支座砂型鑄造工藝設(shè)計說明書

1、支座砂型鑄造工藝設(shè)計說明書第一章 簡 介1.1 中國古代鑄造技術(shù)發(fā)展中華文明大致經(jīng)歷了石器時代、銅器時代和鐵器時代三個歷史階段，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”

2、；金屬 型古稱“鐵范”；失蠟型有出蠟法、走蠟法、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, 遠遠低于美國的 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 個百分點。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

3、引進了國外的先進的設(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，材料損耗及能耗高污染嚴重。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)達國家鑄造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 發(fā)達國家總體上鑄造技術(shù)先進、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)普遍實現(xiàn)機械化、自動 化、智能化（計算機控制、機器人操作） 。在大批量中小鑄件的生產(chǎn)中，大多采用微機控制的高密度靜壓、射壓或氣沖造型機 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

4、普 遍用硅溶膠和硅酸乙酯做粘結(jié)劑的制殼工藝。 鑄造生產(chǎn)全過程主動、 從嚴執(zhí)行技術(shù)標準， 鑄件廢品率僅2%-5%;標準更新快（標齡4-5年）；普遍進行IS09000、IS014000等認 證。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、人工智能型重視開發(fā)使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，紛紛建立自己的主頁、站點。鑄造業(yè)的電子商務(wù)、遠程 設(shè)計與制造、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 科技投入切實推動自主創(chuàng)新 ,

5、實現(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 加強職工技術(shù)培訓(xùn)。第四 , 大力降低能耗抓好環(huán)境保護 , 實現(xiàn)清潔化鑄造。 15蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵是在鑄鐵材料方面介于球墨鑄鐵與灰鑄鐵之間的一種材科。 蠕蟲狀石墨是 介于球伏與片狀之間的一種過渡型石墨， 因而使這種鑄鐵的材質(zhì)性能也介于球墨鑄鐵與 灰鑄鐵之間。簡要地說，蠕墨鑄鐵具有接近于球墨鑄鐵的強度、剛性，一定的韌性，良 好的耐磨性；另一方面，它又具有接近于灰鑄鐵的鑄造性能和熱傳導(dǎo)性能，因此這種鑄 鐵材料愈來愈引起人們的注意，并且巳開始在生產(chǎn)上獲得了應(yīng)用。它具有獨特的性能， 在汽車發(fā)動機、排氣管、玻璃模具、柴油機缸蓋、制動零、件剎車盤等

6、方面應(yīng)用取得了 良好的效果。第二章 鑄造工藝方案的確定2 1 支座的生產(chǎn)條件、結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求產(chǎn)品生產(chǎn)性質(zhì)大批量生產(chǎn)零件材質(zhì) RuT300零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160mm*135mm*100i，ff主要壁厚18mm最大壁厚20mm為一小型鑄件；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。圖2.1支座外型示意圖圖2.2 支座零件圖2. 2支座結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性零件結(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)考慮如下幾個方面：1. 鑄件應(yīng)有合適的壁

7、厚，為了避免澆不到、冷隔等缺陷，鑄件不應(yīng)太薄。2. 鑄件結(jié)構(gòu)不應(yīng)造成嚴重的收縮阻礙， 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。3. 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。4. 壁厚力求均勻，減少肥厚部分，防止形成熱節(jié)。5. 利于補縮和實現(xiàn)順序凝固。6. 防止鑄件翹曲變形。7. 避免澆注位置上有水平的大平面結(jié)構(gòu)。對于支座的鑄造工藝性審查、分析如下：支座的輪廓尺寸為160mm*135mm*100i。砂型鑄造條件下該

8、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34 mm而設(shè)計支座的最小壁厚為10mm 符合要求。支座設(shè)計壁厚較為均勻， 兩壁相連初采用了加強肋， 可以有效構(gòu)成熱節(jié)， 不易產(chǎn)生熱烈。2. 3 造型，造芯方法的選擇支座的輪廓尺寸為160mm*135mm*100m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 于實現(xiàn)機械化和自動化，材料成本低，節(jié)省烘干設(shè)備、燃料、電力等，還可延長砂箱使 用壽命。因此，采用濕型粘土砂機器造型，模樣采用金屬模是合理的。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

