HT300法蘭盤砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)

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1、HT300法蘭盤砂型鑄造工藝設(shè)計(jì) 摘 要 本法蘭為一小型鑄件，鑄件材質(zhì)HT300，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)復(fù)雜的型腔和阻礙起模的凸起。鑄件的外形尺寸為 200mm×110mm×120mm，主要壁厚為15mm，壁厚均勻。法蘭采用HT300是一種較高強(qiáng)度鑄鐵，基體為珠光體，強(qiáng)度、耐磨性、耐熱性均較好，減振性也良好，鑄造性能較好。 從法蘭的整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)出發(fā)，進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)分析，確定鑄造方案，并進(jìn)行鑄造工藝參數(shù)和砂芯的設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上再根據(jù)鑄件的材質(zhì)重量和澆注系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)補(bǔ)縮系統(tǒng)。采用粘土砂手工造型、制芯、金屬摸樣和半封閉加注系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮各方面因素，澆注系統(tǒng)不是簡(jiǎn)單地金屬液流動(dòng)通道，用proe三

2、維造型后，采用華鑄CAE軟件對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行澆注、凝固模擬計(jì)算。結(jié)果顯示，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，但凝固時(shí)鑄件上表面有明顯的縮孔縮松，經(jīng)仔細(xì)觀察此縮孔在鑄件剛開始凝固時(shí)都已經(jīng)產(chǎn)生，分析原因是因?yàn)殍T件為濕型，開始凝固時(shí)吸收較多的熱量，使上表面先凝固下沉，產(chǎn)生凹坑阻礙金屬液補(bǔ)縮，為了避免此缺陷的產(chǎn)生減少熱量散失澆筑前鑄件進(jìn)行預(yù)熱，改進(jìn)工藝后再次運(yùn)用華鑄CAE模擬鑄件無(wú)明顯缺陷。由于鑄件模數(shù)較小M＝，HT300凝固時(shí)伴隨著石墨的析出與膨脹，鑄件以層狀-糊狀方式凝固，其共晶膨脹壓力小，加之石墨片尖端伸向鐵液的生長(zhǎng)方式，使其有很好的“自補(bǔ)”能力，需要的補(bǔ)縮金屬液較少，件工藝出品率為75%。 關(guān)鍵詞：法蘭；砂型

3、鑄造；工藝設(shè)計(jì)；CAE。 The gray iron 300 flange sand casting casting process design Abstract The utility model has the advantages of small size, simple structure, simple structure, no complicated cavity, and the protrusion of the mould. The dimension of casting is 200mm * 110mm * 120mm, the main wall thick

4、ness is 15mm, the wall thickness is even. HT300 is a kind of high strength cast iron, the matrix of pearlite, strength, wear resistance, heat resistance are good, vibration resistance is good, good casting performance. From the point of the whole structure of the flange design and analysis of castin

5、g process, determine the casting scheme, design and casting process parameters and sand core, on the basis of material according to the weight and performance of gating system design of casting feeding system. The clay sand hand molding, metal appearance and semi closed filling system, the design sh

6、ould consider various factors, pouring system is not simply the liquid metal flow channel, using proe 3D modeling software CAE, casting casting, the design scheme of solidification simulation by china. The results showed that the gating system design is reasonable, but when the casting solidificatio

7、n shrinkage surface has obvious shrinkage, after careful observation of this shrinkage has produced in the beginning of casting solidification, analysis the reason is because the casting for wet type, more absorption during initial solidification heat, the surface solidification subsidence have pits

8、 a barrier metal liquid feeding, in order to avoid the defects of reducing the heat loss of casting preheating before pouring process improvement again after using InteCAST CAE simulation of casting defects. The smaller the modulus of the casting during solidification of HT300 M = 1.5cm, accompanied

9、 by the precipitation of graphite and expansion of castings in layered - paste solidification mode, the eutectic expansion pressure is small, and the graphite tip into the liquid iron growth pattern, which has very good "self complementary" ability, need feeding less liquid metal the process yield i

10、s 75% pieces. Key words: flange; Sand casting ;process design; CAE. 目 錄 1緒論 1 2零件鑄造工藝性分析 3 零件基本信息 3 2.2 材料成分要求 5 法蘭結(jié)構(gòu)分析 5 法蘭分型面的選擇分析 6 3鑄件三維造型分析 8 法蘭件圖紙技術(shù)要求 8 基于UG零件的三維造型 8 軟件簡(jiǎn)介 8 零件的三維造型圖 8 4 鑄造工藝參數(shù)的確定 10 4.1 澆注位置的選擇 10 4.2 造型造芯方法的選擇 10 型（芯）砂配比 11 混砂工藝 11 鑄造用涂料、分型劑及修補(bǔ)材料 12 鑄造熔煉

11、 12 熔煉設(shè)備： 12 熔煉工藝： 12 4.4 鑄件的尺寸 13 鑄件的尺寸公差 13 4.4.2 鑄件收縮率 13 機(jī)械加工余量 13 起模斜度 14 最小鑄出的孔和槽 15 其他工藝參數(shù)的確定 15 工藝補(bǔ)正量 15 分型負(fù)數(shù) 15 非加工壁厚的負(fù)余量 15 分芯負(fù)數(shù) 15 反變形量 16 4.8 澆注溫度和鑄件在鑄型中的冷卻時(shí)間 16 砂箱中鑄件數(shù)目的確定 16 4 砂芯的設(shè)計(jì) 17 4.1 芯頭的設(shè)計(jì) 17 砂芯的定位結(jié)構(gòu) 18 芯撐、芯骨的設(shè)計(jì) 19 砂芯的排氣 19 4.5 壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽的尺寸 19 6 澆注系統(tǒng)及冒口、冷鐵

12、、出氣孔的設(shè)計(jì) 20 6.1 澆注系統(tǒng)類型的選擇 20 合金鑄造性能分析： 21 鐵液在型內(nèi)的上升速度 21 澆注位置的選擇 21 澆注系統(tǒng)各部分尺寸的計(jì)算 23 6.4.1 澆注系統(tǒng)截面尺寸設(shè)計(jì) 23 澆注時(shí)間的計(jì)算 23 阻流元截面積的計(jì)算及各阻流原件的比例關(guān)系的確定 24 確定內(nèi)澆道的截面積 25 確定橫澆道截面積 25 確定直澆道的截面積 26 直澆道窩的設(shè)計(jì) 27 澆口杯的設(shè)計(jì) 28 冒口的作用及位置確定 28 冒口設(shè)計(jì)計(jì)算 29 6.8 出氣孔的設(shè)計(jì) 29 冷鐵設(shè)置及尺寸計(jì)算 30 冷鐵的選用及作用 30 冷鐵的尺寸及放置位置的選擇 30

13、7 法蘭澆注、凝固過(guò)程模擬分析 31 7.1 華鑄CAE簡(jiǎn)介 31 華鑄CAE模擬分析的步驟 31 華鑄CAE模擬法蘭澆注、凝固過(guò)程分析報(bào)告 31 計(jì)算參數(shù) 35 8鑄造工藝裝備的設(shè)計(jì) 36 模板的設(shè)計(jì) 36 芯盒的設(shè)計(jì) 36 9 總結(jié) 37 鑄造工藝圖 37 鑄造工藝卡 38 10 結(jié)論 39 11 致謝 40 參考文獻(xiàn) 41 1緒論 鑄造是現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一，因此鑄造業(yè)的發(fā)展標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的生產(chǎn)實(shí)力。據(jù)2008年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)年產(chǎn)鑄件3350萬(wàn)噸，是世界鑄造第一大國(guó)。鑄造作為金屬材料四大熱加工方法之一，與其他熱加工方法相比優(yōu)點(diǎn)十分突出，

