拔叉鑄造工藝設(shè)計

拔叉鑄造工藝設(shè)計,鑄造,工藝,設(shè)計 鑄造工藝課程設(shè)計說明書設(shè)計題目拔叉鑄造工藝設(shè)計學(xué) 院年 級專 業(yè)學(xué)生姓名學(xué) 號指導(dǎo)教師鑄造工藝課程設(shè)計說明書I目目 錄錄1 1 前前 言言.11.1 本設(shè)計的目的、意義.11.2 零件結(jié)構(gòu)特點分析.11.3 零件鑄造工藝性分析.21.4 鑄件材質(zhì)特點.22 2 設(shè)計方案設(shè)計方案.42.1 造型材料的選擇.42.2 澆注位置的選擇.52.3 分型面的選擇.63 3 鑄造工藝參數(shù)的確定鑄造工藝參數(shù)的確定.83.1 鑄件尺寸公差.83.2 鑄件重量公差.83.3 機械加工余量.93.4 鑄件收縮率.103.5 起模斜度.113.6 鑄件最小壁厚和最小鑄出孔.124 4 砂芯的設(shè)計砂芯的設(shè)計.134.1 砂芯的設(shè)計方案.134.2 砂芯的固定.134.3 芯頭的設(shè)計.145 5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計澆注系統(tǒng)的設(shè)計.155.1 澆注系統(tǒng)的組成及其各自作用.155.2 澆注時間的確定.165.3 平均靜壓頭的確定.175.4 各澆道截面尺寸的確定.185.4.1 內(nèi)澆道的設(shè)計.185.4.2 橫澆道的設(shè)計.195.4.3 直澆道的設(shè)計.195.5 直澆道窩的設(shè)計.195.6 澆口杯的設(shè)計.206 6 冒口的設(shè)計冒口的設(shè)計.21鑄造工藝課程設(shè)計說明書II6.1 模數(shù)計算.216.2 實用冒口設(shè)計法.217 7 鑄造工藝裝備設(shè)計鑄造工藝裝備設(shè)計.237.1 模樣.237.2 砂箱.247.2.1 砂箱尺寸設(shè)計.247.3 芯盒設(shè)計.257.3.1 芯盒的類型和材質(zhì).267.3.2 芯盒的材質(zhì).267.3.3 芯盒的結(jié)構(gòu)設(shè)計.268 8 結(jié)結(jié) 論論.289 9 致謝致謝.29參參 考考 文文 獻獻.30鑄造工藝課程設(shè)計說明書11 前 言1.1 本設(shè)計的目的、意義鑄造是將通過熔煉的金屬液體澆注鑄型內(nèi)，經(jīng)冷卻凝固獲得所需形狀和性能的零件的制作過程。本課題主要通過對回轉(zhuǎn)盤進行鑄造工藝設(shè)計的基礎(chǔ)上，試圖在里面找到最佳的設(shè)計方案，使我們對鑄造工藝設(shè)計有著更深層次的了解，為我們以后的工作打下堅實的基礎(chǔ)，同時可以提高我們分析問題與解決問題的能力，使我們在現(xiàn)實生活中遇到問題時可以在短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)并解決它。合理的運用鑄造工藝設(shè)計，可以更好的保證鑄件的質(zhì)量，同時提升生產(chǎn)效率，降低使用成本，更好的避免一些不必要的缺陷，也可以使我們的操作規(guī)范，最大程度的保證了我們的人身安全。通過此次鑄造工藝設(shè)計也可以更好的了解我們之前所學(xué)習(xí)過的課程，例如CAD、PRO/E 等一些繪圖軟件，還可以讓我們了解一些之前所學(xué)習(xí)不到的新內(nèi)容，新方法。同時可以更好的提高我們尋找文獻的能力，學(xué)到許多新的技術(shù)。1.2 零件結(jié)構(gòu)特點分析從零件圖和技術(shù)要求可知，拔叉的材質(zhì)為 HT200，輪廓尺寸為 725*500*200mm，其左右結(jié)構(gòu)對稱，上下結(jié)構(gòu)和前后結(jié)構(gòu)也比較對稱，撥叉的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對簡單，壁厚均勻，零件的主要壁厚為 40mm,最大壁厚為 67.5mm，最大孔徑為 400mm,最小孔徑為30mm。拔叉主要用于汽車變速箱上,與變速手柄相連,位于手柄下端,撥動中間變速輪,使輸入/輸出轉(zhuǎn)速比改變。生產(chǎn)性質(zhì)是中型零件，單件小批量生產(chǎn)，砂型鑄造。零件的技術(shù)要求：(1) 鑄件不許有冷隔,縮松,砂孔等缺陷;(2) 未注倒角 C5;未注鑄造圓角 R5-15;鑄造工藝課程設(shè)計說明書2(3) 鑄件質(zhì)量 124kg;(4) 鑄件材質(zhì)為 HT200，熱處理狀態(tài)為 T5；(5) 化學(xué)成分：符合 GB/T 1173-1995 規(guī)定；(6) 力學(xué)性能：試樣力學(xué)性能滿足 GB/T 1173-1995；(7) 鑄件尺寸公差等級符合 GB/T 6414-1999 CT10 要求。零件的 3D 圖如圖 1-1 所示。