支撐臺(tái)鑄造工藝設(shè)計(jì)

1、目 錄1 緒論22 材料的確定33 結(jié)構(gòu)工藝分析44 工藝方案的設(shè)計(jì)54.1鑄型種類及造型方法的確定54.2分型面的選擇5 4.3鑄件澆注位置的確定65 鑄件工藝參數(shù)的確定85.1加工余量85.2起模斜度及圓角確定105.3鑄出孔105.4型芯及型芯頭選擇106 澆注系統(tǒng)的設(shè)置116.1澆注系統(tǒng)作用與結(jié)構(gòu)分析116.2澆口杯和直澆道116.3橫澆道和內(nèi)澆道116.4各組元截面尺寸確定116.5冒口及尺寸確定137 鑄件工藝圖和鑄件圖14附 錄15總 結(jié)16參考文獻(xiàn)17181 緒論鑄造工藝是應(yīng)用鑄造有關(guān)理論和系統(tǒng)知識(shí)生產(chǎn)鑄件的技術(shù)和方法。包括鑄件工藝，澆注系統(tǒng)，補(bǔ)縮系統(tǒng)，出氣孔，激冷系統(tǒng)，特種鑄

2、造工藝等內(nèi)容。就是將液態(tài)合金注入到與零件尺寸、形狀相適應(yīng)的鑄型空腔內(nèi)使之冷卻、凝固，制備鑄件的工藝方法?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，要求鑄件具有高的力學(xué)性能、尺寸精度和低的表面粗糙值；要求具有某些特殊性能，如耐熱、耐蝕、耐磨等，同時(shí)還要求生產(chǎn)周期短，成本低。合理的鑄件結(jié)構(gòu)是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的前提，是簡(jiǎn)化鑄造工藝，提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本的根本方法。需鑄造的零件結(jié)構(gòu)不僅滿足工作性能和力學(xué)性能的要求，同時(shí)還應(yīng)滿足鑄造工藝、方法及合金鑄造性能的基本要求，這樣才能達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的效果。鑄造工藝設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)就是工藝方案，其主要包括零件結(jié)構(gòu)分析和鑄造工藝方案分析兩部分內(nèi)容。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求和生

3、產(chǎn)批量等條件確定其鑄造工藝，繪制鑄造工藝圖和鑄型圖；然后依據(jù)繪制的鑄造工藝圖，結(jié)合所選定得造型方案和工藝卡，便可繪制出模樣圖及鑄型圖。2 材料的確定機(jī)械零件材料的選擇是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，需要在掌握工程材料理論及其應(yīng)用理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，明確目標(biāo)及限制條件，進(jìn)行具體分析，進(jìn)行必要的試驗(yàn)和選材方案對(duì)比，最后才能確定選材方案。一般應(yīng)遵循“使用性、合理性、經(jīng)濟(jì)性和工藝性”原則1。支撐臺(tái)零件主要用于承受中等靜載荷，即在工作時(shí)起支撐機(jī)器上其它部件的作用，而經(jīng)常處于壓應(yīng)力狀態(tài)，要求能抗壓和耐磨即可，故選用灰鑄鐵HT150制成?；诣T鐵是一種斷面呈灰色，碳主要以片狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵。并且其含碳、硅較高（碳 3.0

4、%-3.7%、硅 1.8%-2.4%）其鐵水不經(jīng)任何處理，出爐后可進(jìn)行直接澆注?；诣T鐵具有良好的減磨性、吸振性和切削加工性，以及鑄造流動(dòng)性好，充滿型腔的能力較強(qiáng)，有利于金屬渣中的氣體和雜質(zhì)上浮。HT150的工作條件是承受中等負(fù)荷，且摩擦面間的單位面積壓力不大于490kpa，一般機(jī)械制造中的鑄件，如：支柱、底座、齒輪箱、刀架、軸承座、軸承滑座等2。符合本設(shè)計(jì)的要求，故支撐臺(tái)零件的材料選用灰鑄鐵HT150。3 結(jié)構(gòu)工藝分析支撐臺(tái)零件由法蘭、錐度、內(nèi)腔及小孔等結(jié)構(gòu)組成。此產(chǎn)品的生產(chǎn)性質(zhì)為單件小批量生產(chǎn)?；诣T鐵具有良好的耐磨性，液態(tài)流動(dòng)性好，凝固收縮性小，抗壓強(qiáng)度高，吸振性好，使用時(shí)有充分的強(qiáng)度和剛性

