端蓋零件鑄造工藝設(shè)計課程設(shè)計匯本說明書

1、.wd課程設(shè)計說明書論文課程名稱： 成型工藝及模具課程設(shè)計II 設(shè)計題目： 端蓋零件鑄造工藝設(shè)計 院 系：班 級：設(shè) 計 者：學 號：指導教師：設(shè)計時間：1、設(shè)計任務1.1、設(shè)計零件的鑄造工藝圖1.2、設(shè)計繪制模板裝配圖1.3、設(shè)計并繪制所需芯盒裝配圖1.4、編寫鑄造工藝設(shè)計說明書2、生產(chǎn)條件和技術(shù)要求2.1、生產(chǎn)性質(zhì)：大批量生產(chǎn)2.2、材料：HT2002.3、零件加工方法：零件上有多個孔，除中間的大孔需要鑄造以外，其他孔在考慮加工余量后不宜鑄造成型，采用機械方法加工，均不鑄出。造型方法：機器造型造芯方法：手工制芯2.4、主要技術(shù)要求：滿足HT200的機械性能要求，去毛刺及銳邊，未注明圓角為R

2、3R5，未注明的筋和壁厚為8，鑄造拔模斜度不大于2度，鑄造外表不允取有缺陷。3、零件圖及立體圖構(gòu)造分析3.1、零件圖如下：圖1.零件主視圖 圖2.零件左視圖3.2三維立體圖如下：圖3.三維圖1圖4.三維圖24、工藝設(shè)計過程4.1、鑄造工藝設(shè)計方法及分析4.1.1鑄件壁厚為了防止?jié)膊坏?、冷隔等缺陷，鑄件不應太薄。鑄件的最小允許壁厚與鑄造的流動性密切相關(guān)。在普通砂型鑄造的條件下，鑄件最小允許壁厚見表1。表1. 鑄件最小允許壁厚 引【1，表1-3】材料鑄件輪廓尺寸/mm200x200以下200x200500x500500x500以上鑄鋼6810121825鑄鐵566101520球墨鑄鐵612查得灰鐵

3、鑄件在100200mm的輪廓尺寸下，最小允許壁厚為56mm。由零件圖可知，零件中不存在壁厚小于設(shè)計要求的構(gòu)造，在設(shè)計過程中，也沒有出現(xiàn)壁厚小于最小壁厚要求的情況。4.1.2造型、制芯方法造型方法：該零件需批量生產(chǎn)，為中小型鑄件，應創(chuàng)造條件采用技術(shù)先進的機器造型，暫選取水平分型頂桿范圍可調(diào)節(jié)的造型機，型號為Z145A。制芯方法：由生產(chǎn)條件決定，采用手工制芯。4.1.3砂箱中鑄件數(shù)目確實定當鑄件的造型方法、澆注位置和分型面確定后，應當初步確定一箱中放幾個鑄件，作為進展?jié)裁翱谠O(shè)計的依據(jù)。一箱中的鑄件數(shù)目，應該是在保證鑄件質(zhì)量的前提下越多越好。本鑄件在一砂箱中高約52mm，長約130mm，寬約100m

4、m，重約2.75Kg。這里選用一箱四件，根據(jù)本鑄件分型面確實定，可以先確定下箱的尺寸。根據(jù)鑄件重量在<5kg時，查得模型的最小吃砂量a=20mm， h=30mm， c=40mm，d或e=30mm， f=30mm， g=200mm，其中各字母所代表的含義如圖5所示。先確定下箱的尺寸，再根據(jù)表格可以選擇標準的砂箱。選用Z145A頂桿式起模的震實式造型機，砂箱最大內(nèi)尺寸為500mm X 400mm X 300mm。根據(jù)本鑄件的大概尺寸，在設(shè)計中采用一箱四件，因為澆注系統(tǒng)位于上箱，所以上砂箱的高度我們還要考慮到澆注系統(tǒng)才可以確定。鑄件在砂箱中的放置方式初步設(shè)計為圖6所示方式。圖5. 最小吃砂量示

