基于UG的EQ491曲軸鑄模設(shè)計(jì)

全套設(shè)計(jì)（圖紙）加扣扣194535455摘要本論文對(duì)EQ491曲軸進(jìn)行了結(jié)構(gòu)功能及成型工藝分析，介紹了鑄造模具的基本知識(shí)和鑄造工藝，依據(jù)鑄造工藝完成鑄造模的結(jié)構(gòu)方案規(guī)劃，并在UG上完成鑄造模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：鑄造模具；EQ491曲軸；鑄造工藝；鑄模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；UGAbstractThisthesisonEQ491crankshaftwerestructureandfunctionandformingprocessanalysis,diecastingandthebasicknowledgeofcastingprocessisintroducedinthispaper,accordingtothecastingprocesstocompletecastingmouldstructuredesignandintheUGcompletedstructuredesignofdiecasting.Keywords:castingmold；EQ491；crankshaft；Castingtechnology；Themoldstructuredesign；UG目錄TOC\o"1-3"\h\u1053第一章緒論 第一章緒論1.1課題的來源、目的及意義1.1.1課題的來源本課題來源于48廠的工程實(shí)例，源于工廠的生產(chǎn)一線而非老師自己憑空想象出來的。故該課題與工廠的生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系十分緊密，具有很強(qiáng)的代表性，非常值得我們?nèi)ズ煤猛瓿伤?.1.2課題研究的目的大學(xué)在校期間多以理論知識(shí)學(xué)習(xí)為主，很少有機(jī)會(huì)去車間親身體驗(yàn)學(xué)習(xí)。故當(dāng)我們當(dāng)畢業(yè)時(shí)會(huì)很迷茫，不知道自己以后該怎樣去融入到工作中。本課題來源于48廠的工程實(shí)例，通過對(duì)本課題的研究可以讓我們?cè)谛W(xué)生對(duì)工廠的工作有一個(gè)大概的了解。另外由于要完成該課題需要很多學(xué)科的知識(shí)，可以讓我們?cè)趯W(xué)習(xí)方面得到很多幫助。1、對(duì)以前學(xué)的知識(shí)進(jìn)行鞏固；2、提高對(duì)圖紙的理解能力，這對(duì)我們以后的工作有很大幫助；3、加強(qiáng)二維、三維繪圖能力，這是我們工作中必不可少的工具；4、對(duì)曲軸的生產(chǎn)和鑄造模有了更多的認(rèn)識(shí)和理解。1.1.3課題研究的意義模具是工業(yè)生產(chǎn)中借助設(shè)備（工具）及能源把各種金屬或廢金屬材料壓制或澆注成所需形狀、尺寸的零件（或零件毛坯）或產(chǎn)品的專用工藝裝備，或說模具是材料壓力加工或熔化澆注的一種與材料直接接觸成型的工藝裝備。隨著科技的不斷進(jìn)步，機(jī)械制造業(yè)的迅速發(fā)展，少切削無切削加工工藝范圍的不斷擴(kuò)大以及文物復(fù)制、金銀首飾、藝術(shù)雕塑、服裝模特、各類展示品的發(fā)展，采用模具來加工零件（或產(chǎn)品）或復(fù)制古玩、文物等藝術(shù)品的比例和數(shù)量日益增加，各行各業(yè)都離不開模具，并有日益增多的趨勢(shì)，顯然模具工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中起著極其重要的作用，占有重要的地位，故發(fā)達(dá)國(guó)家有所謂“模具工業(yè)是進(jìn)入富裕社會(huì)的原始動(dòng)力”之說，當(dāng)今，在某種意義上確實(shí)可以認(rèn)為：“模具就是產(chǎn)品質(zhì)量，模具就是經(jīng)濟(jì)效應(yīng)?！