目录

1 绪论..............................................................................................................................................................1
2 结构分析......................................................................................................................................................2
2.1立柱的结构分析和功用....................................................................................................................2
2.1.1立柱的功用..............................................................................................................................2
2.1.2 立柱的结构分析....................................................................................................................2
2.2审图及校核........................................................................................................................................2
3 工艺方案分析..............................................................................................................................................3
3.1 铸造工艺方案中浇注位置和分型面的确定原则..........................................................................3
3.1.1 浇注位置的确定原则............................................................................................................3
3.1.2 分型面的确定原则................................................................................................................3
3.2 工艺方案的分析和确定..................................................................................................................4
3.2.1 方案一：以立柱导轨背面为分模面（树脂砂造型）........................................................4
3.2.2 方案二：以立柱导轨的中心对称线为分模面（树脂砂造型）........................................4
4 工艺参数......................................................................................................................................................5
4.1铸件最小铸出壁厚............................................................................................................................5
4.2 机械加工余量..................................................................................................................................5
4.3 最小铸出孔和槽..............................................................................................................................7
4.4 不铸出面..........................................................................................................................................7
4.5铸造收缩率........................................................................................................................................7
4.6 冷铁放置计算..................................................................................................................................8
4.7 分型负数的选择..............................................................................................................................9
4.8 拔模斜度..........................................................................................................................................9
4.9铸件在砂箱内冷却时间....................................................................................................................9
5 砂芯及砂型设计........................................................................................................................................11
5.1 砂芯设计........................................................................................................................................11
5.1.1 芯头设计..............................................................................................................................11
5.1.2 排气设计..............................................................................................................................11
5.1.3 分芯原则..............................................................................................................................11
5.1.4 分芯方案..............................................................................................................................12
5.2 外模设计........................................................................................................................................12
6 浇冒口系统设计........................................................................................................................................13
6.1 浇注系统的概述和作用................................................................................................................13
6.2 浇注系统的组成及其各自作用....................................................................................................13
6.3浇注系统的设计..............................................................................................................................14
6.4出气孔设计......................................................................................................................................17
6.4.1出气孔的作用及设置原则....................................................................................................17
6.4.2出气孔的分类及尺寸............................................................................................................18

7 砂箱的设计................................................................................................................................................19 7.1 砂箱尺寸的确定............................................................................................................................19 参考文献 致谢 附录

1绪论

1 绪论

铸造业发展简介

铸造是一种古老的制造方法，在我国可以追溯到6000年前。随着工业技术的发展，铸大型铸件 的质量直接影响着产品的质量，因此，铸造在机械制造业中占有重要的地位。铸造技术的发展也很 迅速，特别是19世纪末和20世纪上半叶，出现了很多的新的铸造方法，如低压铸造、陶瓷铸造、连 续铸造等，在20世纪下半叶得到完善和实用化^[2] 。

由于现今对铸造质量、铸造精度、铸造成本和铸造自动化等要求的提高，铸造技术向着精密 化、大型化、高质量、自动化和清洁化的方向发展，例如我国这几年在精密铸造技术、连续铸造技 术、特种铸造技术、铸造自动化和铸造成型模拟技术等方面发展迅速。

中国铸造工艺装备同先进国家相比还有一定差距。20世纪90年代以前，铸造模具的设计使用计 算机的很少，制造也主要以普通万能设备为主^[1] 。进入90年代，巨大的市场需求，特别是汽车、摩 托车业的快速发展，极大地推进了中国铸造模具业的发展。同时随着合资和独资企业的介入，国外 先进的模具设备和制造技术的引进，促使国产铸造模具设计和制造技术水平逐步提高，一些企业已 经具备设计和制造大型精密模具的能力。

设计目的及意义

根据XK713型机床立柱设计图纸编制生产其铸件的铸造工艺图，设计说明书，并绘制外模图。 通过本次设计培养学生接受实际任务后，综合运用所学知识，积极查找有关资料和各类手册， 寻找解决问题突破口和确定解决问题方法的能力。同时在解决问题过程中培养进一步学习新知识的 能力，培养独立思考，独立工作，分析和解决实际问题的能力。通过提供零件铸造工艺图和设计说 明书，提高归纳总结，机械制图等综合能力。

设计原理及条件

金属铸件包括铸铁件（灰铸铁件、球墨铸铁件、可锻铸铁件）、铸钢件（碳钢铸件、合金刚铸 件、高锰钢铸件）和非铁合金铸件（铝合金铸件、镁合金铸件铜合金铸件）^[4] 。

