输油管接头铸造基本工艺设计项目说明指导书.doc

毕 业 设 计 论 文

设计（论文）题目：

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完 成 日 期： 年 月 日
指 导 教 师：
学 生 专 业：
班 级：
学 号：
学 生 姓 名：
教 研 室 主 任：

目　　录

摘 要…………………………………………………………………………………3
一．输油管接头工艺分析………………………………………………………………5
1.1 零件信息………………………………………………………………… 5
1.2 技术规定………………………………………………………………… 6
1.3工艺流程……………………………………………………………………… 6二．锻造工艺方案拟定………………………………………………………………… 7
2.1 锻造办法选取…………………………………………………………… 7
2.2 分型面选取 …………………………………………………………… 7
2.3 浇注位置拟定…………………………………………………………… 9
2.4造型办法选取………………………………………………………… 10
2.5锻造工艺参数 …………………………………………………………… 11
三.型芯拟定 ………………………………………………………………………… 13
3.1 砂芯构造与尺寸………………………………………………………… 13
四.浇注系统和冒口设计计算………………………………………………… 13
4.1 浇注系统初步拟定……………………………………………………… 13
4.2 浇注系记录算…………………………………………………………… 14
五．砂箱设计……………………………………………………………………… 16
5.1砂箱材料和构造…………………………………………………… 16
5.2砂箱尺寸拟定…………………………………………………… 17
六．模底板设计 …………………………………………………………………… 17
6.1模底板材料……………………………………………………… 17
6.2模底板尺寸………………………………………………………… 18
七．总结………………………………………………………………………………………19
参照文献……………………………………………………………………………………… 20

输油管接头锻造课程设计

摘 要
本阐明书是基于输油管接头零件图而参照各种资料得出，更是通过课程设计过程编撰而出。一方面，此输油管接头是一种三通接口。通过度析所给零件图选取不同材料来设计锻造工艺。结合构造、使用条件及技术规定等，依照既有生产技术和生产条件，对该输油管接头进行了锻造工艺设计。分析得出在材料为球铁状况下采用中间式半封闭式浇注比较好。分型面设立在型芯对称线上且水平放置，这样有助于型腔制作以及浇注系统设立；拟定型芯形状及尺寸。拟定了输油管接头锻造工艺参数并计算了其体积和重量；绘制了输油管接头砂型锻造工艺图、铸件图、合箱图等；得到了一套生产该零件砂型锻造工艺文献。

核心词：输油管接头；分型面；浇注系统

Abstract

The specification is based on the oil pipe connector parts drawing and reference to various data，is through the curriculum design process compiling out.First，the delivery pipe joint is one of the three communication interface.Through the analysis of the parts diagram to choose different materials to the design of foundry technology.Combined with the structure，application conditions and technical requirements，in accordance with the existing production technology and production conditions，the oil pipe joint by casting process design.Analysis on material for ductile iron by the intermediate type semi closed pouring comparatively well.The parting surface is arranged in the core of the symmetric line and placed horizontally，so conducive to the cavity of the production and design of the gating system；Determination of core size and shape.Determining the oil pipe joint casting technical parameters and calculation of the volume and the weight；drawing oil pipe joint sand casting process，casting，and the box；to get a set of production of parts of the sand casting process file.

Key words：the oil pipe connector；parting surface；pouring system

一．输油管接头工艺分析
1.零件信息
名称：输油管接头；
材料：QT450-10；
依照有关资料查得QT450-10成分含量，依照此含量对化学成分进行控制。详细含量如表1.1所示。
表1.1 QT450化学成分
质量分数
C
Si
Mn
P
S
Cr
含量

3.6%-3.9%
2.5%-2.8%
<0.4%
<0.07%
<0.03%
<0.06%
表1.1
外形尺寸：180mm×68mm×100mm；
生产批量：单件生产；
零件图如下图1.1所示：
图1.1
依照零件图在UG NX7.5软件中绘制三维图，如下图1.2所示：

图1.2
依照三维图测得铸件体积为：212.802 cm³
查表得QT450-10密度为：7.3 g/ cm³
则通过计算得铸件质量为：1553g

1.2 技术规定
零件技术规定：
（1）拔模斜度为1~2°， 单件生产；
（2）未注圆角R3；
（3）在5kg /cm³煤油压力下进行气密性实验，保持5分钟不渗入；
（4）铸件表面阳极化解决；
（5）铸件尺寸公差按HB6103-86 CT9.
铸件技术规定：
1）铸件外表和内腔所有型砂，氧化皮，飞边毛刺应清除干净；
2）凡影响强度和气密性缺陷，如缩孔，缩松，裂纹，夹杂物等均不容许存在；
3）所有便面在超声波探伤。
图纸，技术规定
编制工艺
工装制作
1.3工艺流程
造型
浇注
清理.切割冒口

