模具支架铸造工艺设计说明书.doc
球墨铸铁模具支座一、 生产条件及技术要求1、生产性质试制研发。2、材质材质为QT400 15。3、零件图4、主要技术要求力学性能： b>400MPa； 15%；130-180HBW。金属组织：球化等级 4 级 ；石墨大小5.8 级 ；（P） 20%;(Fe3C) 3%.二、造型、制芯1、造型 采用手工造型；砂箱尺寸 600mm*620mm*250，mm每型 4 件。2、制芯设备 芯盒制芯。三、熔炼工艺1、铁液的化学成分 (C)=3.6%-3.9%；(Si) 3.0%；(Mn)0.5%；(P) 0.07%；(S) 0.03%；(Mg)残=0.03%-0.05%；(Re) 残=0.01%-0.03%。2、球化剂稀土镁硅铁合金，加入量为铁液质量分数的 1.5%-1.7%。3、出炉温度 1420-1440 。4、浇注温度 1320-1380 。5、孕育剂75Si-Fe 合金孕育，加入量为包内铁液质量分数的 0.3%-0.7%。6、熔炼设备 0.5t 无芯工频感应电炉熔炼原铁液；在100Kg铁液包中进行球化处理；转50Kg浇包进行浇注。四、主要工艺参数1、加工余量 2-3mm,模具支座面机械加工余量取 3mm；模具支座底面及侧面机械加工余量取 2mm。2、收缩率1% 。3、拔模斜度 1°。4、砂型硬度 砂型硬度大于 40（C型硬度计）。5、吃砂量 吃砂量为 30-60mm。6、型砂性能 湿压强度为 0.12-0.14MPa，透气性 100cm 2/（Pa*s），紧实率为 40%-48%（夏季）， 41%-47%（冬季）。7、铸造圆角 铸造圆角为 R2。五、铸造工艺方案1、浇注位置及分型面的选择由于本铸件采用试制研发的方案进行设计， 其可能的分型面的选取有如下图所示的 6 种：但是，根据分析及铸件实际分型面的选取原则，我们不难发现方案 3、4、5 是根本无法起模的，故应舍弃；再由于方案 2 不能很好的保证铸件孔的同轴度，且容易发生错型、不易合箱，故也应舍弃；方案 1 使得大部分铸件都处在下型，且能很好的保证铸件孔的同轴度及圆度；方案 6下芯方便，上下模样相同；故最终，确定方案 1 和方案 6 为本铸件的可行分型面选择方案。2、对于方案 12.1 型芯设计 根据铸件孔的基本尺寸及其加工余量， 确定型芯的相关尺寸。 砂型的实际工作长度 L=101mm，垂直芯头与芯座之间的间隙 S=0.5mm，垂直芯头与芯座之间的侧隙s/2=0.25mm，垂直芯头高度 h=h1=30mm，垂直芯头的斜度 =9° ，砂型直径 D=46m，m相关数据参数如下图所示：2.2 、工艺分析图的确定 根据对零件结构优化、分型面、加工余量、拔模斜度以及型芯的相关设计，作出铸件的工艺分析图如下所示：2.3 、铸件图的确定 根据之铸件的分型面选择以及铸件加工余量和拔模斜度的确定，作出连杆铸件图如下所示：2.4 、冒口设计 根据球墨铸铁凝固特点，此件采用控制压力冒口进行补缩。这是因为当铸件以液态收缩为主时，冒口内铁液补给铸件以消除集中缩孔。共晶膨胀初期，由于砂型硬度高，铸件内部压力大，多余铁液倒回入冒口，以降低铸件内部膨胀压力，防止铸件膨胀。而当冒口颈凝固后，共晶膨胀造成内压力自补缩，克服缩松缺陷，因此冒口大小选择以及冒口颈尺寸选择尤为重要。（1） 铸件相关参数计算3通过运用三维设计软件 UG，测算出铸件的体积 V=2157.5 进而计算出铸件质量 m=V*=2157.5*7.3=15.75Kg（2） 铸件关键模数的确定 对于 62 的热节圆铸件模数 M c1=Drb/2*(D r+b)=62*101/2*(62+101)=19.2mm 对于 40 的热节圆铸件模数Mc2= Drb/2*(D r +b)=40*101/2*(40+101)=14.3mm根据以上分析， Mc1 > Mc2，Mc1 是计算冒口时起决定性作用的模数，故选择Mc1 为铸件的关键模数较合适。