机床立柱铸件为灰铸铁件，本设计详细介绍了该铸件的铸造工艺过程、包括分型面选择、砂芯 设计、浇注系统设计、出气孔设计和砂箱尺寸设计。

机械工程学院

1

青海大学本科毕业设计：机床铸件工艺设计——立柱铸件铸造工艺设计

2 结构分析

2.1立柱的结构分析和功用

2.1.1立柱的功用

立柱是用地角螺栓固定于地基上，溜板箱沿着立柱的导轨上下移动，从而对固定在工作台上 的工件进行加工^[3] 。

2.1.2 立柱的结构分析

立柱的两条导轨在立柱的两侧，它是立柱的工作部位，属于重要部分，溜板箱在其上做上下 运动。其要求的加工精度较高，所以立柱的导轨所在的平面为重要平面。因此，设计时应首先考虑 重要平面的位置，应尽量放在下箱或侧面。

2.2审图及校核

（1）主视图中两侧导轨内侧上部带螺纹孔凸台处两侧实线去掉，下部带螺纹孔凸台处两侧实 线去掉。相应的剖面C—C视图，俯视图中凸台处各删掉一条边，理由是凸台两侧易出现薄的夹砂， 在浇注过程中易烧结、装配时易掉砂。

• （2）剖面B—B视图中，立柱两侧下部筋板应为直筋板，将拐角去掉，否则不能撤料。

• （3）剖面C—C视图中导轨处不应标75°，因为视图和剖面D—D视图中已在相应的位置标识了

• 15°。

• （4）立柱中部四个透门与内部筋板在俯视图中应分隔开，并未连在一起，且内部筋板为长条

• 状，中间未断开，应连在一起。

• （5）从右视图可知剖面D—D并未剖到立柱四周的纵向筋板，故立柱两侧纵向筋板在剖面D—D视

• 图中不应打剖面线。

  • （6）从主视图上看立柱底座前部两侧为毛坯面，不加工，故P向视图中相应位置应无加工符

号。

机械工程学院

2

3工艺方案分析

3 工艺方案分析

3.1 铸造工艺方案中浇注位置和分型面的确定原则

3.1.1 浇注位置的确定原则

• a) 浇注时主要加工表面，主要工作面和受力面应尽量放在底部和侧面，以防止产生砂眼，气 孔，夹渣等缺陷。

• b) 对于凝固体收缩较大的铸件合金，应满足顺序凝固的原则，铸件厚实部分应尽可能置于上 方，利于冒口补缩。

• c) 应有利于砂芯的定位，固定和排气，尽量避免摽芯和悬臂砂芯。

• d) 大平面应置于下部或倾斜位置，以防夹砂等缺陷，有时为了方便造型，可采用“横做立 浇”“平做立浇”的方法。

• e) 铸件的薄壁部分应置于铸件的底部或侧面，以防浇不到冷隔等缺陷。

• f) 在大批量生产中，应使铸件的飞翅，毛刺最少与易于清除。

• g) 要避免厚实铸件冒口下面的受力面产生偏析。

• h) 尽量使冒口置于加工面上，以减少铸件清理工作量。

3.1.2 分型面的确定原则

• 分型面是指上半铸型和下半铸型的分界面，它往往也是模样的分模面。在确定铸件分型面的同

• 时，实际上也确定了铸件在砂箱中的位置（即浇注位置），因此，分型面的选择对铸件的质量和整

个生产过程影响很大，是铸造工艺是否合理的关键问题之一。确定分型面的原则有如下几条：

• a) 尽量将铸件的全部或大部分放在同一箱内，以减少错型和不便验型造成的尺寸偏差；

• b) 尽量将加工定位面和主要加工面放在同一箱内。以减少加工定位的尺寸。

• c) 尽量减少分型面数量，在机器造型中一般采用一个分型面。

• d) 在机器造型中应尽量不使用活块，必要时用砂芯取代模样打活动料。

• e) 尽量减少砂芯数量。

• f) 尽量使分型面是平面，必要时也可不做成平面。

• g) 为了方便起模，分型面应在铸件的最大截面处，对于较高的铸件应尽量使铸件在一箱内不 宜过高。

• h) 在大量生产时，分型面的选择应有利于铸件的整理。

• i) 选择分型面应考虑到造型的不同。高压造型与射压造型相比砂型紧实度较高。狭小吊砂处 易损坏，故在高压造型中应避免狭小吊砂。

机械工程学院

3

青海大学本科毕业设计：机床铸件工艺设计——立柱铸件铸造工艺设计

该铸件的导轨面为重要表面，根据以上原则应放于砂箱底面或者侧面。采用本方案应将导轨面 放在侧面，分型面选择中位面处，这样选择的优点是不需出立柱地脚螺栓处斜筋板的芯子，节省芯 盒，缺点是浇注系统不加考虑的话会造成导轨温度不均，为避免这种情况的发生需对两导轨同时浇 注。浇注和分型面的具体位置见铸造工艺图。

