箱蓋鑄造工藝設計

箱蓋鑄造工藝設計,鑄造,工藝,設計 鑄造工藝課程設計說明書鑄造工藝課程設計說明書設計題目箱蓋鑄造工藝課程設計學 院年 級專 業(yè)學生姓名學 號指導教師I目 錄1 前 言11.1 本設計的目的、意義11.1.1 本設計的目的11.1.2 本設計的意義11.2 本設計的技術要求11.3 本課題的發(fā)展現狀22 設計方案42.1 造型方法、造芯方法的選擇42.2 鑄造方法的選擇42.3 鑄型種類的選擇42.4 鑄件澆注位置的確定42.5 分型面的選擇53 設計說明83.1 鑄造工藝參數83.1.1 鑄件尺寸公差及機械加工余量83.1.2 鑄件重量公差103.1.3 鑄造收縮率103.1.4 鑄出孔大小確定113.1.5 起模斜度113.2 砂芯設計123.3 吃砂量確定143.4 澆注系統(tǒng)設計153.4.1 澆注時間設計153.4.2 澆注系統(tǒng)的阻流截面積計算173.5 冒口和冷鐵設計214 合箱圖及工裝設計224.1 模樣224.2 上板設計224.3 芯盒設計234.4 合箱235 結 論25致 謝26參 考 文 獻27281 前 言1.1 本設計的目的、意義1.1.1 本設計的目的減速器箱體是安裝各傳動軸的基礎部件；由于減速器工作時各軸傳遞轉矩時要產生比較大的反作用力，并作用在箱體上，因此要求箱體具有足夠的剛度，以確保各傳動軸的相對位置精度。1.1.2 本設計的意義采用HT200金屬結構箱體能滿足工藝出品率高，成本低，優(yōu)良的鑄造性能，在缺口敏感性、減震性和耐磨性方面有獨特的優(yōu)點。1.2 本設計的技術要求本次設計的箱蓋零件材質為HT200，最小抗拉強度為200MPa，布氏硬度為163241HBW，伸長率0.30.8%，抗彎強度為400MPa，抗壓強度為600800MPa，抗剪強度為248MPa1，滿足大多數箱蓋、箱蓋零件的機械性能要求。表1.1 HT200成分表成分CSiPMnS比例3.03.61.42.00.150.61.010401501.42051.6401000501.60551.61001600351.60402.01602500302.20352.62504000303.60354.24006300254.60305.663010000205.80257.41000160002511.61600250002518.22500025該箱蓋零件垂直分型面的高度小于40mm，采用金屬模樣造型，中間澆注，分型面在箱蓋中間筋條中心位置平面上，依據表3.6起模斜度（JB/T 5105-1991）以及表3.3鑄件尺寸公差數值（摘自GB/T6414-1999），綜合比較，為了使脫模順利，增大起模斜度，采用增減壁厚方式，選取金屬模樣的起模角度為1.5，即每個垂直分型面的側面均加起模斜度為1.5。垂直分型方向上的高度大于40小于100mm的，起模斜度設計為0.5。根據以上結果，最終確定箱蓋鑄件三維圖如圖3.1箱蓋鑄件三維圖，通過軟件計算該箱蓋鑄件質量為3.5kg。圖3.1箱蓋零件三維圖3.2 砂芯設計依據前文分析，箱蓋中間觀察窗口處需要設計垂直砂芯，觀察窗口處的頂平面需要加工，而且其側面與其他裝配零件不存在配合以及干涉問題，故外側可以更改便于起型斜度。觀察窗口的砂芯大小為55mm，深度為92mm，查表3.7垂直芯頭的高度h和h1，取下芯頭高度為30mm。不設計上芯頭。表3.7 垂直芯頭的高度h和h1 (單位mm)L當D或者（A+B）/2為下列數值時的高度h303060611001011501513003015005017007011000100120002000301515203150202520252025511002530253025302025202530404060101150303530353035253025304060406050705070由h查h1上芯頭高度h1520253035404550556065708090100120150下芯頭高度h11515152020252530303535404550556580查表3.8垂直芯頭的斜度，設計兩芯芯頭的斜度，因為大砂芯為異形砂芯，小砂芯為小砂芯，為了下芯平穩(wěn)過渡，所以設計下芯頭斜度為10表3.8 垂直芯頭的斜度 (單位mm)芯頭高度h1520253035405060708090100120150用a/h表示斜度時用角度a表示時上芯頭2345679111214161922281/510下芯頭11.522.533.545678910131/105觀察窗口的砂芯大小為55mm，平均尺寸為92mm，查表3.9垂直芯頭與芯座之間的間隙S，設計間隙S=0.5mm。