（3） 冒口模数及冒口颈模数的确定根据材料成型工艺图 4-35 控制压力冒口的模数和铸件关键模数的关系，取冒口模数 Mr =13.0mm。又冒口颈模数 Mn=0.67Mr ，故 Mn=8.7mm，取 Mn=9mm。（4） 冒口尺寸的确定查阅标注冒口系列尺寸关系，由 Mr =0.189d 得：d=68.8mm，取 d=70mm。冒口3高度 h=1.5d=1.5*70=105mm；冒口质量 m=1.04d=2.6Kg。选用矩形冒口颈，由 Mn=ab/(a+b),a 为冒口颈宽度， b 为冒口颈高度；取 a=50mm，b=8mm。冒口形状及冒口颈尺寸如下图所示：（5） 冒口补缩能力较核冒口补缩距离 与传统冒口的补缩概念不同，控制压力冒口的补缩距离，不是表明冒口把铁液输送到铸件的凝固部位，而是表明有凝固部位向冒口回填铁液能输送多大距离。该距离与铁液冶金质量和之间模数密切相关，由于该铸件模数较大，显然冒口补缩距离足够。2冒口的位置及数目 冒口应安放在铸件模数大的关键部位，该铸件采用内浇道通过侧冒口的引入方式。经分析，由于冒口内金属液体积足以补缩铸件的液态收缩量，故此方案只用采用一个冒口即可。2.5 、浇注系统设计 采用封闭式浇注系统，内浇道阻流，挡渣作用较好。（1）浇注时间 由经验公式确定nT=AM式中 A- 经验系数，取 2.3；M- 浇冒系统重量 +铸件重量，预设工艺出品率 65%，每箱 4 件，则 M可取96.9 Kg；n- 指数，球墨铸铁取 0.33 。代入上式，计算的 t=10.8s ，根据生产确定浇注时间为 11s。（2）内浇道 A阻的计算 根据奥赞公式A 阻= m/ *t* *(2*g*Hp)1/2 式中 m- 铸型内铁液重量，由于每箱 4 件，故 m=M/4= 24.2Kg；- 流量系数，取 0.4；t- 浇注时间，取 11s；2g- 重力加速度，取 10m/sHp- 平均静压头，取 250mm。代入计算得： A阻=390mm2=A内。（3）浇道比 取浇道比 A 内：A横：A直=1:1.2:1.42 2 2A 内=390 mm，依浇道比计算得： A横=468 mm；A直=546 mm。2 2 2根据常用球墨铸铁件浇注系统尺寸 ，取 A内=400 mm；A 横=480 mm；A直=560mm。浇道截面如下图所示：2.6 、工艺出品率校验最终，整箱中铸件重量为： 15.75Kg；浇冒系统总重量为： 15.2Kg。故实际工艺出品率为： =（15.75*4 ）/ （15.75*4+15.2 ）=80.6%，符合预期设计要求。2.7 、模样设计取铸件的体收缩率为 1%，则其模样图如下：2.8 、砂箱布置根据吃砂量及砂箱内框尺寸，作出砂箱布置图如下：3、对于方案 62.9 、 型芯设计 根据铸件孔的基本尺寸及其加工余量，确定型芯的相关尺寸。砂型的实际工作长度 L=101mm，水平芯头与芯座之间的间隙 S=0.5mm，水平芯头长度 l=35mm，砂型直径 D=46m，m相关数据参数如下图所示：2.10 、工艺分析图的确定 根据对零件结构优化、分型面、加工余量、拔模斜度以及型芯的相关设计，作出铸件的工艺分析图如下所示：2.11 、铸件图的确定 根据之铸件的分型面选择以及铸件加工余量和拔模斜度的确定，作出连杆铸件图如下所示：2.12 、冒口设计 根据球墨铸铁凝固特点，此件采用控制压力冒口进行补缩。这是因为当铸件以液态收缩为主时，冒口内铁液补给铸件以消除集中缩孔。共晶膨胀初期，由于砂型硬度高，铸件内部压力大，多余铁液倒回入冒口，以降低铸件内部膨胀压力，防止铸件膨胀。而当冒口颈凝固后，共晶膨胀造成内压力自补缩，克服缩松缺陷，因此冒口大小选择以及冒口颈尺寸选择尤为重要。