5、，能夠滿足支撐臺(tái)工作要求，而且價(jià)格適宜，故選用灰鑄鐵作為鑄件材料。此零件外形輪廓尺寸為160mm*200mm*200mm，主要壁厚12mm，最大壁厚20mm，為一小型鑄件；機(jī)器支撐臺(tái)零件主要用于承受靜載荷，即在工作時(shí)起支撐機(jī)器上及其他部件的作用，而經(jīng)常處于壓力狀態(tài)，故要求能抗壓和耐磨即可。故選擇灰鑄鐵HT150制成。零件結(jié)構(gòu)圖及三維圖3.1如下所示。 圖3.1 零件圖及三維圖4 工藝方案的設(shè)計(jì)4.1鑄型種類及造型方法的確定3 鑄型包括將熔化的金屬倒入鑄模(同鑄錠過(guò)程)，鑄模的型腔提供了最終有用的形狀，之后僅需根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行加工和焊接。鑄型通常按照造模的方法、造模的材料或進(jìn)鑄模的方法進(jìn)行分類，

6、鑄造工藝有四種基本類型:砂型鑄造、永久型鑄造、壓模和離心式鑄造?？紤]其經(jīng)濟(jì)性、合理性、工藝性，對(duì)本設(shè)計(jì)采用砂型鑄造。砂型鑄造的鑄型主要分為濕型、干型、表面干型、自硬型四種。每種鑄型的選擇需要根據(jù)鑄件重量、結(jié)構(gòu)和質(zhì)量要求、生產(chǎn)批量及車間生產(chǎn)條件等因素確定。濕型是應(yīng)用最廣泛的一種鑄型。濕型鑄造法的基本特點(diǎn)是砂型無(wú)需烘干，不存在硬化過(guò)程，其主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)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)生產(chǎn)過(guò)程中的機(jī)械化和自動(dòng)化，材料成本低。通常情況下，中小型鑄件應(yīng)盡可能選擇濕型。故本設(shè)計(jì)采用濕型鑄造法。因濕型鑄造法水分多，強(qiáng)度低，鑄件易產(chǎn)生結(jié)疤、鼠尾、粘砂、氣孔、砂眼、脹砂等缺陷，在使用時(shí)

7、應(yīng)注意以下幾種情況：1. 澆注時(shí)鑄件有較大水平壁時(shí)，用濕型容易引起夾砂缺陷，應(yīng)考慮使用其他砂型。2. 鑄件過(guò)高，金屬靜壓力超過(guò)濕型的抗壓強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)考慮使用干砂型或自硬砂型。3. 型內(nèi)放置冷鐵過(guò)多時(shí)，應(yīng)避免使用濕型，因?yàn)槔滂F生銹或變冷而凝結(jié)“水珠”，澆注后會(huì)引起氣孔缺陷。如果必須使用冷鐵時(shí)，冷鐵應(yīng)事先預(yù)熱，放入型內(nèi)后要及時(shí)合型澆注。4. 造型過(guò)程長(zhǎng)或需長(zhǎng)時(shí)間等待澆注的砂型不宜采用濕型，因?yàn)闈裥头胖眠^(guò)久會(huì)風(fēng)干，使表面強(qiáng)度降低，易出現(xiàn)沖砂缺陷。支撐臺(tái)零件為回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，且平直分型面，故適合分模造型。因其生產(chǎn)批量小，因此采用手工造型和制芯。綜上所述，本設(shè)計(jì)采用濕砂手工分模造型。4.2分型面的選擇 分型面

