固定鉗身鑄造工藝設計

固定鉗身鑄造工藝設計,固定,鑄造,工藝,設計 佳木斯大學佳木斯大學Jiamusi University學生姓名：王曉宇學生姓名：王曉宇學學 號：號：17080140212指導教師：孫建波指導教師：孫建波固定鉗身鑄造工藝設計固定鉗身鑄造工藝設計20202020秋材料成型及控制工程專業(yè)秋材料成型及控制工程專業(yè)鑄造工藝課程設計答辯鑄造工藝課程設計答辯目錄目錄佳木斯大學佳木斯大學 澆注系統(tǒng)的設計澆注系統(tǒng)的設計3 3 固定鉗身結構及技術要求固定鉗身結構及技術要求1 1 移動板的鑄造工藝方案移動板的鑄造工藝方案2 2 鑄造工藝裝備的設計鑄造工藝裝備的設計4 4 鑄件生產(chǎn)工藝設計鑄件生產(chǎn)工藝設計5 5 1 1 固固定定鉗鉗身身結結構構及及技技術術要要求求佳木斯大學佳木斯大學1.1零件的結構分析零件的結構分析固定鉗身是利用螺桿或其他機構使兩鉗口作相對移動而夾持工件的工具。根據(jù)使用的場合一般分為鉗工虎鉗和固定鉗身兩種類型。固定鉗身是一種機床附件，又稱平口鉗，它通常用于機床的工作臺，例如銑床，鉆床，牛頭刨床和平面磨床。它也廣泛用于現(xiàn)代數(shù)控機床。固定鉗身三維圖如下：固定鉗身三維圖1 1 固定鉗身結構及技術要求固定鉗身結構及技術要求 1 1 固固定定鉗鉗身身結結構構及及技技術術要要求求佳木斯大學佳木斯大學1.2零件的技術要求零件的技術要求1.材質：HT200;2.未注圓角R4;3.螺紋孔倒角均為CT1.5;4.鑄件應人工時被處理;5.銳邊倒角，未注倒角均為C16.造型材料：樹脂砂 此次分析的固定鉗身鑄件結構簡單，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。采用樹脂砂造型的優(yōu)點：(1)樹脂砂與粘土砂相比尺寸精度更高，表面粗糙度較低，可以降低廢品率。(2)自硬樹脂砂能夠常溫自硬成型，降低了成本。1 1 固固定定鉗鉗身身結結構構及及技技術術要要求求佳木斯大學佳木斯大學1.3零件的鑄造工藝性分析零件的鑄造工藝性分析固定鉗身是一種機床附件，又稱平口鉗，材料為HT200，成批生產(chǎn)。集中運用在普通的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、以及加工中心上。鑄件底部會承受一定載荷，因此要求鑄件內部不能有縮孔、裂紋等缺陷。根據(jù)零件的結構特點，技術要求，應用條件及技術質量要求，確定鑄造方案及鑄造工藝設計。一般情況下，鑄件可能存在的缺陷涉及到縮孔、縮松、夾渣、氣孔、砂眼等,這其中80%的缺陷都是可以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 1 固固定定鉗鉗身身結結構構及及技技術術要要求求佳木斯大學佳木斯大學1.4鑄造方法及砂型選擇鑄造方法及砂型選擇砂型鑄造工藝方案通常包括下列內容：造型、造芯方法、鑄型種類的選擇，澆注位置及分型面的確定等。要想定出最佳工藝方案，首先應對零件的結構有詳細的鑄造工藝性分析。機用固定鉗身零件最大輪廓尺寸為154mm130mm58mm，整體結構對稱，壁厚整體均勻，屬于小型鑄件。對于HT200材質來說，這種結構與壁厚可以滿足鑄造工藝對材料流動性的要求，鑄件壁厚均勻，也不會有大熱節(jié)造成鑄件縮孔縮松。2 2 鑄鑄造造工工藝藝方方案案佳木斯大學佳木斯大學2.1造型及砂芯制造方法選擇造型及砂芯制造方法選擇造型（芯）是砂型鑄造中最基本的工序，常用的造型有手工造型和機器造型。手工造型工藝裝備簡單，操作靈活適應性強；機器造型生產(chǎn)效率高，勞動強度低鑄件質量穩(wěn)定，但是需要復雜的工藝裝備，前期準備時間較長一般用于批量生產(chǎn)零件。