專業(yè)砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)

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1、貴州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第1頁(yè) 第二章鑄造工藝方案的確定 2. 1支座的生產(chǎn)條件、結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求 產(chǎn)品生產(chǎn)性質(zhì)一一大批量生產(chǎn) 零件材質(zhì)——RuT300 零件的外型示意圖如圖2.1所示，支座的零件圖如圖2.2所示，支座的外形輪廓尺 寸為160mm*135mm*100m主要壁厚18mm最大壁厚20mm為一小型鑄件；鑄件除滿足 幾何尺寸精度及材質(zhì)方面的要求外，無(wú)其他特殊技術(shù)要求。 圖2.2 支座零件圖 2. 2支座結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性 零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性是指零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)符合鑄造生產(chǎn)的要求，易于保證鑄件品 質(zhì)，簡(jiǎn)化鑄件工藝過(guò)程和降低成本。審查、分析應(yīng)考慮如下幾個(gè)方面： 1

2、. 鑄件應(yīng)有合適的壁厚，為了避免澆不到、冷隔等缺陷，鑄件不應(yīng)太薄。 2. 鑄件結(jié)構(gòu)不應(yīng)造成嚴(yán)重的收縮阻礙，注意薄壁過(guò)渡和圓角 鑄件薄厚壁的相接拐彎等 厚度的壁與壁的各種交接，都應(yīng)采取逐漸過(guò)渡和轉(zhuǎn)變的形式，并應(yīng)使用較大的圓角相連 接，避免因應(yīng)力集中導(dǎo)致裂紋缺陷。 鑄件內(nèi)壁應(yīng)薄于外壁 鑄件的內(nèi)壁和肋等，散熱條件較差，應(yīng)薄于外壁，以使內(nèi)、 貴州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第3頁(yè) 外壁能均勻地冷卻，減輕內(nèi)應(yīng)力和防止裂紋。 3. 壁厚力求均勻，減少肥厚部分，防止形成熱節(jié)。 4. 利于補(bǔ)縮和實(shí)現(xiàn)順序凝固。 5. 防止鑄件翹曲變形。 6. 避免澆注位置上有水平的大平面結(jié)構(gòu)。 對(duì)于支座的

3、鑄造工藝性審查、分析如下： 支座的輪廓尺寸為160mm*135mm*100m砂型鑄造條件下該輪廓尺寸允許的最小壁厚查 《鑄造工藝學(xué)》表3-2-1得：最小允許壁厚為3?4 mm而設(shè)計(jì)支座的最小壁厚為10mm 符合要求。 支座設(shè)計(jì)壁厚較為均勻，兩壁相連初采用了加強(qiáng)肋，可以有效構(gòu)成熱節(jié)，不易產(chǎn)生熱烈。 2. 3造型，造芯方法的選擇 支座的輪廓尺寸為160mm*135mm*100m鑄件尺寸較小，屬于中小型零件且要大批量 生產(chǎn)。采用濕型粘土砂造型靈活性大，生產(chǎn)率高，生產(chǎn)周期短，便于組織流水生產(chǎn)，易 于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，材料成本低，節(jié)省烘干設(shè)備、燃料、電力等，還可延長(zhǎng)砂箱使 用壽命。因此，采用濕

4、型粘土砂機(jī)器造型，模樣采用金屬模是合理的。 在造芯用料及方法選擇中，如用粘土砂制作砂芯原料成本較低，但是烘干后容易產(chǎn) 生裂紋，容易變形。在大批量生產(chǎn)的條件下，由于需要提高造芯效率，且常要求砂芯具 有高的尺寸精度，此工藝所需的砂芯采用熱芯盒法生產(chǎn)砂芯，以增加其強(qiáng)度及保證鑄件 質(zhì)量。選擇使用射芯工藝生產(chǎn)砂芯。采用熱芯盒制芯工藝熱芯盒法制芯，是用液態(tài)固性 樹脂粘結(jié)劑和催化劑制成的一種芯砂，填入加熱到一定的芯盒內(nèi)，貼近芯盒表面的砂芯 受熱，其粘結(jié)劑在很短的時(shí)間內(nèi)硬化。而且只要砂芯表層有數(shù)毫米的硬殼即可自芯取出， 中心部分的砂芯利用余熱可自行硬化。 2. 4澆注位置的確定 鑄件的澆注位置是指澆注時(shí)

5、鑄件在型內(nèi)所處的狀態(tài)和位置。 確定澆注位置是鑄造工 藝設(shè)計(jì)中重要的環(huán)節(jié)，關(guān)系到鑄件的內(nèi)在質(zhì)量，鑄件的尺寸精度及造型工藝過(guò)程的難易 程度。初步對(duì)支座對(duì)澆注位置的確定有：方案一如圖 2.3、方案二圖2.4 貴州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第5頁(yè) 確定澆注位置應(yīng)注意以下原則： 1. 鑄件的重要部分應(yīng)盡量置于下部 2. 重要加工面應(yīng)朝下或直立狀態(tài) 3. 使鑄件的答平面朝下，避免夾砂結(jié)疤內(nèi)缺陷 4. 應(yīng)保證鑄件能充滿 5. 應(yīng)有利于鑄件的補(bǔ)縮 6. 避免用吊砂，吊芯或懸臂式砂芯，便于下芯，合箱及檢驗(yàn) 對(duì)于方案一如圖2.3進(jìn)行綜合分析如下： 1. 鑄件的A面（如圖2

