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成 都 理 工 大 學
學生畢業(yè)設計（論文）開題報告
題目名稱：氣門搖臂軸架鑄造過程設計
（中·英文）：
題目類型：生產應用
題目來源：教師擬定
學生姓名：
專業(yè)名稱：機械工程及自動化
學生學號：
導師姓名：
專業(yè)職稱：講師
指導人數(shù)：1人
① 主要研究內容、預期成果（鼓勵有創(chuàng)新點）：
一． 研究內容：
1氣門搖臂軸架毛坯加工形式（鍛造，鑄造，壓鑄）；
2零件材料分析
3選擇澆注位置，選擇分型面
4冒口設計，冷鐵設計
5澆注系統(tǒng)設計
6鑄件在模板中的布局
7鑄造工藝圖設計
二．預期成果：
1.充分運用計算機輔助設計（CAD/Proe）建立零件三維實體圖、鑄件模樣三維模型圖;
2.繪制出鑄型裝配圖及鑄件鑄造工藝圖，并符合鑄造生產的要求和規(guī)定；
創(chuàng)新點：
② 擬采用的研究思路（研究方法、技術路線、可行性論證）：
研究方法：
鑄造成型是制造復雜零件的最靈活的方法。先進鑄造技術的應用給制造工業(yè)帶來了新的活力，尺寸、使用性能等方面都符合要求的鑄件提出確切可靠的信息為數(shù)眾多的軟件問世和計算機技術的迅獨猛發(fā)展使得為生產在幾何形狀成為可能。鑄造廠在其用戶進行產品設計和開發(fā).階段就能成為后者在CAD層次上一個有力的伙伴。與此同時，鑄造廠也遇到了來自鑄造行業(yè)內部和外部的巨大挑戰(zhàn)。本次設計運用所學的專業(yè)知識，充分利用學校圖書館的資源,查閱和收集有關鑄造生產的資料、工具書（鑄造工藝手冊、鑄造實用技術、鑄件成型技術等），借鑒相似（同類）鑄件的鑄造過程工藝設計方案經驗，完成本課題的工作任務。
技術路線：
3.1軸架零件結構工藝性分析
3.2軸架毛坯制造形式的確定
3.3軸架鑄件鑄造合金及牌號的選擇和對合金化學成分的制定
3.4軸架鑄件鑄造工藝分析
3.5軸架鑄件凝固方式的制定
3.6軸架鑄件鑄造工藝方案的擬定
3.7軸架鑄件鑄造工藝裝備設計
注：僅要求完成模樣和模底板兩項設計內容。
可行性論證：
本題目鑄件鑄造過程工藝設計，是以查閱鑄造生產資料為依據(jù)，結合所學鑄造工藝學理論，借鑒相似和同類鑄造零件的鑄造生產過程設計經驗而制定的。同時，盡可能采用實際生產所提用的成熟技術、工藝措施、設計原則、圖表數(shù)據(jù)、經驗計算式，所以從理論研究和分析上是能夠保證本題目鑄件鑄造過程方案設計的可行性。
③ 現(xiàn)有工作基礎（畢業(yè)實習情況、文獻資料收集情況及空間設備儀器條件等）：
1.收集、查閱有關鑄造生產的技術資料；
2.湖北十堰二汽鑄造一廠認識實習記錄；
3.依據(jù)《材料成形工藝基礎》教材；
4.中國鑄造網信息資源
④ 主要參考文獻目錄或文獻綜述：
[1]韓小峰.鑄造生產與工藝工裝設計.長沙：中南大學出版社，2010.
[2]董選普.鑄造工藝學.北京：化學工業(yè)出版社，2009.
[3]呂振林.鑄造工藝及應用.北京：國防工業(yè)出版社，2011.
[4]杜西靈.鑄造技術與應用案例.北京：機械工業(yè)出版社，2009.
[5]胡成立.朱敏立.材料成型基礎.武漢：武漢理工大學出版社，2001.
[6]徐自立.周小平.楊雄.工程材料.武漢：華中科技大學出版社，2003.
[7]李凱嶺.機械制造技術基礎.北京：清華大學版社，2010.
[8]胡鳳蘭.互換性與技術測量基礎（第二版）.北京：高等教育出版社，2010.
[9]金大鷹.機械制圖（第3版）.北京：機械工業(yè)出版社，2010.
[10]成大先.機械設計手冊（第五版）.北京：化學工業(yè)出版社，2010.
[11]沈陽市鑄造協(xié)會.鑄鐵件生產指南.北京：化學工業(yè)出版社，2008.
[12] Cold-box core making systems，2008.
[13]Solidification Of Gray Cast Iron，2003.
[14]Modeling?of?Alloy?Casting?Solidification，2010.
