《鑄造工藝》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

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1、目錄 1緒言 2鑄造工藝設(shè)計(jì) 2.1鑄件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性……… 2. 2鑄造工藝方案的確定 2.3參數(shù)的選擇工藝 2. 4砂芯設(shè)計(jì) 2. 5澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3鑄造的工藝裝備設(shè)計(jì)…… 3. 1模樣設(shè)計(jì)…?… 3. 2模底板的設(shè)計(jì) 3. 3模樣在模底板上的裝配 4結(jié)束語(yǔ)…?… 參考文獻(xiàn) 1緒言 我本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是對(duì)灰鑄鐵支承座進(jìn)行鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)。 灰鑄鐵具有良好的鑄造性能良好的減振性、良好的耐磨性能良好的切削加工性能、低的缺口敏感性。 灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性遠(yuǎn)低于鋼，力學(xué)性能較差，但抗壓強(qiáng)度與鋼相當(dāng)。 鑄造是指將液態(tài)合金注入鑄型中使其冷卻、

2、凝固，并進(jìn)行后處理，最終成為金屬制品的一種生產(chǎn)方法。 鑄件的生產(chǎn)過(guò)程，也就是從零件圖開(kāi)始，一直到鑄件成品檢驗(yàn)合格入庫(kù)為止，要經(jīng)過(guò)很多道工序，鑄件的 生產(chǎn)過(guò)程稱為鑄造生產(chǎn)工藝過(guò)程。 本次設(shè)計(jì)采用砂型鑄造，其最大優(yōu)點(diǎn)就是生產(chǎn)成本低，為機(jī)械制造行業(yè)中廣泛應(yīng)用的毛坯生產(chǎn)工藝方 法。在砂型鑄造的過(guò)程中，考慮到鑄件的結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)條件以及加工批量等因素，要對(duì)鑄件工藝的設(shè)計(jì)作全 面分析，為避免鑄件的缺陷，我們要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇合理的工藝設(shè)計(jì)方法。 由于每個(gè)鑄件的生產(chǎn)任務(wù)和要求不同，生產(chǎn)條件不同，因此鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)的內(nèi)容也不同。一般 情況下，鑄造工藝設(shè)計(jì)包括以下幾種技術(shù)文件:鑄造工藝圖，鑄造工藝卡，鑄型裝配圖

3、，鑄件圖，模樣圖， ‘芯盒圖，砂箱圖，模板圖。 鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)的過(guò)程如下： (1) 對(duì)零件圖紙進(jìn)行審查和進(jìn)行鑄造工藝性分析 (2) 選擇鑄造方法，確定鑄造工藝方法 (3) 繪制鑄造工藝圖 (4) 繪制鑄件圖 (5) 繪制鑄型裝配圖 (6) 繪制各種鑄造工藝裝配圖 工裝圖要以鑄造工藝圖為主要設(shè)計(jì)依據(jù)。 2鑄造工藝設(shè)計(jì) 2. 1鑄件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性 生產(chǎn)鑄件，不僅需要采用先進(jìn)的合理的鑄造工藝和設(shè)備，而且還要使零件結(jié)構(gòu)本身符合鑄造生產(chǎn)的要 求，易于保證鑄件品質(zhì)，簡(jiǎn)化鑄造工藝過(guò)程和降低成本。這種對(duì)于鑄造工藝過(guò)程來(lái)說(shuō)的鑄件結(jié)構(gòu)的合理性， 稱為鑄件的“鑄造工藝性’，它和鑄造合金的

4、種類，產(chǎn)量的多少，鑄造方法和生產(chǎn)條件等有密切的關(guān)系。 2. 1 .1審查鑄件結(jié)構(gòu) (一) 鑄件應(yīng)有合適的壁厚 避免澆不到、冷隔等缺陷，鑄件不應(yīng)太薄。本次設(shè)計(jì)的鑄件材料為HT200，最大尺寸為194 X 155mm。 查表得，鑄件尺寸在200 X 200mm 以下時(shí)，灰鑄鐵最小允許壁厚為x-6mm，鑄件最小壁厚滿足情況。從合金的結(jié)品特點(diǎn)可知，隨 著壁厚的增加，中心部分的晶粒變粗大，常出現(xiàn)縮孔、縮松等缺陷，導(dǎo)致力學(xué)性能降低。表2-1指 出，隨著壁厚的增加，灰鑄鐵件的相對(duì)強(qiáng)度不斷的降低。 表2-1 壁厚與灰鑄鐵相對(duì)強(qiáng)度的關(guān)系 壁厚（mm） 相對(duì)強(qiáng)度 15-20 1 20-30

5、 0.9 30-50 0.8 50-70 0.7 所以鑄件也不應(yīng)設(shè)計(jì)得太厚，各種合金鑄件的臨界壁厚可按最小壁厚的3倍來(lái)考慮，鑄件最大壁厚不 滿足情況，但由于鑄型剛度要求較低，所以設(shè)計(jì)可行。 （二）鑄件有最小鑄出孔 最小鑄出孔的尺寸和鑄件的生產(chǎn)批量、合金種類、鑄件大小、孔處鑄件壁厚、孔的長(zhǎng)度以及孔的直徑 有關(guān)。 1.加工圓孔 表2-2灰鑄鐵鑄件的最小鑄出孔（mm） 鑄件壁厚 應(yīng)鑄最小孔徑 <50 50-1001100-200200 30 45另行規(guī)定件最厚處 <50mm，零件上的加工孔直徑均小于30mm，所以均不用鑄出。 2.不加工孔 一般情況下應(yīng)盡量鑄