該零件生產(chǎn)批次為批量生產(chǎn)所以采用機器造型的方法。2 2 鑄鑄造造工工藝藝方方案案佳木斯大學佳木斯大學2.2鑄型類型的選擇鑄型類型的選擇無論從環(huán)保、成本、生產(chǎn)率、操作程度考慮都應該優(yōu)先采用濕型澆注。為了得到高質量的鑄件并取得經(jīng)濟效益，另外還考慮到材料的成本和來源、工業(yè)衛(wèi)生及環(huán)保方面的要求，綜合這些因素，故選擇使用濕型粘土砂，同時要求型砂具備良好的流動性、透氣性，為了能夠得到光滑的鑄件表面，型砂的砂粒應當細小一些，可使用中粒偏細的砂，額外加上一定量的煤粉。2 2 鑄鑄造造工工藝藝方方案案佳木斯大學佳木斯大學2.3澆注位置的選擇澆注位置的選擇根據(jù)鑄件的結構分析，所給鑄件的其它加工面都與底部的操作端有關，將鑄件如何放置在砂箱，放置方位，合理的澆注位置對分模、砂型的造型、砂芯的設置、鑄后的開模、型砂后期的清理等各個環(huán)節(jié)都有重要影響。確定澆注位置是鑄造工藝設計的重要部分。正確的鑄造位置應確保鑄件的成型、制芯以及清潔的方便。選擇合理的鑄造位置與鑄件的內在質量、尺寸精度以及成型的容易性有關。根據(jù)鑄件結構特點，選擇正確合理的澆注位置，促進澆注時金屬液能順利進入型腔，及時充滿型腔，凝固時保證各部位能區(qū)域順利凝固，冒口設置也是直接與澆注位置相關，可以肯定的澆注位置是鑄造工藝設計的第一步，也是重要的一步，對鑄造出完整、質量優(yōu)異的鑄件毛坯至關重要。2 2 鑄造工藝方案鑄造工藝方案佳木斯大學佳木斯大學2.3澆注位置的選擇澆注位置的選擇該固定鉗身零件，整體尺寸不大，零件特征主要以平面構成，澆注位置方案如圖2-1所示，列舉了如下兩種方案：（a）澆注位置方案一 （b）澆注位置方案二圖圖2-1澆注位置示意圖澆注位置示意圖2 2 鑄造工藝方案鑄造工藝方案佳木斯大學佳木斯大學2.3澆注位置的選擇澆注位置的選擇方案一如圖2.1（a）所示，將虎鉗底面在下放置，采用兩箱造型，外模結構簡單，此種澆注位置與分型面的選擇，不僅使?jié)沧⒎奖?，鑄件的重要部位應盡量置于下部，而且更容易滿足技術要求。方案二如圖2.1（b）所示，將固定鉗身鑄件側立放置，此位置鑄件位于鑄型的上下兩側，不利于鑄件的充型，鑄件較高，此種澆注位置的充型過程中，金屬液的落差大，不利于平穩(wěn)充型。需要設計水平式砂芯，可能在金屬液浮力的作用下發(fā)生偏移，不利于砂芯的定位和穩(wěn)定。綜合比較上式兩種方案的優(yōu)缺點，選擇方案一。2 2 鑄鑄造造工工藝藝方方案案佳木斯大學佳木斯大學2.5 起模斜度起模斜度在造型和制作砂芯的過程中，起模時操作不當可能會對砂型和砂芯造成損壞。為了防止這個現(xiàn)象的發(fā)生，應該在起模的地方留一定的斜度，這個斜度稱為起?；虬文Ｐ倍?2。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。鑄件中部的起模高度為58mm，尺寸公差等級為CT12參考文獻表3-14起模斜度可查得鑄件的起模斜度為1，查表得起模斜度為3o。皆符合零件的技術要求。因為鑄件的壁厚較大，則選擇較少料厚的鑄造模樣的起模斜度。2 2 鑄造工藝方案鑄造工藝方案佳木斯大學佳木斯大學2.6 砂芯的設計砂芯的設計砂芯的功用是形成鑄件內腔、孔、和鑄件外形不能出砂的部位。有時可以用砂芯來替代砂型中有特殊要求的部分4。對于砂芯有一些必要的條件：砂芯的形狀、尺寸應滿足鑄件要求，并且不能在砂型中隨意放置；在性能方面，砂芯被要求有一定的強度和剛度，也要考慮鑄造過程中砂芯中的氣體能否及時排出，而且鑄件最后冷卻時不能有太大阻力，否則會影響其收縮；也需要考慮其后續(xù)清理操作。芯頭是指深處鑄件以外不與金屬接觸的砂芯部分。有定位、固定砂芯和排出澆注后砂芯所產(chǎn)生的氣體的作用。