端蓋零件鑄造工藝設(shè)計(jì)

端蓋零件鑄造工藝設(shè)計(jì),零件,鑄造,工藝,設(shè)計(jì) 鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目端蓋鑄造工藝設(shè)計(jì)學(xué) 院年 級(jí)專 業(yè)學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)指導(dǎo)教師鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)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.21.4 本領(lǐng)域存在的問(wèn)題.21.5 本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想.21.6 本設(shè)計(jì)擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題.22 2 零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工藝性分析零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工藝性分析 .42.1 零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn).42.2 化學(xué)成分及質(zhì)量要求.52.2.1 化學(xué)成分 .52.2.2 質(zhì)量要求 .52.3 零件結(jié)構(gòu)及工藝性分析.53 鑄造工藝方案的確定鑄造工藝方案的確定 .63.1 澆注位置的確定.63.2 分型面的選擇.63.3 造型及造芯方法.84 鑄造工藝參數(shù)鑄造工藝參數(shù) .94.1 鑄件尺寸公差.94.2 鑄件質(zhì)量公差.94.3 機(jī)械加工余量.94.4 鑄造收縮率.104.5 起模斜度.105 砂芯的設(shè)計(jì)砂芯的設(shè)計(jì) .115.1 砂芯的形狀.115.2 芯頭的設(shè)計(jì).116 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .136.1 澆注系統(tǒng)的選擇.136.2 各交道口截面積計(jì)算.14鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)II6.3 各交道口大小.146.3.1 直澆道大小 .146.3.2 橫澆道大小 .146.3.3 內(nèi)澆道大小 .156.3.4 冒口設(shè)計(jì) .157 工藝裝備工藝裝備 .177.1 模樣及模板.177.2 芯盒.187.3 砂箱.208 結(jié)結(jié) 論論 .21致致 謝謝 .22參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn) .23鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)11 1 前前 言言1.1 本設(shè)計(jì)的目的、意義隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，利用液態(tài)金屬進(jìn)行成型的新方法、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但傳統(tǒng)的鑄造生產(chǎn)仍是工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其裝備即工藝水平的高低是衡量整個(gè)裝備制造業(yè)技術(shù)水平的重要的依據(jù)。我國(guó)古代鑄造技術(shù)，從商代中期直到產(chǎn)業(yè)革命前可以說(shuō)一直處于世界領(lǐng)先水平。新中國(guó)成立以后我國(guó)的鑄造技術(shù)也在逐步完善逐漸趨于世界先進(jìn)水平。1.1.1 本設(shè)計(jì)的目的鑄造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)是鑄造專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)之一，是對(duì)鑄造專業(yè)的學(xué)生工藝?yán)碚摵蛯I(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的檢驗(yàn)。了解和掌握鑄件的生產(chǎn)與設(shè)計(jì)過(guò)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。1.1.2 本設(shè)計(jì)的意義對(duì)于鑄造在生產(chǎn)中，鑄造工藝設(shè)計(jì)中各部分的設(shè)計(jì)有著各種各樣的原則和要求。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)計(jì)鑄造出合格的端蓋，且鑄件的外觀尺寸符合要求，沒(méi)有內(nèi)部組織、力學(xué)性能和殘余應(yīng)力等缺陷，符合實(shí)際生產(chǎn)的需要。