蝸輪蝸桿減速器箱箱體鑄造工藝設(shè)計(jì)

蝸輪蝸桿減速器箱箱體鑄造工藝設(shè)計(jì),蝸輪,蝸桿,減速器,箱體,鑄造,工藝,設(shè)計(jì) 鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目蝸輪蝸桿減速器箱箱體鑄造工藝設(shè)計(jì)學(xué) 院年 級專 業(yè)學(xué)生姓名學(xué) 號指導(dǎo)教師佳木斯大學(xué)I目目 錄錄1 1 前前 言言 .11.1 本設(shè)計(jì)的目的、意義.11.1.1 本設(shè)計(jì)的目的 .11.1.2 本設(shè)計(jì)的意義 .11.2 本設(shè)計(jì)的技術(shù)要求.11.3 本課題的發(fā)展現(xiàn)狀.11.3.1 國內(nèi)鑄造技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r .11.3.2 國外鑄造技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r .21.4 本領(lǐng)域存在的問題.31.5 本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想.31.6 本設(shè)計(jì)擬解決的關(guān)鍵問題.32 2 鑄造工藝方案的確定鑄造工藝方案的確定 .42.1 鑄件的鑄造工藝分析.42.1.1 鑄件分析 .42.1.2 鑄件的厚度 .52.2 鑄造工藝方案分析.52.2.1 鑄造方法 .52.2.2 造型（芯）方法的選擇 .52.2.3 澆注位置的確定 .62.2.4 分型面的選擇 .73 3 鑄造工藝參數(shù)及砂芯設(shè)計(jì)鑄造工藝參數(shù)及砂芯設(shè)計(jì) .93.1 鑄造工藝參數(shù).93.1.1 鑄件尺寸公差 .93.1.2 機(jī)械加工余量 .93.1.3 鑄造收縮率 .103.1.4 起模斜度 .103.1.5 最小鑄出孔及槽 .113.2 砂芯設(shè)計(jì).123.2.1 砂芯的確定 .133.2.2 芯頭的設(shè)計(jì) .133.2.3 芯頭長度 .143.2.4 芯頭間隙與垂直芯頭的斜度 .15II4 4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) .164.1 澆注系統(tǒng)類型的選擇.164.2 澆注時間的確定.174.3 澆注系統(tǒng)尺寸的確定.174.3.1 阻流斷面積的計(jì)算 .174.4 澆口杯.194.5 冒口的設(shè)計(jì).205 5 鑄造工裝設(shè)計(jì)鑄造工裝設(shè)計(jì) .225.1 模樣及模板.225.2 芯盒.235.3 砂箱.255.3.1 砂箱的選擇 .256 6 結(jié)結(jié) 論論 .28致致 謝謝 .29參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn) .3011 前 言1.1 本設(shè)計(jì)的目的、意義1.1.1 本設(shè)計(jì)的目的鑄件在鑄造之前，首先需要進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)，使鑄件整個工藝過程實(shí)現(xiàn)科學(xué)操作，獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的鑄件。鑄造工藝設(shè)計(jì)就是根據(jù)鑄造零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件等，確定工工藝方案和工藝參數(shù)，繪制鑄造工藝圖、合箱圖等。本設(shè)計(jì)通過箱體零件圖可知零件的技術(shù)要求、材料組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生產(chǎn)條件、生產(chǎn)批量以及性能要求。選擇最為理想的澆注位置及分型面。選用適宜的工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)鑄件的補(bǔ)縮系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)并繪制出鑄造工藝圖。已完成鑄造工藝設(shè)計(jì)。1.1.2 本設(shè)計(jì)的意義在實(shí)際的鑄造生產(chǎn)中，鑄造工藝設(shè)計(jì)十分重要。鑄造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)是鑄造專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)之一，是對鑄造專業(yè)的學(xué)生工藝?yán)碚摵蛯I(yè)基礎(chǔ)知識的檢驗(yàn)。