箱蓋鑄造工藝設(shè)計

箱蓋鑄造工藝設(shè)計,鑄造,工藝,設(shè)計 鑄造工藝課程設(shè)計說明書 鑄造工藝課程設(shè)計 說明書 設(shè)計題目 箱蓋鑄造工藝課程設(shè)計 學 院 年 級 專 業(yè) 學生姓名 學 號 指導教師 I 目 錄 1 前 言 1 1.1 本設(shè)計的目的、意義 1 1.1.1 本設(shè)計的目的 1 1.1.2 本設(shè)計的意義 1 1.2 本設(shè)計的技術(shù)要求 1 1.3 本課題的發(fā)展現(xiàn)狀 2 2 設(shè)計方案 4 2.1 造型方法、造芯方法的選擇 4 2.2 鑄造方法的選擇 4 2.3 鑄型種類的選擇 4 2.4 鑄件澆注位置的確定 4 2.5 分型面的選擇 5 3 設(shè)計說明 8 3.1 鑄造工藝參數(shù) 8 3.1.1 鑄件尺寸公差及機械加工余量 8 3.1.2 鑄件重量公差 10 3.1.3 鑄造收縮率 10 3.1.4 鑄出孔大小確定 11 3.1.5 起模斜度 11 3.2 砂芯設(shè)計 12 3.3 吃砂量確定 14 3.4 澆注系統(tǒng)設(shè)計 15 3.4.1 澆注時間設(shè)計 15 3.4.2 澆注系統(tǒng)的阻流截面積計算 17 3.5 冒口和冷鐵設(shè)計 21 4 合箱圖及工裝設(shè)計 22 4.1 模樣 22 4.2 上板設(shè)計 22 4.3 芯盒設(shè)計 23 4.4 合箱 23 5 結(jié) 論 25 致 謝 26 參 考 文 獻 27 28 1 前 言 1.1 本設(shè)計的目的、意義 1.1.1 本設(shè)計的目的 減速器箱體是安裝各傳動軸的基礎(chǔ)部件；由于減速器工作時各軸傳遞轉(zhuǎn)矩時要產(chǎn)生比較大的反作用力，并作用在箱體上，因此要求箱體具有足夠的剛度，以確保各傳動軸的相對位置精度。 1.1.2 本設(shè)計的意義 采用HT200金屬結(jié)構(gòu)箱體能滿足工藝出品率高，成本低，優(yōu)良的鑄造性能，在缺口敏感性、減震性和耐磨性方面有獨特的優(yōu)點。 1.2 本設(shè)計的技術(shù)要求 本次設(shè)計的箱蓋零件材質(zhì)為HT200，最小抗拉強度為200MPa，布氏硬度為163～241HBW，伸長率0.3～0.8%，抗彎強度為400MPa，抗壓強度為600～800MPa，抗剪強度為248MPa[1]，滿足大多數(shù)箱蓋、箱蓋零件的機械性能要求。 表1.1 HT200成分表 成分 C Si P Mn S 比例 3.0~3.6 1.4~2.0 <0.15 0.6~1.0 <=0.12 技術(shù)要求： 1）拔模斜度1°-2°。 2）鑄件不得有氣孔、縮松、裂紋等鑄造缺陷。 3）去毛刺銳邊。 灰鑄鐵具有良好的鑄造性能[1]，材質(zhì)為灰鐵的鑄件毛坯一般采用鑄造方式獲得，本次設(shè)計采用砂型鑄造，手工造型，一箱兩件生產(chǎn)該件。 1.3 本課題的發(fā)展現(xiàn)狀 發(fā)達國家具有先進的鑄造技術(shù)、良好的產(chǎn)品質(zhì)量、較高的生產(chǎn)效率、較少的環(huán)境污染等特點，其原輔材料已經(jīng)形成了商品化系列化供應(yīng)體系，如在歐洲市場已經(jīng)建立跨國服務(wù)系統(tǒng)。生產(chǎn)普遍實現(xiàn)機械化、自動化、智能化(計算機控制、機器人操作)。鑄鐵熔煉使用大型、高效、除塵、微機測控、外熱送風無爐襯水冷連續(xù)作業(yè)沖天爐，普遍使用鑄造焦，沖天爐或電爐與沖天爐雙聯(lián)熔煉，采用氮氣連續(xù)脫硫或搖包脫硫使鐵液中硫含量達0.01%以下；在重要鑄件生產(chǎn)中，對材質(zhì)要求高，采用熱分析技術(shù)及時準確控制C、Si含量，用直讀光譜儀2-3分鐘分析出十幾個元素含量且精度高，C、S分析與調(diào)控可使超低碳不銹鋼的C、S含量得以準確控制，采用先進的無損檢測技術(shù)有效控制鑄件質(zhì)量。普遍采用液態(tài)金屬過濾技術(shù)，過濾器可適應(yīng)高溫諸如鈷基、鎳基合金及不銹鋼液的過濾。采用熱風沖天爐、兩排大間距沖天爐和富氧送風，電爐采用爐料預熱、降低熔化溫度、提高爐子運轉(zhuǎn)率、減少爐蓋開啟時間，加強保溫和實行微機控制優(yōu)化熔煉工藝。在球墨鑄鐵件生產(chǎn)中廣泛采用小冒口和無冒口鑄造。鑄鋼件采用保溫冒口、保溫補貼，工藝出品率由60%提高到80%。考慮人工成本高和生產(chǎn)條件差等因素而大量使用機器人。由于環(huán)保法制嚴格，鑄造廠都重視環(huán)保技術(shù)。砂處理采用高效連續(xù)混砂機、人工智能型砂在線控制專家系統(tǒng)，制芯工藝普遍采用樹脂砂熱、溫芯盒法和冷芯盒法。鑄造生產(chǎn)全過程主動、從嚴執(zhí)行技術(shù)標準，鑄件廢品率僅2%-5%；標準更新快；普遍進行ISO9000、ISO14000等認證。重視開發(fā)使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，紛紛建立自己的主頁、站點。鑄造業(yè)的電子商務(wù)、遠程設(shè)計與制造、虛擬鑄造工廠等飛速發(fā)展。 我國在鑄造領(lǐng)域的學術(shù)研究與發(fā)達國家相比，研究成果并不落后于發(fā)達國家，其中很多研究成果在世界相關(guān)領(lǐng)域也是出于領(lǐng)先水平，但很多研究成果僅局限于理論研究，很少轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實的生產(chǎn)力。