箱蓋鑄造工藝設(shè)計

箱蓋鑄造工藝設(shè)計,鑄造,工藝,設(shè)計 鑄造工藝課程設(shè)計說明書鑄造工藝課程設(shè)計說明書設(shè)計題目箱蓋鑄造工藝課程設(shè)計學(xué) 院年 級專 業(yè)學(xué)生姓名學(xué) 號指導(dǎo)教師I目 錄1 前 言11.1 本設(shè)計的目的、意義11.1.1 本設(shè)計的目的11.1.2 本設(shè)計的意義11.2 本設(shè)計的技術(shù)要求11.3 本課題的發(fā)展現(xiàn)狀22 設(shè)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(shè)計說明83.1 鑄造工藝參數(shù)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(shè)計123.3 吃砂量確定143.4 澆注系統(tǒng)設(shè)計153.4.1 澆注時間設(shè)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(shè)計214 合箱圖及工裝設(shè)計224.1 模樣224.2 上板設(shè)計224.3 芯盒設(shè)計234.4 合箱235 結(jié) 論25致 謝26參 考 文 獻27281 前 言1.1 本設(shè)計的目的、意義1.1.1 本設(shè)計的目的減速器箱體是安裝各傳動軸的基礎(chǔ)部件；由于減速器工作時各軸傳遞轉(zhuǎn)矩時要產(chǎn)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(shè)計的意義采用HT200金屬結(jié)構(gòu)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(shè)計的技術(shù)要求本次設(shè)計的箱蓋零件材質(zhì)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(shù)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(jù)表3.6起模斜度（JB/T 5105-1991）以及表3.3鑄件尺寸公差數(shù)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(cè)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(shè)計為0.5。根據(jù)以上結(jié)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(zhì)量為3.5kg。圖3.1箱蓋零件三維圖3.2 砂芯設(shè)計依據(jù)前文分析，箱蓋中間觀察窗口處需要設(shè)計垂直砂芯，觀察窗口處的頂平面需要加工，而且其側(cè)面與其他裝配零件不存在配合以及干涉問題，故外側(cè)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(shè)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(shù)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計，鑄型與砂芯位置關(guān)系如圖3.2砂芯與鑄型關(guān)系圖所示。圖3.2砂芯與鑄型關(guān)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(jù)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(shù)值略比該值大，可充分考慮現(xiàn)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(shè)計3.4.1 澆注時間設(shè)計箱蓋鑄件單件重量為3.5Kg。由于該件為一箱兩件生產(chǎn)的砂型鑄造生產(chǎn)形式，依據(jù)表3.11，鑄鐵件工藝出品率參照成批量生產(chǎn)，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(zhì)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(chǎn)成批量生產(chǎn)單件小批生產(chǎn)100085908090對于重量小于450Kg的形狀復(fù)雜的薄壁鑄鐵件，其澆注時間可按經(jīng)驗公式計算 t=SGL （3-2）式中：t 澆注時間（s）；GL 型內(nèi)金屬液總重量，包含澆冒口系統(tǒng)重量（Kg）； S 系數(shù)，取決于逐漸壁厚，可由表3.12系數(shù)S和鑄件壁厚d的關(guān)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(shù)S和鑄件壁厚d關(guān)系鑄件壁厚d mm2.53.53.588.015系數(shù)S1.631.852.2因為箱蓋鑄件的斜度依據(jù)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(yīng)小于形成澆不到和冷隔的最大允許澆注時間，還應(yīng)短語形成夾砂結(jié)疤類缺陷的極限允許時間；澆注時間應(yīng)大于氣體從型內(nèi)逸出的最小允許時間，還應(yīng)大于型內(nèi)金屬形成嚴重紊流程度時間等。型內(nèi)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(yīng)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(nèi)鐵液液面的最小上升速度表3.13 型內(nèi)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(jīng)計算，v型min C/t=（73+1.9+7）/6.51=12.58mms-1，不符合上表型內(nèi)最小澆注速度，因此調(diào)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(jù)澆注系統(tǒng)個單元斷面的比例關(guān)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(jù)內(nèi)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(shè)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(yīng)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(guān)系為：A內(nèi)：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(yīng)用截面比例應(yīng)用A直A橫A內(nèi)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(jù)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(jù)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(shè)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(shè)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(jù)截面比的關(guān)系A(chǔ)內(nèi)：A橫：A直=1：1.1：1.15。