数≦0.3%，含水质量分数≤0.2%，微粉质量分数≤0.3%，灼烧减量0.3%；

2.树脂及固化剂：采用环保型碱性酚醛树脂和有机脂固化剂

碱性酚醛树脂技术指标：树脂加入量为原砂的1.5%~2.5%，黏度（20℃）≦150mPa. s，游离甲醛质量分数≦0.1%，pH>12，保质期（<25℃）三个月；

固化剂技术指标：固化剂加入量为树脂加入量的得23%~30%。

表XX-XX固化剂技术指标

根据共产生产实际选择几种固化剂的比例，以控制砂型固化时间和产效率以及型砂质量三者能达到最佳效果。

型砂工艺参数的控制

第4章铸造工艺设计

4.1铸件三维图

经资料[2]查取相关的参数后，根据技术要求放了拔模斜度，如图4.1和图4.2、4.3。

图4.1 铸件立体图

图4.2 铸件图

图4.3 铸型图

4.2分型面的确定及浇注位置的选择

1、分型面的确定

方案一：如图4.3所示，分析可知：

1）该分型方案可以使铸件绝大部分的放在同一砂箱，从而减少了因错型而造成的尺寸偏差，可以更好的保证铸件精度。

2）该分型方案的分型面为单一平面，有利于分型。

3）铸件的上表面有加工余量，该方案可以将浮渣至于铸件上表面，在后期机加工时切除以提高铸件精度。

4）铸钢件需要冒口补缩，该方案有利于冒口安放。

5）该方案有利于安放和固定砂芯。

图4.3 分型面一

方案二：如图4.4所示，分析可知：

1）铸件的大部分加工面在同一砂箱内，可以很好的保证尺寸的精度和浇注质量。

2）该方案有利于固定和安放砂芯。

3）该方案冒口设置难度大。

4）该方案砂芯制作困难。

图4.4 分型面二

针对该件的小批量生产，采用方案一为宜。

2、浇注位置的选择

方案一：如图4.5采用底注法从铸件底端注入，此方案浇注系统结构简单，浇注过程中由于金属液流动平稳，因而对砂芯冲击力小因而夹砂现象相对较好。但若浇注时间过长容易形成氧化皮。

图4.5方案一浇注位置示意图

方案二：此方案不利于安放砂芯且浇注系统合砂芯间相互干涉因此该方案

不可取，综合考虑拟采用方案一。

图4.6 方案二浇注位置示意图

4.3主要的铸造工艺参数

1、铸件尺寸公差和重量公差

在小批量生产铸件时，不适当的采用过高的工艺要求来提高公差等级，将使得生产成本增加。但当有特殊要求时应根据相关技术要求生产，对于小批量生产铸钢件选用呋喃自硬砂做造型材料时铸件尺寸公差和质量公差为12--14级，若选重量公差等级为12级，该铸件的重量公差为±16％，若是用砂型手工造型则铸件尺寸公差等级为11级；质量公差等级为11级，该铸件的重量公差为±14％，但当零件有具体生产技术要求是，生产工艺设计应按技术要求实施，此铸件有特殊要求（铸件尺寸公差按GB/T6414-1991-CT7）所以应按技术要求生产。则铸件尺寸公差和质量公差为CT7级，由表3-3-2王文清得该铸件的重量公差为6％。尺寸公差值为1.6

2、加工余量与铸造圆角

根据技术要求的尺寸精度，结合铸件收缩时的倾向，砂型铸造手工造型的铸钢件机械加工余量应为G--K 级选择不同的加工余量，经查资料[2]李宏英可得范围在3.5～7mm 之间，故该件取5mm 的加工余量。

为了降低铸造时的应力与热裂倾向，铸件各拐角部分应设置铸造圆角以便圆滑过渡。铸造圆角在铸造工艺图上有具体表示，按技术要求未标注铸造圆角为

53R R -mm 。

3、铸造收缩率

由于金属液的固态收缩(线收缩)将使铸造出的铸件各部分尺寸小于模样原来的尺寸，因此，为了使铸件冷却后的尺寸与铸件图示尺寸一致，则需要在模样或芯盒上加上其收缩的尺寸，这个收缩的尺寸用铸造收缩率表示。经查[2]李宏英可知该铸件的线收缩率为1.7％，体收缩率为6.8%。

4、最小铸出孔

铸件仅有的孔可以铸出。

5、起模斜度

由于铸件自身结构复杂，在造型时和制芯的起模过程中易损坏砂型和砂芯，为避免这一现象的出现，我们在模样或芯盒的出模方向设置适当的斜度以便于起模。在确定起模斜度时，应与模具车间协商并结合实际设置。

