“永冠杯”第二届中国大学生铸造工艺设计大赛参赛作品铸件名称：F件--框架自编代码：方案编号：目录摘要 (Ⅲ)1 零件简介 (1)1.1 零件介绍 (1)1.2生产方式的选择 (3)2 铸造工艺设计 (4)2.1 工艺方案的选择 (4)2.1.1分型面的选择 (4)2.1.2浇注位置的选择 (4)2.2 铸造工艺参数的确定 (6)2.2.1 最小铸出孔 (6)2.2.2加工余量与铸造圆角 (6)2.2.3 铸造缩尺 (7)2.2.4 铸造斜度与分型负数 (7)2.2.5 浇冒口的切割余量 (9)2.2.6 铸件在砂型中的冷却时间 (9)2.2.7砂芯设计 (9)3 浇注系统设计 (10)3.1 浇注系统的选择原则 (10)3.2浇注系统的尺寸确定 (10)4 冒口的尺寸计算…………………………………………………………13.4.1铸件冒口补缩设计原理 (13)4.1.1基本条件 (13)4.1.2选择冒口位置的原则 (13)4.1.3补缩压力 (14)4.2铝合金框架冒口设计方法 (14)4.2.1 冒口有效补缩距离的确定 (14)5 冷铁设计 (17)6 砂箱设计 (17)7 工艺模拟 (17)7.1软件简介 (18)7.2工艺模拟 (18)参考文献 (20)附图 (21)框架零件的铸造工艺设计摘要本文主要介绍了该铝合金框架零件的结构特点，并通过工艺分析选择了恰当的砂型铸造生产方式进行小批量铸造生产。

通过计算机铸造工艺模拟，验证了铸造工艺参数的合理性与铸造工艺方案的可行性。

关键字：铝合金框架砂型铸造铸造工艺工艺模拟The Design of the Framework Components' Foundry TechniqueAbstractThe paper describers the structural characteristics of aluminum alloy frame, and confirms sand casting as well as small batch production through proper process analysis. Then, the paper verifies the rationality of casting process parameters and the feasibility of casting process by casting process simulation.keywords: aluminum alloy frame; sand casting;casting process; process simulation1 零件结构与生产方式分析1.1零件介绍该框架零件属于大中型铝合金铸件，结构复杂，薄壁部分占较大比例，而且质量要求较高。

由于有几处复杂的内部中空结构，在铸造过程中很容易出现夹砂、气孔等缺陷，因此在确定铸造工艺的时候必须要全面考虑与权衡。

该铸件所选材料为ZL114A，该牌号铝合金在砂型铸造中的抗拉强度、硬度等力学性能都相对较高，能够满足更高的使用要求。

从零件二维工程图可以看出，该框架零件的尺寸规格为1320 mm×1229 mm×440 mm，根据二维CAD图的各项尺寸，利用UG三维造型模块进行三维造型。

还原出来的三维立体图如图1-1所示。

然后利用体积工具测出体积，把体积与ZL114A的密度2.68g/mm3相乘，得到零件的质量在239Kg左右，属于大中型零件。

下图为其三维造型图以及局部中空部分表示图。

图1-1 a 零件三维图视角一图1-1 b 零件三维图视角二1-1 c 零件三维图视角三图1-2 零件内部局部中空部分表示图1.2 生产方式选择由于该框架零件为大型设备配套件，根据实际需求，确定生产纲领，可知年产量不大，因此一般铸造厂根据生产的实际情况应采用单件小批量的生产方式。