逼渲匾饔弥饕憩F(xiàn)在以下方面【2】：模具是實(shí)現(xiàn)鍛壓、擠壓、沖壓成型零件或產(chǎn)品與澆注成型零件毛坯或產(chǎn)品的基本工藝裝備。模具是保證零件或產(chǎn)品形狀、尺寸和精度的基本工具。模具是保證零件或產(chǎn)品內(nèi)外質(zhì)量的公鑰工具。模具是高效率、高質(zhì)量、低成本的加工零件或產(chǎn)品的工具。合理的模具結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸，在某種程度上可以控制零件或產(chǎn)品的內(nèi)部組織狀態(tài)和其力學(xué)性能、物理性能（如先進(jìn)的鋁合金擠壓模等模具）。先進(jìn)合理的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不但對(duì)改善勞動(dòng)條件，保證人身和設(shè)備安全而且對(duì)提高生產(chǎn)效率都有十分重要的作用。先進(jìn)的、新型的模具，不僅為發(fā)展新產(chǎn)品、新工藝提供了良好的條件，也為傳統(tǒng)的機(jī)械加工、電加工或鍛造、鑄造、鈑焊等手段難以加工活根本無法加工的外形內(nèi)構(gòu)非常復(fù)雜、尺寸和形位精度及表面光滑程度要求都很高的異性零件找到了一條先進(jìn)有效的加工途徑。合理的先進(jìn)的模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和精確先進(jìn)的模具制造工藝科大大提高模具壽命，進(jìn)而大大降低產(chǎn)品成本并節(jié)省能耗和設(shè)備耗用。采用模具加工零件或產(chǎn)品，對(duì)推動(dòng)零件或產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，減少非標(biāo)準(zhǔn)、非通用零件或產(chǎn)品的生產(chǎn)、流通所造成的浪費(fèi)和危害有著重要的意義。一些簡(jiǎn)易模具和特種模具多加速新產(chǎn)品研制、老產(chǎn)品改型、快速生產(chǎn)出零件或產(chǎn)品，搶占市場(chǎng)更有十分重要的作用。本課題采用鑄造模具，是世界各國(guó)鑄造鋼、鑄鐵、鋁、銅及其合金和低熔點(diǎn)合金等鑄件的主要模具，占世界鑄件總量的90％左右。研究鑄造模具對(duì)世界的模具行業(yè)發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。1.2國(guó)內(nèi)外概況、預(yù)測(cè)1.2.1國(guó)內(nèi)外概況模具工業(yè)在我國(guó)已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)工業(yè)之一。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)如機(jī)械、電子、汽車、石油化工和建筑業(yè)等都要求模具工業(yè)的發(fā)展與之相適應(yīng)，都需要大量模具，特別是汽車、電機(jī)、電器、家電和通信等產(chǎn)品中60％~80％的零部件都要依靠模具成形。我國(guó)石化工業(yè)一年生產(chǎn)500多萬噸聚乙烯、聚丙烯和其他合成樹脂，很大一部分需要塑料模具成形，做成制品，用于生產(chǎn)和生活的消費(fèi)。生產(chǎn)建筑業(yè)用的地磚、墻磚和衛(wèi)生潔具，需要大量陶瓷模具，生產(chǎn)塑料管件和塑鋼門窗，也需要大量的塑料模具成形。在我國(guó)，鑄鋼、鑄鐵、鑄鋁及其合金和低熔點(diǎn)金屬等鑄件大多都依靠鑄造模具成形【2】。經(jīng)過多年努力，我國(guó)的模具工業(yè)已初具規(guī)模，取得了相當(dāng)?shù)某删汀５侥壳盀橹?，我?guó)已制定了模具技術(shù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)50多項(xiàng)、近300多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)。