⑤ 作計劃：
起止日期
主要任務
工作地點
檢查方式
2014年12月20日-12月25日
選題
校內
現(xiàn)場檢查
2015年2月17日-2月25日
研究題目、收集資料
校內
現(xiàn)場檢查
2015年3月9日-3月16日
開題報告
校內
現(xiàn)場檢查
2015年3月16日-5月15日
撰寫論文、完成初稿和圖紙
校內
現(xiàn)場檢查
2015年5月15日-5月22日
完成修訂、定稿
校內
現(xiàn)場檢查
2015年5月25日-5月26日
答辯
校內
現(xiàn)場檢查
⑥指導教師或指導小組評價（對題目、工作要點、方法、進度及準備情況）：
指導教師（簽名）： 年 月 日
⑦對學生開題報告的評審意見（是否同意進入畢業(yè)論文或畢業(yè)設計撰寫階段）：
教學系主任（簽字）： 年 月 日
3
題目 氣門搖臂軸架鑄造過程設計
王勇攀
軸架零件圖如下，生產類型為中批，此件為空氣壓縮機上一承載件，用于支承中等靜載荷，并受輕微振動。零件加工質量要求較高，減振性要好，耐磨。零件的受力性設計指標要求：
氣門搖臂零件圖
1. 技術要求
1）鑄件不允許有氣孔、縮孔、縮松及裂紋等鑄造缺陷。
2）鑄件須經人工時效處理。
2. 主要工作量
2.1繪制零件三維模型圖1張（A3圖紙）
2.2繪制零件鑄件圖和鑄件三維模型圖各1張（A3圖紙）
2.3設計并繪制軸架鑄件鑄造工藝圖1張（A1圖紙）
2.4設計并繪制軸架鑄件鑄型裝配圖1張（A2圖紙）
2.5設計并繪制軸架模樣圖1張（A3圖紙）
2.5設計并繪制模樣與模底板裝配結構圖1張（A2圖紙）
2.6編寫軸架鑄造過程論文1份
3．論文主要內容（參考）
3.1軸架零件結構工藝性分析
3.2軸架毛坯制造形式的確定
3.3軸架鑄件鑄造合金及牌號的選擇和對合金化學成分的制定
3.4軸架鑄件鑄造工藝分析
3.5軸架鑄件凝固方式的制定
3.6軸架鑄件鑄造工藝方案的擬定
3.7軸架鑄件鑄造工藝裝備設計
注：僅要求完成模樣和模底板兩項設計內容。
3.8軸架鑄件熱處理工藝曲線的制定
6.8設計并繪制鑄件圖1張（A3圖紙）
氣門搖臂軸架零件結構工藝性分析及毛坯制造形式的選擇(參考)
根據(jù)零件圖，零件幾何形體不規(guī)則，由圓柱體和工字形斷面臂組成，壁厚不均勻，最小壁厚為….，最大壁厚為..，零件尺寸不大，屬小型復雜件，從材料成形工藝角度，軸架毛坯適合選擇鑄件。
設計說明書
題 目:氣門搖臂軸架鑄造工藝及模具設計
年級、 專業(yè):
姓 名:
學 號:
指 導 教 師:
完 成 時 間:
畢業(yè)設計（論文）
誠 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文）氣門搖臂軸架鑄造工藝與模具設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級：
學 號：
作者姓名：
2015 年 03 月 28 日
目 錄
第一章、簡 介 5
1.1.中國鑄造技術發(fā)展現(xiàn)狀 5
1.2.發(fā)達國家鑄造技術發(fā)展現(xiàn)狀 5
1.3.我國鑄造未來發(fā)展趨勢 5
第二章、鑄造工藝方案的確定 7
2.1.產品的生產條件、結構及技術要求 7
2.2.零件鑄造工藝性 8
2.3.造型，造芯方法的選擇 9
2.4.澆注位置的確定 9
2.5.分型面的確定 11
2.6.砂箱中鑄件數(shù)量及排列方式確定 12
第三章、鑄造工藝參數(shù)及砂芯設計 13
3.1.工藝設計參數(shù)確定 13
3.1.1.鑄件尺寸公差 13
3.1.2.機械加工余量 13
3.1.3.鑄造收縮率 14
3.1.4.起模斜度 14
3.1.5.最小鑄出孔和槽 14
3.1.6.鑄件在砂型內的冷卻時間 15
3.1.7.鑄件重量公差 15
3.1.8.工藝補正量 15
3.1.9.分型負數(shù) 15
3.1.10.反變形量 16
3.1.11.非加工壁厚負余量 16
3.2.砂芯設計 16
3.2.1.芯頭的設計 16
3.2.2.砂芯的定位結構 17
3.2.3.芯骨設計 17
3.2.4.砂芯的排氣 17
3.2.5.砂芯負數(shù) 17
第四章、澆注系統(tǒng)及冒口、冷鐵、出氣孔等設計 18
4.1.澆注系統(tǒng)的設計 18
4.1.1.選擇澆注系統(tǒng)類型 18
4.1.2.確定內澆道在鑄件上的位置、數(shù)目、金屬引入方向 18
4.1.3.決定直澆道的位置和高度 19
4.1.4計算澆注時間并核算金屬上升速度 20
4.1.5.計算阻流截面積 20
4.1.6.計算直澆道截面積 20
4.1.7.澆口窩的設計 21
4.2.冒口的設計 22
4.3.冷鐵的設計 22
4.4.出氣孔的設計 22
第五章、鑄造工藝裝備設計 23
5.1.模樣的設計 23
5.1.1.模樣材料的選用 23
5.1.2.金屬模樣尺寸的確定 23
5.1.3.壁厚與加強筋的設計 23
