閥蓋零件鑄造工藝設(shè)計(jì)

閥蓋零件鑄造工藝設(shè)計(jì),零件,鑄造,工藝,設(shè)計(jì) 閥蓋鑄造工藝設(shè)計(jì) 鑄 造 工 藝 卡 013 QT400-10 共1頁 第1頁 產(chǎn)品名稱 閥蓋 每臺(tái)件數(shù) 1 澆冒口重 6.8kg 零件圖號(hào) A3 每型件數(shù) 1 每型金屬液 22.8kg 零件名稱 軸承座 凈 重 14kg 活塊數(shù) 0 材 質(zhì) QT400-10 毛 重 16kg 芯 盒 數(shù) 1 準(zhǔn) 備 　砂　　　 箱 砂芯數(shù)量 1個(gè) 上箱 600mm×650mm×300mm 1#芯盒 600mm×400mm×300mm 下箱 600mm×650mm×300mm 2#芯盒 600mm×400mm×300mm 備 砂 型 砂 樹脂砂 芯 砂 605樹脂砂 涂料 造 芯 設(shè) 備 震動(dòng)落砂機(jī) 硬化方法 造 型 設(shè) 備 造型機(jī) 硬化方法 自硬 易割冒口數(shù) 0 直澆道尺寸 Φ35 橫澆道尺寸 Φ30 內(nèi)澆道尺寸 Φ35 直澆道數(shù)量 1 橫澆道數(shù)量 1 內(nèi)澆道數(shù)量 2 合 箱 合箱至澆注時(shí)間 9s 澆注溫度 1400℃ 開箱時(shí)間 3h 工藝要求要求及操作要點(diǎn)： 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4.2mm； 4.鑄件單向澆。 鑄造工藝課程設(shè)計(jì) 說明書 設(shè)計(jì)題目 閥蓋零件鑄造設(shè)計(jì) 學(xué) 院 年 級(jí) 專 業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 I 鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 目錄 1 前 言 1 1.1鑄造工藝技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用介紹 1 1.2本文的研究?jī)?nèi)容 1 2 零件結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求 3 2.1零件的結(jié)構(gòu) 3 2.2鑄造方法及砂型選擇 5 2.2.1鑄造方法的選擇 5 2.2.2型砂、芯砂類型的選擇 5 2.3 閥蓋材質(zhì) 6 3 閥蓋鑄造工藝方案 7 3.1澆注位置的選擇 7 3.2分型面的確定 8 3.3合箱面與吃砂量確定 10 3.4閥蓋砂型鑄造工藝參數(shù)確定 11 3.4.1 鑄件尺寸公差選擇 11 3.3.2 最小鑄出孔及槽的選擇 12 3.3.3 機(jī)械加工余量的選擇 13 3.3.4 鑄件收縮率 13 3.3.5 起模斜度 14 4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 4.1澆注系統(tǒng)類型選擇 15 4.2澆注系統(tǒng)尺寸的設(shè)計(jì) 16 4.3冒口的設(shè)計(jì) 20 5 鑄造砂箱、模樣和芯盒的設(shè)計(jì) 21 5.1設(shè)計(jì)和選用砂箱的基本原則 21 5.2砂箱類型的選擇 21 5.3芯盒的設(shè)計(jì) 22 5.4模樣圖設(shè)計(jì) 24 6 結(jié) 論 26 7 致 謝 27 參考文獻(xiàn) 28 2 1 前言 1.1鑄造工藝技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用介紹 鑄造工藝是一種高效的毛坯生產(chǎn)方式，毛鑄造毛坯是使用最廣泛的一種。鑄造毛坯可以制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸范圍廣、材料多樣的方法。鑄件是一種制造成本，適合大批量生產(chǎn)的毛坯制造方案，為保證鑄件質(zhì)量，減少鑄件內(nèi)部氣孔、縮孔、表面夾渣等常見的鑄造缺陷，需要對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)、鑄造工藝、澆注條件等各方面進(jìn)行考慮。 砂型鑄造是常用的鑄造方法，為了避免鑄件中產(chǎn)生縮孔、夾渣、裂紋等缺陷，造成零件報(bào)廢。鑄造工藝的設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)鑄件內(nèi)部質(zhì)量有直接的影響。目前，國(guó)內(nèi)機(jī)械制造行業(yè)，有很多零部件都是采用鑄造方式生產(chǎn)，一方面是鑄造方式不受零件結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜程度、尺寸大小、材料的限制，其適用性非常廣，且生產(chǎn)批量大，成本低。另一方面，鑄造方式發(fā)展出各種各樣，有消失模鑄造、熔模鑄造，壓力鑄造，擠壓鑄造等方式，且新的砂型材料、涂料，新的熔煉工藝出現(xiàn)，提供了鑄件表面質(zhì)量，可以實(shí)現(xiàn)少加工余量，甚至是無加工余量的零件毛坯生產(chǎn)。 