端蓋鑄造工藝設(shè)計(jì)

端蓋鑄造工藝設(shè)計(jì),鑄造,工藝,設(shè)計(jì) 鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目端蓋鑄造工藝設(shè)計(jì)學(xué) 院材料科學(xué)與工程年 級專 業(yè)學(xué)生姓名學(xué) 號指導(dǎo)教師 教師鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書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.12 2 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案.32.1 鑄造工藝方案分析.32.1.1 造型方法、造芯方法的選擇.32.1.2 鑄造方法的選擇.32.1.3 鑄型種類的選擇.32.1.4 鑄件澆注位置的確定.32.1.5 分型面的選擇.43 3 設(shè)計(jì)說明設(shè)計(jì)說明.63.1 鑄造工藝參數(shù).63.1.1 收縮率的確定.63.1.2 灰鐵鑄出孔的確定.63.1.3 加工量確定.73.1.4 起模斜度.103.1.5 砂芯設(shè)計(jì).113.1.6 工藝出品率.134 4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì).154.1 澆注系統(tǒng).154.1.1 澆注時間的確定.154.1.2 澆注系統(tǒng)面積計(jì)算.165 5 模板及芯盒設(shè)計(jì)模板及芯盒設(shè)計(jì).215.1 模底板設(shè)計(jì).215.2 上模板設(shè)計(jì).225.3 下模板設(shè)計(jì).235.4 砂箱設(shè)計(jì).235.5 芯盒設(shè)計(jì).246 6 結(jié)結(jié) 論論.25鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書II致致 謝謝.26參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn).27鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書11 前 言1.1 本設(shè)計(jì)的目的、意義1.1.1 本設(shè)計(jì)的目的隨著科技的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多的新型成型技術(shù)，但傳統(tǒng)的鑄造生產(chǎn)仍在工業(yè)生產(chǎn)中起到不可或缺的作用。通過本次鑄造工藝設(shè)計(jì)，了解鑄造工藝設(shè)計(jì)中各部分的設(shè)計(jì)原則和要求，設(shè)計(jì)出合格的鑄件，全面的了解和掌握鑄造工藝設(shè)計(jì)的過程和一般方法。1.1.2 本設(shè)計(jì)的意義本次鑄造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)作為鑄造專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)之一，是對鑄造專業(yè)的學(xué)生工藝?yán)碚摷皩I(yè)基礎(chǔ)知識的檢驗(yàn)。了解和掌握鑄件的生產(chǎn)與設(shè)計(jì)過程；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，參與了解整個鑄造生產(chǎn)過程，為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。1.2 本設(shè)計(jì)的技術(shù)要求端蓋零的結(jié)構(gòu)如下圖 1.2 端蓋零件圖所示，端蓋結(jié)構(gòu)為臺階圓柱回轉(zhuǎn)體。主要工作面位于端蓋底面 24mm 厚的圓法蘭盤以及小端面，法蘭盤側(cè)面需加工，法蘭盤平面與基準(zhǔn)軸垂直度要求；法蘭盤有 M10 安裝螺栓通孔及沉頭孔；小端面有 4 個 M10 螺絲孔；中間軸孔部分 120、45 孔需要加工且有精度要求。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書2本次設(shè)計(jì)的端蓋零件材質(zhì)為 HT200，最小抗拉強(qiáng)度為 200MPa，布氏硬度為163241HBW，伸長率 0.30.8%抗彎強(qiáng)度為 400 MPa，抗壓強(qiáng)度為 600800 MPa，抗剪強(qiáng)度為 248 MPa1，滿足大多數(shù)端蓋、端蓋零件的機(jī)械性能要求。技術(shù)要求：1.鑄件不許有氣孔、砂眼、夾渣等缺陷；2.鑄件應(yīng)時效處理；3.未注鑄造圓角 R1-3；4.螺紋倒角倒小角。灰鑄鐵具有良好的鑄造性能1，材質(zhì)為灰鐵的鑄件毛坯一般采用鑄造方式獲得，本次設(shè)計(jì)采用砂型鑄造，手工造型，一箱兩件生產(chǎn)該零件。為了便于分析直觀，依據(jù)端蓋的零件二維圖紙，建立端蓋的三維零件如下圖 1.2.1 端蓋三維零件圖所示。