9、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澆注位置的確定鑄件的澆注位置是指澆注時鑄件在型內(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

10、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. 使鑄件的答平面朝下，避免夾砂結(jié)疤內(nèi)缺陷4. 應(yīng)保證鑄件能充滿5. 應(yīng)有利于鑄件的補縮6. 避免用吊砂，吊芯或懸臂式砂芯，便于下芯，合箱及檢驗對于方案一如圖2.3進行綜合分析如下：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進行綜合分析如下：1. 鑄件的重要部分

11、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。初步對支座進行分型有：方案一如圖2.5、方案二圖2.6、方案三圖2.7圖2.5分型面確定方案一圖2.6分型面確定方案二圖2.7分型面確定方案三而選擇分型面時應(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

12、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)強度7. 注意減輕鑄件清理和機械加工量對方案一如圖 2.5 進行綜合分析如下：1. 鑄件沒有能盡可能的位于同一半型內(nèi)，這樣會因為合箱對準誤差使鑄件產(chǎn)生偏錯。也 有可能因為合箱不嚴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 進行綜合分析如下： 鑄件沒有能盡可能的位于同一半型內(nèi)，這樣會因為合箱對準誤差使鑄件產(chǎn)生偏錯。也有 可能因為合箱不嚴在垂直面上增加鑄件尺寸。對方案三如圖 2.7 進行綜合分析如下： 此方案較之方案一與方案二更加科學(xué)可行。2

13、. 6 砂箱中鑄件數(shù)量及排列方式確定支座輪廓尺寸為160mm*135mm*100m單件質(zhì)量約為4kg，因此看鑄件為小型簡單 件。如果一箱一件生產(chǎn)則工藝出品率會較低，如此生產(chǎn)成本較高。所以采用一箱四件生 產(chǎn)。這樣工藝出品率大幅提高，生產(chǎn)成本也大大降低。 初步選取砂箱尺寸由鑄造實用手冊查表 1.5-45 得：上箱為 450*350*200mm 下箱為 450*350*200mm 由鑄造實用手冊查表 1.5-44 得： a20 e30 f30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

14、列如圖 2.8 所示，其中模樣的吃砂量基本確定為：a1=30 a2=40 e1=70 e2=70 f=35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3. 1工藝設(shè)計參數(shù)確定鑄造工藝設(shè)計參數(shù)通常是指鑄型工藝設(shè)計時需要確定的某些數(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

15、的兩個允許的極限尺寸之差。在兩個允許極限尺寸之內(nèi)，鑄件可滿足機械加工，裝配，和使用要求。支座為砂型鑄造機器造型大批量生產(chǎn)，由鑄造工藝設(shè)計查表 1-10得：支座的尺寸公差為 CTA12級，取CT9級。支座的輪廓尺寸為160mm*135mm*100m由鑄造工藝設(shè)計查表 1-9得：支座尺寸公差數(shù)值為2.5mm3.1.2 機械加工余量機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)計時預(yù)先增加的，而后在機械加工時又被切去的金屬層厚度。 支座為砂型鑄造機器造型大批量生產(chǎn)，由鑄造工藝設(shè)計查表 1-13 得： 支座的加工余量為EG級，取G級。支座的輪廓尺寸為160mm*135

16、mm*100m由鑄造工藝設(shè)計查表 1-12得： 支座加工余量數(shù)值為2.2mm取2mm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)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 3mm。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)計查表 1-14 得：受阻收縮率為 0.9 %3.1.4 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

17、損壞砂型或砂芯。這 個斜度，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)計的起模斜度如下：外型模的A面（如圖3.1所示）高15mm勺起模斜度由鑄造工藝設(shè)計查表 1-15 得: 粘土砂造型外表面起模斜度為a =1 10z ,a=0.8mm外型模的B面（如圖3.1所示）高115mn的起模斜度由鑄造工藝設(shè)計查表 1-15 得: 粘土砂造型外表面起模斜度為a =0 25/ ,a=1.2mm但是同一鑄件要盡量選用同一起模斜度，以免加工金屬模時頻繁的更換刀具。所以選用同一起模斜度為a =1 10z ,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

