端蓋零件鑄造工藝設計

端蓋零件鑄造工藝設計,零件,鑄造,工藝,設計 端蓋鑄造工藝設計 鑄 造 工 藝 卡 卡片編號210 HT150 共1頁 第1頁 產品名稱 端蓋 每臺件數 1 澆冒口重 238kg 零件圖號 A3 每型件數 1 每型金屬液 1592kg 零件名稱 端蓋 凈 重 987kg 活塊數 0 材 質 HT150 毛 重 1100kg 芯 盒 數 3 準 備 　砂　　　 箱 砂芯數量 8個 上箱 1450mm×1450mm×500mm 1#芯盒 530mm×245mm×260mm 下箱 1450mm×1450mm×500mm 2#芯盒 700mm×530mm×470mm 3#芯盒 590mm×400mm×490mm 備 砂 型 砂 呋喃樹脂自硬砂 芯 砂 呋喃樹脂自硬砂 涂料 醇基涂料粉 造 芯 設 備 手工 硬化方法 CO2 造 型 設 備 震動落砂機 硬化方法 自硬 易割冒口數 1 直澆道尺寸 Φ50 橫澆道尺寸 46*40 內澆道尺寸 42*12 直澆道數量 1 橫澆道數量 2 內澆道數量 8 合 箱 合箱至澆注時間 ≤ 24h 澆注溫度 1420℃ 開箱時間 24h 工藝要求要求及操作要點： 1. 鑄造收縮率為1%； 2. 未注拔模斜度均為2°； 3. 上下面加工余量7.5mm，其余6mm； 4. 下箱芯頭四周均向內斜5mm； 5. 鑄件中間澆注。 端蓋鑄造工藝設計 學生：姚福義 學號：17080140210 指導教師：孫建波 老師設計的目的鑄造工藝學課程設計是鑄造專業(yè)實踐環(huán)節(jié)之一，是對鑄造專業(yè)的學生工藝理論和專業(yè)基礎知識的檢驗。了解和掌握鑄件的生產與設計過程；根據鑄造零件結構、材質、批量、生產條件等因素，確定鑄造工藝方案及工藝參數、繪制鑄造工藝圖、工藝卡等技術文件，最終用于指導鑄件生產操作。鑄造的發(fā)展現狀 鑄造技術目前已經有著較為成熟的生產工藝，能夠進行大中型、小型的各類復雜件的大量生產和單件生產，且能滿足各類生產生活的需求。鑄造成型工藝種類繁多有金屬型鑄造、陶瓷鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、消失模鑄造、砂型鑄造等，而本次設計所使用的砂型鑄造是應用最為普遍的鑄造方法且已經有著較為成熟的生產工藝技術能夠滿足本次設計的需求。設計任務及要求(1)零件名稱：端蓋(2)材料：HT150(3)零件尺寸：900*H370(4)生產批量：單件生產(5)凡有加工符號的表面留有加工余量；(6)鑄件不得有砂眼、氣孔、裂紋等缺陷；零件結構及工藝性分析 所要生產的鑄件的結構合理與否直接影響鑄件的質量，結構合理的鑄件在鑄造過程中能夠有效地避免許多鑄造缺陷。通過所給零件圖可知端蓋的外輪廓尺寸為900*H370，其左右結構對稱，上下結構和前后結構也比較對稱，端蓋的內部結構相對簡單，壁厚均勻，主要壁厚為200mm，最大壁厚處是370mm，最大孔徑為350mm，最小孔徑為50mm。因為端蓋鑄件為球墨鑄鐵，且單件生產，根據鑄造工藝課程設計手冊，如表2-2所示，鑄鐵件最小鑄出孔徑為3050mm，所以鑄件50mm孔不鑄出，由后續(xù)加工得到。生產批量最小鑄出孔徑 鑄鐵件鑄鋼件大批量生產15303050單件小批量305050分型面的選擇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，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)分型面的選擇一般情況下應該選擇平面，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。鑄件結構特殊的情況下，為了方便工藝設計可以選擇曲面。(3)應盡量把鑄件加工定位面和主要加工面放在同一箱內，減少加工定位尺寸的偏差。(4)盡可能使鑄件澆筑后的清理工作能夠方便容易等。分型面設計 根據端蓋的結構特點確定了以下兩種分型面分型方法。如左圖：方案A：分型面選在中心孔處，分型面沒有選在鑄件最大平面處，容易造成鑄件錯模，而且砂箱較高，金屬液沖擊砂型，容易產生夾砂等缺陷。方案BC：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，保證鑄件質量。但方案B分型面選在側面孔下方，二側面孔是需要鑄出的，不利于下芯。綜合上述三種方案的優(yōu)缺點比較，可以確定分型面依據上述方案B。澆鑄位置的確定鑄件的澆鑄位置是指澆鑄時鑄件在鑄型內所處的位置和狀態(tài)。它關系到鑄件的冶金質量、鑄件的尺寸精度及造型工藝的難易程度，因此在確定工藝方案時需要選擇合適的澆鑄位置。澆鑄位置的確定澆鑄位置的確定應該遵從以下幾個原則：（1）鑄件的重要部位或主要的加工面、耐磨面、受力面等應位于下部或呈直立狀態(tài)。（2）鑄件的大平面應朝下。（3）保證鑄件的充型能力。（4）要有利于鑄件的補縮。（5）避免使用吊砂、吊芯或懸臂式砂芯。盡量保證合箱的位置、澆鑄位置和鑄件冷卻位置一致。澆鑄位置的確定選定的澆注位置有以下兩種方案如圖：澆注位置根據以上要求分析，方案A鑄件大部分位于上箱，由于鑄件重量較大，容易發(fā)生漏箱。方案B鑄件大部分位于下箱，且有利于下砂芯。