許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校都已經(jīng)開始進(jìn)行模具技術(shù)的研究和開發(fā)。20世紀(jì)末，從事模具技術(shù)研究的機(jī)構(gòu)和院校已達(dá)30余家，從事模具技術(shù)教育和培訓(xùn)的院校已超過50家，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)輸送了大批人才，并同時(shí)取得了一大批科研成果。其中獲得獲得國(guó)家重點(diǎn)資助建設(shè)的有華中科技大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、上海交通大學(xué)模具CAD國(guó)家工程研究中心、北京機(jī)電研究所精沖技術(shù)國(guó)家工程研究中心和鄭州大學(xué)橡塑模具國(guó)家工程研究中心等，在模具CAD/CAM/CAE技術(shù)、模具的電加工和數(shù)控加工技術(shù)、快速成形與快速制模技術(shù)、新型模具材料等發(fā)面都取得了顯著進(jìn)步，在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等發(fā)面作出了貢獻(xiàn)。目前，國(guó)內(nèi)已可制造具有自動(dòng)沖切、疊壓、鉚合、計(jì)數(shù)、分組和安全保護(hù)等功能的鐵芯精密自動(dòng)疊片多功能模具；生產(chǎn)的電機(jī)定轉(zhuǎn)子雙回轉(zhuǎn)疊片硬質(zhì)合金級(jí)進(jìn)模的步距精度已可達(dá)2μm，壽命達(dá)到1億次以上；電視機(jī)、空調(diào)、洗衣機(jī)等家用電器所需的塑料模具基本上可立足于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)。在精度方面，塑件的尺寸精度可達(dá)IT6、IT7級(jí)，型面的表面粗糙度達(dá)到Ra0.05~0.025μm，模具使用壽命達(dá)100萬次以上。我國(guó)現(xiàn)已擁有模具企業(yè)1.8萬家。2001年我國(guó)模具工業(yè)產(chǎn)值約300多億人民幣，折合30多億美金，并出口1.88億美金。在國(guó)外，發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)服務(wù)系統(tǒng)。生產(chǎn)普遍實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)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(dòng)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)劑的制殼工藝。在工藝設(shè)計(jì)、模具加工中，采用CAD/CAM/RPM技術(shù)；在鑄造機(jī)械的專業(yè)化、成套化制備中，開始采用CIMS技術(shù)。鑄造生產(chǎn)全過程主動(dòng)、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(yè)、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。

1.2.2模具的發(fā)展趨勢(shì)模具技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)可以歸納為以下幾點(diǎn)【2】：全面推廣應(yīng)用CAD/CAM/CAE技術(shù)。模具CAD/CAM/CAE技術(shù)室模具技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。由于產(chǎn)品的更新?lián)Q代日趨頻繁，產(chǎn)品精度要求越來越高，形狀越來越復(fù)雜，對(duì)模具的要求也越來越高。實(shí)踐證明，模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)、制造的發(fā)展方向。