材料成型鑄造畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 第一章 簡 介1.1中國古代鑄造技術(shù)發(fā)展中華文明大致經(jīng)歷了石器時(shí)代、銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代三個(gè)歷史階段，這三種材質(zhì)的工具和技術(shù)的創(chuàng)造發(fā)明，隨著人類的繁衍，不斷推動人類文明向高級階段發(fā)展，金屬的應(yīng)用使人類文明產(chǎn)生了根本性的飛躍，而鑄造技術(shù)的運(yùn)用和金屬的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起。對古代很多務(wù)農(nóng)的人來說，鑄造技術(shù)是一門手藝。據(jù)歷史考證，我國鑄造技術(shù)開始于夏朝初期，迄今已有5000多年。到了晚商和西周初期，青銅的鑄造技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展，形成了燦爛的青銅文化，遺留到今天的有一批鑄造工藝水平較高的鑄造產(chǎn)品。中國古代的鑄造方法有：石型即用石頭或石膏制作鑄型；泥型古稱“陶范”；金屬型古稱“鐵范”；失蠟型有出蠟法、走蠟

2、法、脫蠟法或刻蠟法；砂型這種方法是伴隨泥型一起產(chǎn)生的。中國古代鑄造中的精品有：滄州鐵獅，司母戊方鼎，四羊方尊，曾侯乙尊盤，永樂大銅鐘，大型銅編鐘，銅車馬儀仗隊(duì)等。1.2中國鑄造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀盡管近年來我國鑄造行業(yè)取得迅速的發(fā)展,但仍然存在許多問題。第一,專業(yè)化程度不高,生產(chǎn)規(guī)模小 。我國每年每廠的平均生產(chǎn)量是815t,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國的4606t和日本的4878t。第二,技術(shù)含量及附加值低。我國高精度、高性能鑄件比例比日本低約20個(gè)百分點(diǎn)。第三,產(chǎn)學(xué)研結(jié)合不夠緊密、鑄造技術(shù)基礎(chǔ)薄弱。第四,管理水平不高,有些企業(yè)盡管引進(jìn)了國外的先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù),但卻無法生產(chǎn)出高質(zhì)量鑄件,究其原因就是管理水平較低。第五

3、,材料損耗及能耗高污染嚴(yán)重。中國鑄鐵件能耗比美國、日本高70%120%。第六,研發(fā)投入低、企業(yè)技術(shù)自主創(chuàng)新體系尚未形成。1.3發(fā)達(dá)國家鑄造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)達(dá)國家總體上鑄造技術(shù)先進(jìn)、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染少、原輔材料已形成商品化系列化供應(yīng)，如在歐洲已建立跨國服務(wù)系統(tǒng)。生產(chǎn)普遍實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動化、智能化（計(jì)算機(jī)控制、機(jī)器人操作）。 在大批量中小鑄件的生產(chǎn)中，大多采用微機(jī)控制的高密度靜壓、射壓或氣沖造型機(jī)械化、自動化高效流水線濕型砂造型工藝。 砂處理采用高效連續(xù)混砂機(jī)、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。熔模鑄造普遍用硅溶膠和硅酸乙酯做粘結(jié)劑的制殼工

4、藝。鑄造生產(chǎn)全過程主動、從嚴(yán)執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，鑄件廢品率僅2%-5%；標(biāo)準(zhǔn)更新快（標(biāo)齡4-5年）；普遍進(jìn)行iso9000、iso14000等認(rèn)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(diǎn)。鑄造業(yè)的電子商務(wù)、遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)與制造、虛擬鑄造工廠等飛速發(fā)展。1.4我國鑄造未來發(fā)展趨勢自中國加入wto以來,我國鑄造行業(yè)面臨機(jī)遇與挑戰(zhàn)。其未來發(fā)展將集中在以下幾方面。第一,鼓勵企業(yè)重組發(fā)展專業(yè)化生產(chǎn),包括鑄件大型化和輕量化生產(chǎn)。第二,加大科技投入切實(shí)推動自主創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)鑄件的精確化生產(chǎn)和數(shù)字化鑄造。第三,培養(yǎng)專業(yè)人才加強(qiáng)職工技術(shù)培訓(xùn)。第四,大力降低能耗抓好環(huán)境保護(hù),實(shí)現(xiàn)清潔化鑄造。15 zg4545號鋼,是

5、gb中的叫法,jis中稱為:s45c,astm中稱為1045,080m46,din稱為:c45 。國內(nèi)常叫45號鋼，也有叫“油鋼”。一般，市場現(xiàn)貨熱軋居多。冷軋規(guī)格1.0-4.0mm之間。軸類零件是機(jī)器中經(jīng)常遇到的典型零件之一。它主要用來支承傳動零部件，傳遞扭矩和承受載荷。軸類零件是旋轉(zhuǎn)體零件，其長度大于直徑，一般由同心軸的外圓柱面、圓錐面、內(nèi)孔和螺紋及相應(yīng)的端面所組成。根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀的不同，軸類零件可分為光軸、階梯軸、空心軸和曲軸等。 軸的長徑比小于5的稱為短軸，大于20的稱為細(xì)長軸，大多數(shù)軸介于兩者之間。 軸用軸承支承，與軸承配合的軸段稱為軸頸。軸頸是軸的裝配基準(zhǔn)，它們的精度和表面質(zhì)量一般要