鑄造工藝是否合理對(duì)鑄件質(zhì)量有重要影響，一般而言，造成鑄件毛坯產(chǎn)生鑄造缺陷的因素是復(fù)雜多樣的，如材料選用、模具結(jié)構(gòu)、金屬熔煉與澆注、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理、鑄造工藝流程、涂料及保溫措施、補(bǔ)縮系統(tǒng)等環(huán)節(jié)都可能造成鑄件品質(zhì)不合格。通過現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)證明，現(xiàn)有鑄件出現(xiàn)的各類鑄造缺陷，都可以通過改善模具結(jié)構(gòu)、澆注工藝參數(shù)，金屬熔煉工藝、涂料使用等等措施來消除，通過改善鑄造工藝來避免的，也可以通過后期的處理來消除。 1.2本文的研究?jī)?nèi)容 任務(wù)書下發(fā)的研究對(duì)象是閥蓋零件，完成閥蓋零件的砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)。通過對(duì)鑄件的結(jié)構(gòu)尺寸、壁厚及材質(zhì)，選擇砂型重力鑄造方法。這里閥蓋材料為球磨鑄鐵QT400-10。鑄件是一種制造成本，適合大批量生產(chǎn)的毛坯制造方案，為保證鑄件質(zhì)量，減少鑄件內(nèi)部氣孔、縮孔、表面夾渣等常見的鑄造缺陷，需要對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)、鑄造工藝、澆注條件等各方面進(jìn)行考慮。本文完成的工作包含閥蓋結(jié)構(gòu)及工藝性分析，確定砂型材料、砂型制造方案，對(duì)分型面、澆注位置進(jìn)行多種方案對(duì)比分析，對(duì)澆注系統(tǒng)的結(jié)合尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，排氣孔進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)砂箱及模板設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。 閥蓋的鑄造工藝設(shè)計(jì)。我查閱了相關(guān)資料和書籍后，主要進(jìn)行了鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性分析、鑄造工藝設(shè)計(jì)及鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)。本文的內(nèi)容如下： （1）學(xué)習(xí)及掌握閥蓋鑄造工藝設(shè)計(jì)的相關(guān)專業(yè)知識(shí)； （2）完成鑄件圖和鑄造工藝圖； （3）閥蓋的結(jié)構(gòu)尺寸與工藝要求，設(shè)計(jì)一套鑄造工藝方案，設(shè)計(jì)2種分型面的方案進(jìn)行對(duì)比分析，選擇一種最優(yōu)的方案。 （4）鑄造工藝參數(shù)的確定，機(jī)械加工余量、收縮率、起模斜度、 （5）澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、計(jì)算澆注時(shí)間，對(duì)內(nèi)澆道、橫澆道、直澆道各截面尺寸計(jì)算等； （6）模樣的結(jié)構(gòu)尺寸、模板的材料與定位、砂箱尺寸、材料、定位，合箱注意事項(xiàng)等； 鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 2 零件結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求 2.1 零件的結(jié)構(gòu) 本文研究的對(duì)象是的閥蓋如圖2.1所示，閥蓋零件形狀比較簡(jiǎn)單，壁厚22.5~42mm，零件各部位的壁厚尺寸較為均勻，通過查閱鑄造工藝手冊(cè)，QT400-10材質(zhì)在閥蓋零件的壁厚可以滿足鑄造工藝對(duì)材料流動(dòng)性的要求，鑄件壁厚均勻，也不會(huì)有大熱節(jié)造成鑄件縮孔縮松。 圖2.1 閥蓋零件圖 閥蓋零件最大外形尺寸360mm×360mm×192mm ，通過采用CREO軟件進(jìn)行三維建模，設(shè)置模型實(shí)體密度為7.3g/mm3，通過利用分析-測(cè)量實(shí)體命令，計(jì)算得到閥蓋零件的質(zhì)量為16 kg，屬于小型鑄件。底部的六個(gè)孔，直徑Ф36mm，翻查文獻(xiàn)可知，用于單件、小批量生產(chǎn)時(shí)，球鐵最小鑄出孔直徑為Φ45mm，故本鑄件不直接鑄出，采用二次加工出孔。 根據(jù)現(xiàn)有的零件圖，運(yùn)用CREO軟件，畫出此閥蓋的零件圖，如圖2.2所示。 圖2.2 零件三維CREO示意圖 2.2鑄造方法及砂型選擇 2.2.1鑄造方法的選擇 鑄造工藝是一種高效的毛坯生產(chǎn)方式，毛鑄造毛坯是使用最廣泛的一種。鑄造毛坯可以制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸范圍廣、材料多樣的方法。該零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，選用砂型鑄造。