在國內(nèi)，只有少數(shù)企業(yè)的鑄造技術(shù)能達到世界水平，行業(yè)整體的生產(chǎn)技術(shù)水平相對比較落后，鑄件內(nèi)部存在鑄造缺陷，導致鑄件的力學性能較差，鑄造材料以及能源消耗高，經(jīng)濟效益差，勞動條件惡劣，污染嚴重。具體表現(xiàn)在：鑄造模樣仍然以手工或簡單機械進行模具加工，模樣鑄造精度較低；鑄造原輔材料生產(chǎn)供應(yīng)的社會化、專業(yè)化、商品化差距大，在品種質(zhì)量等方面遠不能滿足新工藝新技術(shù)發(fā)展的需要；鑄造合金材料的生產(chǎn)水平、質(zhì)量低；生產(chǎn)管理落后，自動化程度低；工藝設(shè)計多憑個人經(jīng)驗，計算機技術(shù)應(yīng)用少；鑄造技術(shù)裝備等基礎(chǔ)條件差；生產(chǎn)過程手工操作比例高，現(xiàn)場工人技術(shù)素質(zhì)低；先進的造型制芯工藝僅在少數(shù)大型汽車、內(nèi)燃機集團鑄造廠應(yīng)用，大多鑄造企業(yè)仍用震壓造型機甚至手工造型，制芯以桐油、合脂和粘土等粘結(jié)劑砂為主。我國雖然已經(jīng)建成了比較完整的鑄造行業(yè)標準體系，但很多企業(yè)仍出于被動執(zhí)行標準的狀態(tài)，企業(yè)標準多低于GB(國標)和ISO(國際標準)，有的企業(yè)廢品率高達30%；質(zhì)量和市場意識不強，僅少數(shù)專業(yè)化鑄造企業(yè)通過了IS09000認證。 2 設(shè)計方案 2.1 造型方法、造芯方法的選擇 根據(jù)手工造型和機器造型的特點，手工造型適應(yīng)各種要求，比較靈活，不要求很多工藝裝備，成本小，且該砂芯難以使用造型機，選擇手工造型。 2.2 鑄造方法的選擇 砂型鑄造較之其他鑄造方法成本低、生產(chǎn)工藝簡單、生產(chǎn)周期短。根據(jù)零件的各參數(shù)，對照表格中的項目比較，鑄件復雜程度簡單，選擇砂型鑄造。 2.3 鑄型種類的選擇 鑄造業(yè)應(yīng)用最多、最廣、工藝及配套設(shè)備最成熟的是呋喃樹脂自硬砂，相對其他樹脂砂工藝鑄件成本較低、舊砂利用率高、舊砂再生簡單，在灰鐵、球鐵、鑄鋼、有色等鑄造中都得到廣泛地應(yīng)用。根據(jù)鑄型的特點和應(yīng)用情況選用樹脂自硬砂。 2.4 鑄件澆注位置的確定 鑄件的澆注位置是指澆注時鑄件在鑄型中所處的位置。澆注位置是根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點、尺寸、重量、技術(shù)要求、鑄造合金特鑄造方法以及生產(chǎn)車間的條件決定的。正確的澆注位置能保證獲得健全的鑄件，并使造型、制芯和清理方便。澆注位置選擇一般遵循以下原則[2]： 1）鑄件最重要的部分或交大平面朝下。 2）鑄型的放置應(yīng)有利于砂芯的定位與穩(wěn)固支撐。 3）當鑄件需要冒口補縮時，最好使補縮部位處于鑄件的上部。 4）為避免鑄件薄壁部分澆不足，澆注時，薄壁部分營放在下邊或立放或斜放。 5）鑄型的放置應(yīng)有利于在澆注時，砂型和砂芯排氣。 6）對于平板類鑄件，為了防止夾砂，可以傾斜放置，同時也有利于排氣，也可減少鐵水對鑄型的沖刷力。 7）應(yīng)盡量使砂芯全部或者主要部分位于下型，并盡量少用吊芯。 8）應(yīng)使下芯，合箱方便，便于檢查型腔尺寸。 綜合上述原則，考慮到箱蓋零件結(jié)構(gòu)特點，箱蓋適合采用底部澆注如圖2-1和頂部澆注如圖2-2。 方案一： 圖2-1 底部澆注 方案二： 圖2-2頂部澆注 2.5 分型面的選擇 鑄造分型面是指鑄型組元間的接合面，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，使鑄造工藝簡單，并易于保證鑄件質(zhì)量[2]。澆注位置往往同分型面的選擇密切相關(guān)，所以二者相互影響，為了便于充分考慮二者的相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系，箱蓋零件可有以下兩種分型方案。 分型方案一：將以箱蓋零件底面安裝臺最大面做分型面，將鑄件完全置于上箱，底部澆注系統(tǒng)適合此分型方案，該分型方案如圖2.3分型方案一。 圖2.3 分型方案一 分型方案一的優(yōu)點是分型面平直，但是上箱過高，而且頂部觀察口部在不改變零件形狀的前提下需要設(shè)計砂芯。 分型方案二：在方案一基礎(chǔ)上，將鑄件完全置于下箱，頂部澆注形式適合方案，該分型方案如圖2.4分型方案二所示。 圖2.4 分型方案二 分型方案二的優(yōu)點分型面簡單，解決了方案一中，上箱過高的問題，缺點上箱砂型突出很，多并且砂芯不便置于下箱。 綜合考慮比較，方案一較為合理，故本次設(shè)計分型方案選擇分型方案一進行分型，采用底部澆注系統(tǒng)。 3 設(shè)計說明 3.1 鑄造工藝參數(shù) 3.1.1 鑄件尺寸公差及機械加工余量 鑄件上的機械加工余量是鑄件上要用機械加工的方法切去的金屬層厚度。加工余量不足，會使鑄件因加工表面上殘存黑皮和表層缺陷而報廢；加工余量太大，會增加機械加工的工作量，且浪費金屬材料，從而增加了生產(chǎn)成本，有時還會因截面變厚，熱節(jié)變大，使鑄件晶粒粗大，力學性能降低。 鑄件的機械加工余量可以用查表的方法確定。鑄件切削加工余量等級常常和鑄件尺寸公差等級配套確定。鑄件尺寸公差的代號用字母CT表示[2]。尺寸公差等級分為16級。箱蓋為砂型鑄造手工造型成批生產(chǎn)，依據(jù)表3.1成批和大批量生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級（摘自GB/T6414-1999）選用鑄件公差等級為CT12（GB/T 6414-1999-CT12）。 