目录
绪论 (1)
1.铸造工艺方案的确定 (3)
1.1零件结构工艺性分析 (3)
1.1.1零件基本信息及技术要求 (3)
1.1.2零件结构组成分析 (3)
1.1.3零件所用材质性能分析 (4)
1.1.4零件结构工艺总结 (4)
1.2造型方法及铸型种类的选择 (5)
1.2.1造型方法 (5)
1.2.2铸型种类 (6)
1.3砂芯种类及制芯方法的选择 (7)
1.3.1砂芯种类的选择 (7)
1.3.2制芯方法的选择 (7)
1.4分型面和浇注位置确定 (8)
1.4.1分型面的确定 (8)
1.4.2浇注位置的确定 (10)
2.铸造工艺参数的确定 (10)
2.1尺寸公差和加工余量公差的确定 (10)
2.1.1尺寸公差的确定 (10)
2.1.2加工余量公差的确定 (12)
2.2机械加工余量和铸件基本尺寸的确定 (12)
2.2.1机械加工余量的确定 (12)
2.2.2铸件基本尺寸的确定 (13)
2.3收缩率和起模斜度的确定 (14)
2.3.1收缩率的确定 (14)
2.3.2起模斜度的确定 (14)
2.4其它工艺参数的确定 (16)
3.砂芯设计 (16)
3.1砂芯的基本知识 (16)
3.2芯头设计 (17)
3.3型芯尺寸的确定 (18)
4.浇注系统设计 (18)
4.1浇注系统的作用 (18)
4.2浇注系统类型的选择 (19)
4.3浇注时间的确定 (19)
4.4阻流元（内浇道）截面的计算 (19)
4.5各浇道截面比例关系，截面形状及尺寸的确定 (20)
4.6浇注系统图 (21)
5.冒口冷铁设计 (21)
5.1冒口的设计 (21)
5.2冷铁的设计 (22)
6.铸造工艺设备设计 (23)
6.1工艺装备的基础知识 (23)
6.2工艺装备的选用 (23)
6.2.1模样的选用 (23)
6.2.2模板的选用 (23)
6.2.3芯盒的选用 (24)
6.2.4砂箱的选用 (25)
7.铸型的装配 (26)
7.1铸型的装配 (26)
7.2铸型的紧固 (27)
8. 结论 (27)
9. 附录1.铸造工艺图 (28)
参考文献 (29)
绪论
铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。中国约在公元前1700～前1000年之间已进入青铜铸件的全盛时期，工艺上已达到相当高的水平。铸造是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属液浇入铸型，凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能金属零件毛坯的成型方法。铸造所生产的产品称为铸件。大多数铸件只能作为毛坯，经过机械加工后才能成为各种机器零件。当有的铸件达到使用的尺寸精度和表面粗糙度要求时，才可作为成品或零件直接使用。常用被铸金属有：铜、铁、铝、锡、铅等，普通铸型的材料是原砂、黏土、水玻璃、树脂及其他辅助材料。特种铸造的铸型包括：熔模铸造、消失模铸造、金属型铸造、陶瓷型铸造等。（原砂包括：石英砂、镁砂、锆砂、铬铁矿砂、镁橄榄石砂、兰晶石砂、石墨砂、铁砂等）
我国古代铸造技术居世界先进行列。由于过长的封建社会影响了科学技术的发簪，阻滞了铸造技术前进的步伐。新中国成立以来的50多年中，自20世纪50年代初至今，几乎从零开始，逐步发展到现在这样的规模，成绩是巨大的。现在铸造在我国是一个很大的行业，产量居世界第二位，年产量达1000万—1200万吨，厂点多大2万多个，职工100—130万人，其中工程技术人员约占3.5%，已经成为了国家重要的基础工业之一。