砂型鑄造的優(yōu)勢(shì)有： （1）砂型鑄造成本低； （2）砂型鑄造生產(chǎn)靈活，既適用于單件小批量生產(chǎn)，又適用于大批量生產(chǎn)； （3）砂型鑄造可以用于生產(chǎn)大型鑄件。 本文中選用濕型，濕型比較簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)。 2.2.2型砂、芯砂類型的選擇 選用自硬樹脂砂造芯。自硬樹脂砂的優(yōu)勢(shì)有： （1）樹脂砂與粘土砂相比鑄件尺寸精度高，表面粗糙度低，可以顯著減低鑄件廢品率； （2）自硬樹脂砂能常溫自硬成型，節(jié)能節(jié)材； （3）芯砂在可使用時(shí)間內(nèi)流動(dòng)性好，能在較小緊實(shí)力的作用下，較好地充填形狀復(fù)雜的型、芯各個(gè)部位，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度； （4）芯砂的潰散性好，鑄件落砂、清理容易。 此零件采用兩箱手工造型，造型時(shí)先將上砂型舂好，然后翻箱，舂實(shí)下砂型。這種工藝適用范圍廣，操作簡(jiǎn)便，不需要復(fù)雜的設(shè)備、生產(chǎn)靈活，因而適合于各種生產(chǎn)批量的鑄件。此次分析的閥蓋零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壁厚均勻，且生產(chǎn)批量大。這里為保證生產(chǎn)效率，降低制造成本，這里選擇采用砂型鑄造工藝。 材 料 性 能 一級(jí)硅砂98 膨潤(rùn)土 10~15 有機(jī)水溶性粘結(jié)劑1.5~3.0 水分 6~8 濕壓強(qiáng)度 50~70 /k Pa 濕透氣性 ≥200 本設(shè)計(jì)中選擇干型砂，干型砂的配比如表2.1所示。鑄型采用機(jī)械造型，機(jī)械造型其砂型壓實(shí)度高，尺寸精度高。 表2.1 干型砂的成分配方（重量 % ） 干型砂主要是以膨潤(rùn)土加上有機(jī)水溶劑進(jìn)行粘接，且透氣性非常好，這樣可以保證砂型表面具有良好的透氣性，減少鑄件產(chǎn)生氣孔、砂眼可能。另外，干型砂的強(qiáng)度適中，退讓性非常好，方便落砂，它使用的有機(jī)粘結(jié)劑的不需要特殊烘干流程。因此，干型砂不經(jīng)固化、具有良好的濕強(qiáng)度，便于砂型的轉(zhuǎn)運(yùn)，所以造型效率高、生產(chǎn)周期短、材料成本低。 2.3 閥蓋材質(zhì) 閥蓋零件的材料為QT400-10；球磨鑄鐵具有良好的吸震、耐熱、澆注工藝性能好等多種性能優(yōu)勢(shì)，其化學(xué)成分如表2.2所示。 表2.2 球磨鑄鐵QT400-10化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%） C Si Mn Ni P S Fe 3.0~3.6 1.40~2.0 0.6~1.0 0.30 ≤0.15 ≤0.12 余量 金屬熔煉時(shí)要嚴(yán)格控制鐵液的化學(xué)成分，要求降低金屬液的有害的硫和磷元素；因?yàn)殚y蓋鑄件整體壁厚較薄，提高其過熱溫度，鐵水表面的浮渣扒干凈，清除金屬液中的非金屬夾雜物和氣體，保證鐵液純凈；澆注的時(shí)候要引氣，澆注溫度控制出鐵溫度為1420℃,澆注溫度為1400℃±40℃； 20 鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 3 閥蓋鑄造工藝方案 3.1澆注位置的選擇 澆注位置涉及的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是將鑄件如何放置在砂箱，放置方向及砂箱所處位置，合理的澆注位置對(duì)分模、砂型的造型、砂芯的設(shè)置、鑄后的開模、型砂后期的清理等各個(gè)環(huán)節(jié)都有重要影響。確定澆注位置的基本原則如下： （1）澆注位置應(yīng)有利于所確定的凝固順序，鑄件厚實(shí)部位一般應(yīng)置于澆注位置上方，以利于設(shè)置冒口補(bǔ)縮； （2）鑄件的重要部位應(yīng)盡量置于下部； （3）重要加工面應(yīng)朝下或呈直立狀態(tài)，朝下的表面或側(cè)立表面通常比較光潔，出現(xiàn)缺陷的可能性小； （4）鑄件的大平面朝下或者成側(cè)立面，避免夾砂、結(jié)疤缺陷； （5）對(duì)具有薄壁部分的鑄件，應(yīng)把薄壁部分放在內(nèi)澆道以下或置于鑄型的下部，以免出現(xiàn)澆不足、冷隔等缺陷； （6）便于下芯、合型及檢驗(yàn)； （7）應(yīng)使合型位置、澆注位置和鑄件冷卻位置相一致。 根據(jù)以上原則，下面閥蓋的澆注位置確定設(shè)計(jì)如圖3.1所示： 圖3.1 澆注位置方案 如圖3.1所示，以閥蓋以中間對(duì)稱面為基準(zhǔn)平面，將閥蓋水平放置。根據(jù)閥蓋的結(jié)構(gòu)，采用兩箱成型，鑄件在上下砂箱各占一半，砂型的造型簡(jiǎn)單。將上部設(shè)置冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，同時(shí)增加上部表面的加工余量，后續(xù)通過加工去掉表面的夾渣等缺陷。 