5.1.4.金屬模樣的技術要求 23
5.1.5.金屬模樣的生產方法 24
5.2.模板的設計 24
5.2.1.模底板材料的選用 24
5.2.2.模底板尺寸確定 24
5.2.3.模底板與砂箱的定位 24
5.3.芯盒的設計 25
5.3.1.芯盒的類型和材質 25
5.3.2.芯盒的結構設計 25
5.4.砂箱的設計 25
5.4.1.砂箱的材質及尺寸 25
5.4.2.砂箱型壁尺寸及圓角尺寸 25
5.4.3.砂箱排氣孔尺寸 26
第六章、砂型鑄造設備選用 27
6.1.造型工部設備選用 27
6.2.制芯工部設備選用 27
6.3.溶化工部設備選用 27
6.4.砂處理工部設備選用 27
6.5.清理工部設備選用 27
總 結 28
參考文獻 29
致 謝 30
第一章、簡 介
1.1.中國鑄造技術發(fā)展現(xiàn)狀
盡管近年來我國鑄造行業(yè)取得迅速的發(fā)展,但仍然存在許多問題。第一,專業(yè)化程度不高,生產規(guī)模小 。我國每年每廠的平均生產量是815t,遠遠低于美國的4606t和日本的4878t。第二,技術含量及附加值低。我國高精度、高性能鑄件比例比日本低約20個百分點。第三,產學研結合不夠緊密、鑄造技術基礎薄弱。第四,管理水平不高,有些企業(yè)盡管引進了國外的先進的設備和技術,但卻無法生產出高質量鑄件,究其原因就是管理水平較低。第五,材料損耗及能耗高污染嚴重。中國鑄鐵件能耗比美國、日本高70%～120%。第六,研發(fā)投入低、企業(yè)技術自主創(chuàng)新體系尚未形成。
1.2.發(fā)達國家鑄造技術發(fā)展現(xiàn)狀
發(fā)達國家總體上鑄造技術先進、產品質量好、生產效率高、環(huán)境污染少、原輔材料已形成商品化系列化供應，如在歐洲已建立跨國服務系統(tǒng)。生產普遍實現(xiàn)機械化、自動化、智能化（計算機控制、機器人操作）。
在大批量中小鑄件的生產中，大多采用微機控制的高密度靜壓、射壓或氣沖造型機械化、自動化高效流水線濕型砂造型工藝。 砂處理采用高效連續(xù)混砂機、人工智能型砂在線控制專家系統(tǒng), 制芯工藝普遍采用樹脂砂熱、溫芯盒法和冷芯盒法。熔模鑄造普遍用硅溶膠和硅酸乙酯做粘結劑的制殼工藝。鑄造生產全過程主動、從嚴執(zhí)行技術標準，鑄件廢品率僅2%-5%；標準更新快（標齡4-5年）；普遍進行ISO9000、ISO14000等認證。
重視開發(fā)使用互聯(lián)網技術，紛紛建立自己的主頁、站點。鑄造業(yè)的電子商務、遠程設計與制造、虛擬鑄造工廠等飛速發(fā)展。
1.3.我國鑄造未來發(fā)展趨勢
自中國加入WTO以來,我國鑄造行業(yè)面臨機遇與挑戰(zhàn)。其未來發(fā)展將集中在以下幾方面。第一,鼓勵企業(yè)重組發(fā)展專業(yè)化生產,包括鑄件大型化和輕量化生產。第二,加大科技投入切實推動自主創(chuàng)新,實現(xiàn)鑄件的精確化生產和數(shù)字化鑄造。第三,培養(yǎng)專業(yè)人才加強職工技術培訓。第四,大力降低能耗抓好環(huán)境保護,實現(xiàn)清潔化鑄造。
第二章、鑄造工藝方案的確定
2.1.產品的生產條件、結構及技術要求
l 產品生產性質——中批量生產
l 零件材質——HT200
l 零件的外型示意圖如圖2.1所示，外形輪廓尺寸為83mm×47mm×62mm，主要壁厚5-12mm，最大壁厚12mm，為一小型鑄件；鑄件除滿足幾何尺寸精度及材質方面的要求外，無其他特殊技術要求。
圖2.1.零件平面圖
圖2.2.零件立體圖
2.2.零件鑄造工藝性
零件結構的鑄造工藝性是指零件的結構應符合鑄造生產的要求，易于保證鑄件品質，簡化鑄件工藝過程和降低成本。審查、分析應考慮如下幾個方面：
1.鑄件應有合適的壁厚，為了避免澆不到、冷隔等缺陷，鑄件不應太薄。
2.鑄件結構不應造成嚴重的收縮阻礙，注意薄壁過渡和圓角，鑄件薄厚壁的相接拐彎等厚度的壁與壁的各種交接，都應采取逐漸過渡和轉變的形式，并應使用較大的圓角相連接，避免因應力集中導致裂紋缺陷。
3.鑄件內壁應薄于外壁，鑄件的內壁和肋等，散熱條件較差，應薄于外壁，以使內、外壁能均勻地冷卻，減輕內應力和防止裂紋。
4.壁厚力求均勻，減少肥厚部分，防止形成熱節(jié)。
5.利于補縮和實現(xiàn)順序凝固。
6.防止鑄件翹曲變形。
7.避免澆注位置上有水平的大平面結構。
對于該產品的鑄造工藝性審查、分析如下：
產品輪廓尺寸為83mm×37mm×62mm。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》表3-2-1得：最小允許壁厚為3～5 mm。而本次設計的產品的最小壁厚為5mm。符合要求。
產品設計壁厚較為均勻，可以有效構成熱節(jié)，不易產生熱烈。
2.3.造型，造芯方法的選擇
