行星架鑄造工藝設(shè)計

行星架鑄造工藝設(shè)計,行星,鑄造,工藝,設(shè)計 行星架鑄造工藝設(shè)計答辯人：魏榮攀指導(dǎo)教師：李俊剛教授小組成員：劉宇昕陳淦丹楊周躍1 摘要本文對ZG35CrMo材質(zhì)行星架零件進行鑄造工藝設(shè)計，在分析零件結(jié)構(gòu)及材料特性的基礎(chǔ)上進行零件的鑄造工藝設(shè)計，選定了造型、造芯方法，確定了分型面及澆注位置，設(shè)計了澆注系統(tǒng)、鑄造工藝設(shè)備。在采用三維設(shè)計軟件Creo平臺上繪制鑄件、砂型、砂芯、裝配、等實體圖，又采用華鑄CAE軟件對充型過程進行模擬，根據(jù)模擬結(jié)果進行鑄造工藝優(yōu)化，以獲得最優(yōu)工藝方案，最終得出零件的鑄造工藝設(shè)計。關(guān)鍵詞：行星架；鑄造工藝設(shè)計；ZG35CrMo；2 設(shè)計方案技術(shù)要求：（1）鑄造尺寸公差和加工余量按照GB/T6414-2007鑄件尺寸公差和機械加工余量的要求執(zhí)行；（2）鑄件不允許有氣孔、夾砂、夾渣、疏松等影響使用功能的缺陷；（3）熱處理采用淬火加回火。工藝設(shè)計零件總高647mm，直徑為1260mm的圓形類零件。鑄件質(zhì)量約為1424kg。在結(jié)構(gòu)上有長軸、短軸、上輻板、下輻板、三角形空心柱立筋組成。各個部分相對獨立,下輻板和立筋補縮通道不夠順暢。零件壁厚不均勻，最厚處為91mm，最薄處為40mm，壁厚偏差過大，拐角處壁厚不均勻，導(dǎo)致冷卻速度不均勻，易產(chǎn)生熱節(jié)，又因鑄件采用鑄鋼材料，熱烈傾向較大，故需要采取相應(yīng)措施防止縮松、縮孔、開裂等缺陷。鑄件整體有一定的表面精度要求。零件所用材質(zhì)為ZG35CrMo，化學(xué)成分及主要力學(xué)性能如表1.1所示。鑄件要求單件小批量生產(chǎn)，采用手工造型。造型、芯材料：水玻璃砂硬化方法：吹CO2硬化本鑄件采用調(diào)質(zhì)處理澆注位置確定對于合金凝固理論的研究和生產(chǎn)經(jīng)驗，確定澆注位置時應(yīng)考慮以下原則：（1）鑄件的重要位置應(yīng)置于下部；（2）鑄件加工面應(yīng)朝下或呈直立狀態(tài)；（3）使鑄件的大平面朝下，避免夾砂結(jié)巴類缺陷；（4）應(yīng)保證鑄件能充滿；（5）應(yīng)有利于鑄件的補縮；（6）避免用吊砂、吊芯、或懸臂芯，便于下芯、合箱及檢驗；（7）因使合箱位置、澆注位置和鑄件冷卻位置一致。分型面的確定分型面是指兩半型相互接觸的表面。分型面的確定應(yīng)該遵循以下原則：（1）應(yīng)使鑄件全部或大部分處于同一半型內(nèi)；（2）應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)目；（3）分型面應(yīng)盡量選用平面；（4）便于下型、合箱及檢查型腔尺寸；（5）不使砂箱過高；（6）受力件的分型面選擇不應(yīng)該削弱鑄件結(jié)構(gòu)強度；（7）注意減輕鑄件清理和機械加工余量。方案1采用水平澆注的方式，將鑄件正放進行澆注，法蘭盤朝下，采用底注澆注系統(tǒng)，2個內(nèi)澆道，2個暗冒口。澆注時鐵液從底面開始充型，充型平穩(wěn)，沒有紊流，而且中心圓柱形型芯通過芯頭支撐，整體砂芯易于固定支撐，由于重要（法蘭盤）處于底部，凝固后鑄件缺陷少。方案2，由于分型面在中間，安放型芯不方便，不容易定位。故最終選擇方案一。3 鑄造工藝參數(shù)的確定根據(jù)技術(shù)要求：鑄造尺寸公差和加工余量按照表鑄件尺寸公差和機械加工余量 GB/T6414-2007的要求執(zhí)行根據(jù)零件尺寸選取鑄件公差等級為DCTG13級選取零件加工余量等級為13級收縮率為2%孔全部鑄出序號基本尺寸/mm加工余量等級加工余量數(shù)值/mm1647J10mm2439J9mm3458J9mm4458J9mm5351.5J7mm6174J5.5mm7174J5.5mm8200J5.5mm9190J7mm10520J9 mm4 砂芯設(shè)計砂芯的功用是形成鑄件內(nèi)腔、孔和鑄件外形不能鑄出砂的部位。砂型局部要求特殊性能的部分，有時也用砂芯。對砂芯的要求主要是：（1）砂芯的形狀、尺寸以及在砂型中的位置均應(yīng)保證鑄件的形狀和尺寸符合要求；（2）具有足夠的強度和剛度；（3）在鑄件形成過程中砂芯所產(chǎn)生的氣體能及時排出型外；（4）鑄件收縮時的阻力小，容易清砂。