根据生产技术要求拔模斜度外表面为1°，内表面拔模斜度为1.5°，朝增大壁厚方向。

图4.7未放拔模斜度图4.8有拔模斜度

6、砂芯设计

从该铸件的分型面可以看出，该铸件有内腔结构，故需设计砂芯。

方案一：将砂芯制成一个整体的大砂芯，如图4.3所示，

分析可知：

（1）该方案砂芯为一个整体，有利于砂芯的安放，可以有效地防止砂芯被金属液冲动。

（2）该方案砂芯制作过程中要用到环形活块，砂芯制作过程较困难。

（3）该方案用砂芯成型的面较多，且砂芯大多只能使用一次，因此制造是难以稳定砂芯精度，从而难以保证成型面的尺寸精度。

（4）该方案制作砂芯时用砂较多，而制作砂芯所用面砂成本较高，故此方案不符合控制成本原则。

图4.3砂芯整体造型

方案二：采用组芯的方式制作型芯，将砂芯分成三部分制作，然后再将砂芯组装起来砂芯如下图

砂芯第一部分砂芯第一部分截面图

砂芯第二部分截面图砂芯第三部分

（1）该方案砂芯制作容易无需用到活块，且铸件大部分用铸型成型能更精确的保证铸件性能要求。

（2）该方案需将砂芯组装起来，因此砂芯的固定性不如方案一。

（3）该方案用面砂比方案一少，成本更低。

7、出气孔

在铸件的浇注过程中，由于型腔内存在空气和残余水分等，型内压力会在瞬间增加，有极少部分空气可从型砂的空隙间逸出，但铸造用砂的透气性常不足以控制型腔内压力的显著增高。当浇注过程即将结束时，压力可以高到使液态合金倒流，再循环性地返回，从而降低浇注速度。另一方面压力过大可能瞬时拾起上箱，引起“跑火”现象，甚至从浇道中喷出，造成不安全隐患。除此之外出气不良还可能增加气孔、浇不足和冷隔等缺陷。该铸件本身是小型件，加上两个明冒口可以出气外，可适当在型砂顶面上舂些针眼，利于金属液排气。

8、冷铁

在铸造凝固过程中，为了控制钢液顺序凝固和加速铸件局部冷却速度，在型腔内部及工作表面安放一定规格的金属块。这种金属款就叫做冷铁，冷铁分为内冷铁和外冷铁。内冷铁放置在型腔内在铸造完成之后与铸件熔合为一体成为铸件的一部分，通常对铸件使用性能有影响。外冷铁是在造型或造芯时放在模样或者芯盒表面上用于激冷的金属块，铸造结束后可以取出，能回收利用。由于该铸件在高压下工作，对其性能要求较高，因此，选择应用外冷铁。

4.4浇注系统设计

4.4.1浇注系统的类型选择

该铸件为铸钢小型铸件，壁厚相差不大，根据资料[2]查得，薄壁小型铸钢件

可采用中间注入式可充满式浇注系统，则F

内：F

横

:F

直

=1.0:（0.8～0.9）:（1.1～

1.2）。

4.4.2计算浇注时间并核算合金液上升的速度

浇注采用单包浇注，浇注时间t采用公式[2] 2-54：

L

G t Nnq =

（1）

t---浇注时间（秒）；

L

G ---型内钢液含量（含胀箱和冒口重量）（㎏）；

N ---同时浇注的浇包数量(个)； n ---一个漏包内的浇注数量(个)；

q ---平均浇注流量速度（㎏/s ）近似值可以查表[李宏英2-52。 上面公式（1）中的q 值是未知的，需要通过计算得出，所以必须先要知道钢液在型内浇注的最大时间，这就需要通过公式（2）李宏英中的先校核所需要的浇注最大时间，在通过这个时间利用公式（1）计算出q 值。

对于铸钢件的浇注时间可用V

C

t ≤

（2） C ——铸件最高点到最低点的高度（㎜） t ——浇注时间(s)

min

V 型——钢液在型内允许上升速度（㎜/s ）

查表李宏英 表2-53。

min

V 型=20 ,在这里取

min

V 型=15mm/s ，而C=102mm

所以

s t 8.615102

=≤

所以t ≤6.8s 故取6秒 4.4.3浇注系统各部分的尺寸

根据资料[2] 李弘英，赵成志编著. 铸造工艺设计[M]，第2版.北京：机械工业出版

社，2005铸件以漏包浇注由公式V

d L

G =

G L ---铸件浇注重量 V---铸件轮廓体积 d---铸件相对密度 计算出

d=

62

.362.302.12

.30??=2.31

查表2-49

得内F =8.3cm 2

cm F 2

5.7=横cm 2 cm F 21.10=直

根据浇注系统的形式及铸件的形状尺寸，该铸件应有2个内浇口，直浇道的直径为35mm ，锥度为1:50，内浇道和横浇道的尺寸见下表。

表4.1 内浇道截面尺寸

表4.2 横浇道截面尺寸

表4.3 直浇道截面尺寸

各浇道截面图

4.4.4浇口杯

由于该铸件是小型件，故采用普通的盆形浇口杯就可以满足其浇注要求，浇口杯尺寸由表]2[查得各数据如下表。浇口杯外形尺寸见图4.16所示。