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連接盤鑄造工藝設(shè)計(jì)
1 引言
鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，已有約6000年的歷史。中國(guó)約在公元前1700～前1000年之間已進(jìn)入青銅鑄件的全盛期，工藝上已達(dá)到相當(dāng)高的水平。鑄造是指將室溫中為液態(tài)但不久后將固化的物質(zhì)倒入特定形狀的鑄模待其凝固成形的加工方式。被鑄物質(zhì)多為原為固態(tài)但加熱至液態(tài)的金屬（例：銅、鐵、鋁、錫、鉛等），而鑄模的材料可以是沙、金屬甚至陶瓷。因應(yīng)不同要求，使用的方法也會(huì)有所不同.
鑄造－熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得具有一定形狀、尺寸和性能金屬零件毛坯的成型方法
鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過(guò)程。鑄造毛坯因近乎成形，而達(dá)到免機(jī)械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上減少了制作時(shí)間．鑄造是現(xiàn)代裝置制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一。
鑄造可按金屬液的澆注工藝分為重力鑄造和壓力鑄造。重力鑄造是指金屬液在地球重力作用下注入鑄型的工藝，也稱澆鑄。廣意的的重力鑄造包括砂型澆鑄、金屬型澆鑄、熔模鑄造，泥模鑄造等；窄義的重力鑄造專指金屬型澆鑄。壓力鑄造是指金屬液在其他外力（不含重力）作用下注入鑄型的工藝。廣義的壓力鑄造包括壓鑄機(jī)的壓力鑄造和真空鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等；窄義的壓力鑄造專指壓鑄機(jī)的金屬型壓力鑄造，簡(jiǎn)稱壓鑄。這幾種鑄造工藝是目前有色金屬鑄造中最常用的、也是相對(duì)價(jià)格最低的。
砂型鑄造是一種以砂作為主要造型材料，制作鑄型的傳統(tǒng)鑄造工藝。
砂型一般采用重力鑄造，有特殊要求時(shí)也可采用低壓鑄造、離心鑄造等工藝。砂型鑄造的適應(yīng)性很廣，小件、大件，簡(jiǎn)單件、復(fù)雜件，單件、大批量都可采用。砂型鑄造用的模具，以前多用木材制作，通稱木模。旭東精密鑄件廠為改變木模易變形、易損壞等弊病，除單件生產(chǎn)的砂型鑄件外，全部改為尺寸精度較高，并且使用壽命較長(zhǎng)的鋁合金模具或樹(shù)脂模具。雖然價(jià)格有所提高，但仍比金屬型鑄造用的模具便宜得多，在小批量及大件生產(chǎn)中，價(jià)格優(yōu)勢(shì)尤為突出。此外，砂型比金屬型耐火度更高，因而如銅合金和黑色金屬等熔點(diǎn)較高的材料也多采用這種工藝。但是，砂型鑄造也有一些不足之處：因?yàn)槊總€(gè)砂質(zhì)鑄型只能澆注一次，獲得鑄件后鑄型即損壞，必須重新造型，所以砂型鑄造的生產(chǎn)效率較低；又因?yàn)樯暗恼w性質(zhì)軟而多孔，所以砂型鑄造的鑄件尺寸精度較低，表面也較粗糙。不過(guò)，旭東精密鑄件廠集多年的技術(shù)積累，已大大改善了砂型鑄件的表面狀況，其拋丸后的效果可與金屬型鑄件媲美。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)目的是通過(guò)在鑄造工藝分析的過(guò)程中梳理大學(xué)四年中學(xué)到的專業(yè)知識(shí)，學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)鞏固和拓展自己的專業(yè)知識(shí)，熟悉鑄造工藝設(shè)計(jì)的流程，領(lǐng)略鑄造工藝設(shè)計(jì)的要領(lǐng)，體驗(yàn)鑄造工藝設(shè)計(jì)工作的內(nèi)涵，為即將步入社會(huì)，走向工作崗位做最后的準(zhǔn)備。
課題背景
鑄造是金屬成形的一種最主要方法，它是熱加工的基礎(chǔ)。鑄造的歷史與華夏文明的歷史一樣悠久，我們的祖先在4000多年前就鑄造出了“三星堆”那樣精美的青銅器，其技術(shù)水平令人嘆為觀止，然而到了現(xiàn)代，作為全球鑄件產(chǎn)量第一大國(guó)，中國(guó)的鑄造水平卻落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。
早期
中國(guó)商朝的重875公斤的司母戊方鼎，戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的曾侯乙尊盤，西漢的透光鏡，都是古代鑄造的代表產(chǎn)品。 早期的鑄件大多是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、宗教、生活等方面的工具或用具，藝術(shù)色彩濃厚。那時(shí)的鑄造工藝是與制陶工藝并行發(fā)展的，受陶器的影響很大。
發(fā)展