1.2.1 端蓋三維零件圖鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書32 設(shè)計(jì)方案2.1 鑄造工藝方案分析2.1.1 造型方法、造芯方法的選擇根據(jù)手工造型和機(jī)器造型的特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)選擇手工造型，Z148E 型造型機(jī)。2.1.2 鑄造方法的選擇根據(jù)零件的各參數(shù)，對照表格中的項(xiàng)目比較，選擇砂型鑄造。2.1.3 鑄型種類的選擇根據(jù)鑄型的特點(diǎn)和應(yīng)用情況選用自硬砂。2.1.4 鑄件澆注位置的確定鑄件的澆注位置是指澆注時鑄件在鑄型中所處的位置。澆注位置是根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、尺寸、重量、技術(shù)要求、鑄造合金特鑄造方法以及生產(chǎn)車間的條件決定的。正確的澆注位置能保證獲得健全的鑄件，并使造型、制芯和清理方便。澆注位置選擇一般遵循以下原則2：1）逐漸最重要的部分或交大平面朝下。2）鑄型的防止應(yīng)有利于砂芯的定位與穩(wěn)固支撐。3）當(dāng)鑄件需要冒口補(bǔ)縮時，最好使補(bǔ)縮部位處于鑄件的上部。4）為避免鑄件薄壁部分澆不足，澆注使，薄壁部分營放在下邊或立放或斜放。5）鑄型的放置應(yīng)有利于在澆注時，砂型和砂芯排氣。6）對于平板類鑄件，為了防止夾砂，可以傾斜放置，同時也有利于排氣，也可減少鐵水對鑄型的沖刷力。7）應(yīng)盡量使砂芯全部或者主要部分位于下型，并盡量少用吊芯。8）應(yīng)使下芯，合箱方便，便于檢查型腔尺寸。綜合上述原則，考慮到端蓋零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用底部澆注。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書42.1.5 分型面的選擇鑄造分型面是指鑄型組元間的接合面，分型面的選擇應(yīng)盡量與澆注位置一致，盡量使兩者協(xié)調(diào)起來，使鑄造工藝簡單，并易于保證鑄件質(zhì)量2。澆注位置往往同分型面的選擇密切相關(guān)，所以二者相互影響，為了便于充分考慮二者的相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系，端蓋零件可有以下三種分型方案。分型方案一：將以端蓋零件對稱軸面做分型面，將該零件分為上、下兩部分，選擇中間澆注系統(tǒng)適合此分型方案，該分型方案如圖 2.5.1 分型方案一。圖 2.5.1 分型方案一分型方案一的優(yōu)點(diǎn)是分型面平直。缺點(diǎn)是將上下鑄型分在兩塊模板上容易出現(xiàn)錯箱問題，影響端蓋外觀質(zhì)量。分型方案二：在端蓋底面法蘭盤上做平直分型面，采用頂部澆注系統(tǒng)，該分型方案如圖 2.5.2 分型方案二所示。圖 2.5.2 分型方案二分型方案二的優(yōu)點(diǎn)分型面簡單，鑄型在一個模板上，避免了可能出現(xiàn)的錯箱問題。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書5該方案的缺點(diǎn)是，將端蓋的重要安裝平面放在澆注位置的上表面，增大鑄造缺陷缺陷的可能；另外端蓋中間的垂直砂芯，下部芯頭小，造型下芯容易造成砂芯倒伏。分型方案三：在端蓋的法蘭盤頂面做分型面，采用底部澆注系統(tǒng)，將鑄型分為上、下兩部分，該分型方案如圖 2.5.3 分型方案三所示。圖 2.5.3 分型方案三分型方案三的優(yōu)點(diǎn)是分型面簡單平直，將端蓋重要的安裝面，放在澆注系統(tǒng)的下面。缺點(diǎn)端蓋的上、下型可能出現(xiàn)錯箱問題。分型方案四：分型方案四與分型方案二類似，都在端蓋的法蘭盤處做平直分型面，分型方案四將端蓋的主體放在上型，采用底部澆注系統(tǒng)，該分型方案如圖 2.5.4 分型方案四所示。圖 2.5.4 分型方案四分型方案四的優(yōu)點(diǎn)是分型面簡單平直，將端蓋重要的安裝面，中間砂芯的下芯頭比上芯頭大，避免出現(xiàn)下芯倒伏的可能。缺點(diǎn)端蓋的鑄型都在上型，會造成上砂箱過高。綜合比較，方案四將端蓋法蘭盤重要安裝面放在澆注位置的下面；鑄型完全在一塊模板上，避免了錯箱可能；避免了造型下芯倒伏的問題。便于批量生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。故本次設(shè)計(jì)分型方案選擇分型方案四進(jìn)行分型分模，采用底部澆注系統(tǒng)。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書63 設(shè)計(jì)說明3.1 鑄造工藝參數(shù)3.1.1 收縮率的確定鑄件線收縮率又稱鑄件收縮率或者鑄造收縮率，是指鑄件從線收縮開始溫度（從液相中析出枝晶搭成的骨架開始具有固態(tài)性質(zhì)時的溫度）冷卻到室溫時的相對線收縮量，以模樣與鑄件的長度差除以模樣長度的百分比表示，即 =1 21 100%式中摸樣長度，鑄件長度。12由表 3.1.1 灰鐵自由收縮率1，可知支撐座材質(zhì)為 HT200，對應(yīng)的收縮率為 1%。 