“永冠杯”第三届中国大学生铸造工艺设计大赛参赛作品铸件名称：D—上冠自编代码：［单击此处键入自编代码］方案编号：［单击此处键入方案编号］目录摘要 (3)1 零件结构及其技术条件的审查 (3)1.1铸件结构的工艺性分析 (3)1.2技术条件的审查 (5)2 型砂，造型、造芯方法的选择 (5)2.1型砂 (5)2.2涂料 (5)2.3造型方法 (6)2.4造芯方案 (6)3 浇注位置的确定 (6)3.1浇注位置选择示意 (6)3.2浇注位置方案比较 (7)4 分型面的确定 (8)4.1分型面选择方安示意 (8)4.2分型面选取的方案比较 (9)5 铸造工艺参数的确定 (10)5.1铸造收缩率 (10)5.2机械加工余量 (10)5.3铸件尺寸公差 (11)5.4起模斜度的确定 (11)5.5最小铸出孔和槽的尺寸 (12)6 砂芯的设计 (12)6.1芯头的设计 (13)6.2压环，积砂槽的设计 (14)7 冒口的设计 (14)7.1铸件各部分模数的计算 (14)7.2外冷铁的计算 (16)7.3冒口尺寸的确定 (17)7.3.1顶圆柱形明冒口与校核 (17)7.3.2顶腰圆形明冒口与校核 (19)17.3.3顶环形明冒口与校核 (19)8 浇注系统的设计 (21)8.1浇注系统的类型 (21)8.2确定内浇道在铸件上的位置，数量和金属液引入方向 (21)8.3包孔直径的选择 (22)8.4计算浇注时间并核算金属夜上升速度 (22)8.5浇注系统各组元截面积的计算 (23)8.6浇口窝的设计 (23)8.7浇口杯的设计 (24)9砂箱设计 (24)9.1砂箱壁的结构形式和尺寸 (24)9.2砂箱外壁加强肋的布置形式和尺寸 (25)9.3砂箱箱带的布置形式和尺寸 (26)9.4砂箱吊运部分的结构和尺寸 (27)10模底板设计 (29)11芯盒的设计 (30)11.1砂芯的修改 (30)11.2芯骨的设计 (30)11.3通气孔的设计 (31)11.4芯盒的设计 (31)11.5砂芯制作的步骤 (32)12铸件凝固过程的模拟及分析 (33)12.1铸件的凝固过程示意图 (34)12.2铸件凝固完全后缩孔、缩松的分布 (34)12.3铸件凝固过程的分析 (35)13工艺调整方案 (36)14关键环节质量控制 (36)参考文献 (36)2摘要本作品主要对ZG06C r13Ni4M o材质的上冠铸件进行了工艺设计。

主要包括铸件结构的工艺分析及其技术条件的审查，型砂、涂料、造型、造芯方案和浇注位置的确定，分型面和铸造工艺参数的选取，砂芯、浇注系统的设计，冒口的选取与放置，模具、芯盒和模底板的设计、铸件的模拟结果分析等内容。

1 零件结构及其技术条件的审查1.1 铸件结构的工艺性分析生产铸件不仅需要采用先进合理的铸造工艺和设备，而且还要使零件结构本身符合铸造生产要求，易于保证铸件品质，简化铸造工艺过程。

本次设计零件的零件图如图1.1，三维Proe造型如图1.2。

图1.1 上冠零件图3图1.2 零件三维图对零件图纸分析可知上冠铸件最大径上尺寸为1510mm，高度尺寸622.8mm，质量为1950Kg，材质要求ZG06Cr13Ni4Mo低碳马氏体不锈钢，化学成分如下表1.1。

表1.1 ZG06Cr13Ni4Mo化学成分表（质量分数%）根据零件图的技术要求结合铸造工艺可知设计的铸件应满足以下要求：（1）铸件应有合适的壁厚每一种铸造合金的铸件，都有其合适的壁厚范围，如果选择得当，即可保证铸件的力学性能要求，又可方便铸造生产；同时还能节约金属，减轻铸件质量。

为了避免浇不到、冷隔等缺陷，铸件壁不应太薄，由零件图可知铸件最大壁厚为170mm，最小壁厚为25mm，查《铸造工程师手册》表6-6知最大轮廓尺寸在1250mm～2000mm之间的不锈钢铸件的最小壁厚为20mm～25mm，因此上冠铸件壁厚满足最小壁厚的要求。