查鑄造手冊，可確定1號芯芯頭上下分別為65mm、8，35mm、14 2號芯芯頭上下分別為65mm、8，35mm、14 3號芯芯頭上下分別為40mm、7，25mm、5。5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計設(shè)計澆注系統(tǒng)應(yīng)遵守以下原則：（1）金屬液的充型過程中應(yīng)控制金屬液的流動方向和速度，盡可能使金屬液平穩(wěn)，連續(xù)地充滿型腔；（2）在合適的時間內(nèi)充滿型腔，避免形成夾砂、冷隔、皺皮等缺陷，保證鑄件輪廓清晰、完整；（3）調(diào)節(jié)鑄型內(nèi)的溫度分布，有利于強化鑄件的補縮、減少鑄造應(yīng)力，防止鑄件出現(xiàn)變形、裂紋等缺陷；（4）澆注系統(tǒng)應(yīng)具備擋渣、溢渣、凈化金屬液的能力；（5）澆注系統(tǒng)應(yīng)該結(jié)構(gòu)簡單、可靠、減少金屬液的消耗，且便于清理。故本次澆注方案采用底注開放式澆注系統(tǒng)。澆注時間公式：t=G_L/Nnq 4-1式中：GL型內(nèi)鋼液重量，含脹箱和冒口中重量，脹箱率見表4.1；N同時澆注的漏包數(shù)量（個）；n一個漏包內(nèi)的漏孔數(shù)量（個）；q平均澆注流量（kg/s)。實選漏孔直徑為55mm的澆包，可計算澆注時間：t=1637/(1*1*55)=30s。鑄件件澆注重量注重量GL/t5151535356565100100鑄件件結(jié)構(gòu)構(gòu)允許最小上升速度v/(mm/s)復(fù)復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu)252016141210中等復(fù)中等復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu)2015121098簡單結(jié)構(gòu)構(gòu)15108876位置位置數(shù)量/個面積截面直徑包口包口150直直澆道道13925 mm270橫橫澆道道13532.5mm268內(nèi)內(nèi)澆道道24906.25 mm256各澆道截面積6 冒口的設(shè)計鑄件模數(shù)計算：M件=ab/2(a+b)c (5-1)式中：a長軸厚度；b長軸高度；c長軸與輻板交界處厚度。計算得鑄件模數(shù)為4.59cm。冒口模數(shù)M冒=1.2M件=1.2*4.59=5.5cm。依工廠暗冒口的形狀和冒口尺寸、重量、模數(shù)表，查得M冒為5.5cm時，冒口尺寸B=240mm，A=480mm，H=310mm，每個冒口重320千克，擬采用兩個冒口。工藝出品率計算，鑄件重量/澆注金屬液重量。計算可得工藝出品率為61%。7 工藝裝備模樣用來形成鑄型的型腔，是砂型鑄造中不可缺少的工藝裝備。模樣的設(shè)計質(zhì)量，不僅關(guān)系著鑄件的幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量，而且直接地影響著模樣制造工藝、經(jīng)濟性、模樣的使用性能與壽命。因此，模樣材料的選擇與形狀尺寸的確定都極為重要。本次工藝中設(shè)計模樣形狀如右所示。砂箱的設(shè)計：砂箱是鑄造車間造型所必需的工藝裝備，用于制造和運輸砂型，砂箱結(jié)構(gòu)要符合造型、運輸設(shè)備的要求。正確地設(shè)計砂箱的結(jié)構(gòu)和尺寸，對于保證鑄件的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，減輕勞動強度以及保證生產(chǎn)安全，都有重要的意義，根據(jù)吃砂量及工廠常用砂箱尺寸，上箱選用1500mmx1500mmx700mm，下箱選用1500mmx1500mmx600mm的砂箱。致謝本文是在李俊剛教授的悉心指導(dǎo)下完成的。在鑄造工藝的選擇分析、設(shè)計上無不傾注著李俊剛教授的心血。李俊剛淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、誨人不倦的精神、平易近人的人生態(tài)度，將使我終生受益。經(jīng)過本次實踐，我鑄造工藝設(shè)計有了一定的認識，增強了自己的動手能力，也掌握了鑄造工藝的設(shè)計流程和知識。