表 3.1.1 灰鐵收縮率HT100,HT150,HT200灰鑄鐵牌號小中件中大件特大件HT250HT300HT350自由線收縮率（%）鑄造收縮率（受阻收縮率（%） ）0.91.10.81.00.81.00.70.90.70.90.60.80.91.10.70.91.51.03.1.2 灰鐵鑄出孔的確定該端蓋為大批量生產(chǎn)，依據(jù)表 3.1.2 灰鑄鐵不鑄出孔直徑可知端蓋零件中 M10 螺絲孔不鑄出，為后續(xù)機(jī)械加工；端蓋底面法蘭盤上 M10 螺栓的過孔 11 與沉頭孔 18 均為后續(xù)機(jī)械加工，不鑄出。其余端蓋的中軸孔 45、120、150，均須鑄出。表 3.1.2 灰鑄鐵件不鑄出孔直徑 （單位 mm）生產(chǎn)批量不鑄出孔直徑大量生產(chǎn)1215成批生產(chǎn)1530單件或小批生產(chǎn)3050鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書73.1.3 加工量確定工藝設(shè)計(jì)鑄件上的機(jī)械加工余量是鑄件上要用機(jī)械加工的方法切去的金屬層厚度。加工余量不足，會使鑄件因加工表面上殘存黑皮和表層缺陷而報廢；加工余量太大，會增加機(jī)械加工的工作量，且浪費(fèi)金屬材料，從而增加了生產(chǎn)成本，有時還會因截面變厚，熱節(jié)變大，使鑄件晶粒粗大，力學(xué)性能降低。鑄件的機(jī)械加工余量可以用查表的方法確定。鑄件切削加工余量等級常常和鑄件尺寸公差等級配套確定。鑄件尺寸公差的代號用字母 CT 表示2。尺寸公差等級分為 16 級。單件和小批量生產(chǎn)的鑄件尺寸公差等級見表 3.1.3 成批和大批量生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級（摘自 GB/T6414-1999） 。端蓋為砂型鑄造手工造型批量生產(chǎn),故依據(jù)表 3.1.3 成批和大批量生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級（摘自 GB/T6414-1999）選用鑄件公差等級為 CT11（GB/T 6414-1999-CT11） 。表 3.1.3 成批和大批量生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級（摘自 GB/T6414-1999）公差等級 CT鑄 件 材 料方法鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵銅合金鋅合金輕金屬合金鎳基合金鈷基合金砂型鑄造手工造型11141114111411141013101391211141114砂型鑄造機(jī)器造型和殼型81281281281081081079812812金屬型鑄造（重力鑄造或者低壓鑄造）8108108108107979壓力鑄造684647水玻璃79797958587979熔模鑄造硅溶膠46464646464646注1 表中所列處的公差等級時至在大批量生產(chǎn)、且影響鑄件尺寸精度的生產(chǎn)因素已得到充分改進(jìn)時鑄件通常能夠達(dá)到的公差等級。2 本標(biāo)準(zhǔn)還適用于本表未列出的由鑄造廠和采購方之間協(xié)議商定的工藝和材料。鑄件切削加工余量的代號用字母 MA 表示。切削加工余量等級由精到粗分為A、B、C、D、E、F、G、H、J 共 9 個等級2。單件和小批量生產(chǎn)的鑄件加工余量等級按表鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書8表 3.1.4 毛坯鑄件典型的機(jī)械加工余量等級選取該端蓋的加工等級為 G 級。表 3.1.4 毛坯鑄件典型的機(jī)械加工余量等級要求的機(jī)械加工余量等級鑄件材質(zhì)方法鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵銅合金鋅合金輕金屬合金鎳基合金鈷基合金砂型鑄造手工造型GKFHFHFHFHFHFHGKGK砂型鑄造機(jī)器造型和殼型EHEGEGEGEGEGEGFHFH壓力鑄造DFDFDFDFDFDF熔模鑄造EEEEEEE端蓋法蘭盤部分尺寸為：240X24X120，基本尺寸 240，查表 3.1.5 鑄件尺寸公差數(shù)值（摘自 GB/T6414-1999CT11 公差值為 5.6，位于側(cè)面，且該位置雙側(cè)加工，查表 3.1.6要求的鑄件加工余量(RMA) （摘自 GB/T6414-1999）加工余量等級 RMA(G)對應(yīng)數(shù)值為2.8，則法蘭盤側(cè)面加工量為：5.6/4+2.8=4.2mm，圓整去加工量為 4.5mm。