支架的铸造工艺设计与生产
赵俊岩
（焦作神华重型机械制造有限公司，河南焦作454000）
摘要：根据某支架的结构特点，进行了铸造工艺性分析和工艺设计，选用合适的分型面和浇注位置，设计出中注式浇注系统。设计的铸造工艺生产的支架铸件砂眼、缩孔缩松、夹渣等缺陷少，造型生产便利，铸件质量满足客户质量要求。 关键词：支架；铸造工艺；设计；中注式浇注系统；生产
Casting Process Design and Production of Bracket
ZHAO Junyan
（Jiaozuo Shenhua Heavy Machinery Manufacturing Co. Ltd., Jiaozuo 454000, Henan, China) Abstract：The casting process analysis and design were carried out according to structure characteristics of bracket, then proper parting surface and pouring position were selected, and middle-pouring gating system was designed, making sand model of the casting process is convenient. The defects of bracket produced by using the project such as sand holes, shrinkage, slag is low, production operation of sand mould is convenient，and casting quality can meet quality requirements for customer. Keywords: Bracket；casting process；design；middle-pouring gating system；production
支架类零件广泛应用在汽车、拖拉机、工程机械、轮船、气轮机、人体心脏等中的一个重要零部件[1-12]，主要起支撑作用，根据不同使用要求，支架的材质有铸铁、铸钢、铝合金和镁合金等，采用的铸造方式有砂型铸造、熔模铸造、压铸等工艺，由于支架为承载零件，对铸件材质性能要求较高，且不允许有缩孔缩松、气孔、砂眼、夹渣和裂纹等铸造缺陷。本文通过对某支架零件特点进行了工艺分析和铸造工艺设计，设计出的工艺方案经批量生产验证可以满足生产和客户要求。
1 铸件简介
图1为支架铸件三维实体图，其轮廓尺寸为(mm):188×155×126, 铸件结构为平板（A及凸起B）加圆筒C, 圆筒C中间有Φ23mm的直通孔，可以采用铸造方法铸出，圆筒C垂直方向增设加强筋板D和E,最小壁厚15mm，最大壁厚17mm，铸件重量约4.1kg, 材质为HT200，铸件表面不允许有冷隔浇不足、裂纹、砂眼、气孔、渣眼和缩孔等铸造缺陷。
收稿日期：2018-4-26
作者简介：赵俊岩（1978－），男，工程师，学士，主要从事铸造工艺与先进制造技术等方面的研究。联系电话：13803912304, E-mail：
C
D
E A
B
图1 皮带轮三维图 Fig.1 Sketch of bracket
2 铸造工艺分析及设计 2.1 铸造工艺分析及方案
如图1所示，虽然支架铸件壁厚比较均匀，但形状较复杂，台阶面多，给分型面选取造成困难。由于从圆筒轴线中间分型工艺上很复杂、不可取，故选择大平板A为分型面、圆筒C放在下型的工艺方法，中间注入式浇注系统；每个铸件需要3个砂芯：圆筒C中间孔、D处与分型面处结构及B处到分型面凹陷结构分别采用砂芯铸出（详见下面造型、下芯部分）。 2.2 浇注系统截面积
浇注系统阻流截面积可按下面公式进行计算 [7]：
F阻=G0.31?tHP （1）
式中F阻为浇注系统阻流截面积（cm2），G为每型的金属液浇注总重量（kg），由于铸件材质为灰铸铁，工艺出品率按80%计算，G为15.375kg；?为流量损耗系数，本文为湿型砂取0.42；t为每型的浇注时间（s），Hp为平均静压力高度（cm）。
浇注时间t按下式计算：
t=SG （2）
支架铸件的最小壁厚15mm，S取2.2，计算得到t=8.6s，取9s。 采用中间注入式，Hp可321按下式计算：
CHP?H0? （3）
8本文H0为20cm，C为15.5cm，计算得到Hp=20?15.5/8=18.1cm。
将G、?、t、Hp的值代入公式（1）得到F阻为3.1 cm2，选用半开放半封闭式浇注系统，阻流截面为内浇口，由于型内横浇口处下有纤维过滤网，故最后确定的浇注系统各截面积比计算结果大些，分别为直浇口706.5 mm2、横浇口780 mm2和内浇口600 mm2。 2.3 造型、下芯及合箱
造型设备为148CW微震压实式造型机，粘土砂湿型铸造，砂箱尺寸为Φ700×200/200mm；混砂设备为S1114碾轮式混砂机，混砂过程中注意混砂机运行是否正常、保证混砂质量；图2为上下模板，一箱布置3件，图3为造好的上下砂型；在下型中下芯、在横浇道上放纤维过滤网（图3b），每个铸件有3个砂芯（图
3c），在上砂型上扎通气孔，然后合型（图3d），合型过程中仔细控制好定位销和销套，防止磕碰擦砂引起的砂眼废品。
（a）上模板 （b）下模板
图2 模板布置图 Fig.2 The pattern layout
（a）上砂型 （b）下砂型
（c）3个砂芯 （d）合箱
图3 造型和合型
Fig.3 Sand mould making and assembling
2.4熔炼、浇注和落砂、清理
铁液熔炼在1.5t中频炉中进行，炉料有Z18、Z14生铁、碳素废钢和灰铁回炉料，由于支架铸件较复杂，浇注温度控制为1340℃-1380℃。浇注后的铸件需冷却2小时以上方可落砂，铸件连同浇注系统在抛丸室内抛丸清理,图4为生产的支架铸件, 然后人工打磨，去除飞边毛刺。
图4 生产的支架铸件 Fig.4 Produced bracket castings
3 结束语
根据支架结构设计了铸造工艺，设计的铸造工艺经生产验证，支架铸件砂眼、缩孔缩松和渣眼等铸造缺陷少，生产的铸件材质满足HT200技术标准，铸件尺寸经检测符合图纸要求，实现了批量生产供货。
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