6、出。但是孔徑<30毫米（小批生產(chǎn)），或孔的長(zhǎng)度和孔的直徑之比大于4時(shí)，則不 便鑄出。本設(shè)計(jì)中有一個(gè)可切削出來(lái)的的孔槽，因槽深度只有6mm，不用鑄造出來(lái)。工藝圖上有說(shuō)明。 （三）鑄件結(jié)構(gòu)不應(yīng)造成嚴(yán)重的收縮阻礙 注意壁厚過(guò)渡和圓角兩壁交接若呈直角形，翔形成熱節(jié)，鑄件收縮時(shí)阻力較大，在此處經(jīng)常出現(xiàn)熱 裂。鑄件薄、厚壁的相接、拐彎、等厚度的壁與壁的各種交接，都應(yīng)采用逐漸過(guò)渡和轉(zhuǎn)變的形式，使用較 大的圓角相連接，避免因應(yīng)力集中導(dǎo)致裂紋缺陷。 鑄件有一處兩壁成直角交接，該用圓角過(guò)渡，如工藝圖所示.其余地方成直角相接的兩壁，薄、厚壁 相接都用圓角過(guò)渡，滿足情況。 （四） 鑄件內(nèi)壁應(yīng)薄于外壁 鑄件的

7、內(nèi)壁和肋等，散熱條件較差，應(yīng)薄于外壁，以使內(nèi)壁、外壁能均勻的冷卻，減輕內(nèi)應(yīng)力和防止 裂紋。此鑄件沒(méi)有內(nèi)壁和肋，不予考慮。 （五） 壁厚力求均勻，減少肥厚部分，防止形成熱節(jié) 薄厚不均的鑄件在冷卻過(guò)程中會(huì)形成較大的內(nèi)應(yīng)力，在熱節(jié)處易于造成縮孔、縮松和熱裂紋，因此應(yīng) 取消那些不必要的厚大部分。因零件的結(jié)構(gòu)要求不可改變鑄件的內(nèi)外壁形狀，不能達(dá)到厚度均勻，鑄件各 個(gè)部分不同壁厚的連接采用的是逐漸過(guò)渡。 （六） 利于補(bǔ)縮和實(shí)現(xiàn)順序凝固 對(duì)于鑄鋼等體收縮大的合金鑄件，易于形成收縮缺陷，應(yīng)仔細(xì)審查零件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)順序凝固的可能性。 但是此次設(shè)計(jì)的灰鑄鐵的結(jié)品范圍窄，更接近于層狀凝固。凝固時(shí)的膨脹和液態(tài)收縮

8、趨于相互補(bǔ)償，補(bǔ)縮 效果好，鑄件品質(zhì)良好。 （七） 防止鑄件翹曲變形 某些壁厚均勻的細(xì)長(zhǎng)形鑄件、較大的平板形鑄件及壁厚不均的長(zhǎng)形箱體，會(huì)產(chǎn)生翹曲變形。主要原因 是結(jié)構(gòu)剛度差，鑄件各面冷卻條件的差別引起的內(nèi)應(yīng)力，或者是壁厚相差懸殊，冷卻過(guò)程中引起較大的內(nèi) 應(yīng)力，造成鑄件變形。本次設(shè)計(jì)的鑄件結(jié)構(gòu)不會(huì)翹曲變形。 （八） 避免澆注位置上有水平的大平面結(jié)構(gòu) 在澆注時(shí)，如果型腔內(nèi)有較大的水平面存在，當(dāng)金屬液上升到該位置時(shí)，由于斷面突然擴(kuò)大，金屬液 面上升速度變得非常小，灼熱的金屬液面較長(zhǎng)時(shí)間地、近距離烘烤頂面型壁，極易造成夾砂、渣孔、砂孔 或澆不到等缺陷。應(yīng)盡可能把水平壁改進(jìn)為稍帶傾斜的壁或曲面壁

9、。本次設(shè)計(jì)的澆注位置上無(wú)水平大平面， 符合條件，見(jiàn)工藝圖。 2.1.2從簡(jiǎn)化鑄造工藝方面改進(jìn)零件結(jié)構(gòu) （一） 改進(jìn)妨礙起模的凸臺(tái)、凸緣和肋板的結(jié)構(gòu) 鑄件側(cè)壁上的凸臺(tái)（搭子）、凸緣和肋板等常妨礙起模，為此，機(jī)器造型中不得不增加砂芯。設(shè)計(jì)中由 于分型面橫切肋的最大截面和鑄件的形狀特點(diǎn)，不存在妨礙起模的問(wèn)題。 （二） 取消鑄件外表側(cè)凹 鑄件外側(cè)壁上有凹入部分必然妨礙起模，需要增加砂芯才能形成鑄件形狀。常可稍加改進(jìn)，即可避免 凹入部分。但由于此鑄件結(jié)構(gòu)不能改變，因此工藝圖上必須設(shè)計(jì)1#砂芯。 （三）改進(jìn)鑄件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)以減少砂芯 鑄件內(nèi)腔的肋條，凸臺(tái)和凸緣的結(jié)構(gòu)欠妥，常是造成砂芯多、工藝復(fù)雜