6、.3所示）為重要加工面，朝上放置容易產(chǎn)生氣孔、非金屬夾雜物 等缺陷。 2. 鑄件的重要部分也沒(méi)能全部置于下部。 對(duì)于方案二如圖2.4進(jìn)行綜合分析如下： 1. 鑄件的重要部分全部置于下部，這樣置于下部的重要部分可以得到上部金屬的靜壓力 作用下凝固并得到補(bǔ)縮，組織致密。 2. 鑄件的重要加工面A面、B面（如圖2.4所示）位于側(cè)立面，比較光潔，產(chǎn)生氣孔、 非金屬夾雜物等缺陷的可能性小。 綜合比較，方案二更加科學(xué)可行。 2. 5分型面的確定 分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。 分型面的優(yōu)劣在很大程度上影響鑄件的尺寸 精度、成本和生產(chǎn)率。 初步對(duì)支座進(jìn)行分型有：方案一如圖 2.5、方案二

7、圖2.6、方案三圖2.7 圖2.5 分型面確定方案  圖2.6 分型面確定方案 圖2.7 分型面確定方案 而選擇分型面時(shí)應(yīng)注意一下原則： 1. 應(yīng)使鑄件全部或大部分置于同一半型內(nèi) 2. 應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)目 3. 分型面應(yīng)盡量選用平面 4. 便于下芯、合箱和檢測(cè) 5. 不使砂箱過(guò)高 受力件的分型面的選擇不應(yīng)削弱鑄件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 貴州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第9頁(yè) 6. 注意減輕鑄件清理和機(jī)械加工量 對(duì)方案一如圖2.5進(jìn)行綜合分析如下： 1. 鑄件沒(méi)有能盡可能的位于同一半型內(nèi)，這樣會(huì)因?yàn)楹舷鋵?duì)準(zhǔn)誤差使鑄件產(chǎn)生偏錯(cuò)。也 有可能因?yàn)楹舷洳粐?yán)在垂直面

8、上增加鑄件尺寸。 2. 砂芯不能全部位于下半型內(nèi)。 3. 上箱難于取出模樣。 對(duì)方案二如圖2.6進(jìn)行綜合分析如下： 鑄件沒(méi)有能盡可能的位于同一半型內(nèi)，這樣會(huì)因?yàn)楹舷鋵?duì)準(zhǔn)誤差使鑄件產(chǎn)生偏錯(cuò)。也有 可能因?yàn)楹舷洳粐?yán)在垂直面上增加鑄件尺寸。 對(duì)方案三如圖2.7進(jìn)行綜合分析如下： 此方案較之方案一與方案二更加科學(xué)可行。 2. 6砂箱中鑄件數(shù)量及排列方式確定 支座輪廓尺寸為160mm*135mm*100m單件質(zhì)量約為4kg，因此看鑄件為小型簡(jiǎn)單 件。如果一箱一件生產(chǎn)則工藝出品率會(huì)較低，如此生產(chǎn)成本較高。所以采用一箱四件生 產(chǎn)。這樣工藝出品率大幅提高，生產(chǎn)成本也大大降低。 初步選取砂箱尺

9、寸由《鑄造實(shí)用手冊(cè)》查表 1.5-45得： 上箱為 450*350*200mm 下箱為 450*350*200mm 由《鑄造實(shí)用手冊(cè)》查表1.5-44得： a>20 e>30 f>30 鑄件在砂箱中排列最好均勻?qū)ΨQ，這樣金屬液作用于上砂型的抬芯力均勻，也有利 于澆注系統(tǒng)安排，在結(jié)合已經(jīng)確定分型面及澆注位置以及砂箱尺寸，基本確定鑄件在砂 箱內(nèi)的排列如圖2.8所示，其中模樣的吃砂量基本確定為： a1=30 a2=40 e仁 70 e2=70 f=35 圖2.8 砂箱中鑄件排列示意圖 第三章鑄造工藝參數(shù)及砂芯設(shè)計(jì) 3. 1工藝設(shè)計(jì)參數(shù)確定 鑄造工藝設(shè)計(jì)參數(shù)通常是指鑄型工藝設(shè)

10、計(jì)時(shí)需要確定的某些數(shù)據(jù)， 這些工藝數(shù)據(jù)一 般都與模樣及芯盒尺寸有關(guān)，及與鑄件的精度有密切關(guān)系，同時(shí)也與造型、制芯、下芯 及合箱的工藝過(guò)程有關(guān)。這些工藝數(shù)據(jù)主要是指加工余量、起模斜度、鑄造收縮率、最 小鑄出孔、型芯頭尺寸、鑄造圓角等。工藝參數(shù)選取的準(zhǔn)確、合適，才能保證鑄件尺寸 精確，使造型、制芯、下芯及合箱方便，提高生產(chǎn)率，降低成本。 3.1.1鑄件尺寸公差 鑄件尺寸公差是指鑄件公稱尺寸的兩個(gè)允許的極限尺寸之差。 在兩個(gè)允許極限尺寸 之內(nèi)，鑄件可滿足機(jī)械加工，裝配，和使用要求。 支座為砂型鑄造機(jī)器造型大批量生產(chǎn)，由《鑄造工藝設(shè)計(jì)》查表 1-10得： 支座的尺寸公差為 CTA12級(jí)，取