根据目前各大厂家的生产水平，应至少采用自硬树脂砂作为基本铸造用砂，对于使用时用于成型铸件内部空腔的并要求有较高表面质量要求砂芯应使用覆膜砂或者壳型。

为提高效率和降低工作强度，一般采用机械台机器两箱造型、制芯，模型根据实际使用要求等情况选择木模或金属模，并及时进行尺寸检测及调整。

其他生产设备和生产流程和工厂的实际水平情况进行匹配，尽量在满足生产要求的情况下降低生产成本。

2铸造工艺设计2.1铸造工艺方案的选择2.1.1分型面的选择该零件几何结构较为复杂，主要存在框架、薄壁、中空等结构，其装配面的精度要求较高。

而且该零件的最大轮廓面在对称面上，因此在制定工艺的时候优先选择对称面作为铸造分型面，如图2-1所示。

图2-1 分型面的选择2.1.2浇注位置的选择该框架零件大体轮廓属于扁平构造，根据下芯方便以及确保重要面的质量等原则，结合分型面的选择，决定采用平放立浇侧进的浇注方式，浇注位置如图2-2 、2-3所示。

图2-2 铸件浇注位置图1图2-3 铸件浇注位置图22.2铸造工艺参数的确定2.2.1最小铸出孔该框架零件属于大件，对于铸铝件，一般最小铸出孔为Φ35mm，因此在铸造时零件上的小孔均不铸出，而改为机械加工，具体内容详见铸造工艺图。

但是该零件有许多中空部分需要砂芯成型，为了固定砂芯，需要设置芯头，根据零件结构和实际需要，某些部分的孔虽然直径小于35mm但是需要保留，甚至在没有孔洞的部位还要在不损坏零件强度的情况下另外开孔。

需要另外开孔的部位如图2-4所示。

图2-4 需要另开孔2.2.2加工余量与铸造圆角根据各表面尺寸及精度的不同，结合铸件收缩时的倾向，应选择不同的加工余量，范围在5--10mm之间，铸件某一大圆柱孔的加工余量可以达到11mm，具体内容与尺寸详见铸造工艺图。