了解和掌握鑄件的生產(chǎn)與設(shè)計(jì)過程；根據(jù)鑄造零件結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、批量、生產(chǎn)條件等因素，確定鑄造工藝方案及工藝參數(shù)、繪制鑄造工藝圖、工藝卡等技術(shù)文件，最終用于指導(dǎo)鑄件生產(chǎn)操作。1.21.2 本設(shè)計(jì)的技術(shù)要求技術(shù)要求：鑄件重要工作表面，必須要嚴(yán)格按照技術(shù)要求，不能出現(xiàn)氣孔，砂眼和裂紋等缺陷。鑄件應(yīng)經(jīng)時效處理，消除內(nèi)應(yīng)力，未注圓角為 R3-R5。1.3 本課題的發(fā)展現(xiàn)狀1.3.1 國內(nèi)鑄造技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r國內(nèi)鑄造裝備生產(chǎn)企業(yè)從整體上有了明顯的提高，高效靜壓造型線、節(jié)能環(huán)保熔煉2設(shè)備、大噸位混砂機(jī)和冷芯盒制芯中心等先進(jìn)鑄造裝備的亮相，顯示出我國鑄造裝備朝著大容量、專業(yè)化、高精度、節(jié)能、環(huán)保和低噪音方向發(fā)展。廣東伊之密精密機(jī)械有限公司、蘇州三基鑄造裝備股份有限公司、力勁科技（天津）有限公司等優(yōu)秀的壓鑄設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)攜帶各自特色產(chǎn)品參展，其中廣東伊之密精密機(jī)械有限公司展出的 500 噸實(shí)時控制壓鑄機(jī)成功實(shí)現(xiàn)了世界級水準(zhǔn)的完美壓射性能，填補(bǔ)了中國高端壓鑄機(jī)控制領(lǐng)域的空白。鑄造屬于高耗能、高污染行業(yè)，節(jié)能減排是行業(yè)發(fā)展的重要任務(wù)。展會上，節(jié)能環(huán)保、廢棄物再生利用新技術(shù)、新工藝與新設(shè)備受到普遍關(guān)注，并獲得好評重慶長江造型材料集團(tuán)有限公司展出的 CZS 系列節(jié)能型柔性鑄造廢砂再生技術(shù)和設(shè)備，已經(jīng)在業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用，目前，每年能夠循環(huán)再生鑄造廢砂幾十萬噸。北京仁創(chuàng)科技集團(tuán)展出了新型節(jié)能廢砂再生爐，該設(shè)備用鑄造舊砂生產(chǎn)透水地磚，其產(chǎn)品已經(jīng)在奧運(yùn)會與世博會也得到大量使用。但現(xiàn)在大多熔模鑄造廠以水玻璃制殼為主；低壓鑄造只能生產(chǎn)非鐵或鑄鐵中小件，不能生產(chǎn)鑄鋼件；雖然建成了較完整的鑄造行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，但多數(shù)企業(yè)被動執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)多低于 GB（國標(biāo)）和 ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)） ，有的企業(yè)廢品率高達(dá) 30%；質(zhì)量和市場意識不強(qiáng)，僅少數(shù)專業(yè)化鑄造企業(yè)通過了 ISO9000 認(rèn)證。結(jié)合鑄造企業(yè)特點(diǎn)的質(zhì)量管理研究十分薄弱。1.3.2 國外鑄造技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r鑄鐵熔煉使用大型、高效、除塵、微機(jī)測控、外熱送風(fēng)無爐襯水冷連續(xù)作業(yè)沖天爐，普遍使用鑄造焦，沖天爐或電爐與沖天爐雙聯(lián)熔煉，采用氮?dú)膺B續(xù)脫硫或搖包脫硫使鐵液中硫含量達(dá) 0.01%以下；熔煉合金鋼精煉多用 AOD、VOD 等設(shè)備，使鋼液中H、O、N 達(dá)到幾個或幾十個 10-6 的水平。普遍采用液態(tài)金屬過濾技術(shù)，過濾器可適應(yīng)高溫諸如鈷基、鎳基合金及不銹鋼液的過濾。過濾后的鋼鑄件射線探傷 A 級合格率提高 13個百分點(diǎn)，鋁鎂合金經(jīng)過濾，抗拉強(qiáng)度提高 50%、伸長率提高 100%以上。廣泛應(yīng)用合金包芯線處理技術(shù)，使球鐵、蠕鐵和孕育鑄鐵工藝穩(wěn)定、合金元素收得率高、處理過程無污染，實(shí)現(xiàn)了微機(jī)自動化控制。