11、CT9級(jí)。 支座的輪廓尺寸為160mm*135mm*100m由《鑄造工藝設(shè)計(jì)》查表 1-9得： 支座尺寸公差數(shù)值為2.5mm 3.1.2機(jī)械加工余量 機(jī)械加工余量是鑄件為了保證其加工面尺寸和零件精度，應(yīng)有加工余量，即在鑄件 工藝設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先增加的，而后在機(jī)械加工時(shí)又被切去的金屬層厚度。 支座為砂型鑄造機(jī)器造型大批量生產(chǎn)，由《鑄造工藝設(shè)計(jì)》查表 1-13得： 支座的加工余量為E?G級(jí)，取G級(jí)。 支座的輪廓尺寸為160mm*135mm*100m由《鑄造工藝設(shè)計(jì)》查表 1-12得： 支座加工余量數(shù)值為2.2mm取2mm 但在分型面及澆注系統(tǒng)設(shè)置中，不得已將重要加工面底面朝上放置，這

12、樣使其容易產(chǎn)生 氣孔、非金屬夾雜物等缺陷，所以將采取適當(dāng)加大加工余量的方法使其在加工后不出現(xiàn) 缺陷。將底面的加工余量調(diào)整為 3mm 3.1.3鑄造收縮率 鑄造收縮率又稱鑄件線收縮率，用模樣與鑄件的長(zhǎng)度差除以模樣長(zhǎng)度的百分比表 示：& =[ （L1-L2） /L1]*100 % —鑄造收縮率 L1—模樣長(zhǎng)度 L2—鑄件長(zhǎng)度 支座受阻收縮率由《鑄造工藝設(shè)計(jì)》查表 1-14得： 受阻收縮率為0.9 % 3.1.4起模斜度 為了方便起模，在模樣、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免損壞砂型或砂芯。這 個(gè)斜度，稱為起模斜度。起模斜度應(yīng)在鑄件上沒(méi)有結(jié)構(gòu)斜度的，垂直于分型面的表面上 應(yīng)用。

13、 初步設(shè)計(jì)的起模斜度如下： 外型模的A面（如圖3.1所示）高15mm勺起模斜度由《鑄造工藝設(shè)計(jì)》查表 1-15 得: 粘土砂造型外表面起模斜度為 a =1 10z ,a=0.8mm 外型模的B面（如圖3.1所示）高115mn的起模斜度由《鑄造工藝設(shè)計(jì)》查表 1-15 得: 粘土砂造型外表面起模斜度為 a =0 25/ ,a=1.2mm 但是同一鑄件要盡量選用同一起模斜度，以免加工金屬模時(shí)頻繁的更換刀具。所以選用 同一起模斜度為a =1 10z ,a=0.8mm 由于A面，B面（如圖3.1所示）均為非加工表面，因此起模斜度的形式選用增加和減 少鑄件尺寸的方法。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)

14、計(jì) 第13頁(yè) 圖3.1 外型模起模斜度 3.1.5最小鑄出孔和槽 零件上的孔、槽、臺(tái)階等，究竟是鑄出來(lái)好還是靠機(jī)械加工出來(lái)好，這應(yīng)該從品質(zhì) 及經(jīng)濟(jì)角度等方面考慮。一般來(lái)說(shuō)，較大的孔、槽等應(yīng)該鑄出來(lái)，以便節(jié)約金屬和加工 工時(shí)，同時(shí)還可以避免鑄件局部過(guò)厚所造成熱節(jié)，提高鑄件質(zhì)量。較小的孔、槽或則鑄 件壁很厚則不易鑄出孔，直接依靠加工反而方便。 根據(jù)支座的輪廓尺寸160mm*135mm*100r由n《鑄造工藝設(shè)計(jì)》查表1-5得： 最小鑄出孔約為6nn 支座的孔①25 （如圖3.2所示）考慮加工余量后直徑為 19nn厚度為23nn該孔直徑 比較大，高徑比也不大，則應(yīng)該鑄出。 支座的

15、孔①14 （如圖3.2所示）考慮加工余量后直徑為 8nn厚度為27mm該孔直徑較 小，高徑比較大，不應(yīng)該鑄出，機(jī)械加工較為經(jīng)濟(jì)方便。 圖3.2 最小鑄出孔示意圖 3.1.6鑄件在砂型內(nèi)的冷卻時(shí)間 鑄件在砂型內(nèi)的冷卻時(shí)間短，容易產(chǎn)生變形，裂紋等缺陷。為使鑄件在出型時(shí)有足 夠的強(qiáng)度和韌性，鑄件在砂型內(nèi)應(yīng)有足夠的冷卻時(shí)間。 支座的冷卻時(shí)間由《鑄造工藝設(shè)計(jì)》查表 1-25得：冷卻時(shí)間為30?60min。 3.1.7鑄件重量公差 鑄件重量公差是以占鑄件公稱重量的百分比表示的鑄件重量變動(dòng)的允許范圍。 支座的公稱重量約為4kg，尺寸公差為CT9級(jí)。 由《鑄造工藝設(shè)計(jì)》查表1-57得：支