上涂料
合箱

二．锻造工艺方案拟定
2.1 锻造办法选取
本次设计基于单件生产方案，铸件材料为QT450-10，其伸长率为10%。并且铸件尺寸较小，精度及技术规定较高等综合考虑，构造相对不算太复杂，若采用压力锻造，则该处型芯抽芯有阻碍，因而选用典型砂型锻造生产工艺来此件。
2.2 分型面选取
(1)重要从如下几种方面考虑
(2)使铸件大某些置于同一半型内。如无法做到，则尽量把铸件加工面和加工基准面放置在同一半型内。
(3)尽量选用平面。
(4)便于下芯，合箱和检查型腔尺寸。
(5)不使砂箱过高。
(6)不应削弱铸件构造强度。
(7)减轻铸件清理和机械加工余量。
(8)此外，还考虑了浇注系统设计需要重要加工面朝下或呈直立状态。
(9)为了铸件能合理地从模具中取出，该零件分型面只有一种，如下图2.1所示。
分型面

图2.1
分型面截面图如图2.2所示

图2.2
该铸件尺寸较小，设计时采用垂直分型，模具构造相对简朴些。如下图2.3所示：

图2.3

2.3 浇注位置拟定
综合考虑因素有；
（1）拟定浇注位置在很大限度上着眼于控制铸件凝固，并有助于安放冒口。实现顺序凝固铸件可以消除缩孔缩松，保证获得致密铸件。实现同步凝固铸件，内应力小，变形小，金相组织比较均匀，不需要采用冒口。壁厚铸件部位置于浇注位置底部利于冷铁等激冷办法实现。
（2）铸件重要部位应置于下部。
（3）重要加工面应朝下或呈直立状态。
（4）是铸件大平面朝下避免夹渣结疤类缺陷。
（5）保证铸件能布满。
（6）应有助于铸件补缩。
（7）使合箱位置，浇注位置和铸件冷却位置相一致。
对于单件球墨铸铁铸件，普通采用横浇竖冷方案。
浇注位置有2种，如图2.4所示：
①
②
浇注方向

图2.4两种浇注位置浇注位置

如上图所示，型腔布置有①、②两种浇注位置。对于①，型腔高度相对要高些，且不便于冒口设立以及冷铁放置。而②这种浇注位置可以较好设立冒口来进行补缩，高度方向较小，可以在两侧加冒口得以补缩；油管接头底部不需要在加工，此种浇注位置减少了后续加工劳动量及成本；有助于金属液在型腔内流动。
2.4造型办法选取
查有关资料可知，造型办法选用原则为：
（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。当湿型不能满足规定期在考虑使用表干砂型，干砂型或其他砂型。
（2）造型办法及造芯办法选取应与实际生产相适应。
（3）造型办法应适应工厂条件。
（4）要兼顾成本。
依照有关资料查得选定树脂中三种重要组分时应综合考虑因素：
表5-30 选定树脂中三种重要组分时应综合考虑因素
因素
成本
树脂中含氮
树脂砂硬化性能
树脂砂强度
树脂砂脆性
对树脂砂使用条件适应性
糖醇
最高
不含氮
中档
高
中档
最佳
脲醛
最低
很高
最佳
高
最低
尚好
酚醛
适中
不含氮
最弱
低
脆
较差

表5-30
通过度析讨论，造型材料采用脲醛树脂砂，此树脂砂硬化性能最佳，硬度高，在解决好排气状况下，成本最低。造型办法为手工造型,其具备工艺装备简朴，灵活以便，适应性强特点。
2.5锻造工艺参数
1. 铸件尺寸公差
查关于毛坯铸件尺寸公差级别资料表6-26得：
表6-26 小批量生产和单件生产毛坯铸件尺寸公差级别

工艺办法

造型材料
铸件材料
铸钢
灰铸铁
球墨铸铁
可锻铸铁
铜合金
轻金属合金
镍基合金
钴基合金
砂型锻造手工造型
粘
土
砂

13——15
13——15
13——15
13——15
13——15
11——13
13——15
13——15
化学粘结剂
12——14
11——13
11——13
11——13
10——12
10——12
12——14
12——14

由于造型材料选用是脲醛树脂砂，铸件材料为球墨铸铁，因而定为手工造型所达到精度级别为12。由于壁厚尺寸公差比普通尺寸公差小一级别，故壁厚尺寸公差为13。
2. 铸件重量公差
查《锻造工程师手册》表6-31，即
表6-31 小批和单件生产铸件重量公差级别