20世纪40年代，H.Morrogh和W.J.Williams研制成功球墨铸铁，使铸铁进入一个新的发展时期，这引起人们极大的重视，球墨铸铁从此得到迅速发展及推广。球墨铸铁是在浇注前向一定成分的铁液中加入纯镁、稀土或稀土镁合金等球化剂进行球化处理及孕育处理后获得大部分或全部为球状石墨的铸铁。
球墨铸铁是一种广泛应用于各工业部门的重要结构材料，它的出现使铸铁材料的性能发生了质的飞跃，因此在国内外发展都很快，许多方面已取代了锻钢、铸钢及可锻铸铁的应用，成为产量仅次于灰铸铁的铸造合金材料。以往球铁均需通过各种不同的热处理手段方能达到相应的牌号要求，从而耗费能源、污染环境、增加成本、延长生产周期、加重工人劳动强度，因此生产铸态球铁便成为近年来国内外球铁生产方面的一个重要发展方向。
据数据统计，我国用于灰铸铁件热时效的能耗每吨铸件为40～100kg标准煤，而用于球墨铸铁件退火、正火的能耗每吨铸件为100～180kg标准煤。我国球墨铸铁件中高韧性铁素体球铁和高强度珠光体球铁占有很大的比重，通常是采用退火、正火处理。采用铸态球墨铸铁生产技术省去了退火、正火处理工序，节约能源，避免了因高温处理而带来的铸件变形、氧化等缺陷。所以，推广应用铸态球墨铸铁生产技术，对于铸造行业的节能降耗减少排放，以及提高经济效益都具有非常重要的意义。
1.铸造工艺方案的确定
1.1零件结构工艺性分析
1.1.1零件基本信息及技术要求
零件名称：支座（如图1-1）
零件材料：QT500-7球墨铸铁件
生产类型：大批量生产
技术要求：
1、铸件重量5.6Kg，重量偏差小于0.1kg
2、不允许有超标的外观和内部缺陷
3、未注拔模斜度为2°
4、未注圆角半径为3mm
5、硬度230～270HB图1-1 零件图
1.1.2零件结构组成分析
使用UG作出如图1-2三维模型进行结构
组成分析。
零件支架由外径Φ90mm内径Φ50mm的
空心圆柱和120mmX200mm的方形底座构成，总高120mm，零件壁厚不均匀，其中底座壁厚30mm，空心圆柱壁厚20mm。支座底部需螺栓
固定，留有两个螺栓孔，尺寸为Φ12mm，可在
铸件完成后切削加工。零件结构对称，没有突出
部件影响起模，适合使用两箱造型。铸件整体有
一定的表面精度要求。图1-2 零件三维图
1.1.3零件所用材质性能分析
支架在铸造过程中采用QT500-7球墨铸铁为材料，大批量生产。球墨铸铁是在浇注前向一定成分的铁液中加入纯镁、稀土或稀土镁合金等球化剂进行球化处理及孕育处理后获得大部分或全部为球状石墨的铸铁。
理论上在化学成分和浇注温度相同时，球墨铸铁的流动性较灰铸铁好，收缩性两者相当。由于球墨铸铁的弹性模量较灰铸铁大（160～180GPa），加之其热导率又较灰铸铁低，因此，无论是收缩应力还是温差应力均较灰铸铁大。这样，球墨铸铁件的变形及开裂倾向均高于灰铸铁，故应在铸件结构设计上和铸件工艺上采取相应的防止措施。
球墨铸铁在生产中，除会产生一般的铸造缺陷外，还会经常产生：缩孔及缩松、夹渣、皮下气孔、石墨漂浮及球化衰退等缺陷。
1.1.4零件结构工艺总结
结合零件基本信息、结构组成、所用材质性能及技术要求，总结归纳出铸件可能出现的缺陷及问题有：
1、因零件壁厚不均匀，在壁厚、拐角处可能出现缩孔。
2、因零件拐角处壁厚，导致冷却速度不均匀，可能产生热结。
3、因浇注材料球墨铸铁的变形及开裂倾向大，可能导致工件出现裂纹。
4、浇注材料球墨铸铁还会还会经常产生：缩松、夹渣、皮下气
孔、石墨漂
浮及球化衰退等缺陷。
5、未能选择最合适的造型方法，合箱出现偏差，导致铸件尺寸，