且澆注位置位于鑄件加工面，便于清理。4.1鑄件尺寸公差鑄件尺寸公差是指鑄件各部分尺寸允許的極限偏差，端蓋是單件生產砂型鑄造、機器造型，根據鑄造工藝課程設計手冊表4-1表4-2，鑄件尺寸公差等級取CT12，鑄件尺寸公差數值為11mm。表4-1 單件小批量生產鑄件尺寸公差等級 表4-2 鑄件尺寸公差數值造型材料公差等級CT 灰鑄鐵球墨鑄鐵鑄鋼干、濕型砂131513151315自硬砂111311131214鑄件基本尺寸公差等級CT大于至10111213400630571014630100068111610001500791318機械加工余量為了保障零件加工面尺寸和精度，在鑄造工藝設計時，將加工表面上留出的、準備切去的金屬層厚度稱為機械加工余量。加工余量過大，浪費金屬和機械加工工時，增加鑄件和零件成本；過小則不能完全除去鑄件的表面缺陷，甚至露出鑄件表皮，達不到零件要求。根據鑄件的尺寸公差等級、要求的機械加工余量級鑄件的最大輪廓尺寸確定加工余量的數值。鑄件需要加工的表面如下圖：要求的機械加工余量等級等級共有10級,稱之為A、B、C、D、E、F、G、H、J和K級共10個等級。根據GB/T6414-1999要求。底選擇F級；處于澆注位置“頂部”的選用“低”的等級，本次設計對于頂面和鑄孔選擇G級；引用GB/T6414-1999要求的各等級加工余量數值如下表4-5：方法要求的機械加工余量等級 鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵銅合金砂型手工造型GKFHFHFHFH砂型機械造型或殼型EHEGEGEGEG 引用GB/T6414-1999要求的各等級加工余量數值如下表4-5：根據上表確定確定各加工面的加工余量數值為：頂面（1、3號）加工余量等級G，加工余量數值9mm、7.5mm；側面（2號）加工余量等級F，加工余量數值6mm；內孔（4號）加工余量等級G，加工余量數值6mm；底面（5、6、7號）加工余量等級F，加工余量數值7.5mm、6mm、6.5mm.最大尺寸要求的機械加工余量等級 EFG1602504.55.06.02504005.06.07.04006305.56.57.563010006.57.59鑄造收縮率金屬在凝固過和程中有液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮，其中液態(tài)收縮和凝固收縮的結果會使鑄件最后凝固的部位產生縮孔、縮松，為消除縮孔、縮松，獲取組織致密的鑄件，采取工藝措施進行補縮。根據該該零件的結構，金屬液在凝固冷卻過程中的收縮介于“自由收縮”與“受阻收縮”之間，因此按照材料鑄造手冊中“鑄造收縮率”的設計依據（表4-6）選擇該鑄件的鑄造收縮率為1%。鑄件的種類收縮率 阻礙收縮自收收縮球墨鑄鐵中小型鑄件0.10.80.91.1大中型鑄件0.70.90.81.0特大型鑄件0.60.80.70.94.5起模斜度鑄件成型后，為了方便起模，在模樣、芯盒的出模方向留有一定的出模斜度。本次設計型板采用木模樣，樹脂自硬砂造型，起模斜度根據鑄造工藝課程設計手冊表4-7，選擇起模斜度為4.2mm。測量面高度起模斜度 金屬、塑料模樣木模樣1602502.22.62504003.64.24006304.65.65砂芯的設計 砂芯用于形成鑄件內腔、形成孔以及不易起模的外部輪廓部分，也可以在鑄型局部需要特殊性能時用作砂型的局部。鑄型工藝對砂芯的基本原則是：砂芯的形狀尺寸和在砂型中的位置符合逐漸的要求；要有足夠的強度和剛度，能夠抵抗高溫金屬液體的沖擊和靜壓力；排氣順暢，能將在沖型及凝固過程中產生的氣體順利排出；有較好的退讓性，對鑄件的收縮不會產生阻礙作用；清砂能力好。砂芯的設計包括：砂芯分塊，下芯順序，砂芯的個數，芯頭的結構等。砂芯設計砂芯設計時需要符合下面幾個原則：(1)盡量減少砂芯的數量；(2)復雜的砂芯分塊設計；(3)設計砂芯時要根據鑄件型腔選擇合適的形狀，鑄型時方便填砂、排氣、安置芯骨等措施。(4)砂芯的分盒面應盡量與砂型的分型面一致；(5)便于下芯和合型；(6)多個砂芯相連需要有良好的固定。芯頭的設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。根據端蓋的型腔結構，設置一個垂直芯頭。芯頭的設計垂直芯頭：根據鑄造工藝課程設計手冊，因為L=370mm、200mm，D=350mm、110mm，取間隙S=1.5，H=50mm，S=0.5，H=30mm。在鑄件生產過程中，為了快速下芯、合箱及保證鑄件的質量，在芯頭的模樣上做出壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽。壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽的示意圖如圖澆注系統的設計 澆鑄系統是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道，通常由澆口杯、直澆道、直澆道窩、橫澆道和內澆道等單元組成。正確的設計澆鑄系統使金屬液平穩(wěn)而又合理的充滿型腔，對保障鑄件質量有很重要的作用。