华中科技大学专业课程设计报告题目：右铰接支架铸件工艺设计学院：材料学院班级：分组组别号： 1组员：评分：评分人：目录任务书 (3)摘要 (4)1.零件分析 (5)1.1.设计要求 (5)1.2.UG三维设计 (5)1.1.材料信息 (6)1.2.UG厚度分析 (6)2.铸造方案确定 (7)2.1.造型方法 (7)2.2.金属合金球化与孕育处理 (8)2.3.分型面 (8)2.4.浇注位置确定 (9)3.铸造工艺参数设计 (10)3.1.铸件尺寸公差 (10)3.2.铸件重量公差 (11)3.3.机械加工余量 (11)3.4.铸造收缩率 (12)3.5.起模斜度 (12)3.6.最小铸出孔 (12)3.7.铸型、砂芯设计 (13)铸型设计 (13)砂芯设计 (15)4.浇注系统设计 (16)4.1.浇注温度 (16)4.2.浇注时间 (16)4.3.浇道截面积计算 (17)方案一 (17)方案二 (19)5.数值模拟与工艺优化 (20)5.1.模拟条件及材料物性参数 (20)5.2.铸件模拟 (21)5.3.冒口设计 (22)5.4.方案设计与优化 (22)方案一 (22)方案一优化设计 (24)方案二 (25)比较总结 (26)6.砂箱设计 (27)6.1.设计原则 (27)6.2.尺寸设计 (27)7.铸件清理 (30)8.铸造工艺卡 (32)8.1.方案一 (32)8.2.方案二 (33)9.总结 (33)10.参考文献 (34)11.附图 (34)任务书1．设计题目和总体目标设计题目：右铰接支架的铸造工艺设计总体目标：使用UG、ProE等三维软件建立三维几何模型和铸造工艺，然后使用华铸CAE进行模拟，写出一个分析报告，进行答辩。
2．设计任务与要求1）设计该零件的铸造生产工艺，编制其铸造工艺卡片，主要内容包含：（1）铸件重量的计算、铸造合金确定、铸造方式的选择；（2）工艺方案的确定：分型面的确定、加工余量的设计、浇注系统的设计与计算（压头计算、浇注时间的计算与确定、浇注温度的确定、直浇道的设计与面积计算、横浇道的设计与面积计算、内浇道的设计与面积计算等）、冒口的设计、冷铁的设计、砂芯的设计、型板的设计、外模与芯盒（砂芯模具）的设计（可选做），砂箱的设计等；（3）铸件毛坯与工艺的二维工艺设计（红蓝铅笔在打印的图纸上画）；（4）铸件毛坯与工艺的三维CAD设计（可选用任三维造型软件制图）；（5）铸件工艺的CAE分析（在材料学院机房采用华铸CAE进行模拟分析）；（6）铸件工艺方案的确定，铸造工艺卡片的编制；2）分组进行设计，3-5人一组，要求每组每人至少提出一种工艺方案；3）采用模拟软件进行工艺优化，每组确定一种可行的工艺方案；4）撰写专业课程设计报告；5）最后提交的材料包含：（1）专业课程设计报告电子文档与纸质材料各1份；（2）铸件毛坯及工艺3D造型文件、STL文件；（3）铸件毛坯及2D工艺纸质材料附录在报告后。
摘要（简要描述本专业课程设计的内容，过程，取得成果等）本次设计中，我们的任务是右铰接支架铸造工艺方案的设计，目的是通过对铸造工业设计方案的探索，得出一个比较合理的设计方案。
首先针对铸件的结构和铸造工艺性进行分析，选择合适的铸造方案，并进行铸造工艺参数设计和工艺方案的初步确定，最后通过数值模拟软件对方案进行模拟分析，并进行优化设计。
最终对各种方案进行比较，得到合理、可行的铸造工艺方案。