10、的重要原因。改進(jìn)后需簡(jiǎn)化工 藝、工裝設(shè)計(jì)，降低鑄件成本。本次設(shè)計(jì)的鑄件內(nèi)腔無(wú)復(fù)雜形狀，無(wú)需改進(jìn)。 （四） 減少和簡(jiǎn)化分型面 若鑄件必須采用不平分型面，增加了制造模樣和模板的工作量，盡量改進(jìn)用一平直的分割面進(jìn)行造型。 鑄件平面分型，所容易選擇地分型面位置如圖所示，上下型形狀相同。 （五） 有利于砂芯的固定和排氣 工藝圖上的2#砂芯，原本是一個(gè)水平軸孔砂芯和一個(gè)懸臂式砂芯，懸臂砂芯需用芯撐固定，改進(jìn)后， 懸臂砂芯和軸孔砂芯，連成一體，變成一個(gè)砂芯，取消了芯撐。 （六） 減少清理鑄件的工作量 鑄件清理包括:消除表面粘砂、內(nèi)部殘留砂芯，上除澆注系統(tǒng)、冒口和飛翅等操作。這些操作勞動(dòng)量 大且環(huán)

11、境惡劣，鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意減輕清理的工作量。 （七） 簡(jiǎn)化模具的制造 單件、小批生產(chǎn)中，模樣和芯盒的費(fèi)用占鑄件成本的很大比例。為節(jié)約模具制造工時(shí)和材料，鑄件應(yīng) 設(shè)計(jì)成規(guī)則的、容易加工的形狀。這次設(shè)計(jì)的鑄件形狀易加工，無(wú)需改變其形狀。 （八） 大型復(fù)雜件的分體鑄造和簡(jiǎn)單小件的聯(lián)合鑄造 有些大而復(fù)雜的鑄件可考慮分成幾個(gè)簡(jiǎn)單的鑄件，鑄造后再用焊接方法或用螺栓將其連接起來(lái)。一些 很小的零件，如小軸套等，?？砂言S多小件毛坯連接成為一個(gè)較長(zhǎng)的大鑄件，這種方法稱為聯(lián)合鑄造。這 次設(shè)計(jì)的鑄件為小鑄件，但是也無(wú)需聯(lián)合鑄造。 2. 2鑄造工藝方案的確定 鑄造工藝方案概括地說(shuō)明了鑄件生產(chǎn)的基本過(guò)程和方法

12、，包括造型和造芯方法、鑄型類型、澆注位置 和分型面等的方案確定。確定合理而先進(jìn)的鑄造工藝方案，對(duì)獲得優(yōu)質(zhì)鑄件，簡(jiǎn)化工藝過(guò)程，提高生產(chǎn)率， 改善勞動(dòng)條件，以及降低生產(chǎn)成本等起著決定性的作用。 2. 2. 1造型、造芯方法及鑄型種類 砂型鑄造不受零件形狀、大小及其復(fù)雜程度的限制，原材料來(lái)源廣，見(jiàn)效快、成本低。 （一）造型和造芯方法及其選擇 選擇鑄造方法時(shí)應(yīng)該根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、合金種類、鑄件的生產(chǎn)批量和數(shù)量、鑄件的尺寸精度及其 車間的生產(chǎn)條件等進(jìn)行。雖然于工造型和造芯所使用的工藝裝備簡(jiǎn)單，靈活多樣，適用性強(qiáng)，對(duì)小批量或 成批量以及形狀復(fù)雜的鑄件有著廣泛的用途，但是他的生產(chǎn)率低，鑄造出來(lái)的鑄

13、件不易穩(wěn)定，所以此次設(shè) 計(jì)采用機(jī)器造型和造芯，從而提高效率保證鑄造的要求，適用于成批或大批量生產(chǎn)中。 在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，造型采用砂型造型，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。砂型比金屬型 耐火度更高，但是砂型鑄造也有一些不足之處:每個(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。 (二)鑄型的選擇 砂型鑄造常用的鑄型有十型，表面干燥型，濕型，自硬型和鐵模復(fù)砂型。其中十型，表面

14、干燥型，自 硬型可適用于很多鑄件，但一般用于中大型鑄件。在本次設(shè)計(jì)中，結(jié)合鑄件的尺寸分析，屬于中小型鑄件， 采用的鑄型為濕型。其特點(diǎn)為鑄型不烘干，優(yōu)點(diǎn)是成本低，生產(chǎn)率高，勞動(dòng)條件得到改善易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化 自動(dòng)化。但是鑄型水分多、強(qiáng)度低，易產(chǎn)生嗆火、夾砂、氣孔、沖砂、粘砂、漲箱等鑄造缺陷。主要應(yīng)用 于單件、成批和大量生產(chǎn)的中小件，機(jī)械化，自動(dòng)化的流水線生產(chǎn)中。在一般情況下，中小型鑄件應(yīng)盡可 能的選用濕型，因?yàn)榇笈罅繖C(jī)械化的流水線生產(chǎn)中不可能采取十型，所以此次設(shè)計(jì)采用濕型。 2.2.2澆注位置和分型面的確定 澆注位置是指澆注時(shí)鑄件所處的位置，分型面是指兩半個(gè)鑄型相互接觸的表面。一般先從保證鑄件