18、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械加工出來好，這應(yīng)該從品質(zhì)及經(jīng)濟角度等方面考慮。一般來說，較大的孔、槽等應(yīng)該鑄出來，以便節(jié)約金屬和加工 工時，同時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160mm*135mm*100r由n鑄造工藝設(shè)計查表1-5得：最小鑄出孔約為6nn支座的孔25 （如圖3.2所示）考慮加工余量后直徑為 19nn厚度為23nn該孔直徑 比較大，高徑比也不大，則應(yīng)該鑄出。支座的孔14

19、 （如圖3.2所示）考慮加工余量后直徑為 8nn厚度為27mm該孔直徑較 小，高徑比較大，不應(yīng)該鑄出，機械加工較為經(jīng)濟方便。圖3.2 最小鑄出孔示意圖3.1.6鑄件在砂型內(nèi)的冷卻時間鑄件在砂型內(nèi)的冷卻時間短，容易產(chǎn)生變形，裂紋等缺陷。為使鑄件在出型時有足 夠的強度和韌性，鑄件在砂型內(nèi)應(yīng)有足夠的冷卻時間。支座的冷卻時間由鑄造工藝設(shè)計查表 1-25得：冷卻時間為3060min。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。 支座的公稱重量約為4kg，尺寸公差為CT9級。由鑄造工藝設(shè)計查表1-57得：支座的重量公差為 MT14級。3.1.8工藝補正量在單件

20、小批量生產(chǎn)中，由于選用的縮尺與鑄件的實際收縮率不符，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，嚴重時會因強度 太弱而報廢。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)過程中將進行調(diào)整，所以設(shè)計中不考慮工藝補正量。3.1.9分型負數(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。為了防止?jié)沧r炮火，合箱前需要在分型面之間墊以 石棉繩、泥條等，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 擬定工藝時為抵掉鑄件增加的尺寸而在模樣上減去相應(yīng)的尺

21、寸稱為分型負數(shù)。 而支座是 濕型且是小型鑄件故不予考慮分型負數(shù)。3.1.10 反變形量 鑄造較大的平板類、床身類等鑄件時，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，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 非加工壁厚負余量 在手工粘土砂造型、制芯過程中，為了取出木模，要進行敲模，木模受潮時將發(fā)生 膨脹，這些情況均會使型腔尺寸擴大，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確性，

22、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余量。支 座砂芯屬于機器造芯，造型屬于機器造型。故不用設(shè)置非加工壁厚負余量。3. 2 砂芯設(shè)計 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)實際設(shè)計量取計算砂芯高度：L=97mm砂芯直徑：(A+B /2=(80+64)/2=72mm芯頭長度初步選取由鑄造工

23、藝設(shè)計查表 1-31得：h=2530mm取h=30mm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)計下芯頭并且加大下芯頭。下芯頭長度設(shè)計修正為：h=30*(1+40%)=42mm芯頭間隙初步選取由鑄造工藝設(shè)計查表 1-31得：s=0.3mm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)計查表 1-32得：aW 7 取a =73.2.2砂芯的定位結(jié)構(gòu)砂芯要求定位準確，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，為了定位準確，需要做出定位芯頭。定位芯頭結(jié)構(gòu)如圖3.4K圖3.4定位芯頭結(jié)構(gòu)圖323

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)計查表 1-38得： e=2mm f=3mm r=2mm3.2.4芯骨設(shè)計為了保證砂芯在制芯、搬運、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，以提高其剛度和強度。因為砂芯尺寸較小，而且采用樹脂砂，故砂芯強度較好，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)劑及砂芯中的有機物要燃燒（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)

25、生氣孔而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。3.2.6砂芯負數(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確，將芯盒的長、寬尺寸減去一定量， 這個被減去的量叫做砂芯負數(shù)。因為砂芯負數(shù)只用于大型粘土砂芯，本設(shè)計中的砂芯為小型砂芯不設(shè)計砂芯負數(shù)。第四章澆注系統(tǒng)及冒口、冷鐵、出氣孔等設(shè)計4.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 澆注系統(tǒng)是鑄型中引導(dǎo)液體金屬進入型腔的通道，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- 開放澆注系統(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)和封閉式澆注系統(tǒng)。

