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设计（论文）题目：齿箱箱盖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

学生姓名：石力

教研室主任：

材料工程系

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

齿箱箱盖铸造工艺及工装设计

摘要

本文是造纸机械齿箱箱盖完整制造过程的设计方案，本产品为呋喃自硬树脂砂铸造，整个过程主要由铸型制备、金属熔炼、落砂清理等三个相对独立的大部组成。其中铸型制备包括铸造工艺方案的设计和铸造工艺装备的设计。基本的工艺方案为手工树脂砂造型。混砂、落砂、清理、原砂再生，完全采用机械设备完成。模样，模底版，芯盒等造型工装采用木材制作，能降低成本，减少工装准备时间。由于产品的尺寸较大，手工造型砂箱不能满足要求，故砂箱的设计参考半机械化造型灰铁整铸式砂箱的设计标准。浇冒口系统设计参考粘土砂干型设计方案，根据情况对数据进行适当修改。型、芯砂均采用一级D型呋喃树脂，根据季节及气温的变化配合不同牌号的磺酸固化剂使用。熔炼采用冲天炉、中频炉联炼，原料由冲天炉熔化，通过中频炉调整铁液成分，这样既保证浇注的金属液质量，同时降低了单纯使用中频炉熔化原料的高成本。本产品搬运不便，浇冒口系统的去除由手工氧—乙炔气割完成。表面清理为提高清理效率及质量，采用自动喷丸机完成。本设计方案中的工艺装备尽可能采用了标准装备或使用广泛、成本低廉的装备，以降低生产成本和人员成本，提高方案的可执行性和实用价值。

关键词：工艺方案，工艺装备，树脂砂，球墨铸铁

CASTING DESIGN

OF GEARBOX COVER

ABSTRACT

This is the papermaking machinery gear box cover integrity of the manufacturing process design, the product of furan resin from the hard sand casting, The whole process from the main cast preparation, metal smelting, loading sand cleared three relatively independent of the composition of the majority. Preparation of which include mold casting process for the design and foundry process equipment design. The basic process for the program manual modeling resin sand. Blender, loading sand, cleaned, renewable raw sand, mechanical equipment fully completed. Unfortunately, the automatic mode，the core modeling tool boxes used timber production, lower the cost and reduce the preparation time for tooling. Due to the size of a larger product, crafted modeling sandbox not meet the requirements, Therefore, the sand box reference design modeling and semi-mechanization gray iron casting sand box design standards. Feeder system design dry sand clay reference design program, according to the data of the appropriate changes. Type, core sand adopt a D-furan resin, according to the season and temperature changes with different brands of acid curing agents. Melting cupola furnace smelting furnaces if raw materials from the cupola melting, electric furnace iron liquid ingredients adjustment, This will ensure that the liquid metal casting quality, while reducing the use of pure electric furnace melting the high cost of raw materials. This product handling inconvenience, pouring riser system from manual removal of oxygen-acetylene gas cutting completed. Surface cleaning to improve cleaning efficiency and quality, the introduction of automatic shot to complete. The design of process equipment as possible adoption of the standard equipment or the use of a wide range of low-cost equipment, to lower the cost of production and personnel costs, improve the enforceability of the program and practical value.

KEY WORDS：process, equipment, resin sand, ductile iron

目录

毕业设计任务书

中文摘要

英文摘要

符号说明 (1)

绪论 (2)

一、铸造工艺设计 (3)

1、造型方法的分类及特点 (3)

2、铸造工艺方案的确定 (3)

3、工艺参数 (4)

4、砂芯设计 (5)

5、浇注系统设计 (6)

6、冒口及出气孔设计 (8)

7、冷铁设计 (9)

二、铸造工艺装备 (9)

1、模样 (9)

2、模板 (10)

3、芯盒 (10)

4、砂箱 (11)

三、造型材料 (11)

1、型砂芯砂 (11)

2、砂型的混合及回收 (12)

3、涂料 (13)

四、金属熔炼 (14)

1、材料性能 (14)

2、化学成分 (15)