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 行星架鑄造工藝設(shè)計 學(xué) 院 年 級 專 業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師  目 錄 摘 要 5 1 設(shè)計方案 6 1.1 零件結(jié)構(gòu)工藝性分析 6 1.1.1 零件基本信息及技術(shù)要求 6 1.1.2 零件結(jié)構(gòu)組成分析 7 1.1.3 零件所用材質(zhì)性能的分析 7 1.2 造型方法與鑄型種類選擇 7 1.2.1 造型方法 8 1.2.2 鑄造種類 8 1.3 砂芯種類與制芯方法的選擇 8 1.4 分型面和澆注位置確定 8 1.4.1 澆注位置的確定 8 1.4.2 分型面的確定 9 2 鑄造工藝參數(shù)的確定 11 2.1 尺寸公差和加工余量的確定 11 2.1.1 尺寸公差的確定 11 2.1.2 機械加工余量等級的確定 11 2.2 機械加工余量和鑄件基本尺寸的確定 12 2.2.1 機械加工余量的確定 12 2.3 收縮率和起模斜度的確定 13 2.3.1 收縮率的確定 14 2.3.2 起模斜度的確定 14 2.4 最小鑄出孔的確定 14 3 砂芯設(shè)計 15 3.1 砂芯材料的選用 15 3.2 芯頭設(shè)計 15 4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 16 4.1 澆注系統(tǒng)的作用 16 4.2 澆注系統(tǒng)類型的選擇 16 4.3 澆注時間的確定 17 4.4 阻流元（內(nèi)澆道）截面的計算 18 4.5 澆道的設(shè)計 18 5 冒口的設(shè)計 19 6 鑄造工藝設(shè)備設(shè)計 20 6.1 工藝裝備 20 6.2 工藝裝備的選用 20 6.2.1 模樣 20 6.2.2 砂箱的設(shè)計 20 致 謝 21 參 考 文 獻 22 摘 要 鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。鑄造毛坯因近乎成形，而達到免機械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上減少了制作時間．鑄造是現(xiàn)代裝置制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一。 本文主對ZG35CrMo材質(zhì)行星架零件進行鑄造工藝設(shè)計，在分析零件結(jié)構(gòu)及材料特性的基礎(chǔ)上進行零件的鑄造工藝設(shè)計，選定了造型、造芯方法，確定了分型面及澆注位置，設(shè)計了澆注系統(tǒng)、鑄造工藝設(shè)備。 在采用三維設(shè)計軟件Creo平臺上繪制鑄件、砂型、砂芯、裝配、等實體圖，又采用華鑄CAE軟件對充型過程進行模擬，根據(jù)模擬結(jié)果進行鑄造工藝優(yōu)化，以獲得最優(yōu)工藝方案，最終得出零件的鑄造工藝設(shè)計。 關(guān)鍵詞：行星架；鑄造工藝設(shè)計；ZG35CrMo； 1 設(shè)計方案 1.1 零件結(jié)構(gòu)工藝性分析 1.1.1 零件基本信息及技術(shù)要求 行星架零件圖如圖1.1所示， 圖1.1 行星架零件圖 技術(shù)要求： （1）鑄造尺寸公差和加工余量按照GB/T6414-2007《鑄件尺寸公差和機械加工余量》的要求執(zhí)行； （2）鑄件不允許有氣孔、夾砂、夾渣、疏松等影響使用功能的缺陷； （3）熱處理采用淬火加回火。 1.1.2 零件結(jié)構(gòu)組成分析 工藝設(shè)計零件總高647mm，直徑為1260mm的圓形類零件。鑄件質(zhì)量約為1424kg。在結(jié)構(gòu)上有長軸、短軸、上輻板、下輻板、三角形空心柱立筋組成。各個部分相對獨立, 下輻板和立筋補縮通道不夠順暢。零件壁厚不均勻，最厚處為91mm，最薄處為40mm，壁厚偏差過大，拐角處壁厚不均勻，導(dǎo)致冷卻速度不均勻，易產(chǎn)生熱節(jié)，又因鑄件采用鑄鋼材料，熱烈傾向較大，故需要采取相應(yīng)措施防止縮松、縮孔、開裂等缺陷。鑄件整體有一定的表面精度要求。 