澆注系統的設計澆筑系統的設計應該遵循以下幾條原則：（1）引導金屬液平穩(wěn)、連續(xù)地充滿型腔，避免由于湍流過度強烈而造成夾卷空氣、產生金屬氧化物夾雜和沖刷分流塞。（2）充型過程中流動的方向和速度可以控制，保證對鋼軌截面的沖刷均勻、砂型輪廓清晰、完整。（3）在合適的時間內充滿型腔，避免形成夾砂、冷隔、皺皮等缺陷。（4）調節(jié)鑄型內的溫度分布，有利于強化鑄件補縮、防止鑄件變形、裂紋等缺陷。（5）具有擋渣、溢渣能力，凈化金屬液。（6）澆注系統結構應簡單、可靠，減少金屬液消耗，便于推瘤。澆注系統的選擇 澆注系統的引入位置影響到澆注系統結構類型的確定，同時對液態(tài)金屬充型方式、鑄型溫度分布鑄件質量影響很大。澆注系統根據其內澆口的設置位置，可分為頂注式澆注系統、底注式澆注系統、中間注入式澆注系統和階梯式澆注系統。各交道口截面積計算1 直澆道大小 本次設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、小型鑄件。2 橫澆道大小 根據鑄造工程師手冊表（6-1），a=40mm，b=30mm，h=46mm。如圖6.2所示。各交道口截面積計算3 內澆道大小根據鑄造工程師手冊表（6-1），a=42mm，b=38mm，h=12mm。如圖6.3所示。冒口設計 球墨鑄鐵生產中以暗冒口應用最廣，而且一般設計成澆道通過冒口進入鑄件的澆冒口系統。通過熱圓節(jié)法計算冒口直徑，通過測量得到熱節(jié)處直徑為230mm，代入下列公式得：根據鑄件模數計算公式：澆注時間計算 合適的澆注時間與鑄件的質（重）量和結構、鑄型工藝條件、合金種類及選用的澆注系統等有關，澆注時間對鑄件質量有比較總要的影響。根據鑄造工程師手冊可知澆注時間計算公式為：t澆注時間k系數G型腔內金屬液重量鑄件平均壁厚代入數據計算得t=92s。由以上所述，得到該零件所采用的是開放式-頂注式澆注系統，由于零件大型鑄件且屬于單件生產，所以采用一箱一件。為了提高生產率、產品質量等，故得到澆注系統，如左圖所示。總結與體會 通過一段時間的學習我對自己的課題更加了解，在軟件制圖上的應用方面也有了很大提升，在繪制端蓋零件圖時遇到復雜結構，在向老師請教后，成功解決了問題。我選用砂型鑄造是因為此鑄件璧薄且內部結構復雜，還是中型零件單件成產。分型面的選擇非常合適，選在零件的對稱線上，易分型，澆注更充分。從澆注系統上分析，采用頂注開放式澆注系統，其具有阻渣性能好，不易吸氣，內澆道易清理，金屬消耗少，不易氧化，金屬澆注平穩(wěn)且不噴射等優(yōu)點。把直澆道放置于靠近砂箱內壁處，便于澆注。經分析此方案選用的參數合理，澆注系統設計優(yōu)良和有可行性，可以在實際生活中使用。鑄造工藝課程設計說明書設計題目端蓋鑄造工藝設計學 院年 級專 業(yè)學生姓名學 號指導教師鑄造工藝課程設計說明書I目目 錄錄1 1 前前 言言 .11.1 本設計的目的、意義.11.1.1 本設計的目的 .11.1.2 本設計的意義 .11.2 本設計的技術要求.11.3 本課題的發(fā)展現狀.21.4 本領域存在的問題.21.5 本設計的指導思想.21.6 本設計擬解決的關鍵問題.22 2 零件結構特點及工藝性分析零件結構特點及工藝性分析 .42.1 零件的結構特點.42.2 化學成分及質量要求.52.2.1 化學成分 .52.2.2 質量要求 .52.3 零件結構及工藝性分析.53 鑄造工藝方案的確定鑄造工藝方案的確定 .63.1 澆注位置的確定.63.2 分型面的選擇.63.3 造型及造芯方法.84 鑄造工藝參數鑄造工藝參數 .94.1 鑄件尺寸公差.94.2 鑄件質量公差.94.3 機械加工余量.94.4 鑄造收縮率.104.5 起模斜度.105 砂芯的設計砂芯的設計 .115.1 砂芯的形狀.115.2 芯頭的設計.116 澆注系統的設計澆注系統的設計 .136.1 澆注系統的選擇.136.2 各交道口截面積計算.14鑄造工藝課程設計說明書II6.3 各交道口大小.146.3.1 直澆道大小 .146.3.2 橫澆道大小 .146.3.3 內澆道大小 .156.3.4 冒口設計 .157 工藝裝備工藝裝備 .177.1 模樣及模板.177.2 芯盒.187.3 砂箱.208 結結 論論 .21致致 謝謝 .22參參 考考 文文 獻獻 .23鑄造工藝課程設計說明書11 1 前前 言言1.1 本設計的目的、意義隨著科學技術的發(fā)展，利用液態(tài)金屬進行成型的新方法、新技術不斷涌現，但傳統的鑄造生產仍是工業(yè)生產中不可或缺的基礎產業(yè)，其裝備即工藝水平的高低是衡量整個裝備制造業(yè)技術水平的重要的依據。我國古代鑄造技術，從商代中期直到產業(yè)革命前可以說一直處于世界領先水平。新中國成立以后我國的鑄造技術也在逐步完善逐漸趨于世界先進水平。1.1.1 本設計的目的鑄造工藝學課程設計是鑄造專業(yè)實踐環(huán)節(jié)之一，是對鑄造專業(yè)的學生工藝理論和專業(yè)基礎知識的檢驗。了解和掌握鑄件的生產與設計過程；根據鑄造零件結構、材質、批量、生產條件等因素，確定鑄造工藝方案及工藝參數、繪制鑄造工藝圖、工藝卡等技術文件，最終用于指導鑄件生產操作。1.1.2 本設計的意義對于鑄造在生產中，鑄造工藝設計中各部分的設計有著各種各樣的原則和要求。