本設計砂芯的高徑比不大，而且砂芯寬度較大時，則不必做出上芯頭，下芯頭高度按查表的數(shù)值增加大約百分之三十。2 2 鑄造工藝方案鑄造工藝方案佳木斯大學佳木斯大學2.6 砂芯的設計砂芯的設計查表得，芯頭高度為1020mm，具體的上芯頭高度為10mm，下芯頭高度為10mm。芯頭斜度圖圖3.3 芯頭斜度芯頭斜度芯頭斜度參數(shù)如圖3.7所示，由于此砂芯設計時可以不需要設計上芯頭，通過表3-5得下芯頭斜度為10。2 2 鑄造工藝方案鑄造工藝方案佳木斯大學佳木斯大學2.6 砂芯的設計砂芯的設計表表3-1 垂直芯頭斜度垂直芯頭斜度芯頭高h152025303540506070用a/h表示斜度用角度表示時上芯頭234567911121/510下芯頭11.522.533.54561/105芯頭的模樣上做出壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽是為了快速下芯、合型以及保證鑄件的質量。水平芯頭和垂直芯頭的壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽的各個尺寸參數(shù)如圖3.4所示：圖圖3.4 水平芯頭和垂直芯頭壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽尺寸水平芯頭和垂直芯頭壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽尺寸2 2 鑄造工藝方案鑄造工藝方案佳木斯大學佳木斯大學2.6 砂芯的設計砂芯的設計通過查鑄造手冊表2-4得，砂芯如圖3-5所示，下方藍色部分是方形的砂芯，只需要采用一個錐形芯頭定位即可。圖圖3-5 砂芯示意圖砂芯示意圖2 2 鑄造工藝方案鑄造工藝方案佳木斯大學佳木斯大學2.6 砂芯的設計砂芯的設計砂芯排氣孔設置主要是將金屬液在澆注過程中產(chǎn)生的一些粘結劑等有機物在氧化燃燒的氣體排出到型腔之外，這樣避免在鑄件內產(chǎn)生氣孔。本設計中的砂芯材料是自硬樹脂砂，其透氣性也一般，這里需要設置一定的排氣孔。由于固定鉗身結構簡單，因此出氣孔的設置只需要在上砂型隨便設置幾個就可以滿足，并沒有特殊的要求。3 3 澆注系統(tǒng)的設計澆注系統(tǒng)的設計 3.1澆注系統(tǒng)類型選擇澆注系統(tǒng)類型選擇澆注系統(tǒng)設計應遵循以下原則：(1)合理的控制澆鑄系統(tǒng)的壓頭，使金屬液的流動逐漸趨于穩(wěn)定，并在充填終了時具有一定的賦形能力，使鑄件能夠具有清晰的輪廓。避免在澆鑄過程中由于壓力太小導致金屬液在充填過程停止流動，或者壓力過大導致在充填過程中造成金屬液的飛濺。(2)合理的控制金屬液進入型腔時的速度。金屬液在進入型腔以后如果流速較小可能會導致鑄件產(chǎn)生冷隔或澆不足等缺陷，又或者由于金屬液沖型速度過快造成噴射現(xiàn)象。(3)金屬液在進入砂型時要避免金屬液對砂型、砂芯的正面沖擊和高溫作用，以免造成型壁或砂芯的破損或多肉缺陷。(4)當澆鑄的金屬液量較大時不宜過于集中進行澆鑄，應較分散的從內澆道進入。這樣能夠減小金屬液對型壁和砂芯的沖擊，以及型腔中的局部過熱問題，有利于防止或減少因此而引發(fā)的粘砂或縮陷、縮松問題。佳木斯大學佳木斯大學3 3 澆注系統(tǒng)的設計澆注系統(tǒng)的設計 3.1澆注系統(tǒng)類型選擇澆注系統(tǒng)類型選擇本鑄件的澆注系統(tǒng)采用封閉式澆注系統(tǒng)，保證進入澆道內的金屬液且呈現(xiàn)壓流動，充型速度快，沖刷力大，因此根據(jù)鑄件尺寸與重量來綜合考慮澆道的截面。在對澆注系統(tǒng)進行設計時，要嚴格把握各個澆道之間的距離，如果距離太近，則澆注過程中易形成紊流產(chǎn)生的金屬氧化物，砂礫就會進入型腔，使得型腔內產(chǎn)生缺陷?？