中國(guó)在公元前513年，鑄出了世界上最早見(jiàn)于文字記載的鑄鐵件－晉國(guó)鑄型鼎,重約270公斤。歐洲在公元八世紀(jì)前后也開(kāi)始生產(chǎn)鑄鐵件。鑄鐵件的出現(xiàn)，擴(kuò)大了鑄件的應(yīng)用范圍。例如在15～17世紀(jì)，德、法等國(guó)先后敷設(shè)了不少向居民供飲用水的鑄鐵管道。18世紀(jì)的工業(yè)革命以后，蒸汽機(jī)、紡織機(jī)和鐵路等工業(yè)興起，鑄件進(jìn)入為大工業(yè)服務(wù)的新時(shí)期，鑄造技術(shù)開(kāi)始有了大的發(fā)展。
近代
進(jìn)入20世紀(jì)，鑄造的發(fā)展速度很快，其重要因素之一是產(chǎn)品技術(shù)的進(jìn)步 ，要求鑄件各種機(jī)械物理性能更好，同時(shí)仍具有良好的機(jī)械加工性能；另一個(gè)原因是機(jī)械工業(yè)本身和其他工業(yè)如化工、儀表等的發(fā)展，給鑄造業(yè)創(chuàng)造了有利的物質(zhì)條件。如檢測(cè)手段的發(fā)展，保證了鑄件質(zhì)量的提高和穩(wěn)定，并給鑄造理論的發(fā)展提供了條件；電子顯微鏡等的發(fā)明，幫助人們深入到金屬的微觀世界，探查金屬結(jié)晶的奧秘，研究金屬凝固的理論，指導(dǎo)鑄造生產(chǎn)。
我國(guó)鑄造業(yè)的概況
我國(guó)鑄件產(chǎn)量從2000年起超越美國(guó)已連續(xù)6年位居世界第一，其中2004年為2242萬(wàn)噸，2005年估計(jì)為2600萬(wàn)噸，鑄件年產(chǎn)值超過(guò)2500億元，鑄件產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的1/4之多，已成為世界鑄造生產(chǎn)基地。根據(jù)全球主要鑄件生產(chǎn)國(guó)2004年的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)可以看出，十大鑄件生產(chǎn)國(guó)可分為兩類。一類是發(fā)展中國(guó)家，雖然產(chǎn)量大，但鑄件附加值低，小企業(yè)多，從業(yè)人員隊(duì)伍龐大，黑色金屬比重大。另一類是發(fā)達(dá)國(guó)家，如日本、美國(guó)及歐洲等，他們采用高新技術(shù)主要生產(chǎn)高附加值鑄件。
發(fā)達(dá)國(guó)家總體上鑄造技術(shù)先進(jìn)、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染小、原輔材料已形成系列化。歐洲已建立跨國(guó)服務(wù)系統(tǒng)，生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化。生產(chǎn)過(guò)程從嚴(yán)執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，鑄件廢品率約為2%—5%。重視用信息化提升鑄造工藝設(shè)計(jì)水平，普遍應(yīng)用軟件進(jìn)行充型凝固過(guò)程模擬和工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)。
從批量和勞動(dòng)生產(chǎn)率看，歐、美、日的優(yōu)勢(shì)很大，日本的勞動(dòng)生產(chǎn)率是人均年產(chǎn)鑄件140噸，我國(guó)估計(jì)約為20噸，相差7倍。我國(guó)人工成本低于1美元/小時(shí)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相差幾十倍，因而出口鑄件具有優(yōu)勢(shì)。但近年來(lái)材料價(jià)格猛漲，使我國(guó)出口鑄件在材料成本方面的優(yōu)勢(shì)消失殆盡。在產(chǎn)品質(zhì)量和檔次方面，我們遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。近年我國(guó)鑄件出口雖有所增長(zhǎng)，但出口只占我國(guó)總產(chǎn)量的97%，占世界鑄件市場(chǎng)流通量不到8%，總體增速緩慢，表現(xiàn)為質(zhì)量較差、價(jià)格低。長(zhǎng)期以來(lái)，出口的鑄件以中低檔產(chǎn)品為主，各類管件、散熱器、廚具及浴具占到36%。一些出口鑄件雖可達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但要達(dá)到歐美客戶標(biāo)準(zhǔn)還有距離。
在國(guó)內(nèi)，鑄造業(yè)是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要行業(yè)，是汽車、石化、鋼鐵、電力、造船、紡織、裝備制造等支柱產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，是制造業(yè)的重要組成部份。在機(jī)械裝備中，鑄件占整機(jī)重量的比例很高，內(nèi)燃機(jī)占80%、拖拉機(jī)占50%—80%、液壓件、泵類機(jī)械占50%—60%。汽車中的關(guān)鍵部件幾乎全部鑄造而成；冶金、礦山、電站等重大設(shè)備都依賴于大型鑄鍛件，鑄件的質(zhì)量直接影響著整機(jī)的質(zhì)量和性能。