5、意圖 圖6. 鑄件排布的初步設(shè)計4.2、鑄造工藝參數(shù)確實定4.2.1鑄件尺寸公差和重量公差在實際生產(chǎn)中，鑄件的實際尺寸和重量與設(shè)計圖紙所規(guī)定的尺寸和重量相比，總會有一些偏差，這種偏差愈小，鑄件的精度也愈高。但鑄造過程中影響鑄件精度的因素很多，如鑄造收縮率等工藝參數(shù)的選擇，分型面、澆冒口系統(tǒng)和砂芯的設(shè)計，造型和制芯的工藝操作以及工藝裝備本身的精度等。如果其中某個因素處理不當，就會降低鑄件的精度。也不應該不顧鑄件的要求和具體生產(chǎn)條件，盲目提高對鑄件的精度要求，否那么會導致鑄件本錢的提高和使工藝復雜化，造成不必要的浪費。二級精度灰鑄鐵鑄件的尺寸偏差如表2所示，重量偏差如表3所示。表2.二級精度灰鑄鐵

6、件的尺寸偏差JZ67-62 (毫米)表3. 灰鑄鐵件重量偏差4.2.2機械加工余量機械加工余量是指在鑄件加工外表上留下的、準備用機械加工方法切去的金屬層的厚度，目的是獲得準確的尺寸和光潔的外表，以符合設(shè)計的要求。鑄件加工余量的大小，要根據(jù)鑄件的合金種類，生產(chǎn)方法，尺寸大小和復雜程度，以及加工面的要求和所處的澆注位置等因素來確定。二級精度灰鑄鐵件的機械加工余量如表4所示。表4. 二級精度灰鑄鐵件機械加工余量mm查表得，鑄件的加工余量為：底面3.5mm，側(cè)面3mm，頂面4mm，如圖7所示。圖7. 鑄件加工余量示意圖4.2.3拔模斜度為了在造型和制芯時便于起模而不致?lián)p壞砂型和砂芯，應該在模樣或芯盒的

7、出模方向帶有一定的斜度。如果零件本身沒有設(shè)計出相應的構(gòu)造斜度時，就要在鑄型工藝設(shè)計時給出拔模斜度。拔模斜度的大小應根據(jù)模樣的高度，模樣的尺寸和外表光潔度以及造型方法來確定，見表5。對于本設(shè)計中的零件，選取拔模斜度為1°30。表5 拔模斜度4.2.4鑄孔起模斜度由表6可知，對于大批量生產(chǎn)的灰鐵鑄件來說，最小鑄出孔的直徑為1215mm，在端蓋零件上，最大的孔徑為12mm，故該孔不鑄出。所以不需要考慮鑄孔的拔模斜度。表6. 鑄件的最小鑄出孔毫米4.2.5鑄鐵的鑄造收縮率鑄件在冷卻和凝固過程中，體積一般都要收縮。由于鑄件的固態(tài)收縮(線收縮使鑄件各局部的尺寸小于模樣原來的尺寸，為了使鑄件冷卻后

8、的尺寸與鑄件圖示尺寸一致，那么需要在模樣或者芯盒上加上其收縮的尺寸。增加的這局部尺寸為鑄件的收縮量，一般用鑄造收縮率表示：k=(L模樣一L鑄件)/L鑄件×100%式中：L模樣模樣尺寸；L 鑄件鑄件尺寸。鑄造收縮率主要和鑄造合金的種類及成分有關(guān)，同時還取決于鑄件在收縮時受到阻礙的大小等因素。由表7可知，本設(shè)計中選用中小型灰鑄鐵件受阻收縮，其收縮率為0.9%。表7. 鑄件收縮率4.3、砂芯4.3.1砂芯尺寸根據(jù)鑄件澆注位置、分型面以及內(nèi)腔的形狀，確定在此鑄件中只需設(shè)計一個砂芯就可到達鑄造工藝要求。具體構(gòu)造見圖8。圖8. 砂芯構(gòu)造與尺寸1 芯頭設(shè)計選擇垂直芯頭，并設(shè)置壓環(huán)以及集砂槽。2 芯

9、頭尺寸一般查表得到，不需計算a垂直芯頭的尺寸包括其長度，斜度以及芯頭與芯座之間的間隙。根據(jù)鑄型種類為濕型，芯頭直徑小于34mm。查?砂型鑄造工藝設(shè)計?表4-4，垂直芯頭與芯座之間的間隙S取0.5。假設(shè)間隙過大，雖然下芯合型較方便，但是鑄件尺寸精度較低，甚至合金液可能流入間隙中造成大量“披縫，使鑄件落砂、清理困難，或堵塞芯頭的通氣孔道，使鑄件造成氣孔等缺陷；假設(shè)間隙過小，將使下芯、合型困難，易產(chǎn)生掉砂或塌陷等缺陷b查表4-2，砂芯長度取52.5mm，在51100mm之間，因此下芯頭高度h選取2530mm，這里取h為30mm。由下芯頭高度h，查得上芯頭高度h1為20mm。3 壓環(huán)與集砂槽為了快速下

