汽车前轮毂铸造工艺设计范例.docx
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汽车前轮毂铸造工艺设计范例
中文摘要
本设计是对汽车前轮毂零件进行铸造毛坯工艺设计。
根据零件的使用条件、结构特点、生产批量,结合工厂现有设备等进行铸造工艺分析,确定了铸造方法、造型及造芯方法、凝固原则及浇注位置、分型面、砂箱中铸件数量、砂型数量等,完成了砂芯、浇注系统、冒口及冷铁、相关工装设备等设计,并进行铸件质量控制分析及制定了检验要求。
关键词:
砂型铸造,工艺分析,工艺设计,质量控制
ABSTRACT
Thisdesignisthecastingblanktechnologydesignforfronthubbearingincar.Accordingtotheapplicationconditions,structuralfeatures,productionbatchofthepartandexistingequipment,itdoesthecastingtechnologyanalysis,determinesthemethodofcasting,modeling,coremaking,solidificationprinciplesandpouringposition,partingsurface,thequantityofcastingandmold,etc.Itcompletesthedesignofsandcore,pouringsystem,riser,chill,equipment,doesthequalitycontrolanalysisofcastingand
constitutestheinspectionrequirements.
Keywords:
sandmoldcasting,technologyanalysis,technologydesign,qualitycontrol
第一章汽车前轮毂工艺分析
1.1汽车前轮毂
图1-1为汽车前轮毂零件三维图,汽车在行驶过程中轮毂作旋转运动,内孔装有轴承。
由于汽车前轮也起支撑汽车的作用,因此,装于前轮中央的轮毂是受力零件。
图1-1汽车前轮毂零件三维图(可以是零件照片)
1.2生产条件及技术要求
汽车前轮毂生产性质为成批生产,材质为ZG270-500。
零件的主要技术要求:
机械性能应满足:
σb>500MPaak>35MPa
精度要求:
详见图1-2汽车前轮毂零件图。
铸件内部不得有缩孔、缩松等缺陷,Φ420的圆加工后允许出现黑皮,铸件表面光洁,轮廓清晰。
图1-2汽车前轮毂零件图(此图应从CAD图中抓取)
1.3工艺分析
该零件的主要壁厚为21mm,最大壁厚为30mm,最小壁厚为4mm,整个铸件的壁厚较均匀,外轮廓尺寸为:
420×420×184mm3。
法兰与轮毂体交接处形成热节需冒口补缩,最小壁厚处加加工余量后可以铸出来,法兰上12XΦ16、毂体上8XM22X1.5及12XM6可不铸出,铸造后机械加工出来,安装轴承的Φ210和Φ200表面有较高的加工要求,零件的结构铸造工艺性较好,生产批量为成批生产,所以毛坯的生产方法为砂型铸造。
材料ZG270-500能满足零件的使用要求和适于砂型铸造。
第二章工艺方案的确定
2.1铸造方法的选择
由于汽车前轮毂生产批量为成批生产,零件结构不复杂,结合工工厂材料的供应情况,考虑技术上的先进性与经济的合理性,所以确定其毛坯生产方法为普通砂型铸造,砂型种类为湿型。
2.2造型、造芯方法的选择
根据零件轮廓尺寸420×420×173mm3和工厂设备条件,造型方法为Z148B单机砂箱地面造型,气吊与行车运输,造芯方法为手工芯盒造芯。
2.3凝固原则、浇注位置的确定
凝固原则:
铸件材质为ZG270-500,收缩较大(εV=4.3%),为了有利于补缩,采用顺序凝固。