内腔出现错位，飞边等。
1.2造型方法及铸型种类的选择
1.2.1造型方法
零件支架结构对称简单，没有突出部件影响起模，适合使用两箱造型，整体尺寸大小归属于小型铸件。因生产类型为大批量生产，故建议使用机器造型。考虑到铸件整体有一定的表面精度要求，铸件为小型铸件，型砂紧实方法适合使用震压紧实。
震压紧实的主要特点为：经多次震击后再加压紧实砂型；生产率较高，能量消耗少，机器磨损少，砂型紧实度均匀。
考虑到铸件为整体尺寸小于400mm X 500mm的小型铸件，选择使用Z145型震压式造型机。Z145型震压式造型机是以震击为主、压实为辅的小型造型机，广泛用于小型机械铸造车间。Z145型震压
式造型机采用顶杆式起模，顶杆顶着砂箱四个角而起模。
1.2.2铸型种类
根据零件的基本信息及技术要求，查阅资料了解砂型分类及特点应用可知，湿型砂更适合支架零件的生产。湿型的主要特点是：以膨润土或黏土为黏结剂，砂型不烘干，成本低，劳动条件好，机械化造型应用多。采用活化膨润土砂高压造型，可得到强度高，透气性较好的砂型。
湿型砂的性能是靠合理的配方和制备工艺来达到的，下表1-1为资料中显示的工厂中铸铁件湿型砂配方和性能实例。
表1-1 型砂配比
我们选用表中序号15的配比方法来生产支架零件的铸件。
湿型砂制备工艺：湿型砂的混制设备多为碾轮式或摆轮是混砂机，混砂效果比较稳定。用碾轮式和摆轮式混砂机制备工艺是：旧砂、新
砂、膨润土、煤粉等固体材料先加入混砂机干混砂机干混均匀，再加入水（最好是淋入或经雾化后加入）和其他液体后湿混，待充分混匀即出砂。常常是经过调匀和松砂处理后用于造型制芯。一般干混3~5min、湿混4~7min。
1.3砂芯种类及制芯方法的选择
1.3.1砂芯种类的选择
因铸件结构简单，属于小型铸件，型芯所受压力不是很大，故采用干型芯砂。砂芯烘干的目的主要是除去水分，降低型芯的发气量，提高强度及透气性。铸件所选用的配比如表1-2：
表1-2芯砂配比
我们选用表1-2中序号4作为支架零件型芯的生产所用配比。
1.3.2制芯方法的选择
造芯设备的结构形式及芯砂的粘结剂及造芯工艺密切相关，结合我们制芯所使用的干型膨润土砂和铸件的基本结构、生产类型，我们
选择热芯盒射芯机。
热芯盒射芯机主要由供砂装置、射砂机构工作台及加紧机构、立柱机座、加热板及控制系统，依次完成加砂、芯盒夹紧、射砂、加热硬化、取芯等工序。
1.4分型面和浇注位置确定
1.4.1分型面的确定
结合支架零件基本信息和结构组
成，得出以下三种分型方案如图1-3：
分型方案1
以零件底座底面为分型面，使
零件整体位于下砂箱内。
分型方案2
以零件的纵向中心轴为分型面，
使零件的左右分型模分别位于上下
砂箱内。
分型方案3
以零件的横向中心轴为分型面，
使零件的前后分型模分别位于上下
砂箱内。
分型方案分析：图1-3分型方案
方案1、分型方案以零件底座底面为分型面，使零件整体位于下砂箱内。此种方案使整个零件处于一个砂箱内，优点是：合箱不会出现错型错位，铸件飞边缺陷减少；因为铸件整体处于下砂箱中，浇注时更容易充满型腔。缺点是：零件中心有一空腔，需要安放型芯铸出，这种分型方案不利于型芯的定型定位；这种分型方案相对其它方案不利于起模。
方案2、以零件的纵向中心轴为分型面，使零件的左右分型模分别位于上下砂箱内。这种方案的优点是：相对方案1更利于型芯的定型定位，起模。缺点是：合箱时容易产生错型错位，浇注时上砂箱中底座充型容易产生缩孔缩松缺陷。
方案3、以零件的横向中心轴为分型面，使零件的前后分型模分别位于上下砂箱内。这种方案的优点是：和方案2型芯的定型定位方法相同，起模比方案1更容易。缺点是：合箱时比方案2更容易产生错型错位，铸型错型错位面积比方案2更大，浇注时上砂箱中底座充型容易产生缩孔缩松缺陷。