14、①成本低，鑄造生產(chǎn)所用的金屬材料可以是其他工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢舊金屬、下腳料等。②生產(chǎn)方法靈活，鑄造技術(shù)在造型和澆注兩個(gè)方向上不斷創(chuàng)新。③能生產(chǎn)大型和形裝復(fù)雜的零件，特別是內(nèi)腔復(fù)雜的零件。 在鑄造合金中灰鑄鐵占65%左右，灰鑄鐵是指具有片狀石墨的鑄鐵，主要成分是鐵、碳、硅、錳、硫、磷，是應(yīng)用最廣的鑄鐵，灰鑄鐵的力學(xué)性能與基體的組織和石墨的形態(tài)有關(guān)?；诣T鐵中的片狀石墨對(duì)基體的割裂嚴(yán)重，在石墨尖角處易造成應(yīng)力集中，使灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性遠(yuǎn)低于鋼，但抗壓強(qiáng)度與鋼相當(dāng)，也是常用鑄鐵件中力學(xué)性能最差的鑄鐵。同時(shí)，基體組織對(duì)灰鑄鐵的力學(xué)性能也有一定的影響，鐵素體基體灰鑄鐵的石墨片粗大，強(qiáng)度和硬度最低

15、，故應(yīng)用較少；珠光體基體灰鑄鐵的石墨片細(xì)小，有較高的強(qiáng)度和硬度，主要用來(lái)制造較重要鑄件；鐵素體一珠光體基體灰鑄鐵的石墨片較珠光體灰鑄鐵稍粗大，性能不如珠光體灰鑄鐵。故工業(yè)上較多使用的是珠光體基體的灰鐵。法蘭用鑄鐵為HT300，基體為珠光體，強(qiáng)度、耐磨性、耐熱性均較好，減振性也良好；鑄造性能較好。主要用來(lái)鑄造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸、汽缸套、車床床身等承受壓力及振動(dòng)部件。 鑄造行業(yè)是制造也的重要組成本部分，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要的作用。鑄造生產(chǎn)所得的產(chǎn)品大部分是毛坯，是機(jī)械生產(chǎn)的源頭和基礎(chǔ)部門。鑄造產(chǎn)品占農(nóng)用機(jī)械總量的40%，其中轎車和航天飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)、大型機(jī)床的床身都涉及到鑄造生產(chǎn)。因此鑄造生產(chǎn)技術(shù)是

16、衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水品的重要標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)鑄造生產(chǎn)歷史悠久，鑄件產(chǎn)量居世界第一，近年來(lái)我國(guó)的鑄造生產(chǎn)技術(shù)有了很大的發(fā)展，應(yīng)用了很多新的工藝，攻克了許多技術(shù)難點(diǎn)。但我們應(yīng)清楚同發(fā)達(dá)國(guó)家相比我國(guó)的鑄造生產(chǎn)技術(shù)還很落后。主要表現(xiàn)為①鑄件質(zhì)量穩(wěn)定性差。②工藝出品率低。③機(jī)械化程度低，能耗大。④先進(jìn)的生產(chǎn)工藝應(yīng)用范圍小，工藝穩(wěn)定性差，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比工藝水平低。因此我們應(yīng)繼續(xù)努力，爭(zhēng)取使我國(guó)早日成為鑄造強(qiáng)國(guó)，為國(guó)家的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。 世界鑄鐵件的生產(chǎn)狀況和趨勢(shì)是，灰鑄鐵件的比例明顯下降，但仍占優(yōu)勢(shì)。球墨鑄鐵件的產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)，蠕墨鑄鐵和特種鑄鐵也有了較大的發(fā)展。 全球的灰鑄鐵產(chǎn)量逐年下降，但從鑄鐵中的高

17、強(qiáng)度鑄鐵所占的比重越來(lái)越大，加強(qiáng)高強(qiáng)度灰鑄鐵的試驗(yàn)研究無(wú)疑是我國(guó)灰鑄鐵的發(fā)展方向。 我國(guó)可鍛鑄鐵總產(chǎn)量在世界上名列前茅，但需求量還將有所增大。所以，今后我國(guó)可鍛鑄鐵還將有一個(gè)大的發(fā)展。目前，我國(guó)可鍛鑄鐵的生產(chǎn)與國(guó)外的主要差距是：品種少，僅有黑心可鍛鑄鐵；質(zhì)量差；鍍鋅工藝落后；缺少耗能低、保溫性好、污染小的理想退火爐。 在鑄鐵產(chǎn)量縮減的情況下，球墨鑄鐵在鑄鐵件中所占的比率依然在增大。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，通常用球墨鑄鐵件取代部分灰鑄鐵件和可鍛鑄鐵件。我國(guó)球墨鑄鐵鑄件產(chǎn)量比較低，占鑄鐵件的比例遠(yuǎn)小于發(fā)達(dá)國(guó)家。此外，我國(guó)球墨鑄鐵件在質(zhì)量和生產(chǎn)穩(wěn)定性方面的差距也較大。我國(guó)球墨鑄鐵生產(chǎn)較突出的問(wèn)題是材

18、質(zhì)強(qiáng)韌性上、缺陷多，其原因除爐料、球化處理方法和球化劑等因素外，主要是球化處理前對(duì)鐵液含硫量要求過(guò)松。因此，為使我國(guó)球墨鑄鐵生產(chǎn)能有大幅度的增長(zhǎng)，必須大力實(shí)施能穩(wěn)定提供質(zhì)量可靠的優(yōu)質(zhì)球墨鑄鐵件的配套技術(shù)。 國(guó)內(nèi)外有蠕化工藝和蠕化劑的研究方面都達(dá)到了很高的水平，所研制的蠕化劑種類繁多，已達(dá)近百種。目前，在生產(chǎn)中應(yīng)用的蠕化劑主要是稀土用鐵鎂合金、稀土硅鈣合金和稀土鎂鈦合金。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的蠕化處理工藝主要有沖入法、隨流法、氣動(dòng)法和型內(nèi)法等。蠕墨鑄鐵已用于大量生產(chǎn)，建有生產(chǎn)線（用感應(yīng)電爐熔化），質(zhì)量基本穩(wěn)定。 隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，對(duì)具有特殊性能的材料的需求量不斷增長(zhǎng)，向我國(guó)特種鑄鐵（抗磨、耐蝕和

19、耐熱鑄鐵）的發(fā)展速度較緩慢，技術(shù)水平和國(guó)外差距較大。為了適應(yīng)新形勢(shì)下國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，特種鑄鐵的研究今后將成為我國(guó)鑄鐵發(fā)展的一個(gè)重要方向。 未來(lái)鑄鐵鑄造業(yè)在以下若干方面將得到發(fā)展： （1）以機(jī)床工業(yè)、能源工業(yè)、石化工業(yè)及海洋工程為主要目標(biāo)，以重、高、大、難為特點(diǎn)，開展重大技術(shù)裝備、鑄造技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究。發(fā)展數(shù)值模擬、物理模擬及專家系統(tǒng)，使鑄鐵技術(shù)由“經(jīng)驗(yàn)”走向“定量”。 （2）以汽車工業(yè)、航空航天及核能工業(yè)為主要目標(biāo)，以強(qiáng)韌化、輕量化、精密化和高效化為特點(diǎn)，開展鑄鐵新材料。新工藝的研究。 （3）為提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，增強(qiáng)我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力，開展鑄造過(guò)程自