31.4 本領(lǐng)域存在的問題我國是鑄造大國，在十五期間，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展我國鑄件年產(chǎn)量一直居世界鑄件生產(chǎn)大國榜首。從數(shù)量上來看整個形勢是喜人的但鑄造生產(chǎn)的粗放特征沒有得到根本改變。我國的鑄件質(zhì)量與國外先進(jìn)水平相比有較大差距。鑄件尺寸精度普遍低 12 級，表面粗糙度差 12 級，鑄件壁厚也厚得多。中國的鑄件材料仍以灰鑄鐵為主，約占鑄件總產(chǎn)量的 61.9(其中 HT250 以下牌號約占 70)，球墨鑄鐵占 16.7，比世界平均值 20低，遠(yuǎn)低于日本(308)、美國(296)。合金鋼在鑄鋼件中的比例，中國為 25，國外先進(jìn)水平為 4260。有色金屬鑄件中國為 7.9，國外先進(jìn)水平為 11 202。此外，材料成分、組織和性能的一致性、穩(wěn)定性與發(fā)達(dá)國家相比也有差距。1.5 本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想我查閱了相關(guān)資料和書籍后，主要進(jìn)行了鑄造工藝性分析、鑄造工藝設(shè)計(jì)及鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)。這個過程看似一目了然，但具體工作卻十分繁瑣，首先，我們要確定這個零件是否適合鑄造工藝性的要求；其次，我們還要確定澆注位置，分型面以及造型、造芯的方法；然后，開始鑄造工藝參數(shù)的選擇以及砂芯的設(shè)計(jì)；再然后，我們要進(jìn)行澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；最后，要對鑄造工藝裝備進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。當(dāng)這一切完成后，我們還要在華鑄 CAE 上進(jìn)行模擬，利用計(jì)算機(jī)模擬的幫助，修改工藝參數(shù)并選擇較為合理的方案。1.6 本設(shè)計(jì)擬解決的關(guān)鍵問題（1）進(jìn)行鑄造工藝性分析、鑄造工藝設(shè)計(jì)及鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)；（2）確定澆注位置，分型面以及造型、造芯的方法；（3）澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；（4）修改工藝參數(shù)。42 鑄造工藝方案的確定2.12.1 鑄件的鑄造工藝分析2.1.1 鑄件分析 圖 2-1 鑄件圖名稱：蝸輪蝸桿減速器箱體材料： QT400-105外形尺寸：296mm312mm328mm生產(chǎn)批量： 成批小量成產(chǎn)鑄件的最大壁厚為 30mm，最小壁厚為 18mm。鑄件示意圖如上圖 2-1 所示2.1.2 鑄件的厚度為保證金屬液充型能力，在設(shè)計(jì)鑄件壁厚時，要考慮金屬液的流動性和鑄件的輪廓尺寸。在一定的鑄造條件下，鑄造合金夜充滿鑄型的最小厚度稱為該鑄件的最小壁厚。為了避免鑄件產(chǎn)生澆不足。和冷隔等缺陷，應(yīng)使鑄件的設(shè)計(jì)壁厚不小于最小壁厚。對于砂型鑄造球磨鑄鐵件鑄造，其最小壁厚可參照資料表 2-2。表 2-2 砂型鑄造鑄件最小允許壁厚合金種類鑄件輪廓尺寸 160 25022.84 250 4002.53.553.1.3 鑄造收縮率鑄造合金當(dāng)狀態(tài)發(fā)生改變時，要產(chǎn)生收縮，收縮率與合金成分和含量相關(guān)，這是鑄造合金的特性，也是鑄件產(chǎn)生縮松，縮孔的原因。為了保證鑄件的致密性，減少縮松，縮孔等缺陷，我們需要采取工藝措施進(jìn)行補(bǔ)縮。為保證鑄件的尺寸精度，鑄造收縮率要根據(jù)工藝方案謹(jǐn)慎選擇，選擇鑄造收縮率時，一般依據(jù)鑄件的主要尺寸，次要尺寸用加工余量或工藝補(bǔ)正量調(diào)整。鑄造收縮率由模樣與鑄件的長度差除以模樣長度的百分比表示： （3-1）%100JJMLLLK式中，K鑄造收縮率；LM模樣主要工作面的尺寸；LJ鑄件尺寸。QT400-10 是球磨鑄鐵，由表 3-5 選取鑄造收縮率為 1.0。表 3-5 各種鑄鐵件的鑄造收縮率 鑄件的種類收縮率受阻收縮自由收縮珠光體球墨鑄鐵0.81.21.01.3球墨鑄鐵鐵素體球墨鑄鐵0.61.20.81.23.1.4 起模斜度為了在型芯，型腔制造的過程中方便起模，通常在模樣和芯盒的出模方向設(shè)置一定的斜度，防止在起模時損壞砂型或者砂芯。按鑄件測量面高度查表 3-6 選用起模斜度=025，a=3.0mm ；對于內(nèi)表面的起模斜度，由于是加工表面。因此，選擇增加壁厚的方法，起模斜度仍選 =025，a=3.0mm。