刹车盘铸造说明书.doc

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1、北华航天工业学院毕业论文摘要目前，国内汽车主要是轿车刹车盘的出口市场已经形成肯定规模，仅就铸件来说， 年产量出口量估量在 20万吨左右。由于刹车盘出口主要针对的是配件市场，外商定货品种繁杂，而每个品种生产，批量不大。另一方面，刹车盘铸件属薄壁小件，技术要求高，而国内生产出口刹车盘的企业，大多承受手工造型，粘土砂湿型，冲天炉熔炼铁液， 成分变化较大，给生产技术治理和铸件质量把握带来肯定难度，个别厂家铸件废品率居高不下，直接影响企业的经济效益和出口业务。本文主要对金属型覆砂铸造刹车盘的工艺及工艺装备进展设计。通过对零件图的具体分析，明确了各项技术指标。拟定铸造工艺方案，包括选择铸造和造型方法等。完

2、成砂芯设计、浇冒口设计和射砂工艺装备设计。绘制零件图、装配图、工艺流程图等。关键词： 金属型覆砂 砂芯模板 刹车盘北华航天工业学院毕业论文AbstractCurrently, domestic vehicles (mostly cars) Brake export market, market has formed a certain scale, just from the casting, the annual production (exports) is estimated at 20 million tons. As the brake disc main export market

3、 for the parts, foreign orders is complex variety and every variety of production is not volume. On the other hand, small pieces of brake disc casting is thin, technically demanding, while domestic production and export enterprises brake disc, mostly by hand modeling, Green Sand, cupola melting iron

4、, composition changed greatly, to the production technology casting quality control management and bring some degree of difficulty, the high rejection rate for individual manufacturers to cast a direct impact on economic efficiency of enterprises and export business. In this paper, the metal brake d

5、iscs with Sand Casting design process and technical equipment.Through detailed analysis of the parts diagram, defines the technical indicators. Developed casting process, including the choice of casting and modeling methods. Complete sand core design, casting riser design and the design Shooting tec

6、hnical equipment. Drawing parts and assembly drawings, process flow diagrams .Key words: Metallic SandSand coreTemplateBrake Disc北华航天工业学院毕业论文目录摘要 Abstract 第 1 章绪论11.1立项背景11.2刹车盘铸造要求及现状11.3本文设计内容1第 2 章金属型及芯砂的选择 12.1对设计任务的了解22.2金属型材料选择32.2.1 性能比较32.3铁型覆砂工艺32.4芯砂选择4第 3 章铸造工艺设计 63.1零件构造的铸造工艺性分析63.1.1 铸造

7、工艺性分析63.1.2 实际生产工艺63.1.3 拟定铸造工艺73.2铸造工艺参数93.3浇注系统设计103.3.1 浇注系统计算103.3.2 有用冒口设计11第 4 章工艺装备设计 124.1金属型模样的构造设计124.2模板和模板框设计124.3金属型砂箱134.4金属性预备15结论总结 16致谢 17参考文献 18附录 19北华航天工业学院毕业论文第 1 章绪 论近年来随着汽车工业的飞速进展，汽车需求量也在逐年提高。2022 年全球汽车产量已突破 7310 万辆，我国汽车产量排世界第三位，产量突破 850 万辆， 且每年仍以近 12%的速度增长。汽车工业已成为国民经济的支柱产业，汽车工

8、业的进展为汽车零部件特别是铸造企业的进展供给了巨大的进展空间。刹车盘作为汽车制动系中的主要磨损消耗件，市场需求量很大，每年需求量大约为 6 亿只。因此，从汽车刹车盘产品的铸造生产工艺及铸件质量的分析状况中可以看到刹车盘产品专业铸造的进展趋势。1.1 立项背景在这种需求下，刹车盘的铸造工艺发生了翻天覆地的转变。刹车盘铸件属薄壁小件 , 技术要求高 , 而国内生产出口刹车盘的企业 , 大多承受手工造型 , 粘土砂湿型 , 冲天炉熔炼铁液 , 成分变化较大 , 给生产技术治理和铸件质量把握带来肯定难度 ,个别厂家铸件废品率居高不下 , 直接影响企业的经济效益和出口业务，急需有的工艺取代。其中运用的铸