圖 1-1 零件的三維圖1.3 零件鑄造工藝性分析零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性是指零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)符合鑄造生產(chǎn)的要求，易于保證鑄件品 質(zhì)，簡化鑄件工藝過程和降低成本。審查、分析應(yīng)考慮如下幾個方面：零件的最小壁厚為 40mm，查詢鑄造手冊表格，根據(jù)輪廓尺寸 730mm 對于砂型鑄造HT200 的最小壁厚為 56mm，故該零件滿足最小壁厚的要求。1.4 鑄件材質(zhì)特點該件的材質(zhì)為 HT200，零件質(zhì)量 124kg。從鑄造性能上說，灰鑄鐵流動性較好，收縮率 較小，需進行人工時效處理；HT200 合金的強度、耐磨性、耐熱性均較好，鑄造性能較 優(yōu)減振性良好，使用時有充分的強度和剛性，價格便宜。其物理性能、化學(xué)成分和力鑄造工藝課程設(shè)計說明書3學(xué)性能分別如表 1-1，1-2，1-3 所示。表 1-1 HT200 的物理性能合金牌號密度/gcm-3HT2007.15 g/cm表 1-2 HT200 化學(xué)成分（%）CSiMnSP3.03.61.42.00.61.000.1200.15表 1-3 HT200 力學(xué)性能表抗拉強度 b硬度200Mpa163255HB鑄造工藝課程設(shè)計說明書42 設(shè)計方案2.1 造型材料的選擇基于鑄件的生產(chǎn)批量、鑄件材料、尺寸、精度及技術(shù)要求等綜合考慮，采用木模和手工造型，造型材料采用呋喃樹脂砂。呋喃樹脂自硬砂工藝以其鑄件質(zhì)量好、廢品率低而著稱。與粘土濕型砂和水玻璃砂相比，高溫強度和耐沖刷性較好，發(fā)氣量小，粘結(jié)強度大，鑄件的表面質(zhì)量好，落砂性能好，舊砂易再生。由于樹脂砂流動性好易緊實，強度好（24h 抗拉強度可達 1.31.6MPa）且易潰散（殘留強度約為 0.2MPa） ，故此次采用樹脂砂造型。近幾年，樹脂砂發(fā)展較快的為呋喃樹脂自 硬砂、堿性酚醛樹脂自硬砂、PEPEST 自硬砂。下表 2-1 為三種砂子性能對比：表 2-1 三種樹脂砂性能對比樹脂砂種類呋喃樹脂砂堿性酚醛樹脂自硬砂PEPEST 自硬砂優(yōu)點樹脂加入量少，粘結(jié)強度大，耐熱性好，鑄件的表面質(zhì)量好，落砂性能好，舊砂易再生。樹脂中不含 N、P、S 元素，高溫下有二次硬化現(xiàn)象，裂紋傾向比呋喃樹脂砂小，落砂清理性能好。樹脂砂可使用時間長， 型砂流動性好，可用于射砂制 芯 ， 硬化速度 快，落砂性能好，裂紋傾向小， 舊砂再生較容易。缺點造型澆注時有刺激性氣味（有害氣體） ，勞動環(huán)境差，高溫型砂退讓性差，發(fā)氣量大。型砂強度比呋喃樹脂砂低，樹脂加入量較高，成本較呋喃樹脂砂高，舊砂再生較呋喃樹脂砂困難 。脂加入量高，成本較呋喃樹脂砂高，制芯時有有毒氣體放出，作業(yè)環(huán)境差，含 N 量高，易產(chǎn)生缺陷?？紤]到灰鑄鐵件容易出現(xiàn)鑄件表面質(zhì)量差，尺寸精度不高等問題，而影響鑄件質(zhì)量，鑄造工藝課程設(shè)計說明書5所以型砂應(yīng)具有較好的潰 散性，故本此工藝設(shè)計使用呋喃樹脂自硬砂。具體成分如下表2-2 所示：表 2-2 砂子成分原材料名稱舊砂（%）新砂（%）樹脂（%）固化劑（占樹 脂%）抗拉強度（MPa）型砂406535601.51.7300.40.72.2 澆注位置的選擇澆注系統(tǒng)位置的選擇就是選擇將金屬液引進入型腔的位置和考慮怎樣安排澆冒口系統(tǒng)以到達有效的充滿型腔和控制鑄件的凝固過程。澆注位置在很大程度上著眼于控制鑄件的凝固。澆注位置的確定應(yīng)遵循以下原則：(1) 澆注時主要加工表面，主要工作面和受力面應(yīng)盡量放在底部和側(cè)面，以防止產(chǎn)生砂眼，氣孔，夾渣等缺陷。(2) 對于凝固體收縮較大的鑄件合金，應(yīng)滿足順序凝固的原則，鑄件厚實部分應(yīng)盡可能置于上方，利于冒口補縮。(3) 應(yīng)有利于砂芯的定位，固定和排氣，盡量避免摽芯和懸臂砂芯。(4) 大平面應(yīng)置于下部或傾斜位置，以防夾砂等缺陷,有時為了方便造型，可采用“橫做立澆” “平做立澆”的方法。(5) 鑄件的薄壁部分應(yīng)置于鑄件的底部或側(cè)面，以防澆不到冷隔等缺陷。(6) 在大批量生產(chǎn)中，應(yīng)使鑄件的飛翅，毛刺最少與易于清除。.(7) 要避免厚實鑄件冒口下面的受力面產(chǎn)生偏析。(8) 盡量使冒口置于加工面上，以減少鑄件清理工作量。根據(jù)澆注位置的選擇原則和本鑄件綜合考慮，采用澆注位置為分型面（中間）注入式。金屬液經(jīng)過開在分型面上的橫澆道和內(nèi)澆道進入型腔。也就是對于分型面以下的那部分是頂注，而對于分型面以上的那部分則為底注，故部分兼有頂注和底注的優(yōu)點。