閥蓋零件鑄造工藝設計

閥蓋零件鑄造工藝設計,零件,鑄造,工藝,設計 鑄造工藝課程設計 說明書 設計題目 閥蓋零件鑄造設計 學 院 年 級 專 業(yè) 學生姓名 學 號 指導教師 I 鑄造工藝課程設計說明書 目錄 1 前 言 1 1.1鑄造工藝技術的發(fā)展與應用介紹 1 1.2本文的研究內(nèi)容 1 2 零件結(jié)構及技術要求 3 2.1零件的結(jié)構 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)的設計 15 4.1澆注系統(tǒng)類型選擇 15 4.2澆注系統(tǒng)尺寸的設計 16 4.3冒口的設計 20 5 鑄造砂箱、模樣和芯盒的設計 21 5.1設計和選用砂箱的基本原則 21 5.2砂箱類型的選擇 21 5.3芯盒的設計 22 5.4模樣圖設計 24 6 結(jié) 論 26 7 致 謝 27 參考文獻 28 2 1 前言 1.1鑄造工藝技術的發(fā)展與應用介紹 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)構復雜，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，需要對鑄件結(jié)構、鑄造工藝、澆注條件等各方面進行考慮。 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，造成零件報廢。鑄造工藝的設計是否合理，對鑄件內(nèi)部質(zhì)量有直接的影響。目前，國內(nèi)機械制造行業(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)構形狀復雜程度、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雜多樣的，如材料選用、模具結(jié)構、金屬熔煉與澆注、澆注系統(tǒng)設計不合理、鑄造工藝流程、涂料及保溫措施、補縮系統(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、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本文的研究內(nèi)容 任務書下發(fā)的研究對象是閥蓋零件，完成閥蓋零件的砂型鑄造工藝設計。通過對鑄件的結(jié)構尺寸、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，需要對鑄件結(jié)構、鑄造工藝、澆注條件等各方面進行考慮。本文完成的工作包含閥蓋結(jié)構及工藝性分析，確定砂型材料、砂型制造方案，對分型面、澆注位置進行多種方案對比分析，對澆注系統(tǒng)的結(jié)合尺寸進行設計計算，排氣孔進行設計，并對砂箱及模板設計進行了詳細設計。 閥蓋的鑄造工藝設計。我查閱了相關資料和書籍后，主要進行了鑄件結(jié)構的工藝性分析、鑄造工藝設計及鑄造工藝裝備設計。本文的內(nèi)容如下： （1）學習及掌握閥蓋鑄造工藝設計的相關專業(yè)知識； （2）完成鑄件圖和鑄造工藝圖； （3）閥蓋的結(jié)構尺寸與工藝要求，設計一套鑄造工藝方案，設計2種分型面的方案進行對比分析，選擇一種最優(yōu)的方案。 （4）鑄造工藝參數(shù)的確定，機械加工余量、收縮率、起模斜度、 （5）澆注系統(tǒng)的設計、計算澆注時間，對內(nèi)澆道、橫澆道、直澆道各截面尺寸計算等； （6）模樣的結(jié)構尺寸、模板的材料與定位、砂箱尺寸、材料、定位，合箱注意事項等； 鑄造工藝課程設計說明書 2 零件結(jié)構及技術要求 2.1 零件的結(jié)構 本文研究的對象是的閥蓋如圖2.1所示，閥蓋零件形狀比較簡單，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，QT400-10材質(zhì)在閥蓋零件的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。 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軟件進行三維建模，設置模型實體密度為7.3g/mm3，通過利用分析-測量實體命令，計算得到閥蓋零件的質(zhì)量為16 kg，屬于小型鑄件。底部的六個孔，直徑Ф36mm，翻查文獻可知，用于單件、小批量生產(chǎn)時，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)構復雜，尺寸范圍廣、材料多樣的方法。該零件結(jié)構簡單，選用砂型鑄造。砂型鑄造的優(yōu)勢有： （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，濕型比較簡單，經(jīng)濟。 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）芯砂在可使用時間內(nèi)流動性好，能在較小緊實力的作用下，較好地充填形狀復雜的型、芯各個部位，減輕工人的勞動強度； （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，造型時先將上砂型舂好，然后翻箱，舂實下砂型。這種工藝適用范圍廣，操作簡便，不需要復雜的設備、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。 材 料 性 能 一級硅砂98 膨潤土 10~15 有機水溶性粘結(jié)劑1.5~3.0 水分 6~8 濕壓強度 50~70 /k Pa 濕透氣性 ≥200 本設計中選擇干型砂，干型砂的配比如表2.1所示。