9、造方法金属型覆砂铸造，已在很多铸造领域承受，并得到宽阔厂家及工厂的认可。故此本毕业设计也承受金属型覆砂铸造刹车盘，以保证铸件质量及出品率。1.2 刹车盘铸造要求及现状一、生产技术状况 ：刹车盘种类繁多，特点是壁薄，盘片及中心处由砂芯形成。不同种类刹车盘，在盘径、盘片厚度及两片间隙尺寸上存在差异，盘毂的厚度和高度也各不一样。单层盘片的刹车盘构造比较简洁。铸件重量多为6-18kg。二、技术要求 ：铸件外轮廓全部加工，精加工后不得有任何缩松、气孔、砂眼等铸造缺陷。金相组织为中等片状型，石墨型，组织均匀，断面敏感性小特别是硬度差小。三、力学性能: b 250MPa , HB180240 , 相当于国际

10、 HT250 牌号。四、有些外商对铸件的化学成分也作要求，本毕业设计不作具体介绍。1.3 本文设计内容用金属型覆砂技术抑制上述局限性，解决当前所遇到的铸造问题，保证工艺出品率。即在金属型与铸件外形间覆薄砂层，形成砂型胶。优点是同时具备金属北华航天工业学院毕业论文型和砂型铸造的特点，金属型与熔体不直接接触，冷却速度和金相组织易于把握， 同时提高金属型寿命，铸件外形可较简单。铸件可保证致密无气孔、缩孔、缩松等缺陷，工艺出口率高。第 2 章 铸造内容分析2.1 对设计任务的整体了解名称:刹车盘材料：HT250类型：成批生产重量：约 3.5kg本铸件属于盘状薄壁件，盘面上的风道利于空气对流，到达散热的

11、目的。如以下图所示。承受金属型覆砂工艺，需考虑金属型材料及芯砂材料。北华航天工业学院毕业论文2.2 金属型材料选择依据以往金属型设计阅历，选择常用的 HT200 作为金属型材料，参数如下： 牌号：HT200标准：GB 9439-88特性：珠光体类型的灰铸铁。其强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性良好， 铸造性能较优，需进展人工时效处理，其原理是把铸件重加热到 530-620， 目的在于消退铸件内应力，削减变形、开裂的缺陷。化学成分：碳 C ：3.163.30北华航天工业学院毕业论文硅 Si：1.791.93 锰 Mn：0.891.04 硫 S ：0.0940.125 磷 P ：0.1200.17

12、0力学性能：抗拉强度 b (MPa)：200硬度 ：(RH=1 时)209HB试样尺寸：试棒直径：30mm 金相组织：片状石墨珠光体2.2.1 性能比较金属性铸造和砂型铸造灰铸铁件性能比较铸型种类b (MPa)HBS加工性一般石墨形态A 型砂型180200150180好D 型金属型2002501702202.3 铁型覆砂工艺覆膜砂：在造型、制芯前砂粒外表上已掩盖有一层固态树脂膜的型砂、芯砂称为覆膜砂。他是最早的一种热固性树脂砂，由德国克罗宁博士于 1944 年制造。其根本工艺过程是利用射芯在加热的铁型上填上一层覆膜砂，以形成周密的型腔来生产铸件。本毕业设计覆膜砂厚度为 5mm。成分配比说明原砂

13、100擦洗砂酚醛树脂1.03.0占原砂重乌洛托品水溶液 1:11015占树脂重北华航天工业学院毕业论文硬脂酸钙57占树脂重添加剂0.10.5占原砂重覆膜砂根本配比2.4 芯砂选择造型材料性能的根本要求：1、具有肯定强度，保证在合型、搬运和浇注过程中不变形、不损坏。2、良好的透气性。3、对铸件收缩的可退让性。4、肯定的耐火度和化学稳定性。树脂自硬砂是指原砂或再生砂以合成树脂为粘结剂，在相应的固化剂作用下，在室温下自行硬化成形的一类芯砂，其根本特点是：1） 型砂加热无需加热烘干，更节约资源，同时可以承受木质或塑料芯盒和模板。2） 铸件质量高，铸铁件的尺寸精度可达 CT8CT10。铸铁件的外表粗糙度