26、因為封閉式澆注系統(tǒng)控流截面積在內(nèi)澆道，澆注開始后，金屬液容易充滿 澆注系統(tǒng)，呈有壓流動狀態(tài)。擋渣能力強，但充型速度快，沖刷力大，易產(chǎn)生噴濺，金 屬液易氧化。適用于濕型鑄件小件。而支座就是采用濕型的鑄件小件，所以選擇封閉式 澆注系統(tǒng)。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，鑄造時采取一箱四件，故每個鑄件上只用一個內(nèi)澆 道。為了方便造型，內(nèi)澆道開設(shè)在分型面上。因為鑄件采用底座朝上且鑄件全部位于下 箱的方式進行鑄造，這樣鑄件凝固順序為由下至上凝固，這樣有利于支座的重要部分先 凝固并得到補縮，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?！吧蠄D4.1

27、內(nèi)澆道位置示意圖4.1.3決定直澆道的位置和高度實踐證明，直澆道過低使充型及液態(tài)補縮壓力不足，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)計直澆道高度等于上沙箱高度200mm但應(yīng)檢驗該高度是否足夠。檢驗依據(jù)為，剩余壓力頭應(yīng)滿足壓力角的要求，如下式所列：HM Ltg a 式中 HM 最小剩余壓力頭L 直澆道中心到鑄件最高且最遠點的水平投影距離a壓力角由鑄造工藝學(xué)查表 3-4-11得：a為910 取10Ltg a =180*tg10 心 32mm因為鑄件全部位于下箱，所以剩余壓力頭HM等于上箱高度200mm經(jīng)過驗證剩余壓力頭滿足壓力角的要求。4.1.4 計算澆注時間并核算金屬上升速

28、度根據(jù)鑄件圖計算單個鑄件的體積 V=(3.14*4 2/2+6*8)*1.8+3.14*3 2*0.5-3.14*0.952*2.3+(3*2.5/2)*1+8*1.8*10+3.14*12*0.6*2-3.3*0.6*10*2545cm3儒墨鑄鐵密度由鑄造實用手冊查表 1.1-90 得： 7.07.2取密度為 7.1一箱四件質(zhì)量為 m=545*7.1*4=15.478kg 15.5kg支座大批量生產(chǎn)的工藝出品率約為85%，可估計鑄型中鐵水總重量 GG=15.5/85%f 18kg初步計算澆注時間由鑄造實用手冊查表 1.4-61 得：T=3 G=2.2* V18 9s計算鐵水液面上升速度 v=

29、C/t=115/9=13mm/s校核鐵水上升速度， 一般允許鐵水的最小上升速度范圍由 鑄造實用手冊 查表 1.4-62 得：上升速度 v=10 20s通過比對13mm/s的上升速度符合實際，不必調(diào)整經(jīng)驗系數(shù)。4.1.5 計算阻流截面積根據(jù)水力學(xué)近似計算公式：F 內(nèi)二 m/ p t K2gHp)0.5 cm2式中m流經(jīng)阻流的金屬質(zhì)量 kgt充滿行腔總時間sp 金屬液密度 kg/cm3卩澆注系統(tǒng)阻流截面的流量系數(shù)Hp充填型腔時的平均計算壓力頭 cmF 內(nèi)=18/0.0071*9*0.5* (2*1000*20嚴3cm24.1.6確定澆口比澆口比由鑄造實用手冊查表 1.4-58得：刀S直：刀S橫：刀

30、S內(nèi)=1.4 : 1.2 : 14.1.7計算內(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縮作用。由于設(shè)計內(nèi)澆口有四個，因此 S內(nèi)=3/80.4cm2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實用手冊查表 1.4-75得：a=7mm b=5mm c=7mm4.1.8計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)計橫澆口有兩個，因此 S橫=3*122=1.8 cm 2橫澆道形狀取梯形