20、動(dòng)化、柔性生產(chǎn)單元和系統(tǒng)及集成制造技術(shù)的研究。 （4）激勵(lì)開展有潛在應(yīng)用前景的鑄鐵技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)理論的研究。 （5）大力發(fā)展提供鑄鐵工藝材料及輔料的專業(yè)化、現(xiàn)代化的企業(yè)。 （6）發(fā)展綠色集約化鑄造，加大治理鑄造過(guò)程對(duì)環(huán)境污染的力度，加強(qiáng)對(duì)鑄造材料的再生和回用。 2零件鑄造工藝性分析 零件基本信息 零件名稱：主齒法蘭。 零件材料：HT300。 產(chǎn)品生產(chǎn)綱領(lǐng)：?jiǎn)渭?、小批量生產(chǎn)。 結(jié)構(gòu)：屬厚、薄相差懸殊的大型回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)。 法蘭的零件示意圖如圖2—1所示，零件的外形機(jī)構(gòu)示意圖如圖2—2所示。法蘭的輪廓尺寸為120mm×120mm×80mm主要壁厚22mm最大壁厚33mm，為一小

21、型鑄件，鑄件除滿足幾何尺寸精度及材質(zhì)方面要求外無(wú)其他特殊要求。 圖2—1零件示意圖 圖2—2法蘭三維圖 2.2 材料成分要求 根據(jù)相關(guān)資料查得HT300具體成分及其含量如表2-1所示。 表2-1 HT300化學(xué)成分表（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%） C Si Mn P S Cr 零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性分析是指零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)符合鑄造生產(chǎn)的要求，易于保證鑄件的質(zhì)量，簡(jiǎn)化鑄造工藝分析過(guò)程和降低成本。 分析零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性主要考慮的內(nèi)容 1) 零件應(yīng)有合適的壁厚為避免冷隔，澆不到鑄件鑄件不能太薄，鑄件太厚尺寸太大超

22、過(guò)臨界壁厚時(shí)易產(chǎn)生縮孔縮松，最大壁厚以最小壁厚的3倍來(lái)考慮； 2) 鑄件壁厚均勻避免熱解； 3) 有合適的鑄造圓角避免縮孔縮松； 4) 改進(jìn)妨礙起模的凸臺(tái)凸緣和肋板； 5) 取消鑄件外表側(cè)凹； 6) 利于砂芯的固定和排氣。 法蘭的鑄造工藝審查分析如下：該法蘭件屬壁厚相差懸殊的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，其主要壁厚為23mm，最小壁厚為10mm，最大壁厚為33mm，零件的外形輪廓尺寸為上法蘭直徑152，法蘭最小直徑32，該件質(zhì)量為kg。由零件圖可知，該零件外形不是很復(fù)雜，內(nèi)腔結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜，壁厚不均勻，材料為灰鐵，流動(dòng)性較好，收縮大，在澆注時(shí)容易產(chǎn)生澆不足、冷隔、縮孔和縮松、熱裂、內(nèi)應(yīng)力以及

23、變性和冷裂等缺陷。該件為小型鑄件，可采用砂型鑄造中濕型鑄造，操作方便，勞動(dòng)量較小。查2—2表可知灰鐵砂型鑄造允許的最小壁厚為 6—8mm。法蘭最小壁厚滿足要求，最大壁厚為33mm超過(guò)了臨界壁厚，工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取措施加以規(guī)避。法蘭壁厚較均勻，無(wú)妨礙起模的凸臺(tái)和肋板結(jié)構(gòu)，型腔外形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，直徑為15的孔較小為了方便造型減少砂芯可以不鑄出。 表2—2 鑄件最小壁厚 單位（mm） 鑄造方法 鑄

24、件尺寸 鑄鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 鋁合金 鎂合金 銅合金 砂型 ≈200×200 >200×200~ 500×500 500×500 8 10~12 15~20 6 >6~10 15~20 6 12 — 5 8 — 3 4 6 — 3 — 3~5 6~8 — 金屬型 ~70×70 >70×70~150×150 >150×150 5 — 10 4 5 6 — — — — 2~3 4 5 — — 3 4~5 6~8 注：1.一般鑄造條件

25、下，各種灰鑄鐵的最小允許壁厚 HT100,HT150，δ=4~6mm HT300, δ=6~8mm HT250, δ 8~15mm HT300,HT350, δ=15mm HT400，δ≥20mm 2. 當(dāng)改善鑄造條件時(shí)，灰鑄鐵最小壁厚可達(dá)3mm，可鍛鑄鐵可小于3mm。 2.4法蘭分型面的選擇分析 分型面的選擇很大程度上影響著鑄件的尺寸精度，生產(chǎn)成本和效率。確定分型面時(shí)遵循的原則： 1) 盡量使鑄件全部或大部置于同一半型內(nèi)； 2) 盡量減少分型數(shù)目； 3) 分型面盡

26、量選平面； 4) 注意降低沙箱的高度； 5) 便于下芯合箱檢查型腔尺寸； 6) 為便于起模分型面應(yīng)在鑄件最大截面處； 7) 注意減輕鑄件清理和機(jī)加工余量。 根據(jù)分型面的選擇原則，分型面的選擇位置如下： 圖2—3 分型面的選擇 方案一 特點(diǎn)：選擇最大截面 1、有利于順序凝固和沖型以及易于保證鑄件的精度； 2、有利于鑄件的補(bǔ)縮； 3、鐵液在鑄型中的流動(dòng)不穩(wěn)定； 4、由于該件外形有錐度，這樣分形的好處是易于起模，在側(cè)面處可不設(shè)起模斜度。 方案二： 特點(diǎn)： 1、減小了砂箱尺寸； 2、有利于下芯； 3、對(duì)上下箱的合箱、造型精度要

27、求很高； 4、鐵液在鑄型中的流動(dòng)不平穩(wěn)。 分析：方案一鑄件沒有全部在同一鑄型內(nèi)，這樣會(huì)因?yàn)楹舷湔`差造成偏差。與方案二相比清理，打磨時(shí)C面比B面容易。 根據(jù)兩方案的對(duì)比，選擇方案二比較合理。 3鑄件三維造型分析 3.1法蘭件圖紙技術(shù)要求 1. 鑄件表面做拋丸處理處理； 2. 鑄件材料及機(jī)械性能應(yīng)符合技術(shù)要求 3. 缺陷標(biāo)準(zhǔn)按PR20060181執(zhí)行 4. 同爐澆鑄試驗(yàn)棒，回廠做化學(xué)成分和機(jī)械性能復(fù)核試驗(yàn)； 5. 過(guò)流面用樣板檢查； 6. 毛培需滿足加工后最大不平衡量小于180g，mm； 7. 資源的選擇和變更過(guò)程必須經(jīng)產(chǎn)品工程師批準(zhǔn) 基于

28、UG零件的三維造型 　Solidworks是集CAD/CAM一體化解決方案軟件，它涵蓋了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程和制造中的全套開發(fā)流程。solidworks產(chǎn)品開發(fā)解決方案完全支持制造商所需的各種工具。solidworks與 UGS PLM 的其他解決方案的完整套件無(wú)縫結(jié)合，這些對(duì)于 CAD 、 CAM在可控環(huán)境下的協(xié)同、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字化實(shí)體模型和可視化都是一個(gè)補(bǔ)充。 本件采用solidworks進(jìn)行三維立體建模使工藝設(shè)計(jì)直觀形象，便于后續(xù)分析、模擬及加工等過(guò)程的管理與控制。 通過(guò)運(yùn)用Solidworks2008對(duì)零件進(jìn)行立體建模得到如圖3-1所示三維圖和圖3-2所示的剖

29、視圖。 鑄件上部屬壁厚較厚的環(huán)形柱狀結(jié)構(gòu)，其主要壁厚為22mm，最小壁厚為10mm，零件的外形輪廓為三個(gè)圓柱組成的椎體，鑄件下部為均勻的環(huán)狀機(jī)構(gòu)，厚度為20.5mm，中間挖有溝槽，與上部分通過(guò)一個(gè)圓形連接，該件質(zhì)量為kg。由零件圖可知，該零件外形較復(fù)雜，內(nèi)腔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壁厚相對(duì)不均勻，材料為灰鐵，流動(dòng)性較好，收縮大，在澆注時(shí)容易產(chǎn)生縮孔和縮松、熱裂、內(nèi)應(yīng)力以及變形和冷隔、開裂等缺陷。 圖3-1零件的三維造型圖 圖3-2零件的剖視圖 4 鑄造工藝參數(shù)的確定 4.1 澆注位置的選擇 鑄件的澆注位置是指鑄件在澆注時(shí)在鑄型中所處的位置。考慮的原則: 1) 鑄件的重要