產品輪廓尺寸為83mm×37mm×62mm，鑄件尺寸較小，屬于中小型零件，且要大批量生產。采用濕型粘土砂造型靈活性大，生產率高，生產周期短，便于組織流水生產，易于實現(xiàn)機械化和自動化，材料成本低，節(jié)省烘干設備、燃料、電力等，還可延長砂箱使用壽命。因此，采用濕型粘土砂機器造型，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，但是烘干后容易產生裂紋，容易變形。在大批量生產的條件下，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砂芯，以增加其強度及保證鑄件質量。選擇使用射芯工藝生產砂芯。采用熱芯盒制芯工藝熱芯盒法制芯，是用液態(tài)固性樹脂粘結劑和催化劑制成的一種芯砂，填入加熱到一定的芯盒內，貼近芯盒表面的砂芯受熱，其粘結劑在很短的時間內硬化。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鑄件在型內所處的狀態(tài)和位置。確定澆注位置是鑄造工藝設計中重要的環(huán)節(jié)，關系到鑄件的內在質量，鑄件的尺寸精度及造型工藝過程的難易程度。
初步對本次設計產品的澆注位置的確定有：方案如圖2.3
圖2.3 澆注位置確定方案
確定澆注位置應注意以下原則：
1.鑄件的重要部分應盡量置于下部
2.重要加工面應朝下或直立狀態(tài)
3.使鑄件的答平面朝下，避免夾砂結疤內缺陷
4.應保證鑄件能充滿
5.應有利于鑄件的補縮
6.避免用吊砂，吊芯或懸臂式砂芯，便于下芯，合箱及檢驗
對于方案二如圖2.3進行綜合分析如下：
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縮，組織致密。
2.鑄件的重要加工面A面、B面（如圖2.3所示）位于側立面，產品基準面也是在側面，比較光潔，產生氣孔、非金屬夾雜物等缺陷的可能性小。另外，進口處的澆注空間相對比較大，方便鑄料流入，因此，這樣設計方便鑄料能夠充分填充。
綜合比較，方案科學可行。
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、成本和生產率。
初步對產品圖進行分型有：方案如圖2.4：
圖2.4 分型面確定方案一
而選擇分型面時應注意一下原則：
應使鑄件全部或大部分置于同一半型內
應盡量減少分型面的數(shù)目
分型面應盡量選用平面
便于下芯、合箱和檢測
不使砂箱過高
受力件的分型面的選擇不應削弱鑄件結構強度
注意減輕鑄件清理和機械加工量
對方案如圖2.4進行綜合分析如下：
根據(jù)鑄件形狀，產品上下有直孔，左右有直孔，交叉的，因此在鑄造時需要考慮抽芯機構，由于產品側面有個加強筋D-D所示，如果直排，加強筋處將無發(fā)順利脫模，因此需要將產品轉側，如上面分型面示意圖一樣，如此兩邊對稱，一半在上型腔內，一半在下型腔內，保證合箱對準誤差，鑄件不產生偏錯。而且箱體能完全取出。
通過以上分析，方案比較科學可行。
2.6.砂箱中鑄件數(shù)量及排列方式確定
產品單件體積，根據(jù)面積乘高，初步通過PROE計算產品體積為35926.1mm3，密度為7.3g/cm，質量約為262.26g，合計0.26kg，因此看鑄件為中小型簡單件?？紤]到年產量屬于中等，因此采用一箱四件結構，提高生產效率。
初步選取砂箱尺寸由《鑄造實用手冊》查表1.5-45得：
上箱為450×400×60mm 下箱為450×400×60mm
鑄件在砂箱中排列最好放模具中心，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，在結合已經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的位置。
第三章、鑄造工藝參數(shù)及砂芯設計
3.1.工藝設計參數(shù)確定
鑄造工藝設計參數(shù)通常是指鑄型工藝設計時需要確定的某些數(shù)據(jù)，這些工藝數(shù)據(jù)一般都與模樣及芯盒尺寸有關，及與鑄件的精度有密切關系，同時也與造型、制芯、下芯及合箱的工藝過程有關。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允許的極限尺寸之差。在兩個允許極限尺寸之內，鑄件可滿足機械加工，裝配，和使用要求。
本次產品為砂型鑄造機器造型中批量生產，由《鑄造工藝設計》查表1-10得：
尺寸公差為CT8～12級，取CT9級。
輪廓尺寸為83mm×37mm×62mm，由《鑄造工藝設計》查表1-9得：
尺寸公差數(shù)值為1.0mm。
3.1.2.機械加工余量
機械加工余量是鑄件為了保證其加工面尺寸和零件精度，應有加工余量，即在鑄件工藝設計時預先增加的，而后在機械加工時又被切去的金屬層厚度。
由《鑄造工藝設計》查表1-13得：加工余量為E～G級，取G級。輪廓尺寸為83mm×37mm×62mmmm，由《鑄造工藝設計》查表1-12得：加工余量數(shù)值為0.4mm-1.0mm，取0.75mm。