表3.9 垂直芯頭與芯座之間的間隙S (單位mm)鑄型種 類D或（A+B）/25151100101150151200201300301400401500501700701100010011500150120002000濕型0.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.0干型0.51.01.51.52.02.53.03.54.05.06.07.0油位觀察口處設計小砂芯，便于砂芯芯和制作，同時增加砂芯之間的間隙，大砂芯制芯時加入棉布條，增加砂芯排氣通道，由上部小砂芯與大砂芯之間的間隙，將砂芯潮氣排出，最終完成砂芯設計，鑄型與砂芯位置關系如圖3.2砂芯與鑄型關系圖所示。圖3.2砂芯與鑄型關系圖3.3 吃砂量確定模樣與砂箱、箱頂、箱底和箱帶之間的距離稱為吃砂量。由前文可知箱蓋單件重量為3.5Kg，依據表3.10按重量確定吃砂量表，可確定吃砂量最小尺寸為a=50mm，b=50mm，c=40mm，d=40mm，e=40mm，f=30mm。實際選取數值略比該值大，可充分考慮現有模板及砂箱標準尺寸。表3.10 按鑄件重量確定的吃砂量 （單位mm）鑄件重量/kgabcdef1000040506070901001201502002502753003504004050607090100120150200250275300350400304040505060709010012515017520025030405050607080901001251501752002503040506070100303030405060701201502002252502502503.4 澆注系統(tǒng)設計3.4.1 澆注時間設計箱蓋鑄件單件重量為3.5Kg。由于該件為一箱兩件生產的砂型鑄造生產形式，依據表3.11，鑄鐵件工藝出品率參照成批量生產，工藝出品率取80%，確定澆注過程中的總體金屬液重量，則澆注時所需金屬液總質量為3.52/80%=8.75Kg。工藝出品率=鑄件重量鑄件重量+澆冒口重量100%表3.11鑄鐵件工藝出品率（%）鑄件重量/Kg大量流水生產成批量生產單件小批生產100085908090對于重量小于450Kg的形狀復雜的薄壁鑄鐵件，其澆注時間可按經驗公式計算 t=SGL （3-2）式中：t 澆注時間（s）；GL 型內金屬液總重量，包含澆冒口系統(tǒng)重量（Kg）； S 系數，取決于逐漸壁厚，可由表3.12系數S和鑄件壁厚d的關系查出。表中壁厚d指鑄件的主要壁厚，對實心體鑄件取壁厚=2E（E 為鑄件的當量厚度）, E=鑄件的體積/鑄件的面積。表3.12系數S和鑄件壁厚d關系鑄件壁厚d mm2.53.53.588.015系數S1.631.852.2因為箱蓋鑄件的斜度依據增加壁厚方式來形成，故壁厚適當取大值計算。澆注時間：t=SGL=2.28.75=6.51s。澆注時間t應小于形成澆不到和冷隔的最大允許澆注時間，還應短語形成夾砂結疤類缺陷的極限允許時間；澆注時間應大于氣體從型內逸出的最小允許時間，還應大于型內金屬形成嚴重紊流程度時間等。型內金屬液面上升速度型用下式（3-3）表示 型=Ct （3-3）式中：C 鑄件（或某段）的高度； t 澆注時間（或澆注某段鑄件時間）。從理論上看，存在著型min和型max兩個極限值，合適的澆注時間t應滿足如下條件C型maxtC型min （3-4）對鑄鐵件可依表3.13決定型內鐵液液面的最小上升速度表3.13 型內鐵液液面的最小上升速度鑄件壁厚/mmv型min/(mms-1)40，水平澆注大平板40，上箱有大平板10404101.5481020301020203030100經計算，v型min C/t=（73+1.9+7）/6.51=12.58mms-1，不符合上表型內最小澆注速度，因此調整澆注時間t為4.5s3.4.2 澆注系統(tǒng)的阻流截面積計算澆注系統(tǒng)常用的分類有兩種：根據澆注系統(tǒng)個單元斷面的比例關系，可分為封閉式、半封閉式、開放式、封閉開放式等4種類型；根據內澆道在鑄件上的相對位置（引入位置），可分為頂注式、中注式、底注式和階梯注入式等4種類型。