3.2分型面的確定 分型面設(shè)置是便于砂型的造型，模樣的設(shè)計(jì)與后期模樣的設(shè)計(jì)，它影響到澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，砂芯的設(shè)置等，對(duì)鑄件精度及鑄件質(zhì)量有重要影響。一般分型面的設(shè)計(jì)原則，是將分型面設(shè)置在鑄件的最大截面位置，便于砂芯的下芯、砂箱的合型、分型面便于砂型的制造與對(duì)砂型各型腔尺寸的檢查。 砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)中，對(duì)分型面的選擇積累了很多實(shí)用、成熟的經(jīng)驗(yàn)，這里列舉如下： （1）分型面設(shè)置位置，為方便砂型的制造，盡可能的將鑄件全部或大部分分布在同砂型內(nèi)。 （2）分型面的設(shè)置數(shù)量，關(guān)系到了模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，因此分型面的數(shù)目不宜過多。 （3）分型面選用零件的大截面或平面，保證分型面設(shè)置合理，砂箱的高度適中，不宜過高； （4）分型面的設(shè)置就決定了鑄型結(jié)構(gòu)與砂芯安裝與定位方式，因此，必須保證砂芯的安裝方式，定位可靠，且便于檢查型腔尺寸。 （5）分型面是砂箱合箱位置，分型面不能削弱鑄件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)保證加工余量適中，便于砂箱的開模，各澆道的清除與型砂的清理。 （6）分型面的設(shè)置就決定了鑄型結(jié)構(gòu)與砂芯安裝與定位方式，因此，必須保證砂芯的安裝方式，定位可靠，且便于檢查型腔尺寸。 （7）分型面是砂箱合箱位置，分型面不能削弱鑄件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)保證加工余量適中，便于砂箱的開模，各澆道的清除與型砂的清理。 基于出，我設(shè)計(jì)一下兩個(gè)分型面方案以供選擇： （1） 第一種是以中間為原則的設(shè)計(jì)方案，如圖3.2所示。 圖3.2 分型面設(shè)計(jì)方案一 采用兩箱造型，利用型芯和活塊。分型面選擇原則：應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)目;分型面應(yīng)選擇最大截面,盡量選用平面。便于中間下芯，便于設(shè)置澆冒口，不易出現(xiàn)澆不足現(xiàn)象。使軸孔下芯不便。加工基準(zhǔn)面和加工面不在一個(gè)砂型，后續(xù)精度要求可能達(dá)不到。 （2） 第二種設(shè)計(jì)方案如圖3.3所示 圖3.3 分型面設(shè)置方案二 分型面設(shè)置閥蓋上中間對(duì)稱，采用兩箱造型，且鑄件在上下砂型各設(shè)置二分之一，這種結(jié)構(gòu)鑄型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且確定是需要在鑄件上設(shè)計(jì)冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，可以采用中注式澆注系統(tǒng)，其澆道設(shè)置在分型面內(nèi)，造型方便簡(jiǎn)單。因?yàn)樯舷律跋涞暮舷鋵?duì)準(zhǔn)誤差使鑄件產(chǎn)生偏錯(cuò)，這里必須嚴(yán)格控制合模精度。 方案二相對(duì)方案一更簡(jiǎn)單一些，也不易產(chǎn)生澆不足和夾砂等缺陷，型芯更好放置。方案二更利于起模，合箱時(shí)也更不易產(chǎn)生誤差，所需成本比方案一更低一些。 雖然方案二鑄型時(shí)對(duì)加工面的精度要求可能不易達(dá)到，但方案一也存在這個(gè)問題。我認(rèn)為應(yīng)該選擇方案二更好一點(diǎn)。 3.3合箱面與吃砂量確定 閥蓋零件最大外形尺寸360×360×192mm ，鑄件屬于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的小鑄件，這里選擇一箱1件鑄造。 先確定吃砂量，即先確定模樣與各砂箱側(cè)壁的距離，箱頂及箱底和砂箱合箱面之間的距離。吃砂量必須根據(jù)鑄件的尺寸及質(zhì)量、澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等因素確定，不宜過小，整個(gè)砂箱壓緊力不夠，造成鑄造時(shí)跑火或掉砂。 參考《典型鑄造工藝設(shè)計(jì)實(shí)例》P26表1-13，閥蓋鑄件的最小吃砂量為：a=60，b=70，c=45，d或e=50，f=40。 圖3.4 鑄件布局 閥蓋鑄件尺寸較小，這里采用一箱1件造成，閥蓋整體型腔設(shè)置在上砂箱，這樣保證砂型造型方便。另外，閥蓋整體在上砂箱，保證了整體鑄件質(zhì)量。 3.4閥蓋砂型鑄造工藝參數(shù)確定 3.4.1 鑄件尺寸公差選擇 采用砂型重力鑄造工藝制作端面毛坯件，一般為提高鑄件材料利用率，同時(shí)保證各個(gè)加工面有足夠的加工余量，又要控制后續(xù)機(jī)械量，避免過大的加工量造成資源浪費(fèi)。