6、求較高，其技術(shù)要求一般根據(jù)軸的主要功用和工作條件制定。第二章 鑄造工藝方案的確定21支座的生產(chǎn)條件、結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求l 產(chǎn)品生產(chǎn)性質(zhì)中批量生產(chǎn)l 零件材質(zhì)zg45l 零件的外型示意圖如圖2.1所示，支座的零件圖如圖2.2所示，支座的外形輪廓尺寸為600mm*400mm*40mm，主要壁厚16mm，最大壁厚20mm，為一中小型鑄件；鑄件除滿足幾何尺寸精度及材質(zhì)方面的要求外，無其他特殊技術(shù)要求。根據(jù)proe實(shí)體圖的測量得鑄件的體積v=8433402mm3zg45密度由鑄造實(shí)用手冊查表1.1-90得：q=7.8 g/cm3 鑄件質(zhì)量為m=66kg圖2.1 支座外型示意圖 圖2.2 支座零件圖22支座結(jié)

7、構(gòu)的鑄造工藝性l 零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性是指零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)符合鑄造生產(chǎn)的要求，易于保證鑄件品質(zhì)，簡化鑄件工藝過程和降低成本。審查、分析應(yīng)考慮如下幾個(gè)方面：l 鑄件應(yīng)有合適的壁厚，為了避免澆不到、冷隔等缺陷，鑄件不應(yīng)太薄。l 鑄件結(jié)構(gòu)不應(yīng)造成嚴(yán)重的收縮阻礙，注意薄壁過渡和圓角，鑄件薄厚壁的相接拐彎等厚度的壁與壁的各種交接，都應(yīng)采取逐漸過渡和轉(zhuǎn)變的形式，并應(yīng)使用較大的圓角相連接，避免因應(yīng)力集中導(dǎo)致裂紋缺陷。l 鑄件內(nèi)壁應(yīng)薄于外壁 鑄件的內(nèi)壁和肋等，散熱條件較差，應(yīng)薄于外壁，以使內(nèi)、外壁能均勻地冷卻，減輕內(nèi)應(yīng)力和防止裂紋。l 壁厚力求均勻，減少肥厚部分，防止形成熱節(jié)。 l 利于補(bǔ)縮和實(shí)現(xiàn)順序凝固。l 防

8、止鑄件翹曲變形。l 避免澆注位置上有水平的大平面結(jié)構(gòu)。l 對于支座的鑄造工藝性審查、分析如下：l 支座的輪廓尺寸為600mm*400mm*120mm。砂型鑄造條件下該輪廓尺寸允許的最小壁厚查鑄造工藝學(xué)表3-2-1得：最小允許壁厚為15 mm。而設(shè)計(jì)支座的最小壁厚為16mm。符合要求。支座設(shè)計(jì)壁厚較為均勻，兩壁相連初采用了加強(qiáng)肋，可以有效構(gòu)成熱節(jié)，不易產(chǎn)生熱裂。2.3造芯方法的選擇l 支座的輪廓尺寸為600mm*400mm*120mm，鑄件尺寸較小，屬于中小型零件且要大批量生產(chǎn)。采用濕型粘土砂造型靈活性大，生產(chǎn)率高，生產(chǎn)周期短，便于組織流水生產(chǎn)，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，材料成本低，節(jié)省烘干設(shè)備、

9、燃料、電力等，還可延長砂箱使用壽命。因此，采用濕型粘土砂機(jī)器造型，模樣采用金屬模是合理的。l 在造芯用料及方法選擇中，如用粘土砂制作砂芯原料成本較低，但是烘干后容易產(chǎn)生裂紋，容易變形。在大批量生產(chǎn)的條件下，由于需要提高造芯效率，且常要求砂芯具有高的尺寸精度，此工藝所需的砂芯采用熱芯盒法生產(chǎn)砂芯，以增加其強(qiáng)度及保證鑄件質(zhì)量。選擇使用射芯工藝生產(chǎn)砂芯。采用熱芯盒制芯工藝熱芯盒法制芯，是用液態(tài)固性樹脂粘結(jié)劑和催化劑制成的一種芯砂，填入加熱到一定的芯盒內(nèi)，貼近芯盒表面的砂芯受熱，其粘結(jié)劑在很短的時(shí)間內(nèi)硬化。而且只要砂芯表層有數(shù)毫米的硬殼即可自芯取出，中心部分的砂芯利用余熱可自行硬化。2. 4澆注位置的

10、確定鑄件的澆注位置是指澆注時(shí)鑄件在型內(nèi)所處的狀態(tài)和位置。確定澆注位置是鑄造工藝設(shè)計(jì)中重要的環(huán)節(jié)，關(guān)系到鑄件的內(nèi)在質(zhì)量，鑄件的尺寸精度及造型工藝過程的難易程度。初步對支座對澆注位置的確定有：方案一如圖2.3、方案二圖2.4圖2.3 澆注位置確定方案一圖2.4 澆注位置確定方案二確定澆注位置應(yīng)注意以下原則：1.鑄件的重要部分應(yīng)盡量置于下部2.重要加工面應(yīng)朝下或直立狀態(tài)3.使鑄件的大平面朝下，避免夾砂結(jié)疤內(nèi)缺陷4.應(yīng)保證鑄件能充滿5.應(yīng)有利于鑄件的補(bǔ)縮6.避免用吊砂，吊芯或懸臂式砂芯，便于下芯，合箱及檢驗(yàn)對于方案一如圖2.3進(jìn)行綜合分析如下：1.鑄件的a面（如圖2.3所示）為重要加工面，朝上放置容易