通過本次課程設計來設計鑄造出合格的端蓋，且鑄件的外觀尺寸符合要求，沒有內部組織、力學性能和殘余應力等缺陷，符合實際生產的需要。并全面的了解和掌握鑄造工藝設計的過程和一般方法。1.2 本設計的技術要求灰鑄鐵符合標準 GB/T1348-2009，必須保證機械性能；凡有加工符號的表面留有加工余量；鑄件不得有砂眼、氣孔、裂紋等缺陷；鑄造工藝課程設計說明書2未注鑄造圓角為 R10-R15；鑄造公差等級為 ISO8602，CT12 級；去毛刺，銳邊銳角倒鈍。1.3 本課題的發(fā)展現狀鑄造技術目前已經有著較為成熟的生產工藝，能夠進行大中型、小型的各類復雜件的大量生產和單件生產，且能滿足各類生產生活的需求。鑄造成型工藝種類繁多有金屬型鑄造、陶瓷鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、消失模鑄造、砂型鑄造等，而本次設計所使用的砂型鑄造是應用最為普遍的鑄造方法且已經有著較為成熟的生產工藝技術能夠滿足本次設計的需求。1.4 本領域存在的問題砂型鑄造在生產中有著其獨到的優(yōu)點但同樣的也存在著眾多的問題，例如對澆鑄溫度的控制問題，澆鑄溫度過高會出現粘砂的問題，溫度過低又存在澆不足的風險。以及澆鑄系統的設計問題，這影響著澆鑄過程中金屬液的流動以及鑄型的完整性。除此之外還存在著砂芯的放置問題，這影響著鑄件尺寸的精確性。以上所提及僅是鑄件領域中存在的部分問題除此還存在眾多的問題有待實踐解決。1.5 本設計的指導思想本設計主要以最少的工藝實現最快、最合理的生產工藝最為生產要旨，且安全環(huán)保，把生產成本，產品質量，生產速度作為生產中的重要準則。1.6 本設計擬解決的關鍵問題本次設計中仍存在著眾多的問題，如鑄件的分型面的選取問題，冒口的設計問題，澆鑄溫度的確定。對于鑄件分型面的選取要堅持以下原則：1.盡量使鑄件全部或大部分鑄造工藝課程設計說明書3處于同一部分，2.分型面數目盡可能的少，3.盡量選擇平面作為分型面，4.避免砂箱過高，5.便于下芯、合箱和合型。解決鑄件的精度，起模，合箱問題。而對于冒口的選取則需堅持以下原則：1.要使凝固方向朝向冒口，通常將鑄件置于壁厚出，以實現順序凝固。2.冒口應首先設立在鑄件的熱節(jié)下方保證補縮時的液體的靜態(tài)壓力。3.盡量用一個冒口同時補縮多個熱節(jié)和鑄件。解決鑄件應力集中問題。而溫度的確定由于本次澆鑄鑄件厚大則需適當的提高溫度。鑄造工藝課程設計說明書42 零件結構特點及工藝性分析2.1 零件的結構特點(1) 零件名稱：端蓋(2) 材料：HT150(3) 零件尺寸：900*H370(4) 生產批量：單件生產零件圖如圖 2-1 所示。圖 2-1 零件圖端蓋屬于大型鑄件，結構較簡單，左右結構對稱。因為端蓋的壁厚較為均勻，鑄造工藝比較簡單，質量要求較高。由于鑄件的內部為中空結構，所以在鑄造的過程中很容易出現夾砂、氣孔等缺陷，因此在確定鑄造工藝的時候，我們需要綜合考慮鑄件的結構和技術要求等各方面的因素。該鑄件所選用的材料為 HT150，鑄鐵材料容易制造出含有內腔、外形復雜的毛坯，其在鑄件生產過程中具有很高的靈活性，適用性廣泛，鑄鐵材料在液態(tài)成型鑄件的尺寸大小方面限制比較大，其壁厚可由 2mm 到 3m 左右。對于塑性比較低的鑄件，液態(tài)成型是生產其毛坯或零件的唯一的方法。鑄造工藝課程設計說明書52.2 化學成分及質量要求2.2.1 化學成分表 2-1 HT150 化學成分化學元素CSiMnPSMgCE質量分數3.7%4.0%2.15%2.95%0.46%0.66%0.16%0.16%0.027%0.05%4.34.62.2.2 質量要求鑄件不允許存在裂紋。鑄件液態(tài)成型不允許存在氣孔、砂眼、縮松、縮孔等缺陷。2.3 零件結構及工藝性分析所要生產的鑄件的結構合理與否直接影響鑄件的質量，結構合理的鑄件在鑄造過程中能夠有效地避免許多鑄造缺陷。通過所給零件圖可知端蓋的外輪廓尺寸為900*H370，其左右結構對稱，上下結構和前后結構也比較對稱，端蓋的內部結構相對簡單，壁厚均勻，主要壁厚為 200mm，最大壁厚處是 370mm，最大孔徑為 350mm，最小孔徑為 50mm。因為端蓋鑄件為球墨鑄鐵，且單件生產，根據鑄造工藝課程設計手冊，如表 2-2 所示，鑄鐵件最小鑄出孔徑為 3050mm，所以鑄件 50mm 孔不鑄出，由后續(xù)加工得到。表 2-2 鑄件最小鑄出孔尺寸生產批量最小鑄出孔徑鑄鐵件鑄鋼件大批量生產15303050單件小批量305050由此可得端蓋鑄件圖如圖 2-2 所示。鑄造工藝課程設計說明書6圖 2-2 端蓋鑄件圖鑄造工藝課程設計說明書73 鑄造工藝方案的確定3.1 鑄件的合理厚度為保證金屬液充型能力，在設計鑄件壁厚時，要考慮金屬液的流動性和鑄件的輪廓尺寸。在一定的鑄造條件下，鑄造合金夜充滿鑄型的最小厚度稱為該鑄件的最小壁厚。為了避免鑄件產生澆不到和冷隔等缺陷，應使鑄件的設計壁厚不小于最小壁厚。對于砂型鑄造灰鑄鐵件鑄造，其最小壁厚可參照資料表 3.1。表 3.1 砂型鑄造最小允許壁厚鑄造合金鑄件平均輪廓尺寸/mm2004004008008001250鑄鐵灰鑄鐵58610712球墨鑄鐵6108121014可鍛鑄鐵4658端蓋的最大尺寸為 108mm，據表 3.1 可以看出本次設計所選用的做小壁厚為 9mm 滿足設計的要求。