30、部位盡量至于下部； 2) 鑄件的大平面朝下或傾斜澆注； 3) 應(yīng)保證鑄件能充滿鑄型； 4) 有利于實(shí)現(xiàn)順序凝固，有力鑄件的補(bǔ)縮。 圖4-1 澆注位置的選擇 分析：方案一易于保證鑄件充滿，有利于鑄件的補(bǔ)縮，A面為重要的加工面使其在下部減小缺陷的可能性。 分析方案二鑄件的重要加工面沒全部在下面，補(bǔ)縮效果沒方案一好。 綜上分析方案一較好 4.2 造型造芯方法的選擇 砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)中依據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)條件和生產(chǎn)批量，在保證交貨期限的，質(zhì)量要求下選擇成本最低，生產(chǎn)組織最便捷的造型及制芯方法。其選擇原則： 1） 優(yōu)先考慮濕型，濕型效率高，生產(chǎn)周期短，成本低； 2） 與

31、成批量相適應(yīng)，大量生產(chǎn)優(yōu)先考慮及其造型流水線作業(yè)； 3） 生產(chǎn)條件與企業(yè)環(huán)境相匹配。 法蘭輪廓尺寸為120mm×120mm×80mm為一小型灰鐵鑄件，生產(chǎn)綱領(lǐng)為單件小批量生產(chǎn),基于鑄件材料（HT300）、尺寸、精度及技術(shù)要求等綜合考慮，通過(guò)查閱相關(guān)資料，可選的合適鑄造方法只有木模樹脂砂鑄造或者消失模鑄造兩種方法。需要澆鑄的產(chǎn)品屬于小型簡(jiǎn)單鑄件，如果采用消失模鑄造，其加工余量少，而且可以精確成型，無(wú)須起模，無(wú)分型面，無(wú)型芯，因而鑄件無(wú)飛邊毛刺，減少了由型芯組合而引起的鑄件尺寸誤差。另外消失模鑄造大大地簡(jiǎn)化了砂型鑄造及熔模鑄造的工序。所以本次設(shè)計(jì)選擇消失模樹脂砂型鑄造來(lái)生產(chǎn)此鑄件。 粘土砂由

32、于其成本低廉，適合于批量大規(guī)模生產(chǎn)，所以目前仍然作為鑄件生產(chǎn)的最主要方式。但表面光潔度差會(huì)產(chǎn)生氣孔夾渣等缺陷。綜合考慮采用采用呋喃樹脂自硬砂，每箱兩件，乙醇涂料，造型時(shí)按模型材質(zhì)選擇合適的脫模劑。采用樹脂砂的優(yōu)點(diǎn)有：強(qiáng)度高，可自硬，精度高，鑄件易清理，生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。小批量生產(chǎn)可以采用手工造型，大批量生產(chǎn)可用145造型機(jī)。 4型（芯）砂配比 　　根據(jù)零件結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)要求，該鑄件采用呋喃樹脂自硬砂造型、造芯即可，具體數(shù)值參考型、芯砂配比如表4-1和表4-2所示。 表4-1 型砂配比（配比重量Wt%） 成 分 新砂 再生砂 F700呋喃樹脂 固化劑 附加物氧化鐵粉 百分比

33、 10％ 90％ 1.6% ~2.0% 15％ 0 ~ 1.5% 表4-2芯砂配比（配比重量Wt%） 成 分 新砂 再生砂 F700呋喃樹脂 固化劑 附加物氧化鐵粉 百分比 60％ 40％ 2.3% ~2.5% ＞10％ 0 ~ 1.5% 表中催化劑含量為占樹脂砂的百分比。 .2混砂工藝 合理地選用混砂機(jī)，采用正確的加料順序和恰當(dāng)?shù)幕焐皶r(shí)間有助于得到高質(zhì)量的樹脂砂。樹脂砂各種原料稱量要準(zhǔn)確，其混砂工藝如下： 砂+催化劑加樹脂出砂 上述順序不可顛倒，否則局部發(fā)生劇烈的硬化反應(yīng)，縮短可使用時(shí)間，影響到樹脂砂的使用性

34、能。砂和催化劑的混合時(shí)間應(yīng)以催化劑能均勻的覆蓋住沙粒表面所需的時(shí)間為準(zhǔn)。 4.2.3鑄造用涂料、分型劑及修補(bǔ)材料 　　鑄造涂料在鑄型和砂芯的表面上形成耐火的保護(hù)層，避免鑄件產(chǎn)生表面粗糙、機(jī)械粘砂、化學(xué)粘砂以及減少鑄件產(chǎn)生與砂子有關(guān)的其它鑄造缺陷，是改善鑄件表面質(zhì)量的重要手段之一。雖然采用涂料增加了工序和費(fèi)用，但使用涂料之后，不僅鑄件表面光潔，也減少了缺陷降低了清理費(fèi)用，增加了鑄件在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，綜合效益得以提高。為滿足要求可選水溶性涂料，根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)選用手工刷涂的方式施涂。 　　鑄造用分型劑可在造型造芯過(guò)程中在模樣、芯盒工作表面覆蓋一薄層可以減少或者防止型砂、芯砂對(duì)模樣或芯盒的粘附，降

35、低起模力，以便得到表面光潔、輪廓清晰的砂型或砂芯，可手工涂涂柴油。 如砂型或砂芯出現(xiàn)裂紋、孔洞、掉角以及不平整等缺陷可用膠補(bǔ)劑進(jìn)行修補(bǔ)，以提升生產(chǎn)效率。對(duì)自硬樹脂砂可用同種自硬砂+修補(bǔ)膏+膠合劑進(jìn)行修補(bǔ)。 4.3鑄造熔煉 4.3.1熔煉設(shè)備： 為保證獲得化學(xué)成分均勻、穩(wěn)定且溫度較高的鐵液，滿足生產(chǎn)需要這一前提，在大批量流水生產(chǎn)中，宜采用沖天爐-電爐雙聯(lián)熔煉工藝。它可以保證出爐鐵液溫度在1500℃以上，溫度波動(dòng)范圍小于等于＋（-）10℃，化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）精度達(dá)到△C小于等于＋（-）0.05%，△Si小于等于＋（-）0.10%。 4.3.2熔煉工藝： (1) 廢鋼 加廢鋼可

36、明顯提高灰鑄鐵基體中D型石墨和初生奧氏體的數(shù)量；加廢鋼能促進(jìn)初生奧氏體的形核及長(zhǎng)大；可增加鑄件的強(qiáng)度和孕育。 （2）出爐溫度和澆注溫度 出爐溫度一般都控制在1400~1450℃之內(nèi)，澆注溫度一般控制在1370~1440℃。 （3）孕育處理 為改善石墨形態(tài)和材質(zhì)的均勻性，孕育處理是十分重要的。孕育的作用為消除白口、改善加工性能，細(xì)化共晶團(tuán)、獲得A型石墨，使石墨細(xì)化及分布均勻，改善基體組織、提高力學(xué)性能，減小斷面敏感性。綜合孕育劑選擇的主要兩個(gè)因素：滿足工藝性及性能、金相組織的需要；避免鑄件產(chǎn)生氣孔、縮松、滲漏等缺陷。由于75SiFe瞬時(shí)孕育效果好，溶解性能優(yōu)良，故此鑄鐵熔煉采用此方法。 4