造型材料
铸件材料
铸钢
灰铸铁
球墨铸铁
可锻铸铁
铜合金
轻金属合金

干、湿型砂

13——15

13——15

13——15

13——15

13——15

11——13

自硬砂
12——14
11——13
11——13
11——13
10——12
10——12

铸件重量公差定为12。
3.铸件收缩率
参照各种铸铁锻造收缩率，锻造工艺课程设计手册表3－3－7 砂型锻造球墨铸铁件锻造收缩率可知：
QT450基体为铁素体基体，则：
自由收缩率：0.8-1.0%
受阻收缩率：0.4-0.6%
由于自由收缩量较大故取输油管接头铸件收缩率为ε=0.8%。
4.机械加工余量
通过查锻造工艺课程设计手册表2-8，普通上表面加工余量不不大于下表面和侧面，侧面普通大等于底面；并且咱们选用是整体砂芯，芯子错动量小，因此上表面选用机械加工余量为4mm较为适当，侧面和下表面选用3mm较为适当。这样不但减少对铸件加工，节约原材料。
5. 最小铸出孔
此铸件生产方式为单件，查有关资料知：球铁铸件最小铸出孔直径为30——50mm，因此上表面四个直径d=6mm螺纹孔不可铸出；下表面六个d=5.2mm螺纹孔也不必铸出；尚有加强肋上两个螺纹孔d=2mm以及螺纹孔M10也同样铸不出来。
6. 拔模斜度选取
由于此铸件是对称分型，因此取相似起模斜度，不会在分型面浮现飞边缺陷，取模样斜度α为20较为适当 。
三.型芯拟定
3.1 砂芯构造与尺寸
由零件图1.1可以看出，铸件为三通铸件，为了以便造芯与节约工序，可以将图2.4中上面两个砂芯连在一起造芯，故总共需要制作2个砂芯，如图3.1所示。为了保证铸件上表面精度规定，且使砂芯能在模具型腔中定位，上砂芯芯头采用图中构造。而对于下砂芯，要保证它定位规定，则在它两侧分别制作如图中所示不同形状芯头。
砂芯详细尺寸如下图3.1

图3.1
四.浇注系统和冒口设计计算
4.1 浇注系统初步拟定
4.1.1 内浇口位置
由于中间式浇注时，金属液充填型腔平稳，有助于型腔排气，便于设计各种形状浇道，撇渣充分；内浇道可在铸件分型面上，能进行大流量浇注。

图4.1 浇注系统构造
4.2 浇注系记录算
直浇道过低使充型及液态补缩压力局限性，易浮现铸件棱角和轮廓不清晰，浇注不到，上表面缩凹等缺陷。

200*=50

直浇道高度取H=108/2+50=104 110mm
铸件质量为1533g，取m=1.6kg
上升速度核算：
浇注时间
依照课本《锻造工艺学》273页，表3-4-3球墨铸铁A为2.5 ，n为0.33

浇注时间得2.92秒 约为3秒
金属液上升速度 V平升=H/τ
式中 V平升--金属液平均上升速度，cm/s;
H-----金属液型腔高度，cm；
τ-----金属液布满型腔时间，s；
V平升 = 6.8/3=2.26 ≈2.3 cm/s
从理论上看，存在V型min（防止浇不到，冷隔和夹砂类等缺陷）和V型max（保证型内排气和防止过度紊流）两个极限值，适当浇注时间应当满足如下条件
表3-4-6 P273上δ=(4+收缩率0.8%*4+加工余量4)=8.032mm，V型min=20mm/s V型max=30mm/s
C/V型min=68/30～68/20=2.26～3.4s
故为3秒适当
计算阻流面积S阻

m为 流经阻流金属总质量
为 充填型腔总时间
为 充填所有型腔时，浇注系统阻流截面流量系数
Hp为 充填型腔平均计算压力头
Hp=Ho—/2c
Ho为阻流截面以上金属压力头
C 为铸件总高度
P 为阻流以上型腔高度
Hp=
其中锻造工艺书上p274查表3-4-5有=0.16、g=981cm/、=7.3g/。

在横浇道搭接时设立阻流断面，且依照手册和锻造工艺书怕76表3-4-12，对于球墨铸铁件，浇道各阻元截面比例设计为：
A直 ：A横：A内=　1：1.5：1.1
由于选用浇注系统为封闭式浇注系统，因而A阻=A内，则
内浇道横截面积 A阻=A内 = 1.1
直浇道横截面积 A直=1/1.1*A内=1.0
横浇道横截面积 A横=1.5/1.1*A内=1.51
查锻造工艺设计手册表4-21有内浇道尺寸为A*B*C=18*16*6.
横浇道尺寸为A*B*C=18*12*20.
直浇道尺寸为d=20mm。