表3.1 成批和大批量生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級（摘自GB/T6414-1999） ·方法 公差等級CT 鑄 件 材 料 鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 銅合金 鋅合金 輕金屬合金 鎳基合金 鈷基合金 砂型鑄造 手工造型 11~14 11~14 11~14 11~14 10~13 10~13 9~12 11~14 11~14 砂型鑄造機器造型和殼型 8~12 8~12 8~12 8~10 8~10 8~10 7~9 8~12 8~12 金屬型鑄造（重力鑄造或者低壓鑄造） — 8~10 8~10 8~10 8~10 7~9 7~9 — — 壓力鑄造 — — — — 6~8 4~6 4~7 — — 熔模鑄造 水玻璃 7~9 7~9 7~9 — 5~8 — 5~8 7~9 7~9 硅溶膠 4~6 4~6 4~6 — 4~6 — 4~6 4~6 4~6 注： 1）表中所列處的公差等級時至在大批量生產(chǎn)、且影響鑄件尺寸精度的生產(chǎn)因素已得到充分改進時鑄件通常能夠達到的公差等級。 2）本標準還適用于本表未列出的由鑄造廠和采購方之間協(xié)議商定的工藝和材料。 鑄件切削加工余量的代號用字母MA表示。切削加工余量等級由精到粗分為A、B、C、D、E、F、G、H、J共9個等級[2]。成批量生產(chǎn)的鑄件加工余量等級按表表3.2毛坯鑄件典型的機械加工余量等級選取該箱蓋的加工等級為F級。 表3.2毛坯鑄件典型的機械加工余量等級 方法 要求的機械加工余量等級 鑄件材質(zhì) 鑄鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 銅合金 鋅合金 輕金屬合金 鎳基合金 鈷基合金 砂型鑄造手工造型 G~K F~H F~H F~H F~H F~H F~H G~K G~K 砂型鑄造機器造型和殼型 E~H E~G E~G E~G E~G E~G E~G F~H F~H 壓力鑄造 — D~F D~F D~F D~F D~F D~F — — 熔模鑄造 E E E — E — E E E 箱蓋的底面尺寸為：230mm′110mm′7mm，基本尺寸230mm，查表3.3鑄件尺寸公差數(shù)值（摘自GB6414-86）CT12公差值為8mm，位于澆注位置的側(cè)頂面，端面單側(cè)加工，查3.4要求的鑄件加工余量等級由RMA(F)降一級為RMA(G)（摘自GB6414-86）加工余量等級RMA(G)對應(yīng)數(shù)值為2.8mm，箱蓋端面的加工量為：8/2+2.8=6.8mm圓整取加工量為7mm。 表3.3鑄件尺寸公差數(shù)值（摘自GB/T6414-1999） （單位：mm） 鑄件基本尺寸 公差等級CT 大于 至 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 — 10 — — 0.18 0.26 0.36 0.52 0.74 1.0 1.5 2 2.8 4.2 — — — — 10 16 — — 0.20 0.28 0.38 0.54 0.78 1.1 1.6 2.2 3.0 4.4 — — — — 16 25 — — 0.22 0.30 0.42 0.58 0.82 1.2 1.7 2.4 3.2 4.6 6 8 10 12 25 40 — — 0.24 0.32 0.46 0.64 0.9 1.3 1.8 2.6 3.6 5.0 7 9 11 14 40 63 — — 0.26 0.36 0.50 0.70 1.0 1.4 2.0 2.8 4 5.6 8 10 12 16 63 100 — — 0.28 0.40 0.56 0.78 1.1 1.6 2.2 3.2 4.4 6 9 11 14 18 100 160 — — 0.30 0.44 0.62 0.88 1.2 1.8 2.5 3.6 5 7 10 12 16 20 160 250 — — 0.34 0.50 0.72 1.0 1.4 2.0 2.8 4.0 5.6 8 11 14 18 22 250 400 — — 0.40 0.56 0.78 1.1 1.6 2.2 3.2 4.4 6.2 9 12 16 20 25 400 630 — — — 0.64 0.90 1.2 1.8 2.6 3.6 5 7 10 14 18 22 28 630 1000 — — — — 1.0 1.4 2.0 2.8 4.0 6 8 11 16 20 25 32 1000 1600 — — — — — 1.6 2.2 3.2 4.6 7 9 13 18 23 29 37 1600 2500 — — — — — — 2.6 3.8 5.4 8 10 15 21 26 33 42 2500 4000 — — — — — — — 4.4 6.2 9 12 17 24 30 38 49 4000 6300 — — — — — — — — 7.0 10 14 20 28 35 44 56 6300 10000 — — — — — — — — — 11 16 23 32 40 50 64 1）在等級CT1~CT15中對壁厚采用粗一級公差 2）對于不超過16mm的尺寸，不采用CT13~CT16的一般公差，對于這些尺寸應(yīng)標注個別公差。 3）等級CT16僅適用于一般公差規(guī)定為CT15的壁厚。 箱蓋兩軸孔端面加工尺寸為：110mm′Φ47mm2，110mm′Φ62mm2，基本尺寸為110mm，雙側(cè)加工，位于澆注位置的側(cè)面，則其加工量為：7/4+1=2.75mm，圓整取加工量為3mm。 