表 3.1.5 鑄件尺寸公差數(shù)值（摘自 GB/T6414-1999） （單位：mm）毛坯鑄件基本尺寸鑄件尺寸公差等級 CT1）大于至123456789101112132）142）152）162）3）100.090.130.180.260.360.520.7411.522.84.210160.10.140.20.280.380.540.781.11.62.23.04.416250.110.150.220.300.420.580.821.21.72.43.24.668101225400.120.170.240.320.460.640.91.31.82.63.6579111440630.130.170.240.360.500.7011.422.845.68101216631000.140.180.260.400.560.781.11.62.23.24.4691114181001600.150.200.280.440.620.881.21.82.53.657101216201602500.220.300.500.7211.422.845.68111418222504000.240.340.560.781.11.62.23.24.46.29121620254006300.40.60.91.21.82.3.571014182228鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書9046663010000.7211.422.84681116202532100016000.801.11.62.23.24.6791318232937160025002.63.85.48101521263342250040004.46.2912172430384940006300710142028354456630010000111623324050641）在等級 CT1CT15 中對壁厚采用粗一級公差（見第 7 章）2）對于不超過 16mm 的尺寸，不采用 CT13CT16 的一般公差，對于這些尺寸應(yīng)標(biāo)注個別公差。3）等級 CT16 僅適用于一般公差規(guī)定為 CT15 的壁厚。端蓋的法蘭盤底面為單側(cè)加工， 位于澆注下面，查表 3.1.6 要求的鑄件加工余量(RMA) （摘自 GB/T6414-1999）加工余量等級 RMA(G)對應(yīng)數(shù)值為 2.8，則該尺寸的加工量為：5.6/2+2.8=5.6mm，取整數(shù)為 6mm。端蓋上端面端加工部分尺寸 120X120，基本尺寸為 120，對應(yīng)公差等級 CT11 公差值為 5，位于分型面和澆注位置的頂面，且為單側(cè)加工，加工余量等級降一級即為 RMA(H)，對應(yīng)數(shù)值為 3，則加工量為：5/2+3=5.5mm，則端蓋上表面加工量為 5.5mm。端蓋中間軸孔加工尺寸為 120X46，基本尺寸為 120，對應(yīng)公差等級 CT11 公差值為5，位于側(cè)面，雙側(cè)加工，加工余量等級為 RMA(G)，對應(yīng)數(shù)值為 2.2，則加工量為：5/4+2.2=3.45mm，圓整取加工量為 3.5mm。3.1.6 要求的鑄件加工余量(RMA) （摘自 GB/T6414-1999） (單位：mm)最大尺寸1）要求的機(jī)械加工余量等級大于至ABCDEFGHJK400.10.10.20.30.40.50.50.711.440630.10.20.30.30.40.50.711.42631000.20.30.40.50.711.422.841001600.30.40.50.81.11.52.23461602500.30.50.711.422.845.582504000.40.70.91.31.42.53.557104006300.50.81.11.52.234691263010000.60.91.21.82.53.5571014100016000.711.422.845.581116160025000.81.11.62.23.24.5691418鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書10250040000.91.31.82.53.5571014204000630011.422.845.581116226300100001.11.52.234.5691217241）最終機(jī)械加工后鑄件的最大輪廓尺寸。2）等級 A 和 B 僅用于特殊場合，例如，在采購方與鑄造廠已就加持面或者基準(zhǔn)目標(biāo)商定模樣裝備、鑄造工藝和機(jī)械工藝的成批上產(chǎn)情況下。端蓋中間軸孔加工尺寸為 45X29，基本尺寸為 45，對應(yīng)公差等級 CT11 公差值為4，位于側(cè)面，雙側(cè)加工，加工余量等級為 RMA(G)，對應(yīng)數(shù)值為 0.7，則加工量為：4/4+0.7=1.7mm，圓整取加工量為 2.0mm。端蓋 150 中間軸孔為黑皮面不加工，此處隨型腔做砂芯鑄出。3.1.4 起模斜度為了使模樣(或芯)易于從砂型(或芯盒)中取出(砂型鑄造)，或者從鑄型中取出鑄件(金屬型鑄造)，鑄件垂直分型面的表面要留有起模斜度(也稱拔模斜度)。鑄造斜度可以用不同的方法形成，起模斜度可采取增加鑄件壁厚（如圖 3.4.1 中圖 1） 、增減鑄件壁厚（如圖3.4.1 中圖 2）或者減小鑄件壁厚（如圖 3.4.1 中圖 3）的方法來形成。圖 3.4.1在鑄件上添加起模斜度，原則上不應(yīng)超過鑄件的壁厚工差要求。鑄件的起模斜度值參考表 3.4.1 起模斜度（JB/T 5105-1991） 。表 3.4.1 起模斜度 （摘自 JB/T 5015-1991）起模斜度金屬模樣、塑料模樣木模樣測量面高度 HmmAA mmAA mm103300.64000.810401501.42051.6鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書11401000501.60551.61001600351.60402.01602500302.20352.62504000303.60354.24006300254.60305.663010000205.80257.41000160002511.61600250002518.22500025如圖 3.4.2 端蓋零件鑄件二維圖所示，該端蓋零件底座垂直分型面的總高度為131.5mm（計(jì)算完加工量之后的尺寸） ，采用金屬模樣造型，底部澆注，分型面端蓋的法蘭盤的底面，則垂直分型面的臺階高度分別為 16.5mm、85mm、30mm。