并全面的了解和掌握鑄造工藝設(shè)計(jì)的過(guò)程和一般方法。1.2 本設(shè)計(jì)的技術(shù)要求灰鑄鐵符合標(biāo)準(zhǔn) GB/T1348-2009，必須保證機(jī)械性能；凡有加工符號(hào)的表面留有加工余量；鑄件不得有砂眼、氣孔、裂紋等缺陷；鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2未注鑄造圓角為 R10-R15；鑄造公差等級(jí)為 ISO8602，CT12 級(jí)；去毛刺，銳邊銳角倒鈍。1.3 本課題的發(fā)展現(xiàn)狀鑄造技術(shù)目前已經(jīng)有著較為成熟的生產(chǎn)工藝，能夠進(jìn)行大中型、小型的各類復(fù)雜件的大量生產(chǎn)和單件生產(chǎn)，且能滿足各類生產(chǎn)生活的需求。鑄造成型工藝種類繁多有金屬型鑄造、陶瓷鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、消失模鑄造、砂型鑄造等，而本次設(shè)計(jì)所使用的砂型鑄造是應(yīng)用最為普遍的鑄造方法且已經(jīng)有著較為成熟的生產(chǎn)工藝技術(shù)能夠滿足本次設(shè)計(jì)的需求。1.4 本領(lǐng)域存在的問(wèn)題砂型鑄造在生產(chǎn)中有著其獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)但同樣的也存在著眾多的問(wèn)題，例如對(duì)澆鑄溫度的控制問(wèn)題，澆鑄溫度過(guò)高會(huì)出現(xiàn)粘砂的問(wèn)題，溫度過(guò)低又存在澆不足的風(fēng)險(xiǎn)。以及澆鑄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，這影響著澆鑄過(guò)程中金屬液的流動(dòng)以及鑄型的完整性。除此之外還存在著砂芯的放置問(wèn)題，這影響著鑄件尺寸的精確性。以上所提及僅是鑄件領(lǐng)域中存在的部分問(wèn)題除此還存在眾多的問(wèn)題有待實(shí)踐解決。1.5 本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想本設(shè)計(jì)主要以最少的工藝實(shí)現(xiàn)最快、最合理的生產(chǎn)工藝最為生產(chǎn)要旨，且安全環(huán)保，把生產(chǎn)成本，產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)速度作為生產(chǎn)中的重要準(zhǔn)則。1.6 本設(shè)計(jì)擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題本次設(shè)計(jì)中仍存在著眾多的問(wèn)題，如鑄件的分型面的選取問(wèn)題，冒口的設(shè)計(jì)問(wèn)題，澆鑄溫度的確定。對(duì)于鑄件分型面的選取要堅(jiān)持以下原則：1.盡量使鑄件全部或大部分鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)3處于同一部分，2.分型面數(shù)目盡可能的少，3.盡量選擇平面作為分型面，4.避免砂箱過(guò)高，5.便于下芯、合箱和合型。解決鑄件的精度，起模，合箱問(wèn)題。而對(duì)于冒口的選取則需堅(jiān)持以下原則：1.要使凝固方向朝向冒口，通常將鑄件置于壁厚出，以實(shí)現(xiàn)順序凝固。2.冒口應(yīng)首先設(shè)立在鑄件的熱節(jié)下方保證補(bǔ)縮時(shí)的液體的靜態(tài)壓力。3.盡量用一個(gè)冒口同時(shí)補(bǔ)縮多個(gè)熱節(jié)和鑄件。解決鑄件應(yīng)力集中問(wèn)題。而溫度的確定由于本次澆鑄鑄件厚大則需適當(dāng)?shù)奶岣邷囟取ｈT造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)42 零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工藝性分析2.1 零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1) 零件名稱：端蓋(2) 材料：HT150(3) 零件尺寸：900*H370(4) 生產(chǎn)批量：?jiǎn)渭a(chǎn)零件圖如圖 2-1 所示。圖 2-1 零件圖端蓋屬于大型鑄件，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，左右結(jié)構(gòu)對(duì)稱。因?yàn)槎松w的壁厚較為均勻，鑄造工藝比較簡(jiǎn)單，質(zhì)量要求較高。由于鑄件的內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，所以在鑄造的過(guò)程中很容易出現(xiàn)夾砂、氣孔等缺陷，因此在確定鑄造工藝的時(shí)候，我們需要綜合考慮鑄件的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求等各方面的因素。該鑄件所選用的材料為 HT150，鑄鐵材料容易制造出含有內(nèi)腔、外形復(fù)雜的毛坯，其在鑄件生產(chǎn)過(guò)程中具有很高的靈活性，適用性廣泛，鑄鐵材料在液態(tài)成型鑄件的尺寸大小方面限制比較大，其壁厚可由 2mm 到 3m 左右。