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1、 攀枝花學院 Panzhihua University 鑄造工藝課程設計說明書 設計題目：球墨鑄鐵連桿鑄造工藝設計 姓名：xxxxx 院系：材料工程學院 專業(yè)：材料成型及控制工程 學號：xxxxxxx 指導老師：xxx 時間：xxxxx 攀枝花學院本科課程設計

2、 摘 要 摘 要 首先，根據(jù)提供的零件圖獲取零件的技術(shù)要求、材料組成、結(jié)構(gòu)特點、生產(chǎn)條件、生產(chǎn)批量及性能要求。然后，對零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性進行分析，找出可能存在的結(jié)構(gòu)問題提出改進措施或者預防缺陷的措施：根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)條件選擇鑄造和造型方法。由零件的結(jié)構(gòu)特點提出多種澆注和分型方案，綜合對比分析，選擇最為理想的澆注位置及分型面。再次根據(jù)鑄造工藝方案和零件的特點，選用適宜的工藝參數(shù)，設計鑄件的澆注系統(tǒng)并繪制鑄造工藝圖。 關(guān)鍵詞：球墨鑄鐵，鑄造工藝，澆注系統(tǒng)，工藝參數(shù)

3、 攀枝花學院本科課程設計 目 錄 目 錄 摘 要Ⅰ 第1章 緒論1 1.1課程設計的意義1 1.2設計題目的提出1 第2章 材料的確定3 第3章 結(jié)構(gòu)工藝分析 4 第4章 工藝方案的設計5 4.1鑄型種類及方法確定5 4.2型芯結(jié)構(gòu)及制造5 4.3分型面的篩選6 4.4鑄造位置及澆注口的確定6 第5章 鑄件工藝參數(shù)確定7

4、 5.1加工余量7 5.2起模斜度及圓角確定8 5.3收縮量選擇8 5.4型芯及型芯頭選擇8 第6章 澆注系統(tǒng)的擬定10 6.1系統(tǒng)作用與結(jié)構(gòu)分析10 6.2橫澆道及其結(jié)構(gòu)10 6.3各組元截面尺寸確定10 6.4 系統(tǒng)引注位置的選用12 6.5冒口及尺寸確定12 附錄14 總結(jié)16 致謝17 參考文獻20 II 攀枝花學院本科課程設計 第1章 緒 論

5、第1章 緒 論 球墨鑄鐵是指用球化劑和孕育劑處理鐵液后，石墨呈球狀的鑄鐵。 1.1球墨鑄鐵的發(fā)展歷史 在河南鞏縣鐵生溝西漢中、晚期的冶鐵遺址中出土的鐵鎬，經(jīng)過金相檢驗，具有放射狀的球狀石墨，球化率相當于現(xiàn)代標準的一級水平。而現(xiàn)在的球墨鑄鐵則是遲到至1947年才在國外研制成功。我國古代的鑄鐵，在相當長的時期里含硅量都偏低，也就是說，在約2000年前的西漢時期，我國球狀石墨，就已由低硅的生鐵鑄件柔化退火的方法得到。這是我國古代鑄鐵技術(shù)的重大成就，這也是世界冶金史上的奇跡。 國際冶金行業(yè)過去一直認為球墨鑄鐵是英國人于1947年發(fā)明的。西方某學者甚至聲稱，沒有現(xiàn)代科技手段，生

6、產(chǎn)球墨鑄鐵是不可想象的。1981年，我國球鐵專家采用現(xiàn)代科學手段，對出土的513件古漢魏鐵器進行研究，通過大量數(shù)據(jù)斷定漢代我國就出現(xiàn)了球狀石墨鑄鐵。有論文在第18屆世界科技史大會上宣讀，轟動了國際鑄造界。國際冶金專家于1987年對此進行驗證后認為:古代中國已經(jīng)摸索到用鑄鐵柔化制造球墨鑄鐵的規(guī)律，這對世界冶金史重新分期劃代具有重要意義。 球墨鑄鐵作為新型工程材料的發(fā)展速度是令人驚異的。1949年世界球墨鑄鐵只有5萬噸，1960年為53.5萬噸，1970年增長到500萬噸，1980為760萬噸。1990年達到900萬噸。2000年達到1500萬噸。球墨鑄鐵是生產(chǎn)發(fā)展在工業(yè)發(fā)達國家特別快。世界球墨