浇注位置:
为了保证铸件质量,必须把最重要的加工面在浇注时向下或直立状态。
由零件的技术要求知道:
Φ200和Φ210的圆表面光洁度要求高,内部安装轴承,尺寸精度比较高,因此,应将两圆柱面呈直立状态,同时从顺序凝固的原则出发,将厚大部位放在上面,以便于安放冒口,得到顺序凝固。
综合考虑结果:
确定本件的浇注位置如图2-1所示。
图2-1浇注位置
冷却位置与浇注位置一致。
2.4分型面的选择
此件可有三种分型面方案:
方案І:
,如图2-2所示可将铸件对称分布在两铸型内,模样易制作,但造型、下芯不方便,铸件内孔的精度不易保证,且为了保证浇注位置须将铸型翻转90º,劳动量大。
图2-2方案Ⅰ
方案II:
如图2-3所示铸件在同一铸型内,可以保证其尺寸精度,且下芯后便于检查壁厚是否均匀,砂型稳固,造型简单,但顶注不平稳,易产生冲砂,同时上箱小,下箱大,起模行程大。
有一个砂芯较大,不易制作。
图2-3方案Ⅱ
方案III:
如图2-4所示铸件大部分在同一铸型内,能够保证其尺寸精度,下芯也便于检查,同时满足合箱,浇注,冷却位置一致,采用侧浇,切向引入改善了浇注时的充型不平稳,减少了冲击,防止了冲砂缺陷的产生,上、下箱相差不大,造型简单。
缺点是有一个砂芯复杂,要求高,模样加工困难。
图2-4方案Ⅲ
经过比较,综合考虑,为保证铸件质量,采用方案III较合理。
2.5砂箱中铸件数量的确定
由[3]附录附表1-1查得Z148B造型机所对应的砂箱最大内尺寸长X宽为850X475mm2,四个顶杆间距长X宽为736X538,根据铸件重量63.2kg由[3]表12-3查得其最小吃砂量各参数为:
a=50mm,b=70mm,c=90mm,d=70mm,f=40mm,g=50mm,铸件轮廓为420×420×184mm3,因此砂箱中最多只能放一只铸件。
2.6砂芯数量的确定
根据铸件结构和已选定的分型面,必用两个芯子,如图2-5所示。
图2-5砂芯数量图
2.7主要工艺参数的确定
2.7.1铸造收缩率的选择
根据实际生产情况,并参考[3]表3-1,确定该件的收缩率为2%。
2.7.2铸造精度及尺寸、重量偏差的确定
由于铸件的精度要求较高,且是机器造型金属模,确定该件的精度为Ⅰ级,由[3]表3-17查得尺寸偏差为±2.5mm,表3-20查得重量偏差8%。
2.7.3机械加工余量的确定
按一级精度铸件查[3]表3-7,并考虑实际情况,确定加工余量,具体数值见铸件工艺图。
2.7.4拔模斜度的确定
按零件图尺寸采用增厚法。
根据[3]表3-21确定拔模斜度为1º30'-2º。
2.8砂芯设计
铸件需2个砂芯,均用手工芯盒造芯。
砂芯由砂芯主体和芯头组成,1#砂芯用水玻璃砂,根据铸件放置位置确定为垂直芯头,结合其基本尺寸参考[3]表4-2取下芯头高为50mm,因砂芯高度和直径差不多,不用上芯头,由表4-3确定下芯头斜度为5°,由表4-4确定下芯头与芯座间隙为1.5mm,由表4-7确定防压环和集砂槽的尺寸,2#砂芯形状复杂,局部有细薄突起,故2#芯选用脂砂,详见铸件工艺图。
合箱时先下1#砂芯,后下2#砂芯。
2.9浇注系统的设计
浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。
浇注系统截面积大小对铸件质量影响很大,截面积太小,浇注时间长,可能产生浇不足、冷隔、砂眼等缺陷;截面积过大,浇注速度快,又可能收起冲砂,带入熔潭和气体,使铸件产生渣孔、气孔等缺陷。
为了使金属液以适宜的速度充填铸型,就必须合理确定浇注系统的面积。
2.9.1浇注系统类型的选择
由于铸件材质为ZG270-500,铸造质量要求较高。
浇注系统应要求较高的防氧化能力,本应采取漏包浇注,但由于铸件较小,使用漏包不易控制,为此使用转包浇注。