14、为 R =2550m，比粘土砂、水玻璃砂好。a3） 型砂简洁紧实，易溃散，好清理，旧砂简洁再生回用，因而大大减轻劳动强度，改善车间劳动环境，使单间小批量生产实现机械化。4） 树脂价格较高，同时要求使用优质原砂，因而型砂本钱比粘土砂水玻璃砂高。5） 混砂、造型、浇注时，有刺激性的气味，应留意劳动保护。北华航天工业学院毕业论文树脂自硬砂用原砂的技术指标%指标原砂粒度级别SiO2含泥量含水量微粉量酸耗值灼减石英砂3040/70900.20.10.20.5150.5树脂自硬砂配比工程比例构成砂子 100%占砂子的百分比占树脂的百分比型砂组分砂再生砂树脂固化剂参加量%10900.81.53050再生砂的

15、质量指标灼减量%酸耗值mLPH 值0.075 筛底盘%底盘%含水量%含氮量%2.02.051.00.20.20.16） 砂芯如以下图：北华航天工业学院毕业论文第 3 章 铸造工艺设计3.1 零件构造的铸造工艺性分析北华航天工业学院毕业论文刹车盘产品模拟图(1) 产品质量要求较高 ,不仅需要较高的精度 ,还要有足够的强度 、硬度 , 尤其是上 、下制动盘面不允许消灭任何铸造缺陷 ,更不允许使用焊补等方法进展修复 。(2) 产品外表积相对较大 ,且构造造成的铸造热节 ,简洁形成缩孔 、缩松缺陷。(3) 产品平面较大且较厚 ,在保证有足够的强度 、硬度等性能外 ,还要防止气孔 、缩松 、夹渣等铸造缺

16、陷的产生 。3.1.1 铸造工艺分析覆砂金属型铸造工艺是一种型的铸造方法, 它是在粗成形的金属型(铁型) 内腔上覆上一层 5 8mm 的覆砂层而形成铸型的一种先进铸造工艺。 该工艺抑制了金属型铸造无退让性的缺点, 使冷却条件得到很好的改善; 该工艺不仅提高了铸件的成品率和工艺出品率, 对铸件的外表质量和力学性能也有了很大的北华航天工业学院毕业论文提高。铸件凝固过程是一个格外简单的过程, 根本上可视为一个不稳定的导热过程, 它同铁液成份、 浇注温度、 浇注速度及浇注系统、 金属型壁厚、 覆砂层厚度等有着很大的关系。经过大量的试验, 依据铸件不同的壁厚、 不同的铁液成份, 摸索出一整套合理的金属型

17、壁厚和覆砂层厚度的阅历数据及计算公式, 在实际生产中发挥了重要作用。由于计算机技术的飞跃进展, 一些数值模拟软件的应用 ( 如 ANSYS 软件) , 为覆砂金属型工艺在铸造其它零件获得成功供给了牢靠的保障。依据铸件温度场模拟可以得出铸件的凝固挨次, 就可以制定合理的浇注工艺和设计合理的浇注系统。首先对铁水浇入铁型覆砂铸型以后，铸件覆砂层铁型不稳定热交换状况分析如以下图 1。3.1.2 实际生产工艺大批量生产中的铁型覆砂铸造，其覆砂造型方法如图 3 所示。覆砂造型是铁型反面的一组射砂孔，经铁型和模样合模后形成的间隙缝隙宽度等于覆砂层厚度射入流淌性较好的型砂，再经固化，起模后即形成铁型覆砂的铸型

18、即覆砂北华航天工业学院毕业论文铁型。一般铁型覆砂铸造的生产流程如图 4 所示。图 3 机械造型3.1.3 拟定铸造工艺从铸件凝固技术的角度看，水平造型生产盘类铸件较垂直造型更易获得致密无缺陷的优质铸件。刹车盘是一种径向尺寸大于纵向高度的均匀盘类铸件，承受水平造型分型面处于水平方向，分型面设置在刹车面处，即产品的径向处于水平位置，而铸件其他部位大局部处在下型腔，在此处设置浇注系统向型腔填充铁液， 浇注完成后，铸件上部铁液温度高于下部温度，符合铸件凝固从下到上，从外到中心的凝固挨次，浇注系统能够形成对铸件最终凝固部位液体收缩的补给，有利于消退铸件的缩松缺陷，提高了铸件的致密度。同时，承受水平造型，