3.2 分型面的選擇分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。充分分析零件的結構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，增強生產的效率，在提升鑄件質量方面起到關鍵作用。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，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)分型面的選擇一般情況下應該選擇平面，分型面選擇平面可以極大地簡化造型總鑄造工藝課程設計說明書8作以及模底板的制作，可以確保鑄件的精度。鑄件結構特殊的情況下，為了方便工藝設計可以選擇曲面。(3)應盡量把鑄件加工定位面和主要加工面放在同一箱內，減少加工定位尺寸的偏差。(4)盡可能使鑄件澆筑后的清理工作能夠方便容易。根據端蓋的結構特點確定了以下兩種分型面分型方法。如圖 3-1： 圖 3-1 分型面確定方案方案 A：分型面選在中心孔處，分型面沒有選在鑄件最大平面處，容易造成鑄件錯模，而且砂箱較高，金屬液沖擊砂型，容易產生夾砂等缺陷。方案 BC：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，保證鑄件質量。但方案 B 分型面選在側面孔下方，二側面孔是需要鑄出的，不利于下芯。綜合上述三種方案的優(yōu)缺點比較，可以確定分型面依據上述方案 B。3.3 澆注位置的確定鑄件的澆鑄位置是指澆鑄時鑄件在鑄型內所處的位置和狀態(tài)。它關系到鑄件的冶金鑄造工藝課程設計說明書9質量、鑄件的尺寸精度及造型工藝的難易程度，因此在確定工藝方案時需要選擇合適的澆鑄位置。因此澆鑄位置的確定應該遵從以下幾個原則：（1）鑄件的重要部位或主要的加工面、耐磨面、受力面等應位于下部或呈直立狀態(tài)。（2）鑄件的大平面應朝下。（3）保證鑄件的充型能力。（4）要有利于鑄件的補縮。（5）避免使用吊砂、吊芯或懸臂式砂芯。盡量保證合箱的位置、澆鑄位置和鑄件冷卻位置一致。 選定的澆注位置有以下兩種方案如圖 3-2 所示：圖 3-2 澆注位置澆注位置根據以上要求分析，方案 A 鑄件大部分位于上箱，由于鑄件重量較大，容易發(fā)生漏箱。方案 B 鑄件大部分位于下箱，且有利于下砂芯。且澆注位置位于鑄件加工面，便于清理。鑄造工藝課程設計說明書104 鑄造工藝參數4.1 鑄件尺寸公差鑄件尺寸公差是指鑄件各部分尺寸允許的極限偏差，端蓋是單件生產砂型鑄造、機器造型，根據鑄造工藝課程設計手冊表 4-1 表 4-2，鑄件尺寸公差等級取 CT12，鑄件尺寸公差數值為 11mm。表 4-1 單件小批量生產鑄件尺寸公差等級造型材料公差等級 CT灰鑄鐵球墨鑄鐵鑄鋼干、濕型砂131513151315自硬砂111311131214表 4-2 鑄件尺寸公差數值鑄件基本尺寸公差等級 CT大于至101112134006305710146301000681116100015007913184.2 鑄件質量公差鑄件重量公差是以占鑄件公稱質量的百分率為單位的鑄件質量變動的允許值。根據鑄造工藝課程設計手冊表 4-3 表 4-4 得到端蓋的重量公差等級為 MT12 級，重量公差數值 10%。表 4-3 單件小批量生產鑄件重量公差等級造型材料公差等級 MT鑄造工藝課程設計說明書11灰鑄鐵球墨鑄鐵鑄鋼干、濕型砂131513151315自硬砂111311131214表 4-4 鑄件重量公差數值鑄件公稱重量重量公差等級 MT大于至101112131004008101214400100068101210004000568104.3 機械加工余量為了保障零件加工面尺寸和精度，在鑄造工藝設計時，將加工表面上留出的、準備切去的金屬層厚度稱為機械加工余量。加工余量過大，浪費金屬和機械加工工時，增加鑄件和零件成本；過小則不能完全除去鑄件的表面缺陷，甚至露出鑄件表皮，達不到零件要求。根據鑄件的尺寸公差等級、要求的機械加工余量級鑄件的最大輪廓尺寸確定加工余量的數值。鑄件需要加工的表面如下圖 4-1：圖 4-1 鑄件需要加工的表面鑄造工藝課程設計說明書12要求的機械加工余量等級等級共有 10 級,稱之為 A、B、C、D、E、F、G、H、J 和K 級共 10 個等級。根據 GB/T6414-1999 要求，表 4.1 毛坯鑄件典型的機械加工余量等級（GB/T6414-1999）方法要求的機械加工余量等級鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵銅合金砂型手工造型GKFHFHFHFH砂型機械造型或殼型EHEGEGEGEG底選擇 F 級；處于澆注位置“頂部”的選用“低”的等級，本次設計對于頂面和鑄孔選擇 G 級；引用 GB/T6414-1999 要求的各等級加工余量數值如下表 4-5：表 4-5 加工余量數值最大尺寸要求的機械加工余量等級EFG1602504.55.06.02504005.06.07.04006305.56.57.563010006.57.59根據上表確定確定各加工面的加工余量數值為：頂面（1、3 號）加工余量等級 G，加工余量數值 9mm、7.5mm；側面（2 號）加工余量等級 F，加工余量數值 6mm；內孔（4 號）加工余量等級 G，加工余量數值 6mm；底面（5、6、7 號）加工余量等級 F，加工余量數值 7.5mm、6mm、6.5mm.4.4 鑄造收縮率金屬在凝固過和程中有液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮，其中液態(tài)收縮和凝固收縮的結果會使鑄件最后凝固的部位產生縮孔、縮松，為消除縮孔、縮松，獲取組織致密的鑄件，采取工藝措施進行補縮。