由鑄造工藝課程設(shè)計說明書6于內(nèi)澆道在分型面上開設(shè)，就能方便地按需作出布置，有利于控制金屬液的流量分布和鑄型的熱分布，對形狀復(fù)雜的鑄件十分有利。這種澆注系統(tǒng)應(yīng)用很普遍，適用于中等重量、高度不大、中等壁厚的鑄件。2.3 分型面的選擇分型面是指上半鑄型和下半鑄型的分界面,它往往也是模樣的分模面。在確定鑄件分型面的同時，實際上也確定了鑄件在砂箱中的位置(即澆注位置),因此，分型面的選擇對鑄件的質(zhì)量和整個生產(chǎn)過程影響很大，是鑄造工藝是否合理的關(guān)鍵問題之一。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，使鑄造工藝簡便，并易于保證鑄件質(zhì)量。充分分析零件的結(jié)構(gòu)從而選擇出最佳的分型面，可以極大的簡化鑄造工藝、節(jié)約勞動成本，增強生產(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)，以減少錯型帶來的尺寸偏差保證鑄件尺寸精度，便于造型和合型操作。(2)在合理的情況下，盡可能的的降低分型面的數(shù)目，最好只有一個分型面， ，可以方便造型、合型等工藝。(3)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化造型總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)計可以選擇曲面。(4)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。(5)盡可能使鑄件澆筑后的清理工作能夠方便容易。根據(jù)撥叉的結(jié)構(gòu)特點確定了以下表 2-3 中兩種分型面分型方案。鑄造工藝課程設(shè)計說明書7表 2-3 兩種分型面分型方案分型面方案分型面方案 1方案 2方案一：撥叉從表中可以看到具有二條對稱中心線，所以分型要做成階梯分型，分型面不是平面，這將會極大地增加造型過程的工作量和工作難度；方案二：有以下幾個優(yōu)點：（1）分型面位于同一個平面且在鑄件最大斷面處，造型時相比階梯面更加的簡單方便；（2）在同一平面可以方便起模，保證鑄件質(zhì)量；綜合上述二種方案的優(yōu)缺點比較，可以確定分型面依據(jù)上述方案二。鑄造工藝課程設(shè)計說明書83 鑄造工藝參數(shù)的確定3.1 鑄件尺寸公差鑄件尺寸公差是指鑄件公稱尺寸的兩個允許極限尺寸之差。公差就是最大極限尺寸與最小極限尺寸代數(shù)和的絕對值。鑄件尺寸保持在兩個允許的極限尺寸之內(nèi)，就可以滿足加工、裝配和使用的要求。根據(jù)鑄件的材質(zhì)為 HT200，砂型種類為樹脂砂，查詢表格 3-1（鑄造手冊第五卷鑄造工藝）得，該件的尺寸公差等級取為 CT12 級。表 3-1 小批和單件生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級（摘自 GB/T6414-1999）公差等級方法造型材料鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵銅合金輕金屬合金鎳基合金鈷基合金粘土砂13151315131513151315111313151315砂型鑄造手工造型化學(xué)黏結(jié)劑砂12141113111311131012101212141214根據(jù)鑄件的技術(shù)要求，鑄件尺寸公差應(yīng)符合 GB/T 6414 的 CT11-12 級規(guī)定，查閱手冊即下表 3-2 得：表 3-2 鑄件尺寸公差（mm）鑄件尺寸公差等級鑄件基本尺寸CT12CT132504009124006301014根據(jù)鑄件的尺寸，鑄件尺寸公差值取 10mm。3.2 鑄件重量公差鑄件的重量公差定義為以占鑄件公稱重量的百分率為單位的鑄件重量變動的允許值。鑄造工藝課程設(shè)計說明書9所謂公稱重量是包括加工余量和其他工藝余量，作為衡量被檢驗鑄件輕重的標準。根據(jù)鑄件的材質(zhì)為 HT200，砂型種類為樹脂砂，查詢表格 3-3 得，該件的重量公差等級取為 MT12 級。表 3-3 小批和單件生產(chǎn)鑄件的重量公差等級公差等級 CT造型材料鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵銅合金輕金屬合金干、濕型砂131513151315131513151113自硬砂121411131113111310121012根據(jù)鑄件的技術(shù)要求，重量公差按 GB/T 11351 的同等級規(guī)定執(zhí)行，查閱手冊即下表 3-4 得：表 3-4 鑄件重量公差等級（%）鑄件重量公差等級鑄件重量CT11CT124010012141004001012根據(jù)鑄件的重量為 124kg，鑄件重量公差值取 12。