1.1.3 零件所用材質(zhì)性能的分析 零件所用材質(zhì)為ZG35CrMo，化學(xué)成分及主要力學(xué)性能如表1.1所示。 35CrMo合金結(jié)構(gòu)鋼，有很高的靜力強度、沖擊韌性及較高的疲勞極限，淬透性較40Cr高，高溫下有高的蠕變強度與持久強度，長期工作溫度可達 500℃；冷變形時塑性中等，焊接性差。低溫至-110攝氏度，并具有高的靜強度、沖擊韌度及較高的疲勞強度、淬透性良好，無過熱傾向，淬火變形小，冷變形時塑性尚可，切削加工性中等，但有第一類回火脆性，焊接性不好，焊前需預(yù)熱至150~400攝氏度，焊后熱處理以消除應(yīng)力，一般在調(diào)質(zhì)處理后使用，也可在高中頻表面淬火或淬火及低、中溫回火后使用。本鑄件采用調(diào)質(zhì)處理。 表1.1 ZG35CrMo化學(xué)成分及力學(xué)性能 牌號 化學(xué)成分/% 力學(xué)性能 ZG35CrMo C Si Mn S P Cr Ni Mo Rr0.2/Mpa Rm/Mpa A% 沖擊功（-40℃）/J 0.30~0.37 0.30~0.50 0.50~0.80 ≤0.035 0.80~1.20 0.20~0.30 ≥450 ≥645 ≥15 ≥27 1.2 造型方法與鑄型種類選擇 本鑄件要求砂型鑄造，單件小批量生產(chǎn)。 1.2.1 造型方法 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。 1.2.2 鑄造種類 選用水玻璃砂，吹CO2方法硬化。 1.3 砂芯種類與制芯方法的選擇 砂芯選擇水玻璃砂。根據(jù)零件的各種性能得到制芯方法選擇手工制芯。 1.4 分型面和澆注位置確定 1.4.1 澆注位置的確定 逐漸的澆注位置是指鑄件在型內(nèi)所處的位置和狀態(tài)。確定澆注位置在很大程度上著眼于控制鑄件的凝固，實現(xiàn)順序凝固的鑄件可消除縮松、縮孔，保證獲得致密鑄件。 對于合金凝固理論的研究和生產(chǎn)經(jīng)驗，確定澆注位置時應(yīng)考慮以下原則： （1）鑄件的重要位置應(yīng)置于下部； （2）鑄件加工面應(yīng)朝下或呈直立狀態(tài)； （3）使鑄件的大平面朝下，避免夾砂結(jié)巴類缺陷； （4）應(yīng)保證鑄件能充滿； （5）應(yīng)有利于鑄件的補縮； （6）避免用吊砂、吊芯、或懸臂芯，便于下芯、合箱及檢驗； （7）因使合箱位置、澆注位置和鑄件冷卻位置一致。 最終選擇的澆注位置如圖1.1所示。 圖 1.1 澆注位置 1.4.2 分型面的確定 分型面是指兩半型相互接觸的表面。分型面的確定應(yīng)該遵循以下原則： （1）應(yīng)使鑄件全部或大部分處于同一半型內(nèi)； （2）應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)目； （3）分型面應(yīng)盡量選用平面； （4）便于下型、合箱及檢查型腔尺寸； （5）不使砂箱過高； （6）受力件的分型面選擇不應(yīng)該削弱鑄件結(jié)構(gòu)強度； （7）注意減輕鑄件清理和機械加工余量。 綜合澆注位置及分型面的選擇原則初步制定了以下方案，如圖1.2所示， 圖 1.1 分型面 方案1采用水平澆注的方式，將鑄件正放進行澆注，法蘭盤朝下，采用底注澆注系統(tǒng)，2個內(nèi)澆道，2個暗冒口。澆注時鐵液從底面開始充型，充型平穩(wěn)，沒有紊流，而且中心圓柱形型芯通過芯頭支撐，整體砂芯易于固定支撐，由于重要（法蘭盤）處于底部，凝固后鑄件缺陷少。 方案2，由于分型面在中間，安放型芯不方便，不容易定位。 故最終選擇方案1。 2 鑄造工藝參數(shù)的確定 根據(jù)技術(shù)要求：鑄造尺寸公差和加工余量按照表2.1《鑄件尺寸公差和機械加工余量》 GB/T6414-2007的要求執(zhí)行。 表2.1 《鑄件尺寸公差和機械加工余量》 GB/T6414-2007 砂型鑄造 造型方法 鑄件尺寸公差等級DCTG 造型材料 鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 銅合金 輕金屬合金 鎳基合金 鈷基合金 手工造型 粘土砂 13~15 13~15 13~15 13~15 13~15 11~13 13~15 13~15 化學(xué)粘結(jié)劑砂 12~14 11~13 11~13 11~13 10~12 10~12 12~14 12~14 根據(jù)零件尺寸選取鑄件公差等級為DCTG13級。 