我國(guó)鑄造生產(chǎn)企業(yè)主要分布在東部，西部產(chǎn)量較少。目前全國(guó)鑄造企業(yè)約有24000家、從業(yè)人員約120多萬(wàn)。從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)看，既有從屬于主機(jī)生產(chǎn)廠的鑄造分廠或車間，也有專業(yè)鑄造廠，還有大量的鄉(xiāng)鎮(zhèn)鑄造廠。就規(guī)模和水平而言，既有工藝先進(jìn)、機(jī)械化程度高、年產(chǎn)數(shù)萬(wàn)噸鑄件的大型鑄造廠，如重型行業(yè)、汽車行業(yè)、航空工業(yè)的一些先進(jìn)的鑄造廠；也有工藝落后、設(shè)備簡(jiǎn)陋、手工操作，年產(chǎn)鑄件百余噸的小型鑄造廠。
發(fā)達(dá)國(guó)家鑄造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
發(fā)達(dá)國(guó)家總體上鑄造技術(shù)先進(jìn)、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染少、原輔材料已形成商品化系列化供應(yīng)，如在歐洲已建立跨國(guó)服務(wù)系統(tǒng)。生產(chǎn)普遍實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化（計(jì)算機(jī)控制、機(jī)器人操作）。
鑄鐵熔煉使用大型、高效、除塵、微機(jī)測(cè)控、外熱送風(fēng)無(wú)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(gè)或幾十個(gè)10-6的水平。
在重要鑄件生產(chǎn)中，對(duì)材質(zhì)要求高，如球墨鑄鐵要求P≯0.04%、S≯0.02%，鑄鋼要求P、S均≯0.025%，采用熱分析技術(shù)及時(shí)準(zhǔn)確控制C、Si含量，用直讀光譜儀2~3分鐘分析出十幾個(gè)元素含量且精度高，C、S分析與調(diào)控可使超低碳不銹鋼的C、S含量得以準(zhǔn)確控制，采用先進(jìn)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有效控制鑄件質(zhì)量。
普遍采用液態(tài)金屬過(guò)濾技術(shù)，過(guò)濾器可適應(yīng)高溫諸如鈷基、鎳基合金及不銹鋼液的過(guò)濾。過(guò)濾后的鋼鑄件射線探傷A級(jí)合格率提高13個(gè)百分點(diǎn)，鋁鎂合金經(jīng)過(guò)濾，抗拉強(qiáng)度提高50%、伸長(zhǎng)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(guò)程無(wú)污染，實(shí)現(xiàn)了微機(jī)自動(dòng)化控制。
鋁基復(fù)合材料以其優(yōu)越性能被廣泛重視并日益轉(zhuǎn)向工業(yè)規(guī)模應(yīng)用，如汽車驅(qū)動(dòng)桿、缸體、缸套、活塞、連桿等各種重要部件都可用鋁基復(fù)合材料制作，并已在高級(jí)賽車上應(yīng)用；在汽車向輕量化發(fā)展的進(jìn)程中，用鎂合金材料制作各種重要汽車部件的量已僅次于鋁合金。
采用熱風(fēng)沖天爐、兩排大間距沖天爐和富氧送風(fēng)，電爐采用爐料預(yù)熱、降低熔化溫度、提高爐子運(yùn)轉(zhuǎn)率、減少爐蓋開(kāi)啟時(shí)間，加強(qiáng)保溫和實(shí)行微機(jī)控制優(yōu)化熔煉工藝。在球墨鑄鐵件生產(chǎn)中廣泛采用小冒口和無(wú)冒口鑄造。鑄鋼件采用保溫冒口、保溫補(bǔ)貼，工藝出品率由60%提高到80%?？紤]人工成本高和生產(chǎn)條件差等因素而大量使用機(jī)器人。由于環(huán)保法制嚴(yán)格（電爐排塵有9國(guó)規(guī)定100-250mg/m3、沖天爐排塵，11國(guó)規(guī)定100-1000mg/m3，或0.25-1.5kg/t鐵液；砂處理排塵，8國(guó)規(guī)定100-250mg/m3。），鑄造廠都重視環(huán)保技術(shù)。
在大批量中小鑄件的生產(chǎn)中，大多采用微機(jī)控制的高密度靜壓、射壓或氣沖造型機(jī)械化、自動(dòng)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(jī)、人工智能型砂在線控制專家系統(tǒng), 制芯工藝普遍采用樹(shù)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(jié)劑的制殼工藝。
用自動(dòng)化壓鑄機(jī)生產(chǎn)鑄鋁缸體、缸蓋；已經(jīng)建成多條鐵基合金低壓鑄造生產(chǎn)線。用差壓鑄造生產(chǎn)特種鑄鋼件。所生產(chǎn)的各種口徑的離心球墨鑄鐵管占鑄鐵管總量95%以上，球鐵管占球鐵年產(chǎn)量30%-50%。