但在分型面及澆注系統(tǒng)設置中，不得已將重要加工面底面朝上放置，這樣使其容易產生氣孔、非金屬夾雜物等缺陷，所以將采取適當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整為1mm。這樣產品尺寸就是39+1=40，49+1=50，孔的加工余量為1mm，18-1-1=16mm，16-1-1=14mm，為保證產品垂直度0.02，所以這兩個面，需要增加加工余量1.5mm，所以，整個產品高度37+1.5+1.5=40mm,26+1.5+1.5=29mm。
3.1.3.鑄造收縮率
鑄造收縮率又稱鑄件線收縮率，用模樣與鑄件的長度差除以模樣長度的百分比表示：ε=[（L1-L2）/L1]*100％
ε—鑄造收縮率
L1—模樣長度
L2—鑄件長度
產品受阻收縮率由《鑄造工藝設計》查表1-14得：
受阻收縮率為0.9-1.15％。本設計中，取1%。
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。這個斜度，稱為起模斜度。起模斜度應在鑄件上沒有結構斜度的，垂直于分型面的表面上應用。
初步設計的起模斜度如下：
外型模的邊高5-10mm的起模斜度由《鑄造工藝設計》查表1-15得：
粘土砂造型外表面起模斜度為а=0°05＇,a=1.2mm，本設計中可以忽略不計。
3.1.5.最小鑄出孔和槽
零件上的孔、槽、臺階等，究竟是鑄出來好還是靠機械加工出來好，這應該從品質及經濟角度等方面考慮。一般來說，較大的孔、槽等應該鑄出來，以便節(jié)約金屬和加工工時，同時還可以避免鑄件局部過厚所造成熱節(jié)，提高鑄件質量。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)產品輪廓尺寸，由《鑄造工藝設計》查表1-5得：
最小鑄出孔約為6-10mm
產品的孔Φ11，Φ18，Φ16，Φ3，考慮加工余量后直徑為分別為Φ9，Φ16，Φ14，Φ3mm，厚度為40mm。Φ11，Φ18，Φ16三孔直徑比較大，高徑比也不大，則應該鑄出，而且能保證精度。后續(xù)精加工達到要求。斜孔φ3的孔，需要后加工，鉆孔來實現(xiàn)。
3.1.6.鑄件在砂型內的冷卻時間
鑄件在砂型內的冷卻時間短，容易產生變形，裂紋等缺陷。為使鑄件在出型時有足夠的強度和韌性，鑄件在砂型內應有足夠的冷卻時間。由《鑄造工藝設計》查表1-25得：本次產品鑄造冷卻時間為30～50min。
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的允許范圍。本次產品的公稱重量約為0.26kg，尺寸公差為CT9級。由《鑄造工藝設計》查表1-57得：重量公差為MT14級。一模4件，總重量為0.26×4=1.04kg。
3.1.8.工藝補正量
在單件中，小批量生產中，由于選用的縮尺與鑄件的實際收縮率不符，或由于鑄件產生了變形等原因，使得加工后的鑄件某些部分的壁厚小于圖樣要求尺寸，嚴重時會因強度太弱而報廢。因此工藝需要在鑄件相應的非加工壁厚上增加層厚度稱為工藝補正量。但本次設計零件在批量生產前的小批量試產過程中將進行調整，所以設計中不考慮工藝補正量。
3.1.9.分型負數(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。為了防止?jié)沧r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。為了保證鑄件尺寸精確，在擬定工藝時為抵掉鑄件增加的尺寸而在模樣上減去相應的尺寸稱為分型負數(shù)。而本次設計零件是濕型且是中型鑄件，故不予考慮分型負數(shù)。
3.1.10.反變形量
鑄造較大的平板類、床身類等鑄件時，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題，在制造模樣時，按鑄件可能產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變形量稱為反變形量。本次設計產品沒有較大平板故基本不會產生撓曲變形，所以不用設置反變形量。
3.1.11.非加工壁厚負余量
在手工粘土砂造型、制芯過程中，為了取出木模，要進行敲模，木模受潮時將發(fā)生膨脹，這些情況均會使型腔尺寸擴大，從而造成非加工壁厚的增加，使鑄件尺寸和重量超過公差要求。為了保證鑄件尺寸的準確性，凡形成非加工壁厚的木?；蛐竞袃鹊睦甙搴穸瘸叽鐟摐p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余量。本次零件砂芯屬于機器造芯，造型屬于機器造型。故不用設置非加工壁厚負余量。
3.2.砂芯設計
砂芯的功用是形成鑄件的內腔、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也用砂芯。
3.2.1.芯頭的設計
砂芯主要靠芯頭固定在砂型上。對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。