3、球化及孕育处理 (15)

4、热处理 (16)

五、落砂清理及检验 (16)

1、落砂 (16)

2、清理 (17)

3、检验 (18)

参考文献 (19)

附录 (20)

致谢 (22)

教师评语与成绩 (23)

符号说明

1

绪论

本次设计的产品为造纸机械齿箱箱盖。本产品外型尺寸较大，达1162MM。为圆形台阶状结构，中间有孔洞。产品的工作状态一直保持受力旋转，工作环境较为潮湿，所以要求产品有良好的耐腐蚀、耐磨性，并拥有较高的强度和刚度，故采用球墨铸铁生产。球墨铸铁拥有众多牌号，其中QT400-15的各项性能比较符合本产品的性能需求。

铸铁材料焊接性能很差，只能进行补焊。所以本产只能使用铸造方法加工出。考虑到产品的外型尺寸和生产成本等因素，使用砂型铸造加工出毛胚，后经机械加工生产出最终产品是较为经济的生产方案。

粘土砂铸造属于传统铸造工艺，在我国有着几千年的历史，近年来生产技术也有了很大的进步，实现了连续化，自动化生产。大大降低了铸造生产的工作强度，提高了工作效率，降低了生产成本。但不能忽略的是粘土砂在生产过程中，型芯砂中添加的石墨、锯末会产生大量粉尘，使得铸造生产的工作环境非常恶劣，工人易发生尘肺病等职业病，并且对环境造成很大污染，不符合当今社会的环保要求。

相对而言，树脂砂铸造就没有这么大的环境危害。树脂砂是以树脂为粘接剂配制的型芯砂。采用树脂作为铸造型芯砂粘接剂是铸造工艺上的一次大变革。这种方法问世以来，既引起了铸造界的重视，发展很快。作为铸造型芯砂粘接剂的树脂，品种不断增多，质量不断改善，可以满足各种铸造合金的要求。由于采用了树脂砂，相继出现了许多造型造芯的新工艺，如：壳型（芯）、热芯盒、冷芯盒、自硬砂芯等。目前，采用树脂砂已经成为大量生产优质铸件的基本条件之一。单件及批量生产的砂型铸造车间，用树脂砂制造砂芯几砂型已经是普遍的工艺方法，近年来发展由为迅猛。

树脂砂与粘土砂相比，其主要优点是：铸件表面质量好，尺寸精度高；不需要烘干，缩短了生产周期，节省了能源；树脂砂型芯的强度高，透气性好，铸件缺陷少，废品率低；树脂砂流动性好，易紧实；溃散性好，容易落砂、清理，大大减轻了劳动强度。

树脂砂种类较多，以呋喃树脂砂应用最为广泛，故本次设计就采用呋喃树脂砂设计生产。

一、铸造工艺设计

1、造型方法的分类及特点

(1)按铸型种类分类

砂型铸造按种类分，有干型、湿型、水玻璃砂型、树脂砂型、表面烘干型（表干型）、双快水泥砂型、石灰石砂型。

本次设计使用的为呋喃树脂砂型，属于树脂砂型，其主要特点是强度高，可自硬，精度高。铸件容易清理。生产效率高。其多用于大、中型钢、铁、铝铜铸件单件或批量生产。

(2)按模样材料分类

造型方法模样材料分类，一般分为金属模样造型、塑料模样造型、木模样造型。

金属模样使用寿命长，表面光滑易起模，造型方便，铸件尺寸精度高。常用于大量、成批生产的大、中、小件的生产；塑料模样较轻，造型方便，因为有脆性修整不方便，铸件尺寸精度较高，使用寿命也较长；木模样生产准备周期短，成本较低，但容易受潮，尺寸精度不高。

考虑到生产成本和生产周期的原因，本次设计使用木模样造型。

(3)按砂型紧实方式分类

紧实方式大的分类可分为手工造型和机械造型。考虑到本次设计选用树脂砂造型，而树脂砂有起模时间的限制，到目前还没有成熟的造型机械，故只能采用手工造型。

手工造型还分为砂箱造型、脱箱造型、刮板造型、组芯造型、地坑造型五类。砂箱造型是在砂箱内造型，操作方便，劳动量较小。常用于大、中、小铸件，大量成批和单件生产。考虑到产品的生产要方便，所以采用砂箱造型。