內(nèi)澆道采用截面比設(shè)計法，則內(nèi)澆道計算公式(3-4)為：A內(nèi)=GLt2ghp （3-4）其中本次設(shè)計澆注系統(tǒng)為澆口杯、直澆道、內(nèi)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(nèi)=GLt2ghp=87507.850.56.5129816.04=3.15cm2依據(jù)表3.15內(nèi)澆道尺寸，選取與計算的A內(nèi)=3.15cm2稍大的斷面的面積，本次設(shè)計選取內(nèi)澆口面積為4.0cm2為本次設(shè)計的內(nèi)澆口總斷面面積，一箱兩件，每件設(shè)計2個內(nèi)澆口，設(shè)計為4個內(nèi)澆口，則每個內(nèi)澆口面積為1.0cm2，對應(yīng)的內(nèi)澆口尺寸a=11mm，b=9mm，c=10mm，則內(nèi)澆道總斷面面積為4.0cm2。表3.15內(nèi)澆道尺寸（單位：mm）序號內(nèi)澆道斷面積A內(nèi)/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(shè)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(cè)，則每段橫澆道斷面面積為2.2cm2對應(yīng)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(shè)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(yīng)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(chǔ)，只是由于鑄件本身結(jié)構(gòu)、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(yīng)用冒口，一個需要設(shè)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(shù)Mc2.5cm，應(yīng)該安放冒口補縮。當冒口模數(shù)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(shù)計算如公式（3-4） m=V/A （3-4）則箱蓋鑄件模數(shù)為m=4.74cm，本次箱蓋不設(shè)計冒口。4 合箱圖及工裝設(shè)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(nèi)框尺寸，上砂箱內(nèi)框尺寸為：400mm450mm150mm，下砂箱內(nèi)框尺寸為：400mm450mm100mm。4.1 模樣模樣材質(zhì)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(jù)鑄造工藝圖確定模樣本體結(jié)構(gòu)類型為平裝式。4.2 上板設(shè)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(nèi)六角螺絲 6.直澆道窩 7.下模板導(dǎo)向銷4.3 芯盒設(shè)計箱蓋砂芯，芯盒設(shè)計芯盒材質(zhì)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(nèi)六角螺絲 6.直澆道 7.上模板導(dǎo)向銷4.4 合箱根據(jù)表4.1常用造型機所用砂箱的最佳尺寸，依據(jù)本次設(shè)計數(shù)據(jù)，選擇400mm500 mm砂箱尺寸對應(yīng)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(dǎo)向銷 9.砂箱導(dǎo)向套5 結(jié) 論通過這次工藝課程設(shè)計，使我對鑄造設(shè)計過程有了更進一步的認識和了解，也加深了對大學(xué)四年中所學(xué)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和理解。課程設(shè)計是理論聯(lián)系實際的最直接有效的方法。在具體設(shè)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(shè)計，但是當你運用結(jié)合實際的時候往往會存在各種問題。這樣，在設(shè)計時就必須考慮所設(shè)計的機構(gòu)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(shè)計使我學(xué)會了從實際解決鑄造工藝設(shè)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(yīng)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(shè)計的過程不成熟。其中，受箱蓋結(jié)構(gòu)所限，澆注時如果熔渣澆入型腔，鑄件易產(chǎn)生夾渣缺陷。致 謝本次鑄造課程設(shè)計是在朱永長老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴肅的科學(xué)態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。朱永長老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)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(xué)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(fù)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(dǎo)，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(shè)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(xué)會鑄造學(xué)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(shè)計手冊 M. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1989.4 華中理工大學(xué), 王文清, 李魁盛. 鑄造工藝學(xué)M. 機械工業(yè)出版社, 1998.5 李弘英, 趙成志. 鑄造工藝設(shè)計M. 機械工業(yè)出版社, 2005.6 葉榮茂. 鑄造工藝設(shè)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(shè)計M. 北京出版社, 1980.8 伍偉, 周勝中. 齒輪箱蓋的工藝設(shè)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(shè)計J. 中國鑄造裝備與技術(shù), 2019, 054(004): 34-39.