圖 3.4.2 端蓋零件鑄件二維圖依據(jù)表 3.4.1 起模斜度（JB/T 5105-1991）以及表 3.3.3 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，85mm 的高度，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 0.5；其余尺寸均不超過 40mm，則采用增減壁厚方式，選取金屬模樣的起模角度為 1.5。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書123.1.5 砂芯設(shè)計(jì)依據(jù)前文分析，端蓋在背后端蓋處需設(shè)計(jì)砂芯，依據(jù)加工量數(shù)值計(jì)算此處砂芯長度為 131.5，砂芯直徑為 113、150、45 臺階圓柱，查表 3.5.1 垂直心頭高度，其上芯頭高度為 25mm，下芯頭高度為 30mm。當(dāng) D 或者（A+B）/2 為下列數(shù)值時的高度 hL303060611001011501513003015005017007011000100120002000301515203150202520252025511002530253025302025202530404060101150303530353035253025304060406050705070151300354535453545304030404060507050706080608030150040604060355535554060507050708010080100501700608060804565456550706080608080100801007011000709070906080608080100801001001501001200010012010012080100801008012010015020008012080120100150由 h 查 h1上芯頭高度 h1520253035404550556065708090100120150下芯頭高度 h11515152020252530303535404550556580為了便于下芯順暢，一般芯頭需要設(shè)置斜度，查表 3.5.2 垂直芯頭的斜度，對應(yīng)芯頭鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書13的高度，設(shè)置上、下芯頭的斜度都為 5。表 3-84 垂直芯頭的斜度 a (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上、下芯頭與芯座的間隙依據(jù)表 3.5.3 垂直芯頭與芯座的間隙確定，因采用濕型砂型鑄造，故設(shè)計(jì)間隙值為 S=1.0mm,下芯頭與芯座的單邊間隙位 0.5mm，上芯頭與芯座的間隙位側(cè)面單邊 0.5mm，頂面為 1.0mm。表 33.5.3 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依據(jù)前文論述設(shè)計(jì)端蓋砂芯如圖 3.4.2 端蓋砂芯二維圖所示。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書14圖 3.4.2 砂芯二維圖3.1.6 工藝出品率由前文鑄造工藝選擇的澆注系統(tǒng)尺寸，預(yù)估工藝出品率，計(jì)算如下：澆口杯體積為：澆=(802)2+(802)(702)+(702)2 3.14 543= 2387973直澆道體積為：直=(352)2 3.14 250 = 240406.33直澆道窩體積為：窩=2 (352)33 3.14 = 11218.963橫澆道體積為：橫=(28 + 18) 302 799.5 = 5516553內(nèi)澆道體積為：內(nèi)=(14 + 11) 12102 18.25 4 = 109503則澆冒質(zhì)量為：澆冒=(238979 + 240406.3 + 11218.96 + 551655 + 10950)1000000000 7.85 = 8.27鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書15一箱兩件，鑄件質(zhì)量為 19.51X2=39.02Kg則預(yù)估工藝出品率為：39.0239.02 + 8.27 100% = 82.52%鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書164 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 澆注系統(tǒng)4.1.1 澆注時間的確定端蓋鑄件單件重量為 19.51Kg。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 4.1.1 鑄鐵件工藝出品率參照單件大批量生產(chǎn)，確定澆注過程中的總體金屬液重量，澆冒占比為 20%，則澆注時所需金屬液總質(zhì)量為 19.51X2X1.2=46.824Kg。