成功地采用EPC技術(shù)大批量生產(chǎn)汽車4缸缸體、缸蓋等復(fù)雜鑄件，生產(chǎn)率達(dá)180型/小時(shí)。在工藝設(shè)計(jì)、模具加工中，采用CAD/CAM/RPM技術(shù)；在鑄造機(jī)械的專業(yè)化、成套化制備中，開(kāi)始采用CIMS技術(shù)。
鑄造生產(chǎn)全過(guò)程主動(dòng)、從嚴(yán)執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，鑄件廢品率僅2%-5%；標(biāo)準(zhǔn)更新快（標(biāo)齡4-5年）；普遍進(jìn)行ISO9000、ISO14000等認(rèn)證。
重視開(kāi)發(fā)使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，紛紛建立自己的主頁(yè)、站點(diǎn)。鑄造業(yè)的電子商務(wù)、遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)與制造、虛擬鑄造工廠等飛速發(fā)展。
2 設(shè)計(jì)任務(wù)
2.1鑄造工件圖
鑄件的cad三維圖如下：
圖2.1a鑄造工件主視圖
圖2.1b零件三維圖
圖2.1c零件三維圖
連接盤材料為HT200，采用砂型鑄造，年生產(chǎn)量200件
2.2分析生產(chǎn)性質(zhì)
（1）該零件屬小批生產(chǎn)，零件上φ60 mm的孔要鑄出，需用一個(gè)型芯。
（2）四個(gè)φ12 mm的小孔可不鑄出，鑄后再用機(jī)械加工出該孔，鑄造工藝圖上的不鑄出孔用紅線打叉
3 工藝分析
3.1 鑄造工藝圖
圖3.1鑄造工藝圖
鑄造工藝圖是鑄造行業(yè)所特有的一種圖紙，它規(guī)定了鑄件的形狀和尺寸，也規(guī)定了鑄件的基本生產(chǎn)方法和工藝過(guò)程。單件，小批量的生產(chǎn)情況下，用規(guī)定畫法，以便模具制造，造型，檢驗(yàn)和技術(shù)存檔。
鑄造生產(chǎn)時(shí)，首先要根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特征、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)條件等因素，確定鑄造工藝方案。其主要內(nèi)容包括澆注位置、分型面、鑄造工藝參數(shù)（機(jī)械加工余量、起模斜度、鑄造圓角、收縮率、芯頭等）的確定，然后用規(guī)定的工藝符號(hào)或文字繪制成鑄造工藝圖。鑄造工藝圖是生產(chǎn)過(guò)程的指導(dǎo)性文件，它為設(shè)計(jì)和指導(dǎo)鑄造工藝設(shè)備提供了基本依據(jù)。
3.2 澆注位置
澆注位置：澆注時(shí)鑄件在鑄型中所處的位置稱為澆注位置。鑄件的澆注位置對(duì)鑄件的質(zhì)量、尺寸精度、造型工藝的難易程度都有很大的影響。通常按下列基本原則確定澆注位置。
（1）鑄件的重要工作面或主要加工面朝下或位于側(cè)面。澆注時(shí)金屬液中的氣體、熔渣及鑄型中的砂粒會(huì)上浮，有可能使鑄件的上部出現(xiàn)氣孔、夾渣、砂眼等缺陷，而鑄件下部出現(xiàn)缺陷的可能性小，組織較致密。如圖所示機(jī)床床身的澆注位置，應(yīng)將導(dǎo)軌面朝下，以保證該重要工作面的質(zhì)量。如圖所示的卷?yè)P(yáng)筒，其圓周面的質(zhì)量要求較高，采用立澆方案，可使圓周面處于側(cè)面，保證質(zhì)量均勻一致。 如圖機(jī)床床身的澆注位置，應(yīng)將導(dǎo)軌面朝下，以保證該重要工作面的質(zhì)量。
（2）鑄件的大平面朝下或傾斜澆注。由于澆注時(shí)熾熱的金屬液對(duì)鑄型的上部有強(qiáng)烈的熱輻射，引起頂面型砂膨脹拱起甚至開(kāi)裂，使大平面出現(xiàn)夾砂、砂眼等缺陷。大平面朝下或采用傾斜澆注的方法可避免大平面產(chǎn)生鑄造缺陷。下圖為平板鑄件的澆注位置。
（3）鑄件的薄壁朝下、側(cè)立或傾斜。 為防止鑄件的薄壁部位產(chǎn)生冷隔、澆不到缺陷，應(yīng)將面積較大的薄壁置于鑄件的下部，或使其處于側(cè)壁或傾斜位置.
（4）鑄件的厚大部分應(yīng)放在頂部或在分型面的側(cè)面。主要目的是便于在厚處安放冒口進(jìn)行補(bǔ)縮
圖 3.2澆注系統(tǒng)
3.3 分型面
分型面：是鑄型組元間的接合面。為便于起模，一般分型面選擇在鑄件的最大截面處。分型面的選定應(yīng)保證起模方便、簡(jiǎn)化鑄造工藝、保證鑄件的質(zhì)量。確定分型面應(yīng)遵循如下原則。
（1） 分型面應(yīng)選擇在模樣最大截面處，以便于起模。
（2） 盡量減少分型面。
（3） 盡量使分型面平直。
（4） 盡量使鑄件的全部或大部分位于同一砂箱中。
（5） 盡量使型芯位于下箱，并注意減低砂箱的高度。
依據(jù)分型面應(yīng)選擇在模樣最大截面處，以便于起模。盡量減少分型面盡量使分型面平直。盡量使鑄件的全部或大部分位于同一砂箱中。盡量使型芯位于下箱，并注意減低砂箱的高度幾點(diǎn)鑄件的分型面如下圖