37、.4 鑄件的尺寸 鑄件各部分尺寸允許的極限偏差稱為鑄件的尺寸公差。 鑄件尺寸公差代號(hào)CT，所規(guī)定的公差等級(jí)有精到粗16級(jí)即CT1—CT16查《鑄造技術(shù)數(shù)據(jù)手冊(cè)》表9—15（GB6414—86）知，灰鑄鐵的尺寸精度等級(jí)為8—10選CT9，鑄件的公差數(shù)值為。重量公差等級(jí)為13級(jí)，該鑄件的重量公差為10％。 鑄件收縮率 鑄件收縮率又稱鑄件線收縮率，是鑄件從線收縮溫度冷卻開始至室溫的線收縮率。由于鑄件的固態(tài)收縮(線收縮)將使鑄件各部分尺寸小于模樣原來(lái)的尺寸，因此，為了使鑄件冷卻后的尺寸與鑄件圖示尺寸一致，則需要在模樣或芯盒上加上其收縮的尺寸。加大的這部分尺寸為鑄件的收縮量，一般用鑄造

38、收縮率表示。鑄件的收縮率由鑄件結(jié)構(gòu)及尺寸等級(jí)等參數(shù)決定。查《鑄造技術(shù)手冊(cè)》表7—1得線收縮取0.8%。 機(jī)械加工余量 機(jī)械加工余量是指為了保證鑄件加工面尺寸和零件精度，工藝設(shè)計(jì)時(shí)在鑄件代加工面上預(yù)先增加的而在機(jī)械加工時(shí)切削掉的厚度。該鑄件為鑄鐵件，砂型人工造型，經(jīng)查加工余量等級(jí)為H，經(jīng)查得，該鑄件法蘭端面以及錐面的加工余量為13mm、孔的加工余量為8mm查《鑄造實(shí)用數(shù)據(jù)速查手冊(cè)》表1—2知，法蘭鑄件毛坯機(jī)械加工等級(jí)E-G選F級(jí)法蘭輪廓尺寸為200mm×110mm×120mm，所對(duì)應(yīng)的機(jī)工余量為2mm。在分型面和澆注位置的選擇中，不得以將重要加工面朝上放置(圖2—4 C面)這樣使其易產(chǎn)生

39、氣孔，非金屬夾渣物等缺陷。所以應(yīng)適當(dāng)增加其機(jī)械加工余量加以規(guī)避，因此機(jī)加工余量取2.5mm。 起模斜度 為了使造型（芯）時(shí)起模方便在摸樣芯盒的出模方向上留有一定的斜度，以免損壞砂砂芯，這個(gè)斜度稱為起模斜度。查《鑄造技術(shù)手冊(cè)》表7—5 得 圖4—2起模斜度 D面 E面 α=0°30' a=1mm 為便于制模提高生產(chǎn)效率同取 為減少加工余量采用減少鑄件法。 最小鑄出的孔和槽 鑄件上的孔和槽是否鑄出，要根據(jù)具體情況而定，一般較大的孔和槽直接鑄出來(lái)，以節(jié)約金屬減少機(jī)械加工，較小的孔和槽則不宜鑄出。 表4—3 最小鑄出的孔

40、生產(chǎn)批量 最小鑄出孔的直徑d 灰鑄鐵件 鑄鋼件 大批量生產(chǎn) 12 ~15 — 成批量生產(chǎn) 15~30 30~50 單件,小批量生產(chǎn) 30~50 50 由表4-3分析法蘭上直徑為15的孔考慮機(jī)械加工余量后為?10未來(lái)了方便造型減少下芯綜合考慮不宜鑄出。直徑為?15的孔考慮機(jī)械加工后余量后為?10厚度較小，綜合考慮應(yīng)該不鑄出。 4.7其他工藝參數(shù)的確定 4.7.1工藝補(bǔ)正量 在單間小批量生產(chǎn)中由于各種原因，對(duì)中小批量的鑄件由于選用的收縮尺寸與實(shí)際的收縮率不符，或由于鑄件產(chǎn)生變形、操作中不可避免的誤差等原因使加工后鑄件的尺寸小于圖樣要求尺寸，為提高尺寸精度，要在鑄件相

41、應(yīng)的非加工表面上增加金屬層厚度來(lái)彌補(bǔ),使加工后的鑄件局部尺寸小于圖樣上的要求，為了防止鑄件局部尺寸超差。在鑄件相應(yīng)的非加工面上增加的金屬厚度稱為工藝補(bǔ)正量。查《鑄造工藝學(xué)》表16—36的工藝補(bǔ)正量取。 4.7.2分型負(fù)數(shù) 干砂型、表面烘干型、自硬砂型以及砂型尺寸超過(guò)2m以上的濕型才應(yīng)用分型負(fù)數(shù)。而此鑄件采用樹脂自硬砂造型且砂箱尺寸小于2m，故不留分型負(fù)數(shù)。 4.7.3非加工壁厚的負(fù)余量 由于該鑄件采用木模，手工造型、造芯過(guò)程中，為取出木模要進(jìn)行敲模，同時(shí)木模受潮時(shí)會(huì)膨脹，這些情況會(huì)使型腔尺寸增大，從而造成非加工壁厚增加，為保證鑄件尺寸的準(zhǔn)確性應(yīng)該減小厚度尺寸，但由于該件在無(wú)拔模斜度，且

42、該件不是很大故不放非加工壁厚的負(fù)余量。 4.7.4分芯負(fù)數(shù) 對(duì)于分段制造的長(zhǎng)砂芯或分開制造的大砂芯，在接縫處應(yīng)留出分芯間隙量，即在砂芯的分開面處，將砂芯尺寸減去間隙尺寸，被減去的尺寸即為分型負(fù)數(shù)。此鑄件沒有分段制造的長(zhǎng)砂芯，故可不設(shè)分芯負(fù)數(shù)。 4.7.5反變形量 鑄造較大的平板類、床身等類鑄件時(shí)由于冷卻速度的不均勻性，鑄件冷卻后常出現(xiàn)變形。為了解決撓曲變形問(wèn)題，在制作模樣時(shí)，按鑄件可能產(chǎn)生變形的相反方向做出反變形模樣，使鑄件冷卻后變形的結(jié)果正好將反變形抵消，得到符合設(shè)計(jì)要求的鑄件。一般中小型壁厚差別不大且結(jié)構(gòu)上剛度較大時(shí)，不必留反變形量。由于該鑄件為中小型鑄件，所以不需留反變形量。

43、4.8 澆注溫度和鑄件在鑄型中的冷卻時(shí)間 澆注溫度過(guò)高鑄件收縮率大，澆注溫度過(guò)低金屬流動(dòng)性差、易產(chǎn)生冷隔、澆不足等缺陷，查《鑄造工藝學(xué)》表16—62得澆注溫度為1300℃—1380℃，取1350℃。 冷卻時(shí)間短容易產(chǎn)生變形裂紋等缺陷。為使鑄件在出型時(shí)有足夠的強(qiáng)度和韌性。鑄件在砂型中應(yīng)有足夠的冷卻時(shí)間。查《鑄造工藝設(shè)計(jì)》表1—25得，冷卻時(shí)間25min—40min取30min。 砂箱中鑄件數(shù)目的確定 由于鑄件為有一定錐度，一端的表面積較大，最好采用一箱一件的生產(chǎn)方式但由于該法蘭為一小型鑄件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單如采用一箱一件效率太低，所以采用一箱兩件采用通用性砂箱尺寸為480mmX400mmX200