兩軸孔Φ47mm2、Φ62mm2，端面部分基本尺寸為90mm，位于澆注位置的底面，則其加工量為：6/4+1=2.5mm。 箱蓋軸孔內(nèi)側(cè)面，雙側(cè)加工，單側(cè)加工，位于澆注位置的側(cè)面，加工量計算為5.6/2+0.5=3.3mm。圓整取加工量為3.5mm。 3.4要求的鑄件加工余量(RMA) （摘自GB/T6414-1999） (單位：mm) 最大尺寸 要求的機械加工余量等級 大于 至 A B C D E F G H J K — 40 0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.5 0.7 1 1.4 40 63 0.1 0.2 0.3 0.3 0.4 0.5 0.7 1 1.4 2 63 100 0.2 0.3 0.4 0.5 0.7 1 1.4 2 2.8 4 100 160 0.3 0.4 0.5 0.8 1.1 1.5 2.2 3 4 6 160 250 0.3 0.5 0.7 1 1.4 2.0 2.8 4 5.5 8 250 400 0.4 0.7 0.9 1.3 1.4 2.5 3.5 5 7 10 400 630 0.5 0.8 1.1 1.5 2.2 3 4 6 9 12 630 1000 0.6 0.9 1.2 1.8 2.5 3.5 5 7 10 14 1000 1600 0.7 1 1.4 2 2.8 4 5.5 8 11 16 1600 2500 0.8 1.1 1.6 2.2 3.2 4.5 6 9 14 18 2500 4000 0.9 1.3 1.8 2.5 3.5 5 7 10 14 20 4000 6300 1 1.4 2 2.8 4 5.5 8 11 16 22 6300 10000 1.1 1.5 2.2 3 4.5 6 9 12 17 24 1）最終機械加工后鑄件的最大輪廓尺寸。 2）等級A和B僅用于特殊場合，例如，在采購方與鑄造廠已就加持面或者基準目標商定模樣裝備、鑄造工藝和機械工藝的成批上產(chǎn)情況下。 箱蓋軸觀察油位的窗口頂面加工，加工尺寸為50mm′45mm，位于澆注位置的上面，加工量計算為5.6/4+0.5=1.9mm。圓整取加工量為2mm。 3.1.2 鑄件重量公差 本鑄件重量不影響其質(zhì)量及使用功能，重量公差不考慮，只要其尺寸在范圍內(nèi)即可，因此重量公差根據(jù)鑄造手冊按MT13控制。 3.1.3 鑄造收縮率 鑄件線收縮率又稱鑄件收縮率或者鑄造收縮率，是指鑄件從線收縮開始溫度（從液相中析出枝晶搭成的骨架開始具有固態(tài)性質(zhì)時的溫度）冷卻到室溫時的相對線收縮量，以模樣與鑄件的長度差除以模樣長度的百分比表示，即 ε=L1-L2L1×100% （3-1） 式中：L1—模樣長度； L2—鑄件長度。 由表3.5灰鐵自由收縮率[1]，可知支撐座材質(zhì)為HT200，對應(yīng)的收縮率為1%。 表3.5灰鐵收縮率 灰鑄鐵牌號 HT100，HT150，HT200 HT250 HT300 HT350 小中件 中大件 特大件 自由線收縮率（%） 鑄造收縮率（受阻收縮率（%）） 0.9~1.1 0.8~1.0 0.8~1.0 0.7~0.9 0.7~0.9 0.6~0.8 0.9~1.1 0.7~0.9 1.5 1.0 3.1.4 鑄出孔大小確定 根據(jù)鑄造工藝理論，需要加工的孔與槽只有在尺寸大于一定值時才鑄出，其最小鑄出尺寸根據(jù)鑄造工藝類型，鑄造合金種類，鑄件壁厚大小及孔、槽的深度或長度有關(guān)，根據(jù)孔長度及壁厚查找鑄鐵件的最小鑄出孔，可知最小鑄出孔12~15mm，最小槽為長20mm，寬10mm。本鑄件的加工孔在放置加工余量后小于這個尺寸，因此本鑄件的孔不鑄出，槽鑄出。 3.1.5 起模斜度 在鑄件上添加起模斜度，原則上不應(yīng)超過鑄件的壁厚工差要求。鑄件的起模斜度值參考表3.6起模斜度（JB/T 5105-1991）。 表3.6起模斜度（摘自JB/T 5015-1991） 測量面 高度H mm 起模斜度≤ 金屬模樣、塑料模樣 木模樣 A A mm A A mm ≤10 3?30￠ 0.6 4?00￠ 0.8 >10~40 1?50￠ 1.4 2?05￠ 1.6 >40~100 0?50￠ 1.6 0?55￠ 1.6 >100~160 0?35￠ 1.6 0?40￠ 2.0 >160~250 0?30￠ 2.2 0?35￠ 2.6 >250~400 0?30￠ 3.6 0?35￠ 4.2 >400~630 0?25￠ 4.6 0?30￠ 5.6 >630~1000 0?20￠ 5.8 0?25￠ 7.4 >1000~1600 — — 0?25￠ 11.6 >1600~2500 — — 0?25￠ 18.2 >2500 — — 0?25￠ — 該箱蓋零件垂直分型面的高度小于40mm，采用金屬模樣造型，中間澆注，分型面在箱蓋中間筋條中心位置平面上，依據(jù)表3.6起模斜度（JB/T 5105-1991）以及表3.3鑄件尺寸公差數(shù)值（摘自GB/T6414-1999），綜合比較，為了使脫模順利，增大起模斜度，采用增減壁厚方式，選取金屬模樣的起模角度為1.5°，即每個垂直分型面的側(cè)面均加起模斜度為1.5°。垂直分型方向上的高度大于40小于100mm的，起模斜度設(shè)計為0.5°。 根據(jù)以上結(jié)果，最終確定箱蓋鑄件三維圖如圖3.1箱蓋鑄件三維圖，通過軟件計算該箱蓋鑄件質(zhì)量為3.5kg。 圖3.1箱蓋零件三維圖 3.2 砂芯設(shè)計 依據(jù)前文分析，箱蓋中間觀察窗口處需要設(shè)計垂直砂芯，觀察窗口處的頂平面需要加工，而且其側(cè)面與其他裝配零件不存在配合以及干涉問題，故外側(cè)可以更改便于起型斜度。 