7、鑄鐵產(chǎn)量的75%是有美國、日本、意大利、英國、法國六國生產(chǎn)的。 我國球墨鑄鐵生產(chǎn)起步很早。1950年就研制成功并投入生產(chǎn)，至今我國球墨鑄鐵達230萬噸，位于美國、日本之后，位于世界第三位。適合我國國情的稀土煤球劃劑的研制成功，鑄態(tài)球墨鑄鐵以及奧氏體—貝氏體球墨鑄鐵等各個領(lǐng)域的生產(chǎn)技術(shù)和研究工作均達到了很高的技術(shù)水平。 1.2球墨鑄鐵的力學性能在強度和屬性方面均具有優(yōu)越性 （1）與灰鑄鐵相比，灰鑄鐵的力學性能僅以抗拉強度作為性能指標;并且，其最高牌號的抗拉強度只有300Mpa：而球墨鑄鐵的最低抗拉強度是400Mpa，并且還有10%以上的斷后延伸率。 （2）與可鍛鑄鐵相比，

8、無論是黑心可鍛鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵還是白心可鍛鑄鐵，雖然他們具有屬性指標，但他們的綜合力學性能不如球墨鑄鐵，并且他們只限于生產(chǎn)壁厚在10mm以下，重量不得超過幾十公斤的鑄件。 （3）與鑄鋼和結(jié)構(gòu)鋼相比，雖然他們的斷后伸長率和沖擊韌度很高（這是球墨鑄鐵所不及的），但他們的屈服點卻比球墨鑄鐵的要低，由此表明，材料利用率要比球鐵低。 20 攀枝花學院本科課程設計 第2章 材料的確定 第2章 材料的確定

9、 該課程設計要求使用球墨鑄鐵為材料大批量流水線生產(chǎn)汽車連桿。 攀枝花學院本科課程設計 第3章 結(jié)構(gòu)工藝分析 第3章 結(jié)構(gòu)工藝分析 連桿由連桿體和連桿蓋組成。鑄件如圖樣3.1。連桿蓋小孔內(nèi)直徑65mm，外直徑100mm。連桿蓋大孔內(nèi)直徑90mm，外直徑140mm。連桿體長120mm。連桿壁厚16mm。孔和壁均能直接鑄造出來。連桿在工作中受交變的拉力、壓應力，又受彎曲應力。連桿的損壞形勢是疲勞斷裂和過量變形。而球墨鑄鐵

10、符合以上性能要求。 圖3.1 三維形狀及零件圖 攀枝花學院本科課程設計 第4章 工藝方案的設計 第4章 工藝方案的設計 4.1鑄型方法的確定 在鑄造生產(chǎn)中，砂型鑄造應用最為廣泛。砂型鑄造生產(chǎn)率高、成本低、靈活性大、技術(shù)相對成熟，世界上用砂型鑄造生產(chǎn)的鑄件，占鑄件總產(chǎn)量的80%以上。 在砂型鑄造中，造型和制芯是最基本的關(guān)鍵工藝。造型和制芯選擇是否合理至關(guān)重要。因課程設計產(chǎn)量要求為：大批量流水線生產(chǎn)。再綜合其他因素，覺得本次設計采用合成樹脂砂，配合高壓、擠壓