圖3.3分型面
3.4 工藝參數(shù)的選定
3.4.1 機(jī)械加工余量和公差
機(jī)械加工余量：是指鑄件加工面上預(yù)留的、準(zhǔn)備切除的金屬層厚度。加工余量取決于鑄件的精度等級(jí)，與鑄件材料、鑄造方法、生產(chǎn)批量、鑄件尺寸、澆注位置等因素有關(guān)。
鑄件的尺寸公差 CT，其精度等級(jí)從高到低有1、2、3.．．．．．16共16個(gè)等級(jí)；加工余量等級(jí)MA，從精到粗可分為A、B、C、D、E、F、G、H、J共9個(gè)級(jí)別。下表為砂型鑄造常用鑄造合金單件和小批生產(chǎn)時(shí)公差等級(jí)及與之配套的加工余量等級(jí)。
鑄件的公差等級(jí)和加工余量等級(jí)確定后，加工余量數(shù)值可根據(jù)GB/T11350-1989選??；公差的數(shù)值可按 GB6414—86 選取
鑄件最大尺寸
澆注時(shí)位置
加工面與基準(zhǔn)面之間的距離
<50
50-120
120-260
260-500
500-800
800-1250
<120
頂面底，側(cè)面
3.5-4.5 2.5-3.5
4.0-4.53.0-3.5
120-260
頂面底 側(cè)面
4.0-5.0 3.0-4.0
4.5-5.03.5-4.0
5.0-5.5 4.0-4.5
260-500
頂面底 側(cè)面
4.5-6.0 3.5-4.5
5.0-6.04.0-4.5
6.0-7.0 4.5-5.0
6.5-7.0 5.0-6.0
500-800
頂面底 側(cè)面
5.0-7.0 4.0-5.0
6.0-7.04.5-5.0
6.5-7.0 4.5-5.5
7.0-8.0 5.0-6.0
7.5-9.0 6.5-7.0
800-1250
頂面底 側(cè)面
6.0-7.0 4.0-5.5
6.5-7.5 5.0-5.5
7.0-8.0 5.0-6.0
7.5-8.0 5.5-6.0
8.0-9.0 5.5-7.0
8.5-10 6.5-7.5
表3.4.1鑄件加工余量
3.4.2 起模斜度
起模斜度：為使模樣（或型芯）易從鑄型（或芯盒）中取出，在模樣（或芯盒）上與起模方向平行的壁的斜度稱為起模斜度，可用角度 α 或?qū)挾?a表示，提倡使用寬度a。模樣的起模斜度可采用增加壁厚、加減壁厚、減小壁厚三種取法。
圖3.4.2工件的起模斜度與加工余量
起模斜度需要增減的數(shù)值可按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取，采用粘土砂造型時(shí)的起模斜度可按 JB/T5105—1991確定。一般木模的斜度 α =0.3°~3°，a=0.6~3.0mm；金屬模的斜度α=0.2°~2°，a=0.4~2.4mm。模樣越高，斜度越小。當(dāng)鑄件上的孔高度與直徑之比小于1（H/D<1）時(shí)，可用自帶芯子的方法鑄孔，用自帶芯子的起模斜度一般應(yīng)大于外壁斜度。見(jiàn)下表
測(cè)量面高度（毫米）
金屬模
木模
a(毫米)
α°
a(毫米)
α°
<20
0.5-1.0
1°30′-3°
0.5-1.0
1°30′-3°
20-50
0.5-1.2
0°45′-2°
1.0-2.0
1°30′-2°30′
50-100
1．0-1.5
0°45′-1°
1.5-2.0
1°-1°30′
100-200
1.5-2.0
0°30′-0°45′
2.0-2.5
0°45′-1°
表3.4.2砂芯鑄造用起模斜度
3.4.3 收縮率
收縮率：為補(bǔ)償鑄件在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的收縮，使冷卻后的鑄件符合圖樣的要求，需要放大模樣的尺寸，放大量取決于鑄件的尺寸和該合金的線收縮率。一般中小型灰鑄鐵件的線收縮率約取 1%；非鐵金屬的鑄造收縮率約取1.5%；鑄鋼件的鑄造收縮率約取2%。
3.4.4 鑄造圓角
鑄造圓角：模樣壁與壁的連接和轉(zhuǎn)角處要做成圓弧過(guò)渡，稱為鑄造圓角。鑄造圓角可減少或避免砂型尖角損壞，防止產(chǎn)生粘砂、縮孔、裂紋。但鑄件分型面的轉(zhuǎn)角處不能有圓角。鑄造內(nèi)圓角的大小可按相鄰兩壁平均壁厚的 1/3~1/5選取，外圓角的半徑取內(nèi)圓角的一半。
3.4.5 芯頭
芯頭：是指砂芯的外伸部分，用來(lái)定位和支承砂芯。芯頭有垂直和水平芯頭兩種。芯座是指鑄型中專為放置芯頭的空腔。芯頭和芯座尺寸主要有芯頭長(zhǎng)度 L（高度H）、芯頭斜度 α 、芯頭與芯座裝配隙s等，其數(shù)值與型芯的長(zhǎng)度（高度）和直徑有關(guān)
L
S
h1
h
S/2
S/2
A
A
D
B
A
A
A
圖4.4.5A垂直芯頭高度h和h1
L
當(dāng)D或（A+B）/2為下列數(shù)值時(shí)的高度h
≤30
31-60
61-100
101-150
≤30
15
15-20
—
—
31-50
20-25
20-25
20-25
—
51-100
25-30
25-30
25-30
20-25
101-150
30-35
30-35
30-35
25-30
表3.4.5A垂直芯頭高度h和h1
由h查h1
下芯頭高度h
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