11、產(chǎn)生氣孔、非金屬夾雜物等缺陷。2.鑄件的重要部分也沒能全部置于下部。對于方案二如圖2.4進(jìn)行綜合分析如下：1.鑄件的重要部分全部置于下部，這樣置于下部的重要部分可以得到上部金屬的靜壓力作用下凝固并得到補(bǔ)縮，組織致密。2.鑄件的重要加工面a面、b面（如圖2.4所示）位于側(cè)立面，比較光潔，產(chǎn)生氣孔、非金屬夾雜物等缺陷的可能性小。綜合比較，方案二更加科學(xué)可行。2. 5分型面的確定分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。分型面的優(yōu)劣在很大程度上影響鑄件的尺寸精度、成本和生產(chǎn)率。初步對支座進(jìn)行分型有：方案一如圖2.5、方案二圖2.6、方案三圖圖2.5 分圖2.5 型面確定方案一 圖2.6 分型面確定方案二 圖

12、2.7 分 型面確定方案三而選擇分型面時(shí)應(yīng)注意一下原則：1.應(yīng)使鑄件全部或大部分置于同一半型內(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.便于下芯、合箱和檢測5.不使砂箱過高6.受力件的分型面的選擇不應(yīng)削弱鑄件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度7.注意減輕鑄件清理和機(jī)械加工量對方案一如圖2.5進(jìn)行綜合分析如下：1.鑄件沒有能盡可能的位于同一半型內(nèi)，這樣會因?yàn)楹舷鋵?zhǔn)誤差使鑄件產(chǎn)生偏錯。也有可能因?yàn)楹舷洳粐?yán)在垂直面上增加鑄件尺寸。2.砂芯不能全部位于下半型內(nèi)。3.上箱難于取出模樣。對方案二如圖2.6進(jìn)行綜合分析如下：1.鑄件沒有能盡可能的位于同一半型內(nèi)，這樣會因?yàn)楹舷鋵?zhǔn)誤差使鑄件產(chǎn)2.生偏錯。也有可能因?yàn)楹舷?/p>

13、不嚴(yán)在垂直面上增加鑄件尺寸。對方案三如圖2.7進(jìn)行綜合分析如下：此方案較之方案一與方案二更加科學(xué)可行。2. 6砂箱中鑄件數(shù)量及排列方式確定支座輪廓尺寸為600mm*400mm*40mm，質(zhì)量約為66kg，因此看鑄件為中小型簡單件。所以采用一箱一件生產(chǎn)。初步選取砂箱尺寸由實(shí)用鑄造手冊查表1.5-45得：上箱為750*600*200mm 下箱為750*600*400mm鑄件在砂箱中排列最好均勻?qū)ΨQ，這樣金屬液作用于上砂型的抬芯力均勻，也有利于澆注系統(tǒng)安排，在結(jié)合已經(jīng)確定分型面及澆注位置以及砂箱尺寸，基本確定鑄件在砂箱內(nèi)的排列如圖2.8所示，其中模樣的吃砂量基本確定為：a=60mmb=100mmc=

14、80mm圖2.8 砂箱中鑄件排列示意圖 第三章鑄造工藝參數(shù)及砂芯設(shè)計(jì)3. 1 工藝設(shè)計(jì)參數(shù)確定鑄造工藝設(shè)計(jì)參數(shù)通常是指鑄型工藝設(shè)計(jì)時(shí)需要確定的某些數(shù)據(jù)，這些工藝數(shù)據(jù)一般都與模樣及芯盒尺寸有關(guān)，及與鑄件的精度有密切關(guān)系，同時(shí)也與造型、制芯、下芯及合箱的工藝過程有關(guān)。這些工藝數(shù)據(jù)主要是指加工余量、起模斜度、鑄造收縮率、最小鑄出孔、型芯頭尺寸、鑄造圓角等。工藝參數(shù)選取的準(zhǔn)確、合適，才能保證鑄件尺寸精確，使造型、制芯、下芯及合箱方便，提高生產(chǎn)率，降低成本。3.1.1鑄件尺寸公差鑄件尺寸公差是指鑄件公稱尺寸的兩個(gè)允許的極限尺寸之差。在兩個(gè)允許極限尺寸之內(nèi)，鑄件可滿足機(jī)械加工，裝配，和使用要求。支座為砂型

15、鑄造機(jī)器造型中批量生產(chǎn)，由鑄造工藝設(shè)計(jì)查表1-10得：支座的尺寸公差為ct1114級，取ct12級。支座的輪廓尺寸為600mm*400mm*40mm，由鑄造工藝設(shè)計(jì)查表1-9得：支座尺寸公差數(shù)值為10mm。3.1.2機(jī)械加工余量機(jī)械加工余量是鑄件為了保證其加工面尺寸和零件精度，應(yīng)有加工余量，即在鑄件工藝設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先增加的，而后在機(jī)械加工時(shí)又被切去的金屬層厚度。支座為砂型鑄造機(jī)器造型大批量生產(chǎn)，由鑄造工藝設(shè)計(jì)查表1-13得：支座的加工余量為h級。支座的輪廓尺寸為600mm*400mm*40mm，由鑄造工藝設(shè)計(jì)查表1-12得：但在分型面及澆注系統(tǒng)設(shè)置中，不得已將重要加工面底面朝上放置，這樣使其容易產(chǎn)