10、芯、合型及保證鑄件質(zhì)量，在芯頭的模樣上常常做出壓環(huán)和集砂槽。查表4-7，得出e=1.5mm， f=3mm， r=1.6mm，具體構(gòu)造示意如圖9。圖9. 壓環(huán)與集砂槽尺寸4.3.2 芯骨對于小砂芯或砂芯的細薄局部，通常采用易彎曲成形、回彈性小的退火鐵絲制作芯骨，可防止砂芯在烘干過程中變形或干裂。由于本設(shè)計中砂芯沒有細薄局部，所以芯骨的設(shè)計可以不考慮。4.4、澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)是砂型中引導液態(tài)合金流入型腔的通道。生產(chǎn)中常常因澆注系統(tǒng)設(shè)計安排不合理，造成砂眼、夾砂、氣孔、粘砂、縮孔、縮松、澆缺乏、變形、裂紋、偏析等缺陷。澆注系統(tǒng)與獲得優(yōu)質(zhì)鑄件，提高生產(chǎn)效率和降低鑄件本錢的關(guān)系是密不可分的。常用的澆注系

11、統(tǒng)大多由澆口杯、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道等局部組成。4.4.1分型面設(shè)計及澆注位置的選擇澆注位置選擇原那么：1.澆注位置應有利于所確定的凝固順序，而且要有利于鑄件的補縮以及冒口的安放2.鑄件的重要局部應盡量置于下部3.重要加工面應朝下或呈直立狀態(tài)4.應使鑄件的大平面朝下5.應保證鑄件能充滿6.應使合型位置、澆注位置和鑄件冷卻位置相一致分型面選擇原那么：1.應使鑄件全部或大部置于同一半型內(nèi)2.應盡量減少分型面的的數(shù)目3.分型面應盡量選用平面4.分型面通常選在鑄件的最大截面處，盡量不使砂箱過高確定方案：方案一：如圖10-1，將鑄件大局部重要局部置于下部，且分型面為最大截面。此方案容易保證澆注質(zhì)量，能

12、夠?qū)崿F(xiàn)順序凝固，使其金相組織均勻，減少不必要的缺陷。方案二：如圖10-2，上下砂箱對稱分布；但由于側(cè)外表是非加工面，在分型面處會產(chǎn)生飛邊，影響鑄件外表精度。綜上，選擇方案一。圖10-1 方案一 圖10-2 方案二4.4.2澆道的設(shè)計 4.4.2.1澆注系統(tǒng)截面的選擇：如表8所示。表8. 澆注系統(tǒng)截面澆注系統(tǒng)分為開放式，封閉式，半封閉式，封閉一開放式幾種類型，由于鑄件的材質(zhì)為灰鐵，要求澆注系統(tǒng)撇渣能力較強，鐵水充型平穩(wěn)，所以，選擇半封閉式澆注系統(tǒng)， F橫>F直>F內(nèi)，F(xiàn)內(nèi)為控流斷面。澆注開場時液態(tài)金屬很快充滿澆注系統(tǒng)，鑄件成品率高，撇渣能力較強，澆注初期也有一定的撇渣能力。4.4.2

13、.2澆注系統(tǒng)斷面尺寸的設(shè)計(1)水力學近似計算公式：計算澆注系統(tǒng)，主要是確定最小斷面積(阻流斷面)，然后按經(jīng)歷比例確定其他組元的斷面積。封閉式澆注系統(tǒng)的最小斷面是內(nèi)澆道，以伯努利方程為根底的水力學近似計算公式是：F內(nèi)=G/(×t×0. 31 Hp) ( cm2)式中：F內(nèi)內(nèi)澆道總斷面積(cm2)；G流經(jīng)內(nèi)澆道的液態(tài)合金重量(Kg )；流量總耗損系數(shù)； t澆注時間(s)； Hp平均靜壓力頭(cm)。(2)液態(tài)合金重量：灰鑄鐵的密度為7. 8kg/cm3，算出鑄件的質(zhì)量為2.2kg，加上澆注系統(tǒng)中金屬液的損耗，鑄件G=2.2kg X (1+25% ) =2.75kg。(3)澆注