提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率。模具標(biāo)準(zhǔn)化的水平在某種意義上也體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家模具工業(yè)發(fā)展的水平。采用標(biāo)準(zhǔn)模架和使用標(biāo)準(zhǔn)零件，可以大大縮短模具制造周期，降低制造成本，對(duì)模具生產(chǎn)十分重要。目前，我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高，但模具標(biāo)準(zhǔn)件的覆蓋率依然不高。為了適應(yīng)模具工業(yè)發(fā)展，模具標(biāo)準(zhǔn)化工作必將加強(qiáng)，模具標(biāo)準(zhǔn)化程度將進(jìn)一步提高，模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)也將得到發(fā)展。發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料及采用先進(jìn)表面處理技術(shù)。模具材料的選用及熱處理在模具設(shè)計(jì)與制造中是一個(gè)涉及模具加工工藝、模具壽命、制件成形質(zhì)量和成本的重要問題。為了提高模具的使用壽命，提高產(chǎn)品的制造質(zhì)量，優(yōu)質(zhì)模具材料及先進(jìn)表面處理技術(shù)將進(jìn)一步受到重視，國(guó)內(nèi)外模具材料的研究工作者對(duì)模具的工作條件、失效形式和提高模具使用壽命的途徑進(jìn)行了大量的研究，并開發(fā)出了許多使用性能好、加工性好、熱處理變形小的模具材料，如預(yù)硬鋼、耐腐蝕鋼等。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具表面處理除完善普及常用表面處理方法如：滲碳、滲氮、滲硼、滲鉻、滲釩外，應(yīng)發(fā)展設(shè)備昂貴、工藝先進(jìn)的氣相沉積、等離子噴涂等技術(shù)。（4）模具制造技術(shù)的高效化、快速化。隨著模具制造技術(shù)的發(fā)展，許多新的加工技術(shù)、加工設(shè)備不斷出現(xiàn)，模具制造手段越來越豐富，越來越先進(jìn)。對(duì)于形狀復(fù)雜的曲面制件，為了縮短研制周期，可以不先直接加工出模具的凸、凹模，而是采用快速成形制造技術(shù)，先制造出與實(shí)物相同的樣品，再比對(duì)樣品與設(shè)計(jì)要求的差別，進(jìn)行修改后，最后再開發(fā)模具?？焖俪尚沃圃旒夹g(shù)（RPM）是一種綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料科學(xué)的發(fā)展成果，是一種全新的制造技術(shù)。根據(jù)零件CAD模型，快速自動(dòng)完成復(fù)雜的三維實(shí)體（模型）制造。采用這種方法制造模具，從模具的概念設(shè)計(jì)到制造完成，僅為傳統(tǒng)加工方法所需時(shí)間的1/3和成本的1/4左右。國(guó)外近年來發(fā)展的高速銑削加工，其主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)40000~100000r/min，快速進(jìn)給速度可達(dá)30~40m/min，高速切削加工與傳統(tǒng)切削加工相比具有加工效率高、溫升低（加工工件只升高3℃）、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。高速銑削加工促進(jìn)了模具加工技術(shù)的發(fā)展，特別是對(duì)汽車、家電行業(yè)中大型塑腔模具制造注入了新的活力。電火花銑削加工技術(shù)是用高速旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)單的管狀電極作三維或二維輪廓加工（像數(shù)控銑一樣），因此不再需要制造復(fù)雜的成形電極，這顯然是電火花成形加工領(lǐng)域的重大發(fā)展。