15、的 質(zhì)量出發(fā)來(lái)確定澆注位置，然后從工藝操作方便出發(fā)確定分型面。一些質(zhì)量要求不高或者外形復(fù)雜，生產(chǎn) 批量又不大，為了簡(jiǎn)化工藝操作，也可以優(yōu)先考慮分型面。 鑄件澆注位置要符合鑄件的凝固方式，保證鑄型的充填，注意以下幾個(gè)原則： (1) 一般情況下鑄件澆注位置的上面比下面缺陷多，所以應(yīng)將鑄件的重要加工面或者主要受力使用面 等要求較高的部位放在下面，若有困難則可放在側(cè)面或斜面。 (2) 澆注位置的選擇應(yīng)有利于鑄型的充填和型腔中氣體的排除，所以，薄壁鑄件應(yīng)將大的平面放在下 面或者側(cè)立、傾斜，以防出現(xiàn)澆不足和冷隔等缺陷。 (3) 當(dāng)鑄件壁厚不均，需要補(bǔ)縮時(shí)，應(yīng)從順序凝固的原則出發(fā)，將厚大部分放在上面

16、或者側(cè)面，以便 于安放冒口和冷鐵。對(duì)于收縮較小的灰鑄鐵件，當(dāng)壁厚差別不大時(shí)，也可以將厚部分放在下面靠自身上部 的鐵水補(bǔ)縮而不用冒口 (4) 確定澆注位置時(shí)應(yīng)盡量減少砂芯的數(shù)量，同時(shí)有利于砂芯的定位、穩(wěn)定、排氣和檢驗(yàn)方便。因此， 較大的砂芯應(yīng)盡可能使芯頭朝下，盡可能避免砂芯吊在上箱或僅靠芯撐來(lái)固定?？刹捎枚鄠€(gè)鑄件共用一個(gè) 砂芯。 根據(jù)以上的澆注位置的選擇原則，設(shè)計(jì)的鑄件的澆注位置選在鑄件的側(cè)面，如工藝圖所表示的位置。 分型面確立的基本原則是： (1) 為了起模方便，分型面一般選在鑄件的最大截面處，但是注意不要使模樣在一箱內(nèi)過(guò)高。 (2) 盡量將鑄件的重要加工面或大部分加工面和加工基準(zhǔn)面

17、放在同一個(gè)砂箱內(nèi)，而且盡可能放在下箱。 以保證鑄件尺寸的精確，減少鑄件的飛邊毛刺。 (3) 為簡(jiǎn)化操作過(guò)程，保證鑄件尺寸精度應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)目，減少活塊的數(shù)目。 (4) 為了便于生產(chǎn)，減少制造工藝裝備的費(fèi)用，分型面應(yīng)盡量采用平直面。 (5) 分型面的選擇應(yīng)盡量減少砂芯的數(shù)目。 (6) 分型面的確定盡可能考慮到內(nèi)澆口的引入位置，并使合箱后與澆注位置一致，以避免盒箱后再翻 動(dòng)鑄型。 綜合上述，在本次設(shè)計(jì)中，鑄件是對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，對(duì)稱的部分也方便取模，若是在最大截面分型鑄件不 易取出，將分型面選在對(duì)稱面處，將整體均分放入上下箱，如工藝圖所示。 2. 2. 3砂箱中鑄件數(shù)目的確定 當(dāng)鑄件

18、的造型方法、澆注位置和分型面確定后，應(yīng)當(dāng)初步確定一箱中放幾個(gè)鑄件，作為進(jìn)行澆冒口設(shè) 計(jì)的依據(jù)。一箱中的鑄件數(shù)目，應(yīng)該是在保證鑄件質(zhì)量的前提下越多越好。 本鑄件在一砂箱中高約97mm，長(zhǎng)約202mm，寬約163mm，重約13. 47Kg。這里選用一箱一件，根 據(jù)本鑄件分型面的確定，可以先確定下箱的尺寸。根據(jù)鑄件重量在11-}-25kg時(shí)，查得模型的最小吃砂量 a=30mm, h=50mm, c=60mm, d或e=50mm, f=30mm, g=30mm，先確定下箱的尺寸，再根據(jù)表格我們可以選 擇標(biāo)準(zhǔn)的砂箱。選用Z145A頂桿式起模的震實(shí)式造型機(jī)，砂箱最大內(nèi)尺寸為500mm X 400mm X

19、 300mm。 根據(jù)本鑄件的大概尺寸，在本次設(shè)計(jì)中采用一箱一件，因?yàn)闈沧⑾到y(tǒng)位于上箱，所以上砂箱的高度我們還 要考慮到澆注系統(tǒng)才可以確定。 2. 3參數(shù)的選擇工藝 鑄件的工藝設(shè)計(jì)，除了根據(jù)鑄件的特點(diǎn)和具體的生產(chǎn)條件正確地選擇鑄造方法和確定鑄造工藝方案以 外，還應(yīng)該正確地選擇合適的工藝參數(shù)。 2. 3. 1鑄造收縮率的確定 鑄件在冷卻和凝固過(guò)程中，體積一般都要收縮。由于鑄件的固態(tài)收縮(線收縮)在使鑄件各部分的尺 寸小于模樣原來(lái)的尺寸，為了使鑄件冷卻后的尺寸與鑄件圖示尺寸一致，則需要在模樣或者芯盒上加上其 收縮的尺寸。增加的這部分尺寸為鑄件的收縮量，一般用鑄造收縮率表示： k=(L模樣一