14、時間t：G=2.75kg，鑄件壁厚在8-15mm，系數(shù)S取2. 2 。t=SG=3.648s 。(4)流量系數(shù)：a =0. 5(鑄型阻力小)按表修正：有四個內(nèi)澆道，阻力加大，值取0. 05，得=0. 5-0. 05=0. 45。確定平均壓頭Hp：近似于頂端注入，p=0， c=52.5mm。由Hp=H0-p2/2c=Ho，Ho>HM= Ltan，其中，L=300mm，鑄件壁厚在8 15mm，壓力角9°10°，取10°，得H0>55mm，由于下芯頭尺寸較大，所以高度適當增加，取H0=130mm，H0為上砂箱高度。得Hp=HM= 130mm。F內(nèi)=2.75/

15、(0. 45 X 3.648X 0. 31 X 13) =0.5cm2。設(shè)置四個內(nèi)澆道，那么每個內(nèi)澆道截面積為0.5cm2。查表得選擇I型內(nèi)澆道，取F內(nèi)=0.5cm2。那么內(nèi)澆道總截面積為1cm2。截面尺寸：A=11mm， B=9mm，C=5mm。由封閉式系統(tǒng)各組元的斷面比為：F 內(nèi)： F 橫： F直=1：2： 1. 2，那么F橫=2cm2，查表得選擇甲-甲橫澆道，取F橫=1.92cm2。截面尺寸：A=14mm，B=10.5mm，C=16.5mm。F直= 2.4cm2，圓形截面，查表可得，直澆道下部最小直徑為19mm。查表得，澆口杯尺寸：D1=56mm，D2=52mm，h=40mm。各截面尺寸

16、如圖11所示。A、內(nèi)澆道截面積 B、橫澆道截面積圖11. 各組元截面尺寸(5)核算最小剩余壓頭HMHM=上砂箱的高度，直澆道中心到鑄件最高最遠點距離L=150mm，假設(shè)壓力角=10°，我們只需要HM大于26.4mm即可，這樣進展?jié)茶T，就能得到輪廓清晰的完整鑄件?？紤]到澆注系統(tǒng)的高度，我們?nèi)∩舷涓叨葹?00mm，即砂箱的尺寸為500x400x200mm。4.4.2.3冒口的設(shè)計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)，在鑄件的厚實部位常設(shè)置冒口，并按順序凝固原那么使冒口最后凝固?；诣T鐵的結(jié)晶范圍窄，更接近于層狀凝固。凝固時的膨脹和液態(tài)收縮趨于相互補償。故灰鑄鐵件補縮所

17、需要的鐵水的量少，鑄型剛度要求較低，一般灰鑄鐵件可不設(shè)置冒口。4.5、模板圖的設(shè)計4.5.1金屬模樣的材料本次設(shè)計的為下模樣，材料為HT150。4.5.2金屬模樣的構(gòu)造1)模樣尺寸確實定模樣的尺寸=鑄件尺寸X (1+K)；式中，K為鑄件收縮率。計算結(jié)果如模板裝配圖中所示尺寸。對于芯頭尺寸按原工藝圖計算。因模樣壁厚為5mm，查表得模樣非工作面圓角半徑為3mm。2)模樣的壁厚和加強筋模樣的壁厚按圖12所示曲線選擇。由于模樣的平均輪廓尺寸小于200，故對于灰鐵模樣取壁厚為5mm。圖12.金屬模樣壁厚1.鋁合金 2.鑄鐵 3.青銅模樣加強筋取知道分型面上的筋，一般將加強筋的厚度設(shè)計為模樣壁厚的80%，