11圖 3-1 起模斜度設(shè)計(jì)形式表 3-6 粘土砂造型時模樣的起模斜度3.1.5 最小鑄出孔及槽在機(jī)械零件上往往有很多孔和槽，一般應(yīng)盡可能在鑄造時鑄出。這樣既可以節(jié)約金屬，減少機(jī)械加工的工作量、降低成本，又可使鑄件壁厚比較均勻，減少形成縮孔、縮松等鑄造缺陷的傾向。但在鑄件上的孔和槽尺寸太小，而鑄件的壁厚又較厚和金屬壓力較高時，反而會使鑄件產(chǎn)生粘砂，造成清理和機(jī)械加工困難。有的孔必須反復(fù)采用復(fù)雜而且難度較大的工藝措施才能鑄出，而實(shí)現(xiàn)這些措施還不如用機(jī)械加工的方法制出更為方便和經(jīng)濟(jì)。最小鑄出孔和槽的尺寸，和鑄件的生產(chǎn)批量、合金種類、逐漸大小、孔處鑄件壁厚、孔的長度和直徑有關(guān)。表 3-7 列出球墨鑄鐵鑄件不鑄出孔直徑的最小鑄出孔（槽）尺寸,表 3-8 列出鑄鐵鑄件不鑄出孔直徑的最小鑄出孔（槽）尺寸。該鑄件最小的孔直徑為 22，查表 3-8,3-9 可得該鑄件 4 個直徑為 22 的孔均不用鑄出。如圖 3-7 所示。測量面高度 h/mm起模斜度金屬或塑料模木模a/mma/mm160 2500 201.60251.8 250 4000 202.40253.012圖 3-2 鑄件不鑄出孔示意圖 表 3-7 鑄件的最小鑄出孔 （單位：mm）最 小 鑄 出 孔 直 徑生產(chǎn)批量灰鐵鑄件球鐵鑄件大 量 生 產(chǎn)12 1512 15成 批 生 產(chǎn)15 3015 30單件，小批生產(chǎn)30 5030 50 表 3-8 鑄鐵件鑄件最小鑄出孔尺寸 （單位：mm）鑄 件 材 質(zhì)壁 厚鑄孔最小直徑8 106 1020 2510 1540 5015 30鑄鐵50 10035 503.2 砂芯設(shè)計(jì)砂芯的作用是形成鑄件的內(nèi)腔、孔和鑄件外形不能出砂的部位。在制作砂芯時要認(rèn)真分析鑄件的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時一般要符合以下幾個基本要求：砂芯的形狀和尺寸要根據(jù)鑄件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)符合鑄件地一些技術(shù)要求，砂芯在沙箱中的放置也需要根據(jù)鑄件的技術(shù)要求，砂芯還需要有足夠的強(qiáng)度和剛度。要確保鑄件形成過程中由于砂芯產(chǎn)生的氣體可以及時排出型外。砂芯設(shè)計(jì)砂芯的主要包括：砂芯類型的選擇，砂芯的個數(shù)和形狀，下芯順序，芯頭的尺寸及結(jié)構(gòu)等。133.2.1 砂芯的確定砂芯在鑄件澆鑄過程中不僅需要一定的強(qiáng)度和剛度還需要良好的透氣性。據(jù)此砂芯的設(shè)置在設(shè)計(jì)過程中需要滿足以下原則：盡量減少砂芯的數(shù)量；復(fù)雜的砂芯分塊設(shè)計(jì)；保證鑄件內(nèi)腔尺寸精度和壁厚均勻；選擇合適的砂芯形狀，便于填砂、舂砂、安放芯骨和采取排氣措施；砂芯的分盒面應(yīng)盡量與型砂的分型面一致；便于下芯和合型；被分開的砂芯每段要有良好的固定條件。根據(jù)以上原則，再根據(jù)分析本次設(shè)計(jì)箱體的結(jié)構(gòu)可知，箱體兩端的內(nèi)腔需要放置砂芯，考慮到砂芯的固定要穩(wěn)固及要減少砂芯數(shù)量，做成兩個單獨(dú)砂芯。砂芯如圖 3-8 所示。圖 3-3 砂芯示意圖3.2.2 芯頭的設(shè)計(jì)芯頭是指伸出鑄件以外不與金屬接觸的砂芯部分。對芯頭有如下要求：1) 定位和固定砂芯，使砂芯在鑄造過程中有準(zhǔn)確的位置，并能承受砂芯自身的重力以及澆注時液體金屬對砂芯的浮力，以免破壞砂芯；2) 芯頭應(yīng)能使?jié)沧⒑笊靶舅a(chǎn)生的氣體及時排出至鑄型外；3) 芯頭及芯號容易識別，避免下錯方向或芯號；4) 下芯、合型方便，芯頭要設(shè)置適當(dāng)斜度和間隙。14根據(jù)砂芯形狀，本次砂芯需要設(shè)置設(shè)置兩個水平芯頭。鑄件共有兩處需要設(shè)置砂芯，具體位置如圖 3-3。具體尺寸如 3-4,3-5 所示。圖 3-4 砂芯 1 設(shè)計(jì)圖圖 3-5 砂芯 2 設(shè)計(jì)圖3.2.3 芯頭長度芯頭長度為砂芯伸入鑄型部分的長度，即露出鑄件外部的長度。根據(jù)芯頭方向的砂芯的長度為 174mm，查詢砂芯鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)表 4-2 可知，本次設(shè)計(jì)中的垂直芯頭的芯頭長度 h 為 30mm。如圖 3-5 所示。3.2.4 芯頭間隙與垂直芯頭的斜度為了使下箱方便，通常要在芯頭和芯座之間留有一定的間隙。這個間隙的大小由砂芯的大小和精度以及芯座本身的精度決定。