針對(duì)大批量鑄件的生產(chǎn)，參考《鑄造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》查表1-10得：閥蓋尺寸公差為CT9～11級(jí)，這里取CT9級(jí)。 閥蓋零件最大外形尺寸120mm×120mm×64mm ，參考文獻(xiàn)《鑄造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》查表1-9得：尺寸公差數(shù)值為2.5mm。 表3.1 批量生產(chǎn)球磨鑄鐵的尺寸公差等級(jí)（GB/T6414—1999） 方法 公 差 等 級(jí)CT 鑄 件 材 料 銅合金 球磨鑄鐵 球墨球磨鑄鐵 輕金屬合金 手工造型 11~11 9~11 12~13 11~12 機(jī)器造型 10~10 9~10 10~11 10~11 表3.2 鑄件尺寸公差 （mm） 根據(jù)GB/T11351-89標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)砂型鑄件的重量公差的技術(shù)要求，可以確定閥蓋鑄件的重量公差為MT10，閥蓋質(zhì)量為1.6kg，則其重量為公差為20%。 表3.3 重量公差 3.3.2 最小鑄出孔及槽的選擇 根據(jù)鑄件的壁厚及其材質(zhì)，查文獻(xiàn)[1]的表2-15，只有最小鑄出孔為Φ45mm。這樣，分析閥蓋的結(jié)構(gòu)尺寸圖，如圖3.6所示，Φ196孔；Φ114孔、這里均屬于鑄出孔范圍，這里直接鑄出.只有M36的孔需要后期加工而成。 表3.4 鑄件的最小鑄出孔 鑄件厚壁 ＜50 50~100 101~200 ＞200 鑄件最小孔尺寸 灰鑄鐵 25 35 另行規(guī)定 28 40 45 另行規(guī)定 3.3.3 機(jī)械加工余量的選擇 鑄件毛坯一般余量一定量的加工余量，保證在機(jī)械加工中去掉表面的夾渣、砂孔、氧化皮層等，因此設(shè)計(jì)鑄件工藝中，預(yù)先增加并在機(jī)械加工時(shí)切除的金屬層厚度。鑄件表面加工余量的控制，是保證各個(gè)加工面有足夠的加工余量，又要控制后續(xù)機(jī)械量，避免過大的加工量造成資源浪費(fèi)。 表3.5 加工余量參考表 參考文獻(xiàn)資料“國(guó)標(biāo)GB/T11350-89”中對(duì)機(jī)械加工余量的規(guī)定，鑄件機(jī)械加工余量允許值選取需要與鑄件尺寸公差一起使用。 具體針對(duì)閥蓋鑄件而言，鑄件由《鑄造工藝設(shè)計(jì)》查表1-13得：加工余量為E～G級(jí)，取G級(jí)型鑄造大批量生產(chǎn)。 3.3.4鑄件收縮率 鑄件收縮率計(jì)算公式： （3-1） 上式中： ε—鑄造收縮率； L1—模樣長(zhǎng)度； L2—鑄件長(zhǎng)度； 由于鑄件收縮率受到金屬的合金成分和鑄件收縮時(shí)型芯，型腔對(duì)其的阻力大小等因素的影響，一般以實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)確定。 經(jīng)分析閥蓋結(jié)構(gòu)，沒有復(fù)雜的型芯和型腔，因此在冷卻收縮時(shí)受到的阻力較小，可以定為自由收縮。 自由收縮率查表1-14[16]得：自由收縮率為1.0％。 3.3.5起模斜度 為方便鑄件能順利從鑄型中脫離出來，模樣的拔模斜度必須要與出模方向保證相同方向。拔模斜度選取原則是依據(jù)鑄型的造型方法及模樣高度來定。對(duì)于砂型鑄造而言一般取0.5～3°。該閥蓋鑄件的外側(cè)輪廓側(cè)面都需要設(shè)置起模斜度，且這些側(cè)面都屬于加工面，這里采用“增加厚度法”，起模斜度約為1.2o，如圖3.8所示： 圖3.5增加壁厚示意圖 鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1澆注系統(tǒng)類型選擇 砂型鑄造工藝中，澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)金屬液的充型及凝固順序、補(bǔ)縮等起到重要作用，直接決定了鑄件的質(zhì)量。砂型鑄造工藝中，澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)金屬液的充型及凝固順序、補(bǔ)縮等起到重要作用，直接決定了鑄件的質(zhì)量。澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類如下：澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類如下：封閉式澆注系統(tǒng)、半封閉式澆注系統(tǒng)、開放式澆注系統(tǒng)。 澆注系統(tǒng)由以下4部分組成：澆口杯、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道[3]。 本鑄件的澆注系統(tǒng)采用封閉式澆注系統(tǒng)，保證進(jìn)入澆道內(nèi)的金屬液且呈現(xiàn)壓流動(dòng)，充型速度快，沖刷力大，因此需要根據(jù)鑄件尺寸與重量來合理設(shè)置流道截面。 圖4.1 澆注系統(tǒng)方案 閥蓋鑄件的澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。