16、座的重量公差為 MT14級(jí)。 3.1.8工藝補(bǔ)正量 在單件小批量生產(chǎn)中，由于選用的縮尺與鑄件的實(shí)際收縮率不符，或由于鑄件產(chǎn)生 了變形等原因，使得加工后的鑄件某些部分的壁厚小于圖樣要求尺寸，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因強(qiáng)度 太弱而報(bào)廢。因此工藝需要在鑄件相應(yīng)的非加工壁厚上增加層厚度稱為工藝補(bǔ)正量。但 支座在大批量生產(chǎn)前的小批量試產(chǎn)過(guò)程中將進(jìn)行調(diào)整，所以設(shè)計(jì)中不考慮工藝補(bǔ)正量。 3.1.9分型負(fù)數(shù) 干砂型、表面烘干型以及尺寸較大的濕砂型，分型面由于烘烤，修整等原因一般都 不很平整，上下型接觸面很不嚴(yán)。為了防止?jié)沧r(shí)炮火，合箱前需要在分型面之間墊以 石棉繩、泥條等，這樣在分型面處明顯增加了鑄件的尺寸。為了保證

17、鑄件尺寸精確，在 擬定工藝時(shí)為抵掉鑄件增加的尺寸而在模樣上減去相應(yīng)的尺寸稱為分型負(fù)數(shù)。 而支座是 濕型且是小型鑄件故不予考慮分型負(fù)數(shù)。 3.1.10反變形量 鑄造較大的平板類、床身類等鑄件時(shí)，由于冷卻速度的不均勻性，鑄件冷卻后常出 現(xiàn)變形。為了解決撓曲變形問(wèn)題，在制造模樣時(shí)，按鑄件可能產(chǎn)生變形的相反方向做出 反變形模樣，使其于變形量抵消，這樣在模樣上做出的預(yù)變形量稱為反變形量。而支座 沒(méi)有較大平板故基本不會(huì)產(chǎn)生撓曲變形，所以不用設(shè)置反變形量。 3.1.11非加工壁厚負(fù)余量 在手工粘土砂造型、制芯過(guò)程中，為了取出木模，要進(jìn)行敲模，木模受潮時(shí)將發(fā)生 膨脹，這些情況均會(huì)使型腔尺寸擴(kuò)大，從而造

18、成非加工壁厚的增加，使鑄件尺寸和重量 超過(guò)公差要求。為了保證鑄件尺寸的準(zhǔn)確性，凡形成非加工壁厚的木?；蛐竞袃?nèi)的肋板 厚度尺寸應(yīng)該減少，即小于圖樣尺寸。為減少的厚度尺寸稱為非加工壁厚的負(fù)余量。支 座砂芯屬于機(jī)器造芯，造型屬于機(jī)器造型。故不用設(shè)置非加工壁厚負(fù)余量。 3. 2砂芯設(shè)計(jì) 砂芯的功用是形成鑄件的內(nèi)腔、孔和鑄件外型不能出砂的部分。砂型局部要求特殊 性能的部分有時(shí)也用砂芯。 支座砂芯的外型如圖3.3所示 圖3.3 砂芯外型示意圖 3.2.1芯頭的設(shè)計(jì) 砂芯主要靠芯頭固定在砂型上。對(duì)于垂直芯頭為了保證其軸線垂直、牢固地固定在 砂型上，必須有足夠的芯頭尺寸 貴州大學(xué)本科畢

19、業(yè)設(shè)計(jì) 第25頁(yè) 根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)量取計(jì)算砂芯高度： L=97mm 砂芯直徑： (A+B /2=(80+64)/2=72mm 芯頭長(zhǎng)度初步選取由《鑄造工藝設(shè)計(jì)》查表 1-31得：h=25?30mm取h=30mm 出于考慮分型面的選取等因素綜合芯頭選用垂直芯頭并且不能做出上芯頭， 只設(shè)計(jì)下芯 頭并且加大下芯頭。 下芯頭長(zhǎng)度設(shè)計(jì)修正為：h=30*(1+40%)=42mm 芯頭間隙初步選取由《鑄造工藝設(shè)計(jì)》查表 1-31得：s=0.3mm 但考慮砂芯為垂直的濕型小砂芯且不設(shè)置上芯頭， 所以使用過(guò)盈的芯頭，過(guò)盈量為0.2mm 芯頭斜度選取由《鑄造工藝設(shè)計(jì)》查表 1-32得：a < 7

20、 取a =7 3.2.2砂芯的定位結(jié)構(gòu) 砂芯要求定位準(zhǔn)確，不允許沿芯頭軸向移動(dòng)或繞芯頭軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于形狀不對(duì)稱的 砂芯，為了定位準(zhǔn)確，需要做出定位芯頭。定位芯頭結(jié)構(gòu)如圖 3.4 圖3.4 定位芯頭結(jié)構(gòu)圖 3.2.3壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽芯頭結(jié)構(gòu) 在濕型大批量生產(chǎn)中，為了加速下芯、合芯及保證鑄件質(zhì)量，在芯頭的模樣上常常 做出壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽。 壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽尺寸由《鑄造工藝設(shè)計(jì)》查表 1-38得： e=2mm f=3mm r=2mm 3.2.4芯骨設(shè)計(jì) 為了保證砂芯在制芯、搬運(yùn)、配芯和澆注過(guò)程中不開裂、不變形、不被金屬液沖擊 折斷，生產(chǎn)中通常在砂芯中埋置芯骨，以提高