本次支撐座澆注系統(tǒng)設計采用封閉澆注系統(tǒng)、頂注式，查表3.13澆注系統(tǒng)各單元斷面比例及其應用，因為該支撐座為中、小型灰鐵件砂型鑄造，故選擇澆注系統(tǒng)的斷面比關系為：A內：A橫：A直=1：1.1：1.15。表3.13 澆注系統(tǒng)各單元斷面比例及其應用截面比例應用A直A橫A內21.51大型灰鑄鐵砂型鑄造1.41.21中、大型灰鑄鐵件砂型鑄造1.151.11中、小型灰鑄鐵件砂型鑄造1.111.061薄壁灰鑄鐵件砂型鑄造1.51.11可鍛鑄鐵1.11.21.31.51表面干燥型中、小型鑄鐵件1.21.41表面干燥型重型機械鑄鐵件1.11.251.11.51干型中、小型鑄鐵件1.21.11干型中型鑄鐵件1241.54球墨鑄鐵件124鋁合金、鎂合金鑄件1.231.221青銅合金鑄件11212鑄鋼件漏包澆注1.50.811薄壁球墨鑄鐵小件底注前文計算的鑄件總高度83mm，鑄件完全位于上箱依據吃砂量前文查表選取為a=b=50mm，則上砂箱最小高度為831.01+50=135.85mm，取下砂箱高度150mm。確定靜壓頭高度，依據表3.14普通漏斗形外澆口尺寸，初步澆口杯高度尺寸，暫定澆口杯高度為48mm，減少上砂箱用砂量，設計為外置澆口杯，置于上砂箱之上。表3.14普通漏斗形外澆口尺寸直澆道下端直徑d/mmD1/mmD2/mmh/mm鐵液容量/Kg165652400.516185854420.618206056440.720226258460.822246460480.924266662501.026286864521.228307066541.3本次設計采用低部澆注形式，則計算靜壓頭高度按公式計算：HP=H0-P/2 （3-3）式中：H0 阻流截面以上的金屬壓力頭； C 鑄件（型腔）總高度； P 阻流以上的型腔高度。HP=15 +4.8-831.01/2=15.6cm則依據截面比的關系A內：A橫：A直=1：1.1：1.15。內澆道采用截面比設計法，則內澆道計算公式(3-4)為：A內=GLt2ghp （3-4）其中本次設計澆注系統(tǒng)為澆口杯、直澆道、內澆道4個部分的四單元澆注系統(tǒng)，則有： hp=k221+k12+k22Hp=1.1521+1.151.12+1.15215.6=6.04cmA內=GLt2ghp=87507.850.56.5129816.04=3.15cm2依據表3.15內澆道尺寸，選取與計算的A內=3.15cm2稍大的斷面的面積，本次設計選取內澆口面積為4.0cm2為本次設計的內澆口總斷面面積，一箱兩件，每件設計2個內澆口，設計為4個內澆口，則每個內澆口面積為1.0cm2，對應的內澆口尺寸a=11mm，b=9mm，c=10mm，則內澆道總斷面面積為4.0cm2。表3.15內澆道尺寸（單位：mm）序號內澆道斷面積A內/cm2abcabcabcabcda10.311936464399536.58.520.41194757531096479.530.5119586764101074810.540.611968.66.586.54.511117591250.8141261089851212861013.561.015137119109514149711.51571.218147.5121011106151610712.516.581.52018814111211717181181418.591.82119916121312818201291520.5102.2232110171315131920221491723112.625231117.513.5171392424151018.524.5123.02824121814191410262716112026133.43225121915201510282817122128144.03830122115221610303018132230.5154.54036122216241711323020142432.5165.0423812.523172518113435201525.534175.4444013241825.51912353521152635186.045411425212620123736221627.537199.05650173023342416454228193445.52012.05852223728362820504832223950計算出橫澆道總斷面面積為A橫=1.14=4.4cm2，查表3.16澆注系統(tǒng)截面面尺寸，設計橫澆道截面面積為4.4cm2的橫澆道，橫澆道布置在直澆道兩側，則每段橫澆道斷面面積為2.2cm2對應的橫澆道尺寸為：A=16mm，B=12mm，H=16mm。