根據(jù)砂芯的長度及直徑查詢砂芯鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)表 4-3，4-4 可知，垂直芯頭的間隙為 4.0mm，芯頭斜度 30mm。如圖 3-5 所15示。164 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)澆鑄系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道，通常由澆口杯、直澆道、直澆道窩、橫澆道和內(nèi)澆道等單元組成。正確的設(shè)計(jì)澆鑄系統(tǒng)使金屬液平穩(wěn)而又合理的充滿型腔，對保障鑄件質(zhì)量有很重要的作用。因此澆筑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循以下幾條原則：（1）引導(dǎo)金屬液平穩(wěn)、連續(xù)地充滿型腔，避免由于湍流過度強(qiáng)烈而造成夾卷空氣、產(chǎn)生金屬氧化物夾雜和沖刷分流塞。（2）充型過程中流動的方向和速度可以控制，保證對鋼軌截面的沖刷均勻、砂型輪廓清晰、完整。（3）在合適的時間內(nèi)充滿型腔，避免形成夾砂、冷隔、皺皮等缺陷。（4）調(diào)節(jié)鑄型內(nèi)的溫度分布，有利于強(qiáng)化鑄件補(bǔ)縮、防止鑄件變形、裂紋等缺陷。（5）具有擋渣、溢渣能力，凈化金屬液。（6）澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、可靠，減少金屬液消耗。4.1 澆注系統(tǒng)類型的選擇澆注系統(tǒng)的引入位置影響到澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型的確定，同時對液態(tài)金屬充型方式、鑄型溫度分布鑄件質(zhì)量影響很大。澆注系統(tǒng)根據(jù)其內(nèi)澆口的設(shè)置位置，可分為頂注式澆注系統(tǒng)、底注式澆注系統(tǒng)、中間注入式澆注系統(tǒng)和階梯式澆注系統(tǒng)。對于中小鑄件多采用將內(nèi)澆口開設(shè)在鑄型的分型面處,可以采用頂注式、底注式和中間注入式的澆注系統(tǒng),對于大型鑄件可以采用階梯式澆注系統(tǒng)。頂注式澆注系統(tǒng)的充型能力強(qiáng),有利于冒口的補(bǔ)縮，但對鑄型底部的沖擊較大，金屬液在充型過程中容易二次氧化；底注式澆注系統(tǒng)充型過程平穩(wěn)，金屬液不容易氧化，缺點(diǎn)是不利于頂部冒口的補(bǔ)縮，金屬液的充型能力相對較差；中間注入式澆鑄系統(tǒng)同時具有頂注式澆注系統(tǒng)和底注式澆注系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)；階梯式澆注系統(tǒng)具有充型能力強(qiáng)、充型平穩(wěn)、金屬液不易氧化、補(bǔ)縮能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但17其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，消耗的金屬液量多。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的箱體為小型濕型鑄鐵件，根據(jù)鑄造工藝手冊常用合金砂型鑄造澆口比及其應(yīng)用采用完全封閉式澆注系統(tǒng)。4.2 澆注時間的確定澆注時間的長短說明澆注速度的快慢，每個鑄件都有一個最佳的澆注速度，即最佳的澆注時間。澆注時間對鑄件的質(zhì)量很關(guān)鍵，澆注時間過長，型腔上表面長時間持續(xù)受高溫烘烤，會伴隨著開裂、脫落，致使鑄件產(chǎn)生夾砂、粘砂、結(jié)疤等缺陷；澆注時間過短，可能使型腔中剩余部分氣體，進(jìn)而引起脹型、抬型、跑火、氣孔等缺陷。經(jīng)驗(yàn)公式常被用來在生產(chǎn)中確定合適的澆注時間。本次設(shè)計(jì)鑄件所使用的材料為 QT400-10，為球墨鑄鐵，由零件圖可得，鑄件重量為8kg，又是一箱四件，所以質(zhì)量為 32kg。 （4-1）GSt式中，t澆注時間（s） ；S壁厚相關(guān)系數(shù);G 澆注金屬液重量(kg )。根據(jù)澆注時間公式，確定澆注為 20s。4.3 澆注系統(tǒng)尺寸的確定4.3.1 阻流斷面積的計(jì)算確定澆注系統(tǒng)尺寸，要確定最小截面面積，然后按各組元截面比例，即澆口比來確定其他組元的截面面積，鑄鐵件澆注系統(tǒng)的奧贊公式如下： （4-2）pg2mHA阻式中，A阻內(nèi)澆道截面積(cm2） ；m通過內(nèi)澆道的液態(tài)金屬質(zhì)量(kg )；18 充填型腔的總時間；充填全部型腔時，流量系數(shù)；Hp平均靜壓力頭(cm)。