對(duì)于塑性比較低的鑄件，液態(tài)成型是生產(chǎn)其毛坯或零件的唯一的方法。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)52.2 化學(xué)成分及質(zhì)量要求2.2.1 化學(xué)成分表 2-1 HT150 化學(xué)成分化學(xué)元素CSiMnPSMgCE質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.7%4.0%2.15%2.95%0.46%0.66%0.16%0.16%0.027%0.05%4.34.62.2.2 質(zhì)量要求鑄件不允許存在裂紋。鑄件液態(tài)成型不允許存在氣孔、砂眼、縮松、縮孔等缺陷。2.3 零件結(jié)構(gòu)及工藝性分析所要生產(chǎn)的鑄件的結(jié)構(gòu)合理與否直接影響鑄件的質(zhì)量，結(jié)構(gòu)合理的鑄件在鑄造過(guò)程中能夠有效地避免許多鑄造缺陷。通過(guò)所給零件圖可知端蓋的外輪廓尺寸為900*H370，其左右結(jié)構(gòu)對(duì)稱，上下結(jié)構(gòu)和前后結(jié)構(gòu)也比較對(duì)稱，端蓋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，壁厚均勻，主要壁厚為 200mm，最大壁厚處是 370mm，最大孔徑為 350mm，最小孔徑為 50mm。因?yàn)槎松w鑄件為球墨鑄鐵，且單件生產(chǎn)，根據(jù)鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊(cè)，如表 2-2 所示，鑄鐵件最小鑄出孔徑為 3050mm，所以鑄件 50mm 孔不鑄出，由后續(xù)加工得到。表 2-2 鑄件最小鑄出孔尺寸生產(chǎn)批量最小鑄出孔徑鑄鐵件鑄鋼件大批量生產(chǎn)15303050單件小批量305050由此可得端蓋鑄件圖如圖 2-2 所示。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)6圖 2-2 端蓋鑄件圖鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)73 鑄造工藝方案的確定3.1 鑄件的合理厚度為保證金屬液充型能力，在設(shè)計(jì)鑄件壁厚時(shí)，要考慮金屬液的流動(dòng)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)生澆不到和冷隔等缺陷，應(yīng)使鑄件的設(shè)計(jì)壁厚不小于最小壁厚。對(duì)于砂型鑄造灰鑄鐵件鑄造，其最小壁厚可參照資料表 3.1。表 3.1 砂型鑄造最小允許壁厚鑄造合金鑄件平均輪廓尺寸/mm2004004008008001250鑄鐵灰鑄鐵58610712球墨鑄鐵6108121014可鍛鑄鐵4658端蓋的最大尺寸為 108mm，據(jù)表 3.1 可以看出本次設(shè)計(jì)所選用的做小壁厚為 9mm 滿足設(shè)計(jì)的要求。3.2 分型面的選擇分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。充分分析零件的結(jié)構(gòu)從而選擇出最佳的分型面，可以極大的簡(jiǎn)化鑄造工藝、節(jié)約勞動(dòng)成本，增強(qiáng)生產(chǎn)的效率，在提升鑄件質(zhì)量方面起到關(guān)鍵作用。選擇分型面需要符合以下要求： (1)盡可能使鑄件全部或大部置于同一箱內(nèi)，以減少錯(cuò)型帶來(lái)的尺寸偏差保證鑄件尺寸精度，便于造型和合型操作。(2)分型面的選擇一般情況下應(yīng)該選擇平面，分型面選擇平面可以極大地簡(jiǎn)化造型總鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)8作以及模底板的制作，可以確保鑄件的精度。鑄件結(jié)構(gòu)特殊的情況下，為了方便工藝設(shè)計(jì)可以選擇曲面。(3)應(yīng)盡量把鑄件加工定位面和主要加工面放在同一箱內(nèi)，減少加工定位尺寸的偏差。(4)盡可能使鑄件澆筑后的清理工作能夠方便容易。根據(jù)端蓋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定了以下兩種分型面分型方法。如圖 3-1： 圖 3-1 分型面確定方案方案 A：分型面選在中心孔處，分型面沒(méi)有選在鑄件最大平面處，容易造成鑄件錯(cuò)模，而且砂箱較高，金屬液沖擊砂型，容易產(chǎn)生夾砂等缺陷。方案 BC：有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）分型面位于同一個(gè)平面且在鑄件最大斷面處，造型時(shí)相比階梯面更加的簡(jiǎn)單方便；（2）在同一平面可以方便起模，保證鑄件質(zhì)量。但方案 B 分型面選在側(cè)面孔下方，二側(cè)面孔是需要鑄出的，不利于下芯。綜合上述三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較，可以確定分型面依據(jù)上述方案 B。