E 件-蜗壳的铸造工艺设计
摘 要
本次铸造工艺为 E 件-蜗壳的铸造工艺。蜗壳材质为 QT500-7，用于反击式水轮机，
属于中型铸件。
蜗壳具有较多的曲面，结构复杂，最大壁厚为 100mm，最小壁厚为 30mm，主要壁厚
为 60mm，且外轮廓尺寸最大处并非平面，因此，无法使用平面分型，需要采用曲面分
型。砂芯外轮廓的尺寸最大处也不是平面，因此，在使用芯盒制作砂芯时，同样无法使用
平面分型，都需要采用曲面分型。
本次工艺采用树脂砂造型，开放式底注式浇注系统。浇注系统设计了三种底注式的浇
注方案，第一种未在法兰盘下设置内浇口，第二种在法兰盘下设置一个内浇口，第三种在
法兰盘下设置了两个内浇口，使用 ProCAST 仿真模拟软件分别对其进行初步模拟，分析
模拟结果的充型过程、缺陷分布以及工艺改进性等方面，最终浇注系统选择在法兰盘下设 置两个内浇口的底注式浇注系统，从而保证了铁水均分，使铁水保持水平上升，铁水飞溅
较小，避免冲击砂型，充分保证铸件重要的工作部位，提高铸件质量。
在工艺改进中，设计了 6 个顶缩颈冒口进行补缩，并在热节处设置冷铁，通过多次调
整冒口与冷铁的位置，使铸件产生有利于最终铸件综合性能的顺序凝固方式，消除了铸件
中的缺陷，并且保证铸件有较高的工艺出品率，符合工厂生产中经济性的原则。
合金熔炼时，采用中频炉熔化铁液，出铁温度在 1450℃~1480℃，采用冲入法进行球
化处理，球化剂的牌号为 FeSiMg8RE5，孕育剂的牌号为 FeSi75，炉前检验合格后，快速浇
注，控制浇注时间在 15min 以内，防止球化孕育衰退。
关键词： E 件-蜗壳 底注式 铸造工艺优化
目 录 摘 要...........................................................................................................................................1
1 零件的特点及工艺分析.........................................................................................................2
1.1 零件结构特点分析........................................................................................................... 2
1.3 铸件材质特点................................................................................................................... 3
2 造型材料选择.........................................................................................................................3
2.1 造型材料的选用............................................................................................................... 3
2.2 涂料的选择...................................................................................................................... 4
3 铸造工艺选择.........................................................................................................................5
3.1 浇注位置的确定.............................................................................................................. 5
3.2 分型面的选择.................................................................................................................. 5
3.3 砂箱内铸件数目与排列................................................................................................... 6
3.4 铸造工艺参数的确定....................................................................................................... 6
3.4.1 铸件尺寸公差......................................................................................................... 6
3.4.2 铸件尺寸公差......................................................................................................... 7
3.4.3 铸件加工余量......................................................................................................... 7
3.4.4 铸件收缩率............................................................................................................. 8
3.4.5 起模斜度................................................................................................................. 8
3.4.6 铸件最小壁厚和最小铸出孔.................................................................................. 9
3.5 砂芯的设计...................................................................................................................... 9
3.5.1 砂芯设计方案......................................................................................................... 9
3.5.2 砂芯形状............................................................................................................... 10
3.5.3 芯骨设计............................................................................................................... 11
3.5.4 砂芯排气............................................................................................................... 11
4 浇注系统的设计...................................................................................................................12
4.1 浇注系统类型的选择..................................................................................................... 12
4.2 浇注时间的确定............................................................................................................ 13
4.3 阻流面面积的计算......................................................................................................... 14
4.3.1 方案一................................................................................................................... 14
4.3.2 方案二................................................................................................................... 16
4.3.3 方案三................................................................................................................... 17
4.3.3.1 各浇道面积的确定................................................................................... 17
4.3.3.2 浇注系统的校核....................................................................................... 18
4.3.4 浇口杯的设计....................................................................................................... 19
4.3.5 过滤网的设计....................................................................................................... 20