根據(jù)實際設計量取計算砂芯高度：L=16mm
芯頭長度初步選取由《鑄造工藝設計》查表1-31得：h=30～45mm 取h=40mm
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，只設計下芯頭并且加大下芯頭。
下芯頭長度設計修正為：h=16×(1+1%)=16.16mm
芯頭間隙初步選取由《鑄造工藝設計》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置上芯頭，所以使用過盈的芯頭，過盈量為0.2mm
芯頭斜度選取由《鑄造工藝設計》查表1-32得：а≤7 取а=7
3.2.2.砂芯的定位結構
砂芯要求定位準確，不允許沿芯頭軸向移動或繞芯頭軸線轉動。對于形狀不對稱的砂芯，為了定位準確，需要做出定位芯頭。
3.2.3.芯骨設計
為了保證砂芯在制芯、搬運、配芯和澆注過程中不開裂、不變形、不被金屬液沖擊折斷，生產中通常在砂芯中埋置芯骨，以提高其剛度和強度。
因為砂芯尺寸中等，而且采用樹脂砂，故砂芯強度較好，砂芯內不用放置芯骨。
3.2.4.砂芯的排氣
砂芯在澆注過程中，其粘結劑及砂芯中的有機物要燃燒（氧化反應）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，則要引起鑄件產生氣孔。
本次設計產品的砂芯采用熱芯盒造芯，故不用有意設置排氣道、排氣孔等排氣。
3.2.5.砂芯負數(shù)
大型粘土砂芯在春砂過程中砂芯向四周漲開，刷涂料以及在烘干過程中發(fā)生的變形，使砂芯四周尺寸增大。為了保證鑄件尺寸準確，將芯盒的長、寬尺寸減去一定量，這個被減去的量叫做砂芯負數(shù)。
因為砂芯負數(shù)只用于大型粘土砂芯，本設計中的砂芯為中等型砂芯不設計砂芯負數(shù)。
第四章、澆注系統(tǒng)及冒口、冷鐵、出氣孔等設計
4.1.澆注系統(tǒng)的設計
澆注系統(tǒng)是鑄型中引導液體金屬進入型腔的通道，它由澆口杯，直澆道，橫澆道和內澆道組成。
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)。因為封閉式澆注系統(tǒng)控流截面積在內澆道，澆注開始后，金屬液容易充滿澆注系統(tǒng)，呈有壓流動狀態(tài)。擋渣能力強，但充型速度快，沖刷力大，易產生噴濺，金屬液易氧化。適用于濕型鑄件小件。本次設計的產品是采用濕型的鑄件，所以選擇封閉式澆注系統(tǒng)。
4.1.2.確定內澆道在鑄件上的位置、數(shù)目、金屬引入方向
零件結構較為簡單且是小型件，鑄造時本設計中采取一箱4件，所以需要一個澆口杯，一個只澆道，一個橫澆道和4個內澆道。為了方便造型，澆道開設在分型面上。根據(jù)下小上大的原則，鑄件采用大面積在上，小面積在下鑄件分上下箱的方式進行鑄造，這樣鑄件凝固順序為由下至上凝固，這樣有利于產品的重要部分先凝固并得到補縮，如此內澆道則設置在底部側面引入金屬液，如圖4.1所示。
圖4.1 內澆道位置示意圖
4.1.3.決定直澆道的位置和高度
實踐證明，直澆道過低使充型及液態(tài)補縮壓力不足，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。初步設計直澆道高度等于上沙箱高度60mm。但應檢驗該高度是否足夠。
檢驗依據(jù)為，剩余壓力頭應滿足壓力角的要求，如下式所列：
HM≥Ltgа
式中 HM——最小剩余壓力頭
L——直澆道中心到鑄件最高且最遠點的水平投影距離
а——壓力角
由《鑄造工藝學》查表3-4-11得：а為9～10 取10
Ltgа=60×tg10≈10.58mm
因為鑄件分上下箱，所以剩余壓力頭HM等于箱體的高度70mm
因此驗證剩余壓力頭滿足壓力角的要求。
4.1.4計算澆注時間并核算金屬上升速度
根據(jù)鑄件圖計算單個鑄件的體積V≈35.93cm3
灰口鑄鐵密度由《鑄造實用手冊》查表1.1-90得：7.0～7.3
取密度為7.3g/mm，
一箱一件質量為m=35.96×7.3=262.289g≈0.26kg
零件大批量生產的工藝出品率約為85%，可估計鑄型中鐵水總重量G
G=0.26×4/85%≈1.22kg
初步計算澆注時間由《鑄造實用手冊》查表1.4-61得：
T=S√G=2.5×√1.22≈2.76
計算鐵水液面上升速度 v=C/t=1.22/2.76=0.442mm/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《鑄造實用手冊》查表1.4-62得：上升速度v=10～30s
通過比對2.2mm/s＜10mm/s的上升速度符合實際，不必調整經驗系數(shù)。
4.1.5.計算阻流截面積
根據(jù)水力學近似計算公式：
F內= m/[ρtμ(2gHp)0.5] cm2
式中 m—流經阻流的金屬質量 kg
t—充滿行腔總時間 s
ρ—金屬液密度 kg/cm3
μ—澆注系統(tǒng)阻流截面的流量系數(shù)