3.3 澆注位置的確定鑄件的澆鑄位置是指澆鑄時(shí)鑄件在鑄型內(nèi)所處的位置和狀態(tài)。它關(guān)系到鑄件的冶金鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)9質(zhì)量、鑄件的尺寸精度及造型工藝的難易程度，因此在確定工藝方案時(shí)需要選擇合適的澆鑄位置。因此澆鑄位置的確定應(yīng)該遵從以下幾個(gè)原則：（1）鑄件的重要部位或主要的加工面、耐磨面、受力面等應(yīng)位于下部或呈直立狀態(tài)。（2）鑄件的大平面應(yīng)朝下。（3）保證鑄件的充型能力。（4）要有利于鑄件的補(bǔ)縮。（5）避免使用吊砂、吊芯或懸臂式砂芯。盡量保證合箱的位置、澆鑄位置和鑄件冷卻位置一致。 選定的澆注位置有以下兩種方案如圖 3-2 所示：圖 3-2 澆注位置澆注位置根據(jù)以上要求分析，方案 A 鑄件大部分位于上箱，由于鑄件重量較大，容易發(fā)生漏箱。方案 B 鑄件大部分位于下箱，且有利于下砂芯。且澆注位置位于鑄件加工面，便于清理。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)104 鑄造工藝參數(shù)4.1 鑄件尺寸公差鑄件尺寸公差是指鑄件各部分尺寸允許的極限偏差，端蓋是單件生產(chǎn)砂型鑄造、機(jī)器造型，根據(jù)鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊(cè)表 4-1 表 4-2，鑄件尺寸公差等級(jí)取 CT12，鑄件尺寸公差數(shù)值為 11mm。表 4-1 單件小批量生產(chǎn)鑄件尺寸公差等級(jí)造型材料公差等級(jí) CT灰鑄鐵球墨鑄鐵鑄鋼干、濕型砂131513151315自硬砂111311131214表 4-2 鑄件尺寸公差數(shù)值鑄件基本尺寸公差等級(jí) CT大于至101112134006305710146301000681116100015007913184.2 鑄件質(zhì)量公差鑄件重量公差是以占鑄件公稱質(zhì)量的百分率為單位的鑄件質(zhì)量變動(dòng)的允許值。根據(jù)鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊(cè)表 4-3 表 4-4 得到端蓋的重量公差等級(jí)為 MT12 級(jí)，重量公差數(shù)值 10%。表 4-3 單件小批量生產(chǎn)鑄件重量公差等級(jí)造型材料公差等級(jí) MT鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)11灰鑄鐵球墨鑄鐵鑄鋼干、濕型砂131513151315自硬砂111311131214表 4-4 鑄件重量公差數(shù)值鑄件公稱重量重量公差等級(jí) MT大于至101112131004008101214400100068101210004000568104.3 機(jī)械加工余量為了保障零件加工面尺寸和精度，在鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)，將加工表面上留出的、準(zhǔn)備切去的金屬層厚度稱為機(jī)械加工余量。加工余量過(guò)大，浪費(fèi)金屬和機(jī)械加工工時(shí)，增加鑄件和零件成本；過(guò)小則不能完全除去鑄件的表面缺陷，甚至露出鑄件表皮，達(dá)不到零件要求。根據(jù)鑄件的尺寸公差等級(jí)、要求的機(jī)械加工余量級(jí)鑄件的最大輪廓尺寸確定加工余量的數(shù)值。鑄件需要加工的表面如下圖 4-1：圖 4-1 鑄件需要加工的表面鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)12要求的機(jī)械加工余量等級(jí)等級(jí)共有 10 級(jí),稱之為 A、B、C、D、E、F、G、H、J 和K 級(jí)共 10 個(gè)等級(jí)。根據(jù) GB/T6414-1999 要求，表 4.1 毛坯鑄件典型的機(jī)械加工余量等級(jí)（GB/T6414-1999）方法要求的機(jī)械加工余量等級(jí)鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵銅合金砂型手工造型GKFHFHFHFH砂型機(jī)械造型或殼型EHEGEGEGEG底選擇 F 級(jí)；處于澆注位置“頂部”的選用“低”的等級(jí)，本次設(shè)計(jì)對(duì)于頂面和鑄孔選擇 G 級(jí)；引用 GB/T6414-1999 要求的各等級(jí)加工余量數(shù)值如下表 4-5：表 4-5 加工余量數(shù)值最大尺寸要求的機(jī)械加工余量等級(jí)EFG1602504.55.06.02504005.06.07.04006305.56.57.563010006.57.59根據(jù)上表確定確定各加工面的加工余量數(shù)值為：頂面（1、3 號(hào)）加工余量等級(jí) G，加工余量數(shù)值 9mm、7.5mm；側(cè)面（2 號(hào)）加工余量等級(jí) F，加工余量數(shù)值 6mm；內(nèi)孔（4 號(hào)）加工余量等級(jí) G，加工余量數(shù)值 6mm；底面（5、6、7 號(hào)）加工余量等級(jí) F，加工余量數(shù)值 7.5mm、6mm、6.5mm.4.4 鑄造收縮率金屬在凝固過(guò)和程中有液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮，其中液態(tài)收縮和凝固收縮的結(jié)果會(huì)使鑄件最后凝固的部位產(chǎn)生縮孔、縮松，為消除縮孔、縮松，獲取組織致密的鑄件，采取工藝措施進(jìn)行補(bǔ)縮。