11、、沖擊、靜壓等高密度造型工藝，為大量薄壁、光潔、加工余量小的鑄件創(chuàng)造了條件。 4.2分型面的篩選 分型面選擇時，應在保證鑄件質(zhì)量的前提下，盡量簡化工藝過程，由于連桿為對稱分布的零件，分型面選擇少，有以下兩種： A方案：如圖4.1 選a-a作為分型面。符合選平面作為分型面的原則，但不利于拔模。 圖4.1 分型面a-a B方案：如圖4.2 連桿在此處分型，符合盡量把鑄件放在一個砂箱內(nèi)的原則。且分型面在最大投影面。在保證鑄件的質(zhì)量和降低成本的前提下，選用B方案。 圖4.2 分型面b-b 4.3型芯結(jié)構(gòu)及制造 連桿零件有兩圓柱形孔

12、洞，故型芯應為兩圓柱體，其直徑應小于45㎜和32.5mm，又型芯比較簡單，故采用整體式芯盒制芯的造芯的造芯方法。 4.4鑄造位置及澆注口的確定 根據(jù)重要表面向下放或側(cè)放原則，將連桿的重要表面放在下面，由于該構(gòu)件有多個面，因此將其中較大的面朝下放，上面通過放加工余量來保證鑄件質(zhì)量。也需考慮盡量少使用砂芯。澆注口選擇應符合鑄件凝固方式及特點，保證鑄型填充及鑄件質(zhì)量，盡量選取有利澆注位置，分析此結(jié)構(gòu)及造型位置，選用連桿右端分型面為澆注口如圖4.3。從而避免直澆對鑄件造成沖擊，鑄件也容易澆滿等。 圖4.3 澆注位置的選擇

13、 攀枝花學院本科課程設計 第5章 鑄造工藝參數(shù)確定 第5章 鑄件工藝參數(shù)確定 5.1加工余量 根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)尺寸及造型方法，鑄造材料等因素綜合考慮，查找（GB/T6414-1999,GB/T6416-1999）表5.1球墨鑄鐵造型材料為濕砂型，鑄件尺寸公差等級與配套加工余量等級（CT/MA）為（10~8）/G，CT選定為9/G;再由GB/T6416-1999可以查得相應的加工余量數(shù)值為2.8mm；據(jù)GB/T6414-1999可得公差等級CT為9時，因為基本尺寸140mm、100mm均為壁厚，所以它們尺寸公差等級粗一

14、級公差，即為10/H.基本尺寸在40-63mm之間時，公差數(shù)值為2mm;基本尺寸在65-100mm之間時，公差數(shù)值為3.2mm；基本尺寸在100-160mm之間時，公差數(shù)值為3.6mm。由鑄件基本尺寸46mm,100mm，140mm知 ，滑動軸承座鑄件的尺寸公差為：46+1，100+1.6，140+1.8。 表5.1 鑄件尺寸公差等級與配套用加工余量等級（GB/T6414--1999） 造型材料 單件、小批量生產(chǎn)鑄件公差等級與配套加工余量等級（CT/MA） 鑄鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 銅合金 輕金屬合金 干、濕砂型 （15～13）/J （15～13）/

15、H （15～13）/H （15～13）/H （15～13/H （15～13）/H 自硬砂 （14～12）/J (13～11)/H (13～11)/H (12～10)/H (12～10)/H (12～10)/H 鑄造工藝方法 成批大量生產(chǎn)鑄鐵件尺寸公差等級與配套加工余量等級（CT/MA） 鑄鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 銅合金 鋅合金 輕合金 砂型手工造型 （13～11）/J （13～11）/H （13～11）/H (13～11)/H (12～10)/H -- (11～9)/H 砂型機器造型 (10～8

16、)/H (10～8)/G (10～8)/G (10～8)/G (10～8)/G -- (9～7)/G 造型材料 單件、小批量生產(chǎn)鑄件公差等級與配套加工余量等級（CT/MA） 鑄鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 銅合金 輕金屬合金 薄壁殼型 （10～8）/H (10～8)/G (10～8)/G (10～8)/G -- (9～7)/G 金屬鑄型 -- (9～7)/F (9～7)/F (9～7)/E (8～6)/F 低壓鑄型 -- (9～7)/F (9～70/F (9～7)/F (8～6)/F 壓力鑄型 -- --