根據該該零件的結構，金屬液在凝固冷卻過程中的收縮介于“自由收縮”與“受阻鑄造工藝課程設計說明書13收縮”之間，因此按照材料鑄造手冊中“鑄造收縮率”的設計依據（表 4-6）選擇該鑄件的鑄造收縮率為 1%。表 4.6 各類鑄鐵件的鑄造收縮率鑄件的種類收縮率阻礙收縮自收收縮中小型鑄件0.10.80.91.1大中型鑄件0.70.90.81.0球墨鑄鐵特大型鑄件0.60.80.70.94.5 起模斜度鑄件成型后，為了方便起模，在模樣、芯盒的出模方向留有一定的出模斜度。本次設計型板采用木模樣，樹脂自硬砂造型，起模斜度根據鑄造工藝課程設計手冊表 4-7，選擇起模斜度為 4.2mm。表 4-7 自硬砂造型模樣外表面的起模斜度測量面高度起模斜度金屬、塑料模樣木模樣1602502.22.62504003.64.24006304.65.6鑄造工藝課程設計說明書145 砂芯的設計5.1 砂芯的形狀砂芯用于形成鑄件內腔、形成孔以及不易起模的外部輪廓部分，也可以在鑄型局部需要特殊性能時用作砂型的局部。鑄型工藝對砂芯的基本原則是：砂芯的形狀尺寸和在砂型中的位置符合逐漸的要求；要有足夠的強度和剛度，能夠抵抗高溫金屬液體的沖擊和靜壓力；排氣順暢，能將在沖型及凝固過程中產生的氣體順利排出；有較好的退讓性，對鑄件的收縮不會產生阻礙作用；清砂能力好。砂芯的設計包括：砂芯分塊，下芯順序，砂芯的個數，芯頭的結構等。在對砂芯設計時需要符合下面幾個原則：(1)盡量減少砂芯的數量；(2)復雜的砂芯分塊設計；(3)設計砂芯時要根據鑄件型腔選擇合適的形狀，鑄型時方便填砂、排氣、安置芯骨等措施。(4)砂芯的分盒面應盡量與砂型的分型面一致；(5)便于下芯和合型；(6)多個砂芯相連需要有良好的固定。對于本次設計的零件端蓋，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、確保鑄件精度的關鍵因素。分析鑄件的結構，因為該鑄件為對稱結構，需要做一個砂芯，其形狀如圖 5-1 所示。鑄造工藝課程設計說明書15圖 5.1 砂芯圖5.2 芯頭的設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。根據端蓋的型腔結構，設置一個垂直芯頭。圖 5.2 垂直芯頭示意圖垂直芯頭：根據鑄造工藝課程設計手冊表 5-1，因為L=370mm、200mm，D=350mm、110mm，取間隙 S=1.5，H=50mm，S=0.5，H=30mm。表 5-1 垂直型芯頭的高度和芯頭與芯座的配合間隙D 或2BA100160160250250400400630L砂型類別SHSHSHSH濕砂型0.511.52200400干砂型1351401.545250鑄造工藝課程設計說明書16自硬砂型1401501.555260垂直芯頭斜度：根據鑄造工藝課程設計手冊表 5-2，取上部芯頭斜度11mm、7mm，下部芯頭斜度 8mm、5mm。表 5-2 垂直型芯頭的斜度型芯頭高度406363100100型芯頭位置型芯頭斜度上部芯頭7111413下部芯頭581117在鑄件生產過程中，為了快速下芯、合箱及保證鑄件的質量，在芯頭的模樣上做出壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽。壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽的示意圖如圖 5-3 所示：圖 5-3 壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽的示意圖壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽的尺寸列入下表 5-3：表 5-3 壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽的尺寸垂直芯頭(mm)350 砂芯110 砂芯e42f53r425.3 芯骨的設計為了保證砂芯在制芯、搬運、配芯和澆注過程中不開裂、不變形、不被金屬液沖擊折斷生產中通常在砂芯中埋置芯骨，以提高其剛度和強度。鑄造工藝課程設計說明書17110 砂芯因為砂芯尺寸較小，而且采用樹脂砂，故砂芯強度較好，砂芯內不用放置芯骨。350 砂芯根據鑄造工藝課程設計手冊表 5-4 設計芯骨，芯骨如圖 5-4 所示。表 5-4 芯骨尺寸與吃砂量芯骨材料砂芯尺寸芯骨尺寸截面尺寸芯骨吃砂量鑄鐵350*370300*30020*10*302030圖 5-4 芯骨鑄造工藝課程設計說明書186 澆注系統的設計澆鑄系統是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道，通常由澆口杯、直澆道、直澆道窩、橫澆道和內澆道等單元組成。