8、是指兩半鑄型相互接觸的表面。分型面的得選取優(yōu)劣，對(duì)鑄件的精度、生產(chǎn)成本和生產(chǎn)率影響很大。選擇分型面時(shí)應(yīng)注意一下幾項(xiàng)原則：1. 盡可能將整個(gè)鑄件或其主要加工面和基準(zhǔn)面置于同一砂箱內(nèi)；2. 盡可能減少分型面數(shù)目；3. 盡量選用平面分型；4. 分型面應(yīng)選取在鑄件最大投影面處；5. 盡可能少用砂芯；6. 盡量避免鑄件非加工面產(chǎn)生飛邊；7. 盡量降低砂箱高度；8. 受力件的分型面的選擇不應(yīng)削弱鑄件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；9. 有利于下芯、驗(yàn)型與合型。支撐臺(tái)零件有三個(gè)最大截面，可以設(shè)計(jì)軸向分型和徑向分型兩種方案。徑向分型有兩個(gè)分型面，分別為A、B在上下法蘭下面。需要用三箱造型，工藝復(fù)雜，砂箱數(shù)量多且容易出現(xiàn)錯(cuò)箱等錯(cuò)誤，

9、生產(chǎn)效率低。而軸向分型為一個(gè)分型面，在零件垂直軸線上，分兩箱造型。便于起模、下芯和驗(yàn)型等且分型面與分模面相同，因此選擇軸向分型。圖4.1 分型面選擇圖4.3鑄件澆注位置的確定 鑄件的澆注位置是澆注時(shí)鑄件在鑄型中所處的位置。澆注位置不僅對(duì)保證鑄件質(zhì)量有重要影響，而且與工藝裝備（如模樣、芯盒）結(jié)構(gòu)，下芯、合型甚至清理等工序均有密切的關(guān)系，還能影響到機(jī)械加工。澆注位置的選擇要根據(jù)鑄件的大小、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、合金性能、生產(chǎn)批量、現(xiàn)場(chǎng)工藝條件及綜合等方面加以確定3。以保證鑄件質(zhì)量為出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)盡量簡(jiǎn)化造型工藝和澆注工藝。同時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)原則:1. 澆注的重要加工面應(yīng)朝下或呈側(cè)立面 一般情況下，鑄件頂面形成氣

10、孔和夾雜物等缺陷的可能性大，而鑄件向下的底面和側(cè)立面比較光潔，出現(xiàn)缺陷的可能性小。2. 盡可能使鑄件的大平面朝下 既可避免氣孔和夾渣，又可防止大平面處發(fā)生夾砂缺陷。3. 應(yīng)保證鑄件能充滿 對(duì)薄壁部分的鑄件，應(yīng)把薄壁部分放在下半部或置于內(nèi)澆道以下，以免出現(xiàn)澆不到和冷隔等缺陷。當(dāng)鑄件薄壁部分面積較大時(shí)，可采用傾斜澆注，以保證鑄件能充滿。4. 應(yīng)有利于實(shí)現(xiàn)順序凝固 鑄件的厚大或局部厚實(shí)部分，應(yīng)置于鑄型的頂部或側(cè)面，以便于安放冒口，實(shí)現(xiàn)自下而上的順序凝固。5. 應(yīng)盡量減少砂芯數(shù)量并使其穩(wěn)定 避免使用吊砂、吊芯或懸臂砂芯，以便于下芯、檢驗(yàn)、固定和排氣。 本次設(shè)計(jì)中，支撐臺(tái)在工作中起支撐和承受載荷的作用。