21、其剛度和強(qiáng)度。 因?yàn)樯靶境叽巛^小，而且采用樹脂砂，故砂芯強(qiáng)度較好，砂芯內(nèi)不用放置芯骨。 325砂芯的排氣 砂芯在澆注過(guò)程中，其粘結(jié)劑及砂芯中的有機(jī)物要燃燒（氧化反應(yīng)）放出氣體，砂 芯中的殘余水分受熱蒸發(fā)放出氣體，如果這些氣體排不出型外，則要引起鑄件產(chǎn)生氣孔。 而支座的砂芯采用熱芯盒造芯，故不用有意設(shè)置排氣道、排氣孔等排氣。 326砂芯負(fù)數(shù) 大型粘土砂芯在春砂過(guò)程中砂芯向四周漲開，刷涂料以及在烘干過(guò)程中發(fā)生的變 形，使砂芯四周尺寸增大。為了保證鑄件尺寸準(zhǔn)確，將芯盒的長(zhǎng)、寬尺寸減去一定量， 這個(gè)被減去的量叫做砂芯負(fù)數(shù)。 因?yàn)樯靶矩?fù)數(shù)只用于大型粘土砂芯，本設(shè)計(jì)中的砂芯為小型砂芯不設(shè)計(jì)砂芯負(fù)

22、數(shù)。 第四章 澆注系統(tǒng)及冒口、冷鐵、出氣孔等設(shè)計(jì) 4.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)是鑄型中引導(dǎo)液體金屬進(jìn)入型腔的通道，它由澆口杯，直澆道，橫澆道和 內(nèi)澆道組成。 4.1.1選擇澆注系統(tǒng)類型 澆注系統(tǒng)分為封閉式澆注系統(tǒng)，開放式澆注系統(tǒng)，半封閉式澆注系統(tǒng)和封閉 -開放 式澆注系統(tǒng)。因?yàn)榉忾]式澆注系統(tǒng)控流截面積在內(nèi)澆道，澆注開始后，金屬液容易充滿 澆注系統(tǒng)，呈有壓流動(dòng)狀態(tài)。擋渣能力強(qiáng)，但充型速度快，沖刷力大，易產(chǎn)生噴濺，金 屬液易氧化。適用于濕型鑄件小件。而支座就是采用濕型的鑄件小件，所以選擇封閉式 澆注系統(tǒng)。 4.1.2確定內(nèi)澆道在鑄件上的位置、數(shù)目、金屬引入方向 支座結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單且

23、是小型件，鑄造時(shí)采取一箱四件，故每個(gè)鑄件上只用一個(gè)內(nèi)澆 道。為了方便造型，內(nèi)澆道開設(shè)在分型面上。因?yàn)殍T件采用底座朝上且鑄件全部位于下 箱的方式進(jìn)行鑄造，這樣鑄件凝固順序?yàn)橛上轮辽夏?，這樣有利于支座的重要部分先 凝固并得到補(bǔ)縮，如此內(nèi)澆道則設(shè)置在底部側(cè)面引入金屬液，如圖 4.1所示。 t 圖4.1 內(nèi)澆道位置示意圖 4.1.3決定直澆道的位置和高度 實(shí)踐證明，直澆道過(guò)低使充型及液態(tài)補(bǔ)縮壓力不足，容易出現(xiàn)鑄件棱角和輪廓不清 晰、澆不到上表面縮凹等缺陷。初步設(shè)計(jì)直澆道高度等于上沙箱高度 200mm但應(yīng)檢驗(yàn) 該高度是否足夠。 檢驗(yàn)依據(jù)為，剩余壓力頭應(yīng)滿足壓力角的要求，如下式所列

24、： HM> Ltg a 式中H m 最小剩余壓力頭 L ――直澆道中心到鑄件最高且最遠(yuǎn)點(diǎn)的水平投影距離 a——壓力角 由《鑄造工藝學(xué)》查表 3-4-11得：a為9?10 取10 Ltg a =180*tg10 心 32mm 因?yàn)殍T件全部位于下箱，所以剩余壓力頭 M等于上箱高度200mm 經(jīng)過(guò)驗(yàn)證剩余壓力頭滿足壓力角的要求。 4.1.4計(jì)算澆注時(shí)間并核算金屬上升速度 根據(jù)鑄件圖計(jì)算單個(gè)鑄件的體積 V=[(3.14*4 2/2+6*8)*1.8+3.14*3 2*0.5-3.14*0.95 2*2.3+(3*2.5/2)*1+8*1.8*10+3.14*1 2*0.6*2-3

25、.3*0.6*10]*2 ?545cm3 儒墨鑄鐵密度由《鑄造實(shí)用手冊(cè)》查表 1.1-90得：7.0?7.2 取密度為7.1 一箱四件質(zhì)量為 m=545*7.1*4=15.478kg ?15.5kg 支座大批量生產(chǎn)的工藝出品率約為 85%可估計(jì)鑄型中鐵水總重量G G=15.5/85% 18kg 初步計(jì)算澆注時(shí)間由《鑄造實(shí)用手冊(cè)》查表 1.4-61得： T=Sy G=2.2* V18" 9s 計(jì)算鐵水液面上升速度 v=C/t=115/9=13mm/s 校核鐵水上升速度，一般允許鐵水的最小上升速度范圍由 《鑄造實(shí)用手冊(cè)》查表1.4-62 得：上升速度v=10?20s 通過(guò)比對(duì)