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，未标注铸造圆角为R10 mm。

2.2.3 铸造缩尺铸铝合金在凝固过程中产生较大的体收缩和线收缩，特别是结构复杂的薄壁件，铸造过程中的收缩情况复杂。

结合铝合金铸造特点和零件结构特点，根据工厂实际，初取收缩率为1.2%左右。

框架内圈由于收缩受阻较小，应选用偏大值。

用砂芯形成的内孔给以较小的收缩量，形成凹腔则应给与较小的收缩量，再根据实际效果在铸造过程中进行修正。

2.2.4 铸造斜度与分型负数以保证起模操作，应设置铸造斜度。

在确定工艺的过程中，应与模具车间协商，具体要求按照工厂实际要求设置。

为防止浇注时从分型面炮火，合型时需要在分型面上放耐火泥条，这样会增加型腔高度，为了保证铸件尺寸符合要求，应设置分型负数。

但数值应小于一般值。

把相关工艺参数确定之后，画好铸造工艺图，根据工艺图的各项参数指标及要求，画出铸件三维图，如图2-5所示。

图2-5 铸件三维图1图2-6 铸件三维图22.2.5浇冒口的切割余量对于铝铸件，非加工面应清理到与铸件表面齐平，待机加工面的浇冒口残留量在6mm左右。

2.2.6铸件在砂型中的冷却时间铸件在砂型中的冷却时间短，容易产生变形、裂纹等缺陷。

为使铸件在出型时有足够的强度和韧性，铸件在砂型内应有足够的冷却时间。

具体数值应根据经验和实际生产做相应调整。

2.2.7砂芯设计由于该框架零件有太多中空结构，因此需要在铸造时使用砂芯成型。

根据图形可知，铸造时需要至少7个砂芯，砂芯编号与布置详见铸造工艺图。

由于一号、四号、五号砂芯均属于垂直砂芯，为了保证其轴线垂直、牢固地固定在砂芯上，必须有足够的芯头尺寸。

芯头与芯头座之间应有适宜的间隙。

以使砂型与砂芯的装配。

而且一号砂芯体积较大，需要内部放置芯骨并根据实际情况采取减轻砂芯自重及利于排气的措施。

二号、三号、六号、七号砂芯需要使用芯撑用来进行支撑，所需芯撑的数量与型号以及布局应根据实际情况来处理。

二、三号砂芯的定位和固定可以利用与一号砂芯的嵌入式配合以及二、三号砂芯上部芯头靠上型压紧来实现。

六、七号砂芯需要利用特殊芯撑以及上部芯头靠上型压紧来实现定位和紧固。

除一号砂芯外，其它砂芯均需采用覆膜砂造芯，以提高表面光洁度和浇注时的发气量。

由于铸造过程中各砂芯基本上被铝液包裹，所以受到的浮力较大，容易使砂芯产生偏移与旋转，而且由于结构的限制，芯头的结构与尺寸均受到了限制，因此需要使用特殊芯撑用来紧固定位。

砂芯的拐角较多，铸件容易产生热应力。

因此在砂芯的相关部位还应涂上适宜的激冷剂。

3浇注系统设计3.1 浇注系统的选择原则铝合金质轻，热容量小，导热快，温度降低快，极易氧化和吸气，而且铝合金凝固体收缩率大，易产生缩孔和缩松。

因此对浇注系统的要求是：快速、充型平稳、不产生飞溅和涡流、有强的挡渣能力、有利于顺序凝固。

铝合金通常采用底注式。

结合铸件形状，内浇道应开设在铸件壁厚热节处，以便于铸件得到补缩。

参考《铸造手册.第六卷》表4-15，浇注系统采用立浇侧进的方式。

3.2浇注系统的尺寸确定根据铸件质量以及冒口尺寸，得出浇注重量为530Kg。

铝合金铸件的浇注重量与直浇道截面积的关系表 3-1 浇注重量与直浇道截面积的关系由UG知，浇注质量为530kg，所取片状直浇道。

一般通过一个直浇道的铝液不超过100kg，初步选取直浇道尺寸为35mm×11mm，十片平行布局，间隔25mm，总面积为38.5cm2。

横浇道和内浇道的横截面均选用梯形截面，横浇道具体尺寸选取为a=h=75mm,b=60mm,R=3mm。

横浇道采用左右分流式，因此有两条，总截面积为101.25cm2。

内浇道的具体尺寸为a=h=45mm，b=38mm，R=3mm，在铸件周围布局八条内浇道，内浇道总面积为149.4cm2。

这样算的各浇道截面尺寸之比为A s : A ru : A g=1:2.61:3.88A g: 内浇道截面积；A ru横浇道截面积；A s直浇道截面积该浇道截面之比在合理范围之内，因此可以选取。

图3-1 各浇道截面形状尺寸图3-2 浇注系统图1由于直浇道的高度较高，因此应在直浇道下面设置直浇道窝和集渣包，还要在直浇道与横浇道结合部位放置过滤网。

为了减少充型过程中的杂质，在流动的最末端即直浇道对面的铸件旁边还应开设集渣包。

图3-3 浇注系统图2由于浇注的铸件质量较大，为了降低铝液的氧化程度和减少杂质，需要在直浇道上部设置一个浇口箱。

浇口箱的底面尺寸为900mm×600mm，高度为400mm。

浇注前应先将直浇道口用铝片封好，然后将铝液倒入浇口箱，利用铝片融化后将铝液浇入直浇道进行充型浇注。

铝片的厚度选择应适中，同时应注意清洁度。

4 冒口的尺寸计算冒口是铸型内用以储存金属液的空腔，在铸件形成时补给金属，有防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用。

4.1 铸件冒口补缩设计原理4.1.1 基本条件1）冒口凝固时间大于或等于铸件被补缩部分的凝固时间2）有足够的金属液补充铸件的液态收缩和凝固收缩，补偿浇注后型腔扩大的体积3）在凝固期间，冒口和补缩部位之间存在补缩通道，扩张角向着冒口4.1.2 选择冒口位置的原则1）冒口应就近设在铸件热节的上方或侧旁2）冒口应尽量设在铸件最高、最厚的部位。