液態(tài)合金質(zhì)量：根據(jù)圖紙，鑄件質(zhì)量為 8kg，加上澆注系統(tǒng)中金屬液的損耗和切屑加工的，由于是一箱四件，加上澆注系統(tǒng)鑄件總重量大約為 34kg， 確定為 20s， 從砂芯鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)表 5-5 可得 值為 0.5，根據(jù)工藝方案和澆口杯的高度，初選Hp=200mm。代入上式中，可得：A阻=5.1cm2。根據(jù)工藝方案和澆口杯的高度，初選 Hp=200mm。代入上式中，計(jì)算得到 A 內(nèi)=5.1cm。根據(jù)澆口比 1：1.2：1.3，直澆道的截面積為 5.1cm，橫澆道的內(nèi)截面積為6.1cm。根據(jù)設(shè)計(jì)，鑄件將有一個直澆道，一個橫澆道，四個內(nèi)澆道，直澆道，橫澆道和內(nèi)澆道的尺寸和形狀如下述：根據(jù)砂芯鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)選擇標(biāo)準(zhǔn)直澆道尺寸，直澆道的截面形狀為圓形，直徑為 24mm，高度為 200mm。根據(jù)選擇標(biāo)準(zhǔn)橫澆道尺寸，橫澆道的截面形狀為梯形，上底寬為 22mm，下底寬為 28mm，高度為 24mm。根據(jù)鑄造工藝方案可知有四條內(nèi)澆道，每條內(nèi)澆道的面積 A=1.65cm。根據(jù)砂芯鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)表 2-27 選擇標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)澆道尺寸，內(nèi)澆道的截面形狀為梯形，上底寬為 15mm，下底寬為 18mm，高度為 10mm。直澆道，橫澆道，內(nèi)澆道的形狀尺寸圖如下圖 4-1 所示：圖 4-1 直澆道，橫澆道，內(nèi)澆道的形狀尺寸圖19圖 4-2 橫澆道立體圖4.4 澆口杯澆口杯一般單獨(dú)制造或直接在鑄型內(nèi)形成，成為直澆道頂部的擴(kuò)大部分。它可以良好地承接來自澆包的金屬液，使其澆注時易維持在可控的安全范圍內(nèi)。同時，可以有效減少金屬液對鑄型的直接壓迫作用，在特定情況下能撇去部分熔渣、雜質(zhì)，阻止這些物質(zhì)對直澆道的侵蝕作用，還可以提高金屬液的靜壓力。為了方便金屬液的澆注，防止金屬液的飛濺和溢出，減小金屬液對型腔的沖擊，則需要設(shè)置正確的澆口杯的結(jié)構(gòu)，配合恰當(dāng)?shù)臐沧⒉僮鳎拍鼙苊膺@些問題的出現(xiàn)。根據(jù)鑄造工藝手冊得到澆口杯的形狀為：20圖 4-3 澆口杯設(shè)計(jì)圖4.5 冒口的設(shè)計(jì)冒口同帽口。冒口是只為避免鑄件出現(xiàn)缺陷而附加在鑄件上方或側(cè)面的補(bǔ)充部分。功能在鑄型中，冒口的型腔是存貯液態(tài)金屬的空腔，在鑄件形成時補(bǔ)給金屬，有防止縮孔、縮松、排氣和集渣的作用，而冒口的主要作用是補(bǔ)縮。冒口的設(shè)計(jì)功能不同的冒口，其形式、大小和開設(shè)位置均不相同。確定冒口尺寸的方法有模數(shù)法、三次方程法、比例法等。通常計(jì)算出的冒口尺寸，要用鑄件成品率進(jìn)行校核。鑄件被補(bǔ)縮部位的體積與散熱表面積的比值稱為模數(shù)，表達(dá)式如下， （4-3）AVM 式中，M鑄件的模數(shù)； V鑄件的體積； A鑄件的散熱面積。21由零件圖計(jì)算得，鑄件體積=1245.19cm3，鑄件散熱表面積=3607.16cm2。所以有，M=0.345查鑄造工藝學(xué)P207 頁可知，濕型鑄件冒口模數(shù)小于 0.48 時，可用澆注系統(tǒng)做冒口。即本鑄件不需要加冒口。225 鑄造工裝設(shè)計(jì)5.1 模樣及模板模樣用來形成鑄型的型腔、芯頭座等結(jié)構(gòu)，直接影響鑄件的形狀、尺寸精度 和表面粗糙度。所以必須重視對模樣的設(shè)計(jì)，對模樣要求應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度、尺寸精度和表面粗糙度，同時模樣應(yīng)滿足制造簡單、使用方便、成本低廉等 要求。模樣的材質(zhì)有多種。木模樣適用于單件、小批量或成批生產(chǎn)的模樣，特點(diǎn)是重量輕、易加工，但強(qiáng)度低、尺寸精度低；鑄鐵模樣適用于大中型且大量生產(chǎn)的模樣，其特點(diǎn)是加工后強(qiáng)度及硬度高、耐用且價(jià)廉；塑料模樣適用于成批及大量 生產(chǎn)鑄件，特別適合于形狀復(fù)雜難以加工的模樣，特點(diǎn)是重量輕、制造工藝簡單，但較脆且不能受熱。