分型面的最终确定：
考虑到零件的空腔是重要部位，粗糙度要求高，对以上三种分型方案进行分析对比可知，方案1最佳，及方案2、方案3相比更容易定位合箱，不会出现错型错位，铸型更容易充型。方案1也更加利于冒口、浇道的设计安放。考虑到方案1不利于起模，不利于型芯的安放，可以适当增加起模斜度，设计合适的型芯来解决这些问题。
1.4.2浇注位置的确定
浇注位置的确定应该考虑以下原则：
1、浇注位置不应开设在铸件的重要部
位，以免造成浇注位置附近的铸型
局部过热。
2、浇注位置应开设在铸件易打磨的地
方。
3、浇注位置尽量开设在分型面上，以
方便造型。
4、浇注位置不应开设在型壁及砂芯或
型腔中的薄弱部位。图1-4 浇注位置
根据以上原则对铸件进行结构分析，得出如图1-4所示的两个浇注位置。因铸件为空心圆柱和方形底座构成的对称结构，铸件的重要部位为圆柱空腔内部，所以将浇注位置对称设置在方形底座两侧，为了充型均匀，选择在底座长端两侧。
2.铸造工艺参数的确定
2.1尺寸公差和加工余量公差的确定
2.1.1尺寸公差的确定
铸件尺寸公差是指铸件公称尺寸的两个允许极限尺寸之差。在这
两个允许极限尺寸之内，铸件可满足机械加工、装配和使用。
影响铸件尺寸精度的主要因素有：铸造合金，铸件的结构，铸造方法，铸造工艺设计水平，操作水平，造型、制芯设备及工装的精度，造型、制芯材料的性能，铸件的精整和表面质量，生产技术管理和质量控制手段等等。
按照GB/T6414—1999《铸件尺寸公差及机械加工余量》的规定，铸件尺寸公差等级分为16级，表示为CT1～CT16。
不同生产方式和生产规模的铸件尺寸公差等级不同，根据支架零件铸件所用材料和生产类型查表得出大批量机器造型生产球墨铸铁件的尺寸公差等级为8～12CT。根据支架零件铸件尺寸大小查铸件尺寸公差数值表得出如表2-1：
表2-1铸件尺寸公差
结合支架零件铸件的结构、所用材料，技术要求等确定铸件的尺寸公差等级为10CT，4.0mm。结合实际生产及应用我们对其进行适当调整，最终确定铸件的尺寸公差为6mm。考虑到铸件空腔为重要部位，其尺寸公差设为8mm。
2.1.2加工余量公差的确定
机械加工余量值有精到粗分为A、B、C、D、E、F、G、H、J 和K共10个等级。查阅GB/T6414—1999《铸件尺寸公差及机械加工余量》的规定，根据各种铸造方法和铸造合金铸件的RMA等级得出如表2-2：
表2-2机械加工余量等级
结合支架零件铸件的结构、所用材料，技术要求等最终确定铸件的加工余量公差等级为E~G。
2.2机械加工余量和铸件基本尺寸的确定
2.2.1机械加工余量的确定
GB/T6414—1999《铸件尺寸公差及机械加工余量》中规定，
机械加工余量值应根据最终机械加工后成品零件的最大轮廓尺寸和相应的尺寸范围选取。
铸件的某一部位在铸态下的最大尺寸应不超过成品尺寸及要求的加工余量及铸造总公差之和。当有斜度时，斜度值应另外考虑。
由2.2.1确定出加工余量公差等级为E~G，查阅铸件加工余量表绘出如表2-3：
表2-3机械加工余量值
结合支架零件铸件的结构、所用材料，技术要求等最终确定铸件的加工余量为2mm。
2.2.2铸件基本尺寸的确定
结合支架零件铸件的结构、所用材料，技术要求和上节求出的铸件的尺寸，加工余量，收缩率得出铸件的基本尺寸如图2-1所示。
2.3收缩率和起模斜度的确定
2.3.1收缩率的确定
铸造收缩率又称铸件线收缩率，用模样及铸件的长度差除以模样长度的百分比表示：
ε=L??L?