表3.16澆注系統(tǒng)截面面尺寸橫澆道直澆道序號斷面積A橫/cm2A /mmB /mmC /mmA /mmB /mmC /mm序號斷面積A橫/cm2D/mm11.0119101810611.81522.01510162013823.12032.416111822141034.92543.017132024151147.13053.619142228171259.63564.0201523301813612.64075.0241625352015715.94586.0271728362216819.65097.0281830382417923.755108.03020324026181028.260119.03222344228191133.2651211.03624374530211238701313.03827405232241344751413.83828425533251450.38015174430466036281556.7851619.54632506539301663.790172452365472433317719518285640587846361878.510019346044668651401986.51052038.56545709054432095.21102148655580102604821104115計算出直澆道總斷面面積為A直=1.154=8.28cm2,，故查表3.16澆注系統(tǒng)截面面尺寸，直澆道截面面積取4.6cm2，直徑為24mm。最終確定各澆道截面尺寸如下圖3.3澆道截面尺寸所示。圖3.3 澆道截面尺寸3.5 冒口和冷鐵設計灰鑄鐵和球磨鑄鐵在凝固過程中都析出石墨并伴隨相變膨脹，有一定的自補縮能力，因而縮松、縮孔的傾向小性較鑄鋼件小。鑄鐵件的補縮應以澆注系統(tǒng)后補縮（澆注系統(tǒng)在完成教主以后，對鑄件的補縮，稱為后補縮）和石墨化膨脹自補縮為基礎，只是由于鑄件本身結構、合金成分、冷卻條件等原因，不能建立足夠的后補縮和自補縮的情況下才應用冒口，一個需要設置冒口補縮的鑄件，也必須利用后補縮和自補縮，冒口僅是補充后補和自補不足的差額。對于灰鑄鐵件，當冒口模數Mc2.5cm，應該安放冒口補縮。當冒口模數Mc2.5cm，可用無冒口工藝。箱蓋的體積為V=50.24mm3，箱蓋的面積為S=1.06mm2，模數計算如公式（3-4） m=V/A （3-4）則箱蓋鑄件模數為m=4.74cm，本次箱蓋不設計冒口。4 合箱圖及工裝設計由前文計算選取的吃砂量以及鑄造工藝排布，選擇砂箱內框尺寸，上砂箱內框尺寸為：400mm450mm150mm，下砂箱內框尺寸為：400mm450mm100mm。4.1 模樣模樣材質選用金屬模，具有表面光潔，尺寸精度，強度高，剛性大，使用壽命長的優(yōu)點。適用于大批，成批的各種鑄件。依據鑄造工藝圖確定模樣本體結構類型為平裝式。4.2 上板設計最終確定箱蓋的上模板裝配圖如下圖4.1下模板裝配圖圖所示。圖4.1上模板裝配圖1.下模板定位銷 2.下模板 3.下模樣定位銷 4.下模樣 5.M10內六角螺絲 6.直澆道窩 7.下模板導向銷4.3 芯盒設計箱蓋砂芯，芯盒設計芯盒材質為ZL101，對開式兩半芯盒，芯盒采用定位銷定位，蝶形螺母和活節(jié)螺栓緊固及開合。最終確定箱蓋的芯盒裝配圖如下圖4.2芯盒裝配圖圖所示。圖4.2芯盒裝配圖1.上模板定位銷 2.上模板 3.上模樣定位銷 4.上模樣 5.M10內六角螺絲 6.直澆道 7.上模板導向銷4.4 合箱根據表4.1常用造型機所用砂箱的最佳尺寸，依據本次設計數據，選擇400mm500 mm砂箱尺寸對應的造型機為Z145。