3.2 工艺方案的分析和确定

3.2.1 方案一：以立柱导轨背面为分模面（树脂砂造型）

该铸件的导轨面为重要面应放在下箱或侧面，采用方案一将铸件放在一个砂箱内，从而保证导轨 的质量。这样可以减少错箱和加工定位尺寸，但是地脚筋板处起模困难需要从工艺上出芯子加以处 理。

3.2.2 方案二：以立柱导轨的中心对称线为分模面（树脂砂造型）

该铸件的导轨面为重要表面，应放在下箱或侧面，采用方案二应将其放在沙箱侧面。可以保证 导轨的质量，同时避免立柱地脚筋板处出芯子，由外模直接带出。靠型内定位及模型制做准确度来 减少错箱的倾向。需在浇注系统加以考虑，否则会造成上下导轨在浇注过程中温度不同从而导致硬 度不同。本设计采用方案二。

机械工程学院

4

4工艺参数

4 工艺参数

4.1铸件最小铸出壁厚

合金液的流动性，铸件的轮廓尺寸和铸造方法，决定了合金液的充型能力。为了避免铸件浇不 足和冷隔等缺陷，应要求铸件壁厚不小于最小壁厚。对于砂型铸造各类铸造合金铸件的最小壁厚可 参考表1。铸件的内壁厚度应小于外壁厚度。

表1 砂型铸件最小壁厚 （单位：mm）

铸件材质

铸件轮廓尺寸	铸钢	灰铸铁	球墨铸铁	可锻铸铁	铝合金	镁合金	铜合金
200 200	8	6	6	5	3	——	3～5
>200 200～	10～12	6～10	12	8	4	3	6～8
500 500
>500 500	15～20	15～20	——	——	6	——	——

根据表1以及所给已知条件：最大外形尺寸为1130×410×525mm，且材质为HT250，由工艺图知铸件 最小壁厚为15mm，所以符合上表中砂型铸件最小壁厚为15mm～20mm的要求。

4.2 机械加工余量

GB/T6414—1999《铸件尺寸公差与机械加工余量》中规定，机械加工余量值应根据最终机械加 工后成品零件的最大轮廓尺寸和相应的尺寸范围选取^[1] 。

铸件的某一部位在铸态下的最大尺寸应不超过成品尺寸和要求的加工余量及铸件总公差之和。 当有斜坡时，斜度值应另加考虑。

机械加工余量值由精到粗分为A，B，C，D，E，F，G，H，J和K共10个等级（见表2）。推荐用 于各种铸造方法和铸造合金铸件的RMA等级列表3中，它仅供参考。

要求的机械加工余量应按下列方式标注在铸件图或技术文件中：

a）用公差和要求的机械加工余量代号统一标注，例如：对于轮廓最大尺寸在2500-4000mm范 围内的铸件，要求的机械加工余量等级为G，要求的机械加工余量为7mm，（同时铸件的一般公差 为GB/T6414-CT12），标注为：GB/T6414-CT12-RMA7（G）

b）采用非标准加工余量时，应在铸件图样上所需部位直接标出。检验与评定时，当铸件实际 测量尺寸位于铸件基本尺寸所要求的公差带范围内时，应认为铸件的加工余量合格。

机械工程学院

5

青海大学本科毕业设计：机床铸件工艺设计——立柱铸件铸造工艺设计

表2要求的机械加工余量（RMA）（GB/T6414—1999）

最大尺寸				要求	的机械加	工余量	等级
	A	B	C	D	E	F	G	H	J	K
40	0.1	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.5	0.7	1	1.4
>40～63	0.1	0.2	0.3	0.3	0.4	0.5	0.7	1	1.4	2
>63～100	0.2	0.3	0.4	0.5	0.7	1	1.4	2	2.8	4
>100～160	0.3	0.4	0.5	0.8	1.1	1.5	2.2	3	4	6
>160～250	0.3	0.5	0.7	1	1.4	2	2.8	4	5.5	8
>250～400	0.4	0.7	0.9	1.3	1.4	2.5	3.5	5	7	10
>400～630	0.5	0.8	1.1	1.5	2.2	3	4	6	9	12
>630～1000	0.6	0.9	1.2	1.8	2.5	3.5	5	7	10	14
>1000～1600	0.7	1	1.4	2	2.8	4	5.5	8	11	16
>1600～2500	0.8	1.1	1.6	2.2	3.2	4.5	6	9	14	18
>2500～4000	0.9	1.3	1.8	2.5	3.5	5	7	10	15	20
>4000～6300	1	1.4	2	2.8	4	5.5	8	11	16	20
>6300～10000	1.1	1.5	2.2	3	4.5	6	9	12	17	24