（2）铸件结构不应造成严重的收缩阻碍注意壁厚过度和圆角，两壁交接若成直角易形成热节，铸件收缩时阻力较大，在此处经常出现热裂。

铸件薄厚壁相接拐弯，等厚度的壁与壁的各种交接，都应4采用逐渐过渡和转变的形式，使用较大的圆角相连接，避免因应力集中导致出现裂纹缺陷。

由零件图可知，铸件中成直角相接的两壁薄厚壁相接都用圆角过度，且圆角半径均满足设计要求。

1.2 技术条件的审查按照设计要求，上冠铸件应作正回火处理；铸件材料及机械性能应符合JB/T10264-2001的要求；粗加工后按GB7233-87标准作超声波探伤检查，达Ⅱ级要求；过流面加工后按GB/T9444-1988进行磁粉探伤达Ⅱ级要求；同炉浇注试验棒，回厂做化学成分和机械性能复核试验；过流面用样板检查。

由于上冠过流面需要数控加工，对铸件尺寸精度要求较高，这部分的力学性能、铸件质量和铸件精度需要首要保证,因此在确定浇注位置时，必须保证过流面型线不被破坏。

2 型砂，造型、造芯方法的选择2.1 型砂铸件本身为低碳不锈钢，对型砂性能要求较高。

在综合考虑表面质量，尺寸精度，生产实践和经济性等因素决定：面砂采用呋喃树脂铬铁矿砂、背砂采用水玻璃石英砂、而芯砂也采用呋喃树脂铬铁矿砂。

造型用面砂、芯砂必须全用新砂，不得选用回用砂。

新砂选用擦洗砂，SiO含量不低于298%，角形系数不大于1.2，树脂选用无氮呋喃树脂，加入量为型砂的1.0%，固化剂选用对甲苯磺酸类固化剂加入量为树脂的45%,型砂背砂可选用部分回用砂。

呋喃树脂铬铁矿砂常温强度高，树脂加入量少，耗砂量少；高温强度高，型砂耐热性好；树脂粘度小便于混砂；树脂稳定性好，可存放1～2年；树脂砂硬透性好；硬化性能好，在较低温度下可固化；生产的铸件具有毛坯尺寸精度高，铸件表面粗糙度低，铸造缺陷少等优点。

2.2 涂料铸件材质为ZG06Cr13Ni4Mo，浇注温度较高，且对表面质量要求较高，须在接触金属液的部位全部刷涂涂料。

根据有关资料结合生产实践，涂料的耐火骨料选用锆英粉、载体选用醇。

施涂方法采用喷涂或刷涂，涂层厚5度0.75～1.0之间。

锆英粉的耐火度很高，树脂不宜过烧，能有效的防止铸件表面粘砂，气孔、脉纹等缺陷。

2.3 造型方法上冠铸件体积和质量都较大，属于中大型铸钢件，结合树脂砂流动性好，硬化时间短，硬化方法简单，不需捣固机紧实，模样强度高，表面稳定性好，铸件尺寸精度较高等铸造生产实践；经本组人员分析确定造型方法选用手工造型，且型砂应现混现用，不能一次性混制过多的型砂。

2.4 造芯方案根据上冠铸件的结构特征，其内部空腔部分需用砂芯形成。

造芯材料选用耐火度高的锆英砂。

为适应手工造型方法，造芯也选用手工造芯，芯盒采用垂直对开式木质芯盒，芯盒由左右两片组成，左右芯盒设有定位，夹紧装置。

芯盒的分盒面垂直于填砂面，而砂芯支撑面与支撑面为同一平面。

该种方法大大的减少了造芯的难度，由于芯盒周围的挡板可以拆下，不仅可以造出形状更加复杂的砂芯而且砂芯起模更加方便，可以去掉砂芯的拔模斜度，使铸件的尺寸更加精确，更大程度的满足了生产实践的需求。