觀察窗口的砂芯大小為Φ55mm，深度為92mm，查表3.7垂直芯頭的高度h和h1，取下芯頭高度為30mm。不設(shè)計上芯頭。 表3.7 垂直芯頭的高度h和h1 (單位mm) L 當D或者（A+B）/2為下列數(shù)值時的高度h ≤30 30~60 61~100 101~150 151~300 301~500 501~700 701~1000 1001~2000 >2000 ≤30 15 15~20 — — — — — — — — 31~50 20~25 >20~25 20~25 — — — — — — — 51~100 >25~30 >25~30 >25~30 20~25 20~25 30~40 40~60 — — — 101~150 >30~35 >30~35 >30~35 >25~30 25~30 >40~60 40~60 50~70 50~70 — 由h查h1 上芯頭高度h 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 80 90 100 120 150 下芯頭高度h1 15 15 15 20 20 25 25 30 30 35 35 40 45 50 55 65 80 查表3.8垂直芯頭的斜度，設(shè)計兩芯芯頭的斜度，因為大砂芯為異形砂芯，小砂芯為小砂芯，為了下芯平穩(wěn)過渡，所以設(shè)計下芯頭斜度為10° 表3.8 垂直芯頭的斜度 (單位mm) 芯頭高度h 15 20 25 30 35 40 50 60 70 80 90 100 120 150 用a/h表示斜度時 用角度a表示時 上芯頭 2 3 4 5 6 7 9 11 12 14 16 19 22 28 1/5 10° 下芯頭 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 5 6 7 8 9 10 13 1/10 5° 觀察窗口的砂芯大小為Φ55mm，平均尺寸為92mm，查表3.9垂直芯頭與芯座之間的間隙S，設(shè)計間隙S=0.5mm。 表3.9 垂直芯頭與芯座之間的間隙S (單位mm) 鑄型種 類 D或（A+B）/2 ≤51 51~100 101~150 151~200 201~300 301~400 401~500 501~700 701~1000 1001~1500 1501~2000 >2000 濕型 0.5 0.5 1.0 1.0 1.5 1.5 2.0 2.0 2.5 2.5 3.0 3.0 干型 0.5 1.0 1.5 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 5.0 6.0 7.0 油位觀察口處設(shè)計小砂芯，便于砂芯芯和制作，同時增加砂芯之間的間隙，大砂芯制芯時加入棉布條，增加砂芯排氣通道，由上部小砂芯與大砂芯之間的間隙，將砂芯潮氣排出，最終完成砂芯設(shè)計，鑄型與砂芯位置關(guān)系如圖3.2砂芯與鑄型關(guān)系圖所示。 圖3.2砂芯與鑄型關(guān)系圖 3.3 吃砂量確定 模樣與砂箱、箱頂、箱底和箱帶之間的距離稱為吃砂量。由前文可知箱蓋單件重量為3.5Kg，依據(jù)表3.10按重量確定吃砂量表，可確定吃砂量最小尺寸為a=50mm，b=50mm，c=40mm，d=40mm，e=40mm，f=30mm。實際選取數(shù)值略比該值大，可充分考慮現(xiàn)有模板及砂箱標準尺寸。 表3.10 按鑄件重量確定的吃砂量 （單位mm） 鑄件重量/kg a b c d e f <5 5~10 11~20 21~50 51~100 101~250 251~500 501~1000 1001~2000 2001~3000 3001~4000 4001~5000 5001~10000 >10000 40 50 60 70 90 100 120 150 200 250 275 300 350 400 40 50 60 70 90 100 120 150 200 250 275 300 350 400 30 40 40 50 50 60 70 90 100 125 150 175 200 250 30 40 50 50 60 70 80 90 100 125 150 175 200 250 30 40 50 60 70 100 — — — — — — — — 30 30 30 40 50 60 70 120 150 200 225 250 250 250 3.4 澆注系統(tǒng)設(shè)計 3.4.1 澆注時間設(shè)計 箱蓋鑄件單件重量為3.5Kg。由于該件為一箱兩件生產(chǎn)的砂型鑄造生產(chǎn)形式，依據(jù)表3.11，鑄鐵件工藝出品率參照成批量生產(chǎn)，工藝出品率取80%，確定澆注過程中的總體金屬液重量，則澆注時所需金屬液總質(zhì)量為3.5′2/80%=8.75Kg。 工藝出品率=鑄件重量鑄件重量+澆冒口重量×100% 表3.11鑄鐵件工藝出品率（%） 鑄件重量/Kg 大量流水生產(chǎn) 成批量生產(chǎn) 單件小批生產(chǎn) <100 75~80 70~80 65~75 100~1000 80~85 80~85 75~80 >1000 — 85~90 80~90 對于重量小于450Kg的形狀復雜的薄壁鑄鐵件，其澆注時間可按經(jīng)驗公式計算 t=SGL （3-2） 式中：t— 澆注時間（s）； GL— 型內(nèi)金屬液總重量，包含澆冒口系統(tǒng)重量（Kg）； S —系數(shù)，取決于逐漸壁厚，可由表3.12系數(shù)S和鑄件壁厚d的關(guān)系查出。 