18、查表加強筋下端厚度為4mm。因模樣形狀屬于圓形截面，加強筋的布置屬I類，根據(jù)(A+B) /2 < 250mm，僅在模樣長度和寬度中心軸上設(shè)有穿插十字形加強筋。模樣高度55mm< 100mm，查得筋的斜度取1°30'。3)模樣類型的選擇本次設(shè)計采用機器造型用金屬單面模樣。4)模樣技術(shù)要求模樣外表光潔度：模樣工作外表為6，模樣分型面為4，模樣定位銷孔為67。模樣裝配凸耳采用外凸耳。4.5.3模底板的設(shè)計圖13. Z145A造型機本次設(shè)計的是下模板，單面模板采取的是頂桿式，模底板材料決定為灰鑄鐵。本次設(shè)計選用的Z145A造型機為可調(diào)節(jié)頂桿式起模的鎮(zhèn)壓式造型機，頂桿起模行

19、程為150mm。 Z145A造型機砂箱最大內(nèi)形尺寸為500 X 400mm 。圖13為造型機外觀圖。根據(jù)鑄件重量在<5kg時，查得模型的最小吃砂量a=20mm， h=30mm， c=40mm，d或e=30mm， f=30mm， g=200mm。砂箱最大尺寸適合，且其內(nèi)放四個模樣，造型選用的砂箱尺寸500 X 400 X 180mm。材料為鑄鐵。砂箱平均尺寸<500mm，高度<200mm，查表得b=18mm。其配合的模底板尺寸：A0=A+2b=536mm，B0=B+2b=436mm。模底板的材料為鑄鐵，高度在80150mm，取80mm，小于頂桿的起模行程。模底板定位銷孔中心距應

20、根據(jù)所配用砂箱銷套的中心距C來確定，用同一鉆模鉆出。表9 (單位：mm )本設(shè)計中選用直徑20mm的定位銷。M的值取75mm，那么C=A+2M=500+2 X 75=650mm。模底板與砂箱之間常常用定位銷和銷套定位，此處只設(shè)計定位銷。在造型過程中為使砂箱不被卡死常將兩個定位銷分別做成圓形的和帶有平面的，分別為定位銷和導向銷。模底板上的定位銷安放在銷耳上，設(shè)在沿中心線長度方向的兩端，樣式如圖14所示。圖14. 定位銷安放方式圖15. 定位銷與導向銷尺寸構(gòu)造示意圖由模底板平均尺寸(A0+B0 ) /2 500mm，查表得，d=18+0.035mm，h=20mm， e=40mm，A=60mm，D=

21、25mm。裝配上的定位銷和導向銷材料選45號鋼淬火，查標準尺寸得，d=20mm，d1=18mm， d2=13mm，d3=16mm，l1=18mm，l2=40mm， l3=20mm，K=12mm， l=50mm，S=12mm， D=23mm。導向銷前端傾斜角度為10°。配套的螺母尺寸：d=M16， c=0.8mm，dM=22.5mm，e=26.75mm，m=14.8mm， s=24mm，尺寸構(gòu)造見圖15。模板用螺栓固定在造型機工作臺上，這時應設(shè)置緊固耳。其位置要和造型機工作臺上臺面上的T型槽相對應。因模底板平均輪廓尺寸(A0+B0) /2<500mm，查得模底板鑄鐵固耳尺寸：h=

22、20mm， h1=h+5mm， a=8mm， A=30mm， L=50mm， L1=70mm，b=15mm，b1=25mm，R=10mm，如圖15所示。緊固耳數(shù)為4。圖15. 緊固耳構(gòu)造示意圖4.5.4模樣在底面上的裝配(1)模樣在模底板上的放置形式以簡單方便節(jié)約本錢考慮，采取平放式將模板平放在模底板上，模底板不必挖槽。(2)模樣在模底板上的定位模樣在模底板上常用定位銷來定位，定位銷采取的是圓柱銷，定位銷將模樣裝配在模底板上的形式見圖紙所示。定位銷類型選擇不淬硬鋼圓柱銷。定位銷不穿透模樣裝配在模底板，查得，R取(1.52) d，定位銷中心到鑄件上邊緣距離A可取R， d可取0. 75t=3.75mm。(3)模樣在模底板上的緊固方式為了模樣和底板的定位和緊固，在現(xiàn)成凸緣或凸耳上設(shè)置定位銷孔，緊固螺紋孔。采用螺栓緊固時用的是下固定法。螺栓的個數(shù)及分布見圖紙。單面模樣在模底板上的緊固有2處用45號鋼全螺紋六角螺栓。螺栓尺寸為M8X25，如圖16。圖16. 模樣的固定方式和定位方式4.6、芯盒的設(shè)