3.3 機械加工余量鑄件為保證其加工面尺寸和零件精度，應(yīng)有加工余量，即在鑄件工藝設(shè)計時預(yù)先增加的，而后在機械加工時又被切去的金屬層厚度，稱為機械加工余量，簡稱加工余量。機械加工余量值由精到粗共分為十個等級：A、B、C、D、E、F、G、H、J 和 K，根據(jù) ISO 8062 所要求，不同的鑄造方法所采用的機械加工余量下表 3-5 所示。表 3-5 灰鐵鑄件的加工余量等級方法砂型鑄造手工造型砂型鑄造機器造型和殼型機械加工余量等級FHEG由上表可知采用砂型鑄造機器造型時，加工余量等級為 EG，本方案選取為 G 級，鑄造工藝課程設(shè)計說明書10機械加工余量值應(yīng)根據(jù)最終機械加工后成品零件的最大輪廓尺寸和相應(yīng)的的尺寸范圍選取。本零件的最大輪廓尺寸為 725mm，查詢表格 3-6 得，該件的加工余量確定為 7mm。表 3-6 要求的鑄件機械加工余量（RMA） （摘自 GB/T6414-1999） （單位：mm）要求的機械加工余量等級最大尺寸ABCDEFGHJK400.10.10.20.30.40.50.50.711.440630.10.20.30.30.40.50.711.42631000.20.30.40.50.711.422.841001600.30.40.50.81.11.52.23461602500.30.50.711.422.845.582504000.40.70.91.31.42.53.557104006300.50.81.11.52.234691263010000.60.91.21.82.53.55710143.4 鑄件收縮率鑄造收縮率的定義為： = ( )/ 100%（式 3-1）式 3-1 中 ：LM模樣（或芯盒）工作面的尺寸； LJ鑄件尺寸。鑄造收縮率與鑄造合金種類、澆冒口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、鑄件結(jié)構(gòu)、鑄型種類（含砂型和砂芯的退讓性）等因素有關(guān)。鑄造合金從凝固狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)會產(chǎn)生收縮；合金的成分與其含 量不同，其收縮率同樣會發(fā)生變化，這是鑄造合金的特性。澆冒口結(jié)構(gòu)阻礙收縮，鑄件結(jié) 構(gòu)的復(fù)雜性，砂型和砂芯的退讓性差，都會阻礙到鑄件由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的收縮。本鑄件屬于壁厚較薄結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件，且用樹脂砂造型，鑄件的收縮阻較大，因而其線收縮率較小。查詢下表 3-7 得，選取該件的線收縮率為 1%。表 3-7 灰鑄鐵的收縮率鑄造工藝課程設(shè)計說明書11收縮率鑄件種類受阻收縮自由收縮中小型鑄件0.81.00.91.1大中型鑄件0.70.90.81.0特大型鑄件0.60.80.70.9特殊的圓長度方向0.70.90.81.0灰鑄鐵筒形鑄件直徑方向0.50.60.60.83.5 起模斜度當(dāng)鑄件本身沒有足夠的結(jié)構(gòu)斜度，應(yīng)在鑄件設(shè)計或在工藝設(shè)計時給出鑄件起模斜度，以保證鑄型的起模。起模斜度可采取增加鑄件壁厚、增減鑄件壁厚或減少鑄件壁厚的方式來形成。在鑄件上加起模斜度，原則上不應(yīng)超出鑄件的壁厚公差要求，查下表 3-8 得：表 3-8 起模斜度（JB/T5105-1991）自硬砂造型時，模樣外表面的起模斜度起模斜度（木模樣）測量面高度 h/mma/mm1001600402.01602500352.6選用模樣拔模斜度，原則上不應(yīng)超過鑄件的壁厚公差要求即可，根據(jù)自硬樹脂砂造型，最終確定 =035，a=2.6mm。3.6 鑄件最小壁厚和最小鑄出孔合金的流動性、鑄件的輪廓尺寸和鑄造方法，決定了合金液的充型能力。為了避免鑄造工藝課程設(shè)計說明書12鑄件澆不到和冷隔缺陷，應(yīng)要求鑄件壁厚應(yīng)不小于最小壁厚。最小鑄出孔和槽的尺寸，和鑄件的生產(chǎn)批量、合金種類、鑄件大小、孔處的鑄件壁厚、孔的長度和直徑有關(guān)， 。 根據(jù)鑄造工藝手冊 ，查 3-69 灰鑄鐵不鑄出孔直徑表，由于本鑄件為單件小批生產(chǎn)，最大孔徑為 400mm,最小孔徑為 30mm，由下表 3-9 可知。表 3-9 不鑄出孔大?。╩m）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故本零件上孔選擇鑄造出。鑄造工藝課程設(shè)計說明書134 砂芯的設(shè)計砂芯的功用是形成鑄件內(nèi)腔、孔和鑄件外形不能鑄出砂的部位。砂型局部要求特殊性 能的部分，有時也用砂芯。對砂芯的要求主要是：(1) 砂芯的形狀、尺寸以及在砂型中的位置均應(yīng)保證鑄件的形狀和尺寸符合要求。(2) 具有足夠的強度和剛度。(3) 在鑄件形成過程中砂芯所產(chǎn)生的氣體能及時排出型外。