根據(jù)該該零件的結(jié)構(gòu)，金屬液在凝固冷卻過(guò)程中的收縮介于“自由收縮”與“受阻鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)13收縮”之間，因此按照材料鑄造手冊(cè)中“鑄造收縮率”的設(shè)計(jì)依據(jù)（表 4-6）選擇該鑄件的鑄造收縮率為 1%。表 4.6 各類鑄鐵件的鑄造收縮率鑄件的種類收縮率阻礙收縮自收收縮中小型鑄件0.10.80.91.1大中型鑄件0.70.90.81.0球墨鑄鐵特大型鑄件0.60.80.70.94.5 起模斜度鑄件成型后，為了方便起模，在模樣、芯盒的出模方向留有一定的出模斜度。本次設(shè)計(jì)型板采用木模樣，樹(shù)脂自硬砂造型，起模斜度根據(jù)鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊(cè)表 4-7，選擇起模斜度為 4.2mm。表 4-7 自硬砂造型模樣外表面的起模斜度測(cè)量面高度起模斜度金屬、塑料模樣木模樣1602502.22.62504003.64.24006304.65.6鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)145 砂芯的設(shè)計(jì)5.1 砂芯的形狀砂芯用于形成鑄件內(nèi)腔、形成孔以及不易起模的外部輪廓部分，也可以在鑄型局部需要特殊性能時(shí)用作砂型的局部。鑄型工藝對(duì)砂芯的基本原則是：砂芯的形狀尺寸和在砂型中的位置符合逐漸的要求；要有足夠的強(qiáng)度和剛度，能夠抵抗高溫金屬液體的沖擊和靜壓力；排氣順暢，能將在沖型及凝固過(guò)程中產(chǎn)生的氣體順利排出；有較好的退讓性，對(duì)鑄件的收縮不會(huì)產(chǎn)生阻礙作用；清砂能力好。砂芯的設(shè)計(jì)包括：砂芯分塊，下芯順序，砂芯的個(gè)數(shù)，芯頭的結(jié)構(gòu)等。在對(duì)砂芯設(shè)計(jì)時(shí)需要符合下面幾個(gè)原則：(1)盡量減少砂芯的數(shù)量；(2)復(fù)雜的砂芯分塊設(shè)計(jì)；(3)設(shè)計(jì)砂芯時(shí)要根據(jù)鑄件型腔選擇合適的形狀，鑄型時(shí)方便填砂、排氣、安置芯骨等措施。(4)砂芯的分盒面應(yīng)盡量與砂型的分型面一致；(5)便于下芯和合型；(6)多個(gè)砂芯相連需要有良好的固定。對(duì)于本次設(shè)計(jì)的零件端蓋，采用樹(shù)脂自硬砂制芯，涉及不到砂芯的烘干。砂芯可以幫助鑄件成型、確保鑄件精度的關(guān)鍵因素。分析鑄件的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵撹T件為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，需要做一個(gè)砂芯，其形狀如圖 5-1 所示。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)15圖 5.1 砂芯圖5.2 芯頭的設(shè)計(jì)芯頭是伸出鑄件型腔以外的砂芯一部分，它可以起到定位砂芯的作用。根據(jù)端蓋的型腔結(jié)構(gòu)，設(shè)置一個(gè)垂直芯頭。圖 5.2 垂直芯頭示意圖垂直芯頭：根據(jù)鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊(cè)表 5-1，因?yàn)長(zhǎng)=370mm、200mm，D=350mm、110mm，取間隙 S=1.5，H=50mm，S=0.5，H=30mm。表 5-1 垂直型芯頭的高度和芯頭與芯座的配合間隙D 或2BA100160160250250400400630L砂型類別SHSHSHSH濕砂型0.511.52200400干砂型1351401.545250鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)16自硬砂型1401501.555260垂直芯頭斜度：根據(jù)鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊(cè)表 5-2，取上部芯頭斜度11mm、7mm，下部芯頭斜度 8mm、5mm。表 5-2 垂直型芯頭的斜度型芯頭高度406363100100型芯頭位置型芯頭斜度上部芯頭7111413下部芯頭581117在鑄件生產(chǎn)過(guò)程中，為了快速下芯、合箱及保證鑄件的質(zhì)量，在芯頭的模樣上做出壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽。壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽的示意圖如圖 5-3 所示：圖 5-3 壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽的示意圖壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽的尺寸列入下表 5-3：表 5-3 壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽的尺寸垂直芯頭(mm)350 砂芯110 砂芯e42f53r425.3 芯骨的設(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(kāi)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，以提高其剛度和強(qiáng)度。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)17110 砂芯因?yàn)樯靶境叽巛^小，而且采用樹(shù)脂砂，故砂芯強(qiáng)度較好，砂芯內(nèi)不用放置芯骨。350 砂芯根據(jù)鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊(cè)表 5-4 設(shè)計(jì)芯骨，芯骨如圖 5-4 所示。表 5-4 芯骨尺寸與吃砂量芯骨材料砂芯尺寸芯骨尺寸截面尺寸芯骨吃砂量鑄鐵350*370300*30020*10*302030圖 5-4 芯骨鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)186 澆注系統(tǒng)的設(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(duì)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(guò)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(guò)程中流動(dòng)的方向和速度可以控制，保證對(duì)鋼軌截面的沖刷均勻、砂型輪廓清晰、完整。（3）在合適的時(shí)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(jiǎn)單、可靠，減少金屬液消耗，便于推瘤。6.1 澆注系統(tǒng)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(shí)對(duì)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(duì)于中小鑄件多采用將內(nèi)澆口開(kāi)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(duì)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(duì)鑄型底部的沖擊較大，金屬液在充型過(guò)程中容易二次氧化；底注式澆注系統(tǒng)充型過(guò)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(duì)較差；中間注入式澆鑄系統(tǒng)同時(shí)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)，但鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)19其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，消耗的金屬液量多。根據(jù)本題目鑄造工藝方案的設(shè)計(jì)，據(jù)鑄造工藝手冊(cè)常用合金砂型鑄造澆口比及其應(yīng)用采用開(kāi)放式式澆注系統(tǒng)。6.2 各交道口截面積計(jì)算鑄件重量：987kg，每箱一件。采用開(kāi)放式澆注系統(tǒng)根據(jù)鑄造工程師手冊(cè)表（6-89）選取：?jiǎn)蝹€(gè)內(nèi)澆道截面積 4.8cm2，八個(gè)內(nèi)澆道，內(nèi)澆道截面積共 38.4cm2，橫澆道截面積 16.2cm2，直澆道截面積 19cm2。6.3 各交道口大小6.3.1 直澆道大小本次設(shè)計(jì)選取圓錐形直澆道，因?yàn)閳A錐形直澆道模制造容易、造型方便，所以適用于中、小型鑄件。表 6-1 常用球墨鑄鐵個(gè)組元截面積編號(hào)內(nèi)澆道編號(hào)橫澆道編號(hào)直澆道abcF內(nèi)abcF內(nèi)DF內(nèi)1181661.011812203.01203.12232171.521914223.62234.23252381.9232315254.83275.74282692.442418265.44296.353028102.953022328.45359.863835113.8634234011.464113.374238124.8740304616.27501984640135.685038592285725.5根據(jù)鑄造工程師手冊(cè)表（6-1） ，D=50mm 如圖 6.1 所示。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)20圖 6.1 直澆道截面6.3.2 橫澆道大小根據(jù)鑄造工程師手冊(cè)表（6-1） ，a=40mm，b=30mm，h=46mm。如圖 6.2 所示。