柴油機進氣管鑄造

柴油機進氣管鑄造,柴油機,氣管,鑄造,鍛造 文字說明與設計步驟 參考資料 一、設計任務及分析： 1105柴油機進氣管凈重3公斤，才質HT15-33，生產性質是大批量生產。 柴油機進氣管是為柴油燃燒提供空氣通道，即它一端與氣缸的配氣室相連（通過配氣閥來控制進氣量）。這就要求：一、進氣管內壁要光滑，減少進氣阻力；二、氣管不得有粘砂等物，否則，就會造成氣缸磨損、甚至使配氣閥失控等嚴重事故；三、進氣管不得有裂紋、夾渣、氣孔、夾砂等缺陷，因進氣管上承濾清器的重量，加之柴油機振動較大，仍造成進氣管損壞而停機。 本零件的主要壁厚為7mm，是合理的壁厚。雖有局部較厚之處，如主視圖右上部16×22處，但由于是HT15-33，碳當量較高，故對鑄件質量及工藝無大影響。此外，零件的結構及圓角連接設計也比較合理。 二、鑄造工藝方案的確定與論證： 1、造型造芯方法的選擇： 由于零件是大批量生產，故采用生產率高、質量比較穩(wěn)定的機器造型、造芯來進行生產。造型機選用Z145A，制芯機選用Z236A。 2、鑄型、型芯種類的確定： 鑄型種類選用濕型。優(yōu)點是成本低、生產率高、勞動條件較好，適用于中小件。砂芯選用合脂砂，用以保證零件要求及管內壁光滑，成本也較低。 3、鑄件凝固原則、澆注位置和分型面的選取： 鑄件的材質是HT15-33，零件的壁厚差又較小，因此按同時凝固原則設計。 此零件有兩個法蘭端面需要加工，為保證加工質量，應將加工面置于澆注位置底面，但因兩法蘭面不在同一平面而是互成直角，這樣兩加工面都放在底面是不可能的。若一面放在底面，一 文字說明及設計步驟 砂型鑄造工藝、工裝設計 P6表1-2 參考資料 面置于側面，對鑄件質量雖好，卻使制芯工作量加大，成本增大，權衡利弊將兩加工面均置于側面，這樣既保證讓質量又降低了成本。 分型面的選擇如工藝圖所示，此分型面起模方便，簡化操作（沒有活塊），砂芯的數量最少，分型面與澆注位置一致。 4、砂箱中鑄件數量的確定： 小件在流水線上生產。一般采用通用砂箱，此采用500×400×150通用砂箱。查得鑄件距砂箱壁最小尺寸為20mm，鑄件間最小尺寸為30mm，此件的最大外輪廓尺寸為210×100mm，故一箱內只能安放4個鑄件，即長度方向210×2＋30＝450、寬度方向100×2＋30＝230。 5、主要工藝參數的選擇： 1)鑄造收縮率： 由表查得此件的收縮率應為0.9%，考慮此件采用濕型及合脂砂芯，收縮阻力較小，加之零件較小，取收縮率為1%。 2)鑄件精度等級、尺寸、重量及偏差： 查表得鑄件尺寸精度是5-6級，選6級精度，按此精度查得鑄件尺寸極限偏差值為1.5mm,合格鑄件允許重量偏差為5%。 3)機械加工余量： 以鑄件的精度等級及公稱尺寸查得機械加工余量頂面、側面為5mm、底面為3.5mm，由于模具精度較高及冷加工希望減少加工余量（零件精度要求不高），取為3.5mm。 4)拔模斜度： 此件可查得拔模斜度為0°45′~2°之間，去0°45′~1.5°,均取增厚型的。 6、砂芯設計： 1)砂芯數量及其分割面的確定： 由于一箱四體件，管子（φ56—φ46）砂芯可采用拋擔砂芯， 文字說明及設計步驟 JB2854-80 砂型鑄造工藝、工裝設計 表3-24 參考資料 可以減少芯頭長度和防止漂芯（不用芯撐）。 關于外皮型芯的設計有三種方案（因為若先下外皮芯，將使管芯下不去，若先下管芯，將使外皮芯下不下去。）： a、是在外皮芯后的一定空隙，芯子下完后填砂，這樣放率太低； b、是將外皮芯沿90×74法蘭水平分芯，這樣使下芯順利。但由于分芯必然造成一道飛邊，很難清理（砂輪有些地方磨不到）； c、是將外皮芯分成2塊（1#及3#）。優(yōu)點是外皮芯是一整芯，沒有飛邊，缺點是增加了一個3#砂芯，為保證逐漸質量選用此方案。 3#芯長40mm多，高100mm，厚20mm，為便于制造，將此芯分成8小塊，每塊寬度50mm。 2）芯頭形狀、尺寸、斜度、間隙及防壓環(huán)、壓環(huán)、集砂槽設計： 2#芯系水平砂芯，可得φ46砂芯頭長度應是25-40mm，φ56砂芯頭長度應是30-45mm，由于砂箱長度方向尺寸較緊，故將φ46芯頭長取20mm，φ56芯頭長取30mm，為制芯方便芯頭斜度取5°。 