20、 L鑄件)/L鑄件X 100% 式中:L模樣一模樣尺寸;L鑄件一鑄件尺寸 鑄造收縮率主要和鑄造合金的種類及成分有關(guān)，同時(shí)還取決于鑄件在收縮時(shí)受到阻礙的大小等因素。 在本次工裝設(shè)計(jì)中模樣材料為鑄鋁，鑄造收縮率選為1%。而灰鑄鐵的結(jié)品范圍窄，更接近于層狀凝固， 凝固時(shí)的膨脹和液態(tài)收縮趨于相互補(bǔ)償，所以鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)可不考慮灰鑄鐵的收縮給尺寸帶來(lái)的影響。 2. 3. 2機(jī)械加工余量的確定 機(jī)械加工余量是指在鑄件加工表面上留下的、準(zhǔn)備用機(jī)械加工方法切去的金屬層的厚度，目的是獲得 精確的尺寸和光潔的表面，以符合設(shè)計(jì)的要求。 鑄件加工余量的大小，要根據(jù)鑄件的合金種類，生產(chǎn)方法，尺寸大小和復(fù)雜程度

21、，以及加工面的要求 和所處的澆注位置等因素來(lái)確定。 表2-3二級(jí)精度灰鑄鐵件機(jī)械加工余量（mm） 鑄件最大尺 >120-260 寸澆注位j置ft 「^50 4.0 3.0 -頂面 底，側(cè) 公稱尺寸 >50-120120-2 60 1 頂面加工余量為5mm，底、側(cè)面為4mm。 3拔模斜度的確定 查表得，頂面加工余量為5mm，底、側(cè)面為4mm。 2. 3. 3拔模斜度的確定 為了在造型和制芯時(shí)便于起模而不致?lián)p壞砂型和砂芯，應(yīng)該在模樣或芯盒的出模方向帶有一定的斜 度。如果零件本身沒(méi)有設(shè)計(jì)出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)斜度時(shí)，就要在鑄型工藝設(shè)計(jì)時(shí)給出拔模斜度。拔模斜度的大小 應(yīng)

22、根據(jù)模樣的高度，模樣的尺寸和表面光潔度以及造型方法來(lái)確定，見(jiàn)表2-4 表2-4拔模斜度 測(cè)量面高度（mm） 金屬模 a a (° ) 20-50 0.5-1.2 0° 45' -2° 50-100 1.0-1.5 0° 45' -2° 金屬模測(cè)量高度在 20- 50mm,a=0.5-1.2mm,a =0° 45' -2 ° ；測(cè)量高度在 x-100mm, a=1.0 — 1. 5mm, a =0° 45' -1 °。 2. 4砂芯設(shè)計(jì) 砂芯主要用于形成鑄件的內(nèi)腔和孔，影響鑄件的質(zhì)量，鑄造工藝過(guò)程和鑄造工藝裝備。 一個(gè)鑄件所需要的砂芯數(shù)量，主要取決于鑄件的結(jié)構(gòu)和

23、鑄造工藝方案。在滿足砂芯支撐穩(wěn)固、定位準(zhǔn) 確和排氣通暢的情況下，芯頭的數(shù)量越少越好，本鑄件決定使用2個(gè)砂芯。 芯頭是砂芯的重要組成部分，其作用一般為定位、支撐和排氣。定位主要是通過(guò)芯頭與芯座的配合， 便于將砂芯準(zhǔn)確的安放在砂型中;支撐主要是砂芯通過(guò)芯頭支撐在鑄型中，保證砂芯在它本身的重力和金屬 液的浮力作用下位置不變;排氣主要是在澆注凝固過(guò)程中，保證砂芯中產(chǎn)生的大量氣體能夠及時(shí)的從芯頭排出鑄型。一個(gè)砂芯的芯頭能否滿足這三方面的要求，主要是由芯頭的形式、個(gè)數(shù)、形狀和尺寸決定的。 根據(jù)芯頭在砂型中的位置，可分為垂直芯頭和水平芯頭?？紤]鑄件結(jié)構(gòu)將砂芯設(shè)計(jì)為兩個(gè)，砂芯1# 和2#配合在一起，砂芯2

24、#為鑄件內(nèi)的水平大砂芯，砂芯1#為懸臂砂芯。 表2-5水平芯頭的長(zhǎng)度(mm) L D或（A+B） /2 <25 25-50 51-100 <100 20 25-35 30-40 101-200 24-35 30-40 35-45 2#最長(zhǎng)兩端，芯頭長(zhǎng)40mm,短端芯頭長(zhǎng)30mm, 1#為懸臂砂芯，另外查得芯頭長(zhǎng)30?40mm. 在大量的生產(chǎn)中，為了加速下芯合箱及保證鑄件質(zhì)量，在芯頭的模樣上常常做出壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂 槽。壓環(huán)用來(lái)阻止金屬液鉆進(jìn)砂芯的通氣道;防壓環(huán)用來(lái)防止芯頭壓壞芯座的邊緣后，散砂落入型腫:集砂 槽用于存放散落的砂粒。 表2 一 6壓環(huán)、防壓