采取一箱1件的布局，以分型面的一支內(nèi)澆道，向兩側(cè)進(jìn)行對(duì)稱澆注。橫澆道設(shè)置下砂箱，下部以搭接形式與鑄型連接。即金屬液從澆口杯進(jìn)入到直澆道，由橫澆道左右分流，金屬液經(jīng)內(nèi)澆道由底向上注入型腔。 該澆注系統(tǒng)方案可以保證充型連續(xù)、流動(dòng)平穩(wěn)，對(duì)砂芯與鑄型的沖擊小，且鑄件各部位充型時(shí)間基本一致，避免出現(xiàn)冷隔、澆不足等缺陷。另外澆道位置設(shè)置合理，便于后期鑄件對(duì)澆道、冒口清除。 4.2澆注系統(tǒng)尺寸的設(shè)計(jì) 為進(jìn)一步計(jì)算鑄件澆注系統(tǒng)及冒口消耗金屬量，這里采用鑄件工藝出品率計(jì)算澆注金屬液總質(zhì)量： (4-1) 表4.1 球磨鑄鐵件工藝出品率[9] 鑄件重量/kg ﹤100 100～1000 ﹥1000 工藝出品率（%） 單件小批生產(chǎn) 65～75 75～80 80～90 成批生產(chǎn) 70～80 80～85 85～90 大量流水生產(chǎn) 75～80 80～85 - 本鑄件的采用一模1件澆注方式，其鑄件重量小于100kg，且為成批量生產(chǎn)，選擇工藝出品率為70%。 G=16×1/0.7=22.8kg （1）澆注時(shí)間的計(jì)算 根據(jù)鑄件的工藝出品率公式計(jì)算出鑄件質(zhì)量約為16Kg，基于經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算澆注時(shí)間： (4-2) 上式中： t為澆注時(shí)間（s）； 型內(nèi)金屬液總質(zhì)量（kg）； S為系數(shù)，根據(jù)鑄件壁厚查表得S取2.2。 代入數(shù)據(jù)可得：澆注時(shí)間為9.0s。 根據(jù)鑄造工藝手冊(cè)澆注質(zhì)量與澆注時(shí)間關(guān)系，確定合理的澆注時(shí)間是保證澆注能力充足的重要保證，也是實(shí)現(xiàn)快速澆注。 表4.1 澆注質(zhì)量與澆注時(shí)間參考值[1] 以內(nèi)澆道為阻流截面，最小阻流截面積計(jì)算公式為： （4-3） 計(jì)算流量系數(shù)μ 本鑄件屬于濕型鑄造，中等阻力，μ=0.42 鐵液在充滿型腔的過程中，其壓力頭是一變值。查表4.2，知Hp=24cm 表4.2鑄件位于上、下型之間時(shí)的平均靜壓頭高度Hp的數(shù)值 由于封閉式澆注系統(tǒng)，最小截面在內(nèi)澆道，綜上所述:將上述數(shù)值代入（4-3）得到最小截面積為128mm2。 （2）確定澆注系統(tǒng)各組元的比例 閥蓋屬于小型鑄件，鑄造方式是砂型鑄造，通過計(jì)算最小阻尼面積后確定內(nèi)澆道截面積，選擇澆注系統(tǒng)各組元的比例關(guān)系： 表4.3 澆注系統(tǒng)各組元截面比例推薦 橫澆道和直澆道的截面積可根據(jù)選定的各組元的比例關(guān)系，以及通過計(jì)算 所得內(nèi)澆道總截面積，就可依次算出來。 圖4.2 內(nèi)澆道截面 根據(jù)閥蓋鑄件的重量單支內(nèi)澆道的面積為S=8.7mm2，由《鑄造實(shí)用手冊(cè)》查表1.4-75，矩形內(nèi)澆道的截面尺寸為：a=35mm，b=30mm；c=18mm; 橫澆道是連通直澆道與內(nèi)澆道的部分，具有儲(chǔ)留最初澆入的含氣和渣污的低溫金屬液的作用。本次設(shè)計(jì)中采用單向橫澆道，橫澆口分為1支，S橫=8.25mm2，橫澆道形狀取梯形斷面形狀如圖4.3所示，梯形斷面尺寸設(shè)計(jì)為：A=30mm，B=25mm，C=30mm。 圖4.3 橫澆道的截面 直澆道是澆口杯與橫澆道直接的部分，主要功用是引導(dǎo)金屬液向下進(jìn)入橫澆道、內(nèi)澆道，提供足夠的壓力頭，使金屬液在重力作用下能克服流動(dòng)阻力完成充型。這里直澆口設(shè)計(jì)為1支，取圓形截面形狀如圖4.4所示。 圖4.4 直澆道截面示意圖 為了方便取模直澆道做成上小下大的倒圓錐形，直澆道距離澆口杯位置截面為9.6mm2，則圓形斷面：D=35mm， 澆口杯承接來自澆包的金屬液體，減輕金屬液對(duì)型腔的沖擊，避免金屬液的飛濺與溢出，還能夠分離渣滓和氣泡，阻止其進(jìn)入型腔。常用的澆口杯類型包含漏斗形、盆型、池槽型三種。因本設(shè)計(jì)中的鑄件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量也較小，這里選擇漏斗形澆口杯。查《鑄工實(shí)用技術(shù)手冊(cè)》表2.7-4澆口杯容量0.5kg, 大端直徑為60mm，小端直徑為30mm，高度為50mm。 澆口杯形狀如圖4.5所示： 圖4.5澆口杯 4.3冒口的設(shè)計(jì) 冒口是用于把型腔內(nèi)的氣體排出砂型外的通道，能夠提高金屬液充型力、減少了氣孔等缺陷的產(chǎn)生，同時(shí)也可以去除在型腔中的過冷金屬液與浮渣。 對(duì)于這個(gè)鑄件來說，根據(jù)前面的計(jì)算的體積和表面積的數(shù)值，代入下面的公式： Mr=Vr/Sr （4-4） （4-5） 式中： Mr、Mc——分別為冒口模數(shù)和鑄件模數(shù)； Kr、Kc——分別為冒口和鑄件的凝固系數(shù)。 