11、下法蘭受力大，應(yīng)寬大。按照重要加工面或大平面應(yīng)朝下或呈側(cè)立面，為了避免出現(xiàn)澆不到和冷隔等缺陷，將支撐臺(tái)水平澆注，可使兩端加工面處于側(cè)立面，以保證鑄件的質(zhì)量和精度，并且有利于下芯、檢驗(yàn)、固定和排氣。其示意圖如圖4.2所示。圖4.2 澆注位置圖5 鑄件工藝參數(shù)的確定5.1加工余量 為了保證零件加工面尺寸和精度，在鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)，將加工面上留出的、準(zhǔn)備切去的金屬層厚度，稱為機(jī)械加工余量。加工余量過(guò)大或者過(guò)小都會(huì)影響零件的質(zhì)量。在選擇加工余量時(shí)要考慮鑄造合金種類、鑄造工藝方法、生產(chǎn)批量、設(shè)備與工裝的水平、加工表面處的澆注位置、鑄件的基本尺寸的大小和結(jié)構(gòu)的影響。支撐臺(tái)零件采用砂型手工造型且最大輪廓尺寸為

12、630-1000之間，且其基本尺寸為160mm、200mm，查表5.1表5.2表5.3和表5.4可知其加工余量等級(jí)為F-H，尺寸公差等級(jí)為CT(11-13),確定其加工余量為7.5mm。表5.1 毛坯鑄件典型的機(jī)械加工余量等級(jí)（GB/T6414-1999）3方法要求的機(jī)械加工余量等級(jí)鑄件材料鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵銅合金輕金屬合金砂型手工造型G-kF-HF-HF-HF-HF-H砂型機(jī)器造型或殼型E-HE-GE-GE-GE-GE-G金屬型或低壓鑄造D-FD-FD-FD-FD-F壓力鑄造B-DB-D熔模鑄造DDDEE 表5.2 要求的鑄件加工余量（GB/T6414-1999 3 單位（mm）最大

13、尺寸要求加工的機(jī)械余量等級(jí)ABCDEFGHJK400.10.10.20.30.40.50.50.711.4>40-630.10.20.30.30.40.50.711.42>63-1000.20.30.40.50.711.422.84>100-1600.30.40.50.81.11.52.2346>160-2500.30.50.711.422.845.58>250-4000.40.60.91.31.42.53.55710 （續(xù)） 最大尺寸要求加工的機(jī)械余量等級(jí)ABCDEFGHJK>400-6300.50.71.11.52.2346912>630-1000

14、0.60.81.21.82.53.5571014.>6300-100001.11.52.234.569121724 最終機(jī)械加工后鑄件的最大輪廓尺寸。 等級(jí)A和B僅用于特殊場(chǎng)合，例如，在供需雙方已就夾持面和基準(zhǔn)面或基準(zhǔn)目標(biāo)商定了模樣裝備、鑄造工藝和機(jī)械加工工藝的成批生產(chǎn)的情況下。表5.3 小批量或單件生產(chǎn)的毛坯鑄件公差尺寸等級(jí)3鑄造方法造型材料公差等級(jí)鑄件材料鑄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砂型鑄造粘土砂13-1513-513-1513-1513-1511-1313-1513-15手工造型化學(xué)粘結(jié)劑砂12-1411-1311-1311-1310-1210-121

15、2-1412-14 表5.4 鑄件尺寸公差數(shù)值3 單位（mm）毛坯鑄件基本尺寸鑄件尺寸公差等級(jí)CT大于至12345.111213-100.090.130.180.260.36.2.84.2-10160.100.140.200.280.38.3.04.4-16250.110.150.220.300.42.3.24.6625400.120.170.240.320.46.3.65.0740630.130.180.260.360.50.4.05.68631000.140.200.280.400.56.4.4691001600.150.220.300.440.62.5.0710160250-0.240.