鑄型采用機械造型，機械造型其砂型壓實度高，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土加上有機水溶劑進行粘接，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，干型砂的強度適中，退讓性非常好，方便落砂，它使用的有機粘結(jié)劑的不需要特殊烘干流程。因此，干型砂不經(jīng)固化、具有良好的濕強度，便于砂型的轉(zhuǎn)運，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，其化學成分如表2.2所示。 表2.2 球磨鑄鐵QT400-10化學成分（質(zhì)量分數(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 金屬熔煉時要嚴格控制鐵液的化學成分，要求降低金屬液的有害的硫和磷元素；因為閥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 鑄造工藝課程設計說明書 3 閥蓋鑄造工藝方案 3.1澆注位置的選擇 澆注位置涉及的設計要點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。確定澆注位置的基本原則如下： （1）澆注位置應有利于所確定的凝固順序，鑄件厚實部位一般應置于澆注位置上方，以利于設置冒口補縮； （2）鑄件的重要部位應盡量置于下部； （3）重要加工面應朝下或呈直立狀態(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?。? （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）對具有薄壁部分的鑄件，應把薄壁部分放在內(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； （7）應使合型位置、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計如圖3.1所示： 圖3.1 澆注位置方案 如圖3.1所示，以閥蓋以中間對稱面為基準平面，將閥蓋水平放置。根據(jù)閥蓋的結(jié)構，采用兩箱成型，鑄件在上下砂箱各占一半，砂型的造型簡單。將上部設置冒口進行補縮，同時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 分型面設置是便于砂型的造型，模樣的設計與后期模樣的設計，它影響到澆注系統(tǒng)的設計，砂芯的設置等，對鑄件精度及鑄件質(zhì)量有重要影響。一般分型面的設計原則，是將分型面設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砂型各型腔尺寸的檢查。 砂型鑄造工藝設計中，對分型面的選擇積累了很多實用、成熟的經(jīng)驗，這里列舉如下： （1）分型面設置位置，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）分型面的設置數(shù)量，關系到了模具結(jié)構的復雜程度，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，保證分型面設置合理，砂箱的高度適中，不宜過高； （4）分型面的設置就決定了鑄型結(jié)構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)構強度，同時保證加工余量適中，便于砂箱的開模，各澆道的清除與型砂的清理。 （6）分型面的設置就決定了鑄型結(jié)構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)構強度，同時保證加工余量適中，便于砂箱的開模，各澆道的清除與型砂的清理。 基于出，我設計一下兩個分型面方案以供選擇： （1） 第一種是以中間為原則的設計方案，如圖3.2所示。 圖3.2 分型面設計方案一 采用兩箱造型，利用型芯和活塊。分型面選擇原則：應盡量減少分型面的數(shù)目;分型面應選擇最大截面,盡量選用平面。便于中間下芯，便于設置澆冒口，不易出現(xiàn)澆不足現(xiàn)象。使軸孔下芯不便。加工基準面和加工面不在一個砂型，后續(xù)精度要求可能達不到。 （2） 第二種設計方案如圖3.3所示 圖3.3 分型面設置方案二 分型面設置閥蓋上中間對稱，采用兩箱造型，且鑄件在上下砂型各設置二分之一，這種結(jié)構鑄型結(jié)構簡單，且確定是需要在鑄件上設計冒口進行補縮，可以采用中注式澆注系統(tǒng)，其澆道設置在分型面內(nèi)，造型方便簡單。因為上下砂箱的合箱對準誤差使鑄件產(chǎn)生偏錯，這里必須嚴格控制合模精度。 方案二相對方案一更簡單一些，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。 雖然方案二鑄型時對加工面的精度要求可能不易達到，但方案一也存在這個問題。我認為應該選擇方案二更好一點。 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)構簡單的小鑄件，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)構等因素確定，不宜過小，整個砂箱壓緊力不夠，造成鑄造時跑火或掉砂。 參考《典型鑄造工藝設計實例》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，同時保證各個加工面有足夠的加工余量，又要控制后續(xù)機械量，避免過大的加工量造成資源浪費。針對大批量鑄件的生產(chǎn)，參考《鑄造工藝設計手冊》查表1-10得：閥蓋尺寸公差為CT9～11級，這里取CT9級。 