17、-- (8～6)/D、(6～4)/D (7～5)/D 熔模鑄型 (7～5)/E (7～5)/E -- (6～4)/E (6～4)/E 注：公差等級適于尺寸>25mm鑄件，鑄件可提高公差3等級，10～16mm，鑄件可提高公差2等級，16～25mm鑄件則可提高公差一級。 表5.2 要求的鑄件機械加工余量（GB/T6414--1999）[1] 最大尺寸 要求的機械加工余量等級 大于 至 A B C D E F G 40 0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.5 40 63 0.1 0.2 0.3 0.3

18、 0.4 0.5 0.7 63 100 0.2 0.3 0.4 0.5 0.7 1 1.4 100 160 0.3 0.4 0.5 0.8 1.1 1.5 2.2 160 250 0.3 0.5 0.7 1 1.4 2 2.8 250 400 0.3 0.7 0.9 1.3 1.4 2.5 3.5 5.2起模斜度 連桿的測量面高度為46mm，查找《鑄造工程師手冊》，由表知，選寬度1.6mm，斜度在1.5。 5.3收縮量選擇 由鑄造材料鐵素體球墨鑄鐵可知，其收縮量在0.8%-1.0%之間，綜合其他因素，取

19、收縮量選為1.0%。 5.4型芯及型芯頭選擇 連桿內(nèi)孔為圓柱形孔，由分型方式可知，采用垂直型芯，有利于穩(wěn)固定位，排氣和落砂，由基本尺寸知，型芯長度為46mm，由表查得下型芯高度h值為25~30mm，確定為25mm；因此件為大批量流水線生產(chǎn)，決定采用上下芯高度相同原則。定上型芯值為25mm，芯頭間隙為0.5-1mm,定為1.0mm；查表知，下芯頭斜度定為4，上芯頭斜度選擇8. 表5.3 垂直和水平芯頭的尺寸參考數(shù)值 mm 型芯長度 當心頭直徑d或邊長為下列數(shù)值時的下芯頭高度h下值 ≤30 31～60 61～10

20、0 101～150 151～300 301～500 501～700 701～1000 1001～2000 ≤30 15 15～20 - - - - - - - 31～50 20～25 20～25 20～25 - - - - - - 51～100 25～30 25～30 25～30 20～25 20～25 30～40 40～60 - - 101～150 30～35 30～35 30～35 25～30 25～30 40～60 40～60 50～70 50～70 151～300 35～45 35～40

21、 35～45 30～40 30～35 40～60 50～70 50～70 60～80 301～500 - 40～60 40～60 35～55 35～45 40～60 50～70 50～70 80～100 501～700 - 60～80 60～80 45～65 45～65 50～70 60～80 60～80 80～100 701～1000 - - - 70～90 70～90 60～80 60～80 80～100 80～100 1001～2000 - - - - 100～120 100～120 80～100

22、80～100 80～120 攀枝花學院本科課程設計 第6章 澆注系統(tǒng)的擬定 第6章 澆注系統(tǒng)的擬定 6.1系統(tǒng)作用與結(jié)構(gòu)分析 系統(tǒng)澆注是指砂型中引導金屬液流入型腔的通道，一般由澆口杯、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道等組成。澆口杯承接金屬液，并經(jīng)直澆道流入橫澆道，再分配給各內(nèi)澆道流入型腔，因此各交道形狀及截面大小均影響鑄件質(zhì)量。 6.2橫澆道及其結(jié)構(gòu) 橫澆道除將金屬液分配給個各內(nèi)澆道外，最主要的作用是擋渣，課阻止水平流動中的熔渣進入型腔。通常為加強其擋渣作用，常采用