Hp—充填型腔時的平均計算壓力頭 cm
F內=1.22/[0.0073×2.76×0.5×(2×1000×20)0.5] ≈2.45cm2
4.1.6.計算直澆道截面積
直澆道的功用是從澆口杯引導金屬液向下，進入橫澆道、內澆道或直接進入型腔。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阻力充型。
由于設計直澆口有一個，因此S直=4×3.2=12.8cm2
直澆道形狀取圓形截面形狀如圖4.4
圖4.4 直澆道截面示意圖
圓形斷面大小由《鑄造實用手冊》查表1.4-75得：
D=16mm
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）。
因此直澆道上端是直徑約為：
D1=16-（1/50）×60=14.8mm
4.1.7.澆口窩的設計
澆口窩對于來自直澆道的金屬有緩沖作用，能縮短直——橫澆道拐彎處的紊流區(qū)，改善橫澆道內的壓力分布，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=2×16=32mm
4.2.冒口的設計
冒口是鑄型內用于儲存金屬液的空腔，在鑄件形成時補給金屬，有防止縮孔、縮松、排氣、集渣的作用。
本次零件的灰口鑄鐵在凝固時其體積變化情況與一些工業(yè)上常用的金屬及合金不同，其特點是在液態(tài)冷卻時發(fā)生收縮，冷卻至共晶溫度時停止收縮，由于析出石墨而發(fā)生膨脹，在接近凝固終了時余下的液態(tài)金屬凝固時又開始收縮，直至凝固結束。所以其凝固時的膨脹和液態(tài)收縮趨于互相補償。故蠕墨鑄鐵補縮時需要的鐵水量少，而且本次設計零件壁厚不均勻，，所以需要單獨設計暗冒口和出氣冒口，具體見CAD圖紙。出氣冒口直徑要比直澆道直徑大，本設計中可以取15-20mm。
4.3.冷鐵的設計
為了增加鑄件局部冷卻速度，在型腔內部及工作表面安放的金屬塊稱為冷鐵。
鑄件壁厚較為相差不多，且無厚大壁，固不易產生裂紋縮松等缺陷。而且設置冷鐵會增加生產工序，使成本增大。所以不設置冷鐵，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.出氣孔的設計
出氣孔用于排出型腔內的氣體，改善金屬液充填能力、排除先沖到型腔中的過冷金屬液與浮渣，還可作為觀察金屬液充滿型腔的標志。出氣孔設置位置詳見工藝圖。
防止出氣孔過大導致鑄件形成熱節(jié)，以至產生縮孔，出氣孔根部直徑，不應大于設置處鑄件壁厚的0.5倍。
防止出氣孔過小導致型內氣壓過份增大，出氣孔根部總截面接應大于內澆口總截面積3cm2。
因此設計出氣孔根部直徑為10mm，一箱1件共6個出氣孔。為方便取模采用上小下大的錐形，斜度為起模斜度а=1°20＇
第五章、鑄造工藝裝備設計
鑄造工藝裝備是造型、造芯及合箱過程中所使用的模具和裝置的總稱。
5.1.模樣的設計
5.1.1.模樣材料的選用
模樣是造型工藝過程必須的工藝裝備，用來形成鑄型的型腔，因此直接關系著鑄件的形狀和尺寸精確度。鑄件為大批量生產，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）
上，下模座：HT200
鑲塊，緊固件：45#鋼，40Cr，
型砂：煤粉砂（舊砂、新砂、煤粉、膨潤土以一定配比進行混合而成）
5.1.2.金屬模樣尺寸的確定
模樣尺寸＝鑄件尺寸（1＋K），（模樣尺寸精確到小數(shù)點后兩位）
注：K 鑄件線收縮率
收縮率K=0.9-1.15%，基本按零件圖尺寸設計模具。本設計按1%計算。
5.1.3.壁厚與加強筋的設計
模樣壁厚由《鑄造實用手冊》查表1.5－2得：
模型壁厚30-40mm。內部不用設置加強筋。
5.1.4.金屬模樣的技術要求
模樣的尺寸精度、表面光潔度是影響鑄件質量的一個重要因素，因此對其表面光潔度和尺寸偏差應嚴格控制。
由《鑄造實用手冊》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，然后進行熱處理，以增加其硬度，增加抗磨損能力，然后在用機器按模樣的尺寸加工成模樣的形狀。
5.2.模板的設計
模板也稱型板，是由摸底板和模樣、澆口系統(tǒng)及定位銷等裝配而成。模底板用來連接與支承模樣、澆注系統(tǒng)、插銷等。本設計采用單面模底板，其工作面是平面。
5.2.1.模底板材料的選用
對模底板材料的要求是有足夠的強度，有良好的耐磨性，抗震耐壓，鑄造和加工性。根據(jù)模樣的結構及生產要求，選用鑄鐵作為模底板的材料。
5.2.2.模底板尺寸確定
模底板長＝砂箱長＋2×砂箱分型面出邊緣厚度
＝318＋2×50=418mm
模底板寬＝砂箱寬＋2×砂箱分型面出邊緣厚度
＝176＋2×100=376mm
由《鑄造實用手冊》查表1.5－34得：模底板的壁厚取為30mm
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，插銷與銷套定位。