上芯頭高度h1
15
15
15
20
20
25
25
30
30
35
表3.4.5B由h 查 h1
圖3.4.5B垂直芯頭的斜度α
芯頭高度h
15
20
25
30
35
40
50
60
70
用α/h表示斜度時(shí)
用角度α表示時(shí)
上芯頭
2
3
4
5
6
7
9
11
12
1/5
10°
下芯頭
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
5
6
1/10
5°
表3.4.5C垂直芯頭的斜度α
鑄型種類
D或(A+B)/2
≤50
51-100
101-150
151-200
201-300
301-400
401-500
501-700
濕型
0.5
0.5
1.0
1.0
1.5
1.5
2.0
2.0
干型
0.5
1.0
1.5
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
表3.4.5D垂直芯頭與芯座之間的間隙s
由連接盤的鑄件圖以及查上表可知型芯直徑為L(zhǎng)=38mm長(zhǎng)度為120mm上芯頭高度為h1=15MM下芯頭為h=25MM，s=0.5.上芯頭斜度7.5°下芯頭斜度為4.5°，如圖:
15
25
0.5
0.25
7°
4.5
圖3.4.5C芯頭尺寸
3.5 澆注系統(tǒng)
澆注系統(tǒng)是砂型中引導(dǎo)液態(tài)合金流入型腔的通道。生產(chǎn)襯套中常常因澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)安排不當(dāng)，造成砂眼、夾砂、粘砂、夾渣、氣孔、鐵豆、抬箱、縮孔、松孔、縮松、冷隔、澆不足、變形、裂紋、偏折等鑄造缺陷。此外，澆注系統(tǒng)的好壞影響造型和清理工作的繁簡(jiǎn)，砂型的體積大小和型砂的耗用運(yùn)輸量，非產(chǎn)生性消耗的液態(tài)合金用量等等。所以，澆注系統(tǒng)與獲得優(yōu)質(zhì)鑄件，提高生產(chǎn)效率和降低鑄件成本的關(guān)系是密切相聯(lián)的。因此對(duì)澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須慎重認(rèn)真。
常用的澆注系統(tǒng)大多由澆口杯（外澆口）、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道等部分組成。正確的澆注應(yīng)該：
1）使液態(tài)鑄鐵平穩(wěn)充滿砂型，不沖擊型壁和砂芯，不產(chǎn)生激濺和渦流，不卷入氣體，并順利的讓型腔內(nèi)的空氣和其他氣體排出型外，以防止金屬過(guò)渡氧化及產(chǎn)生砂眼、鐵豆、氣孔等缺陷。
2）阻擋夾雜物進(jìn)入型腔，以免在鑄件上形成渣孔。
3）調(diào)節(jié)砂型及鑄件上各部分溫差，控制鑄件的凝固順序，不阻礙鑄件的收縮，減少鑄件變形和開(kāi)裂等缺陷。
4）起一定的補(bǔ)縮作用，一般是在內(nèi)澆道凝固前補(bǔ)給部分液態(tài)收縮。
5）讓液態(tài)合金以最短的距離，最合宜的時(shí)間充滿型腔，并有合適的型內(nèi)液面上升速度，得到輪廓完整清晰的鑄件。
6）在保證鑄件質(zhì)量的前提下，澆注系統(tǒng)要有利于減小冒口體積，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，在砂型中占據(jù)的面積和體積要小，以便工人操作、清除和澆注系統(tǒng)模樣的制造，節(jié)約金屬液和型砂的消耗量，提高砂型有效面積的利用。
7）設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)主要是在滿足上述各項(xiàng)要求的原則下，根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)條件、鑄件合金的特性、生產(chǎn)批量及具體的生產(chǎn)條件等，選擇澆注系統(tǒng)的類型和結(jié)構(gòu)，合理的布置澆注系統(tǒng)的位置，確定內(nèi)澆道數(shù)目和澆注系統(tǒng)各組員的斷面尺寸、斷面比例等。
按澆注系統(tǒng)各組元的斷面比例關(guān)系，內(nèi)澆道對(duì)鑄件型腔的引注高度，澆道的結(jié)構(gòu)等.根據(jù)襯套的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和可以確定澆口杯用漏斗形澆口杯，澆口在側(cè)面位置，液態(tài)鑄鐵沿鑄型壁導(dǎo)入，充型快而平穩(wěn)，可防止沖砂。由于液態(tài)金屬凝固時(shí)的體積收縮，會(huì)在鑄件的厚實(shí)不易散熱部位中心產(chǎn)生縮孔，就必須在鑄件頂部設(shè)置冒口以消除縮孔。
澆注系統(tǒng)各尺寸的選取
鑄件重量可以算出約為9kg。澆注規(guī)格可根據(jù)《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)》表5-22
鑄件毛重（kg）
內(nèi)澆道
橫澆道
直澆道