表中壁厚d指鑄件的主要壁厚，對實心體鑄件取壁厚δ=2δE（δE 為鑄件的當量厚度）, δE=鑄件的體積/鑄件的面積。 表3.12系數(shù)S和鑄件壁厚d關(guān)系 鑄件壁厚d mm 2.5~3.5 >3.5~8 >8.0~15 系數(shù)S 1.63 1.85 2.2 因為箱蓋鑄件的斜度依據(jù)增加壁厚方式來形成，故壁厚適當取大值計算。澆注時間：t=SGL =2.2′8.75 =6.51s。 澆注時間t應(yīng)小于形成澆不到和冷隔的最大允許澆注時間，還應(yīng)短語形成夾砂結(jié)疤類缺陷的極限允許時間；澆注時間應(yīng)大于氣體從型內(nèi)逸出的最小允許時間，還應(yīng)大于型內(nèi)金屬形成嚴重紊流程度時間等。 型內(nèi)金屬液面上升速度?型用下式（3-3）表示 ?型=Ct （3-3） 式中：C — 鑄件（或某段）的高度； t — 澆注時間（或澆注某段鑄件時間）。 從理論上看，存在著?型min和?型max兩個極限值，合適的澆注時間t應(yīng)滿足如下條件C?型max≤t≤C?型min （3-4） 對鑄鐵件可依表3.13決定型內(nèi)鐵液液面的最小上升速度 表3.13 型內(nèi)鐵液液面的最小上升速度 鑄件壁厚δ/mm v型min/(mm·s-1) >40，水平澆注大平板 >40，上箱有大平板 10~40 4~10 1.5~4 8~10 20~30 10~20 20~30 30~100 經(jīng)計算，v型min ≤ C/t=（73+1.9+7）/6.51=12.58mm·s-1，不符合上表型內(nèi)最小澆注速度，因此調(diào)整澆注時間t為4.5s 3.4.2 澆注系統(tǒng)的阻流截面積計算 澆注系統(tǒng)常用的分類有兩種：根據(jù)澆注系統(tǒng)個單元斷面的比例關(guān)系，可分為封閉式、半封閉式、開放式、封閉開放式等4種類型；根據(jù)內(nèi)澆道在鑄件上的相對位置（引入位置），可分為頂注式、中注式、底注式和階梯注入式等4種類型。 本次支撐座澆注系統(tǒng)設(shè)計采用封閉澆注系統(tǒng)、頂注式，查表3.13澆注系統(tǒng)各單元斷面比例及其應(yīng)用，因為該支撐座為中、小型灰鐵件砂型鑄造，故選擇澆注系統(tǒng)的斷面比關(guān)系為：A內(nèi)：A橫：A直=1：1.1：1.15。 表3.13 澆注系統(tǒng)各單元斷面比例及其應(yīng)用 截面比例 應(yīng)用 A直 A橫 A內(nèi) 2 1.5 1 大型灰鑄鐵砂型鑄造 1.4 1.2 1 中、大型灰鑄鐵件砂型鑄造 1.15 1.1 1 中、小型灰鑄鐵件砂型鑄造 1.11 1.06 1 薄壁灰鑄鐵件砂型鑄造 1.5 1.1 1 可鍛鑄鐵 1.1~1.2 1.3~1.5 1 表面干燥型中、小型鑄鐵件 1.2 1.4 1 表面干燥型重型機械鑄鐵件 1.1~1.25 1.1~1.5 1 干型中、小型鑄鐵件 1.2 1.1 1 干型中型鑄鐵件 1 2~4 1.5~4 球墨鑄鐵件 1 2 4 鋁合金、鎂合金鑄件 1.2~3 1.2~2 1 青銅合金鑄件 1 1~2 1~2 鑄鋼件漏包澆注 1.5 0.8~1 1 薄壁球墨鑄鐵小件底注 前文計算的鑄件總高度83mm，鑄件完全位于上箱依據(jù)吃砂量前文查表選取為a=b=50mm，則上砂箱最小高度為83′1.01+50=135.85mm，取下砂箱高度150mm。 確定靜壓頭高度，依據(jù)表3.14普通漏斗形外澆口尺寸，初步澆口杯高度尺寸，暫定澆口杯高度為48mm，減少上砂箱用砂量，設(shè)計為外置澆口杯，置于上砂箱之上。 表3.14普通漏斗形外澆口尺寸 直澆道下端直徑d/mm D1/mm D2/mm h/mm 鐵液容量/Kg ≤16 Φ56 Φ52 40 0.5 >16～18 Φ58 Φ54 42 0.6 >18～20 Φ60 Φ56 44 0.7 >20～22 Φ62 Φ58 46 0.8 >22～24 Φ64 Φ60 48 0.9 >24～26 Φ66 Φ62 50 1.0 >26～28 Φ68 Φ64 52 1.2 >28～30 Φ70 Φ66 54 1.3 本次設(shè)計采用低部澆注形式，則計算靜壓頭高度按公式計算： HP=H0-P/2 （3-3） 式中：H0 — 阻流截面以上的金屬壓力頭； C — 鑄件（型腔）總高度； P — 阻流以上的型腔高度。 HP=15 +4.8-83′1.01/2 =15.6cm 則依據(jù)截面比的關(guān)系A(chǔ)內(nèi)：A橫：A直=1：1.1：1.15。內(nèi)澆道采用截面比設(shè)計法，則內(nèi)澆道計算公式(3-4)為： A內(nèi)=GLρ?μ?t2ghp （3-4） 其中本次設(shè)計澆注系統(tǒng)為澆口杯、直澆道、內(nèi)澆道4個部分的四單元澆注系統(tǒng)，則有： hp=k221+k12+k22Hp=1.1521+1.151.12+1.152′15.6=6.04cm A內(nèi)=GLρ?μ?t2ghp=87507.85′0.5′6.51′2′981′6.04=3.15cm2 依據(jù)表3.15內(nèi)澆道尺寸，選取與計算的A內(nèi)=3.15cm2稍大的斷面的面積，本次設(shè)計選取內(nèi)澆口面積為4.0cm2為本次設(shè)計的內(nèi)澆口總斷面面積，一箱兩件，每件設(shè)計2個內(nèi)澆口，設(shè)計為4個內(nèi)澆口，則每個內(nèi)澆口面積為1.0cm2，對應(yīng)的內(nèi)澆口尺寸a=11mm，b=9mm，c=10mm，則內(nèi)澆道總斷面面積為4.0cm2。 