工藝出品率 =鑄件重量鑄件重量 + 澆冒口重量 100%表 4.1.1 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(yàn)公式（4-1）計(jì)算 （4-1） =SGL式中 澆注時間（s） ；t 型內(nèi)金屬液總重量，包含澆冒口系統(tǒng)重量（Kg） ； GL系數(shù)，取決于逐漸壁厚，可由表 4.1.2 系數(shù) 和鑄件壁厚 的關(guān)系查出。S S 表中壁厚 指鑄件的主要壁厚，對實(shí)心體鑄件取壁厚（為鑄件的當(dāng)量厚度）= 2EE 鑄件的體積/鑄件的面積。E=表 4.1.2 系數(shù) 和鑄件壁厚 的關(guān)系S 鑄件壁厚 2.53.53.588.015鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書17mm系數(shù)S1.631.852.2因?yàn)槎松w鑄件的斜度依據(jù)增加壁厚方式來形成，故壁厚適當(dāng)取大值計(jì)算。澆注時間: =2.2X=15.05St = SGL46.8244.1.2 澆注系統(tǒng)面積計(jì)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。本次端蓋澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用封閉澆注系統(tǒng)、底部澆注式，查表 4.2.1 澆注系統(tǒng)各單元斷面比例及其應(yīng)用，因?yàn)樵摱松w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：=1：1.1：1.15。內(nèi)橫直表 4.2.1 澆注系統(tǒng)各單元斷面比例及其應(yīng)用截面比例直橫內(nèi)應(yīng)用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(jī)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鑄鋼件漏包澆注鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書181.50.811薄壁球墨鑄鐵小件底注前文計(jì)算的鑄件高度 131.5mm，縮尺為 1%，依據(jù)吃沙量前文查表選取為a=b=60mm，鑄型在上砂箱，則上砂箱最小高度為 131.5X1.01+60=192.815mm，取上砂箱高度 250mm（下砂箱取 150mm） 。確定靜壓頭高度，依據(jù)表 4.3.1 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 50mm。表 4.2.1 普通漏斗形外澆口尺寸直澆道下端直徑d/mm/mmD1/mmD2h/mm鐵液容量/Kg165652400.516185854420.618206056440.720226258460.822246460480.924266662501.026286864521.228307066541.3本次設(shè)計(jì)采用底部澆注形式， 則計(jì)算靜壓頭高度為:20.0+5.4-=13.2815/8=23.759cm則依據(jù)截面比的關(guān)系：=1：1.1：1.15。內(nèi)澆道采用內(nèi)橫直截面比設(shè)計(jì)法，則內(nèi)澆道計(jì)算公式為：內(nèi)= 2其中本次設(shè)計(jì)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：X23.7599.2cm =(k221 +k21+k22)p=1.152(1 +(1.151.1)2+ 1.152)=鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書195.89cm2內(nèi)= t2h=46.8240.007850.515.05X29819.2=依據(jù)表 4.2.2 內(nèi)澆道尺寸，選取與計(jì)算的=5.89cm2接近的面積，即內(nèi)澆口面積內(nèi)為 6.0cm2為本次設(shè)計(jì)的內(nèi)澆口總斷面面積，一箱兩件，每個鑄件設(shè)計(jì)為 2 個內(nèi)澆口，則每個內(nèi)澆口面積為 1.5cm2，依據(jù)表 4.2.2 內(nèi)澆道尺寸，選取內(nèi)澆道斷面積 1.5cm2的內(nèi)澆口，對應(yīng)的內(nèi)澆口尺寸 a=14mm，b=11mm，c=12mm，則內(nèi)澆道總斷面面積為 6.0cm2。