3 浇注位置的确定3.1浇注位置选择示意方案一：砂型呈水平放置，铸件以中心轴线呈水平状态放置，采用水平分型，在分型面上设置内浇口进行浇注。

浇注位置如图3.1所示图3.1 浇注位置方案一6方案二：砂型呈水平放置，铸件在型内竖直放置，铸件小端在下大端在上，整体位于下型，采用水平分型，在分型面上设置内浇道进行浇注。

浇注位置如图3.2所示图3.2 浇注位置方案二方案三：砂型呈水平放置，铸件在型内竖直放置，铸件大端在下小端在上，整体位于上型，采用水平分型，在分型面上设置内浇道进行浇注。

浇注位置如图3.3所示图3.3 浇注位置方案三3.2浇注位置方案比较方案一铸件水平放置，内部空腔可采用水平砂芯形成，而外部凹陷部分需要用外部砂芯形成。

由于砂芯尺寸较大且水平放置，不利于排出砂芯中的气体，容易形成气孔缺陷。

该方案分型面要经过中心轴线，将铸件分为上下半型，在合箱时容易产生偏差，很难保证铸件重要加工面的尺寸7精度和上冠过流面的完整性。

而且，铸件热节部位处在侧面，不利于冒口的安放，严重影响铸件的质量方案二铸件在型内竖直放置，整体位于同一半型，能够保证铸件同心和重要加工面的完整性。

形成内腔的砂芯呈垂直放置，不仅便于砂芯的安放与固定，而且有利于排出砂芯中的气体。

上冠过流面作为铸件的重要加工部位处于铸型底部，避免了由于钢液中渣粒和气体的上浮引起的夹渣、气孔等铸造缺陷，同时在上部钢液的压力作用下凝固，使其组织更加致密，获得更好的金属质量。

铸件热节部位全部朝上，有利于铸件的顺序凝固，便于冒口的安放，获得较好的补缩效果，很好的保证了铸件的整体质量。

方案三铸件在型内竖直放置，整体位于上半型，能够保证铸件同心和重要加工面的完整性。

形成内腔的砂芯呈垂直放置，不仅便于砂芯的安放与固定，而且有利于排出砂芯中的气体，凹陷部位朝下放置，是吊砂转变为砂台，保证了砂型的强度。

但是铸件的重要加工面朝上放置，容易形成夹渣、凹陷、集中缩孔等铸造缺陷，致密性难于保证，严重影响铸件重要加工面的质量。

而且铸件热节部位朝下放置，不利于冒口的安放和补缩。

终上所述：浇注位置方案二较为合适，将其确定为浇注位置的最终方案。

4 分型面的确定4.1分型面选择方安示意方案一：铸件在铸型内呈竖直放置，分型面选在铸件内腔最大水平面处，采用中注式浇注系统，内浇道开设在分型面上。

分型位置如图4.1所示图4.1 分型面方案一8方案二：铸件在铸型内呈竖直放置，分型面选在铸件最顶部外轮廓，铸件整体位于下型，采用顶注式浇注系统，内浇道开设在分型面上。

分型位置如图4.2所示图4.2 分型面方案二4.2分型面选取的方案比较方案一：分型面选在铸件内腔最大水平面处，将铸件从中间分为上下半型，不容易起模，容易在分型面处形成毛边，破坏了重要加工面的完整性。

而且由于上冠是转轮上部件，需绕轴旋转，必须保证同轴。

然而该方案上下半型在合箱时用以产生错箱偏差，很难保证上下两部分同轴，且由于合箱不严，在垂直分型面方面总会保持一定“厚度”误差，很难保证尺寸精度。

方案二：分型面选在铸件最顶部外轮廓，铸件整体位于下型，起模容易，保证了重要加工面的完整性与尺寸精度。

大部分型腔位于下型有利于型腔尺寸的检验，方便下芯与喷刷涂料。

采用顶注式浇注系统，内浇道开设在分型面上，容易保证足够的压头，得到组织致密的铸件，避免浇不足，冷隔等缺陷，且铸件热节区位于分型面部位，便于冒口的设置。

综上所述：方案二的分型面选取比较合理，将其确定为最终的分型方案。

910 5 铸造工艺参数的确定5.1 铸造收缩率 铸造收缩率又称铸件线收缩率，用模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示: ε=[(L1−L2)L1]×100% 式中，ε—铸造收缩率；L 1—模样长度,L 2—铸件长度。