23、鋸齒形橫澆道，穩(wěn)流式橫澆道或帶濾網(wǎng)的橫澆道。 6.3各組元截面尺寸確定 查《鑄造工程師手冊》，有常用球墨鑄鐵澆注系統(tǒng)尺寸表6.1[2] 鑄件質(zhì)量Gc/kg 內(nèi)澆道 橫澆道 直澆道 數(shù)目 單個橫截面積/cm2 總截面面積/cm2 截面面積/cm2 直徑/mm 截面面積/cm2 5~10 3 1.0 3.0 3.6 2.3 4.2 2 1.5 3.0 1 1.9 3.0 綜合其他因素選各組元截面面積分別為：1.9cm2、3.6cm2、4.2cm2、 1、內(nèi)澆道橫截面選擇扁平梯形如圖6.1，其特點是扁平梯形內(nèi)澆道高度低，熔渣不易

24、進入，廣泛用于鑄鐵件生產(chǎn)。 根據(jù)內(nèi)澆道橫截面積S內(nèi)=1.9cm2，查表6.1“球墨鑄鐵件澆注系統(tǒng)標準值” a=28mm，b=26mm，c=9mm，內(nèi)澆道橫截面積如下圖所示 2、橫澆道的界面形狀選擇梯形如圖6.2，因為梯形橫澆道當渣能力強、開設容易，應用廣。 由S橫=3.6c㎡，表6.1“球墨鑄鐵件澆注系統(tǒng)標準值”得： A=19mm，B=14mm，C=12mm。 所以橫澆道橫截面積如下圖所示： 3、直澆道。直澆道橫截面積通常采用圓形如圖6.3，由S直=4.2 cm2，查表6.1“灰鑄鐵件澆注系統(tǒng)標準值” D=23mm。 所以該軸承座的直澆道的橫截面積如下圖所示：

25、 圖6.1 內(nèi)澆道橫截面積圖 圖6.2 橫澆道橫截面積圖 圖6.3 直澆道 表6.2 常用球墨鑄鐵澆注系統(tǒng)各組元截面尺寸 內(nèi)澆道尺寸/mm（S內(nèi)/mm2 ) 橫澆道尺寸/mm（S橫/mm2 直澆道尺寸/mm（S直/ mm2 ) a b c Ag/ cm2 a b c Aru/ cm2 d As/cm2 18 16 6 1.0 18 12 20 3.0 20 3.1 23 21 7 1.5 19 14 22 3.6 23 4.2 25

26、 23 8 1.92 23 15 25 4.8 27 5.7 28 26 9 2.4 24 18 26 5.4 29 6.3 30 28 10 2.9 30 22 32 8.4 35 9.8 38 35 11 3.8 34 23 40 11.4 41 13.3 澆注時間t的計算如下： G——型內(nèi)金屬液的總質(zhì)（重量）（kg） S1——系數(shù)，取決于鑄件壁厚，由表查出。 6.4 系統(tǒng)引注位置的選用 內(nèi)澆口常設在鑄件中部某一高度的分型面上，且內(nèi)澆道開在橫澆道尾端15-40mm處，可將金屬液從合適的地方引

27、入型腔，這種澆注方法應用普遍，適用于各種壁厚均勻、高度不大的中、小型鑄件。故滑動軸承座應選擇中注式澆口。 6.5冒口及尺寸確定 一般小型、壁厚均勻的鑄件可不設冒口，故在此省略。 綜上所述：將內(nèi)澆道開設在下型的分界面上，并將金屬液澆口杯處注入，將橫澆道開設在上型分型面上，起集渣排氣作用；在上型開設直澆道，以形成必要的靜壓力，在上型頂面開設澆口杯，以便于澆注 。鑄造工藝圖如圖6.4。 圖6.4 連桿鑄造工藝圖 攀枝花學院本科課程設計

28、 附 錄 附 錄 鑄造工藝卡擬定 鑄件名稱 材料牌號 生產(chǎn)類型 毛坯質(zhì)量 最小壁厚 鑄件圖 連桿 QT400-15 大批量流水線生產(chǎn) 6.47 16mm 造型 造型方法 砂箱鑄造、兩箱造型.一箱多件 砂箱內(nèi)部尺寸/mm 規(guī)格 長 寬 高 緊固方法 上箱 1000 500 80 壓鐵緊固420kg 下箱 1000 500 80 砂型烘干 烘干溫度\℃ 烘干時間\h 方法