2.1 尺寸公差和加工余量的確定 2.1.1 尺寸公差的確定 鑄件尺寸公差是指允許的鑄件尺寸變動量。公差就是最大極限尺寸與最小極限尺寸 代數(shù)和的絕對值。鑄件尺寸保持在兩個允許的極限尺寸之內(nèi)，就可以滿足加工、裝配和 使用的要求。 2.1.2 機械加工余量等級的確定 加工余量等級由精到粗共分為A、B、C、D、E、F、G、H和J9個等級，根據(jù)表2.2選取零件加工余量等級為13級。 表2.2 加工余量等級對照表 造型材料 加 工 余 量 等 級 鑄鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 鋼合金 輕合金金屬 干、濕砂型 13~15J 13~15H 13~15H 13~15H 13~15H 11~13H 自硬砂 12~14J 11~13H 11~13H 11~13H 10~12H 10~12H 2.2 機械加工余量和鑄件基本尺寸的確定 2.2.1 機械加工余量的確定 在毛坯件上為了隨后可用機械加工方法去除鑄造對金屬表面的影響，并使之達到所要求的表面特征和必要的尺寸精度而留出的金屬余量。機械加工余量值由精到粗共分為十個等級：A、B、C、D、E、F、G、H、J 和 K級。對于單件小批生產(chǎn)的鑄件，不同的加工表面允許采用相同加工余量數(shù)值。 表2.3 機械加工余量等級及其對應(yīng)加工余量值 鑄件公稱尺寸 鑄件的機械加工余量等級RMAG及對應(yīng)的機械加工余量RMA 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 2.8 4 5.5 8 250 400 0.4 0.7 0.9 1.3 1.8 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 1.0 1.4 2 2.8 4 5.5 4 11 16 1600 2500 0.8 1.1 1.6 2.2 3.2 4.5 6 9 13 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 圖3 零件加工余量圖 表2.4 加工面與加工余量對照表 序號 基本尺寸/mm 加工余量等級 加工余量數(shù)值/mm 1 647 J 10mm 2 439 J 9mm 3 458 J 9mm 4 458 J 9mm 5 351.5 J 7mm 6 174 J 5.5mm 7 174 J 5.5mm 8 Φ200 J 5.5mm 9 Φ190 J 7mm 10 Φ520 J 9 mm 2.3 收縮率和起模斜度的確定 鑄造收縮率的定義為： 𝐾 = [(𝐿𝑀 ? 𝐿𝐽）𝐿𝐽 ] × 100% （2-1） 式中𝐿𝑀——模樣（或芯盒）工作面的尺寸； 𝐿𝐽——鑄件尺寸。 鑄造收縮率與鑄造合金種類、澆冒口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、鑄件結(jié)構(gòu)、鑄型種類（含砂型和砂 芯的退讓性）等因素有關(guān)。鑄造合金從凝固狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)會產(chǎn)生收縮；合金的成分與 其含量不同，其收縮率同樣會發(fā)生變化，這是鑄造合金的特性。澆冒口結(jié)構(gòu)阻礙收縮，鑄件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，砂型和砂芯的退讓性差，都會阻礙到鑄件由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的收縮。因此，實際的鑄造收縮率是由上述各種因素綜合形成的。 2.3.1 收縮率的確定 根據(jù)行星架的相關(guān)數(shù)據(jù)得知，收縮率為2%。 2.3.2 起模斜度的確定 為了方便起模，在模樣、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免損壞砂型或砂芯。這 個斜度，稱為起模斜度。 根據(jù)鑄造手冊的表2.5，選取起模斜度為2°，鑄孔起模斜度為4°。 