5 铸造工艺的模拟与分析.......................................................................................................20
5.1 模型导入及网格划分..................................................................................................... 20
5.2 铸造参数设定及模拟..................................................................................................... 21
5.3 模拟结果及分析............................................................................................................ 22
5.3.1 充型速度场分析.................................................................................................... 22
5.3.2 缺陷以及工艺优化性分析.................................................................................... 25
5.4 工艺结果对比与改良分析............................................................................................. 27
5.5 冒口的初步设计与计算................................................................................................. 27
5.5.1 冒口的种类........................................................................................................... 27
5.5.2 冒口的形状........................................................................................................... 28
5.5.3 冒口的计算........................................................................................................... 28
5.6 冷铁的初步设计与计算................................................................................................. 28
5.6.1 冷铁的选择........................................................................................................... 28
5.6.2 冷铁的位置设计.................................................................................................... 28
5.6.3 冷铁的尺寸计算.................................................................................................... 29
5.7 初步优化结果与分析..................................................................................................... 30
5.8 铸造工艺的二次优化..................................................................................................... 31
5.8.1 铸造工艺的二次优化分析.................................................................................... 31
5.8.2 铸造工艺的二次优化模拟结果............................................................................. 32
5.9 最佳工艺........................................................................................................................ 32
6 铸造工艺装备.......................................................................................................................33
6.1 模板................................................................................................................................ 33
6.2 砂箱................................................................................................................................ 33
6.2.1 砂箱尺寸设计及砂型............................................................................................ 34
6.2.2 砂箱定位设置....................................................................................................... 34
6.3 芯盒设计........................................................................................................................ 35
6.4 合箱过程......................................................................................................................... 37
7 熔炼工艺参数的确定...........................................................................................................39
7.1 熔炼方法........................................................................................................................ 39
7.2 球化处理工艺................................................................................................................. 40
7.3 球化剂和孕育剂加入量的确定...................................................................................... 40
7.4 铸件熔炼工艺................................................................................................................. 40
7.5 浇注和清理..................................................................................................................... 40
工艺卡.......................................................................................................................................42
附图一 零件图
附图二 工艺图
参考文献
(1) 徐庆柏，章舟．现在铸造涂料及应用[M]．化学工业出版社，2007 年 05 月第 1 版.
(2) 中国铸造协会，《铸造工程师手册》编写组．铸造工程师手册[M]．机械工业出版社，2010 年
10 月第 3 版.
(3) 李弘英, 赵成志. 铸造工艺设计[M]. 机械工业出版社, 2009.
(4) 李晨曦．铸造工艺及工装合计[M]．化学工业出版社，2014 年 08 月第 1 版.
(5) 李日．铸造工艺仿真 ProCAST 从入门到精通[M]．中国水利水电出版社，2010 年 01 月第 1 版.
(6) 中国机械工程学会铸造分会. 铸造手册.第 5 卷,铸造工艺-第 2 版[M]. 机械工业出版社, 2003.
(7) 施廷藻. 铸造实用手册[M]. 东北大学社, 1994.
(8) 中国铸造协会《铸造工程师手册》编写组. 铸造工程师手册[M]. 机械工业出版社, 2010.
(9) 王峰,严增男.球墨铸铁的球化与孕育处理工艺[J].现代铸铁,2012,32(04):37-42.
(10) 张 建中 , 余国鹏, 李 瑞洛 等 .QT500-7 厚大 球 墨 铸铁 件 的 开发 生 产 [J]. 机械 工 人( 热 加
工),2004(10):54-55+58.
(11) 郭振廷.球墨铸铁生产中球化剂的选用[J].铸造,1995(03):37-39.
(12) 李蒙.铸态 QT550-7 球铁的生产[J].中国铸造装备与技术,2009(02):26-28