閥蓋零件最大外形尺寸120mm×120mm×64mm ，參考文獻《鑄造工藝設計手冊》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（GB/T6414—1999） 方法 公 差 等 級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標準，對砂型鑄件的重量公差的技術要求，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[1]的表2-15，只有最小鑄出孔為Φ45mm。這樣，分析閥蓋的結(jié)構尺寸圖，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，保證在機械加工中去掉表面的夾渣、砂孔、氧化皮層等，因此設計鑄件工藝中，預先增加并在機械加工時切除的金屬層厚度。鑄件表面加工余量的控制，是保證各個加工面有足夠的加工余量，又要控制后續(xù)機械量，避免過大的加工量造成資源浪費。 表3.5 加工余量參考表 參考文獻資料“國標GB/T11350-89”中對機械加工余量的規(guī)定，鑄件機械加工余量允許值選取需要與鑄件尺寸公差一起使用。 具體針對閥蓋鑄件而言，鑄件由《鑄造工藝設計》查表1-13得：加工余量為E～G級，取G級型鑄造大批量生產(chǎn)。 3.3.4鑄件收縮率 鑄件收縮率計算公式： （3-1） 上式中： ε—鑄造收縮率； L1—模樣長度； L2—鑄件長度； 由于鑄件收縮率受到金屬的合金成分和鑄件收縮時型芯，型腔對其的阻力大小等因素的影響，一般以實際生產(chǎn)經(jīng)驗確定。 經(jīng)分析閥蓋結(jié)構，沒有復雜的型芯和型腔，因此在冷卻收縮時受到的阻力較小，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 鑄造工藝課程設計說明書 4 澆注系統(tǒng)的設計 4.1澆注系統(tǒng)類型選擇 砂型鑄造工藝中，澆注系統(tǒng)的設計對金屬液的充型及凝固順序、補縮等起到重要作用，直接決定了鑄件的質(zhì)量。砂型鑄造工藝中，澆注系統(tǒng)的設計對金屬液的充型及凝固順序、補縮等起到重要作用，直接決定了鑄件的質(zhì)量。澆注系統(tǒng)的結(jié)構分類如下：澆注系統(tǒng)的結(jié)構分類如下：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)，保證進入澆道內(nèi)的金屬液且呈現(xiàn)壓流動，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)進行對稱澆注。橫澆道設置下砂箱，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)、流動平穩(wěn)，對砂芯與鑄型的沖擊小，且鑄件各部位充型時間基本一致，避免出現(xiàn)冷隔、澆不足等缺陷。另外澆道位置設置合理，便于后期鑄件對澆道、冒口清除。 4.2澆注系統(tǒng)尺寸的設計 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(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）澆注時間的計算 根據(jù)鑄件的工藝出品率公式計算出鑄件質(zhì)量約為16Kg，基于經(jīng)驗公式計算澆注時間： (4-2) 上式中： t為澆注時間（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：澆注時間為9.0s。 根據(jù)鑄造工藝手冊澆注質(zhì)量與澆注時間關系，確定合理的澆注時間是保證澆注能力充足的重要保證，也是實現(xiàn)快速澆注。 表4.1 澆注質(zhì)量與澆注時間參考值[1] 以內(nèi)澆道為阻流截面，最小阻流截面積計算公式為： （4-3） 計算流量系數(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系，以及通過計算 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《鑄造實用手冊》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，具有儲留最初澆入的含氣和渣污的低溫金屬液的作用。本次設計中采用單向橫澆道，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，梯形斷面尺寸設計為：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，主要功用是引導金屬液向下進入橫澆道、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阻力完成充型。這里直澆口設計為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。因本設計中的鑄件結(jié)構簡單，質(zhì)量也較小，這里選擇漏斗形澆口杯。查《鑄工實用技術手冊》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冒口的設計 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，同時也可以去除在型腔中的過冷金屬液與浮渣。 對于這個鑄件來說，根據(jù)前面的計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，計算可得模數(shù)約為3.28，大于球鐵件干型砂實用冒口模數(shù)2.5，故不需要設計冒口，通過澆注系統(tǒng)即可達到要求。 鑄造工藝課程設計說明書 5 鑄造砂箱、模樣和芯盒的設計 5.1 設計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輸工具，它的結(jié)構設計是否合理，對鑄件的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、勞動強度都有很大影響。