國(guó)外已開始使用這種技術(shù)來進(jìn)行模具加工。模具研磨拋光的自動(dòng)化、智能化，模具表面的精加工是模具加工中未能很好解決的難題之一。模具表面的質(zhì)量對(duì)模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大影響。目前我國(guó)仍以手工研磨拋光為主，其效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量不穩(wěn)定，制約了我國(guó)模具加工向更高層次發(fā)展。因此，研究拋光的自動(dòng)化、智能化是重要的發(fā)展趨勢(shì)。（5）快速測(cè)量與逆向工程技術(shù)的運(yùn)用。在模具產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)與制造過程中，往往需要把實(shí)物樣件通過一定的三維數(shù)據(jù)采集方法，將實(shí)物模型轉(zhuǎn)化為CAD造型，這種由實(shí)物樣件獲取產(chǎn)品數(shù)學(xué)模型的相關(guān)技術(shù)，稱為逆向工程或反求工程技術(shù)。對(duì)于具有復(fù)雜曲面零件的模具設(shè)計(jì)，可以快速、正確地把復(fù)雜的實(shí)物復(fù)制出來，同時(shí)也可通過實(shí)物制造模具進(jìn)行復(fù)制。目前我國(guó)已有許多模具廠家擁有高速掃描機(jī)和模具掃描系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能，大大縮短了模具的研究周期。逆向工程將在今后的模具生產(chǎn)中發(fā)揮越來越重要的作用。（6）模具的復(fù)雜化、精密化和大型化。為適應(yīng)各種工業(yè)產(chǎn)品的使用要求，模具技術(shù)正朝著復(fù)雜化、精密化和大型化方向發(fā)展，大型模具具有成型表面加工向計(jì)算機(jī)控制和高精密加工方向發(fā)展，數(shù)控加工中心、數(shù)控電火花成形設(shè)備、數(shù)控連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨床的推廣使用，是提高模具制造技術(shù)水平的關(guān)鍵之一。面對(duì)激烈的競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)，我國(guó)要成為制造業(yè)強(qiáng)國(guó)，就必須大力發(fā)展模具生產(chǎn)，增強(qiáng)大型復(fù)雜、精密模具的資助開發(fā)能力，以提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

第二章曲軸結(jié)構(gòu)性能分析與鑄造工藝分析2.1曲軸結(jié)構(gòu)功能分析2.1.1曲軸結(jié)構(gòu)分析圖2.1EQ491曲軸該曲軸采用整體式結(jié)構(gòu)。它的毛坯由球墨鑄鐵（QT700-2）鑄造而得到。整體式曲軸具有工作可靠、質(zhì)量小等特點(diǎn)。而且剛度和強(qiáng)度較高，加工表面也比較少。EQ491曲軸采用全支稱結(jié)構(gòu)，其剛度較高，軸承摩擦損失小，提高了曲軸的抗彎強(qiáng)度。曲軸自帶4個(gè)整體式平衡塊可減輕主軸承受的離心負(fù)荷，減輕整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)。2.1.2曲軸性能分析曲軸的工作條件及其復(fù)雜，不僅承受著缸內(nèi)氣體的作用力、往返運(yùn)動(dòng)質(zhì)量慣性力及旋轉(zhuǎn)質(zhì)量慣性力引起的周期性變化的載荷，還要對(duì)外輸出扭矩，并伴有扭矩振動(dòng)。為保證發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期可靠工作【4】【5】，曲軸必須具有：足夠高的彎曲疲勞強(qiáng)度。