16、340.500.72.5.6811. 在等級(jí)CT1-CT15中對(duì)壁厚采用粗一級(jí)公差。 對(duì)于不超過(guò)16mm的尺寸，不采用CT13到CT16的一般公差。本設(shè)計(jì)中未到的數(shù)據(jù)在本表中有所省略。5.2起模斜度及圓角確定 起模斜度是指為了方便起出模樣或取出砂芯，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。由于鑄件兩端法蘭較厚，可在遠(yuǎn)離分型面處減少1mm的加工余量，取起模斜度為1度。鑄造圓角是指在鑄件上相鄰兩壁之間的夾角，為了防止該處產(chǎn)生縮孔、因沖砂而缺角、因集中力而產(chǎn)生開(kāi)裂等缺陷。一般為兩交壁平均厚度的1/3-1/2,這里取R5mm3。5.3鑄出孔對(duì)于支撐臺(tái)零件上8個(gè)小孔尺寸大小，根據(jù)鑄造工藝

17、性的可能性和使用的必要性。小批量孔直徑30mm-50mm，而本次設(shè)計(jì)零件小孔直徑為20mm，且如果要鑄出，會(huì)增加型芯數(shù)量，而且還不好放置，所以不用鑄出，直接在鉆床上用鉆頭鉆出。 5.4型芯及型芯頭選擇 鑄件上的孔腔要用芯型鑄出，芯型要芯頭支撐、定位、排氣和落砂，芯頭是型芯的外伸部分，起輔助作用。型芯頭的形狀尺寸：一般情況下，同一個(gè)內(nèi)腔用一個(gè)整體型芯鑄出，當(dāng)內(nèi)腔簡(jiǎn)單，可以自帶砂芯成型而不采用型芯。當(dāng)復(fù)雜時(shí)，可將型芯分為數(shù)塊。芯頭分為垂直芯頭和水平芯頭。垂直芯頭必須保留一定的斜度，以增強(qiáng)型芯在鑄型中的穩(wěn)定性。水平芯頭一般都有左右兩個(gè)芯頭，并增強(qiáng)型芯的穩(wěn)定性，通常加大或增長(zhǎng)芯頭，從而使型芯穩(wěn)固并增加

18、透氣。支撐臺(tái)零件中央內(nèi)腔呈錐形孔，適合采用整體型芯和大芯頭，便于合箱，以利于穩(wěn)固、定位、排氣和落砂。由基本尺寸可知，型芯長(zhǎng)度為200mm。選用垂直芯頭，一般小中芯頭長(zhǎng)為20mm-80mm，確定芯頭長(zhǎng)為50mm，大端芯頭直徑90mm，小端芯頭直徑50mm。芯頭的間隙查表5.5得1mm。表5.5 垂直芯頭與芯座之間的間隙3鑄型種類D或（A+B）/25051-100101-150151-200200-300301-400401-500501-700701-10001001-1500>2000濕型0.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.0干型0.51.01.51.52.0

19、2.53.03.54.05.07.06 澆注系統(tǒng)的設(shè)置6.1澆注系統(tǒng)作用與結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)澆注是指砂型中引導(dǎo)金屬液流入型腔的通道，一般由澆口杯、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道等組成。澆口杯承接金屬液，并經(jīng)直澆道流入橫澆道，再分配給各內(nèi)澆道流入型腔，因此各交道形狀及截面大小均影響鑄件質(zhì)量。對(duì)于本次設(shè)計(jì)采用中間注入的基本形式，其特點(diǎn)是內(nèi)澆道開(kāi)設(shè)在鑄件中部某一高度上，一般開(kāi)在分型面上造型比較方便，并且兼有頂注式和底注式的優(yōu)缺點(diǎn)，生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，適用于壁厚較均勻、高度不太大的各類中小鑄件4。對(duì)于支撐臺(tái)零件正好適合。6.2澆口杯和直澆道 澆口杯的作用是用來(lái)承接來(lái)自澆包的金屬液，防止金屬液飛箭和溢出，便于澆注，減輕液