表 4.2.2 內(nèi)澆道尺寸（單位：mm）序號內(nèi)澆道斷面積/A內(nèi)cm2abcabcabcabcda10.311936464399536.58.520.41194757531096479.530.5119586764101074810.540.611968.66.586.54.511117591250.8141261089851212861013.561.015137119109514149711.51571.218147.5121011106151610712.516.581.52018814111211717181181418.591.82119916121312818201291520.5102.2232110171315131920221491723112.625231117.513.5171392424151018.524.5123.02824121814191410262716112026133.43225121915201510282817122128144.03830122115221610303018132230.5154.54036122216241711323020142432.5165.0423812.523172518113435201525.534175.4444013241825.51912353521152635鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書20186.045411425212620123736221627.537199.05650173023342416454228193445.52012.05852223728362820504832223950計(jì)算出橫澆道總斷面面積為A_橫 =1.1X6.0=6.6cm2,查表 4.2.3 澆注系統(tǒng)截面面尺寸，取值為 7.0cm2 的橫澆道，對應(yīng)的橫澆道尺寸為：A=28mm，B=18mm，H=30mm。表 4.2.3 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/mm11.0119101810611.81522.01510162013823.12032.416111822141034.92543.017132024151147.13053.619142228171259.63564.0201523301813612.64075.0241625352015715.94586.0271728362216819.65097.0281830382417923.755108.03020324026181028.260119.03222344228191133.2651211.03624374530211238701313.03827405232241344751413.83828425533251450.38015174430466036281556.7851619.54632506539301663.790172452365472433317719518285640587846361878.5100鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書2119346044668651401986.51052038.56545709054432095.21102148655580102604821104115計(jì)算出直澆道總斷面面積為=1.15X6.0 =6.96cm2,又因?yàn)橹?故查表 4.2.3直：直橫= 1.15：1.1， 橫= 7.0 直=7.61.151.1= 7.32澆注系統(tǒng)截面面尺寸，直澆道截面面積取 9.6cm2，直徑為 35mm。最終確定各澆道截面尺寸如下圖 4.3 澆道截面尺寸所示。圖 4.3 澆道截面尺寸鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書225 模板及芯盒設(shè)計(jì)5.1 模底板設(shè)計(jì)模底材料選擇鑄鐵模底板，參考設(shè)計(jì)為吊軸與模底板整鑄式，如圖 5.1.1 鑄鐵模底板整鑄式吊軸的結(jié)構(gòu)圖所示。圖 5.1.1 鑄鐵模底板整鑄式吊軸的結(jié)構(gòu)由工藝布置圖以及吃砂量，綜合考慮造型機(jī) Z148E 的砂箱框內(nèi)最大尺寸800X650X300mm，設(shè)計(jì)模板尺寸為 750X500X65mm，可知端蓋模底板平均輪廓尺寸為625mm，依據(jù)表 5.1.1 加強(qiáng)肋間距表，對應(yīng)鑄鐵材質(zhì)的加強(qiáng)肋間距為 200300mm 之間。表 5.1.1 加強(qiáng)肋間距 （單位：mm）模底板平均輪廓尺寸（A0+B0）/23000鑄鋁120150200240鑄鐵300300300350400400450500K鑄鋼300300400400450450500500鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書23鑄鋁100120150200鑄鐵250300300350400400400K1鑄鋼250300300400400450450參考上述表格尺寸，設(shè)計(jì)端蓋的模底板為鑄鐵模板，加強(qiáng)肋的間距均勻設(shè)置，另外在模底板的長度方向即 750mm 方向上，設(shè)計(jì)固定耳，本次設(shè)計(jì)一塊模底板上設(shè)置 4 個固定耳，最終模底板設(shè)計(jì)如下圖 5.1.2 端蓋模底板結(jié)構(gòu)所示。圖 5.1.2 端蓋模底板結(jié)構(gòu)5.2 上模板設(shè)計(jì)上模板上設(shè)計(jì)端蓋零件的主體部分，依據(jù)前文，將端蓋零件的上模樣，安裝固定在上模板上；澆筑系統(tǒng)、補(bǔ)縮冒口，依據(jù)鑄造工藝分析及排布，設(shè)計(jì)在上模板上。