主要是彎曲疲勞強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度和功率輸出端的靜強(qiáng)度。彎曲載荷具有決定性的作用，彎曲疲勞失效是曲軸的主要破壞形式，破壞通常從應(yīng)力集中處開始，即從主軸頸及曲柄銷到曲軸臂的過度圓角處，或從曲柄銷的油道口邊緣開始。足夠高的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。目的是減少撓曲變形、提高曲軸的自振頻率。曲軸彎曲剛度不足會(huì)加劇機(jī)體的縱向振動(dòng)，產(chǎn)生附加應(yīng)力，惡化連桿軸承和主軸承以至于活塞、連桿的工作條件，影響這些零件的工作可靠性和耐久性，甚至使局部應(yīng)力過大而開裂；曲軸扭轉(zhuǎn)剛度不足，則會(huì)降低軸系扭振附加應(yīng)力，加大傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的噪聲和沖擊載荷下的磨損。良好的耐磨性，軸頸尺寸應(yīng)能夠滿足軸承承載能力和潤(rùn)滑條件的要求。良好的平衡性。目的是盡可能地減少發(fā)動(dòng)機(jī)的沖擊和振動(dòng)。盡可能少的材料和小的尺寸。曲軸是影響發(fā)動(dòng)機(jī)外形尺寸和質(zhì)量的主要零件之一，因此合理設(shè)計(jì)曲軸將對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能產(chǎn)生非常大的影響。曲軸苛刻的工作環(huán)境決定了曲軸的結(jié)構(gòu)形狀非常復(fù)雜，其斷面沿著軸線方向急劇變化，因此應(yīng)力分布極不均勻。所以制造一根合格的曲軸需要好的材料和合格的鑄造模具。2.2鑄造工藝分析2.2.1鑄造的基本知識(shí)鑄件的生產(chǎn)過程，從零件圖開始，一直到鑄件成品檢驗(yàn)合格入庫(kù)為止，要經(jīng)過很多道工序。涉及到合金熔煉，造型、制芯材料的配制，工藝裝備（模具）的準(zhǔn)備，鑄型的制造、合箱、澆注、落砂和清理等許多方面。人們把一個(gè)鑄件的生產(chǎn)過程稱為生產(chǎn)工藝過程。鑄造模分重力鑄造模和非重力鑄造模。重力鑄造模是指在大氣壓力下把金屬液澆入鑄型，讓金屬液自由地充滿型腔并結(jié)晶凝固冷卻成為鑄件的一種鑄造方法。這種工藝所用模具（鑄型）就叫重力鑄造模（型）。砂型重力鑄造又稱砂型、砂模。這是一種古老的鑄模（型）。有干模和濕模之分。目前仍為世界各國(guó)鑄造鋼、鑄鐵、鋁、銅及其合金和低熔點(diǎn)合金等鑄件的主要模具，占世界鑄件總產(chǎn)量的90％左右。這種鑄型是用耐火砂和粘結(jié)劑（膨潤(rùn)土之類的耐火泥）混攪均勻后的造型砂和模型、砂箱按一定的工藝制作的，屬于型腔模的一種。主要由上砂型、下砂型、型腔、型芯、澆注系統(tǒng)、出氣孔等組成。砂箱由鑄鐵、鋁合金等鑄造。砂型鑄造?？梢澡T造任何金屬和任何尺寸、形狀的鑄件，成本低，適應(yīng)面廣，工藝簡(jiǎn)單，但鑄件的精度和表面粗糙度較差。鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)的一般步驟：①對(duì)零件圖紙進(jìn)行審查和進(jìn)行鑄造工藝性分析；②選擇鑄造方法；③確定鑄造工藝方案；④繪制鑄造工藝圖；⑤繪制鑄件圖；⑥填寫鑄造工藝卡和繪制鑄型裝備圖；⑦繪制各種鑄造工藝裝備圖紙。2.2.2澆注位置和分型面的確定鑄件澆注位置要符合于鑄件的凝固方式，保證鑄型的充填【2】【3】：（1）一般情況下鑄件澆注位置的上面比下面鑄造缺陷多，所以應(yīng)將鑄件的重要加工面或主要受力使用面等要求較高的部位放到下面。（2）澆注位置的的選擇應(yīng)有利于鑄型的充填和型腔中氣體的排除。（3）當(dāng)鑄件壁厚不均，需要補(bǔ)縮時(shí)，應(yīng)從凝固的原則出發(fā)，將厚大部分放到上面或側(cè)面，以便于冒口和冷鐵。（4）確定澆注位置時(shí)應(yīng)盡量減少砂芯的數(shù)量。分型面的確定原則：（1）為了起模方面，分型面一般選取在鑄件的最大截面上，但不要使模具在一箱內(nèi)過高。