表4.1 常用造型機所用砂箱的最佳尺寸砂箱尺寸（mm）400300500400600500800600造型機Z114A，Z124Z145，ZZ415Z146，ZB326ZB148A，3ZZ318砂箱尺寸8007001000800110090016001200造型機Z148A，Z158Z2310，Z2410ZB1410ZB1416最終確定箱蓋的合箱圖如下圖4.3合箱圖所示。圖4.3合箱圖1.下砂型 2.下砂箱 3.砂箱用定位銷 4.砂箱定位套 5.上砂型 6.上砂箱 7.澆口杯 8.砂箱用導向銷 9.砂箱導向套5 結 論通過這次工藝課程設計，使我對鑄造設計過程有了更進一步的認識和了解，也加深了對大學四年中所學基礎知識的學習和理解。課程設計是理論聯(lián)系實際的最直接有效的方法。在具體設計過程中，必須考慮到方方面面的問題，在理論上正確無誤的設計，但是當你運用結合實際的時候往往會存在各種問題。這樣，在設計時就必須考慮所設計的機構是否合理，在實際運用中能否正常工作，而不僅僅考慮理論上的可行性，畢業(yè)設計使我學會了從實際解決鑄造工藝設計。采用頂注法鑄造減速器機箱蓋，工藝簡單實用，鑄件的缺陷少，成品率高，應用于類似薄壁箱體類鑄鋼件，不失為一種好方法。但也有不足之處，設計的過程不成熟。其中，受箱蓋結構所限，澆注時如果熔渣澆入型腔，鑄件易產生夾渣缺陷。致 謝本次鑄造課程設計是在朱永長老師的親切關懷和悉心指導下完成的。他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。朱永長老師不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，在此謹向朱永長老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。他為人隨和熱情，治學嚴謹細心。在閑聊中她總是能像知心朋友一樣鼓勵你，在論文的寫作和措辭等方面她也總會以“專業(yè)標準”嚴格要求你，從選題、定題開始，一直到最后論文的反復修改、潤色，許老師始終認真負責地給予我深刻而細致地指導，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。正是朱永長老師的無私幫助與熱忱鼓勵，我的課程設計才能夠得以順利完成，謝謝朱永長老師。參 考 文 獻1 中國鑄造協(xié)會.鑄造工程師手冊(第三版)M. 北京:機械工業(yè)出版社, 2010.2 機械工程學會鑄造學會編.鑄造手冊（第5卷：鑄造工藝）M. 北京:機械工業(yè)出版社, 2006.3 葉榮茂、吳維岡、高景燕.鑄造工藝課程設計手冊 M. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1989.4 華中理工大學, 王文清, 李魁盛. 鑄造工藝學M. 機械工業(yè)出版社, 1998.5 李弘英, 趙成志. 鑄造工藝設計M. 機械工業(yè)出版社, 2005.6 葉榮茂. 鑄造工藝設計簡明手冊M. 機械工業(yè)出版社, 1999.7 本社. 砂型鑄造工藝及工裝設計M. 北京出版社, 1980.8 伍偉, 周勝中. 齒輪箱蓋的工藝設計分析J. 中國科技博覽, 2013(37): 546-546.9 陳宗民, 翟慎秋, 于文強,等. 中型鑄鐵減速箱蓋鑄造工藝及金屬模樣設計J. 中國鑄造裝備與技術, 2019, 054(004): 34-39.箱蓋鑄造工藝設計鑄 造 工 藝 卡 卡片編號112HT-200共1頁 第1頁產品名稱箱蓋每臺件數2澆冒口重5.25kg零件圖號A3每型件數2每型金屬液8.75kg零件名稱箱蓋凈 重3.68kg活塊數0材 質HT-200毛 重3.72kg芯 盒 數1準備 砂 箱砂芯數量2個上箱450mm400mm150mm1#芯盒242mm40mm50mm下箱450mm400mm100mm2#芯盒242mm40mm50mm備 砂型 砂酸硬化樹脂自硬砂芯 砂磷酸鹽粘接劑砂涂料醇基涂料粉造 芯設 備震動落砂機硬化方法CO2造 型設 備震動落砂機硬化方法自硬易割冒口數0直澆道尺寸46mm橫澆道尺寸44cm內澆道尺寸40mm直澆道數量1橫澆道數量2內澆道數量8合 箱合箱至澆注時間6.51s澆注溫度1420開箱時間0.5s工藝要求要求及操作要點：1. 鑄造收縮率為1.0%；2. 未注拔模斜度均為1.5；3. 上下面加工余量2mm，其余2.5mm；4. 下箱芯頭四周均向內斜0mm；