表3.15內(nèi)澆道尺寸（單位：mm） 序號 內(nèi)澆道斷面積A內(nèi)/cm2 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ a b c a b c a b c a b c d a 1 0.3 11 9 3 6 4 6 4 3 9 9 5 3 6.5 8.5 2 0.4 11 9 4 7 5 7 5 3 10 9 6 4 7 9.5 3 0.5 11 9 5 8 6 7 6 4 10 10 7 4 8 10.5 4 0.6 11 9 6 8.6 6.5 8 6.5 4.5 11 11 7 5 9 12 5 0.8 14 12 6 10 8 9 8 5 12 12 8 6 10 13.5 6 1.0 15 13 7 11 9 10 9 5 14 14 9 7 11.5 15 7 1.2 18 14 7.5 12 10 11 10 6 15 16 10 7 12.5 16.5 8 1.5 20 18 8 14 11 12 11 7 17 18 11 8 14 18.5 9 1.8 21 19 9 16 12 13 12 8 18 20 12 9 15 20.5 10 2.2 23 21 10 17 13 15 13 19 20 22 14 9 17 23 11 2.6 25 23 11 17.5 13.5 17 13 9 24 24 15 10 18.5 24.5 12 3.0 28 24 12 18 14 19 14 10 26 27 16 11 20 26 13 3.4 32 25 12 19 15 20 15 10 28 28 17 12 21 28 14 4.0 38 30 12 21 15 22 16 10 30 30 18 13 22 30.5 15 4.5 40 36 12 22 16 24 17 11 32 30 20 14 24 32.5 16 5.0 42 38 12.5 23 17 25 18 11 34 35 20 15 25.5 34 17 5.4 44 40 13 24 18 25.5 19 12 35 35 21 15 26 35 18 6.0 45 41 14 25 21 26 20 12 37 36 22 16 27.5 37 19 9.0 56 50 17 30 23 34 24 16 45 42 28 19 34 45.5 20 12.0 58 52 22 37 28 36 28 20 50 48 32 22 39 50 計算出橫澆道總斷面面積為A橫=1.1′4=4.4cm2，查表3.16澆注系統(tǒng)截面面尺寸，設(shè)計橫澆道截面面積為4.4cm2的橫澆道，橫澆道布置在直澆道兩側(cè)，則每段橫澆道斷面面積為2.2cm2對應(yīng)的橫澆道尺寸為：A=16mm，B=12mm，H=16mm。 表3.16澆注系統(tǒng)截面面尺寸 橫澆道 直澆道 Ⅰ Ⅱ 序號 斷面積A橫/cm2 A /mm B /mm C /mm A /mm B /mm C /mm 序號 斷面積A橫/cm2 D/mm 1 1.0 11 9 10 18 10 6 1 1.8 Φ15 2 2.0 15 10 16 20 13 8 2 3.1 Φ20 3 2.4 16 11 18 22 14 10 3 4.9 Φ25 4 3.0 17 13 20 24 15 11 4 7.1 Φ30 5 3.6 19 14 22 28 17 12 5 9.6 Φ35 6 4.0 20 15 23 30 18 13 6 12.6 Φ40 7 5.0 24 16 25 35 20 15 7 15.9 Φ45 8 6.0 27 17 28 36 22 16 8 19.6 Φ50 9 7.0 28 18 30 38 24 17 9 23.7 Φ55 10 8.0 30 20 32 40 26 18 10 28.2 Φ60 11 9.0 32 22 34 42 28 19 11 33.2 Φ65 12 11.0 36 24 37 45 30 21 12 38 Φ70 13 13.0 38 27 40 52 32 24 13 44 Φ75 14 13.8 38 28 42 55 33 25 14 50.3 Φ80 15 17 44 30 46 60 36 28 15 56.7 Φ85 16 19.5 46 32 50 65 39 30 16 63.7 Φ90 17 24 52 36 54 72 43 33 17 71 Φ95 18 28 56 40 58 78 46 36 18 78.5 Φ100 19 34 60 44 66 86 51 40 19 86.5 Φ105 20 38.5 65 45 70 90 54 43 20 95.2 Φ110 21 48 65 55 80 102 60 48 21 104 Φ115 計算出直澆道總斷面面積為A直=1.15′4=8.28cm2,，故查表3.16澆注系統(tǒng)截面面尺寸，直澆道截面面積取4.6cm2，直徑為Φ24mm。 最終確定各澆道截面尺寸如下圖3.3澆道截面尺寸所示。 圖3.3 澆道截面尺寸 3.5 冒口和冷鐵設(shè)計 灰鑄鐵和球磨鑄鐵在凝固過程中都析出石墨并伴隨相變膨脹，有一定的自補縮能力，因而縮松、縮孔的傾向小性較鑄鋼件小。鑄鐵件的補縮應(yīng)以澆注系統(tǒng)后補縮（澆注系統(tǒng)在完成教主以后，對鑄件的補縮，稱為后補縮）和石墨化膨脹自補縮為基礎(chǔ)，只是由于鑄件本身結(jié)構(gòu)、合金成分、冷卻條件等原因，不能建立足夠的后補縮和自補縮的情況下才應(yīng)用冒口，一個需要設(shè)置冒口補縮的鑄件，也必須利用后補縮和自補縮，冒口僅是補充后補和自補不足的差額。 對于灰鑄鐵件，當冒口模數(shù)Mc<2.5cm，應(yīng)該安放冒口補縮。