设计过程中我们主要针对浇注位置和冒口形式的不同提出了三种方案，通过数值模拟后对方案进行比较，我们选择出了最佳设计方案【关键字】右铰接支架铸造工艺数值模拟1.零件分析1.1.设计要求(1)未注铸造圆角R3(2)未注壁厚及筋厚均为10(3)制造拔模斜度不大于3°(4)铸件表面应该光洁，去除毛刺和锐边，且不允许有砂眼、气孔、夹渣等明显的铸造缺陷按Q/CATBD12(5)漆以CA/C202乙1.2.UG三维设计利用UG对零件进行三维造型得到如图1-1所示的图形：图1-1右铰接支架的三维造型图主要的参数见表1-1：1.1.材料信息材料名称：球墨铸铁（铁素体型）；牌号：QT 450-10；标准：GB/T1348-2009(代替GB/T 1348-1988）；化学成分：表1-2；1.2.UG厚度分析平均厚度9.46782 ，最大厚度23.3833mm，主体厚度余10～15mm，零件的厚度分布较为均匀，属于薄壁零件。
壁厚分析如下图1-2：图1-2 UG检查壁厚的分析2.铸造方案确定2.1.造型方法球铁件的铸造工艺比较广泛，查相关资料可知，造型方法的选用原则为：（1）手工造型优先选用普通粘土湿砂型，这是由于普通粘土的吸湿性和修补性好。
生产中小型铸件，无论从成本，环保，生产率考虑，湿型都是最有优势的。
当湿型不能满足要求时在考虑使用表干砂型，干砂型或其它砂型。
（2）造型方法及造芯方法的选择应与实际生产相适应。
（3）造型方法应适应工厂条件。
（4）要兼顾成本。
目前，汽车、拖拉机、采油机等工业中，质量在300-500kg以下的薄壁铸铁件，目前均已成功的采用湿型铸造，湿型砂造型也是使用最广泛、最方便的造型方法，大约占所有砂型使用量的60%-70%。
由于该零件属于中小型铸件，因此可以选用湿型砂型铸造，考虑到石墨的自补缩作用和减少缩孔、缩松等缺陷，需要砂型紧实度高，强度硬度高，故选用高压造型机，也可以满足批量生产的要求。
造型方法：湿砂铸造，高压造型2.2.金属合金球化与孕育处理球墨铸铁需要在浇注前向铁液中加入纯镁或稀土镁合金，以阻止铁液结晶时片状石墨析出，促进球状石墨生成。
我国常采用的球化剂有镁、稀土或稀土-硅铁-镁合金三种，纯镁的球化作用很强，球化率很高，但是纯镁又是强烈阻碍石墨化的元素，有增大铸铁白口化的倾向，而且纯镁的沸点较低加入铁液中沸腾飞溅，烧损严重。
我国目前广泛应用的球化剂是稀土-硅铁-镁合金。
主要成分为ωRe=17%～25%，ωMg=3%～12%，ωSi=34%～42%，ωFe=21%～22%。
采用这种球化剂时，由于镁含量低，球化反应平稳，通常采用冲入法，即将球化剂放入浇包中，然后冲入铁液使球化剂逐渐熔化。
孕育处理中，考虑到铋与稀土或钙复合可以显著增加石墨球数，适用于铸态薄壁铁素体球墨铸铁件，该铸件正是铸态铸态薄壁铁素体球墨铸铁件，故孕育剂选用铋。
球化处理剂：稀土硅铁镁合金，冲入法孕育处理剂：铋2.3.分型面分型面的选择原则有：1) 应保证模样能顺利的从铸型中取出2) 应尽量减少分型面的数量3) 应尽量使分型面是一个平直的面4）尽量将铸件全部或大部分放在同一个半型内根据选择原则和零件的特点，提出以下两种方案1.方案一:三箱造型（图2-1）图2-1 三箱造型分型面优点：分型面均是平面，不需要设计砂芯，工艺较为简单缺点：分型面较多，不易保证铸件精度；多个分型面不利于提高生产效率，如果是手工单件生产比较合理，2.方案二：两箱造型（图2-2）对于该铸件，我们提出了如图2-2所示的平面分型方式，在铸件的左侧设计砂芯。
如果分型面设置在最大截面处，并且基准平面均位于下型，虽然分型面有错箱误差，分型面处会有痕迹，但对铸件的尺寸精度影响不大。