16、生氣孔、非金屬夾雜物等缺陷，所以將采取適當(dāng)加大加工余量的方法使其在加工后不出現(xiàn)缺陷。將底面的加工余量調(diào)整為7mm。3.1.3鑄造收縮率鑄造收縮率又稱鑄件線收縮率，用模樣與鑄件的長度差除以模樣長度的百分比表示：=（l1-l2）/l1*100鑄造收縮率l1模樣長度l2鑄件長度支座受阻收縮率由鑄造工藝設(shè)計(jì)查表1-14得：受阻收縮率為1.63.1.4起模斜度為了方便起模，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(gè)斜度，稱為起模斜度。起模斜度應(yīng)在鑄件上沒有結(jié)構(gòu)斜度的，垂直于分型面的表面上應(yīng)用。初步設(shè)計(jì)的起模斜度如下：外型模的a面（如圖3.1所示）高40mm的起模斜度由鑄造工藝設(shè)計(jì)查表1

17、-15得：粘土砂造型外表面起模斜度為=030,a=1.0mm外型模的b面（如圖3.1所示）高115mm的起模斜度由鑄造工藝設(shè)計(jì)查表1-15得：粘土砂造型外表面起模斜度為=030,a=0.8mm但是同一鑄件要盡量選用同一起模斜度，以免加工金屬模時(shí)頻繁的更換刀具。所以選用同一起模斜度為=110,a=0.8mm由于a面，b面（如圖3.1所示）均為非加工表面，因此起模斜度的形式選用增加和減少鑄件尺寸的方法。圖3.1 外型模起模斜度示意圖3.1.5最小鑄出孔和槽零件上的孔、槽、臺階等，究竟是鑄出來好還是靠機(jī)械加工出來好，這應(yīng)該從品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)角度等方面考慮。一般來說，較大的孔、槽等應(yīng)該鑄出來，以便節(jié)約金屬和

18、加工工時(shí)，同時(shí)還可以避免鑄件局部過厚所造成熱節(jié)，提高鑄件質(zhì)量。較小的孔、槽或則鑄件壁很厚則不易鑄出孔，直接依靠加工反而方便。根據(jù)支座的輪廓尺寸600mm*400mm*40mm由鑄造工藝設(shè)計(jì)查表1-5得：最小鑄出孔約為15mm。支座的孔14顯然不應(yīng)該鑄出，機(jī)械加工較為經(jīng)濟(jì)方便。3.1.6鑄件在砂型內(nèi)的冷卻時(shí)間鑄件在砂型內(nèi)的冷卻時(shí)間短，容易產(chǎn)生變形，裂紋等缺陷。為使鑄件在出型時(shí)有足夠的強(qiáng)度和韌性，鑄件在砂型內(nèi)應(yīng)有足夠的冷卻時(shí)間。支座的冷卻時(shí)間由鑄造工藝設(shè)計(jì)查表1-25得：冷卻時(shí)間為50100min。3.1.7鑄件重量公差鑄件重量公差是以占鑄件公稱重量的百分比表示的鑄件重量變動的允許范圍。支座的公稱

19、重量約為66kg，尺寸公差為ct12級。由鑄造工藝設(shè)計(jì)查表1-57得：支座的重量公差為mt16級。3.1.8工藝補(bǔ)正量在單件小批量生產(chǎn)中，由于選用的縮尺與鑄件的實(shí)際收縮率不符，或由于鑄件產(chǎn)生了變形等原因，使得加工后的鑄件某些部分的壁厚小于圖樣要求尺寸，嚴(yán)重時(shí)會因強(qiáng)度太弱而報(bào)廢。因此工藝需要在鑄件相應(yīng)的非加工壁厚上增加層厚度稱為工藝補(bǔ)正量。但支座在大批量生產(chǎn)前的小批量試產(chǎn)過程中將進(jìn)行調(diào)整，所以設(shè)計(jì)中不考慮工藝補(bǔ)正量。3.1.9分型負(fù)數(shù)干砂型、表面烘干型以及尺寸較大的濕砂型，分型面由于烘烤，修整等原因一般都不很平整，上下型接觸面很不嚴(yán)。為了防止?jié)沧r(shí)炮火，合箱前需要在分型面之間墊以石棉繩、泥條等，

20、這樣在分型面處明顯增加了鑄件的尺寸。為了保證鑄件尺寸精確，在擬定工藝時(shí)為抵掉鑄件增加的尺寸而在模樣上減去相應(yīng)的尺寸稱為分型負(fù)數(shù)。而支座是濕型且是小型鑄件故不予考慮分型負(fù)數(shù)。3.1.10反變形量鑄造較大的平板類、床身類等鑄件時(shí)，由于冷卻速度的不均勻性，鑄件冷卻后常出現(xiàn)變形。為了解決撓曲變形問題，在制造模樣時(shí)，按鑄件可能產(chǎn)生變形的相反方向做出反變形模樣，使其于變形量抵消，這樣在模樣上做出的預(yù)變形量稱為反變形量。而支座沒有較大平板故基本不會產(chǎn)生撓曲變形，所以不用設(shè)置反變形量。3.1.11非加工壁厚負(fù)余量在手工粘土砂造型、制芯過程中，為了取出木模，要進(jìn)行敲模，木模受潮時(shí)將發(fā)生膨脹，這些情況均會使型腔尺