(4) 鑄件收縮時的阻力小，容易清砂。4.1 砂芯的設(shè)計方案砂芯設(shè)計原則如下： (1) 盡量減少砂芯數(shù)量，復(fù)雜砂芯才分塊制造。 (2) 選擇合適的砂芯形狀。 (3) 便于下芯、合型。對于本次設(shè)計的零件撥叉，采用樹脂自硬砂制芯，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)，因為該鑄件為對稱結(jié)構(gòu)，鑄件的尺寸較大，需要做一個砂芯。4.2 砂芯的固定砂芯放置在沙箱中需要固定在合理的位置，保證砂芯在金屬液的沖擊下不可以發(fā)生偏移和損壞，而且砂芯在金屬液體的浮力作用下不可以發(fā)生浮動。由于撥叉的砂芯使用樹脂自硬砂，所以制出的砂芯會有很高的強度，不容易發(fā)生損壞。砂芯在沙箱中發(fā)生偏移或者浮動，鑄件將會容易產(chǎn)生一些損壞、缺失甚至發(fā)生較嚴重的變形從而導(dǎo)致鑄件作廢，因此，必須保證鑄件的砂芯在砂型之中的位置足夠的牢固。砂芯有兩個垂直芯頭可鑄造工藝課程設(shè)計說明書14以確保砂芯在型砂中牢牢固定，不發(fā)生移動。因為鑄件的內(nèi)腔較簡單，在整個砂芯的固定中無需采用芯撐等結(jié)構(gòu)。4.3 芯頭的設(shè)計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)撥叉的型腔結(jié)構(gòu)，設(shè)置兩個垂直芯頭。垂直芯頭：根據(jù)鑄造工藝手冊 5表（3-83）因為 L=200mm，D=125mm，取間隙 S=2.5，H垂直=50mm。鑄造工藝課程設(shè)計說明書155 澆注系統(tǒng)的設(shè)計澆注系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道，主要由澆口杯、直澆道、橫澆道、和內(nèi)澆道 4 個部分組成。澆注系統(tǒng)設(shè)計的合理與否對鑄件質(zhì)量影響很大，大約 30%的鑄件廢品是由于澆注系統(tǒng)設(shè)計不當(dāng)導(dǎo)致的。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點、合金種類、技術(shù)要求合理地設(shè)計澆注系統(tǒng)。設(shè)計澆注系統(tǒng)應(yīng)遵守以下原則：1）金屬液的充型過程中應(yīng)控制金屬液的流動方向和速度，盡可能使金屬液平穩(wěn)，連 續(xù)地充滿型腔；2）在合適的時間內(nèi)充滿型腔，避免形成夾砂、冷隔、皺皮等缺陷，保證鑄件輪廓清 晰、完整；3）調(diào)節(jié)鑄型內(nèi)的溫度分布，有利于強化鑄件的補縮、減少鑄造應(yīng)力，防止鑄件出現(xiàn) 變形、裂紋等缺陷；4）澆注系統(tǒng)應(yīng)具備擋渣、溢渣、凈化金屬液的能力；5）澆注系統(tǒng)應(yīng)該結(jié)構(gòu)簡單、可靠、減少金屬液的消耗，且便于清理。5.1 澆注系統(tǒng)的組成及其各自作用工藝常用的澆注系統(tǒng)大多由澆口杯(澆口盆或外澆口)、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道等部分組成。其各自作用分別為: 澆口杯:承接金屬液，避免金屬液飛濺，并將其導(dǎo)入直澆道，防止液流直接沖入直澆道。一般澆口杯容積較大，當(dāng)儲存有足夠的金屬液量時，還可以減少或消除在直澆道頂面產(chǎn)生水平旋渦，防止熔渣、夾雜物和氣體卷入直澆道的危險。 直澆道:引導(dǎo)澆口杯中的金屬液進入橫澆道，建立起足夠的壓力頭,將金屬液在重力作用下克服流動阻力，及時充滿型腔和防止鑄件產(chǎn)生侵入性氣孔。橫澆道:除了將金屬液引入內(nèi)澆道外，主要是撇渣(澆口杯往往起不到很好的撇渣作用)。因此，它應(yīng)有-定的高度和長度。封閉式澆注系統(tǒng)一般要求橫澆道為窄、高形的橫截面，鑄造工藝課程設(shè)計說明書16它的高度應(yīng)為內(nèi)澆道高度的 4- 6 倍，以使內(nèi)澆道的吸動作用達不到橫澆道的頂面，避免將浮渣吸入鑄件。橫澆道的末端長度應(yīng)距最后一道內(nèi)澆道的距離不少于 75mm。內(nèi)澆道:控制金屬液流入型腔的速度和方向，調(diào)節(jié)鑄件各部分的溫差。另外,澆注系統(tǒng)還有澆口窩組成。對金屬液具有緩沖作用，能縮短直-橫澆道拐角處的紊流區(qū)，改善橫澆道內(nèi)的壓力分布。其底部要放干砂芯片或耐火磚塊，可防止沖砂。本設(shè)計則采用中間注入封閉式澆注系統(tǒng)。