表2.5 起模斜度 鑄孔直徑 鑄 孔 高 度 ≤20 21~40 41~60 61~90 91~120 121~150 151~200 201~250 起 模 斜 度 ≤30 10° 8° 31~50 10° 8° 51~70 8° 8° 7° 71~100 7° 7° 6° 6° 101~130 6° 6° 5° 5° 5° 131~160 6° 6° 5° 4°30′ 4°30′ 4° 161~200 5° 5° 4°30′ 4°30′ 4° 4° 3°30′ 201~250 5° 5° 4° 4° 4° 3°30′ 3°30′ 3°30′ 251~350 5° 4° 4° 4° 3°30′ 3°30′ 3°30′ 3° ＞350 4° 4° 3°30′ 3°30′ 3°30′ 3° 3° 3° 2.4 最小鑄出孔的確定 查表可知該鑄件孔應(yīng)該全部鑄出。 表2.6 鑄件最小鑄出孔尺寸 生 產(chǎn) 批 量 最 小 鑄 出 孔 直 徑(mm) 灰鑄鐵件 鑄鋼件 大量生產(chǎn) 12~15 —— 成批生產(chǎn) 15~30 30~50 單件、小批生產(chǎn) 30~50 50 3 砂芯設(shè)計 砂芯的功用是形成鑄件內(nèi)腔、孔和鑄件外形不能鑄出砂的部位。砂型局部要求特殊 性能的部分，有時也用砂芯。 對砂芯的要求主要是： （1）砂芯的形狀、尺寸以及在砂型中的位置均應(yīng)保證鑄件的形狀和尺寸符合要求； （2）具有足夠的強度和剛度； （3）在鑄件形成過程中砂芯所產(chǎn)生的氣體能及時排出型外； （4）鑄件收縮時的阻力小，容易清砂。 3.1 砂芯材料的選用 采用水玻璃砂制作，吹CO2的方法硬化。 3.2 芯頭設(shè)計 查鑄造手冊，可確定1號芯芯頭上下分別為65mm、8°，35mm、14°， 2號芯芯頭上下分別為65mm、8°，35mm、14°，3號芯芯頭上下分別為40mm、7°，25mm、5°。 4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 4.1 澆注系統(tǒng)的作用 澆注系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的總稱。主要由澆口杯、直澆道、橫澆道、和 內(nèi)澆道4個部分組成。澆注系統(tǒng)設(shè)計的合理與否對鑄件質(zhì)量影響很大，大約 30%的鑄件廢品是由于澆注系統(tǒng)設(shè)計不當導(dǎo)致的。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點、合金種類、技術(shù) 要求合理地設(shè)計澆注系統(tǒng)。 4.2 澆注系統(tǒng)類型的選擇 設(shè)計澆注系統(tǒng)應(yīng)遵守以下原則： （1）金屬液的充型過程中應(yīng)控制金屬液的流動方向和速度，盡可能使金屬液平穩(wěn)， 連續(xù)地充滿型腔； （2）在合適的時間內(nèi)充滿型腔，避免形成夾砂、冷隔、皺皮等缺陷，保證鑄件輪廓 清晰、完整； （3）調(diào)節(jié)鑄型內(nèi)的溫度分布，有利于強化鑄件的補縮、減少鑄造應(yīng)力，防止鑄件出 現(xiàn)變形、裂紋等缺陷； （4）澆注系統(tǒng)應(yīng)具備擋渣、溢渣、凈化金屬液的能力； （5）澆注系統(tǒng)應(yīng)該結(jié)構(gòu)簡單、可靠、減少金屬液的消耗，且便于清理。 澆注系統(tǒng)的分類方式基本為兩種：一種是按照各組元的斷面積比例關(guān)系不同大致分為封閉式和開放式等澆注系統(tǒng)。 故本次澆注方案采 用開放式澆注系統(tǒng)。 另一種是按照內(nèi)澆道在鑄件上的相對位置不同，分為頂注式、底注式、中間注入式 和分層注入式等幾種澆注系統(tǒng)。頂注式由于內(nèi)澆道開在鑄件頂部，澆注時液流對鑄型底部的沖擊力較大，流股與空氣接觸面積大，金屬液會產(chǎn)生激濺、氧化，易造成砂眼、氣孔氧化夾渣等缺陷。 底注式澆注系統(tǒng)充型時內(nèi)澆道基本在淹沒狀態(tài)下工作，充型平穩(wěn)，可避免金屬液發(fā) 生激濺、氧化及由此形成的鑄造缺陷；且橫澆道基本處于充滿的狀態(tài)下，有利于擋渣， 型腔內(nèi)空氣容易順序排出。但內(nèi)澆道附近容易過熱，導(dǎo)致縮孔、縮松和晶粒粗大等缺陷，高大薄壁澆注時金屬液面在上升過程中容易結(jié)皮，形成澆不到，冷隔等缺陷。 中間注入式澆注系統(tǒng)中，對于內(nèi)澆道以下的型腔來說，相當于頂注式澆注系統(tǒng)；對 于內(nèi)澆道以下的型腔而言，則相當于底注式澆注系統(tǒng)。