21、寸擴(kuò)大，從而造成非加工壁厚的增加，使鑄件尺寸和重量超過公差要求。為了保證鑄件尺寸的準(zhǔn)確性，凡形成非加工壁厚的木?；蛐竞袃?nèi)的肋板厚度尺寸應(yīng)該減少，即小于圖樣尺寸。為減少的厚度尺寸稱為非加工壁厚的負(fù)余量。支座砂芯屬于機(jī)器造芯，造型屬于機(jī)器造型。故不用設(shè)置非加工壁厚負(fù)余量。3. 2砂芯設(shè)計(jì)砂芯的功用是形成鑄件的內(nèi)腔、孔和鑄件外型不能出砂的部分。砂型局部要求特殊性能的部分有時(shí)也用砂芯。支座砂芯的外型如圖3.3所示。圖3.3 砂芯外型示意圖 3.2.1芯頭的設(shè)計(jì)砂芯主要靠芯頭固定在砂型上。對于垂直芯頭為了保證其軸線垂直、牢固地固定在砂型上，必須有足夠的芯頭尺寸。根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)量取計(jì)算1# 砂芯 砂芯高度：

22、l=40mm 砂芯直徑： d=100mm形狀：圓柱形芯頭長度初步選取由鑄造工藝設(shè)計(jì)查表1-31得：h=2025mm 取h=25mm出于考慮分型面的選取等因素綜合芯頭選用垂直芯頭并且不能做出上芯頭，只設(shè)計(jì)下芯頭并且加大下芯頭。下芯頭長度設(shè)計(jì)修正為：h=25*(1+40%)=35mm芯頭間隙初步選取由鑄造工藝設(shè)計(jì)查表1-31得：s=0.3mm但考慮砂芯為垂直高度較低的濕型砂芯且不設(shè)置上芯頭，所以使用過盈的芯頭，過盈量為0.2mm芯頭斜度選取由鑄造工藝設(shè)計(jì)查表1-32得：7 取=72、3# 砂芯 砂芯高度：l=80mm 砂芯直徑： （a+b）/2=(60+20)/2=40mm形狀：見圖芯頭長度初步選

23、取由鑄造工藝設(shè)計(jì)查表1-31得：h=2530mm 取h=25mm出于考慮分型面的選取等因素綜合芯頭選用垂直芯頭并且不能做出上芯頭，只設(shè)計(jì)下芯頭并且加大下芯頭。下芯頭長度設(shè)計(jì)修正為：h=25*(1+40%)=35mm芯頭間隙初步選取由鑄造工藝設(shè)計(jì)查表1-31得：s=0.2mm但考慮砂芯為垂直的濕型小砂芯且不設(shè)置上芯頭，所以使用過盈的芯頭，過盈量為0.2mm芯頭斜度選取由鑄造工藝設(shè)計(jì)查表1-32得：7 取=73.2.2砂芯的定位結(jié)構(gòu)砂芯要求定位準(zhǔn)確，不允許沿芯頭軸向移動或繞芯頭軸線轉(zhuǎn)動。對于形狀不對稱的砂芯，為了定位準(zhǔn)確，需要做出定位芯頭。定位芯頭結(jié)構(gòu)如圖3.4圖3.4 定位芯頭結(jié)構(gòu)圖 3.2.3

24、壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽芯頭結(jié)構(gòu)在濕型大批量生產(chǎn)中，為了加速下芯、合芯及保證鑄件質(zhì)量，在芯頭的模樣上常常做出壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽。壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽尺寸由鑄造工藝設(shè)計(jì)查表1-38得：1#：e=2mm f=3mm r=2mm 2、3# e=1.5mm f=3mm r=1.5mm 4、5# e=1.5mm f=3mm r=1.5mm3.2.4芯骨設(shè)計(jì)為了保證砂芯在制芯、搬運(yùn)、配芯和澆注過程中不開裂、不變形、不被金屬液沖擊折斷，生產(chǎn)中通常在砂芯中埋置芯骨，以提高其剛度和強(qiáng)度。因?yàn)樯靶境叽巛^小，而且采用樹脂砂，故砂芯強(qiáng)度較好，砂芯內(nèi)不用放置芯骨。3.2.5砂芯的排氣砂芯在澆注過程中，其粘結(jié)劑及砂芯中的有