26、13mm/s的上升速度符合實(shí)際，不必調(diào)整經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。 4.1.5計(jì)算阻流截面積 根據(jù)水力學(xué)近似計(jì)算公式： 0 5 F 內(nèi)= m/[ p t p(2gHp) . ] cm2 式中m—流經(jīng)阻流的金屬質(zhì)量 kg t—充滿行腔總時(shí)間s p —金屬液密度kg/cm3 卩—澆注系統(tǒng)阻流截面的流量系數(shù) Hp—充填型腔時(shí)的平均計(jì)算壓力頭 cm F 內(nèi)=18/[0.0071*9*0.5* (2*1000*20)0.5]?3cm2 4.1.6確定澆口比 澆口比由《鑄造實(shí)用手冊(cè)》查表 1.4-58得： 刀S直：刀S橫：刀S內(nèi)=1.4 : 1.2 : 1 4.1.7計(jì)算內(nèi)澆道截面積 內(nèi)澆道

27、是控制充型速度和方向，分配金屬液，調(diào)節(jié)鑄件各部位的溫度和凝固順序， 澆注系統(tǒng)的金屬液通過(guò)內(nèi)澆道對(duì)鑄件有一定補(bǔ)縮作用。 由于設(shè)計(jì)內(nèi)澆口有四個(gè)，因此 S內(nèi)=3/8 "0.4cm2 內(nèi)澆道形狀取梯形斷面形狀如圖4.2 圖4.2 內(nèi)澆道截面示意圖 梯形斷面大小由《鑄造實(shí)用手冊(cè)》查表 1.4-75得： a=7mm b=5mm c=7mm 4.1.8計(jì)算橫澆道截面積 橫澆道的功用是向內(nèi)澆道分配潔凈的金屬液，儲(chǔ)留最初澆入的含氣和渣污的低溫金 屬液并阻留渣滓，使金屬液流平穩(wěn)和減少產(chǎn)生氧化夾雜物。 由于設(shè)計(jì)橫澆口有兩個(gè)，因此 S橫=3*1.2/2=1.8 cm 2 橫澆道形狀取梯形斷面形狀

28、如圖4.3 圖4.3 橫澆道截面示意圖 梯形斷面大小由《鑄造實(shí)用手冊(cè)》查表 1.4-75得： A=15mm B=10mm C=16mm 4.1.9計(jì)算直澆道截面積 直澆道的功用是從澆口杯引導(dǎo)金屬液向下，進(jìn)入橫澆道、內(nèi)澆道或直接進(jìn)入型腔 并提供足夠的壓力頭，使金屬液在重力作用下能克服各種流動(dòng)阻力充型。 由于設(shè)計(jì)直澆口有一個(gè)，因此 S直=3*1.4=4.2cm 2 圖4.4 直澆道截面示意圖 圓形斷面大小由《鑄造實(shí)用手冊(cè)》查表 1.4-75得： D=25mm 為了方便取模直澆道做成上小下大的倒圓錐形， (通常錐度取1/50)o 因此直澆道上端是直徑約為： D1=

29、25- (1/50 ) *150=22mm 4.1.10澆口窩的設(shè)計(jì) 澆口窩對(duì)于來(lái)自直澆道的金屬有緩沖作用，能縮短直一一橫澆道拐彎處的紊流區(qū)， 改善橫澆道內(nèi)的壓力分布，并能浮出金屬液中的氣泡。 澆口窩直徑為直澆道下端直徑兩倍，因此 D=2*25=50mm 澆口窩高度為橫澆道高度兩倍，因此 h=2*16=32mm 澆口窩底部放置耐火磚防止充型。 4.1.11澆口杯的設(shè)計(jì) 澆口杯是用來(lái)承接來(lái)自澆包的金屬液，防止金屬液飛濺和溢出，便于澆注，并可以 減輕金屬液對(duì)型腔的沖擊，還可分離渣滓和氣泡，阻止其進(jìn)入型腔。 澆口杯選用普通漏斗形澆口杯，其斷面形狀如圖 4.5所示 D1 圖4.5

30、 澆口杯截面示意圖 澆口杯斷面大小由《鑄造實(shí)用手冊(cè)》查表 1.4-89得： D1=68mm, D2=64mm, H=52mm 4.2冒口的設(shè)計(jì) 冒口是鑄型內(nèi)用于儲(chǔ)存金屬液的空腔， 在鑄件形成時(shí)補(bǔ)給金屬，有防止縮孔、縮松、 排氣、集渣的作用。 支座所用的蠕墨鑄鐵在凝固時(shí)其體積變化情況與一些工業(yè)上常用的金屬及合金不 同，其特點(diǎn)是在液態(tài)冷卻時(shí)發(fā)生收縮，冷卻至共晶溫度時(shí)停止收縮，由于析出石墨而發(fā) 生膨脹，在接近凝固終了時(shí)余下的液態(tài)金屬凝固時(shí)又開始收縮，直至凝固結(jié)束。所以其 凝固時(shí)的膨脹和液態(tài)收縮趨于互相補(bǔ)償。故蠕墨鑄鐵補(bǔ)縮時(shí)需要的鐵水量少，而且支座 壁厚均勻無(wú)厚大壁，所以可利用澆注系統(tǒng)