19、顺应了刹车盘这种铸件径向尺寸大，纵向高度小的特点，在同样浇注温度下，易使铁液中的气体夹杂物和由浇注系统卷入型腔的气体渣子，在铸件凝固前向上漂移到铸件的顶部，通过设计铸件顶部稍大的加工余量加工掉，削减废品的产生。故本设计北华航天工业学院毕业论文承受水平分型如以下图：3.2 铸造工艺参数铸造工艺参数包括以下几点：1. 查表可知，尺寸公差为 CT10，铸件机械加工余量为 5.0mm242. 最小铸出孔直径 1530mm表 253. 起模斜度：外外表 1.5%，内外表 8%4. 铸造圆角 R5mm5. 铸造收缩率 1.0%6. 最小铸出槽尺寸 b=20mm，t=10mm3.3 浇注系统设计本毕业设计承

20、受顶注式浇注系统，有利于薄壁铸件的充型。北华航天工业学院毕业论文3.3.1 浇注系统计算选择封闭式浇注系统，设 A1、A2、A3 为直浇道、横浇道、内浇道总截面积，系统组元截面比为：A1：A2：A3=1.15:1.1:1查表得：G=mg=209.8=196N=0.6S =1.851t=26s查表得承受顶部注入H =H ，P=0 则 H =100mmpop综上所得：F=8cm2阻F =8.4cm2直查表得内浇道总断面积 1.6cm2北华航天工业学院毕业论文直浇口棒 D=35mm内浇道 A=14mm、B=12mm、C=6mm3.3.2 有用冒口设计铸件在凝固后期有“奥氏体+石墨”的共晶转变，析出石

21、墨并发生体积膨胀， 从而可局部或全部地抵消凝固前期所发生的体积收缩，即具备有“自补缩的能 力”。因此，在铸型刚性足够大时，渐渐可以不设冒口或承受较小的冒口进展补缩。求铸件模数Mc=D=10mm、c=6mm、b=53mm，求得 M =0.44cmc由于此灰铸铁件模数小于 0.75cm，适宜承受浇注系统当冒口。故不单设冒口。北华航天工业学院毕业论文第 4 章工艺装备设计4.1 金属模样的构造设计模样的设计原则是在满足铸造工艺、保证铸件质量的前提下，是摸样的构造便于加工制造。模样在模底板上的装配偏差：单面模样0.7mm，内浇道模尺寸偏差，有箱造型为0.3mm，其余局部为0.7mm。4.2 模板和模板

22、框设计由于在射砂过程中，需要肯定温度，故模板上要设置管状加热元件。承受水平分型的单面快换模板。为了简化工艺，承受直接定位法即模板直接与砂箱定位。如以下图所示,分别为上加热模板和下加热模板，定位承受双头螺钉。北华航天工业学院毕业论文4.3 金属型砂箱由于铸件壁厚小于 10mm，灰铸铁件金属型壁厚为 2025mm。型腔外表至金属型边缘距离不小于 20mm。定位销孔至铸件边缘距离不小于 10mm。直浇道至铸件间距离 1025mm。吃砂量的最小值为 35mm。所设计砂箱尺寸为 600600100mm。北华航天工业学院毕业论文上金属型下金属型北华航天工业学院毕业论文4.4 金属型的预备1、金属型的清理2

23、、金属型的预热金属型在射砂前需先预热，预热温度为 300，射砂完后还需进一步预热， 其目的是：1） 避开金属液冷却速度太快，造成铸件产生气孔、缩松等缺陷。2） 防止铸件外表产生白口。3） 保护金属型，避开急冷、急热而引起金属型猛烈收缩膨胀，延长其寿命。4） 削减铸件包紧力，有利于脱型。5） 确保操作者安全。北华航天工业学院毕业论文结论总结通过本设计，是我对所学学问有了进一步了解，以上内容对当今刹车盘铸造的工艺有肯定的表达，也使金属型覆砂工艺在刹车盘铸造方面有了进一步的应用。该方法解决了金属型铸造冷却快、金相组织难以把握和金属型寿命短等常见问题，降低了生产本钱，提高了工艺出品率。对于铸件消灭的气