25、機(jī)物要燃燒（氧化反應(yīng)）放出氣體，砂芯中的殘余水分受熱蒸發(fā)放出氣體，如果這些氣體排不出型外，則要引起鑄件產(chǎn)生氣孔。1、2、3、4#支座的砂芯采用熱芯盒造芯，故不用有意設(shè)置排氣道、排氣孔等排氣：5#由于直徑較大，形狀簡單，因此需用排氣裝置，由鑄造工藝設(shè)計(jì)表1-44得用扎排氣孔，既能提高效率，又能使排氣裝置準(zhǔn)確，深度適宜。3.2.6砂芯負(fù)數(shù)大型粘土砂芯在春砂過程中砂芯向四周漲開，刷涂料以及在烘干過程中發(fā)生的變形，使砂芯四周尺寸增大。為了保證鑄件尺寸準(zhǔn)確，將芯盒的長、寬尺寸減去一定量，這個(gè)被減去的量叫做砂芯負(fù)數(shù)。因?yàn)樯靶矩?fù)數(shù)只用于大型粘土砂芯，本設(shè)計(jì)中的砂芯為小型砂芯不設(shè)計(jì)砂芯負(fù)數(shù)。第四章 澆注系統(tǒng)及

26、冒口、冷鐵、出氣孔等設(shè)計(jì)4.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)是鑄型中引導(dǎo)液體金屬進(jìn)入型腔的通道，它由澆口杯，直澆道，橫澆道和內(nèi)澆道組成。4.1.1選擇澆注系統(tǒng)類型澆注系統(tǒng)分為封閉式澆注系統(tǒng)，開放式澆注系統(tǒng)，半封閉式澆注系統(tǒng)和封閉-開放式澆注系統(tǒng)。因?yàn)榉忾]-開放式澆注系統(tǒng)設(shè)在直澆道下端或在橫澆道中，或在集渣包出口處，或在內(nèi)澆道之前設(shè)置的阻流擋渣裝置處，阻流截面之前封閉，其后開放，故既既有利于擋渣，又使充型平穩(wěn)兼有封閉式和開放式的優(yōu)點(diǎn)。適用于各類鑄件，在中小件上應(yīng)用較多，特別是在一箱多件時(shí)應(yīng)用廣泛。4.1.2確定內(nèi)澆道在鑄件上的位置、數(shù)目、金屬引入方向支座結(jié)構(gòu)較為簡單且是小型件，鑄造時(shí)采取一箱一件，每個(gè)鑄

27、件上只用一個(gè)內(nèi)澆道。為了方便造型，內(nèi)澆道開設(shè)在分型面上。因?yàn)殍T件采用底座朝上且鑄件全部位于下箱的方式進(jìn)行鑄造，這樣鑄件凝固順序?yàn)橛上轮辽夏蹋@樣有利于支座的重要部分先凝固并得到補(bǔ)縮，如此內(nèi)澆道則設(shè)置在底部側(cè)面引入金屬液，如圖4.1所示。圖4.1 內(nèi)澆道位置示意圖 4.1.3決定直澆道的位置和高度實(shí)踐證明，直澆道過低使充型及液態(tài)補(bǔ)縮壓力不足，容易出現(xiàn)鑄件棱角和輪廓不清晰、澆不到上表面縮凹等缺陷。初步設(shè)計(jì)直澆道高度等于上沙箱高度400mm。但應(yīng)檢驗(yàn)該高度是否足夠。檢驗(yàn)依據(jù)為，剩余壓力頭應(yīng)滿足壓力角的要求，如下式所列：hmltg式中 hm上型高度（mm） l直澆道中心到鑄件最高且最遠(yuǎn)點(diǎn)的水平投影距

28、離壓力角由鑄造工藝學(xué)查表3-4-11得：為67 取7ltg=400*tg750mm因?yàn)殍T件全部位于下箱，所以剩余壓力頭hm等于上箱高度400mm經(jīng)過驗(yàn)證剩余壓力頭滿足壓力角的要求。4.1.4計(jì)算澆注時(shí)間并核算金屬上升速度根據(jù)proe實(shí)體圖的測量得鑄件的體積v=8433402mm3zg45密度由鑄造實(shí)用手冊查表1.1-90得：q=7.8 g/cm3 鑄件質(zhì)量為m=66kg支座大批量生產(chǎn)的工藝出品率約為70%，可估計(jì)鑄型中鐵水總重量g即：g=66/70%93kg初步計(jì)算澆注時(shí)間由實(shí)用鑄造手冊查表5.1-55得：t=a*gna、n為系數(shù)；g為鑄件的澆注質(zhì)量（kg）查表得a=1.5t=1.5*=14.

29、47s計(jì)算鐵水液面上升速度 v=c/t=120/14.47=8.30mm/sc為鑄件的總高度;校核鐵水上升速度，一般允許鐵水的最小上升速度范圍由鑄造工藝查表2-53得：最小上升速度v=8mm/s通過比對12mm/s的上升速度符合實(shí)際，不必調(diào)整經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。4.1.5計(jì)算內(nèi)澆道截面積內(nèi)澆道是控制充型速度和方向，分配金屬液，調(diào)節(jié)鑄件各部位的溫度和凝固順序，澆注系統(tǒng)的金屬液通過內(nèi)澆道對鑄件有一定補(bǔ)縮作用。我們應(yīng)用的是封閉開放式澆注系統(tǒng)：以轉(zhuǎn)包澆注的小鑄件，其內(nèi)澆道截面積由鑄造工藝設(shè)計(jì)查表2-49，表中d的計(jì)算式：d=gl/v(kg/dm3),可以從表2-50選取ag和aru的截面尺寸。v=600*400