（1）铸件相关参数计算3通过运用三维设计软件 UG，测算出铸件的体积 V=2152.1 进而计算出铸件质量 m=V*=2152.1*7.3=15.71Kg（2）铸件关键模数的确定 对于 80 的热节圆铸件模数 M c1=Drb/2*(D r+b)=80*101/2*(80+101)=22.3mm 对于 47 的热节圆铸件模数Mc2= Drb/2*(D r +b)=47*101/2*(47+101)=16.0mm根据以上分析， Mc1 > Mc2，Mc1 是计算冒口时起决定性作用的模数，故选择Mc1 为铸件的关键模数较合适。（3）冒口模数及冒口颈模数的确定根据材料成型工艺图 4-35 控制压力冒口的模数和铸件关键模数的关系，取冒口模数 Mr =13.9mm。又冒口颈模数 Mn=0.67Mr ，故 Mn=9.3mm，取 Mn=9.5mm。（4）冒口尺寸的确定查阅标注冒口系列尺寸关系，由 Mr =0.189d 得：d=73.5mm，取 d=76mm。冒口3高度 h=1.5d=1.5*75=114mm，取 h=115mm；冒口质量 m=1.04d=3.33Kg。选用矩形冒口颈，由 Mn=ab/(a+b),a 为冒口颈宽度， b 为冒口颈高度；取 a=50mm，b=6mm。冒口形状及冒口颈尺寸如下图所示：（5） 冒口补缩能力较核冒口补缩距离 与传统冒口的补缩概念不同，控制压力冒口的补缩距离，不是表明冒口把铁液输送到铸件的凝固部位，而是表明有凝固部位向冒口回填铁液能输送多大距离。该距离与铁液冶金质量和之间模数密切相关，由于该铸件模数较大，显然冒口补缩距离足够。2冒口的位置及数目 冒口应安放在铸件模数大的关键部位，该铸件采用内浇道通过侧冒口的引入方式。经分析，由于冒口内金属液体积足以补缩铸件的液态收缩量，故此方案只用采用一个冒口即可。2.13 、浇注系统设计 采用封闭式浇注系统，内浇道阻流，挡渣作用较好。（1）浇注时间 由经验公式确定nT=AM式中 A- 经验系数，取 2.3；M- 浇冒系统重量 +铸件重量，预设工艺出品率 65%，每箱 4 件，则 M可取96.10 Kg；n- 指数，球墨铸铁取 0.33 。代入上式，计算的 t=10.7s ，根据生产确定浇注时间为 11s。（2）内浇道 A阻的计算 根据奥赞公式1/2A 阻= m/ *t* *(2*g*Hp) 式中 m- 铸型内铁液重量，由于每箱 4 件，故 m=M/4= 24.2Kg；- 流量系数，取 0.4；t- 浇注时间，取 11s；2g- 重力加速度，取 10m/sHp- 平均静压头，取 250mm。代入计算得： A阻=390mm2=A内。（3）浇道比 取浇道比 A 内：A横：A直=1:1.2:1.42 2 2A 内=390 mm，依浇道比计算得： A横=468 mm；A直=546 mm。2 2 2根据常用球墨铸铁件浇注系统尺寸 ，取 A内=400 mm；A 横=480 mm；A直=560mm。浇道截面如下图所示：2.14 、工艺出品率校验最终，整箱中铸件重量为： 15.71Kg；浇冒系统总重量为： 17.27Kg。故实际工艺出品率为： =（15.71*4 ）/ （15.71*4+17.27 ）=78.4%，符合预期设计要求 。2.15 、模样设计取铸件的体收缩率为 1%，则其模样图如下：2.16 、砂箱布置根据吃砂量及砂箱内框尺寸，作出砂箱布置图如下：4 、方案对比方案 1 的铸件大部分放在下砂箱，与方案 6 的中间分型相比，冒口的补缩效果更好一些，且经过计算，冒口的重量也要小些，最终导致方案 1 比方案 6 的工艺出品率要高一些；且方案 1 的模样制作要比方案 6 简单，铸件毛坯的清理工作量要比方案 6 小些，故最终选择方案 1 进行试制研发。六、主要缺陷及防治措施1、缩松 产生缩松部位主要是冒口颈及铸件厚大部位；缩松主要是冒口补缩不利；预防措施为将冒口移至厚大部位处以及调整冒口颈尺寸。2、夹渣 夹渣出现在大平面上不加工面以及圆孔内侧。 主要原因可能是由于横浇道较短，铁液中的渣子来不及上浮。预防措施为在横浇道处采用上下箱搭接下滤渣网。