5.2 澆注時間的確定澆注時間對鑄件質(zhì)量有重要影響，而合適的澆注時間與鑄件結(jié)構(gòu)、鑄型工藝條件、合金種類與選擇的澆注系統(tǒng)等有關(guān)；本設(shè)計采用以下公式計算澆注時間： = （式 5-1）式中 ：t澆注時間（s）S系數(shù)G鑄件或澆注金屬質(zhì)量G：型內(nèi)金屬液重量，由 3D 數(shù)模測得，鑄件重 GC=124kg，工藝出品率查詢表格 5-1取為 75%，故 Gl=124/0.75=166kg；表 5-1 鑄鐵件工藝出品率（%）鑄件重量/kg大量流水生產(chǎn)成批生產(chǎn)單件小批生產(chǎn)1000-85908090S：系數(shù)由鑄造工藝手冊表 5-2 所得，S=1.9。鑄造工藝課程設(shè)計說明書17表 5-2 系數(shù) S 和鑄件壁厚的關(guān)系鑄件壁厚4080系數(shù) S1.11.41.71.9最后代入數(shù)據(jù)求得澆注時間 t=6s澆注時間的校核，金屬液在型腔內(nèi)的上升速度 Vl可以根據(jù)公式 5-2 算得=（式 5-2）式中：VL型內(nèi)液面上升速度（cm/s）hc鑄件在澆注位置時的高度（cm）t澆注時間（s）將 hc=20cm，t=6s，帶入公式得，Vl=3.3cm/s根據(jù)基本壁厚查詢表格 5-3 可得，金屬液的最小上升速度應(yīng)為 0.81.0。故澆注時間 t=6s 設(shè)計合理，不需要修正。表 5-3 最小液面上升速度與鑄件壁厚關(guān)系鑄件壁厚 mmVL/cm*s-140,水平位置澆注0.81.040,上箱為大平面2.03.010401.02.04102.03.01.543105.3 平均靜壓頭的確定對于中間注入封閉式澆注系統(tǒng)，平均靜壓力頭的計算公式為 5-3：= 08（式5-3）鑄造工藝課程設(shè)計說明書18 式中：H0內(nèi)澆道以上金屬液壓頭，即內(nèi)澆道至澆口杯液面的高度（cm）C內(nèi)澆道以上的鑄件的高度（cm）代入數(shù)據(jù) H0=40cm，C=20cm，求得平均靜壓力頭 HP=37.5cm。5.4 各澆道截面尺寸的確定按阻流斷面設(shè)計法確定阻流面積為公式 5-4：阻=0.31（式 5-4）式中：A阻阻流截面面積(cm2） ； GL型內(nèi)金屬液總重量,取 166kg； 流量損耗系數(shù)取 0.50； t澆注時間為 6s；HP平均靜壓力頭為 37.5cm； 代入公式得 A 阻=3.7cm。為了提高擋渣能力，使充型平穩(wěn)，讓金屬液的消耗降低，我們在設(shè)計澆注系統(tǒng)時采用封閉式澆注系統(tǒng)，各組元面積比例如下： A直：A橫：A內(nèi)=1.15:1.1:1 ，可得 A橫=4.025cm2；A直=4.4cm2。5.4.1 內(nèi)澆道的設(shè)計內(nèi)澆道是引導(dǎo)金屬液平穩(wěn)地流入型腔，控制充型速度和方向，調(diào)節(jié)鑄件各部位的溫差和凝固順序，對鑄件質(zhì)量有較大影響。本次方案中F內(nèi) = 3.7cm2 ，故 F內(nèi) =3.7 cm2，由于整個澆注系統(tǒng)有兩個內(nèi)澆道，所以得到內(nèi)澆道截面積為 1.875 cm2。中型鑄鐵件一般選擇截面為扁平平面的內(nèi)澆道。根據(jù)鑄造手冊 5表 3-189，a=50mm,b=40mm,h=25mm,內(nèi)澆道尺寸如圖 5-1 所示：鑄造工藝課程設(shè)計說明書19圖 5-1 內(nèi)澆道尺寸5.4.2 橫澆道的設(shè)計根據(jù)鑄造手冊 5表（3-178） ，確定 A 橫=4.025cm2。查鑄造工藝手冊 5表（3-187）,得 a=65mm,h=70mm,b=50mm，橫澆道尺寸如圖 5-2 所示。圖 5-2 橫澆道尺寸5.4.3 直澆道的設(shè)計本次設(shè)計選取圓錐形直澆道，因為圓錐形直澆道模制造容易、造型方便，所以適用于中型鑄件，圖 5-3 即為直澆道尺寸。圖5-3 直澆道尺寸5.5 直澆道窩的設(shè)計金屬液對直澆道底部有強烈的沖擊作用，并產(chǎn)生渦流和高度紊流區(qū)，常引起沖砂，渣孔和大量氧化夾雜物等鑄造缺陷。設(shè)置直澆道窩可改善金屬液的流動情況。澆口窩常鑄造工藝課程設(shè)計說明書20做成半球形、圓錐臺等形狀。澆口窩直徑為直澆道下端直徑的 1.42.0 倍，高度為橫澆道直徑的兩倍。本次設(shè)計的澆口窩直徑取 d=1.575=110mm。5.6 澆口杯的設(shè)計澆口杯是承接來自澆包的金屬液，防止金屬液飛濺和溢出，便于澆注；減輕液流對型腔的沖擊；分離熔渣和氣泡，阻止其進入型腔，增加充型的壓力頭。澆口杯分為漏斗形和池型兩大類，漏斗形澆口杯擋渣效果差，但結(jié)構(gòu)簡單，消耗金屬少。池型澆口杯內(nèi)液體深度大，可阻止水平漩渦的產(chǎn)生而形成垂直旋渦，從而有助于分離熔渣和氣泡。本次工藝采用池型澆口杯，根據(jù)手冊得到下表 5-4：表 5-4 澆口杯尺寸澆口杯尺寸/mm鑄件質(zhì)量/kgAB1HH1daRR1H210020025014090140123815252035鐵液消耗量/kg29鑄造工藝課程設(shè)計說明書216 冒口的設(shè)計冒口的主要作用是貯存金屬液，對鑄件進行補縮，此外，還有出氣和集渣的作用。