將V=3123.29mm3,表面積950mm2，計(jì)算可得模數(shù)約為3.28，大于球鐵件干型砂實(shí)用冒口模數(shù)2.5，故不需要設(shè)計(jì)冒口，通過澆注系統(tǒng)即可達(dá)到要求。 鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 5 鑄造砂箱、模樣和芯盒的設(shè)計(jì) 5.1 設(shè)計(jì)和選用砂箱的基本原則 砂箱是鑄造生產(chǎn)單位最主要的工藝裝備，它是砂型的成形和運(yùn)輸工具，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)鑄件的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、勞動(dòng)強(qiáng)度都有很大影響。砂箱的設(shè)計(jì)內(nèi)容有砂箱類型材質(zhì)選擇、尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、定位及固定方式。要滿足鑄造工藝要求。如砂箱和模樣間應(yīng)有足夠的吃砂量，不嚴(yán)重阻礙鑄件收縮等。砂箱制造要盡可能標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于制造。砂箱應(yīng)該具有一定的強(qiáng)度和剛度，避免澆注和搬運(yùn)過程中不會(huì)發(fā)生變形。砂箱尺寸、形狀結(jié)構(gòu)要滿足現(xiàn)有設(shè)備的使用要求，符合鑄造工藝流程。對(duì)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。應(yīng)當(dāng)在箱壁處設(shè)置排氣孔，一遍澆注時(shí)排除多產(chǎn)生的氣體。 5.2 砂箱類型的選擇 砂箱的類型主要分為整鑄型、焊接型和裝配型，其中整鑄型是用鑄鐵、球磨鑄鐵或鑄造鋁合金整體鑄造而成的砂箱，應(yīng)用范圍比較廣；焊接型是用鋼板或特殊型材焊接而成；裝配型是由鑄造的箱壁、箱帶等元件，用螺栓組裝而成的砂箱，其翻箱困難，精度不好控制。本鑄件造型大，其中尺寸要求較為嚴(yán)格所以宜采用成本低、強(qiáng)度高、精度較好且安裝容易的整鑄型砂箱，采用機(jī)器造型。 砂箱在砂型的成形和運(yùn)輸?shù)倪^程中占有重要作用，砂箱的尺寸包括長(zhǎng)度、寬度、高度。閥蓋零件屬于小型零件質(zhì)量不超過 25kg，采用的也是小型砂箱，其長(zhǎng)度和寬度尺寸范圍為 600mm×700mm～600mm×700mm。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所設(shè)計(jì)的砂箱的長(zhǎng)度和寬度要保證是 50mm 或者 100mm 的倍數(shù)，高度是 20mm 或者 50mm 的倍數(shù)，根據(jù)閥蓋零件的質(zhì)量及尺寸要求，可選擇的砂箱的尺寸為： 上箱：長(zhǎng)×寬×高=600mm×650mm×300mm 下箱：長(zhǎng)×寬×高=600mm×650mm×300mm 查《鑄造工藝手冊(cè)》可知閥蓋零件鑄型的最小吃砂量如下表所示： 鑄件重量（公斤） 最小吃砂量 砂箱尺寸 A+B/2 a b c d 或 e f g＜5 20 30 40 30 30 20 ≤4005～10 20 40 50 40 30 20 11～25 30 50 60 50 30 30 401～700 26～50 40 60 70 60 40 40 可知該閥蓋零件的最小吃砂量 a=20mm b=30mm c=40mm d 或 e=30mm f=30mm g=20mm。 圖5-1 砂箱示意圖 5.3 芯盒的設(shè)計(jì) 基于前面對(duì)于鑄件內(nèi)部尺寸的要求，按照參考文獻(xiàn)中的要求。制作砂芯過程中必須用到芯盒，芯盒設(shè)計(jì)的合理與否對(duì)砂芯的質(zhì)量具有關(guān)鍵作用，也會(huì)直接影響到鑄件的質(zhì)量。 在對(duì)芯盒的設(shè)計(jì)制作過程中必須符合下面幾點(diǎn)要求： （1）在設(shè)計(jì)芯盒結(jié)構(gòu)時(shí)需要根據(jù)生產(chǎn)的批量進(jìn)行相配； （2）制作出的芯盒必須具有一定的強(qiáng)度、剛度和耐磨性等方面優(yōu)點(diǎn)，從而保證設(shè)計(jì)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(jù)設(shè)計(jì)的砂芯形狀和尺寸進(jìn)行合理設(shè)計(jì)； （4）在確保砂芯設(shè)計(jì)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，從而減輕能耗和勞動(dòng)強(qiáng)度； （5）設(shè)計(jì)的芯盒需要方便操作，在其制作過程盡量可以簡(jiǎn)單，降低生產(chǎn)成本； 綜合封閉開關(guān)所使用地造型方法，因?yàn)殍T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(diǎn)可以制作方便，降低制作成本。