表3 毛坯铸件典型的机械加工余量等级

要求的机械加工余量等级

方法

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
砂型铸造手工造型	G～K	F～H	F～H	F～H	F～H	F～H
砂型铸造机器造型和壳型	E～H	E～G	E～G	E～G	E～G	E～G
金属型（重力和低压铸造）	——	D～F	D～F	D～F	D～F	D～F
压力铸造	——	——	——	——	B～D	B～D
熔模铸造	E	E	E	——	E	E

该铸型为手工造型，材料为HT250，加工余量等级为F～H，工件尺寸为1130×410×525mm，其

机械工程学院

6

4工艺参数

中最大尺寸为1130mm，由表2^[2] 查得在1000～1600范围加工余量范围为4～8mm。又结合实际，导 轨面为重要面加工余量取7mm，铸件侧面凸台加工余量取3mm,放在上箱的导轨侧面为加工面，考 虑到浮渣，所以加工余量应取9mm。具体见工艺图。

4.3 最小铸出孔和槽

机械零件上往往有许多孔、槽和台阶，一般来说，应尽可能在铸造时铸出^[1] 。这样既可以节约 金属，减少机械加工的工作量，降低成本，又可使铸件壁厚比较均匀，减少形成缩孔，缩松等铸件 缺陷的倾向。但是，当铸件上的孔、槽的尺寸太小，而铸件的壁厚又较厚和金属压力头较高时，反 而会使铸件产生粘砂，造成清铲和机械加工困难；有的孔、槽，为了把它们铸出，必须采用复杂而 且难度较大的工艺措施，而实现这些措施还不如用机械加工的方法制出更为方便和经济；有时由于 孔距要求很精确，铸出的孔如有偏心，就很难保证加工精度。因此，在确定零件上的孔和槽是否铸 出时，必须既考虑到铸出这些孔或槽的可能性，又要考虑到铸出这些孔或槽的必要性和经济性。

表4 铸铁件和非铁合金铸件最小铸孔尺寸

（单位：mm）

铸件材质	壁厚	最小孔径
	8～10	6～10
铸铁	20～25	10～15
	40～50	15～30
	50～100	35～50
铝合金、镁合金	——	20
铜合金	——	25

因该工件材料为HT250，基本壁厚为15mm，导轨处壁厚为44mm，所以选取壁厚处在40～ 50mm之间，由表4可得，最小铸出孔直径选15mm。本设计中螺纹孔，地脚螺钉孔等都为不铸出 孔，在铸造工艺图上已用红线标出。

4.4 不铸出面

如立柱底座处的小凹槽。

4.5铸造收缩率

铸件在凝固和冷却过程中，体积一般要收缩。金属在液态和凝固过程中的收缩量以体积的改变

机械工程学院

7

青海大学本科毕业设计：机床铸件工艺设计——立柱铸件铸造工艺设计

量表示，成为体收缩。在固态下的收缩量常以长度表示，称为线收缩。由于铸件的固态收缩（线收 缩）将使铸件各部分尺寸小于模样原来的尺寸，因此为了使铸件冷却后的尺寸与铸件图示一致，则 需要在模样或芯盒上加上其收缩的尺寸。加大的这部分尺寸称为铸件的收缩量，一般用铸件收缩率 表示，可用下式求出：

在制造模样时，为了方便起见，常用特别的“收缩尺”或“铸模尺”。收缩尺的刻度比普通刻度 长，其加长的尺寸称为收缩量。根据实际需要，可做成0.8%，1%，1.5%，2.0%……等各种比例的收 缩尺，以供选用。

表5 几种合金的铸造收缩率

			铸件收缩率	%
	合金种类
		自由收缩		受阻收缩
灰铸铁	中小型铸件	1.0		0.9
	中大型铸件	0.9		0.8
筒形铸件	特大型铸件 长度方向	0.8		0.7
	直径方向	0.9		0.8
		0.7		0.5
孕育铸铁	HT 25～47	1.0		0.8
	HT 30～54	1.0		0.8
	HT 35～61	1.5		1.0
白口铁		1.75		1.5

由于铸件材料为HT250，最大外形轮廓尺寸为1140×422×525mm，铸件为中型铸件，且为自由 收缩，根据表5和生产经验。收缩率应该确定为1% 。

4.6 冷铁放置计算

为了保证厚大部位重要表面的质量，防止产生缩孔等缺陷，提高导轨硬度，需在导轨处放置外 冷铁激冷^[5] 。

机械工程学院

8