為了實現(xiàn)這樣的目的，設(shè)計冒口應(yīng)遵照以下原則：1)冒口能提供足夠的補縮金屬液；2)在整個補縮過程中，冒口與鑄件被補縮部位存在補縮通道；3)有足夠的補縮壓力，使補縮金屬液能夠流到要求補縮的區(qū)域；4)冒口的凝固時間應(yīng)小于鑄件被補縮部位的凝固時間，充分利用球墨鑄鐵的自補縮特 點。冒口設(shè)計的主要內(nèi)容是：選擇冒口形狀以及安放位置、計算冒口的尺寸。6.1 模數(shù)計算鑄件被補縮部位的體積與散熱表面積的比值稱為模數(shù)用下式表示 =（式 6-1）式中：V鑄件的體積;A鑄件的表面積;利用上述可求得鑄件的模數(shù)為 21.78。6.2 實用冒口設(shè)計法實用冒口設(shè)計法是讓冒口和冒口頸先于鑄件凝固，利用全部或部分共晶膨脹量在鑄件內(nèi)部建立壓力，實現(xiàn)自補縮.該法具有鑄件成品率高，鑄件質(zhì)量好，成本低等優(yōu)點，比普通冒口更實用。查鑄造工藝學(xué) P207 可得實用冒口的種類及適用范圍如下圖 6-1：鑄造工藝課程設(shè)計說明書22圖 6-1 實用冒口的種類及適用范圍由于本鑄件為 HT200，砂型采用干型，根據(jù)上面計算所得的鑄件模數(shù)為 21.782.5。故根據(jù)上圖和實際情況分析采用無冒口補縮法。無冒口鑄造是令人感興趣的高經(jīng)濟效益的方法，只要球鐵冶金質(zhì)量高，鑄件模數(shù)大，采用低溫澆注和緊固的鑄型，就能保證澆注型內(nèi)的鐵液，從一開始就膨脹，從而避免了收縮缺陷縮孔的可能性，因而無需冒口。盡管以后的共晶膨脹率較小，但因為模數(shù)大，即鑄件壁厚大，仍可以得到很高的膨脹內(nèi)壓高達 5MPa)，在堅固的鑄型內(nèi)，足以克服二次收縮缺陷。從現(xiàn)代觀點看，球瞾鑄鐵件的無胃口鑄造是一種可靠的方法，應(yīng)大力提倡。在生產(chǎn)中要認真滿足下列應(yīng)用條件:(1) 要求鐵液的冶金質(zhì)量好。(2) 球鐵件的平均模數(shù)應(yīng)在 2.5cm 以上。當(dāng)鐵液冶金質(zhì)量非常好時，模數(shù)比 2.5 小的鑄件也能成功地應(yīng)用無冒口上藝。(3) 使用強度高、剛性大的鑄型，可用干型、白硬砂型、水泥砂型等鑄型。上下箱之間要用機械法(螺栓、卡鉤等)牢靠地鎖緊。(4) 要低溫澆注,澆溫控制在 3001350。(5) 要求快澆，防止鑄型頂部被過分地烘烤和減少膨脹的損失。(6) 采用小的扁薄內(nèi)澆道，分散引人金屬。每個內(nèi)澆道的斷面積不超過15nm60rnm。希望盡早凝固完,以促使鑄件內(nèi)部盡快建立壓力。鑄造工藝課程設(shè)計說明書237 鑄造工藝裝備設(shè)計砂型鑄造工藝裝備是造型，制芯及合箱過程中所使用的模具和裝置的總稱。包括模樣、模板、模板框、砂箱、砂箱托板、芯盒、烘干板、砂芯修整模具、組芯及下芯夾具、量具及檢驗樣板等。對于大批量生產(chǎn)的鑄件和批量雖小但重要的產(chǎn)品鑄件，應(yīng)經(jīng)過試制階段，證明鑄造工藝切實可行后，才進行工裝設(shè)計。所設(shè)計的各種模具應(yīng)滿足鑄件要求，加工、使用方便和成本低廉。7.1 模樣結(jié)構(gòu)設(shè)計總的原則是在滿足鑄造工藝要求的前提下，便于加工制造。特別復(fù)雜，難于加工的模樣，可采用陶瓷型等精密鑄造法鑄出。一般金屬模應(yīng)盡量采用機床加工，減少鉗工量。(1)模樣本體結(jié)構(gòu)類型可參照表選擇。平裝式結(jié)構(gòu)簡單，容易加工，最常用。嵌入式在特殊條件下應(yīng)用。選定模樣結(jié)構(gòu)后，便可依據(jù)鑄造工藝圖確定模樣的外形。(2)壁厚及加強筋在保證模樣使用壽命和足夠強度和剛度的前提下，應(yīng)盡量減輕模樣重量，除了小于 50 x50mm 或高度低于 30mm 的薄小鑄件以外，都應(yīng)制成空心結(jié)構(gòu)。平均輪廓尺寸大于 150mm 的模樣設(shè)加強筋。圖 7-1，7-2 即為模板圖。圖 7-1 上模板鑄造工藝課程設(shè)計說明書24圖 7-2 下模板7.2 砂箱砂箱是砂型的成型和運輸工具，其結(jié)構(gòu)和尺寸合理與否，對鑄件質(zhì)量、生產(chǎn)效率、勞動強度有很大的影響。砂箱設(shè)計的內(nèi)容有:選擇砂箱類型和材質(zhì)，確定砂箱尺寸，結(jié)構(gòu)設(shè)計，定位及緊固等。設(shè)計和選用砂箱的基本原則：(1) 滿足鑄造工藝要求。如砂箱和模樣之間應(yīng)有足夠的吃砂量;箱帶不妨礙澆冒口的安放、不嚴重阻礙鑄件的收縮;定位裝置的公差配合應(yīng)保證鑄件的尺寸精度等。(2) 尺寸和結(jié)構(gòu)應(yīng)符合造型機、起重設(shè)備、烘干設(shè)備的要求。砂箱的吊軸、吊環(huán)、手把和緊固裝置要穩(wěn)定可靠。(3) 有足夠的強度和剛度，使用中保證不斷裂或發(fā)生過大變形。