2、铸造工艺方案的确定

(1)浇注位置及分型面的确定

图

1-1

上下

这样选择浇注位置有利于厚大部位设置冒口补缩，浇注完成后能很方便的去除浇口、飞边、毛刺，同时有利于浇注系统的模样制作。

这样设置分型面可以减少合箱时发生的尺寸偏差，方便砂芯的摆放和定位，同时降低模样制作时的难度。

(2)吃砂量的确定

树脂砂型的吃砂量比普通砂型小，模样与砂箱壁距离可取20—50mm ，上、下面距离取50—100mm 。

但是考虑到铸件的外型尺寸，尽量采用标准砂箱，提高工装的通用程度和安放芯头的距离等因素，参考粘土干型的吃砂量最终将吃砂量定为：模样与砂箱壁距离c=109mm ，上面距离a=200mm ，下面距离b=122.5mm 。

3、工艺参数

(1)铸件尺寸公差

本铸件基本尺寸约750mm ，根据铸造手册查得：尺寸公差等级为CT11—CT13。选择CT11， 7mm 。

(2)铸件重量公差

本铸件重量约794kg，根据铸造手册查得：重量公差等级为MT11—MT13。选择MT12，10%。

(3)机械加工余量

本铸件尺寸公差等级为CT11，根据铸造手册查得：加工余量公差等级为E、F、G、H。选择H。

(4)铸造收缩率

本产品采用的材料为QT400-15，属于铁素体球墨铸铁，根据铸造手册查得：阻碍收缩率为0.6%—1.2%，自由收缩率0.8%—1.2%。综合考虑收缩为0.8%较为合适。

(5)起模斜度

本产品的外型较为复杂，每个面上的高度不易测量，但大致都在40—100mm的范围以内，根据铸造手册查得：起模斜度为0 55’

(6)最小铸出孔

的孔20个，M20的孔3个，M12的孔6个，铸件壁厚50—100mm。根本产品拥有18

据铸造手册查得：最小铸出孔为40mm。故本产品上的孔为不铸出的孔。

4、砂芯设计

(1)砂芯的分类及制造方法

砂芯的分类方法有很多，但基本上和型砂类似，本产品的两个砂芯和型砂采用同样的配方和制造方法，所以按粘接剂分类为树脂砂芯，按造芯工艺分类为自硬砂芯。由于使用树脂砂，所以采用手工芯盒造型。

(2)芯头的尺寸和间隙

本产品使用的两个砂芯均为垂直砂芯，故芯头为垂直芯头。

砂芯1 长L=239mm，直径D=320mm，根据铸造手册查得：芯头高h=40—60mm，选择h=50mm。芯头斜度a=4mm。参考干型芯头间隙S=2.5mm,考虑到树脂砂应比干型小50%，所以芯头间隙S=1.25mm,S/2=0.63mm。树脂砂分型负数一般为2mm。

砂芯 2 长L=112.5mm ，平均尺寸（A+B ）/2=187.5mm ，根据铸造手册查得：芯头高 h=25—30mm ，选择30mm ，考虑到平均尺寸大于长度，芯头高增加10mm ，故h=40mm 。芯头斜度a=3.5mm 。参考干型芯头间隙S=1.5mm,考虑到树脂砂应比干型小50%,所以芯头间隙S=0.75mm,S/2=0.35mm 。树脂砂分型负数一般为2mm 。

5、浇注系统设计

(1)型内金属总重

本产品重量G=794kg,在成批生产铸件时，一般浇冒口重量占15%-20%，本产品重量较大，浇冒口大约占15%左右。故行内金属总重约913kg 。

(2)浇注时间

根据公式：

t = k 31G δ (1-1)