因此，兼具兩種澆注系統(tǒng)的優(yōu)缺點。 4.3 澆注時間的確定 澆注時間公式： t=GLNnq （4-1） 式中：GL—型內(nèi)鋼液重量，含脹箱和冒口中重量，脹箱率見表4.1； N—同時澆注的漏包數(shù)量（個）； n—一個漏包內(nèi)的漏孔數(shù)量（個）； q—平均澆注流量（kg/s)。 表 4.1 不同漏孔直徑澆注流量q平均值 漏孔直徑d/mm 30 35 40 45 50 55 60 70 80 100 流量q/（kg/s） 10 20 27 42 55 72 90 120 150 195 實選漏孔直徑為55mm的澆包，可計算澆注時間：t=16371?1?55=30s。 根據(jù)鋼液液面在型腔內(nèi)的上升速度校驗澆注時間是否合適。液面上升速度太慢，可能產(chǎn)生氧化膜或結(jié)殼，易產(chǎn)生冷隔、皺皮；型腔頂面和側(cè)面因長時間受鋼液烘烤，容易開裂、掉砂、脫殼，易產(chǎn)生夾砂、粘砂、結(jié)疤，驗算方法如下： v=Ct （4-2） 式中：v——鋼液在型腔內(nèi)的上升速度(mm/s)； C—鑄件在型腔內(nèi)的高度(mm)； t—澆注時間（s）。 將以上兩式聯(lián)立得： v=CNnqGL （4-3） 可得澆注速度約為23mm/s。經(jīng)表4.2可知上升速度滿足表中所規(guī)定的數(shù)值，故所選定的漏孔直徑和數(shù)量是合適的。 表4.2 鋼液在型內(nèi)的最小允許上升速度 鑄件澆注重量GL/t <=5 >5~15 >15~35 >35~65 >65~100 >100 鑄件結(jié)構(gòu) 允許最小上升速度v/(mm/s) 復(fù)雜結(jié)構(gòu) 25 20 16 14 12 10 中等復(fù)雜結(jié)構(gòu) 20 15 12 10 9 8 簡單結(jié)構(gòu) 15 10 8 8 7 6 4.4 阻流元（內(nèi)澆道）截面的計算 上一節(jié)已選定漏孔直徑為50mm，則澆包漏孔總截面積為1962.5mm2。 4.5 澆道的設(shè)計 按表4.3里的關(guān)系式計算澆注系統(tǒng)各單位的總截面積。 表4.3各澆道截面積選取 A? :As :Aru:=1:2:1.8:2.5 位置 數(shù)量/個 面積 截面直徑 包口 1 1962.5 mm2 50 直澆道 1 3925 mm2 70 橫澆道 1 3532.5mm2 68 內(nèi)澆道 2 4906.25 mm2 56 5 冒口的設(shè)計 設(shè)置冒口/常用的鑄造工藝措施，主要用于防止縮松、縮孔、裂紋和變形等鑄件缺陷。 冒口是鑄型內(nèi)用以儲存金屬液的空腔，在鑄件形成時補給金屬液，用防止縮松、縮孔、排氣和集渣的作用。 審查鑄件圖，可發(fā)現(xiàn)在長軸與上輻板交界處易產(chǎn)生熱節(jié)，需要安放冒口進行補縮。 鑄件模數(shù)計算： M件=ab2a+b—c#5?1 式中： a——長軸厚度； b——長軸高度； c——長軸與輻板交界處厚度。 計算得鑄件模數(shù)為4.59cm。 冒口模數(shù)M冒=1.2M件=1.2*4.59=5.5cm。依工廠暗冒口的形狀和冒口尺寸、重量、模數(shù)表，查得M冒為5.5cm時，冒口尺寸B=240mm，A=480mm，H=310mm，每個冒口重320千克，擬采用兩個冒口。 工藝出品率計算，鑄件重量/澆注金屬液重量。計算可得工藝出品率為61%。 6 鑄造工藝設(shè)備設(shè)計 6.1 工藝裝備 鑄造工藝裝備是造型、制芯、合箱及澆注過程中使用的模具和裝置的總稱，鑄造工 裝設(shè)計對于保證鑄件質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)效率，減輕勞動輕度起很大作用。設(shè)計工裝設(shè) 備既要滿足工藝要求，又要便于加工制造。 6.2 工藝裝備的選用 6.2.1 模樣 模樣用來形成鑄型的型腔，是砂型鑄造中不可缺少的工藝裝備。模樣的設(shè)計質(zhì)量， 不僅關(guān)系著鑄件的幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量，而且直接地影響著模樣制造工藝、 經(jīng)濟性、模樣的使用性能與壽命。因此，模樣材料的選擇與形狀尺寸的確定都極為重要。 