44、mm 法蘭輪廓尺寸120mm×120mm×80mm 查《鑄造工藝學(xué)》表16—17得a>20mm e>30mm f>30mm 鑄件在砂箱內(nèi)排列最好均勻?qū)ΨQ，這樣金屬液作用于上砂箱的力均勻，也有利于澆注系統(tǒng)的安排。確定鑄件在砂箱內(nèi)的排列如圖2—5所示其模樣吃砂量。 a1=30mm a2=50mm e=200mm f=100mm 圖4-4 鑄件在砂箱中的排列4 砂芯的設(shè)計(jì) 砂芯是組成鑄型的重要部分，砂芯是用來(lái)形成鑄件內(nèi)腔，各種形狀的孔及外形不易起模的部分。砂芯應(yīng)滿足以下要求：砂芯的形狀、尺寸以及在砂型中的位置應(yīng)符合鑄件要求，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，在

45、鑄件形成過(guò)程中砂芯所產(chǎn)生的氣體能及時(shí)排出型外，鑄件收縮時(shí)阻力小和容易輕砂。 4.1 芯頭的設(shè)計(jì) 砂芯主要靠芯頭固定在砂型上芯頭是砂芯的重要組成部分。對(duì)于垂直砂芯為了保證其軸線垂直，牢固的固定在砂型上，必須有足夠的芯頭尺寸。芯頭的作用是：定位、支撐和排氣。 定位作用：通過(guò)芯頭與芯座的配合，便于將砂芯準(zhǔn)確地安放在砂型中。 支撐作用：砂芯通過(guò)芯頭支撐在鑄型中，保證砂芯在它本身的重力及金屬液體的浮力作用下位置不變。 排氣作用：在澆注凝固過(guò)程中，砂芯中產(chǎn)生的大量氣體能夠及時(shí)地從芯頭排出鑄型。 法蘭采用的是垂直砂芯需確定砂芯的高度和芯頭于芯座的間隙。查《鑄造工藝學(xué)》表16—46得。法蘭砂芯上芯

46、頭高h(yuǎn)1=20mm下芯頭高h(yuǎn)=30mm芯頭于芯座的間隙s=0.5mm。其芯頭的結(jié)構(gòu)如圖4-1所示 圖4-5砂芯的設(shè)計(jì) 4.2砂芯的定位結(jié)構(gòu) 砂芯要求定位準(zhǔn)確，不允許沿芯頭軸向移動(dòng)或繞芯頭軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)于形狀不對(duì)稱的砂芯為了定位準(zhǔn)確必須做出定位芯頭。選用的定位芯頭結(jié)構(gòu)如圖4—2所示。 圖4—6 定位芯頭的結(jié)構(gòu) 4.3芯撐、芯骨的設(shè)計(jì) 　　放在砂芯中以強(qiáng)化砂芯整體強(qiáng)度并具有一定形狀的金屬構(gòu)件稱為芯骨。由于法蘭的砂芯較小，且位于內(nèi)澆道附近，烘干后能滿足其強(qiáng)度要求不需要增設(shè)芯骨由于砂芯較小，且位于內(nèi)澆道附近，因此不需要增設(shè)芯骨。 　　為了保證砂芯在制芯、搬運(yùn)、配

47、芯和澆注過(guò)程中不易開裂、不易變形、不被金屬液沖擊折斷，生產(chǎn)中通常在砂芯中埋置芯骨，以提高其剛度和強(qiáng)度。 由于該鑄件為小型鑄件，且砂芯尺寸不大，故可以采用細(xì)鋼管做芯骨，防止砂芯變形、開裂，同時(shí)在鋼管上鉆若干小孔利于砂芯排氣。 砂芯在澆注過(guò)程中，其粘結(jié)劑及砂芯中的有機(jī)物要燃燒（氧化反應(yīng)）放出氣體，砂芯中的殘余水分受熱蒸發(fā)放出氣體，如果這些氣體排不出型外，則要引起鑄件產(chǎn)生氣孔。 芯骨有小孔利于砂芯排氣，還可用通氣針扎出排氣孔的方法排氣。 壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽的尺寸 6 澆注系統(tǒng)及冒口、冷鐵、出氣孔的設(shè)計(jì) 6.1 澆注系統(tǒng)類型的選擇 澆注系統(tǒng)按澆注系統(tǒng)各阻元截面

48、積比例關(guān)系不同分為封閉式澆注系統(tǒng)、開放式澆注系統(tǒng)、半封閉式澆注系統(tǒng)三類。 1）封閉式澆注系統(tǒng)各阻元截面積的大小關(guān)系是∑S直﹥∑S橫>∑S內(nèi)。其內(nèi)澆道為阻流元，該澆注系統(tǒng)擋渣能力好，澆道中不易吸氣。但由于S內(nèi)最小故金屬液進(jìn)入型腔中的線速度大，易沖刷鑄型，通常只適用于不易氧化的合金。 2）開放式澆注系統(tǒng)各阻元截面積的大小關(guān)系是∑S直<∑S橫<∑S內(nèi)。這種澆注系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是有內(nèi)澆道流出的金屬液流速度低充型平穩(wěn)，金屬氧化程度低，這種澆注系統(tǒng)主要用于易氧化的非鐵合金件和球墨鑄鐵件以及用注塞包澆注的中大型鑄件。 3）半封閉式澆注系統(tǒng)這種澆注系統(tǒng)的特點(diǎn)是∑S橫>∑S直>∑S內(nèi),澆注充型平穩(wěn)，對(duì)鑄型的沖刷

49、作用小，擋渣效果好，在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。 綜上分析選用半封閉式澆注系統(tǒng)。 6.2合金鑄造性能分析： 根據(jù)相關(guān)資料查得HT300具體成分及其含量如表6-1所示。 表6-1 HT300化學(xué)成分表（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%） C Si Mn P S Cr 灰鑄鐵具有良好的鑄造性能； （1）流動(dòng)性。灰鑄鐵的熔點(diǎn)較低，結(jié)晶溫度范圍較小，在適宜的澆注溫度下，具有良好的流動(dòng)性，容易填充形狀復(fù)雜的薄壁鑄件，且不易產(chǎn)生氣孔、澆 不足、冷隔等缺陷。 （2）收縮性?；诣T鐵的澆注溫度較低，凝固中發(fā)生共析石墨化轉(zhuǎn)變，使其線收縮小，產(chǎn)生的鑄造應(yīng)力也

50、較小，所以鑄件出現(xiàn)翹曲變形和開裂的傾向以及 形成縮孔、縮松的傾向都較小。 （3）灰鐵充型能力好，強(qiáng)度較高，耐磨、耐熱性好，減振性良好，鑄造性較好，但需人工時(shí)效。 6.鐵液在型內(nèi)的上升速度 根據(jù)澆注系統(tǒng)的鐵液上升速度計(jì)算法，查鑄造工藝學(xué)表3-4-6知鐵液在型中上升速度（mm/s）在20mm/s-- 30 mm/s之間，取=25mm/s。 6.3澆注位置的選擇 方案一：采用頂注澆注系統(tǒng)澆注位置設(shè)在冒口上，設(shè)置2個(gè)內(nèi)澆口分別位于2個(gè)腰圓形冒口上，如圖所示： 圖6-1澆注位置 此澆注的優(yōu)點(diǎn)： 1) 澆道位于該件的中間，充型平穩(wěn)，而且鑄件的質(zhì)量均一。 2) 在分型面上開設(shè)，

51、極為方便。 3) 緩沖了金屬液的沖擊。 方案二: 采用頂注式，內(nèi)澆道鑲嵌在下模樣邊上，便于清理，橫澆道搭接在內(nèi)澆道上，和直澆道一起放在上模樣，具體構(gòu)造如下圖: 圖6-2澆注位置 特點(diǎn)：便于清理，可用澆注系統(tǒng)當(dāng)冒口，對(duì)鑄鐵有一定的補(bǔ)縮作用。且節(jié)省材料，降低生產(chǎn)成本。 對(duì)比以上兩種方案，由于鑄鐵具有良好的流動(dòng)性，容易填充形狀復(fù)雜的薄壁鑄件，且不易產(chǎn)生氣孔、澆 不足、冷隔等缺陷，且澆注溫度較低，充型能力好，因此采用方案一。 6.4澆注系統(tǒng)各部分尺寸的計(jì)算 .1 澆注系統(tǒng)截面尺寸設(shè)計(jì) 用奧贊公式可計(jì)算阻流截面積：