其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖5-2 芯盒圖 5.4 模樣圖設(shè)計(jì) 木質(zhì)模樣具有輕便、容易加工、來源廣、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，而且木模的傳熱系數(shù)小，有利于樹脂砂的硬化，適合于手工造型單件小批量生產(chǎn)的鑄件。在本次設(shè)計(jì)中采用多塊紅松木料合理拼接組合制成模樣。上、下模板如圖所示： 圖5-3 上模版裝配圖 圖5-4 下模板裝配圖 25 鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 6 結(jié) 論 世界上發(fā)展不會(huì)停滯的工業(yè)門類之一就是鑄造行業(yè)，鑄造行業(yè)支撐起了我國(guó)制造業(yè)的騰飛，可謂是功不可沒，有許多行業(yè)都需要鑄造工藝制造出較高力學(xué)、加工及結(jié)構(gòu)性能的一次成型的球磨鑄鐵零件。球磨鑄鐵行業(yè)的未來必然趨向于高精度，高效率。怎么去提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量成為了當(dāng)下一個(gè)非常重要的問題。對(duì)于我們機(jī)械行業(yè)從業(yè)者來說，我們最大的幸福就是想辦法提高我國(guó)該行業(yè)在國(guó)際上的領(lǐng)導(dǎo)力。為此，我們要努力實(shí)現(xiàn)這一偉大的理想。此次鑄造工藝時(shí)我去圖書館借閱了許多相關(guān)書籍，仔細(xì)研究所做工藝設(shè)計(jì)過程和注意事項(xiàng)。通過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)我對(duì)自己的課題更加了解，在軟件制圖上的應(yīng)用方面也有了很大提升。 7 致謝 本次在慢慢的學(xué)習(xí)和實(shí)踐中完成的，并在朱老師的指導(dǎo)之下一步步完善的。通過查閱書籍，網(wǎng)上查找相關(guān)資料，大致完成了設(shè)計(jì)的過程，并且收益頗多。在此特別感謝朱老師的殷勤指導(dǎo)，是設(shè)計(jì)得以完成的重要保障。 27 鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 參考文獻(xiàn) [1]鑄造手冊(cè)—鑄造工藝/中國(guó)機(jī)械工程協(xié)會(huì)鑄造分會(huì)編[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社2003.1. [2]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì).鑄造手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社. [3]徐允長(zhǎng).鑄造工技術(shù)（高級(jí)）[M].化學(xué)工業(yè)出版社. [4]沈其文.材料成型工藝基礎(chǔ)[M].華中科技大學(xué)出版社. [5]國(guó)家職業(yè)資格培訓(xùn)教材編審委員會(huì).鑄造工（技師、高級(jí)技師）[M].機(jī)械工業(yè)出版社. [6]張代東.機(jī)械工程材料應(yīng)用基礎(chǔ)[M].機(jī)械工業(yè)出版社. [7]佐騰兼弘.球磨鑄鐵用原材料的現(xiàn)狀及其發(fā)展動(dòng)向[J]. 2005, 47. [8]J.Wu.吹砂造型和充砂造型的計(jì)算機(jī)模[J].2006, 114, 419- 427. [9]P. Scarber.鑄型和粘結(jié)劑對(duì)鋁鑄件澆注時(shí)放出氣體的影響[J]. 2002, 114, 435- 445. [10] V. F. Okhuysen.熔模鑄造用漿料組分的表示方法[J]. 2006, 114,457- 464. [11]S. S. Mroz.2006.拋丸清理對(duì)球磨鑄鐵鑄態(tài)表面影響的量化[J]. 114, 493- 505. [12]E.N.Pan.2005.熱膨脹系數(shù)小的球磨鑄鐵的冒口設(shè)計(jì)[J]. 114, 535-550. [13]S.Kuyucak.耐磨性好的含超硬碳化物形成元素的高鉻白口球磨鑄鐵[J].2006, 114, 551- 573. [14]王恩萬.顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料耐漿料沖蝕磨損性能的研究[J].2001，15-16. [15]廖景娛.金屬構(gòu)件失效分析[M].2003，109-126. [16]黃天佑.快速成型技術(shù)及其在鑄造中的應(yīng)用[J]. 鑄造,1995, (02) . [17]高秀蘭,韓玉強(qiáng)鑄件澆注系統(tǒng)[J] ,熱加工工藝.2002, (05). [18]李玉慶.合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng),減少夾渣缺陷[J].山東內(nèi)燃機(jī)廠, 2002, (04). 28