29、300 5 烘干爐 澆冒口尺寸\mm 澆道數(shù)量 截面積 橫澆道1個 1.9 cm2 內(nèi)澆道1個 3.6 cm2 直澆道1個 4.2 cm2 澆注工藝規(guī)格 出爐溫度/℃ 澆注溫度/℃ 澆注速度/sec 冷卻時間/h >1300 1300~1350 35~55 >10 熱處理工藝 一箱四件澆注系統(tǒng)俯視示意圖

30、澆注系統(tǒng)主視示意圖 攀枝花學院本科課程設計 總 結(jié) 總 結(jié) 通過課程設計鞏固和加深了我們對鑄造工藝課及其它有關(guān)基礎(chǔ)課和技術(shù)基礎(chǔ)課的知識；握鑄造工藝及工藝工裝的設計方法，鍛煉運用鑄造工藝手冊及其它技術(shù)資料的基本技能；使我們進一步提高圖紙、文字表達能力；為今后工作打下基礎(chǔ)。 本文為鑄造工藝課程設計的課題設計報告，設計課題為滑動軸承座的鑄造工藝設計。 報告從連桿零件圖開始分析，逐步確定鑄造工藝方案，至模樣模板以及芯盒的設計，其過程和數(shù)據(jù)

31、均已一一給出。 在此次課程設計中，團隊發(fā)揮了較大的作用。在課程設計的初期，由于我們都對鑄造工藝有相應的不了解，故大家都去查找了相關(guān)資料。 在課題設計過程中，鑄造工藝圖無疑是很重要的，其標示出了分型面、機械加工余量、砂芯形狀尺寸、澆注系統(tǒng)等一系列鑄造中必不可少的參數(shù)。不理解之處就去查找相關(guān)文獻資料，并詢問老師意見。 我們發(fā)現(xiàn)，鑄造工藝設計中有著大量的工藝參數(shù)需要去查找，并且面對大量的數(shù)據(jù)信息，如何從中選出適合本課題鑄件的相關(guān)參數(shù)有著一定難度。信息的取舍與否直接影響到課題設計的嚴密性、嚴謹性，因此在這個問題上，我們也多次詢問老師的意見，在于老師的交流和溝通中，不斷地改善我們的設計。 通過這

32、次課程設計發(fā)現(xiàn)自己很多方面的知識掌握的不到位，在今后的學習中要不斷的復習、討論、詢問，爭取掌握所學理論并能在實際中應用。 此次鑄造工藝課程設計，對于我們進一步認識鑄造領(lǐng)域起到了極大的作用，通過實際的工藝設計，親身投入到設計中去，學習設計思路，對于我們而言，有著不可小覷的意義。 攀枝花學院本科課程設計 致 謝 致 謝 經(jīng)過兩周的奮斗，我終于完成了這次課程設計，熱加工工藝課程設計的完成對我來說有深刻的意義，讓我們把實踐和課本緊密的結(jié)

33、合起來，更好的理解我們所學的知識學知識，擁有所學知識解決困難。 在此次課程設計中真誠的感謝xxx老師。我們得到了xxx的細心指導和幫助，如果沒有老師老對課程設計進行指導，就不會知道怎樣開始課程設計及應注意的問題，對這次課程設計具有重要的指導意義，是完成課程設計的前提。同時也要感謝老師在這學期課程工程材料中對同學們理論課程的辛苦教學及對人生的啟發(fā)與教育。感謝同學們對我的幫助，對我的疑問進行解決。 最后再次向所有幫助過我的人表示忠心的感謝！ 攀枝花學院本科課程設計 參考文獻 參考文獻 [1] 李傳栻.鑄造工程師手冊【M】.北京：機械工業(yè)出版社，2010. [2] 李弘英.鑄造工藝設計【M】.北京：機械工業(yè)出版社，2005. [3]李榮德.鑄造工藝學【M】.北京：機械工業(yè)出版社，2013.