(4) 對型砂有足夠的粘附力，使用中不掉砂或塌箱，但又要便于落砂。(5) 經(jīng)久耐用，制造方便，材料來源廣，價格低廉，使用輕便。(6) 應(yīng)盡可能標準化、系列化和通用化。7.2.1 砂箱尺寸設(shè)計按照以上原則，砂箱材料采用成本低、制造方便、強度與剛度均較高的鑄鐵。由于分型面選在鑄件中間，因此上下箱內(nèi)框尺寸相同；根據(jù)吃沙量與工廠中常用砂箱尺寸，最終確定上砂箱尺寸長寬高=1200mm900mm400mm，下砂箱尺長寬高=1200mm900mm300mm，下圖 7-3 即為砂箱尺寸圖。鑄造工藝課程設(shè)計說明書25圖 7-3 砂箱尺寸圖圖 7-4 砂箱三維簡圖鑄造工藝課程設(shè)計說明書267.3 芯盒設(shè)計芯盒是制造砂芯的專用模具。芯盒尺寸精度和結(jié)構(gòu)合理與否，將在很大程度上影響砂芯的質(zhì)量和造芯效率。設(shè)計芯盒時應(yīng)以鑄造工藝圖、生產(chǎn)批量以及造芯設(shè)備的條件為依據(jù)，根據(jù)砂芯的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸大小，來確定芯盒的類型、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)形式和尺寸。7.3.1 芯盒的類型和材質(zhì)芯盒的類型依制芯方法分為普通芯盒、熱芯盒、殼芯盒和冷芯盒，普通芯盒應(yīng)用廣、有代表性。依分盒面和內(nèi)腔的結(jié)構(gòu)情況不同，芯盒又可分為整體式、拆開式和脫落式三大類。 7.3.2 芯盒的材質(zhì)中小芯盒常用鋁合金鑄造，鋁合金芯盒輕巧，易加工，表面光潔，不生銹，應(yīng)用較普遍。但強度、硬度低，不耐磨。在經(jīng)常受摩擦的表面上鑲裝耐磨鋼片，可延長鋁芯盒的使用壽命;大型芯盒多用 HTl50、HT200 鑄鐵制造。鑄鐵芯盒強度、硬度高，耐磨，價格便宜。但沉重易銹;銅合金及鋼材，多用于制作芯盒中的鑲塊和活塊，滿足高耐磨性的要求。7.3.3 芯盒的結(jié)構(gòu)設(shè)計一個砂芯往往存在幾個分盒面，分盒面選擇得恰當(dāng)與否，直接影響砂芯質(zhì)量，制芯效率及芯盒的結(jié)構(gòu)等確定。分盒面主要根據(jù)砂芯的形狀和尺寸，并應(yīng)從以下幾方面進行考慮對比:(1) 應(yīng)有較大的敞開面，便于填砂、緊砂、放芯骨、開通氣道及出芯操作;(2) 砂芯烘干時應(yīng)有大平面支撐，盡量避免用成型烘干器，以簡化工裝;(3) 應(yīng)使芯盒結(jié)構(gòu)簡單，便于制造。在多數(shù)情況下，都以砂芯的最大斷面體為分盒面，有時為適應(yīng)砂芯形狀，可采用曲折分盒面，甚至多個分盒面，下圖 7-4 為芯盒圖。鑄造工藝課程設(shè)計說明書27圖 7-4 芯盒圖鑄造工藝課程設(shè)計說明書288 結(jié)結(jié) 論論此次鑄造工藝課程設(shè)計,對于我們進一步認識鑄造領(lǐng)域起到了極大的作用，通過實際的工藝設(shè)計，親身投入到設(shè)計中去，體會團隊協(xié)作、學(xué)習(xí)設(shè)計思路，對于我們而言，有著不可小覷的意義。但在本次設(shè)計中，由于實踐經(jīng)驗的不足，有一些和現(xiàn)實狀況結(jié)合很密切的問題考慮的還不夠周全，希望老師們予以諒解。我會在以后的工作和學(xué)習(xí)中,更全面更深層次的提高和完善自己的知識和實踐操作技能。鑄造工藝課程設(shè)計說明書299 致謝致謝本文是在朱永長教授的悉心指導(dǎo)下完成的。在課題的選擇、課程設(shè)計的撰寫上無不傾注著朱永長教授的心血。朱永長教授淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、誨人不倦的精神、平易近人的人生態(tài)度，將使我終生受益。經(jīng)過本次實踐，我對鑄造工藝設(shè)計有了一定的認識，增強了自己的動手能力，也對灰鑄鐵有了更深層次的認識，受益非淺。鑄造工藝課程設(shè)計說明書30參 考 文 獻1 中國鑄造協(xié)會， 鑄造工程師手冊編寫組鑄造工程師手冊M. 機械工業(yè)出版社，2010年 10 月第 3 版2 李弘英，趙成志. 鑄造工藝設(shè)計M. 機械工業(yè)出版社, 20093 李晨曦. 鑄造工藝及工裝合計M. 化學(xué)工業(yè)出版社，2014 年 08 月第 1 版4 中國機械工程學(xué)會鑄造分會. 鑄造手冊.第 5 卷,鑄造工藝-第 2 版M. 機械工業(yè)出版社, 20035 施廷藻. 鑄造實用手冊M. 東北大學(xué)社, 19946 中國鑄造協(xié)會鑄造工程師手冊編寫組. 鑄造工程師手冊M. 機械工業(yè)出版社, 20107 王文清，李魁盛. 鑄造工藝學(xué)M. 北京：機械工業(yè)出版社，20048 李魁盛. 鑄造工藝及原理M. 北京：機械工業(yè)出版社，1989