紤]到鑄件的壁厚不均勻，零件中心會有較大腔體。頂注式澆注系統(tǒng)雖然有結構簡單，造型方便的優(yōu)點，但在充型過程中并不平穩(wěn)，易產(chǎn)生飛濺、氧化和吸氣，往往會導致夾渣、氣孔等缺陷。除此此外還會對型腔內部產(chǎn)生較大的沖擊，易導致砂孔、鐵豆等缺陷。綜合分析，此設計最終選擇底注式澆注系統(tǒng)。佳木斯大學佳木斯大學3 3 澆注系統(tǒng)的設計澆注系統(tǒng)的設計 3.2澆注時間的的計算澆注時間的的計算為進一步計算鑄件澆注系統(tǒng)及冒口消耗金屬量，這里采用鑄件工藝出品率計算澆注金屬液總質量：佳木斯大學佳木斯大學3 3 澆注系統(tǒng)的設計澆注系統(tǒng)的設計 3.3澆注系統(tǒng)尺寸的確定澆注系統(tǒng)尺寸的確定（1）澆注系統(tǒng)尺寸的確定根據(jù)鑄造手冊表3-146得封閉式系統(tǒng)各組元的斷面比為：Ag:Aru:As=1：1.1：1.15計算澆注系統(tǒng)最小阻流截面積，以內澆道為阻流截面的澆注系統(tǒng)原理圖，由奧贊公式：（4-2）式中m為流經(jīng)阻流斷面金屬液的總量為充填型腔的總時間為全部型腔被填充時，澆注系統(tǒng)阻流斷面的流量系數(shù)1Hp為平均靜壓力頭高度Hp：對于底注式澆注系統(tǒng)Hp=H0-Hc （4-3）H0為阻流截面以上的液態(tài)金屬的靜壓頭；Hc為鑄件型腔的總高度 則Hp=8.5cm。佳木斯大學佳木斯大學3 3 澆注系統(tǒng)的設計澆注系統(tǒng)的設計 3.4 冒口的設計冒口的設計 在鑄件凝固過程中，設置冒口是為了補縮鑄件的體積變化，可以達到消除或防止縮孔縮松等缺陷的目的，以至于可以獲得優(yōu)質鑄件，除此之外，還有排氣、集渣、引導充型等作用。因此設置合適的冒口可以達到補縮的目的，以提高鑄件致密性。設計冒口時其形狀直接影響冒口的補縮效果，冒口的形狀一般有圓柱形、球頂圓柱形、球形等。要使整個鑄鐵件的冒口的補縮效果最好，可以采用均衡凝固理論的冒口設計。當鑄件膨脹時，流動的金屬液就不能返回到冒口，此時就可以利用灰鑄鐵使鑄件引起二次補縮。灰鑄鐵流動性好，不容易產(chǎn)生疏松等缺陷，所以此次固定鉗身的鑄造工藝不設計冒口。佳木斯大學佳木斯大學4.1模板的設計模板的設計考慮到鑄件樹脂砂工藝的特點，采用型板，模板圖如下圖所示，型板尺寸：長2200mm，寬為1700mm，為了保證鑄件的尺寸精度，模底板與砂箱之間的定位精度要高。本設計模底板和砂箱的定位采用定位銷和銷套的定位方式。4 4 鑄造工藝裝備的設計鑄造工藝裝備的設計4.2芯盒的設計芯盒的設計芯盒設計應滿足以下要求：1）結構設計應與生產(chǎn)批量相適應；2）芯盒要有足夠的強度與耐磨性；3）形狀與尺寸精度需要達到工藝要求；4）盡可能減輕重量，降低勞動強度；5）使用簡單，操作方便；4 4 鑄造工藝裝備的設計鑄造工藝裝備的設計4 4 鑄鑄造造工工藝藝裝裝備備的的設設計計佳木斯大學佳木斯大學4.2澆注系統(tǒng)的尺寸計算澆注系統(tǒng)的尺寸計算1.芯盒材質與結構芯盒的種類包括木質、金屬、塑料、和金木結構，根據(jù)其各自的特點，根據(jù)鑄造手冊表4-27與表4-28，本次芯盒采用金屬鋁芯盒。金屬鋁芯盒具有重量輕，制作周期短，尺寸精度高，易于加工，使用壽命長。采用垂直對開式結構，由左右兩片組成，芯盒左右兩邊設有定位與夾緊裝置。芯盒分型面垂直于芯盒的填砂面。4 4 鑄鑄造造工工藝藝裝裝備備的的設設計計佳木斯大學佳木斯大學4.2澆注系統(tǒng)的尺寸計算澆注系統(tǒng)的尺寸計算2.芯盒的分盒面與結構設計為了簡化芯盒結構，保證砂芯尺寸精度，砂芯芯盒面的選擇一般遵循以下原則：1）芯盒分盒面與砂芯分型面盡量保持一致；2）應優(yōu)先選擇平直分盒面，盡量避免曲面或折面；3）應有利于填砂與緊實；4）有利于芯盒結構簡單，方便操作。