31、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實用手冊查表 1.4-75得:A=15mm B=10mm C=16mm4.1.9計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，進入橫澆道、內(nèi)澆道或直接進入型腔 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)計直澆口有一個，因此 S直=3*1.4=4.2cm2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鑄造實用手冊查表 1.4-75得:D=25mm為了方便取模直澆道做成上小下大的倒圓錐形，(通常錐度取1/50)o因此直澆道上端是直徑約為：D1=25- (1/50 ) *150

32、=22mm4.1.10澆口窩的設(shè)計澆口窩對于來自直澆道的金屬有緩沖作用，能縮短直一一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。澆口窩直徑為直澆道下端直徑兩倍，因此 D=2*25=50mm澆口窩高度為橫澆道高度兩倍，因此 h=2*16=32mm 澆口窩底部放置耐火磚防止充型。4.1.11澆口杯的設(shè)計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，阻止其進入型腔澆口杯選用普通漏斗形澆口杯，其斷面形狀如圖4.5所示DI圖4.5 澆口杯截面示意圖澆口杯斷面大小由鑄造實用手冊查表1.4-89得：D1=68m

33、m, D2=64mm, H=52mm4.2冒口的設(shè)計冒口是鑄型內(nèi)用于儲存金屬液的空腔， 在鑄件形成時補給金屬，有防止縮孔、縮松、 排氣、集渣的作用。支座所用的蠕墨鑄鐵在凝固時其體積變化情況與一些工業(yè)上常用的金屬及合金不 同，其特點是在液態(tài)冷卻時發(fā)生收縮，冷卻至共晶溫度時停止收縮，由于析出石墨而發(fā) 生膨脹，在接近凝固終了時余下的液態(tài)金屬凝固時又開始收縮，直至凝固結(jié)束。所以其 凝固時的膨脹和液態(tài)收縮趨于互相補償。故蠕墨鑄鐵補縮時需要的鐵水量少，而且支座 壁厚均勻無厚大壁，所以可利用澆注系統(tǒng)進行補縮不設(shè)置冒口。4.3冷鐵的設(shè)計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

34、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 屬液與浮渣，還可作為觀察金屬液充滿型腔的標志。出氣孔設(shè)置位置詳見工藝圖。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 10.5mm(0.5*21mm)。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 3cm2。因此設(shè)計

35、出氣孔根部直徑為10mm 箱4件共4個出氣孔。為方便取模采用上小下大的錐形，斜度為起模斜度a =1 10/出氣孔總截面積為 3.14* (1.0/2 )2*4=3.14cm24.5 鑄件工藝出品率的校核鑄型中鐵水總重量=鑄件重量+澆注系統(tǒng)重量+冒口重量+氣孔等的重量 =15500+0.7*0.5*7*4*7.1+ ( 1 .5+1 )*1.6 /2*32*7.1+ ( 3.14*1.25 2+3.14*1.1 2)*15 /2*7.1+ (3.1 4*3.4 2+3.14*3.2 2)*5.2 /2*7.1+3.14*2.5 2*3.2*7.1+3.14* (1.0/2 ) 2*4*20*7.

36、1 15500+70+455+469+1264+446+445=18649g=18.649kg 工藝出品率=鑄件重量/鑄型中鐵水總重量=15.5/18.64983% 在計算澆注系統(tǒng)時估計工藝出品率為85%，基本符合事實。第五章鑄造工藝裝備設(shè)計鑄造工藝裝備是造型、造芯及合箱過程中所使用的模具和裝置的總稱5.1 模樣的設(shè)計5.1.1模樣材料的選用模樣是造型工藝過程必須的工藝裝備，用來形成鑄型的型腔，因此直接關(guān)系著鑄件 的形狀和尺寸精確度。支座為大批量生產(chǎn)，所以用金屬模樣，該金屬模樣的材料選用如 下：模樣：鋁合金（質(zhì)輕、不生銹，加工性能好，加工后表面光滑，并有一定的耐磨性，但 耐磨性較差）出氣針、氣