采用转包浇注铸钢件,浇注系统应有较好的撇渣能力,需要用封闭式或半封闭式,本设计浇注系统采用封闭式的,根据[6]表5-53,及工厂的情况,选用侧注式浇注系统。
因砂箱中只放置一个铸件,所以浇注系统只需设计浇口杯、直浇道和内浇道,无横浇道,使铸件内腔与内浇道相切,内浇道与直浇道相连,采用梯形的内浇道。
2.9.2浇注系统的设计与计算
因采用了转包浇注,浇注系统是封闭式的,其浇注方式与铸铁件相同,所以计算公式都采用转包浇注铸铁件公式,但式中的系数选择不一样,以此计算出该浇注系统浇注时间、内浇道截面积、浇注系统各组元断面尺寸,并校核最小压力头。
1浇口杯设计:
浇口杯是用来接纳来自浇包的金属液流的,因为铸件是小型的铸钢件,所以浇口杯采用结构简便、制作方便、容积小、在机器造型中广泛使用的普通漏斗形浇口杯,其截面形状与尺寸如图2-6中a所示。
2浇注时间:
其中:
C是系数根据相对密度KV查取,G是浇入砂型内钢水的总重量(kg)。
式中V是铸件的轮廓体积。
V=π/4×4.22×1.84=25.5dm3
取铸件重量是零件重量放大15%得到55(1+15%)=63.2(kg)
浇冒口系统选铸件重量的50%,即:
G=63.5(1+15%)=94.8(kg)
由[3]表5-34查得C=1.1
故浇注时间=10.7秒
选取t=11秒。
3内浇道截面积的计算:
由[3]P132查得以浇注比速为基础的计算公式:
式中:
G=94.8kg,t=11秒,K是浇注速比由表5-34查得0.75(根据KV=3.7查表),L是钢水流动系数,碳钢L取1.0。
代入上式:
则≈11.5cm2
截面形状为梯形,根据面积确定尺寸如图2-6中b所示:
abc
图2-6浇口杯、内浇道、内浇道截面形状与尺寸
4各组元面积的确定:
因该浇注系统无横浇道,所以只需再确定直浇道,其截面为圆形,形式为无斜度的圆管,H0即内浇道静压头高度为200mm。
参考[3]P132得比例关系为∑F直:
∑F内=1.1:
1
则∑F直=11.5×1.1=12.7cm2
由面积确定直径尺寸为40mm,如图2-6中c所示。
5最小压力头的校核:
为了保证能充满离最远最高的部分,并且能轮廓清晰完整,上表面无缩凹缺陷的铸件,铸件最高点到浇口杯内液面的高度必须有一最小值,即最小剩余压力头Hm,这就要求直浇道应该有必要的高度。
由所设计的铸件工艺图可得到如图2-7最小剩余压力头的压力角简图:
L=300+210=510mm
Hm=200-30=170mm
校核公式tgα=Hm/L=170/510=0.337
查得α=18º26'
式中:
α是最小剩余压力头的压力角,L是直浇道到铸件最高最远的距离,Hm是最小剩余压力头。
由[3]表5-8查得α=9º,故压力头足够。
图2-7最小剩余压力头的压力角简图
2.10冒口及冷铁的设计
2.10.1冒口的设计
铸件法兰与轮毂体交接处形成热节,容易产生分散性的缩松,严重降低铸件的机械强度。
该件在汽车工作时是个受力件,其技术条件要求铸件内部不得有缩孔、缩松等缺陷,所以在铸件上必需设置一定数量的冒口以消除缩孔、缩松。
因铸件在上砂箱高度只有30mm,且铸件较小并采用机器造型,为减少冒口的金属消耗而采用暗顶型。
冒口设置在铸件最高最厚的部位。
铸钢件冒口的计算方法很多,常用的方法有按照补缩液量计算、按照比例法计算、按照模数法诸,本设计用按照比例法中的热节圆法计算设计。
1确定热节圆直径
用作图得热节圆直径dy(作图时包括加工余量、补贴等),如图2-8所示。
2-8作图法求热节圆
dy由计算机作图得34,取dy=40mm。
2确定冒口形状、尺寸
冒口的尺寸对于铸件的质量很重要,冒口过小将导致铸件产生缩孔、缩松等缺陷;冒口过大,浪费金属,增加铸件成本,甚至有时会因冒口过在,使铸件局部组织粗大,内应力过大,造成裂纹,致使铸
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