本次工藝中設(shè)計模樣形狀如圖 4所示： 圖 3 模樣圖 6.2.2 砂箱的設(shè)計 砂箱是鑄造車間造型所必需的工藝裝備，用于制造和運輸砂型，砂箱結(jié)構(gòu)要符合造 型、運輸設(shè)備的要求。正確地設(shè)計砂箱的結(jié)構(gòu)和尺寸，對于保證鑄件的質(zhì)量，提高生產(chǎn) 效率，減輕勞動強度以及保證生產(chǎn)安全，都有重要的意義，根據(jù)吃砂量及工廠常用砂箱尺寸，上箱選用1500mmx1500mmx700mm，下箱選用1500mmx1500mmx600mm的砂箱。 致 謝 本文是在李俊剛教授的悉心指導(dǎo)下完成的。在鑄造工藝的選擇分析、設(shè)計上無不傾注著李俊剛教授的心血。李俊剛淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、誨人不倦的精神、平易近人的人生態(tài)度，將使我終生受益。 經(jīng)過本次實踐，我鑄造工藝設(shè)計有了一定的認識，增強了自己的動手能力，也掌握了鑄造工藝的設(shè)計流程和知識。 參 考 文 獻 [1] 王文清，李魁盛．鑄造工藝學(xué)．北京：機械工業(yè)出版社，1998 [2] 彭凡，原曉蕾，薛蕊莉．北京：機械工業(yè)出版社，1998 [3] 李遠才, 造型材料基礎(chǔ)．北京: 化學(xué)工業(yè)出版社， 2009 [4] 李弘英． 鑄造生產(chǎn)實用技術(shù), 北京：機械工業(yè)出版社，2010 引用是學(xué)術(shù)論文的重要寫作方法，“參考文獻”是論文中引用文獻出處的目錄表，凡引用本人或他人文獻中的學(xué)術(shù)思想、觀點或研究方法、設(shè)計方案等，無論借鑒、評論、綜述，還是用作立論依據(jù)、學(xué)術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)，都應(yīng)編入?yún)⒖嘉墨I目錄表。參考文獻應(yīng)是作者親自閱讀或引用過的，不應(yīng)轉(zhuǎn)入他人文后的文獻。 非正式發(fā)表的文獻不可引用；產(chǎn)品說明書不能作為參考文獻； 同一文獻只能在參考文獻中利用一次。 注意： (1) 要求嚴格按照樣例的格式書寫參考文獻，不要錯用中文和英文標點符號，英文作者的姓在前、名縮寫在后；期刊文獻要寫出題目和頁碼。 (2) 通過“插入”“交叉引用”，插入文獻序號。雙擊序號能自動定位。移動引用位置會自動重新編號。實現(xiàn)對一篇文獻的多次引用。 (3) 文中所有數(shù)字、英文字母采用The New Roman字體； (4) 表格采用三線格， 其中兩側(cè)粗線用1.5磅，細線1/2磅； (5) 圖、表標題標示方法。 例：圖2-1 射砂機構(gòu)裝配圖；（采用五號字體） 表2-1 射砂機構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)表；（采用五號字體，包括表格內(nèi)容） 表格內(nèi)容及圖片上的字體比正文小四字體小一號，采用五號字。 不用此信息時，刪除此文本框。 不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不 22 行星架 鑄造工藝設(shè)計 鑄 造 工 藝 卡 卡片編號102 ZG35CrMo 共1頁 第1頁 產(chǎn)品名稱 行星架 每臺件數(shù) 1 澆冒口重 853kg 零件圖號 A3 每型件數(shù) 1 每型金屬液 1424kg 零件名稱 行星架 凈 重 1317kg 活塊數(shù) 0 材 質(zhì) ZG35CrMo 毛 重 1424kg 芯 盒 數(shù) 3 準 備 　砂　　　 箱 砂芯數(shù)量 3個 上箱 1500mm×1500mm×700mm 下箱 1500mm×1500mm×600mm 1#芯盒 1000mm×600mm×600mm 2#芯盒 1500mm×1500mm×750mm 3#芯盒 500mm×350mm×350mm 備 砂 型 砂 水玻璃砂 芯 砂 水玻璃砂 硬化 吹CO2法 澆注系統(tǒng)尺寸 直澆道尺寸 Φ70 橫澆道尺寸 Φ68 內(nèi)澆道尺寸 Φ56 直澆道數(shù)量 1 橫澆道數(shù)量 2 內(nèi)澆道數(shù)量 2 合 箱 合箱至澆注時間 ≤ 24h 澆注溫度 1630℃ 開箱時間 3h