本鑄件屬于用手工造型的方法進(jìn)行小件小批量生產(chǎn)，所以本鑄件選擇木模制作模樣，如圖 5-1 所示，上下模板由圖 5-2，圖 5-3 所示。圖 5-1 模樣圖23圖 5-2 上模板圖圖 5-3 下模板圖5.2 芯盒芯盒是制芯工藝必要的工藝裝備，芯盒設(shè)計(jì)與制造直接關(guān)系到鑄件質(zhì)量，對提高生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人勞動強(qiáng)度非常重要。且遵循以下原則：（1）在設(shè)計(jì)芯盒結(jié)構(gòu)時需要根據(jù)生產(chǎn)的批量進(jìn)行相配；（2）制作出的芯盒必須具有一定的強(qiáng)度、剛度和耐磨性等方面優(yōu)點(diǎn)，從而保證設(shè)計(jì)出的芯盒具有一定的使用壽命；（3）芯盒的類型選擇和尺寸要求要根據(jù)設(shè)計(jì)的砂芯形狀和尺寸進(jìn)行合理設(shè)計(jì)；（4）在確保砂芯設(shè)計(jì)合理的情況下，可以通過減小芯盒尺寸等因素來降低芯盒重量，從而減輕能耗和勞動強(qiáng)度；（5）設(shè)計(jì)的芯盒需要方便操作，在其制作過程盡量可以簡單，降低生產(chǎn)成本；本設(shè)計(jì)中制造芯盒材料為鋁合金，鋁合金材料具有重量輕、強(qiáng)度和硬度較高，使用壽命長、不生銹等優(yōu)點(diǎn)，鋁合金芯盒具有尺寸精度高、表面粗糙度值低以及使用壽命長等特點(diǎn)。鋁合金芯盒被廣泛應(yīng)用于手工、射砂、機(jī)械震擊以及自硬砂等多種制芯方法。24表 5-1 鋁合金材料特征合金牌號自由線收縮率/%特點(diǎn)應(yīng)用范圍ZL101ZL102ZL1030.9-1.20.8-1.11.1-1.35不生銹，光潔度好，易切削，重量輕用于制造中、小型芯盒5-4 芯盒圖一255-5 芯盒圖二5.3 砂箱砂箱是鑄造生產(chǎn)單位最主要的工藝裝備，它是砂型的成形和運(yùn)輸工具，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，對鑄件的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、勞動強(qiáng)度都有很大影響。砂箱的設(shè)計(jì)內(nèi)容有砂箱類型材質(zhì)選擇、尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、定位及固定方式。5.3.1 砂箱的選擇砂箱的選擇要滿足鑄造工藝要求。如砂箱和模樣間應(yīng)有足夠的吃砂量，不嚴(yán)重阻礙26鑄件收縮等。砂箱制造要盡可能標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于制造。砂箱應(yīng)該具有一定的強(qiáng)度和剛度，避免澆注和搬運(yùn)過程中不會發(fā)生變形。砂箱尺寸、形狀結(jié)構(gòu)要滿足現(xiàn)有設(shè)備的使用要求，符合鑄造工藝流程。對砂型有足夠的附著力，使用中不掉砂或塌箱，但又要便于落砂。應(yīng)當(dāng)在箱壁處設(shè)置排氣孔，一遍澆注時排除多產(chǎn)生的氣體。砂箱的類型主要分為整鑄型、焊接型和裝配型，其中整鑄型是用鑄鐵、鑄鋼或鑄造鋁合金整體鑄造而成的砂箱，應(yīng)用范圍比較廣；焊接型是用鋼板或特殊型材焊接而成；裝配型是由鑄造的箱壁、箱帶等元件，用螺栓組裝而成的砂箱，其翻箱困難，精度不好控制。本鑄件造型大，其中尺寸要求較為嚴(yán)格所以宜采用成本低、強(qiáng)度高、精度較好且安裝容易的整鑄型砂箱，采用機(jī)器造型。砂箱在砂型的成形和運(yùn)輸?shù)倪^程中占有重要作用，砂箱的尺寸包括長度、寬度、高度。箱體零件屬于小型零件質(zhì)量不超過 25kg，采用的是中型砂箱，其長度和寬度尺寸范圍為 500mm350mm1200mm900mm。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所設(shè)計(jì)的砂箱的長度和寬度要保證是 50mm 或者 100mm 的倍數(shù)，高度是 20mm 或者 50mm 的倍數(shù)，根據(jù)箱體零件的質(zhì)量及尺寸要求，可選擇的砂箱的尺寸為：上箱：長寬高=900mm700mm300mm下箱：長寬高=900mm700mm300mm查鑄造工藝手冊可知箱體零件鑄型的最小吃砂量如下表所示：鑄件重量/kgabcdef540403030303051050504040403011206060405050302150707050506040511009090506070501012501001006070100602515001201207080705011000150150909012010012000200200100100150表 5-1 按鑄件重量確定的吃砂量（單位 mm）可知該箱體零件的最小吃砂量 a=50mm b=50mm c=40mm d 或 e=40mm f=40mm g=30mm。