37、孔針：45號鋼5.1.2金屬模樣尺寸的確定模樣尺寸二鑄件尺寸（1 + K），（模樣尺寸精確到小數(shù)點后兩位）注：K _鑄件線收縮率支座的收縮率K=0.9%5.1.3壁厚與加強筋的設(shè)計模樣壁厚由鑄造實用手冊查表 1.5 2得：模型壁厚6mm由于模樣輪廓尺寸較小約為：160mm*135mm*100m內(nèi)部不用設(shè)置加強筋。 5.1.4金屬模樣的技術(shù)要求模樣的尺寸精度、表面光潔度是影響鑄件質(zhì)量的一個重要因素，因此對其表面光潔 度和尺寸偏差應(yīng)嚴格控制。由鑄造實用手冊查表1.5 5得：模樣表面的粗糙度為3.2，模樣與模板接觸面的粗糙度為 6.3。5.1.5金屬模樣的生產(chǎn)方法為增加材料澆注后的致密度，現(xiàn)將材料制

38、作成與該模樣形狀類似的腔體，然后進行 熱處理，以增加其硬度，增加抗磨損能力，然后在用機器按模樣的尺寸加工成模樣的形 狀。5.2模板的設(shè)計模板也稱型板，是由摸底板和模樣、澆冒口系統(tǒng)及定位銷等裝配而成。模底板用來 連接與支承模樣、澆冒系統(tǒng)、定位銷等。本設(shè)計采用單面模底板，其工作面是平面。 5.2.1模底板材料的選用對模底板材料的要求是有足夠的強度， 有良好的耐磨性，抗震耐壓，鑄造和加工性。 根據(jù)模樣的結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)要求，選用鑄造鋁合金作為模底板的材料。5.2.2 模底板尺寸確定模底板長二砂箱長+ 2X砂箱分型面出邊緣厚度=450+ 2X 25=500 mm模底板寬二砂箱寬+ 2X砂箱分型面出邊緣厚度=

39、350+ 2X 25= 400 mm由鑄造實用手冊查表 1.534得：模底板的壁厚取為 12mm5.2.3 模底板與砂箱的定位模底板與砂箱之間采用定位銷與銷套定位。5.3 芯盒的設(shè)計5.3.1 芯盒的類型和材質(zhì) 采用熱芯盒，芯盒材料為鋁合金。5.3.2 芯盒的結(jié)構(gòu)設(shè)計芯盒的壁厚由鑄造實用手冊查表 1.5 11得：68mm取7mm5.4 砂箱的設(shè)計 砂箱的設(shè)計內(nèi)容有：選擇類型和材質(zhì)，確定砂箱尺寸。結(jié)構(gòu)設(shè)計，定位及緊固等。5.4.1 砂箱的材質(zhì)及尺寸支座零件機械造型用砂箱可選用的材料牌號由鑄造工藝課程設(shè)計手冊查得有：HT15-33,HT20-40,QT45-5,QT60-2,QT40-10,ZG1

40、5 ZG45 選擇 HT200為砂箱材料，需進 行人工時效或退火處理。根據(jù)通用砂箱的規(guī)格尺寸選砂箱的尺寸：上箱為 450*350*200mm 下箱為 450*350*200mm5.4.2 砂箱型壁尺寸及圓角尺寸普通機械造型砂箱常用向下擴大的傾斜壁，底部設(shè)突緣，防止塌箱，保證剛性，便 于落砂，箱壁上流出氣孔。由鑄造實用手冊表 1.5-47 查得：箱壁壁厚為 t=10mm,b1=25 mm , h1=10 mm,h2=15 mm箱壁型式如圖 5.1 ： bl圖5.1箱壁形式示意圖砂箱過渡圓角示意圖如圖 5.2。其中R=20 mm,R仁40 mm圖5.2砂箱過渡圓角示意圖543砂箱排氣孔尺寸由鑄造實

41、用手冊表1.5-49查得：C=40 mm,c1=50mm,c2=20mm,d=10 mm上箱通氣孔共2排，下箱通氣孔共2排第六章蠕墨鑄鐵（RuT300）的配料及熔煉計算6.1 蠕墨鑄鐵（RuT300）的配料計算鑄造生產(chǎn)支座用儒墨鑄鐵 RuT300合金成分控制為：C3.4%3.8 %, Si2.5 %2.9 %, Mn 0.1 %0.3 % , S v 0.02 % , P v 0.1 %, Mn 0.015% 0.025 %生產(chǎn)原料選用天津Q10生鐵，回爐料，廢鋼，75#硅鐵，65#錳鐵。原料化學(xué)成分由鑄造合金配料速查手冊查表 1.3-9得：爐料名爐料成分（%CSiMnPS天津Q10生鐵4.3