X100%
L?
式中ε——铸造收缩率（%）
L?——模样长度（mm）
L?——铸件长度（mm）
查阅资料可知常用球墨铸铁铸造合金线收缩率如表2-4：
表2-4铸造收缩率
因为铸件在冷却过程中各部分尺寸都要缩小，所以必须将模样及芯盒的工作面尺寸根据铸件收缩来加大，加大的尺寸称为缩尺。结合铸件的整体尺寸大小，算出支座零件铸件的缩尺为1mm。
2.3.2起模斜度的确定
当零件图样没有适合起模的结构斜度，在铸造工艺设计时，给出
模样的起模斜度，以保证起模操作。模样的起模斜度，应不致使铸件超出尺寸公差。起模斜度的取值查阅资料得出如表2-5：
表2-5 起模斜度
根据铸件的基本信息及要求，我们选用木模样、湿砂造型。铸件的基本尺寸为200mmX120mm，查表得，起模斜度为0°30′，1.4mm。最终确定铸件基本尺寸如下图2-2：
图2-1 铸件基本尺寸图2-2 铸件起模斜度
2.4其它工艺参数的确定
结合零件基本信息可知，支座底部需螺栓固定，留有两个螺栓孔，尺寸为Φ12mm，查阅资料可知得出如表2-6：
表2-6 铸件最小加工孔径
由表可知，两个螺栓孔可在铸件完成后切削加工。零件技术要求中表示，未标注圆角半径为3mm，可将模样未标注半径设为2mm。
3.砂芯设计
3.1砂芯的基本知识
砂芯是铸型的重要部分，型芯的作用是形成铸件的内腔、孔洞、阻碍起模部分的外形以及铸型中有特殊要求的部分。
型芯应满足以下要求：型芯的形状、尺寸以及在铸型中的位置应符合铸件要求；具有足够的强度和刚度；在铸件形成过程中型芯所产生的气体能及时排出型外；铸件收缩时阻力小；造芯、烘干、组合装配和铸件清理等工序操作简便；芯盒的结构简单。
型芯的设计主要包括：芯头设计、芯骨设计、砂芯排气设计等。
3.2芯头设计
砂芯主要靠芯头固定在砂型上，对于垂直砂
芯，为了保证其轴线垂直、牢固地固定在砂型上，
必须有足够的芯头尺寸。芯头及芯头座之间应有
适宜的间隙，以使砂型及砂芯的装配，但又能确
保铸件的尺寸精确。
查阅资料可知垂直芯头的高度和芯头及芯座
的间隙，如表3-1，可根据垂直芯头顶面及芯座
的间隙，垂直芯头高度和芯头及芯座的间隙设计。图3-1 标准型芯若砂芯高度及直径之比大于2.5时，则应将下部垂直芯头加大，使：D?=(1.5~2.0)D?，D?≤0.8D,见如图3-1
表3-1
3.3型芯尺寸的确定
根据零件尺寸，结合上表，可
知：芯头高35mm，上芯头斜度10°
下芯头斜度7°芯头左右间隙为
0.3mm，芯头上间隙为0.5mm。型
芯如图3-2所示：图3-2 型芯
4.浇注系统设计
4.1浇注系统的作用
浇注系统是承接并引导液态金属液流入型腔的一系列通道。浇注系统的设计时工艺设计的重要组成部分。铸铁件浇注系统的典型结构由浇口盆、直浇道、横浇道、内浇道四个基本组元组成。