24、孔、缩松等缺陷可以通过此工艺去解决。但由于金属型覆砂工艺设计和实际生产较为简单，故需要慎重进展。工艺的应用会产生这样或那样的问题，所以需要在生产中去完善和进展。北华航天工业学院毕业论文致 谢当完毕这篇论文写作的时候，我的大学生活也已进入了倒计时。四年来，我见证了华航的飞速以展，而进展中的华航也赐予了我以丰富的学问，赐予我无穷的欢快，扶我走过了一段难忘的人生路。在这里有诸多让我敬重的教师，他们的学识和为人是我永久的典范。能够顺当完成此篇论文得益于他们殷切的教导和无私的帮助，因此，我要对他们致以深深的谢意。首先，我要感谢我的指导教师张巨成教师。从论文的选题、拟定提纲、任务内容的修改直至最出图的过程

25、中，张教师不厌其烦地为我修改工艺，供给贵重的参考意见，给我很大启发。大学里，能在金属材料专业学习生活，是我最大荣幸。感谢金属材料教研室的教师们在大学四年给我的教育，以及给我学习生活的无私关心与指导。感谢急躁教给我专业学问的教师们，正是在你们的指引下，才使我对金属材料的学问有了的领悟和体会。我还要感谢我的室友和同学，感谢他们赐予的帮助，感谢他们无私的关心， 感谢他们四年来风雨同舟的情意。最终，我要感谢我的家人和朋友，他们悄悄的支持是我永不枯竭的精神源泉和永久的心灵港湾。感谢全部曾经赐予我关心和帮助的人，愿他(她)们永久平安幸福！北华航天工业学院毕业论文参考文献1 铸造手册. 第 1 卷，铸铁/中

26、国机械工程学会铸造分会编. 2 版. 北京: 机械工业出版社，2022.12 材料成型工艺/周述积等主编.北京：机械工业出版社，2022.73 机械制图/马兰主编.北京：机械工业出版社，2022.54 铸造有用数据速查手册/刘瑞玲，范金辉主编.北京：机械工业出版社， 2022.85 铸造手册. 第 5 卷，铸造工艺/中国机械工程学会铸造分会编. 2 版. 北京:机械工业出版社，2022.16 铸造手册. 第 6 卷，特种铸造/中国机械工程学会铸造分会编. 2 版. 北京:机械工业出版社，2022.27 丁根宝主编.铸造工艺学下册.北京:机械工业出版社，19898 砂型铸造工艺及工装设计联合编写

27、组 .砂型铸造工艺及工装设计 .北京出版社,19809 王海庆.孙玉璞.戈春刚 碳纤维刹车片 1996(02)10 林荣会 重型汽车无石棉半金属刹车片的争辩 1997(02)11 王涛.朱文坚 摩擦制动器 199212 张永振.沈百令 蠕墨铸铁的干摩擦 199513 Cueva G.Sinatora A.Guesser W L Wear resi stance of cast irons used in brake disc rotors 202214 朱育权.马保吉.杜亚勤 制动盘鼓争辩现状与进展趋势 J - 机械科学争辩院 2022(1)15 沈保罗 铸造铝基复合材料在汽车工业中的应用 J

28、 - 机械科学争辩院1996(6)16 Hammond D E Castable composites target new applications 1990 17Yan CUT.Lin GANG A New advance in the development of high performance SiCp/Al composite 199718 吴树森 日本金属基复合材料的争辩与应用 J - 机械科学争辩院2022(2)19 张敬芝,廖丕博 中国铸造装备与技术 J 20220420 袁森.王武孝 汽车刹车盘铸件生产工艺、缺陷分析与对策 J 西安理工大学材料学院21 赵伟阁. 模具设计.