當冒口模數(shù)Mc32.5cm，可用無冒口工藝。 箱蓋的體積為V=50.24mm3，箱蓋的面積為S=1.06mm2，模數(shù)計算如公式（3-4） m=V/A （3-4） 則箱蓋鑄件模數(shù)為m=4.74cm，本次箱蓋不設(shè)計冒口。 4 合箱圖及工裝設(shè)計 由前文計算選取的吃砂量以及鑄造工藝排布，選擇砂箱內(nèi)框尺寸，上砂箱內(nèi)框尺寸為：400mm′450mm′150mm，下砂箱內(nèi)框尺寸為：400mm′450mm′100mm。 4.1 模樣 模樣材質(zhì)選用金屬模，具有表面光潔，尺寸精度，強度高，剛性大，使用壽命長的優(yōu)點。適用于大批，成批的各種鑄件。 依據(jù)鑄造工藝圖確定模樣本體結(jié)構(gòu)類型為平裝式。 4.2 上板設(shè)計 最終確定箱蓋的上模板裝配圖如下圖4.1下模板裝配圖圖所示。 圖4.1上模板裝配圖 1.下模板定位銷 2.下模板 3.下模樣定位銷 4.下模樣 5.M10內(nèi)六角螺絲 6.直澆道窩 7.下模板導向銷 4.3 芯盒設(shè)計 箱蓋砂芯，芯盒設(shè)計芯盒材質(zhì)為ZL101，對開式兩半芯盒，芯盒采用定位銷定位，蝶形螺母和活節(jié)螺栓緊固及開合。最終確定箱蓋的芯盒裝配圖如下圖4.2芯盒裝配圖圖所示。 圖4.2芯盒裝配圖 1.上模板定位銷 2.上模板 3.上模樣定位銷 4.上模樣 5.M10內(nèi)六角螺絲 6.直澆道 7.上模板導向銷 4.4 合箱 根據(jù)表4.1常用造型機所用砂箱的最佳尺寸，依據(jù)本次設(shè)計數(shù)據(jù)，選擇400mm′500 mm砂箱尺寸對應(yīng)的造型機為Z145。 表4.1 常用造型機所用砂箱的最佳尺寸 砂箱尺寸 （mm） 400×300 500×400 600×500 800×600 造型機 Z114A，Z124 Z145，ZZ415 Z146，ZB326 ZB148A，3ZZ318 砂箱尺寸 800×700 1000×800 1100×900 1600×1200 造型機 Z148A，Z158 Z2310，Z2410 ZB1410 ZB1416 最終確定箱蓋的合箱圖如下圖4.3合箱圖所示。 圖4.3合箱圖 1.下砂型 2.下砂箱 3.砂箱用定位銷 4.砂箱定位套 5.上砂型 6.上砂箱 7.澆口杯 8.砂箱用導向銷 9.砂箱導向套 5 結(jié) 論 通過這次工藝課程設(shè)計，使我對鑄造設(shè)計過程有了更進一步的認識和了解，也加深了對大學四年中所學基礎(chǔ)知識的學習和理解。課程設(shè)計是理論聯(lián)系實際的最直接有效的方法。在具體設(shè)計過程中，必須考慮到方方面面的問題，在理論上正確無誤的設(shè)計，但是當你運用結(jié)合實際的時候往往會存在各種問題。這樣，在設(shè)計時就必須考慮所設(shè)計的機構(gòu)是否合理，在實際運用中能否正常工作，而不僅僅考慮理論上的可行性，畢業(yè)設(shè)計使我學會了從實際解決鑄造工藝設(shè)計。 采用頂注法鑄造減速器機箱蓋，工藝簡單實用，鑄件的缺陷少，成品率高，應(yīng)用于類似薄壁箱體類鑄鋼件，不失為一種好方法。但也有不足之處，設(shè)計的過程不成熟。其中，受箱蓋結(jié)構(gòu)所限，澆注時如果熔渣澆入型腔，鑄件易產(chǎn)生夾渣缺陷。 致 謝 本次鑄造課程設(shè)計是在朱永長老師的親切關(guān)懷和悉心指導下完成的。他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。朱永長老師不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹向朱永長老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。他為人隨和熱情，治學嚴謹細心。在閑聊中她總是能像知心朋友一樣鼓勵你，在論文的寫作和措辭等方面她也總會以“專業(yè)標準”嚴格要求你，從選題、定題開始，一直到最后論文的反復修改、潤色，許老師始終認真負責地給予我深刻而細致地指導，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。正是朱永長老師的無私幫助與熱忱鼓勵，我的課程設(shè)計才能夠得以順利完成，謝謝朱永長老師。 參 考 文 獻 [1] 中國鑄造協(xié)會.鑄造工程師手冊(第三版)[M]. 北京:機械工業(yè)出版社, 2010. [2] 機械工程學會鑄造學會編.鑄造手冊（第5卷：鑄造工藝）[M]. 北京:機械工業(yè)出版社, 2006. [3] 葉榮茂、吳維岡、高景燕.鑄造工藝課程設(shè)計手冊 [M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1989. [4] 華中理工大學, 王文清, 李魁盛. 鑄造工藝學[M]. 機械工業(yè)出版社, 1998. [5] 李弘英, 趙成志. 鑄造工藝設(shè)計[M]. 機械工業(yè)出版社, 2005. [6] 葉榮茂. 鑄造工藝設(shè)計簡明手冊[M]. 機械工業(yè)出版社, 1999. [7] 本社. 砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計[M]. 北京出版社, 1980. [8] 伍偉, 周勝中. 齒輪箱蓋的工藝設(shè)計分析[J]. 中國科技博覽, 2013(37): 546-546. [9] 陳宗民, 翟慎秋, 于文強,等. 中型鑄鐵減速箱蓋鑄造工藝及金屬模樣設(shè)計[J]. 中國鑄造裝備與技術(shù), 2019, 054(004): 34-39.