52、m下為澆注質(zhì)量，鑄件質(zhì)量m≈3.2，考慮增重5% m下=3.36kg 查表得濕型中等鑄鐵流量系數(shù), 澆注時(shí)間 查鑄造工藝學(xué)表3-4-3 對(duì)于鑄鐵件 t=4~6s， 澆注速度 澆注溫度 1370~1440℃ .2澆注時(shí)間的計(jì)算 液態(tài)金屬?gòu)倪M(jìn)入澆口杯開始到充滿鑄型所用的時(shí)間稱為澆注時(shí)間。 ? 式中 t ——澆注時(shí)間（S）。 G——澆入型內(nèi)的液體總重(Kg)。 S——系數(shù)。 由鑄件壁厚決定查《鑄

53、造工藝設(shè)計(jì)》表2-6得 S取2.2 鑄件的體積 : V=(85/2）2××90—(45/2）2××125(11/2)2×2××35+35×115×205 已知HT300的密度度ρ由于采用一箱兩件法蘭生產(chǎn)的工藝出品率查《金屬材料液態(tài)成型工藝》表4—16得約為75％，估算出鑄型中鐵液的重量G G=2V/75％ρ=2×％××≈ 將G帶入式?中 的 =2.2x ≈ 校核澆注時(shí)間t 通常用鑄型內(nèi)金屬液面的上升速度來(lái)校核。查《金屬材料液態(tài)成型工藝》表4-12得 V=10—20mm/s V1=C/t C——鑄件最低點(diǎn)到最高點(diǎn)的

54、距離， 按澆注時(shí)的位置確定； T——計(jì)算的澆注時(shí)間（s）。 ≈ 由于V1在10——20mm/s內(nèi)所以澆注時(shí)間符合要求。 .3阻流元截面積的計(jì)算及各阻流原件的比例關(guān)系的確定 水均壓頭H均的計(jì)算 H均=H0 —p2/2c H0——內(nèi)澆道以上的金屬液壓頭（cm）； C——澆注是鑄件的高度（cm）； P——內(nèi)澆道以上鑄件的高度，由于法蘭采用頂注式故P=0所以 H均=H0=20cm 用水力學(xué)法計(jì)算阻流元的截面積 S阻=G1/0.31ut H均——水均壓頭（cm）； 修正

55、后u取u=0.66； T——澆注時(shí)間(S)； G1——型內(nèi)金屬的總重量（kg） S阻=21.7/0.31×0.66×10.25 ≈2.314cm2 各阻流元件比例關(guān)系的確定 已知法蘭采用半封閉式澆注系統(tǒng)查《金屬材料液態(tài)成型工藝》表4-11得 =1.2:1.4:1 6.4.5確定內(nèi)澆道的截面積 內(nèi)澆道是澆注系統(tǒng)中吧金屬液引入型內(nèi)的一個(gè)組元。其作用是控制充型速度和方向分配液態(tài)金屬調(diào)節(jié)鑄件各部位的溫度分布和凝固次序。 為保證充型一個(gè)法蘭上開設(shè)兩個(gè)內(nèi)澆道故： S內(nèi)=S阻≈ 圖 6-3 直澆道截面示意圖 查《鑄造工藝學(xué)》表16—92得

56、 a=11mm b=9mm c=6mm 6.4.6確定橫澆道截面積 橫澆道的主要作用向內(nèi)叫道分配潔凈的金屬，儲(chǔ)存最初澆入的夾渣的低溫金屬液并阻留夾渣。橫澆道截面如圖6-5所示 圖6-4 橫澆道橫截面示意圖 S橫內(nèi)≈ 查《鑄造工藝學(xué)》表16—92得 A=13mm B=11mm C=14mm 6.4.7確定直澆道的截面積 直澆道的作用是將來(lái)自澆口杯的金屬液引入橫澆道，并提供足夠的壓力以克服各種流動(dòng)阻力而充型。直澆道如圖6-5 圖6-5 直澆道示意圖 S直內(nèi)×≈ 查《鑄造工藝學(xué)》表16—82得 D=18mm D1=14mm

57、 直澆道窩的設(shè)計(jì) 直澆道底部設(shè)置直澆道窩以減輕金屬的紊流和金屬對(duì)鑄型的腐蝕作用有利于渣氣的上浮。 圖6-6 直澆道窩示意圖 直澆道窩的結(jié)構(gòu)如圖：直澆道窩的直徑為直澆道下端直徑的1.4~2倍，高度為橫澆道高度的2倍。底部為平的，無(wú)尖角。 取D窩× h=2C=2×14=28mm 6.6 澆口杯的設(shè)計(jì) 澆口杯的主要作用是承接來(lái)自澆包的金屬液的并將其引入直澆道以減輕對(duì)直澆道底部的沖擊并阻擋熔渣氣體進(jìn)入型腔。澆口杯的截面示意圖如圖5—5所 圖6-7 澆口杯示意圖 查《鑄造工藝表》16-75得 D1=64mm D2=60m

58、m h=48mm 6.7冒口的作用及位置確定 冒口是鑄型內(nèi)用以儲(chǔ)存金屬液的空腔，在鑄件凝固過(guò)程中補(bǔ)給金屬，能有效防止縮孔、縮松、排氣和集渣的作用。對(duì)于該鑄件采用普通明冒口，由于該鑄件熱節(jié)處壁厚較大，經(jīng)分析可設(shè)置1個(gè)大冒口。如下圖所示： 圖6-8冒口位置 6.7.1冒口設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)補(bǔ)縮液量法：已知該件體積約為,查課本P299可得鑄鐵體收縮率取1.9，冒口的補(bǔ)縮效率取14%，鑄件壁厚取主要壁厚33mm。 V =m/t d==120mm 式中：V-鑄件被補(bǔ)縮部分體積； -鑄件金屬的凝固收縮率理論上需要用以補(bǔ)縮部分液體的體積V； d：補(bǔ)

59、縮球直徑。 Dr=T+ d=120+80=200mm. Dr:冒口直徑。 該件采用1個(gè)圓柱形狀冒口，冒口的高度取為100mm. 由于該件為灰鑄鐵，采用保溫冒口可提高鑄件工藝出品率10％～15%，能夠很顯著地節(jié)約材料和降低成本。為了冒口的易于切割，降低后續(xù)機(jī)加工難度，在冒口底部可放置帶孔隔板或易切片便于冒口的切割。 6.8 出氣孔的設(shè)計(jì) 開始澆注的瞬間，型腔內(nèi)的空氣即被加熱膨脹，型內(nèi)壓力迅速增加，有些空氣可從型砂的空隙逸出，但型砂的透氣性常不足以防止壓力的顯著增高。當(dāng)澆注系統(tǒng)完全充滿時(shí)，壓力可以高到使液態(tài)合金倒流，再周期性地返回，并降低澆注速度。壓力過(guò)大可能瞬時(shí)拾起上箱，引起“跑

60、火”，甚至從直澆道中噴濺，造成事故。道氣不良還會(huì)造成氣孔、澆不足和冷隔等缺陷。所以要用出氣孔，將型內(nèi)氣體引至砂型之外出氣孔除排出型腔的空氣和氣體之外，還可減小砂型充滿時(shí)的動(dòng)壓力，以及便于觀察型內(nèi)的充滿程度等。但此鑄件可不需專門的出氣孔，可以選取通氣針在砂型上扎出排氣道的方法排氣。 出氣孔一般設(shè)置在鑄件澆注位置的最高處，充型金屬液最后到達(dá)的部位，砂芯發(fā)起或蓄氣較多的部位及型腔內(nèi)氣體難排出的死角等部位。 出氣孔根部直徑為所處位置鑄件厚度的倍，取氣×30=12mm 出氣孔根部總結(jié)面積不小于內(nèi)澆道截面積。已知內(nèi)澆道總截面為。出氣孔總結(jié)面積取3cm2密碼左右。故應(yīng)開設(shè)3個(gè)名出氣孔。 6.9冷