25、環(huán)和集砂槽的尺寸(mm) 芯頭直徑 水平芯頭 a b c r 30-50 5 0.5 15 1.5 50-100 5 1 15 2 芯頭橫截面的尺寸，一般決定于鑄件相應(yīng)部位孔眼的尺寸，為了便于下芯合箱，芯頭應(yīng)有一定的斜度， 芯頭和芯座之間應(yīng)留一定的間隙。 表2-7芯頭斜度 芯頭高度h或h1(mm) 水平芯頭 下芯頭 上芯頭 a a 1 P <20 10 ° 3 ° 15 ° >20-50 7 ° 1 ° 30 / 10 ° 經(jīng)查表得下芯頭的斜度為1° 30'，芯頭與芯座的間隙為0. 5mm。本次設(shè)計(jì)過(guò)程中砂芯1#和

26、2#芯頭的 尺寸較小，作用在芯頭上的重力和浮力不大，因此不必驗(yàn)算芯頭的尺寸。 2. 5澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 芯頭澆注系統(tǒng)是砂芯中引導(dǎo)液態(tài)合金流入型腔的通道。生產(chǎn)中常常因澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)安 排不合理，造成砂眼、夾砂、氣孔、粘砂、縮孔、縮松、澆不足、變形、裂紋、偏析等缺陷。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)系是密不可分的。常用的澆注系統(tǒng)大多由澆口杯、 直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道等部分組成。 2. 5. 1澆注系統(tǒng)的類型選擇 表2-8澆注系統(tǒng)各組元選擇 澆口杯 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，容積小，消耗的金 液少，能緩沖股流，撇渣能力小 漏 直澆道 O 方便起模，金屬液能較快充

27、滿，在直澆道 呈正壓狀態(tài)流動(dòng)，減少吸氣和卷渣 沖 橫澆道 渣粒能在橫澆道中浮起，能夠滯留渣粒， 保夾雜物不被吸入內(nèi)澆道 確 內(nèi)澆道 造成的吸動(dòng)區(qū)域小，有助于橫澆道發(fā)揮撇 作用，模樣制造方便，易于從鑄件上去除 (渣 澆注系統(tǒng)分為開(kāi)放式，封閉式，半封閉式，封閉一開(kāi)放式幾種類型，考慮本鑄件采用濕型鑄造且鑄件 本身較小的特點(diǎn)，以及澆注系統(tǒng)各組元的斷面比關(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，選 擇封閉式澆注系統(tǒng)，斷面F直＞F橫＞F內(nèi)。澆注開(kāi)始時(shí)液態(tài)合金很快充滿澆注系統(tǒng)，鑄件成品率高，撇渣 能力較強(qiáng)，澆注初期也有一定的撇渣能力。 2. 5. 2澆注系統(tǒng)斷面尺寸的確定

28、 (1)水力學(xué)近似計(jì)算公式： 計(jì)算澆注系統(tǒng)，主要是確定最小斷面積(阻流斷面)，然后按經(jīng)驗(yàn)比例確定其他組元的斷面積。封閉式 澆注系統(tǒng)的最小斷面是內(nèi)澆道，以伯努利方程為基礎(chǔ)的水力學(xué)近似計(jì)算公式是： F =G/(〃 X tX0. 31 V Hp) (cm2) 式中:F內(nèi)一內(nèi)澆道總斷面積(cm2); G—流經(jīng)內(nèi)澆道的液態(tài)合金重量(Kg ); M —流量總耗損系數(shù)； t一澆注時(shí)間(s); Hp一平均靜壓力頭(cm). (2) 液態(tài)合金重量： 灰鑄鐵的密度為7. 8kg/cm3，算出鑄件的質(zhì)量為12.47kg,加上澆注系統(tǒng)中金屬液的損耗，鑄件 G=12.47kg X (1+20% )

29、 =14.965kg. (3) 澆注時(shí)間t: G==14.965kg，鑄件壁厚在8-15mm，系數(shù)S取2. 2。 t=s"G=8. 51s (4) 流量系數(shù)u : a =0. 5(鑄型阻力小)按表修正:有兩個(gè)內(nèi)澆道，阻力加大，p值取0. 05. 得 |J =0. 5-0. 05=0.45。 確定平均壓頭Hp: 中間注入，p=c/2, c=194cm. 由 Hp=Hq-P2/2c=Ho-c/8, Ho=HM+c/2>Ltan a +c/2 其中，L=200mm，鑄件壁厚在 8 ~15mm，壓力角a =9° ~10°，取 10°，得 H0>131mm,取 H0=150mm,H0

30、 為上砂箱高度。 得 Hp=12.6cm, Hm= 53mm。 F 內(nèi)=14.965/(0. 45 X 8. 51X 0. 31 X V 12.6) =3. 55cm2。 設(shè)置兩個(gè)內(nèi)澆道，則每個(gè)內(nèi)澆道截面積為1. 78cm2。查表得選擇II型內(nèi)澆道，取F內(nèi)=1.8cm2。則內(nèi)澆 道總截面積為3.6 cm2 截面尺寸:A=16mm, B=12mm, C=13mm 由封閉式系統(tǒng)各組元的斷面比為:F內(nèi)：F橫：F直=1: 1. 1: 1. 15。 則F橫=3. 96cm2，查表得選擇II型橫澆道，取F 橫=4cm2 截面尺寸:A=30mm, B=18mm, R=13mm F直=4.14