內(nèi)澆道數(shù)量
每個(gè)斷面積（cm2）
總斷 面積 （cm2）
斷面積
（cm2）
搭接 尺寸 x（mm）
直徑（mm）
斷面積（cm2）
5~10
1
1.5
1.5
1.92
12.6
15.5
1.85
2
0.8
1.6
3
0.5
1.5
表3.5.1鑄鐵件單面緩流式澆注系統(tǒng)
根據(jù)《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)》表5-23 得出以下數(shù)據(jù)：
內(nèi)澆道斷面各尺寸a=14mm b=11mm c=12mm 斷面積1.5cm2
直澆道斷面直徑d=15.5mm 斷面積1.85cm2
橫澆道斷面各尺寸a=14mm b=10.5mm c=16.5mm 斷面積1.92cm2 如圖4.5.1
內(nèi)澆道 直澆道 橫澆道
圖3.5.1鑄鐵件緩流式澆注系統(tǒng)斷面尺寸
漏斗形澆口杯尺寸根據(jù)《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)》 表5-16得D1=56mm,D2=52mm，h=40mm如圖4.5.2
圖3.5.2漏斗形澆口杯
圖3.5.3 澆注系統(tǒng)
4 裝備設(shè)計(jì)
4.1造型
造型是指用型砂，模樣，砂箱等工藝裝備制造砂型的過(guò)程。造型是鑄造生產(chǎn)中最重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一。
造型方法按砂型緊實(shí)方式分為手工造型和機(jī)器造型兩大類。 手工造型是全部用手工或手動(dòng)工具緊實(shí)型砂、制成砂型的造型方法。其優(yōu)點(diǎn)是操作方便，靈活性強(qiáng)，特別適合于單件小批生產(chǎn)。 用機(jī)器全部完成或至少完成緊砂操作的造型方法稱為機(jī)器造型。按緊砂和起模方式不同，有多種不同類型的機(jī)器造型方法及相應(yīng)的造型機(jī) 。
我們所使用的是砂箱造型砂箱造型就是將模樣安置在砂箱內(nèi)進(jìn)行造型的一種造型方法，也是手工造型中最主要的的造型方法。砂箱造型猶豫鑄件結(jié)構(gòu)形狀和大小的不同而有多種形式。 有整模造型，分模造型，活塊模造型，挖砂造型等。
而我們所選用的就是整模造型，原因有模樣可以做成整體形，而分型面位于模樣某個(gè)斷面上，模樣就可以直接從砂型中起出，這樣的操作簡(jiǎn)便，幾何形狀清晰，尺寸準(zhǔn)確。
4.2模樣
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，因此直接關(guān)系著鑄件的形狀和尺寸精確度。根據(jù)模樣的所用的材料不同分為木模，金屬模，塑料模，聚苯乙烯泡沫塑料模?？梢愿鶕?jù)鑄件的要求，造型方法和生產(chǎn)批量等，經(jīng)濟(jì)合理選用。
木模樣 是模樣中應(yīng)用最廣泛的一種，具有質(zhì)輕，廉價(jià)和容易加工等優(yōu)點(diǎn)，但強(qiáng)度低容易變形和損壞。一般用于單件和小批量生產(chǎn)。常用木材有紅木，杉木，銀杏等
根據(jù)以上優(yōu)點(diǎn)本次課題我們所選用的就是木模其結(jié)構(gòu)如下圖，其詳細(xì)規(guī)格查JBT 7699-1995
該工件的鑄造使用木模 由鑄件的收縮率為1%可知木模的尺寸如下圖
圖 4.2.1模樣圖
圖4.2.2模樣三維圖
4.3芯盒
芯盒是將芯砂制成型芯的工藝裝備?？捎赡静?、塑料、金屬或其他材料制成。設(shè)計(jì)芯盒時(shí)，根據(jù)型芯的特點(diǎn)、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件等因素來(lái)確定芯盒材料及其結(jié)構(gòu)形式。
芯盒的類型
1.芯盒依制芯方法分為普通芯盒，熱芯盒，殼芯盒和冷芯盒
2.依分盒面和內(nèi)腔結(jié)構(gòu)情況不同，芯盒又可分為整體式，拆開(kāi)式和脫落式三大類
隨著芯盒材質(zhì)的不同，芯盒設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)特點(diǎn)也不同，而本次設(shè)計(jì)選用的木制芯盒，因?yàn)槟局菩竞兄圃熘芷诙蹋子诩庸?，成本低，但使用壽命短適用于小批或大件生產(chǎn)。其詳細(xì)規(guī)格查JBT 7699-1995木質(zhì)芯盒一般不用設(shè)計(jì)，只需選擇合理的結(jié)構(gòu)形式。芯盒的大致如圖5-3
圖4-3 芯盒
4.4 砂箱
由于是年產(chǎn)200件的單件小批量生產(chǎn)，為節(jié)約成本沙箱使用木質(zhì)沙箱。由鑄件的重量和尺寸和澆注系統(tǒng)得出內(nèi)框?qū)挾葹?00mm，上箱高度根據(jù)澆注系統(tǒng)澆口杯，直澆道的高度來(lái)確定為150mm。下箱高度根據(jù)鑄件高度可以確定為200mm
4.5型砂的成分和比例
型砂的組成:型砂主要由原砂、粘結(jié)劑、水和煤粉等組成，具體材料成分如下:
一、舊砂