正確的設計澆鑄系統使金屬液平穩(wěn)而又合理的充滿型腔，對保障鑄件質量有很重要的作用。因此澆筑系統的設計應該遵循以下幾條原則：（1）引導金屬液平穩(wěn)、連續(xù)地充滿型腔，避免由于湍流過度強烈而造成夾卷空氣、產生金屬氧化物夾雜和沖刷分流塞。（2）充型過程中流動的方向和速度可以控制，保證對鋼軌截面的沖刷均勻、砂型輪廓清晰、完整。（3）在合適的時間內充滿型腔，避免形成夾砂、冷隔、皺皮等缺陷。（4）調節(jié)鑄型內的溫度分布，有利于強化鑄件補縮、防止鑄件變形、裂紋等缺陷。（5）具有擋渣、溢渣能力，凈化金屬液。（6）澆注系統結構應簡單、可靠，減少金屬液消耗，便于推瘤。6.1 澆注系統的選擇澆注系統的引入位置影響到澆注系統結構類型的確定，同時對液態(tài)金屬充型方式、鑄型溫度分布鑄件質量影響很大。澆注系統根據其內澆口的設置位置，可分為頂注式澆注系統、底注式澆注系統、中間注入式澆注系統和階梯式澆注系統。對于中小鑄件多采用將內澆口開設在鑄型的分型面處,可以采用頂注式、底注式和中間注入式的澆注系統,對于大型鑄件可以采用階梯式澆注系統。頂注式澆注系統的充型能力強,有利于冒口的補縮，但對鑄型底部的沖擊較大，金屬液在充型過程中容易二次氧化；底注式澆注系統充型過程平穩(wěn)，金屬液不容易氧化，缺點是不利于頂部冒口的補縮，金屬液的充型能力相對較差；中間注入式澆鑄系統同時具有頂注式澆注系統和底注式澆注系統的優(yōu)點和缺點；階梯式澆注系統具有充型能力強、充型平穩(wěn)、金屬液不易氧化、補縮能力強的優(yōu)點，但鑄造工藝課程設計說明書19其缺點是結構復雜，消耗的金屬液量多。根據本題目鑄造工藝方案的設計，據鑄造工藝手冊常用合金砂型鑄造澆口比及其應用采用開放式式澆注系統。6.2 各交道口截面積計算鑄件重量：987kg，每箱一件。采用開放式澆注系統根據鑄造工程師手冊表（6-89）選取：單個內澆道截面積 4.8cm2，八個內澆道，內澆道截面積共 38.4cm2，橫澆道截面積 16.2cm2，直澆道截面積 19cm2。6.3 各交道口大小6.3.1 直澆道大小本次設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、小型鑄件。表 6-1 常用球墨鑄鐵個組元截面積編號內澆道編號橫澆道編號直澆道abcF內abcF內DF內1181661.011812203.01203.12232171.521914223.62234.23252381.9232315254.83275.74282692.442418265.44296.353028102.953022328.45359.863835113.8634234011.464113.374238124.8740304616.27501984640135.685038592285725.5根據鑄造工程師手冊表（6-1） ，D=50mm 如圖 6.1 所示。鑄造工藝課程設計說明書20圖 6.1 直澆道截面6.3.2 橫澆道大小根據鑄造工程師手冊表（6-1） ，a=40mm，b=30mm，h=46mm。如圖 6.2 所示。圖 6.2 橫澆道截面6.3.3 內澆道大小根據鑄造工程師手冊表（6-1） ，a=42mm，b=38mm，h=12mm。如圖 6.3 所示。圖 6.3 內澆道截面鑄造工藝課程設計說明書216.3.4 冒口設計球墨鑄鐵生產中以暗冒口應用最廣，而且一般設計成澆道通過冒口進入鑄件的澆冒口系統。通過熱圓節(jié)法計算冒口直徑，通過測量得到熱節(jié)處直徑為 230mm，代入下列公式得：mmDhmmDBmmDHmmdDmmmmy100)35. 03 . 0(128)7 . 04 . 0(384)5 . 12 . 1 (320)5 . 32 . 1 (m根據鑄件模數計算公式： （公式 6.1）AVM 式中：M 表示鑄件模數；V 表示鑄件體積；A 表示鑄件散熱面積。通過三維軟件可以得出，鑄件體積 137088cm3，鑄件散熱面積 27241cm2。將數據代入式中得到鑄件模數為 5.033cm。根據公式 （公式 6.2）BMDm6 . 4計算冒口直徑，代入數據計算得 Dm=31.1cm。與熱圓節(jié)法所得冒口直徑接近，故冒口設計合理。6.3.5 冷鐵設計冷鐵是控制鑄件凝固順序和冷卻速度的一種激冷物。冷鐵不僅可以防止鑄件產生縮孔和縮松、裂紋和變形，而且可以細化組織，提高鑄件表面硬度和耐磨性。本次設計采用板型外冷鐵，外冷鐵是鑄型的一部分，和鑄件不熔接，用后可回收，重復使用。冷鐵厚度；冷鐵間距 25mm，長度 200mm。冷鐵形狀及位置mmTB70)8 . 03 . 0(如 6.4 圖所示。鑄造工藝課程設計說明書22圖 6.4 冷鐵擺放位置6.3.6 澆注時間計算合適的澆注時間與鑄件的質（重）量和結構、鑄型工藝條件、合金種類及選用的澆注系統等有關，澆注時間對鑄件質量有比較總要的影響。根據鑄造工程師手冊可知澆注時間計算公式為 （公式 6.3）Gkt3t澆注時間k系數G型腔內金屬液重量鑄件平均壁厚代入數據計算得 t=92s。