砂箱的設計內(nèi)容有砂箱類型材質(zhì)選擇、尺寸結(jié)構設計、定位及固定方式。要滿足鑄造工藝要求。如砂箱和模樣間應有足夠的吃砂量，不嚴重阻礙鑄件收縮等。砂箱制造要盡可能標準化、系列化和通用化，便于制造。砂箱應該具有一定的強度和剛度，避免澆注和搬運過程中不會發(fā)生變形。砂箱尺寸、形狀結(jié)構要滿足現(xiàn)有設備的使用要求，符合鑄造工藝流程。對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。應當在箱壁處設置排氣孔，一遍澆注時排除多產(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格所以宜采用成本低、強度高、精度較好且安裝容易的整鑄型砂箱，采用機器造型。 砂箱在砂型的成形和運輸?shù)倪^程中占有重要作用，砂箱的尺寸包括長度、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，其長度和寬度尺寸范圍為 600mm×700mm～600mm×700mm。根據(jù)設計要求，所設計的砂箱的長度和寬度要保證是 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×寬×高=600mm×650mm×300mm 下箱：長×寬×高=600mm×650mm×300mm 查《鑄造工藝手冊》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 芯盒的設計 基于前面對于鑄件內(nèi)部尺寸的要求，按照參考文獻中的要求。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(zhì)量具有關鍵作用，也會直接影響到鑄件的質(zhì)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(jié)構時需要根據(jù)生產(chǎn)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(jù)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，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(chǎn)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。其結(jié)構如下圖所示： 圖5-2 芯盒圖 5.4 模樣圖設計 木質(zhì)模樣具有輕便、容易加工、來源廣、價格低廉等優(yōu)點，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。在本次設計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 鑄造工藝課程設計說明書 6 結(jié) 論 世界上發(fā)展不會停滯的工業(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、加工及結(jié)構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)量成為了當下一個非常重要的問題。對于我們機械行業(yè)從業(yè)者來說，我們最大的幸福就是想辦法提高我國該行業(yè)在國際上的領導力。為此，我們要努力實現(xiàn)這一偉大的理想。此次鑄造工藝時我去圖書館借閱了許多相關書籍，仔細研究所做工藝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。 7 致謝 本次在慢慢的學習和實踐中完成的，并在朱老師的指導之下一步步完善的。通過查閱書籍，網(wǎng)上查找相關資料，大致完成了設計的過程，并且收益頗多。在此特別感謝朱老師的殷勤指導，是設計得以完成的重要保障。 27 鑄造工藝課程設計說明書 參考文獻 [1]鑄造手冊—鑄造工藝/中國機械工程協(xié)會鑄造分會編[M]. 機械工業(yè)出版社2003.1. [2]中國機械工程學會鑄造分會.鑄造手冊[M].機械工業(yè)出版社. [3]徐允長.鑄造工技術（高級）[M].化學工業(yè)出版社. [4]沈其文.材料成型工藝基礎[M].華中科技大學出版社. [5]國家職業(yè)資格培訓教材編審委員會.鑄造工（技師、高級技師）[M].機械工業(yè)出版社. [6]張代東.機械工程材料應用基礎[M].機械工業(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)展動向[J]. 2005, 47. [8]J.Wu.吹砂造型和充砂造型的計算機模[J].2006, 114, 419- 427. [9]P. Scarber.鑄型和粘結(jié)劑對鋁鑄件澆注時放出氣體的影響[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計[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.顆粒增強金屬基復合材料耐漿料沖蝕磨損性能的研究[J].2001，15-16. [15]廖景娛.金屬構件失效分析[M].2003，109-126. [16]黃天佑.快速成型技術及其在鑄造中的應用[J]. 鑄造,1995, (02) . [17]高秀蘭,韓玉強鑄件澆注系統(tǒng)[J] ,熱加工工藝.2002, (05). [18]李玉慶.合理設計澆注系統(tǒng),減少夾渣缺陷[J].山東內(nèi)燃機廠, 2002, (04). 28