29、 西安: 电子科技大学出版社, 2022.822 刘靖岩. 模具设计与制造. 北京: 中国轻工业出版社, 2022.9北华航天工业学院毕业论文23 邓明. 有用模具设计简明手册. 北京:机械工业出版社, 2022.1附 录附录 1气孔的形成：刹车盘铸件盘片砂芯在高温下产生的气体 , 正常状态下应通过芯砂间隙向外或向内水平流淌排出。盘片砂芯减薄 , 气路变得窄狭 , 流淌阻力增大。一种状况是 , 当铁液很快漂浮盘片砂芯后 , 突发大量气体;或高温铁液与某处的高含水砂团 (混砂不均) 接触 ,引起气爆 , 发生呛火 , 形成呛气孔; 另一种状况是 ,所形成的高压气体侵入铁液 , 上浮逸出 , 在铸

30、型不能准时将其排出的状况下 , 气体在铁液和上型下外表之间铺展成气体层 , 侵占了盘片上外表的局部空间 , 假设此时铁液正在凝固 , 或者粘度很大 , 失去流淌性 ,不能将气体所占空间重充填 , 就会留下外表气孔。一般状况下 , 型芯所产生的气体 , 不能准时通过铁液上浮逸出 , 则滞留在盘片上外表处 , 有时呈单个气孔暴露在外 , 有时在喷丸清理掉氧化皮之后暴露出来 ,有时在机械加工后才能觉察 , 这将会造成加工工时的铺张。几种气孔的形态及位置见图 2。防止气孔的措施：北华航天工业学院毕业论文(1) 适当提高铁液的浇注温度 (特别是大盘薄芯铸件) , 延长凝固时间 ,出铁温度一般以 1480

31、1500 为宜 , 经孕育处理后倒入小包马上浇注。(2) 适当提高浇注速度 (大流量快浇) , 削减充型过程中的热量损失。在盘芯较薄的状况下 , 浇注速度加快 , 铁液很快漂浮盘芯 , 形成压力 , 有抑制气体进入铁液的作用。建议承受大孔出流计算公式设计或校核浇注系统截面积 , 以便保证充填速度。(3) 缩短铁液流程 , 削减沿程热量损失。附录 2缩松的形成：缩松缺陷在有些刹车盘生产厂家表现得比较严峻。比照不同厂家的不同生产条件觉察 , 配料中废钢参加量大 , 铸件化学成分中的 C、Si 含量偏低 , 力学性能把握得过高 (个别状况下b 达 350MPa 以上)则缩松缺陷在总废品率中所占的比例

32、较高 , 组织致密度的把握难度较大。刹车盘铸件为薄壁小件 , 冷却速度快 , 相对来讲 , 铁液凝固时过冷度大 , 石墨形核和长大受限 , 再加上收缩速度也大 , 收缩集中 , 凝固后期的石墨化膨胀自补缩利用率低 , 发生缩松缺陷的可能性增大。假设刹车盘盘毂和盘片的壁较厚 , 凝固和收缩速度相对较小 , 石墨化膨胀相对提前 , 有利于自补缩 , 则会大大减小缩松消灭的几率。如图 1 所示 , 铁液通过 A 处充填型腔 ,A 处的型砂被加热 , 温度较高 , 凝固滞后。当 B、C、D 处凝固收缩时 , 会从 A 处或通过 A 处从浇注系统中抽吸铁液补缩。假设内浇道凝固截断 , 则会在 A 处消灭

33、缩松缺陷。分析认为 , 缩松多发生在盘片浇注位置下外表内浇道一侧 , 在半径方向上距盘毂较近 , 此处受铁液流通效应影响 , 温度较高 , 凝固滞后 , 形成人为热节 ,易消灭缩松。盘毂 (B、C 处) 越高 , 补缩需求量就越大 , 从 A 处或通过 A 处抽吸的铁液量也越多; 盘片半径越大 , 壁厚越薄 , 补缩流淌通道越长 , 越易凝固截死; 在无冒口的状况下 , 假设直浇道补缩压力不够 , 或内浇道过早凝固 , 都有可能加剧缩松的形成。北华航天工业学院毕业论文防止缩松的措施：对于薄壁小件 , 可适当提高 C、Si 含量 , 增加石墨析出量 , 充分利用自补缩。也可承受二次孕育措施 , 即在小包内参加 011%012%的 75SiFe 孕育剂进展瞬时孕育 , 提高孕育效果 , 促进石墨形核长大孕育剂粒度以 25mm 为宜 , 加在包底 , 冲入铁液。铸造过程中的诸多缺陷不一一介绍，以上只是对常见问题的分析。