由以上所述，故得到該零件所采用的是開放式-頂注式澆注系統，由于零件大型鑄件且屬于單件生產，所以采用一箱一件。為了提高生產率、產品質量等，故得到澆注系統，如圖 6.4 所示。鑄造工藝課程設計說明書23圖 6.4 澆注系統鑄造工藝課程設計說明書247 工藝裝備7.1 模樣及模板模樣的材質有多種。木模樣適用于單件、小批量或成批生產的模樣，特點是重量輕、易加工，但強度低、尺寸精度低；鑄鐵模樣適用于大中型且大量生產的 模樣，其特點是加工后強度及硬度高、耐用且價廉；塑料模樣適用于成批及大量 生產鑄件，特別適合于形狀復雜難以加工的模樣，特點是重量輕、制造工藝簡單， 但較脆且不能受熱。本鑄件屬于用機器造型的方法進行小件大批量生產，所以本鑄件選擇木模制作模樣，上、下模板如圖 7-1，圖 7-2 所示：圖 7-1 上模板鑄造工藝課程設計說明書25圖 7-2 下模板7.2 芯盒制作砂芯過程中必須用到芯盒，芯盒設計的合理與否對砂芯的質量具有關鍵作用，也會直接影響到鑄件的質量。在對芯盒的設計制作過程中必須符合下面幾點要求：（1）在設計芯盒結構時需要根據生產的批量進行相配；（2）制作出的芯盒必須具有一定的強度、剛度和耐磨性等方面優(yōu)點，從而保證設計出的芯盒具有一定的使用壽命；（3）芯盒的類型選擇和尺寸要求要根據設計的砂芯形狀和尺寸進行合理設計；（4）在確保砂芯設計合理的情況下，可以通過減小芯盒尺寸等因素來降低芯盒重量，鑄造工藝課程設計說明書26從而減輕能耗和勞動強度；（5）設計的芯盒需要方便操作，在其制作過程盡量可以簡單，降低生產成本；綜合封閉開關所使用地造型方法，因為鑄件使用樹脂砂造芯，所以選用自硬芯盒法手工制芯。其優(yōu)點可以制作方便，降低制作成本。端蓋有 8 個砂芯共三種，其結構如圖 7-3 所示： 圖 7-3 芯盒圖7.3 砂箱本鑄件采用的是一箱 1 件。模樣的最小吃砂量為最小砂量，考慮到澆注系統的設計，砂箱的尺寸選擇為 1450mm1450mm500mm。在澆注系統設計中，僅設計了一條直澆道，分別流向兩邊橫澆道，再通過內澆道流向鑄件。具體如圖 7-4 所示。圖 7-4 合箱圖鑄造工藝課程設計說明書278 結結 論論 本次對端蓋的鑄造工藝課程設計中，我去圖書館借閱了許多相關書籍，仔細研究所做課題的設計過程和注意事項。通過一段時間的學習我對自己的課題更加了解，在軟件制圖上的應用方面也有了很大提升，在繪制端蓋零件圖時遇到復雜結構，在向老師請教后，成功解決了問題。我選用砂型鑄造是因為此鑄件璧薄且內部結構復雜，還是中型零件單件成產。分型面的選擇非常合適，選在零件的對稱線上，易分型，澆注更充分。從澆注系統上分析，采用頂注開放式澆注系統，其具有阻渣性能好，不易吸氣，內澆道易清理，金屬消耗少，不易氧化，金屬澆注平穩(wěn)且不噴射等優(yōu)點。把直澆道放置于靠近砂箱內壁處，便于澆注。經分析此方案選用的參數合理，澆注系統設計優(yōu)良和有可行性，可以在實際生活中使用。鑄造工藝課程設計說明書28致 謝感謝各位老師在設計過程中給予的指導以及在設計過程中所給予幫助的同學，通過這次的設計對鑄造工藝設計有了更近一步的了解和學習，能夠對一些設計中出現的問題自行獨立找出原因并加以解決。鑄造工藝課程設計說明書29參 考 文 獻1 李魁盛. 鑄造工藝設計基礎M. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1981.2 葉榮茂. 鑄造工藝課程設計手冊M. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學出版社, 1995.3 李新亞. 鑄造手冊鑄造工藝M. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2011.4 中國機械工程學會鑄造學會. 鑄造手冊第 4 卷造型材料M.北京: 機械工業(yè)出版社, 2002.5 聯合寫組編. 砂型鑄造工藝設計及工裝設計M. 北京: 北京出版社, 1980.6 石德全. 造型材料M. 北京: 北京大學出版社. 2009, 9: 184-222.7陸文華, 李隆盛, 黃良余. 鑄造合金及熔煉M. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2012, 8: 262-278.8 李榮德, 米國發(fā)等. 鑄造工藝學M. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2013.9 李宏英, 趙成志. 鑄造工藝設計M. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2005.10中國機械工程學會鑄造分會. 鑄造手冊: 第 5 卷鑄造工藝M. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1994.11吳光鋒. 鑄造工藝裝備設計手冊M. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1999.12王建國, 安娜. 機械制圖M. 內蒙古: 內蒙古大學出版社, 2011, 1: 3-7.鑄造工藝課程設計說明書附錄 第 1 頁