31、cm2，圓形截面，查表可得， 直澆道下部最小直徑為25mm。 查表得，澆口杯尺寸:D1=66mm, D2=62mm, h=50mm. (6)核算最小剩余壓頭Hm-. Hm=-上砂箱的高度，直澆道中心到鑄件最高最遠(yuǎn)點(diǎn)距離L=200mm,若壓力角a=10,°我們只需要HM 大于35.3mm即可，這樣進(jìn)行澆鑄，就能得到輪廓清晰的完整鑄件?？紤]到澆注系統(tǒng)的高度，我們?nèi)∩舷?高度為150mm，即上箱的尺寸為500x400x150mmo 2.5.3冒口的設(shè)計(jì) 常見(jiàn)的鑄造缺陷如縮孔、縮松、裂紋等都與鑄件的凝固和收縮有關(guān)，在鑄件的厚實(shí)部位常設(shè)置冒口， 并按順序凝固原則使冒口最后凝固?；诣T鐵的結(jié)品范

32、圍窄，更接近于層狀凝固。凝固時(shí)的膨脹和液態(tài)收縮 趨于相互補(bǔ)償。故灰鑄鐵件補(bǔ)縮所需要的鐵水的量少，鑄型剛度要求較低，一般灰鑄鐵件可不設(shè)置冒口。 3鑄造的工藝裝備設(shè)計(jì) 3. 1模樣設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的是下模樣。 本設(shè)什中來(lái)用就是金屬模樣，選ZL102鑄造鋁合金，其收縮率為1%模樣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程如下： 1) 模樣尺寸的確定 模樣的尺寸=鑄件尺寸X (1+K);式中，K為鑄件收縮率。 計(jì)算得模樣外尺寸:A=273.1mm, B=256.1mm, H=98.0mm。 對(duì)于芯頭及冒口尺寸按原工藝圖計(jì)算。 因模樣壁厚為8mm，查表得模樣非工作面圓角半徑為3mm。 2) 模樣的壁厚和加強(qiáng)筋 模

33、樣平均輪尺寸(A+B) /2=(273.1+256.1)/2mm=246.6mm<500mm, 查表得，鋁合金模樣壁厚8mm。 模樣加強(qiáng)筋取知道分型面上的筋，一般將加強(qiáng)筋的厚度設(shè)計(jì)為模樣壁厚8mm，查表加強(qiáng)筋下端厚度 為6mm，鑄造圓角為5mm。因模樣形狀屬于非圓形截面，加強(qiáng)筋的布置屬II類， 根據(jù)(A+B) /2 在 250-500mm, A/B=273.1/256.1=1.1，查得，a=140mm, b=175mm 因?yàn)閍>A/2, b>B/2，則僅在模樣長(zhǎng)度和寬度中心軸上設(shè)有交叉十字形加強(qiáng)筋。 模樣高度98. 0mm< 100mm，查得筋的斜度取1° 30'。 3) 模樣類型

34、的選擇 本次設(shè)計(jì)采用機(jī)器造型用金屬單面模樣。 4) 模樣技術(shù)要求 模樣表面光潔度:模樣工作表面為^6,模樣分型面為^4,模樣定位銷孔為^6?^7。 模樣裝配凸耳采用外凸耳。 3. 2模底板的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的是下模板，單面模板采取的是頂桿式，模底板材料決定為灰鑄鐵。 本次設(shè)計(jì)選用的Z145A造型機(jī)為可調(diào)節(jié)頂桿式起模的鎮(zhèn)壓式造型機(jī)，頂桿起模行程為150mm。 Z145A造型機(jī)砂箱最大內(nèi)形尺寸為500 X 400mm。 模樣外尺寸:A=273.1mm, B=256.1mm,H=98.0mm。根據(jù)鑄件重量在11~25kg,查得模型的最小吃砂 a=30mm,b=50mm,c=60mm,

35、d=50mm，H=98. 0mm。砂箱最大尺寸適合，且其內(nèi)只能放一個(gè)模樣，砂箱高 度＞98.0mm+60mm=158mm. 造型選用的砂箱尺寸500 X 400 X 180mm。材料為鑄鐵。砂箱平均尺寸＜500mm,高度＜200mm,查表得 b=18mm。其配合的模底板尺寸:A0=A+2b=536mm,B0=B+2b=436mm模底板的材料為鑄鐵，高度在 80~150mm，取90mm，小于頂桿的起模行程。 加強(qiáng)筋的距離由模板的平均輪廓尺寸決定，查表為K=300mm,K1=250mm.因模底板尺寸A0= 536mm， B0=436mm，所以在模底板上將加強(qiáng)筋布置成工裝圖上所示。 表3-1

36、壁厚和加強(qiáng)筋（單位：mm） 模板平均輪廓尺寸 （A0+B0）/2 鑄鐵 壁厚＜5 t t1 501-750 14 16 12 模底板定位銷孔中心距應(yīng)根據(jù)所配用砂箱銷套的中心距C來(lái)確定，用同一鉆模鉆出。 表3-2（單位:mm ） 砂箱尺寸（A+B）/2 定位銷直徑 M 鐵 250-500 20 75 本設(shè)計(jì)中選用直徑20mm的定位銷。M的值取75mm，則C=A+2M=600+2 X 75=750mm。 模底板與砂箱之間常常用定位銷和銷套定位，此處只設(shè)計(jì)定位銷。在造型過(guò)程中為使砂箱不被卡死常 將兩個(gè)定位銷分別做成圓形的和帶有平面的，