舊砂一般占80%～90％。從經(jīng)濟(jì)效益考慮，型砂必須回收使用，故稱為舊砂。由于型砂在使用過(guò)程中受高溫金屬液的熱作用，使砂粒彼裂，型砂中煤粉燃燒成灰分，部分粘土燒毀而失去粘結(jié)力，所以舊砂不能直接回用。必須經(jīng)過(guò)磁選（去除舊砂中的鐵塊、鐵釘?shù)龋?、破?破碎大砂團(tuán)）、除塵、篩分等工藝過(guò)程，才能作為基本骨架材料使用。
二、新砂
新砂一般占型砂的10％一20％。由于舊砂回收使用后，有效粘土和煤粉減少，灰分增加，使型砂性能急劇下降，型砂量減少，所以每次混砂時(shí)都要附加一部分新砂(同時(shí)成比例加入粘土和煤粉），目的是詞整型砂性能。
三、粘土
在型砂中作為粘結(jié)劑的粘土分為普通粘土和膨潤(rùn)土兩種。干型砂中常用普通粘土，濕型砂中常用膨潤(rùn)土。由于膨潤(rùn)土粘結(jié)力大，型砂濕壓強(qiáng)度高，加入量一級(jí)是5%-7％（包括舊砂中有效粘上量)。
四、水
水的作用是潤(rùn)濕粘土，使粘土產(chǎn)生粘結(jié)力，加入量為4%～6%。一般要在混砂過(guò)程中，根據(jù)型砂性能和環(huán)境的溫度、濕度進(jìn)行調(diào)整。
五、煤粉
型砂中加人附加物的目的是為了使型砂具有某些特殊性能。鑄鐵件濕型砂中加入煤粉是為了防止鑄件產(chǎn)生粘砂，降低鑄件表面粗糙度，加入量為4％～6％。對(duì)于干型砂，常加人鋸末等，是為了提高型砂的退讓性。
在手工造型時(shí)，為了降低成本，保證襯套鑄件表面質(zhì)量，把型砂分為面砂和背砂。面砂是特殊配制的在造型時(shí)與模樣接觸的一層型砂，具有較好的性能，常加八較多的新砂配制；背砂是在模樣上覆蓋面砂后，填充砂箱用的型砂，用100％舊砂稍加處理即可。
5總結(jié)
連接盤鑄造工藝方案采用手工兩箱整模造型，確定各工藝參數(shù)。共一個(gè)砂芯，一箱一件生產(chǎn)，砂芯采用粘土芯砂。型砂采用粘土型砂，鑄件毛重9kg。
由于鑄鐵件的流動(dòng)性好，且尺寸不大，所以不需要冒口
經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，綜合的學(xué)習(xí)了了鑄造工藝設(shè)計(jì)各個(gè)流程。了解掌握了分型面，起模斜度，澆注系統(tǒng)，裝備設(shè)計(jì)等確定以及設(shè)計(jì)方法。還熟悉的運(yùn)用CAD，PROE等軟件。
參考文獻(xiàn)
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致謝
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)得到了很多老師、同學(xué)和同事的幫助，其中我的導(dǎo)師老師對(duì)我的關(guān)心和支持尤為重要，每次遇到難題，我最先做的就是向張老師尋求幫助，而張老師每次不管忙或閑，總會(huì)抽空來(lái)找我面談，然后一起商量解決的辦法。
另外，感謝校方給予我這樣一次機(jī)會(huì)，能夠獨(dú)立地完成一個(gè)課題，并在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，給予我們各種方便，使我們?cè)诩磳㈦x校的最后一段時(shí)間里，能夠更多學(xué)習(xí)一些實(shí)踐應(yīng)用知識(shí)，增強(qiáng)了我們實(shí)踐操作和動(dòng)手應(yīng)用能力，提高了獨(dú)立思考的能力。再一次對(duì)我的母校表示感謝。
感謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間和我密切合作的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個(gè)方面給予過(guò)我?guī)椭幕锇閭儯诖髮W(xué)生活即將結(jié)束的最后的日子里，我們?cè)僖淮窝堇[了團(tuán)結(jié)合作的童話，把一個(gè)龐大的，從來(lái)沒(méi)有上手的課題，圓滿地完成了。正是因?yàn)橛辛四銈兊膸椭?，才讓我不僅學(xué)到了本次課題所涉及的新知識(shí)，更讓我感覺(jué)到了知識(shí)以外的東西，那就是團(tuán)結(jié)的力量。
最后，感謝所有在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予過(guò)我?guī)椭娜?。上述朋友，再一次真誠(chéng)地表示感謝！
- 27 -
目錄
1 引言 1
2 設(shè)計(jì)任務(wù) 5
2.1鑄造工件圖 5
2.2分析生產(chǎn)性質(zhì) 8
3 工藝分析 8
3.1 鑄造工藝圖 8
3.2 澆注位置 9
3.3 分型面 10
3.4 工藝參數(shù)的選定 11
3.4.1 機(jī)械加工余量和公差 11
3.4.2 起模斜度 12
3.4.3 收縮率 14
3.4.4 鑄造圓角 14
3.4.5 芯頭 15
3.5 澆注系統(tǒng) 19
4 裝備設(shè)計(jì) 21
4.1造型 21
4.2模樣 22
4.3芯盒 24
4.4 砂箱 24
4.5型砂的成分和比例 24
5總結(jié) 25
參考文獻(xiàn) 27
致謝 28