20、流對(duì)型腔的沖擊，分離渣滓和氣泡，阻止其進(jìn)入型腔，增加充型壓力頭等。澆口杯安結(jié)構(gòu)形狀可分為漏斗形和池形兩大類，本設(shè)計(jì)采用漏斗形結(jié)構(gòu)。且在上型面開(kāi)設(shè)澆口杯。直澆道多為圓形或方形斷面的錐形管道，其功用是從澆口杯引導(dǎo)金屬液向下進(jìn)入橫澆道、內(nèi)澆道或直接導(dǎo)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流動(dòng)過(guò)程中的各種阻力，充滿型腔的各個(gè)部位5。6.3橫澆道和內(nèi)澆道 水平的橫澆道用以連接直澆道和內(nèi)澆道，并將金屬液平穩(wěn)而均勻地分配給各個(gè)澆道。其作用除了液流的分配，就是起到擋渣的作用。橫澆道截面多為梯形、圓形和圓頂梯形。其中梯形和圓頂梯形截面，主要用于澆注灰鑄鐵和非鐵金屬鑄件。對(duì)支撐臺(tái)零件的橫澆道采用梯

21、形截面。內(nèi)澆道的作用是引導(dǎo)金屬液進(jìn)入型腔，內(nèi)澆道比較短，本身不能擋渣，但合理的結(jié)構(gòu)尺寸以及與橫澆道的連接方式將有助于擋渣。內(nèi)澆道對(duì)于小件20mm-30mm有助于橫澆道擋渣，且制模及切除方便。支撐臺(tái)零件的下型面開(kāi)設(shè)內(nèi)澆道，并分兩道將金屬液從兩端法蘭處注入，有利于法蘭冷卻過(guò)程中的補(bǔ)縮。且內(nèi)澆道采用梯形截面4。6.4各組元截面尺寸確定 各組元截面尺寸可根據(jù)鑄件合金種類、質(zhì)量、尺寸、壁厚、澆鑄時(shí)間等，利用簡(jiǎn)便經(jīng)驗(yàn)公式求得。 :： 生產(chǎn)中最小的內(nèi)澆道截面積為0.04cm2，直澆道最小直徑一般不小于15-18mm。灰鑄鐵阻流截面計(jì)算公式：澆注系統(tǒng)中的最小斷面總面積（cm2）；m流經(jīng)F阻斷面的金屬液總重量（

22、Kg）；總流量損耗系數(shù)；澆注時(shí)間（s）；平均靜壓力頭（cm）式中m由proe分析的毛坯質(zhì)量m=8.6kg；=0.423；= 110cm；澆注時(shí)間的計(jì)算如下：m型內(nèi)金屬液的總質(zhì)（重量）（Kg）系數(shù)，取決于鑄件壁厚，由表查出是=2.23。計(jì)算得出澆注時(shí)間為6.5s。由于支撐臺(tái)零件為中小型鑄件，確定其截面比為1：1.1：1.15。由阻流截面計(jì)算公式可得出內(nèi)澆道截面積8.90,查表得a=56mm,b=52mm,c=17mm；直澆道截面積=10.24，查表得D=18mm；橫澆道截面積=9.97，a=32mm,b=22mm,c=35mm。所以支撐臺(tái)零件的各澆道示意圖如下所示：圖6.1 內(nèi)澆道、直澆道、橫澆

23、道截面積表6.1 灰鑄鐵件澆注系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)值4內(nèi)澆道尺寸/mm（S內(nèi)/m )橫澆道尺寸/mm（S橫/m直澆道尺寸/mm（S直/ m)abcS內(nèi)abcS內(nèi)ABCS橫DS直11955064105016111824017230141268085128019142236020310181571151061512023152548023420201881501171715028183172027570242110225139212253222359503280030261131014102631038284213803811304030124551711334504632501950451590454114600201237600564058280053220056521792024164692065457038506533205853221200282050120080608056008050306.5冒口及尺寸確定 一般小型、壁厚均勻的鑄件可不設(shè)冒口，故在此省略。7 鑄件工藝圖和鑄件圖 圖7.1 鑄件工藝圖圖7.2 鑄件圖附 錄鑄造工藝卡擬定鑄件名稱材料牌號(hào)生產(chǎn)類型毛坯質(zhì)量最小壁厚鑄件圖支撐臺(tái)HT150小批8.6kg12mm造型造型方法砂箱鑄造、兩箱造型砂箱內(nèi)部尺寸/mm規(guī)格長(zhǎng)寬高緊固方法上箱250220130/下箱25