30、*40=9.6dm3d=gl/v=93/9.6=9.48 kg/dm3 6.0 kg/dm3由鑄造工藝設(shè)計(jì)查表2-49得ag=7.5cm2 gl是鑄件的澆注重量；v是鑄件的輪廓體積，是鑄件三維最大尺寸的乘積。內(nèi)澆道形狀取梯形斷面形狀如圖4.2。圖4.2 內(nèi)澆道截面示意圖 梯形斷面大小由：鑄造工藝設(shè)計(jì)查表2-50得：a=40mm b=33mm c=20mm4.1.6確定澆口比澆口比由由鑄造工藝設(shè)計(jì)查表2-49：ag：aru:as =1:0.8：1.2ag為內(nèi)澆道總的截面積；aru為橫澆道總的截面積；as為直澆道總的截面積。4.1.7計(jì)算橫澆道截面積橫澆道的功用是向內(nèi)澆道分配潔凈的金屬液，儲留最初

31、澆入的含氣和渣污的低溫金屬液并阻留渣滓，使金屬液流平穩(wěn)和減少產(chǎn)生氧化夾雜物。由于設(shè)計(jì)橫澆口雙向，因此s橫=7.3*0.8=6.0 cm橫澆道形狀取梯形斷面形狀如圖4.3圖4.3 橫澆道截面示意圖 梯形斷面大小由：鑄造工藝設(shè)計(jì)查表2-50得：a=26mm b=20mm c=26mm4.1.8計(jì)算直澆道截面積直澆道的功用是從澆口杯引導(dǎo)金屬液向下，進(jìn)入橫澆道、內(nèi)澆道或直接進(jìn)入型腔。并提供足夠的壓力頭，使金屬液在重力作用下能克服各種流動阻力充型。由于設(shè)計(jì)直澆口有一個(gè)，因此s直=7.5*1.2=9.0cm直澆道形狀取圓形截面形狀如圖4.4圖4.4 直澆道截面示意圖 圓形斷面大小由實(shí)用鑄造手冊查表5.1-

32、53得：d=34mm 為了方便取模直澆道做成上大下小的圓錐形，（通常錐度取1/50）。因此直澆道上端是直徑約為：d1=34+（1/50）*100=36mm直澆道的長度為l=400mm4.1.9直澆道窩的設(shè)計(jì)直澆道窩對于來自直澆道的金屬有緩沖作用，能縮短直橫澆道拐彎處的紊流區(qū)，改善橫澆道內(nèi)的壓力分布，并能浮出金屬液中的氣泡。直澆道窩直徑為直澆道下端直徑兩倍，因此d=2*34=68mm直澆道窩底部放置耐火磚防止充型。4.1.10澆口杯的設(shè)計(jì)澆口杯是用來承接來自澆包的金屬液，防止金屬液飛濺和溢出，便于澆注，并可以減輕金屬液對型腔的沖擊，還可分離渣滓和氣泡，阻止其進(jìn)入型腔。澆口杯選用普通耐火磚漏斗形澆

33、口杯，其斷面形狀如圖4.5所示圖4.5 澆口杯截面示意圖 澆口杯斷面大小由鑄造實(shí)用手冊查表1.4-89得：m=3,g杯=m*gl/t 即g杯=3*93/10=19.3kgg杯為交口杯中的金屬液重量（kg）；gl為鑄型中金屬液總重量（kg）；t為澆注時(shí)間（s）；m為金屬液儲備系數(shù)v杯=g杯/q=19.3/7.8=2474cm3v杯為澆口杯的容積；q為金屬液的密度（kg/cm3）; g杯為交口杯中的金屬液重量（kg）v杯=d1* d2 *hd1為澆口杯長度；d2為澆口杯寬度：h為澆口杯深度d2=（v杯/1.12）=130mm由,實(shí)用鑄造金屬手冊表5.1-47得d1:d2:h=1:1.6:0.7d1

34、=82mmh=57mm 4.2冒口的設(shè)計(jì)4.2.1 熱節(jié)的分析零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是多分支部分，兩端的分支結(jié)構(gòu)固定生根于機(jī)座的兩側(cè)，最大熱節(jié)應(yīng)該在這個(gè)區(qū)域，如圖4-2所示，因此冒口應(yīng)加在此位置，并選用側(cè)暗冒口。4-2最大熱節(jié)示意圖4.2.2冒口的計(jì)算冒口是鑄型內(nèi)用于儲存金屬液的空腔，在鑄件形成時(shí)補(bǔ)給金屬，有防止縮孔、縮松、排氣、集渣的作用。常見的鑄造缺陷如縮孔、縮松、裂紋等都與鑄件的凝固和收縮有關(guān)。因此在鑄件的厚實(shí)部位常設(shè)置冒口，并按順序凝固原則使冒口最后凝固；而在鑄件的厚薄交接處常常按同時(shí)凝固原則設(shè)置冷鐵來加速冷卻，必要時(shí)再加設(shè)鑄筋。這樣，就防止鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、和裂紋等缺陷。對于鑄鋼、可鍛鑄鐵