δ= 85 mm G 1= 913 kg k = 0.7 t = 0.7 X 391385X t ≈ 30 s

(3)液面上升速度

根据公式：

ν =

t C

(1-2) C = 239 mm t = 30 s

ν =

30

239

ν ≈ 8 mm 1-s

基本符合液面最小上升速度。

(4)校核最小压头

根据公式：

?tg L H 1=小 (1-3)

图1-3 直浇道截面个

横浇道截面双向

内浇道截面

个

b c

1L = 132.3 cm ? = 15°

153.132Xtg H =小°

=小H 35.4 cm

最小压头符合要求。

(5)浇注系统各部分尺寸

根据公式：

均

内H t G S μ31.01=

（1-4）

G 1= 913 kg μ = 0.75 t = 30s H 均 = 38cm 38

3075.031.0913

X X X S =

内

3.22=内S cm 2

干型内浇道横截面面积为22.3 cm 2，根据铸造手册查得：

∑内

S

：∑横S ：∑直S =1：1.2：1.4 （1-5）

根据1-5式可确定 76.26=横S cm 2 22.31=直S cm 2 根据经验数据树脂砂的浇道比干型的浇道要大10%左右，所以最终浇道横截面面积为：5.24=内S cm 2

4.29=横S cm 2 3.34=直S cm 2。

根据横截面面积浇注系统各部尺寸见图。

1-5

图 1-4

(6)浇口杯尺寸

浇口杯宽度至少要比金属液流直径大一倍；其顶部宽度要比直浇道直径大一倍；沿浇注方向的长度要两倍与宽度；而深度可等于宽度；浇口杯中容纳的金属液量应该比直浇道的容量大。其各部尺寸如图。

6、冒口及出气孔设计

(1)冒口设计

设置冒口是为了补给铸件金属的液态体收缩，当液态收缩终止或共晶膨胀开始时，冒口颈既行冻结，利用铸件全部共晶膨胀压力补偿铸件的二次收缩以消除铸件缩松。其各部尺寸如图。

图

(2)出气孔设计

出气孔主要作用是排出型内气体，其一般设置在铸件浇注位置的最高点，出气孔的设

的出气孔。

置位置应不破坏铸件的补缩条件，本产品在造型时在不同位置共设8个40

7、冷铁设计

厚大件球墨铸铁的凝固时间长，常会降低石墨球化率，或者导致石墨畸变、石墨漂浮、石墨粗大等缺陷，故采用冷铁缩短其凝固时间。本产品采用石墨冷铁，石墨冷铁较铸铁冷铁的蓄热量高，不生锈，寿命长。其尺寸约为壁厚的60%。长为160mm，宽为100mm，高60mm。

二、铸造工艺装备

１、模样

(1)模样的分类及适用范围

模样按材质分类可分为：木模样、铝合金模样、铜合金模样、铸铁模样、塑料模样、菱苦土模样、泡沫塑料模样、组合模样。木模样质轻、易加工、价廉，但强度较低、尺寸精度不高。可用于生产各种模样。考虑到生产成本和生产周期的原因，本次设计使用木模样造型。

(2)木模样选材

能够用于制作木模样的木材种类很多，常见的就有红松、云杉、臭冷杉、落叶松、马尾松、衫木、柏松、紫椴、山杨、白桦等几十种。其中以红松的使用最为广泛，性价最好。所以本产品的木模选用东北产红松。模样在做作完成后表面刷银粉、清漆，以保护模样受潮磨损。

(1)模板的构成

模板一般是由模底板和模样、浇冒口系统及定位销等装配而成，但也有整铸的。通常模底版的工作面形成铸件的分型面；模样及浇冒口系统形成铸件的外轮廓及浇冒口系统型腔。本产品的模板采用分开制作，最后组装的方式制造。

(2)模板的选材

因为本产品为手工造型，压力、冲击力较小，所以以木制材料为主。模底版采用人造层板制作，受力较大的部分使用19层板；受力较小的部分采用11层板。浇注系统采用红松制作。冒口和出气孔不在模板上做出，使用分离结构，这样能提高冒口和出气孔模型的通用程度，从而降低生产成本。