37、分別為定位銷和導(dǎo)向銷。 模底板上的定位銷安放在銷耳上，設(shè)在沿中心線長(zhǎng)度方向的兩端，樣式如圖3-3所示。 圖3-3吊耳的樣式 由模底板平均尺寸(A0+B0 ) /2 =1500mm，查表得， d=18+0.035mm, h=20mm, e=40mm, A=60mm, D=25mm。 裝配上的定位銷和導(dǎo)向銷材料選45號(hào)鋼淬火，查標(biāo)準(zhǔn)尺寸得， d=20mm,d]=18mm, d2=13mm,d3=16mm,l1=18mm,l2=40mm, l3=20mm, K=12mm, l=50mm,S=12mm, D=23mm。導(dǎo)向銷前端傾斜角度為 10°。 配套的螺母尺寸:d=M16, c=0

38、.8mm,dM=22.5mm, e=26.75mm, m=14.8mm, s=24mm. 模板用螺栓固定在造型機(jī)工作臺(tái)上，這時(shí)應(yīng)設(shè)置緊固耳。其位置要和造型機(jī)工作臺(tái)上臺(tái)面上的T型 槽相對(duì)應(yīng)。因模底板平均輪廓尺寸(A0-+B0-) /2<500mm,查得模底板鑄鐵固耳尺寸:h=20mm, h1=h+5mm, a=8mm, A=30mm, L=50mm, L1=70mm,b=15mm,b1=25mm,R=10mm. 緊固耳數(shù)為4。 3. 3模樣在模底板上的裝配 (1) 模樣在模底板上的放置形式 以簡(jiǎn)單方便節(jié)約成本考慮，采取平放式將模板平放在模底板上，模底板不必挖槽。 (2) 模樣在模底板

39、上的定位 模樣在模底板上常用定位銷來(lái)定位，定位銷采取的是圓柱銷，定位銷將模樣裝配在模底板上的形式見(jiàn) 圖紙所示。對(duì)照定位銷在模樣上的分布位置，因模樣壁厚t為8mm，邊緣需固定處高度H<6t，則定位銷 穿過(guò)模樣裝配在模底板上;H>6t，則定位銷穿過(guò)底板裝配在模樣上 定位銷類型選擇不淬硬鋼圓柱銷。 1. 定位銷穿過(guò)模樣裝配在模底板，查得， R取((1.5?2) d，定位銷中心到鑄件上邊緣距離A可取NR， d可取0. 75t=6mm。貝U R取12mm, A 取 20mm。 2. 定位銷穿過(guò)底板裝配在模樣上，a145°，查得， 定位銷中心到鑄件下邊緣距離C= (2~6) d, R可取((

40、1.5?2) d，h>模底板厚，d可取0. 75d即6mm。則 R 取 12mm, C 取 24mm。 可使用同樣的圓柱銷，查得標(biāo)準(zhǔn)尺寸:d=6mm, c=1. 2mm, l=55mm。 (3) 模樣在模底板上的緊固方式 為了模樣和底板的定位和緊固，在現(xiàn)成凸緣或凸耳上設(shè)置定位銷孔，緊固螺紋孔。 采用螺栓緊時(shí)用的是下固定法。螺釘和螺栓的個(gè)數(shù)及分布見(jiàn)圖紙。 單面模樣在模底板上的緊固有3處用45號(hào)鋼全螺紋六角螺栓。C取24mm, d=M16,dm=17mm,D=36mm。查標(biāo)準(zhǔn)尺寸得， d=16mm, c=0. 8mm, dm=22mm, e=26. 17mm, k=10mm,r=0.

41、 6mm，s=24mm.a=6mm, l=35mm,H1=43mm, H2= 46mm。 與螺栓配套的彈簧墊圈標(biāo)準(zhǔn)尺寸:d=M16, d1=16.2mm, b=4.1mm,s=4. 1mm.有1處緊固因模型高度不 夠，采用開(kāi)槽圓柱頭螺釘。 C 取 15mm, d=M10, d-=11mm, D=23mm, 查得標(biāo)準(zhǔn)尺寸:d=10mm, dk=16mm, k=6mm, n=2.5mm, r=0.4mm,1=40mm. (4) 直澆道窩模的設(shè)計(jì)及其在模板上裝配 緊固直澆道窩模用鉚釘。 D1 10 d 5 D 5.5 D2 8.8 h 3 h2 3 螺釘長(zhǎng)L

42、 8-55 4結(jié)束語(yǔ) 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。目前，我國(guó)鑄造業(yè)正處在從鑄造大國(guó)向鑄造強(qiáng)國(guó)起步的新階段。因此， 必須抓住機(jī)遇，利用高科技技術(shù)提升鑄件質(zhì)量。這次課程設(shè)計(jì)，我運(yùn)用了大學(xué)以來(lái)學(xué)到的各方面知識(shí)，讓 我學(xué)習(xí)和應(yīng)用知識(shí)的能力得到了全方位的展示，而且我對(duì)鑄造工藝有了正確和精準(zhǔn)的認(rèn)識(shí)。 參考文獻(xiàn) [1]帥聯(lián)合編寫組《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)》.北京出版社，1980. 8. ⑵葉榮茂，吳維岡，高景艷.《鑄造工藝課程設(shè)計(jì)》，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1989.4. [3] 魏華勝.《鑄造工程基礎(chǔ)》.機(jī)械工藝出版社，2002. 2. [4] 王成剛，張佑林，趙奇平.《上程圖學(xué)簡(jiǎn)明教程》，武漢理大學(xué)出版社,2004. 7.