27圖 5-6 砂箱示意圖286 結(jié) 論本次對箱體的鑄造工藝課程設(shè)計(jì)中，我去圖書館借閱了許多相關(guān)書籍，仔細(xì)研究所做課題的設(shè)計(jì)過程和注意事項(xiàng)。通過一段時間的學(xué)習(xí)我對自己的課題更加了解，在軟件制圖上的應(yīng)用方面也有了很大提升，在設(shè)計(jì)箱體時遇到的不懂的問題及時的查詢相關(guān)的案例和詢問使我在單獨(dú)設(shè)計(jì)和解決問題上的到了很大的提升并且能夠自主獨(dú)立的解決問題。我選用砂型鑄造是因?yàn)榇髓T件結(jié)構(gòu)簡單生產(chǎn)數(shù)量多且精度要求不高，屬于小型零件。分型面的選擇非常合適，選在零件的大平面上，易分型，澆注更充分。從澆注系統(tǒng)上分析，采用頂注入完全封閉式澆注系統(tǒng)，其具有阻渣性能好，不易吸氣，內(nèi)澆道易清理，金屬消耗少，不易氧化，金屬澆注平穩(wěn)且不噴射等優(yōu)點(diǎn)。29致 謝在本次課程設(shè)計(jì)完成之際，我在此向我的指導(dǎo)老師賈克明老師和同組同學(xué)致以最誠摯的感謝!本說明書的編寫工作，每一步都是在老師的精心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下完成的。老師以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和淵博的學(xué)識使我深受啟迪，扎實(shí)、拓寬和豐富了我的專業(yè)知識。老師謙遜嚴(yán)謹(jǐn)、無私奉獻(xiàn)的精神也對我影響深遠(yuǎn)。藉此說明書完成之際，我要向我的導(dǎo)師致以衷心的感謝和深深的敬意!同時，還要感謝同組同學(xué)的大力幫助，為撰寫說明書的完成提供了許多幫助，最后感謝說明書中參考的文獻(xiàn)的作者。衷心的感謝在百忙之中審閱、評審、指導(dǎo)我的課程設(shè)計(jì)的老師和同學(xué)們。謝謝大家!30參 考 文 獻(xiàn)1 施延藻鑄造實(shí)用手冊M. 沈陽:東北大學(xué)出版社，2014.2 李新亞.鑄造手冊第五卷M. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.3 李榮德，米國發(fā).鑄造工藝學(xué)M. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2013.4 李晨希.鑄造工藝設(shè)計(jì)及鑄造缺陷控制M. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.5 葉榮茂等.鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊,哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 19956杜西靈,杜磊編著.鑄造實(shí)用技術(shù)問答M.機(jī)械工業(yè)出版社,2007 年 05 月第 1 版.7 石德全 造型材料M .北京:北京大學(xué)出版社. 2009 年 9 月第一版：184-2228 王建國,安娜.機(jī)械制圖M 內(nèi)蒙古:內(nèi)蒙古大學(xué)出版社2011 年 1 月第四版：3-79 馬青芬.鑄造缺陷分析及工藝優(yōu)化措施J.機(jī)械研究與應(yīng)用,2019,32(05):177-179.10合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng),減少夾渣缺陷.山東內(nèi)燃機(jī)廠, 李玉慶 2002, (04).11Fuchu Liu,Peng Jiang,Ying Huang,Wenming Jiang,Xinwang Liu,Zitian Fan. A water-soluble magnesium sulfate bonded sand core material for manufacturing hollow composite castingsJ. Composite Structures,2018,201.12Tohru Mizuki,Toshitake Kanno. Establishment of Casting Manufacturing Technology by Introducing an Artificial Sand Mold with Furan Resin and Realizing a Clean FoundryJ. International Journal of Metalcasting,2018,12(4).