驗算φ46芯頭承壓面積 砂芯重量G（粗計）3.14×0.562/4×1.2×1.6≈0.48(kg) 砂芯浮力P（粗計）3.14×0.562/4×1.2×7＝2.1(kg) 實際芯頭面積Sk＝1.5（P-G）/2×0.6≈2(cm2) 1#芯是懸臂芯，查得芯頭長度應為50mm，但此芯是二件合用，中間有一段與鑄型接觸，為加大吃砂量懸臂芯取懸臂的一段，即60mm 3#芯是垂直砂芯，起填砂作用，故芯頭長取20mm，砂芯間隙為0.75mm。 3）芯骨填料： 1#芯采用φ10圓鋼，2#芯采用8#鐵絲。 7、澆注系統的選取和計算： 1） 澆注系統的類型、形式及在鑄件上的開設部位： 文字說明及設計步驟 砂型鑄造工藝、工裝設計 P64表4-5 砂型鑄造工藝、工裝設計P65 鑄鐵手冊P773 砂型鑄造工藝、工裝設計P65 參考資料 此件是小件，為了造型簡便，采用與分型面一致的中間注入式。 由于零件較小，一箱四體，澆口開設位置只有兩處，一處是加強筋處，一是法蘭處，為了不使內澆口局部過大，采用兩處分散開設。 2） 澆注時間和澆道中阻流截面的計算： a、 一個零件澆注金屬總重計算： 由于本件加工量較少，參考文獻中表7，取 3.067／毛重＝0.90 毛重≈3.4(kg) 澆注系統估算，按教材取25% 澆注金屬總重為：3.4×1.25%＝4.26(kg) b、 單件澆注時間： 按公式： t＝S√G S＝1.85 G＝4.26(kg) t＝3.8(秒) 取t為4秒 c、 液面平均上升速度驗算： v＝c/t＝120/4＝30(毫米/秒) 查表允許上升速度為20~30毫米/秒，故上升速度符合要求。 d、 直澆道高度的驗算： 按HM＝L×tgα 查得 α＝120° L≈224mm HM＝47.62(mm),鑄件一半高60mm 直澆口最小高度： 60+47.62＝107.62 (mm) 砂箱高度取150mm，150＞107.62，故能滿足要求。 e、 平均壓頭計算: HP＝HO-c/8 ＝150-120/8=135mm=13.5cm 用水力學公式計算最小阻流端面： 文字說明與設計步驟 機床制造中的鑄造 P17 鑄造工藝學P120 砂型鑄件工藝工裝設計 P85 同上P86 表5-7 同上P86及P87 砂型鑄造工藝工裝設計 參考資料 F內=G/u.t.0.13√Hp u取0.42 =4.26/0.42×4×0.31×√13.5 =2.2(cm2) f、 用表格法查F內 按無錫柴油機廠資料為：F阻=1.9 北京第一機床廠資料：F內=2-3 查手冊F內=1.5 對上述結果分析比較后： 取F內2 cm2 3） 澆道各基元的截面和尺寸的確定： 澆道各基元的截面比例?。? F內:F橫:F直=1:1.06:1.17,則澆口截面積比(cm2)F內:F橫:F直=2:2.12:2.22 以上是一件的比例，一箱四件，若按此比例倍增，將會造成直、橫澆口過大。根據生產單位經驗按增加50%計。 即一個橫澆道澆2個件：2.15×1.5＝3.18(cm2) 一個直澆道澆4個件：2.22×2.5＝5.55(cm2) 經系列化后直澆道取φ28(6.15cm)，橫澆道為 （3.04 cm2） 內澆口開2個，一個開筋處，一個開法蘭處，按照開設處的情況，最后確定內澆口尺寸為： 文字說明與設計步驟 砂型鑄造工藝工裝設計 P94表5-10及P98表5-13 鑄鐵手冊P815表4-47 砂型鑄造工藝工裝設計P86 參考資料 （0.42 cm2） （1.53 cm2） 8、冒口及工藝出品率核算： 零件壁厚較均勻，不需設計冒口，為便利型腔排氣，設計四個φ5、長度為50mm的出氣孔。 工藝出品率=鑄件重/鑄件重+澆冒口重=0.8 三、型、芯砂和涂料的種類、配方以及有關工藝的說明： 砂型采用煤粉單一砂，配方如下： 新砂 11.5% 舊砂 85% 膨潤土 1% 煤粉 2.5% 水 4.5% （強度0.5~0.7kg/cm2） 芯砂采用合脂砂，配方如下： 新砂 98% 膨潤土 1% 糊精 1% 合脂 3.8% 水 2% （平拉強度12~16kg/cm2） 砂芯涂料采用烘干涂料，即工業(yè)酒精加鱗片石墨粉，烘干的砂芯涂以一層快干涂料，涂完點火即可（3#芯不刷）。 型芯烘干工藝： 加熱溫度210 ℃ 保溫時間1.5小時。 