5.3.芯盒的設計
5.3.1.芯盒的類型和材質
采用熱芯盒，芯盒材料為煤粉砂。
5.3.2.芯盒的結構設計
芯盒的壁厚由《鑄造實用手冊》查表1.5－11得：6～8mm，取7mm
5.4.砂箱的設計
砂箱的設計內容有：選擇類型和材質，確定砂箱尺寸。結構設計，定位及緊固等。
5.4.1.砂箱的材質及尺寸
鑄件機械造型用砂箱可選用的材料牌號由《鑄造工藝課程設計手冊》查得有：HT15-33,HT20-40,QT45-5,QT60-2,QT40-10,ZG15～ZG45。選擇GT400-15為砂箱材料，需進行人工時效或退火處理。
根據(jù)通用砂箱的規(guī)格尺寸選砂箱的尺寸：
上箱為450×400×60mm 下箱為450×400×60mm
5.4.2.砂箱型壁尺寸及圓角尺寸
普通機械造型砂箱常用向下擴大的傾斜壁，底部設突緣，防止塌箱，保證剛性，便于落砂，箱壁上流出氣孔。
砂箱過渡圓角示意圖如圖5.2。其中R=20 mm,R1=40 mm
圖5.2 砂箱過渡圓角示意圖
5.4.3.砂箱排氣孔尺寸
由《鑄造實用手冊》表1.5-49查得：
C=40 mm,c1=50mm,c2=20mm,d=10 mm
上箱通氣孔共6排，下箱通氣孔共6排
第六章、砂型鑄造設備選用
6.1.造型工部設備選用
工藝分析確定采用砂箱內尺寸為450×400×100/150mm的微振壓實造型線生產本次設計的鑄件。選擇這種造型線組織造型生產，在技術上是先進的，經濟上是合理的。選用半自動氣動微震壓實造型機（型號 ZB148B）進行造型。
6.2.制芯工部設備選用
為了提供造型用的強度高、尺寸精確的砂芯，采用熱芯盒射砂生產樹脂砂芯，此零件的砂芯屬于小砂芯，根據(jù)所需型芯形狀及生產效率，選用2ZZ8612熱芯盒射芯機。
6.3.溶化工部設備選用
根據(jù)車間的生產綱領、設備資源情況、投資等因素，確定采用沖天爐融化灰口鑄鐵。
6.4.砂處理工部設備選用
混砂裝備選用碾輪式混砂機，該型混砂機的混砂質量較好。
制備型（芯）砂所需要的各種原材料、如新砂、煤粉、粘土等一般都經過烘干后使用，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)。生產批量較大的鑄造車間，采用雙輪松砂機。
6.5.清理工部設備選用
為了減輕清理工段的勞動強度，改善勞動條件，提高鑄件清理質量和清理速度，設計中采用雙行程連續(xù)拋丸室和Q118拋丸清理滾筒進行鑄件的表面清理；采用M 3040固定式砂輪機、M 3140懸掛式砂輪機鑄件的飛邊毛刺。清理好的鑄件用電泳浸漆遠紅外線烘干自動線進行油漆防銹。廢砂用帶式輸送機、斗式提升機集中送至廢砂斗內，定期用汽車運走。
總 結
經過了近一個學期的精心準備，本次設計已經接近尾聲了，由于我所學的知識有限，所以有很多不足和沒有考慮到的地方還請老師予以指正。
本設計主要開篇對我國鑄造的歷史及現(xiàn)狀，其他國家鑄造發(fā)展現(xiàn)狀，我國鑄造的發(fā)展趨勢等進行了相應的簡單介紹。
在鑄造工藝設計中首先進行了鑄造工藝方案的確定，其中包括對零件鑄造工藝性的分析，造型造芯方法的選擇以及澆注位置和分型面的確定。其次分析計算了零件的各種鑄造工藝參數(shù)并設計了砂芯。最后對澆注系統(tǒng)、冒口、冷鐵、出氣孔等進行了計算與設計。
在工藝裝配設計中對砂箱，模樣模板，芯盒進行了簡要的設計。
經過近一個學期的畢業(yè)設計，使我更加熟練的掌握了UG，CAD等軟件，也更加熟悉了砂型鑄造的工藝過程，本人受益匪淺。
但在本次設計中，由于實踐經驗的不足，有一些和現(xiàn)實狀況結合很密切的問題考慮的還不夠周全，希望老師們予以諒解。我會在以后的工作和學習中，更全面更深層次的提高和完善自己的知識和實踐操作技能。
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致 謝
經過近一個學期的忙碌和學習，本次設計終于定稿，作為一個本科生的畢業(yè)設計，由于知識有限，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。
在這里首先要感謝我的母校為我提供了良好的學習及生活環(huán)境，同時也感謝敬愛的校領帶及學院領導給予我在學習及生活上的關懷及幫助，讓我能夠順利的度過四年的大學學習生涯。
其次感謝我的指導老師。他平日里工作繁多，但在我進行畢業(yè)設計的每個階段，他都給予了我悉心的指導。他治學嚴謹?shù)膽B(tài)度和科學研究的精神是我永遠學習的榜樣。
其次，感謝所有的任課老師及輔導員等，正是他們?yōu)槲掖蛳铝嗽鷮嵉膶I(yè)知識，教會了我作人的道理，才使我能夠順利地走出校園邁向社會。同時，我還要感謝那些曾經我在設計中遇到困難積極幫助我的同學們，正是他們不厭其煩對我的細心講解，才使得我在以往學習中沒有掌握的知道得到了彌補，才能使畢業(yè)設計順利完成。
最后，還要感謝我的父母，正是他們多年來一如既往地支持、鼓勵和鞭策，才使我有前進的動力。