3、芯盒

(1)芯盒材料种类

铸造生产中芯盒的种类繁多。按材料分类可分为：金属芯盒、木制芯盒、塑料芯盒和金木结构芯盒。

木制芯盒重量轻，制造周期短，易于加工、成本低，但是其强度和硬度低，易受潮变形。

由于本产品为手工造芯，其压力、冲击力远远小于机器造型，并且芯砂属于自硬砂，芯盒不需要加温，在加上造价低廉，故采用红松木制芯盒。

(2)芯盒结构种类

芯盒按结构还可以分为：敞开整体式芯盒、垂直对开式芯盒、水平对开式芯盒、敞开脱落式芯盒、多向开盒式芯盒。

本产品的两个砂芯都属于结构比较简单的砂芯，采用垂直对开式芯盒即可满足要求。这种结构的芯盒有左右两片组成，左右芯盒设有定位，加紧装置，芯盒的分盒面垂直于填砂面，而砂芯支撑面和填砂面为同一平面。

(1)砂箱的基本结构

本产品为手工造型，但由于重量巨大，必须由吊运身被完成搬运、反转、起模，所以在设计时参考半机械化造型砂箱设计。砂箱由箱壁、箱带、加强肋、调运结构、紧固定位几部分组成的。

上下砂箱的内壁尺寸参考吃砂量选用标准砂箱，上箱内壁尺寸为1400X1400X200 mm ，下箱尺寸为1400X1400X350 mm ，壁厚为25mm ，为整体铸造式，材料选用应用最广，价格低廉，强度和刚度都很好的灰铸铁生产。

(2)砂箱毛胚尺寸偏差

上下箱内壁尺寸均为1400X1400 mm ，根据铸造手册查得：分箱处箱口平面的平行度偏

差须 < 6 mm,砂箱内框尺寸偏差宽度为 6±mm ，长度为 108+-mm 因为本产品砂箱为正方形，

故上下砂箱内框尺寸偏差统一为 6±mm 。

三、造型材料

１、型砂芯砂

(1)原砂的选用

原砂2SiO 含量要高，w(2SiO ) ≥ 90% 。酸耗值应该尽可能低，一般小于等于5mL 。含泥量越小越好，一般质量分数小于0.2%，颗粒表面应该干净、不受污染，以保证砂粒与树脂之间有较高的附着力，所以应该采用擦洗砂。原砂采用40—70目为好，水分质量分数不大于0.2% 。原砂的角型因数要小，要求不能超过1.3。硅砂的灼烧减量质量分数不能超过0.5%。

(2)树脂的选用

本产品为球墨铸铁件，故选用含氮量质量分数 15≤%的一级D 型（低氮）呋喃自硬树脂。其性能指标为：黏度 s mPa ?≥15；游离醛质量分数 ≤0.3%；比强度 MPa 0.1≥；水分质量分数0.3≤%；密度为318.112.1-?-cm g ；pH 值为6.5—8.0；糠醇质量分数90%。

(3)固化剂的选用

磺酸固化剂是由甲苯、二甲苯经过磺化制成的磺酸盐溶液。它是一种通用固化剂。可根据对固化时间的不同要求和季节变化可从下面的表 3-1中选择不同的牌号。

表3-1国产磺酸固化剂

2、砂型的混合及回收

(1)砂型的混合

混合砂型设计采用国内使用比较普遍的S206间歇式混砂机。其性能指标为：每次混砂100kg ，混砂时间20s ，混砂周期55-65s ，生产率6T/h 。

图 3-1 S206间歇式混砂机

(2)砂型的回收

回收旧砂设计采用国产S524型树脂砂再生成套设备。其性能指标为：生产能力5T/h,

除尘风量20000-24000m2/h。

图 3-2 国产S524型树脂砂再生成套设备

3、涂料

(1)涂料的分类

涂料一般可分为水基涂料、有机溶剂涂料、特种涂料三类。有机溶剂涂料在涂敷后经