c件外框架铸造工艺设计说明书本科论文.doc

“永冠杯”第五届中国大学生铸造工艺设计大赛 参赛作品 铸件名称：C件-外框架 目 录 摘 要 1 一、ZL114A框架的铸造工艺性能 2 1.1 ZL114A的铸造性能及热物理性能 2 1.2 框架零件的铸造工艺性 2 二、铸造工艺方案的优化设计 4 2.1 零件结构的审查及改进 4 2.2造型、制芯方法的选择 6 2.2.1 造型方法 6 2.2.2 制芯方法 6 2.3 型砂、芯砂的配方 6 2.3.1 型砂的配方 6 2.3.2 芯砂的配方 7 2.3.4 浇注位置的确定 7 2.3.5 分型面的确定 8 2.4 铸造工艺优化设计 8 2.4.1 方案 8 2.4.4 铸造工艺方案的确定 11 三、铸造工艺参数 13 3.1 铸件尺寸公差 13 3.2 机械加工余量 13 3.3 铸造收缩率 14 3.4 起模斜度 15 四、砂芯设计 17 4.1 砂芯的设置 17 4.3 芯头的尺寸及间隙 19 五、浇注系统的设计 21 5.1 浇注系统类型的选择 21 5.2 浇注系统引入位置的确定 21 5.3 浇注系统结构尺寸的确定 22 5.3.1 内浇道截面面积的计算 22 浇注系统各截面尺寸和形状的确定 24 5.4 浇注系统设计的校核 25 5.4.1 型内液面上升速度的校核 25 5.4.2 最小剩余压头高度的计算 26 六、冒口设计 27 6.1 冒口引入位置的选择 27 6.2 冒口形状与尺寸的确定 27 6.2.1 冒口形式的选择 28 6.2.2 冒口的尺寸 28 八、工装设计 29 8.1 模样设计 29 8.3砂箱设计 29 8.4芯盒设计 32 九、铸型装配 33 9.1下芯顺序 33 9.2铸型装配 34 十、铸造后处理 37 10.1铸件的落砂除芯 37 10.2铸件的清理 37 10.2铸件内应力的去除 37 参考文献 38 附件 39 摘 要 本文对材料为ZL114A的框架结构零件进行了铸造工艺设计。在分析材料特性及审查零件结构的基础上改进零件的铸造工艺性，选定了造型及造芯方法，确定了分型面及浇注位置，采用截面比设计法计算了浇注系统的尺寸，通过计算铸件个部分的模数确定了冒口的形式及安放位置，针对型芯的结构特点确定了芯头大小及下芯顺序，并设计了芯盒结构。根据设计方案，在三维造型软件UG平台上绘制零件、铸件、装配、型芯、芯盒和铸型等实体图；接着，采用PROCAST软件进行充型过程的模拟，根据模拟结果优化铸造工艺并修改设计方案，然后再次进行数值模拟，如此反复，以获得最优的工艺方案。根据最终工艺方案，完成铸件、铸造工艺、装配等二维图的绘制。 关键词：框架零件；ZL114A；铸造工艺设计；Procast；三维造型；平面图集。 一、ZL114A框架的铸造工艺性能 1.1 ZL114A的铸造性能及热物理性能 ZL114A合金是在ZL104A合金的基础上增加镁元素的含量发展起来的Al-Si-Mg系高强度铸造铝合金，它不仅具有优良的铸造工艺性能，而且有较ZL104A更高的力学性能。在航空制造业中，利用该合金的优越性能制造一些重要部位的大型薄壁结构件代替铝合金钣金结构件，具有较大的经济效益。ZL114A的化学成分、物理及化学性能及力学性能分别如表1-1、表1-2和表1-3所示。 表1-1 ZL114A的化学成分（质量分数，%） 合金代号 Si Mg Ti Be Al ZL114A 6.5～7.5 0.45～0.6 0.1～0.2 0.04～0.07 余量 表1-2 ZL114A的物理及化学性能 合金代号 熔化温度（℃） 热导率w/(m·℃) 比热容J/(kg·℃) 密度（g/cm3） 电阻率（nΩ·m） ZL114A 557～613 152 963 2.685 43.4 表1-3 ZL114A的力学性能 合金代号 铸造方法 合金状态 力学性能不低于 σb（MPa） δ5（％） HBS（5/250/30） ZL114A SB T5 290 2 85 J、JB T5 310 3 90 1.2 框架零件的铸造工艺性 框架零件三维结构如图1-1所示，该零件大多部位为薄壁结构，内部有大量的空腔结构，表面有较多的孔洞，成型该零件需要较多的型芯，型芯结构较为复杂，同时下芯时型芯之间存在互相干扰，这就使得下芯困难，并且该零件的长和宽分别达到了1m和mm，这就对该零件的铸造方法的选择带来了一定的限制。所以本设计初步考虑采用组合芯的方法来解决下芯困难的问题，并且采用明冒口来保证铸件的补缩。总之根据以上分析，本设计的重点在于浇注系统和砂芯的设计，同时其他方面也应当有所考虑。 （a）框架三维结构