最終設(shè)計(jì)上模板三維圖如圖 5.2.1 端蓋上模底板結(jié)構(gòu)所示。圖 5.2.1 端蓋上模底板結(jié)構(gòu)鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書245.3 下模板設(shè)計(jì)下模板上有兩個砂芯的芯頭座，依據(jù)前文芯頭座與砂芯間隙的查表選取，設(shè)計(jì)每個芯頭座的尺寸，另外每個芯頭座加上積砂槽；另外下模板上還有兩直澆道窩。下模板定位銷、導(dǎo)向銷同上模板設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)下模板三維圖如圖 5.3.1 端蓋下模底板結(jié)構(gòu)所示。圖 5.3.1 端蓋下模底板結(jié)構(gòu)5.4 砂箱設(shè)計(jì)砂箱是鑄造車間造型所必需的工藝裝備，用于制造和運(yùn)輸砂型，砂箱結(jié)構(gòu)既要符合砂 型工藝的要求，又要符合車間的造型、運(yùn)輸設(shè)備的要求。因此，正確地設(shè)計(jì)砂箱的結(jié)構(gòu)和尺寸，對于保證鑄件的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，減輕勞動強(qiáng)度，降低成本以及保證生產(chǎn)安全，都有重要的意義。在砂箱的設(shè)計(jì)中，應(yīng)遵循以下原則： 1) 砂箱應(yīng)滿足鑄件在生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)工藝要求； 2) 砂箱應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度； 3) 砂箱定位裝置應(yīng)保證鑄件精度要求，并持久耐用； 4) 砂箱材料應(yīng)來源廣泛、價格低廉； 5） 尺寸和結(jié)構(gòu)應(yīng)符合造型機(jī)、起重設(shè)備、烘干設(shè)備的要求； 6）對砂型有足夠的附著力，使用中不掉砂或塌箱，但又要便于落砂。按照以上原則，砂箱材料采用成本低、制造方便、強(qiáng)度與剛度均較高的鑄鐵。端蓋的上砂箱內(nèi)框尺寸為 700X400X250mm，下砂箱內(nèi)框尺寸為 700X400X150mm。設(shè)計(jì)砂箱適當(dāng)?shù)谋诤?，最終砂箱與模板裝配關(guān)系位置如圖 5.4.1 所示鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書25圖 5.4.1 裝配圖5.5 芯盒設(shè)計(jì)端蓋中軸孔孔處作砂芯，該芯子為圓柱回轉(zhuǎn)體，芯盒設(shè)計(jì)為對半開形式鑄鋁芯盒，如圖 5.5.1 芯盒所示，圖 5.5.1 芯盒圖鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書266 結(jié)結(jié) 論論此次為期三周的課程設(shè)計(jì)，通過對端蓋的成型工藝及其工裝設(shè)計(jì)，深刻的體驗(yàn)了從一張圖紙到整個零件的成型的生產(chǎn)過程。此次課程設(shè)計(jì)學(xué)到了很多東西：如熟悉查閱參考資料及手冊，繪制出工藝圖、工裝圖、裝配圖，能正確運(yùn)用常用計(jì)算公式；熟悉常用鑄造工藝符號和表達(dá)方法；如何撰寫相應(yīng)的設(shè)計(jì)說明書，包括分型面、澆注系統(tǒng)、工裝設(shè)計(jì)計(jì)算等?？偟膩碚f，此次課程設(shè)計(jì)學(xué)到了以前沒有掌握的知識，更加深刻的理解了零件的工藝過程，受益匪淺。與此同時學(xué)會了作為一個工程人員應(yīng)該如何更加全面的看待問題，需要從經(jīng)濟(jì)成本、環(huán)保、健康、質(zhì)量等考慮，在滿足以上要求的前提下把復(fù)雜的問題簡單化，解決矛盾問題等。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書27致 謝感謝各位老師在此課程設(shè)計(jì)期間給予的幫助。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書28參 考 文 獻(xiàn)1 中國鑄造協(xié)會.鑄造工程師手冊(第三版) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.2 機(jī)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(jī)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(jì)手冊（M）.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1989.4 李日.鑄造工藝仿真 ProCAST 從入門到精通M.中國水利電出版社,2010 年 01 月第 1 版.5 范金輝，華勤.鑄造工程基礎(chǔ) M. 北京：北京大學(xué)出版社，2009.8.6中國機(jī)械工程學(xué)會鑄造分會，鑄造手冊 （第三版 第 2 卷：鑄鋼）M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.