图2-2 两箱造型分型面优点：相比于三箱造型，分型面较少，加工基准面都位于下型，有利于提高加工精度，同时可采用机械造型，提高生产效率。
缺点：需要设计砂芯综上所述：我们选择两箱造型的分型面2.4.浇注位置确定浇注位置是指浇注是铸件在铸型中所处的位置。
选择浇注位置时，以保证铸件质量为前提，同时尽量简化造型工艺和浇注工艺。
确定浇注位置是应考虑一下原则：（1）铸件的重要部分应尽量置于下部（2）重要加工面应朝下或呈直立状态（3）使铸件的大平面朝下，避免夹砂结疤类缺陷（4）应保证铸件能充满（5）应有利于铸件的补缩（6）应是合箱位置合理、浇注位置和铸件冷却位置相一致由于本铸件壁厚较均匀，在选择浇注位置时主要保证铸件的重要部位、受力部位和主要加工面等位于下箱，此铸件上凸台，吊耳，以及端部等为重要部位，将内浇口位置选择在支架大平板的侧面，且选择在没有吊耳的一面，接近最大壁厚处，侧面较平整，便于精整，浇注位置和内浇口位置如图2-3所示：图2-3浇注位置3.铸造工艺参数设计3.1.铸件尺寸公差查《铸造手册—铸造工艺》表3-40、3-41，铸件材料为球墨铸铁，采用砂型机器造型，选择公差等级为CT10，主要尺寸公差数值为2.2mm3.2.铸件重量公差查《铸造手册—铸造工艺》表3-44，质量公差的选择应当与尺寸公差相对应，故质量公差为MT10，该铸件质量上下偏差之和为12%。
3.3.机械加工余量查《HB 6103-2004 铸件尺寸公差和机械加工余量》附录表B.1，铸造工艺为砂型机械造型，选择等级F级，零件最大尺寸为424.5，故加工余量为3mm 。
3.4.铸造收缩率查《铸造手册—铸造工艺》表3-50，铸件为铁素体球墨铸铁，收缩形式为受阻收缩：取0.9%。
3.5.起模斜度查《铸造手册—铸造工艺》表3-54，选择铸件起模斜度选择为1°3.6.最小铸出孔查阅《铸造手册--铸造工艺》表3-77，故零件除了直径100的孔外，其余的孔均不需要铸造出来。
总结：加入机械加工余量和起模斜度之后铸件的信息为：密度 = 7.3kg/cm3体积 = 1759270 mm3面积 = 295945mm2质量 = 12.8kg3.7.铸型、砂芯设计由于铸件的较小，因此我们选用了一箱两件的铸造工艺。
铸型设计（1）吃砂量查《铸造手册--铸造工艺》表3-37，按照铸件确定吃砂量。
吃砂量：铸件质量为13kg，故a=60，b=60，c=40，d=50，e=50，f=30(2)平均水平静压头H均铸件全部位于下型时的平均静压头高度由《铸造手册第五卷铸造工艺》表3-=30cm。
135查出：铸件高度为145mm，上砂型高度为150mm，故H均（3）铸型尺寸将吃砂量以及平均水平静压头的尺寸结合，最终确定铸型的尺寸如图3-1所示。
方案一方案二图3-1 铸型尺寸砂芯设计（1）尺寸设计砂芯主要用来形成铸件的内腔、空洞和凹坑，在浇注时，它的大部分或部分表面被液态金属包围，经受金属液的热作用和机械作用强烈，排气条件差，出砂及清理困难。
因此，对砂芯的性能要求一般比型砂高。
因此我们选用了树脂砂芯。
其尺寸信息如图3-2所示。
水平芯头以及间隙尺寸如图3-3所示：图3-2 砂芯图3-3 水平芯头和间隙尺寸（2）排气设计由于砂芯外形比较简单，所以通气针扎出排气道即可。
4.浇注系统设计4.1.浇注温度依据球墨铸铁的常用浇注温度，该铸件的浇注温度控制在1350℃左右。
由于在球墨铸铁球化、孕育处理过程中要加入一定的球化剂，因此为了保证球化孕育的效果（球化剂的熔化），浇注温度不能太低。