61、鐵設(shè)置及尺寸計(jì)算 為增加鑄件局部冷去速度，在鑄型內(nèi)部及工作表面安放的金屬塊稱為冷鐵。 由于該法蘭鑄件壁厚不均勻，易產(chǎn)生裂紋縮孔縮松等缺陷。所以要放置冷鐵。 6.9.1冷鐵的選用及作用 為增加鑄件局部冷卻速度常常在鑄件表面或者內(nèi)部放置激冷材料,對(duì)該件采用鑄鋼材質(zhì)板型外冷鐵，對(duì)于該件使用冷鐵有諸多優(yōu)點(diǎn)： 1）在冒口難于補(bǔ)縮的部位防止縮孔縮松； 2）冷鐵可與冒口配合使用，利用冷鐵形成末端區(qū)，能加強(qiáng)鑄件的順序凝固條件、擴(kuò)大冒口補(bǔ)縮距離或范圍，減少冒口數(shù)目或體積； 3）防止立壁與鑄件表面交接部位形成裂紋； 4）用冷鐵加速熱節(jié)部位的冷卻，使整個(gè)鑄件接近于同時(shí)凝固，既可防止或減少鑄件變形，又

62、可提高工藝出品率； 5）改善局部組織和力學(xué)性能，提高表面硬度和耐磨性； 6）減輕或防止該鑄件厚壁部位的偏析。 6.9.2冷鐵的尺寸及放置位置的選擇 通常冒口的厚度B=（0.25^0.5）T，可取B=8mm。 根據(jù)查表可知冷鐵的其他尺寸及參數(shù)如表6-4所列。 表6-4冷鐵尺寸 冷鐵長(zhǎng)度（mm） 冷鐵間隙（mm） 冷鐵厚度（mm） 數(shù)量 10 12° 5 20 冷鐵的放置位置如圖6-9所示 圖6-9冷鐵放置位置（藍(lán)色實(shí)體表示） 7 法蘭澆注、凝固過(guò)程模擬分析 7.1 華鑄CAE簡(jiǎn)介 利用華鑄CAE對(duì)法蘭澆注、凝固過(guò)程進(jìn)行模擬分析。華鑄C

63、AE是華中科技大學(xué)開發(fā)的鑄造模擬分析軟件。利用華鑄CAE對(duì)澆注、凝固過(guò)程進(jìn)行模擬分析，可以在澆注前對(duì)鑄件可能出現(xiàn)的各種缺陷及大小、位置、發(fā)生的時(shí)間予以有效地預(yù)測(cè)，以便采取措施改進(jìn)工藝。從而降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，推動(dòng)鑄造生產(chǎn)由經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)向科學(xué)理論指揮的發(fā)展。 華鑄CAE模擬分析的步驟 華鑄CAE對(duì)鑄造澆注、凝固過(guò)程模擬分析共有四步。 第一步前置處理 利用三維的繪圖軟件繪制出三維的鑄件圖、鑄型圖、澆冒口系統(tǒng)。并將其轉(zhuǎn)化為STL文件格式，導(dǎo)入華鑄CAE中。 第二布計(jì)算分析 這一步是核心，主要是設(shè)置鑄型，鑄件材質(zhì)、化學(xué)成分，計(jì)算方法，澆注溫度等，然后把計(jì)算即可。 第三步后置處理 這一步

64、主要是將前面得到的大量數(shù)據(jù)加以整合，轉(zhuǎn)化為可視的圖形文字，以便分析總結(jié)，圖形中黃色代表液相、紅色代表固相、黑色代表縮松、紫色代表縮孔。 第四步生成報(bào)告 將前面幾步的數(shù)據(jù)、結(jié)論轉(zhuǎn)化為word文檔形式存盤。 7.3 華鑄CAE模擬法蘭澆注、凝固過(guò)程分析報(bào)告 我們利用solidworks進(jìn)行三維造型，接著進(jìn)行面網(wǎng)格劃分（面網(wǎng)格最大尺寸為3mm），之后導(dǎo)出格式為STL的文件，利用華鑄CAE中進(jìn)行網(wǎng)格剖分，如圖6.1所示。接著在華鑄CAE中設(shè)置各種必要參數(shù)，最后進(jìn)行模擬澆注。 在模擬澆注、凝固過(guò)程中，對(duì)鑄件與澆注系統(tǒng)在虛擬砂箱的作用下進(jìn)行凝固模擬。凝固的過(guò)程如圖6—2、6—3、6—4、6—5所

65、示。從圖中，可以看出，金屬液剛開始進(jìn)入型腔時(shí)溫度很高，最后凝固完成。 利用華鑄CAE來(lái)進(jìn)行鑄件凝固模擬分析，首先要依據(jù)圖紙和工藝方案進(jìn)行三維實(shí)體造型，生成若干個(gè)STL格式文件，然后利用前處理模塊的網(wǎng)格自動(dòng)剖分功能對(duì)鑄件、鑄型等實(shí)體進(jìn)行網(wǎng)格剖分，得到計(jì)算部分所需的離散模型。接著利用計(jì)算處理模塊進(jìn)行流動(dòng)場(chǎng)與溫度場(chǎng)的耦合計(jì)算，耦合計(jì)算后得到鑄件鑄型各部分的初始溫度繼續(xù)進(jìn)行凝固過(guò)程的溫度場(chǎng)計(jì)算。從這些計(jì)算中得到的流動(dòng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)，再通過(guò)后處理功能將其可視化為各種可視的圖形圖象、曲線和過(guò)程動(dòng)畫，以揭示充型過(guò)程和凝固過(guò)程的行為細(xì)節(jié)，為工藝設(shè)計(jì)人員進(jìn)行工藝決策和工藝優(yōu)化提供可靠的定性定量的依據(jù)。 華鑄

66、CAE軟件系統(tǒng)通過(guò)STL文件格式可以和UG(Unigraphics)、PRO/E(Pro/Engineer)、AutoCAD、Solidworks 、SolidEdge等諸多三維造型平臺(tái)接口。 三維實(shí)體造型及網(wǎng)格剖分 首先用三維造型軟件繪出三維工藝圖，然后用軟件系統(tǒng)前處理部分的網(wǎng)格剖分程序進(jìn)行網(wǎng)格剖分。 圖7-1凝固過(guò)程 圖7-2凝固過(guò)程 圖7-3縮孔過(guò)程 圖7-4縮孔過(guò)程 觀察發(fā)現(xiàn)鑄件上表面有縮孔形成，仔細(xì)觀察其凝固過(guò)程發(fā)現(xiàn)，法蘭上表面最先凝固，由于鑄型為濕型，吸收較多的熱量，使得該部位先凝固?；诣T鐵以層狀-糊狀方式凝固其外殼長(zhǎng)期處于較軟的狀態(tài)，之后較低位置處鐵液進(jìn)行收縮時(shí)致使最高位置灰鑄鐵外殼下沉，導(dǎo)致較大的縮孔。為了避免縮孔，澆注前先對(duì)鑄型進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度300℃，減小金屬熱量損失和激冷金屬，以防止縮孔產(chǎn)生。改進(jìn)后通過(guò)華鑄CAE模擬發(fā)現(xiàn)其縮孔消失。如圖7—5所示。 圖7-5 鑄件毛重[kg]： 澆注重量[kg]： 工藝出品率： 計(jì)算物性參數(shù) =========================================