42、0.880.10.040.036回爐料3.612.70.310.04v 0.01廢鋼0.210.240.520.03-75#硅 鐵-77-65#錳鐵-67-沖天爐燒損率5-15-200+50首先考慮由爐前蠕化孕育處理后，原鐵液質(zhì)量分數(shù)減少0.1 %0.2 %，硅吸收0.8 %,錳微減，硫的質(zhì)量分數(shù)減少40%80%,因此原鐵液化學(xué)成分應(yīng)控制在：C3.5 %3.9 % ,Si1.7 %2.3 % ,Mn0.1 %0.3 % , S v 0.03 %, P v 0.1 % . 計算爐料中各元素應(yīng)有的含量(質(zhì)量分數(shù)) ，公式如下：W爐料=W鐵液/ (1n)式中 W 爐料爐料中元素含量(質(zhì)量分數(shù))W 原

43、鐵液原鐵液中元素含量(質(zhì)量分數(shù))n熔煉過程中元素的增減率 因此據(jù)公式計算爐料中各元素應(yīng)有的含量(質(zhì)量分數(shù))如下：WC爐料=W(原鐵液 / (1 n C) =3.80/ (1-5%) =4%WSi爐料二WSi原鐵液 / (1n Si) =2.20/ (1-15%) =2.59%WM爐料二WM原鐵液 / (1n Mr) =0.3/ (1-20%) =0.38%WP爐料二WP原鐵液 / (1 n P) =0.06/ (1+0% =0.06%WS爐料=WSM鐵液 / (1 n S) =0.02/ (1+50% =0.03%根據(jù)工藝出品率及成品率估算用回爐料為 25%設(shè)天津Q10生鐵用量為A,廢鋼用量為

44、B 則可列方程有：4.3%*A+3.61%*25%*0.21%*B=4%1式A+25%+B=100%2式連列1式，2式解方程得：A 68% B 7% 計算硅鐵和錳鐵的加入量，設(shè)硅鐵用量為 C, 錳鐵為 DC=(爐料中應(yīng)加入的硅含量-爐料的硅含量”硅鐵的硅含量=2.59%- (0.88%*68%+2.7%*25%+0.24%*7%/77%=1.69%D=(爐料中應(yīng)加入的錳含量-爐料的錳含量”硅鐵的錳含量=0.38%-(0.10%*68%+0.31%*25%+0.52%*7%/67%=0.30%核算磷，硫含量是否超標：WP爐料=0.04%*68%+0.04%*25%+0.03%*7%=0.0393

45、%0.06%WS爐料=0.0036%*68%+0.01%*25%+0*7%=0.005%0.03%通過計算得回爐料為25%天津Q10生鐵用量為68%,廢鋼用量為7%硅鐵用量為1.69%,錳鐵用量為0.30%.6.2 蠕墨鑄鐵生產(chǎn)控制6.2.1 蠕化劑及蠕化處理鑄造支座用RuT300選用稀土硅鐵合金（RE30作為蠕化劑，蠕化率要求達到 50%, 稀土硅鐵合金（RE30蠕化處理反應(yīng)平穩(wěn)。蠕化處理的方法是在將顆粒狀合金均勻的在出鐵槽隨流加入，每包處理0.81t o此方法操作簡單，吸收率高。6.2.2 孕育化處理由于蠕化處理后鐵液中鎂和稀土的作用， 使鐵液容易具有結(jié)晶過冷和在組織中出現(xiàn) 游離滲碳體的傾向，因此孕育處理亦是蠕墨鑄鐵生產(chǎn)中的一個必要環(huán)節(jié)，其作用為消除 結(jié)晶過冷傾向，減少自由滲碳體；提供足夠的石墨晶核，增加共晶團體，使石墨呈細小 均勻分布，提高力學(xué)性能；延緩蠕化衰退。孕育劑選用含硅75%勺硅鐵。孕育處理的方法是將硅鐵在出鐵槽隨