31、進(jìn)行補(bǔ)縮不設(shè)置冒口。 4.3冷鐵的設(shè)計(jì) 為了增加鑄件局部冷卻速度，在型腔內(nèi)部及工作表面安放的金屬塊稱為冷鐵。 支座鑄件壁厚較為均勻，且無(wú)厚大壁，固不易產(chǎn)生裂紋縮松等缺陷。而且設(shè)置冷鐵 會(huì)增加生產(chǎn)工序，使成本增大。所以不設(shè)置冷鐵，但是采用在壁厚交叉部位的型腔和砂 芯上刷激冷涂料用以防止縮松等缺陷。 4.4出氣孔的設(shè)計(jì) 出氣孔用于排出型腔內(nèi)的氣體，改善金屬液充填能力、排除先沖到型腔中的過(guò)冷金 屬液與浮渣，還可作為觀察金屬液充滿型腔的標(biāo)志。出氣孔設(shè)置位置詳見工藝圖。 防止出氣孔過(guò)大導(dǎo)致鑄件形成熱節(jié)，以至產(chǎn)生縮孔，出氣孔根部直徑，不應(yīng)大于設(shè) 置處鑄件壁厚的0.5倍。即出氣孔直徑應(yīng)小于1

32、0.5mm(0.5*21mm)b 防止出氣孔過(guò)小導(dǎo)致型內(nèi)氣壓過(guò)份增大， 出氣孔根部總截面接應(yīng)大于內(nèi)澆口總截面 積 3cm2。 因此設(shè)計(jì)出氣孔根部直徑為10mm —箱4件共4個(gè)出氣孔。為方便取模采用上小下 大的錐形，斜度為起模斜度a =1 10/ 出氣孔總截面積為 3.14* (1.0/2 )2*4=3.14cm2 4.5鑄件工藝出品率的校核 鑄型中鐵水總重量=鑄件重量+澆注系統(tǒng)重量+冒口重量+氣孔等的重量 =15500+0.7*0.5*7*4*7.1+ ( 1.5+1 ) *1.6 ]/2*32*7.1+ ( 3.14*1.25 2+3.14*1.1 2) *15 ] /2*7.

33、1+ (3.14*3.4 2+3.14*3.2 2) *5.2 ] /2*7.1+3.14*2.5 2*3.2*7.1+3.14* (1.0/2 ) 2*4*20*7.1 ?15500+70+455+469+1264+446+445=18649g=18.649kg 工藝出品率=鑄件重量/鑄型中鐵水總重量=15.5/18.649?83% 在計(jì)算澆注系統(tǒng)時(shí)估計(jì)工藝出品率為 85%基本符合事實(shí)。 第五章鑄造工藝裝備設(shè)計(jì) 鑄造工藝裝備是造型、造芯及合箱過(guò)程中所使用的模具和裝置的總稱。 5.1模樣的設(shè)計(jì) 5.1.1模樣材料的選用 模樣是造型工藝過(guò)程必須的工藝裝備，用來(lái)形成鑄型的型腔，因此

34、直接關(guān)系著鑄件 的形狀和尺寸精確度。支座為大批量生產(chǎn)，所以用金屬模樣，該金屬模樣的材料選用如 下： 模樣：鋁合金(質(zhì)輕、不生銹，加工性能好，加工后表面光滑，并有一定的耐磨性，但 耐磨性較差) 出氣針、氣孔針：45號(hào)鋼 5.1.2金屬模樣尺寸的確定 模樣尺寸二鑄件尺寸汽(1 + K)，(模樣尺寸精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位) 注：K 鑄件線收縮率 支座的收縮率K=0.9% 5.1.3壁厚與加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì) 模樣壁厚由《鑄造實(shí)用手冊(cè)》查表 1.5 — 2得： 模型壁厚6mm 由于模樣輪廓尺寸較小約為：160mm*135mm*100m內(nèi)部不用設(shè)置加強(qiáng)筋。 5.1.4金屬模樣的技術(shù)要求 模樣的

35、尺寸精度、表面光潔度是影響鑄件質(zhì)量的一個(gè)重要因素，因此對(duì)其表面光潔 度和尺寸偏差應(yīng)嚴(yán)格控制。 由《鑄造實(shí)用手冊(cè)》查表1.5 — 5得： 模樣表面的粗糙度為3.2，模樣與模板接觸面的粗糙度為 6.3。 5.1.5金屬模樣的生產(chǎn)方法 為增加材料澆注后的致密度，現(xiàn)將材料制作成與該模樣形狀類似的腔體，然后進(jìn)行 熱處理，以增加其硬度，增加抗磨損能力，然后在用機(jī)器按模樣的尺寸加工成模樣的形 狀。 5.2模板的設(shè)計(jì) 模板也稱型板，是由摸底板和模樣、澆冒口系統(tǒng)及定位銷等裝配而成。模底板用來(lái) 連接與支承模樣、澆冒系統(tǒng)、定位銷等。本設(shè)計(jì)采用單面模底板，其工作面是平面。 5.2.1模底板材料的選用