4 4 鑄鑄造造工工藝藝裝裝備備的的設設計計佳木斯大學佳木斯大學4.2澆注系統(tǒng)的尺寸計算澆注系統(tǒng)的尺寸計算2.芯盒的分盒面與結構設計根據(jù)表8表9選取芯盒壁厚與加強肋尺寸，將結果匯總到表10。芯盒平均輪廓尺寸芯盒壁厚(mm)鋁合金灰鑄鐵300686300500810785008001012108001250121412表表8 芯盒壁厚芯盒壁厚芯盒平均輪廓尺寸abR30010012575100530050012515010012585008001501751251758800125017520015010表表9 芯盒加強肋芯盒加強肋芯盒編號123456芯盒壁厚13131110147芯盒加強肋a180180160130200100b15015014011015080R101088105表表10 芯盒壁厚與加強肋尺寸芯盒壁厚與加強肋尺寸(mm)4 4 鑄鑄造造工工藝藝裝裝備備的的設設計計佳木斯大學佳木斯大學4.2澆注系統(tǒng)的尺寸計算澆注系統(tǒng)的尺寸計算2.芯盒的分盒面與結構設計本次鑄件采用樹脂自硬砂造芯，芯盒的定位方式采用凸凹面式的定位結構方式，夾緊方式選擇雙螺母鉸鏈式。6組芯盒結構圖如下圖所示。4.3砂箱的設計砂箱的設計本鑄件采用整鑄式砂箱，選擇HT200為砂箱材料，砂箱造型為手工造型用砂箱。本次設計中箱壁壁厚選擇15mm。為避免砂箱的四個拐角出現(xiàn)損壞，砂箱采用10 mm過渡圓角。砂箱其他的輔助結構設計，包含了箱帶、排氣孔和吊運裝置等結構設計，為了澆注時排出鑄型內的氣體，要在砂箱壁上開設排氣孔。4 4 鑄造工藝裝備的設計鑄造工藝裝備的設計4.3砂箱的設計砂箱的設計本次設計選用的是手工造型用砂箱，材質選用灰鑄鐵，上砂箱尺寸為2200mm1700mm600mm，下砂箱2200mm1700mm300mm。如下圖。4 4 鑄造工藝裝備的設計鑄造工藝裝備的設計5.1QT500-7的熔煉的熔煉球墨鑄鐵良好的金相組織和性能取決于化學成分的選擇。鑄態(tài)球墨鑄鐵是由生鐵、回爐鐵廢鋼、脫硫劑、球化劑、孕育劑、增碳劑等進行熔煉而成。根據(jù)鑄造手冊對球墨鑄鐵的熔煉要求，生鐵應該選用錳、磷、硫含量較低的，需要把干擾球化的因素嚴格控制住。5 5 鑄件生產(chǎn)工藝設計鑄件生產(chǎn)工藝設計5.2鑄件的落砂鑄件的落砂為了防止鑄件在澆注以后因冷卻引起的缺陷，保證鑄件在清理過程中有足夠的強度與韌性，鑄件在砂型內應保證足夠的冷卻時間。根據(jù)表11移動板鑄件的冷卻時間為812h。本次設計根據(jù)熔膠座移動板的鑄件尺寸，型砂種類以及生產(chǎn)量來看，選擇固定式慣性振動落砂機。5 5 鑄件生產(chǎn)工藝設計鑄件生產(chǎn)工藝設計鑄件重量kg501001002502505005001000鑄件壁厚mm30405060冷卻時間min80160120300240600480720表表11 鑄鐵件在砂型內的冷卻時間鑄鐵件在砂型內的冷卻時間5.3鑄件的清理鑄件的清理落砂后的鑄件會帶著澆注系統(tǒng)、冒口及出氣孔等，通常采用鐵錘敲斷，然后將鑄件進行表面處理。拋丸表面處理是利用葉輪旋轉產(chǎn)生的離心力，將鐵丸以較高的速度拋向鑄件表面，從而達到清除鑄件表面的粘砂與氧化皮的清理方法。根據(jù)鑄造手冊表5-32，本次移動板鑄件表面清理選擇吊鉤式拋丸清理機。鑄件經(jīng)過拋丸處理后，表面還會殘留坯縫以及拋丸機處理不到的內腔等部分，需要用砂輪機、氣鏟等設備，進行手動清理。5 5 鑄件生產(chǎn)工藝設計鑄件生產(chǎn)工藝設計佳木斯大學佳木斯大學 佳木斯大學佳木斯大學Jiamusi University