内浇道尺寸 横浇道尺寸 直浇道尺寸
图3.2各浇道截面尺寸
五．砂箱设计
5.1砂箱材料和构造
砂箱材料为HT200。手工和普通机器造型砂箱构造普通为单层壁构造，设有手柄或吊环用于翻转和搬用，箱壁设有排气孔，多采用整铸式。砂箱俩端箱耳，用于安装定位销和定位销套。因而咱们设计砂箱构造为图5.1。

图 5.1 砂箱立体图
5.2砂箱尺寸拟定
5.2.1砂箱内框尺寸拟定
砂箱内框尺寸，重要依照铸件工艺布置图和吃砂量来拟定。由于此铸件生产方式为单件生产，该铸件长为186mm、宽为108mm，初步将砂箱设为长350mm、宽250mm，因而砂箱内框平均尺寸为300mm。依照《铸铁件生产指南》表7—6砂箱箱壁、箱带和模样间吃砂量尺寸，将浇口与侧壁之间吃砂量定位50mm，侧壁吃砂量定位32mm，铸件应留出吃砂量为25mm，最后将砂箱内壁尺寸定为：长350mm、宽250mm、上砂箱高120mm、下砂箱高100mm。
5.2.2砂箱壁构造形式和尺寸
铸件为手工单件小批量生产故采用简易砂箱，铸件为薄壁小型铸件故砂箱箱壁截面构造设为平板壁不用增设外凸缘。查表7-7简易砂箱壁截面构造和尺寸得：薄壁处壁厚为18mm、厚壁处壁厚为20mm。
六．模底板设计
6.1模底板材料
由于铸件为单件手工造型，故对模底版强度、耐磨性、锻造和加工性规定不高，可以选用铸铝合金模板。
6.2模底板尺寸
1）模底板平面尺寸
A0=A+2b=350+2*18=386mm
B0=B+2b=250+2*18=286mm
A0 —模底板长度尺寸，mm
B0 —模底板长度尺寸，mm
A—砂箱内框长度，mm
B—砂箱内框宽度，mm
b—砂箱薄壁处壁厚，mm
2）模底板高度
普通铸铝模底板h=30—90mm，故选取高度h=50mm。
3）模底板定位销孔中心距
模底板定位销孔中心距与所配用砂箱定位孔中心距相一致。查表7-3模底板定位销孔中心距，最后拟定中心距为A+100,即450mm。

七．总结
在本次课程设计过程中，咱们翻阅了大量文献，收集了大量资料，不但在专业知识方面，并且在制图软件（AutoCAD、UG）应用方面有了很大提高。通过度析输油管接头构造，从中得知此铸件属于小型铸件，构造比较复杂，具备对称性，因此咱们觉得选用整体砂芯及个体砂芯较为适当。从浇注系统上分析，采用半封闭式浇注系统，其具备阻渣性能好，不易吸气，内浇道易清理，金属消耗少，金属浇注平稳，不喷射、不易氧化等长处。把直浇道放置于接近砂箱内壁处，便于浇注。由于选用造型材料为脲醛树脂砂，含氮量较高，因而要仔细考虑砂芯和砂型透气性。设立出气孔，其目重要是减少型腔内压力，使整体砂芯和砂型有良好排气环境。经分析此方案所选取参数合理，浇冒系统设计优良，具备可行性，可以在实际工厂生产中普遍推广。
感谢陕西工业职业技术学院材料工程学院为咱们提供了一次历练机会，在设计这段时间内，咱们对该铸件工艺方案进行了重复分析，最后拟定此方案。咱们不但深层次学习了锻造知识，掌握了锻造工艺设计流程，并且还提高了分析问题解决问题能力，使自己专业素质得到了锻炼和提高。通过这次设计，咱们受益匪浅，同步也结识到自己局限性，尚有诸多知识需要去认真学习。虽然咱们付出诸多精力和努力，但该方案一定还存在不少缺陷，望教师指正。咱们相信通过付出所获得知识以及学习态度，必将在即将参加永冠杯、毕业设计以及后来工作中，起到相称大作用。同步也感谢申荣华教师以及彭合宜教师辛勤指引及耐心辅导。

参照文献
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[8] 陆文华 李魁盛 黄良余 编 .《锻造合金及其熔炼》.机械工业出版社，铸铁合金某些.
[9]崔令江 李慕勤 胡礼木  编著.《材料成型原理》. 机械工业出版社，铸铁性质某些
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