圖 6.2 橫澆道截面6.3.3 內(nèi)澆道大小根據(jù)鑄造工程師手冊(cè)表（6-1） ，a=42mm，b=38mm，h=12mm。如圖 6.3 所示。圖 6.3 內(nèi)澆道截面鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)216.3.4 冒口設(shè)計(jì)球墨鑄鐵生產(chǎn)中以暗冒口應(yīng)用最廣，而且一般設(shè)計(jì)成澆道通過(guò)冒口進(jìn)入鑄件的澆冒口系統(tǒng)。通過(guò)熱圓節(jié)法計(jì)算冒口直徑，通過(guò)測(cè)量得到熱節(jié)處直徑為 230mm，代入下列公式得：mmDhmmDBmmDHmmdDmmmmy100)35. 03 . 0(128)7 . 04 . 0(384)5 . 12 . 1 (320)5 . 32 . 1 (m根據(jù)鑄件模數(shù)計(jì)算公式： （公式 6.1）AVM 式中：M 表示鑄件模數(shù)；V 表示鑄件體積；A 表示鑄件散熱面積。通過(guò)三維軟件可以得出，鑄件體積 137088cm3，鑄件散熱面積 27241cm2。將數(shù)據(jù)代入式中得到鑄件模數(shù)為 5.033cm。根據(jù)公式 （公式 6.2）BMDm6 . 4計(jì)算冒口直徑，代入數(shù)據(jù)計(jì)算得 Dm=31.1cm。與熱圓節(jié)法所得冒口直徑接近，故冒口設(shè)計(jì)合理。6.3.5 冷鐵設(shè)計(jì)冷鐵是控制鑄件凝固順序和冷卻速度的一種激冷物。冷鐵不僅可以防止鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松、裂紋和變形，而且可以細(xì)化組織，提高鑄件表面硬度和耐磨性。本次設(shè)計(jì)采用板型外冷鐵，外冷鐵是鑄型的一部分，和鑄件不熔接，用后可回收，重復(fù)使用。冷鐵厚度；冷鐵間距 25mm，長(zhǎng)度 200mm。冷鐵形狀及位置mmTB70)8 . 03 . 0(如 6.4 圖所示。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)22圖 6.4 冷鐵擺放位置6.3.6 澆注時(shí)間計(jì)算合適的澆注時(shí)間與鑄件的質(zhì)（重）量和結(jié)構(gòu)、鑄型工藝條件、合金種類及選用的澆注系統(tǒng)等有關(guān)，澆注時(shí)間對(duì)鑄件質(zhì)量有比較總要的影響。根據(jù)鑄造工程師手冊(cè)可知澆注時(shí)間計(jì)算公式為 （公式 6.3）Gkt3t澆注時(shí)間k系數(shù)G型腔內(nèi)金屬液重量鑄件平均壁厚代入數(shù)據(jù)計(jì)算得 t=92s。由以上所述，故得到該零件所采用的是開(kāi)放式-頂注式澆注系統(tǒng)，由于零件大型鑄件且屬于單件生產(chǎn)，所以采用一箱一件。為了提高生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量等，故得到澆注系統(tǒng)，如圖 6.4 所示。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)23圖 6.4 澆注系統(tǒng)鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)247 工藝裝備7.1 模樣及模板模樣的材質(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(jiǎn)單， 但較脆且不能受熱。本鑄件屬于用機(jī)器造型的方法進(jìn)行小件大批量生產(chǎn)，所以本鑄件選擇木模制作模樣，上、下模板如圖 7-1，圖 7-2 所示：圖 7-1 上模板鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)25圖 7-2 下模板7.2 芯盒制作砂芯過(guò)程中必須用到芯盒，芯盒設(shè)計(jì)的合理與否對(duì)砂芯的質(zhì)量具有關(guān)鍵作用，也會(huì)直接影響到鑄件的質(zhì)量。在對(duì)芯盒的設(shè)計(jì)制作過(guò)程中必須符合下面幾點(diǎn)要求：（1）在設(shè)計(jì)芯盒結(jié)構(gòu)時(shí)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(guò)減小芯盒尺寸等因素來(lái)降低芯盒重量，鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)26從而減輕能耗和勞動(dòng)強(qiáng)度；（5）設(shè)計(jì)的芯盒需要方便操作，在其制作過(guò)程盡量可以簡(jiǎn)單，降低生產(chǎn)成本；綜合封閉開(kāi)關(guān)所使用地造型方法，因?yàn)殍T件使用樹(shù)脂砂造芯，所以選用自硬芯盒法手工制芯。其優(yōu)點(diǎn)可以制作方便，降低制作成本。端蓋有 8 個(gè)砂芯共三種，其結(jié)構(gòu)如圖 7-3 所示： 圖 7-3 芯盒圖7.3 砂箱本鑄件采用的是一箱 1 件。模樣的最小吃砂量為最小砂量，考慮到澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，砂箱的尺寸選擇為 1450mm1450mm500mm。在澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，僅設(shè)計(jì)了一條直澆道，分別流向兩邊橫澆道，再通過(guò)內(nèi)澆道流向鑄件。具體如圖 7-4 所示。圖 7-4 合箱圖鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)278 結(jié)結(jié) 論論 本次對(duì)端蓋的鑄造工藝課程設(shè)計(jì)中，我去圖書(shū)館借閱了許多相關(guān)書(shū)籍，仔細(xì)研究所做課題的設(shè)計(jì)過(guò)程和注意事項(xiàng)。通過(guò)一段時(shí)間的學(xué)習(xí)我對(duì)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，在繪制端蓋零件圖時(shí)遇到復(fù)雜結(jié)構(gòu)，在向老師請(qǐng)教后，成功解決了問(wèn)題。我選用砂型鑄造是因?yàn)榇髓T件璧薄且內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還是中型零件單件成產(chǎn)。分型面的選擇非常合適，選在零件的對(duì)稱線上，易分型，澆注更充分。從澆注系統(tǒng)上分析，采用頂注開(kāi)放式澆注系統(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)。把直澆道放置于靠近砂箱內(nèi)壁處，便于澆注。經(jīng)分析此方案選用的參數(shù)合理，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)良和有可行性，可以在實(shí)際生活中使用。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)28致 謝感謝各位老師在設(shè)計(jì)過(guò)程中給予的指導(dǎo)以及在設(shè)計(jì)過(guò)程中所給予幫助的同學(xué)，通過(guò)這次的設(shè)計(jì)對(duì)鑄造工藝設(shè)計(jì)有了更近一步的了解和學(xué)習(xí)，能夠?qū)σ恍┰O(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題自行獨(dú)立找出原因并加以解決。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)29參 考 文 獻(xiàn)1 李魁盛. 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1981.2 葉榮茂. 鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊(cè)M. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 1995.3 李新亞. 鑄造手冊(cè)鑄造工藝M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2011.4 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造學(xué)會(huì). 鑄造手冊(cè)第 4 卷造型材料M.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2002.5 聯(lián)合寫(xiě)組編. 砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)及工裝設(shè)計(jì)M. 北京: 北京出版社, 1980.6 石德全. 造型材料M. 北京: 北京大學(xué)出版社. 2009, 9: 184-222.7陸文華, 李隆盛, 黃良余. 鑄造合金及熔煉M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2012, 8: 262-278.8 李榮德, 米國(guó)發(fā)等. 鑄造工藝學(xué)M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2013.9 李宏英, 趙成志. 鑄造工藝設(shè)計(jì)M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2005.10中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì). 鑄造手冊(cè): 第 5 卷鑄造工藝M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1994.11吳光鋒. 鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)手冊(cè)M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1999.12王建國(guó), 安娜. 機(jī)械制圖M. 內(nèi)蒙古: 內(nèi)蒙古大學(xué)出版社, 2011, 1: 3-7.鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)附錄 第 1 頁(yè)