35、、黃銅和無錫青銅等體收縮大的合金鑄件尤為重要，對這類容易出現(xiàn)收縮缺陷的鑄件，除正確設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)以外，如何正確設(shè)置冒口、冷鐵和鑄筋，也是保證鑄件質(zhì)量的重要措施。因而冒口設(shè)置應(yīng)符合順序凝固原則。即： 冒口的位置尺寸在鑄件最高、最厚的部位，設(shè)在鑄件熱節(jié)的上方（頂冒口）或旁側(cè)（邊冒口）。 冒口應(yīng)比鑄件冷卻得晚。 在整個(gè)凝固期間，冒口應(yīng)有足夠的液態(tài)金屬以補(bǔ)充鑄件的收縮。由鑄造工藝設(shè)計(jì)表3-28得冒口的設(shè)計(jì)參數(shù)，如下圖所示：h=1.5da=db=0.53dmr=0.189dvr=10.4d34-2-2標(biāo)準(zhǔn)側(cè)冒口4.2.3 冒口的驗(yàn)算v冒=2*1.04*d3=2*1.04*1303=4569760mm3v總

36、=v型 + v冒=8433402+4569760=13003162 mm3由中國機(jī)械工程學(xué)會鑄造專業(yè)學(xué)會鑄造手冊第5卷，得zg45的凝固收縮率為4.5%。v縮= v總*4.5%=585142 mm3n= v縮/ v冒13%冒口補(bǔ)縮比較理想4.3冷鐵的設(shè)計(jì)為了增加鑄件局部冷卻速度，在型腔內(nèi)部及工作表面安放的金屬塊稱為冷鐵。支座鑄件壁厚較為均勻，且無厚大壁，固不易產(chǎn)生裂紋縮松等缺陷。而且設(shè)置冷鐵會增加生產(chǎn)工序，使成本增大。所以不設(shè)置冷鐵，但是采用在壁厚交叉部位的型腔和砂芯上刷激冷涂料用以防止縮松等缺陷。4.4出氣孔的設(shè)計(jì)出氣孔用于排出型腔內(nèi)的氣體，改善金屬液充填能力、排除先沖到型腔中的過冷金屬液與

37、浮渣，還可作為觀察金屬液充滿型腔的標(biāo)志。出氣孔設(shè)置位置詳見4-4圖。防止出氣孔過大導(dǎo)致鑄件形成熱節(jié)，以至產(chǎn)生縮孔，出氣孔根部直徑，不應(yīng)大于設(shè)置處鑄件壁厚的0.5倍。即出氣孔直徑應(yīng)小于25mm(0.5*50mm)。防止出氣孔過小導(dǎo)致型內(nèi)氣壓過份增大，出氣孔根部總截面接應(yīng)大于內(nèi)澆口總截面積7.5cm。因此設(shè)計(jì)出氣孔根部直徑為20mm，一箱共3個(gè)出氣孔。為方便取模采用上小下大的錐形，斜度為起模斜度=110出氣孔總截面積為3.14*（2/2）*3=9.42cm經(jīng)驗(yàn)證滿足要求圖4-4出氣孔位置示意圖總 結(jié)經(jīng)過了近一個(gè)學(xué)期的精心準(zhǔn)備，畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲了，由于我所學(xué)的知識有限，所以有很多不足和沒有考慮到

38、的地方還請老師予以指正。本設(shè)計(jì)主要開篇對我國鑄造的歷史及現(xiàn)狀，其他國家鑄造發(fā)展現(xiàn)狀，我國鑄造的發(fā)展趨勢等進(jìn)行了相應(yīng)的簡單介紹。在鑄造工藝設(shè)計(jì)中首先進(jìn)行了鑄造工藝方案的確定，其中包括對零件鑄造工藝性的分析，造型造芯方法的選擇以及澆注位置和分型面的確定。其次分析計(jì)算了零件的各種鑄造工藝參數(shù)并設(shè)計(jì)了砂芯。最后對澆注系統(tǒng)、冒口、冷鐵、出氣孔等進(jìn)行了計(jì)算與設(shè)計(jì)。經(jīng)過近一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我更加熟練的掌握了proe，cad等軟件，也更加熟悉了砂型鑄造的工藝過程，本人受益匪淺。但在本次設(shè)計(jì)中，由于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不足，有一些和現(xiàn)實(shí)狀況結(jié)合很密切的問題考慮的還不夠周全，希望老師們予以諒解。我會在以后的工作和學(xué)習(xí)中

39、，更全面更深層次的提高和完善自己的知識和實(shí)踐操作技能。參考文獻(xiàn)1 陳琦 彭兆弟實(shí)用鑄造手冊中國電力出版社，19942 李宏英，趙成志鑄造工藝設(shè)計(jì)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20053 王文清，李魁盛鑄造工藝學(xué)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20024 陳琦，彭兆弟鑄造合金配料速查手冊北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20045 中國機(jī)械工程學(xué)會鑄造專業(yè)學(xué)會鑄造手冊第1卷北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20006 胡亞民，馮小明，申榮華材料成型技術(shù)基礎(chǔ)重慶：重慶大學(xué)出版社，20047 中國機(jī)械工程學(xué)會鑄造專業(yè)學(xué)會鑄造手冊第5卷北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20008 陸文華，黃良余，等鑄造合金及其熔煉北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20029 朱輝，唐保寧，等畫法幾何及工程制圖上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，200510 涅小武中國古代的組要鑄造技術(shù)j金屬加工.2008，2.11 李新亞，祝強(qiáng)，等鑄造行業(yè)國內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向j鑄造.1999，