四、工藝裝配設計要點說明： 1、模樣所用材料及其主要輪廓尺寸的計算： 模樣材料選ZL102 模樣的尺寸＝鑄件尺寸×（1+0.1）。 2、模樣壁厚及加強筋的確定： 查表此件模樣壁厚應為8mm，考慮模樣較小，故壁厚減至7mm。 加強筋選取6mm。 3、模底板材料、結構及其造型機的配合： 為了更換模板方便，選用快換模板，模板通過2個φ12孔用 銷釘與模板框連成一體，模板框通過螺釘與工作合連接在一起。 由于砂箱箱口主要與模板框接觸，故模板材料選用了容易加 文字說明與設計步驟 砂型鑄造工藝工裝設計P237 表9-3 同上P239 表9-4 表9-6 參考資料 工的鋁合金ZL104。 4、模樣與底板的裝配： 通過兩對φ8定位圓銷，將模樣與底板定位，定位基準是以定位銷和定位銷與導向銷中心連線為縱橫定位基準。 模樣與底板的裝配是采用上固定法。 5、芯盒的材料、結構及其內腔尺寸的計算： ①1#芯盒的設計： 1#芯最大，約4，形狀比較簡單，采用機器制芯（Z236A制芯機），Z236A制芯機的工作臺尺寸為500×800，一盒制造4塊砂芯。 芯盒材料選用ZL102。 芯盒內腔尺寸＝（零件尺寸工藝尺寸）× （1+零件材料收縮率） 芯盒壁厚確定為12mm。 芯盒加強筋厚度取與壁厚等值。筋的數量應為4×4條，考慮裝配方便改成3×4條。 芯盒邊緣及耐磨片型式選用型，邊緣寬度取30mm。 ② 2#芯盒的設計： 2#芯較小，采用手工芯盒。2#芯是一不等截面，彎管加工非常困難，故采用了制造比較方便的內貼附塑料層芯盒。由于芯盒制造困難，可以只做半個芯盒，烘干后將兩半砂芯粘合使用。但粘合、磨平都需特別胎具方可，且此件要求內壁光滑，故此芯采用兩半芯盒整做。 2#芯盒定住選用可拆式定位銷。手柄選Ⅱ型手柄。 為提高工作效率，為2#芯的通氣道設計了專用的通氣板，為 使上下兩半芯型貼合嚴密，設計了專用密封板和專用的烘干板。 為提高鑄件質量和工作效率，若有條件（車間具備射芯機，使用樹脂砂）也可設計熱芯盒。 文字說明及設計步驟 砂型鑄造工藝工裝設P297表11-3 同上P298 表11-4 同上P298 表11-4 同上P299 表11-5及表11-6 砂型鑄造工藝工裝設計P305表11-10及表11-11 同上P313 圖11-8 P314圖11-20 P316圖11-23 鑄鐵手冊 參考資料 2#芯熱芯盒如圖所示： ③3#芯盒的設計： 3#芯較小，也采用手工芯盒。設計過程與2#芯盒同，信和形狀見3#芯盒總裝圖。 6、砂箱內框尺寸、結構特點及定位緊鎖方法 砂箱的內框尺寸是根據造型機工作太尺寸而選定的，即500×400×150,材料選用QT42-10，砂壁結構選用Ⅰ型1種。 下箱要翻箱，故設計了吊軸，并與箱耳整鑄；上箱則把吊軸與箱耳分別開來。 為合箱方便采用了座銷，為防止銷孔磨損選用了銷套。 砂箱的緊固采用楔型箱卡。 砂箱上鑄字以分類管理。 五、合金熔煉方法、成分、配料、出爐溫度： 此鑄件的化學成分可查得：C3.2-3.8 Si2.0-2.4 Mn0.5-0.8 P＜0.3 S＜0.15 采用2.5T沖天爐熔化鐵水，其配料單如下： （批料以200kg計） 生鐵 92kg 回爐鐵 80kg 廢鋼28kg 硅鐵（45%）1.94kg 錳鋅0.65kg 層焦25kg 石灰石7.5kg 要求鐵水出爐溫度高于1420℃ 六、鑄件澆注、熱處理的要求及工藝說明： 澆注溫度1370-1350℃。 鑄件在鑄工輸送環(huán)上冷卻時間不得少于8-12分鐘。 熱處理規(guī)范：裝爐溫度150℃，加熱溫度50-70℃/小時，退 文字說明及設計步驟 P127表5-126 砂型鑄造工藝工裝設計P1074~1101 砂型鑄造工藝工裝設計P328表12-5 P330表12-6 同上P342、P343及P356有關表格 同上P350 表12-25 鑄造合金熔煉P26表1-11 鑄鐵手冊 參考資料 火溫度500-550℃，保溫時間1.5小時，冷卻速度30-40℃/小時，出爐溫度150℃。 七、可能出現的鑄造缺陷及其預防措施： 此鑄件可能產生的鑄造缺陷，有夾渣、氣孔等，原因是澆注系統撇渣能力不夠理想。因此澆注時盡量避免渣子進入澆注系統。砂芯全是油砂，發(fā)氣量較大，但在工藝、工裝設計時考慮了型腔排氣及砂芯排氣通道，氣孔發(fā)生機會較少。 同上 10