36、對(duì)模底板材料的要求是有足夠的強(qiáng)度， 有良好的耐磨性，抗震耐壓，鑄造和加工性。 根據(jù)模樣的結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)要求，選用鑄造鋁合金作為模底板的材料。 5.2.2模底板尺寸確定 模底板長(zhǎng)二砂箱長(zhǎng)+ 2X砂箱分型面出邊緣厚度 =450+ 2X 25=500 mm 模底板寬二砂箱寬+ 2X砂箱分型面出邊緣厚度 =350+ 2X 25= 400 mm 由《鑄造實(shí)用手冊(cè)》查表1.5 — 34得：模底板的壁厚取為12mm 5.2.3模底板與砂箱的定位 模底板與砂箱之間采用定位銷與銷套定位。 5.3芯盒的設(shè)計(jì) 5.3.1芯盒的類型和材質(zhì) 采用熱芯盒，芯盒材料為鋁合金。 5.3.2芯盒的結(jié)構(gòu)設(shè)

37、計(jì) 芯盒的壁厚由《鑄造實(shí)用手冊(cè)》查表 1.5 —11得：6?8mm取7mm 5.4砂箱的設(shè)計(jì) 砂箱的設(shè)計(jì)內(nèi)容有：選擇類型和材質(zhì)，確定砂箱尺寸。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，定位及緊固等。 5.4.1砂箱的材質(zhì)及尺寸 支座零件機(jī)械造型用砂箱可選用的材料牌號(hào)由《鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得有： HT15-33,HT20-40,QT45-5,QT60-2,QT40-10,ZG15 ?ZG45 選擇 HT200為砂箱材料，需進(jìn) 行人工時(shí)效或退火處理。 根據(jù)通用砂箱的規(guī)格尺寸選砂箱的尺寸： 上箱為 450*350*200mm 下箱為 450*350*200mm 5.4.2砂箱型壁尺寸及圓角尺寸 普通機(jī)械造

38、型砂箱常用向下擴(kuò)大的傾斜壁，底部設(shè)突緣，防止塌箱，保證剛性，便 于落砂，箱壁上流出氣孔。 由《鑄造實(shí)用手冊(cè)》表1.5-47查得：箱壁壁厚為t=10mm,b1=25mm h仁10 mm,h2=15mm 箱壁型式如圖5.1 : bl 二 SI 圖5.1 箱壁形式示意圖 砂箱過(guò)渡圓角示意圖如圖 5.2。其中R=20 mm,R仁40 mm 圖5.2 砂箱過(guò)渡圓角示意圖 5.4.3砂箱排氣孔尺寸 由《鑄造實(shí)用手冊(cè)》表1.5-49查得： C=40 mm,c1=50mm,c2=20mm,d=10 mm 上箱通氣孔共2排，下箱通氣孔共2排 第七章砂型鑄造設(shè)備選用 7.1 造型

39、工部設(shè)備選用 工藝分析確定采用砂箱內(nèi)尺寸為 450X 350X 100/200mm的微振壓實(shí)造型線生產(chǎn)支 座。選擇這種造型線組織造型生產(chǎn)，在技術(shù)上是先進(jìn)的，經(jīng)濟(jì)上是合理的。選用半自動(dòng) 氣動(dòng)微震壓實(shí)造型機(jī)（型號(hào) ZB148B）進(jìn)行造型。 7.2 制芯工部設(shè)備選用 為了提供造型用的強(qiáng)度高、尺寸精確的砂芯，采用熱芯盒射砂生產(chǎn)樹脂砂芯，此零 件的砂芯屬于小砂芯，根據(jù)所需型芯形狀及生產(chǎn)效率，選用 2ZZ8612熱芯盒射芯機(jī)。 7.3 溶化工部設(shè)備選用 根據(jù)車間的生產(chǎn)綱領(lǐng)、設(shè)備資源情況、投資等因素，確定采用沖天爐融化蠕墨鑄鐵 7.4 砂處理工部設(shè)備選用 混砂裝備選用碾輪式混砂機(jī)，該型混砂機(jī)的

40、混砂質(zhì)量較好。 制備型（芯）砂所需要的各種原材料、如新砂、煤粉、粘土等一般都經(jīng)過(guò)烘干后使 用，在批量較大的鑄造車間多采用臥式烘干滾筒。 松砂是很重要的工藝環(huán)節(jié)。生產(chǎn)批量較大的鑄造車間，采用雙輪松砂機(jī)。 7.5清理工部設(shè)備選用 為了減輕清理工段的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，提高鑄件清理質(zhì)量和清理速度，設(shè) 計(jì)中采用雙行程連續(xù)拋丸室和 Q 118拋丸清理滾筒進(jìn)行鑄件的表面清理；采用 M 3040 固定式砂輪機(jī)、M3140懸掛式砂輪機(jī)鑄件的飛邊毛刺。清理好的鑄件用電泳浸漆遠(yuǎn)紅外 線烘干自動(dòng)線進(jìn)行油漆防銹。廢砂用帶式輸送機(jī)、斗式提升機(jī)集中送至廢砂斗內(nèi)，定期 用汽車運(yùn)走。 參考文獻(xiàn) [1] 施延藻

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