（2）盡量將鑄件的重要加工面或大部分加工面和加工基準(zhǔn)放到同一個(gè)砂箱中，而且盡可能的放在下箱。以保證鑄件尺寸的精確，減少鑄件的飛邊毛刺。（3）通常只允許有一個(gè)分型面，而且盡量不用活塊，而用砂芯代替。（4）為了便于生產(chǎn)操作，減少制造工藝裝備的費(fèi)用，分型面應(yīng)盡量采用平直面。（5）分型面的選擇應(yīng)盡量減少砂芯的數(shù)目。（6）分型面的確定盡可能考慮到內(nèi)澆口的引入位置，并使合箱后與澆注位置一致，以避免合箱后再翻動(dòng)鑄型。依上述原則，確定分型面如圖2.2所示。圖2.2曲軸模樣分型面2.2.3沙箱中鑄件數(shù)目的確定一箱中的鑄件數(shù)目，應(yīng)該是在保證鑄件質(zhì)量的前提下越多越好【2】【3】?？梢愿鶕?jù)所設(shè)計(jì)鑄件尺寸的考慮澆注系統(tǒng)的位置和必要的吃砂量，大致確定砂箱中鑄件的數(shù)目。本設(shè)計(jì)確定每箱鑄件數(shù)為四個(gè)。2.2.4鑄造收縮率鑄造收縮率K=(L-L)/L×100%(式2-1)【2】式中：L--模樣尺寸；L--鑄件尺寸。鑄件的收縮規(guī)律如下：冷卻凝固時(shí)，包緊成型零件，并受這些零件的阻礙，收縮率就比較小；薄壁鑄件的收縮量比厚壁鑄件小；大鑄件的收縮百分率比小鑄件的收縮百分率小；壓鑄成形后，留模時(shí)間愈長(zhǎng)，收縮量愈小；形狀復(fù)雜的鑄件比簡(jiǎn)單鑄件收縮量小；同一鑄件的不同尺寸部位，各處于上不同的情況時(shí)，各自的收縮率有可能不相同；鑄件的收縮是在實(shí)體上產(chǎn)生的，故在空檔部位上，有時(shí)它的實(shí)際收縮可能使該部位的尺寸變大。此外，鑄件的收縮可能與工藝因素，操作方面（如分型面的清理、涂料涂層的厚?。┯嘘P(guān)。鑄件冷卻后，因?yàn)楹辖鸬木€收縮會(huì)使鑄件尺寸變得比模樣小一點(diǎn)，所以制造模樣時(shí)其尺寸要比鑄件放大一些。放大的比例主要根據(jù)鑄件在實(shí)際條件下的線收縮率，即鑄件線收縮率來確定。鑄造收縮率主要和鑄造合金的種類及成分有關(guān)，同時(shí)也取決于鑄件在收縮時(shí)受到阻礙的大小。表2.1為鑄造時(shí)幾種合金鑄件的線收縮率。本設(shè)計(jì)工藝參數(shù)中鑄造收縮率取1%。表2.1鑄造時(shí)幾種合金鑄件的線收縮率合金種類鑄件線收縮率自由收縮變阻收縮灰鑄鐵中小型鑄件0.9％~1.1％0.8％~1.0％中大型鑄件0.8％~1.0％0.7％~0.9％特大型鑄件0.7％~0.9％0.6％~0.8％球墨鑄鐵0.9％~1.1％0.6％~0.8％碳鋼和低合金鋼1.6％~2.0％1.3％~1.7％錫青銅1.4％1.2％硅黃銅2.0％~2.2％1.6％~1.7％鋁硅合金1.0％~1.2％0.8％~1.0％2.2.5機(jī)械加工余量機(jī)械加工余量是指在鑄件加工表面上留出的、準(zhǔn)備用機(jī)械加工方法切去的金屬層的厚度。目的是獲得精確的尺寸和光潔的表面，以符合設(shè)計(jì)的要求。過大的加工余量會(huì)增加金屬材料的消耗和機(jī)械加工工作量，而且會(huì)使鑄件加工后的表面質(zhì)量下降。因此應(yīng)盡量使鑄件做到不加工或少加工。但機(jī)械加工余量也不能太小，這是因?yàn)殍T件存在變形和表面缺陷，這要靠加工余量來彌補(bǔ)，另外過小的加工余量將會(huì)影響機(jī)加工時(shí)刀具的壽命。通過查表2.2、表2.3、表2.4、表2.5，本設(shè)計(jì)中加工余量取2.5mm。表2.2毛坯鑄件典型的機(jī)械加工余量等級(jí)方法要求的機(jī)械加工余量等級(jí)鑄件材料銅灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛造鐵銅合金鋅合金輕金屬合金鎳基合金鈷基合金砂型鑄造手工造型G~KF~HF~HF~HF~HF~HF~HG~KG~K砂型鑄造機(jī)械造型和殼型E~OE~OE~OE~OE~OE~OE~OF~HF~H金屬型（重力鑄造和非重力鑄造）—D~FD~FD~FD~FD~FD~F——壓力鑄造————B~DB~DB~D——熔模鑄造EEE—E—EEE表2.3大批量生產(chǎn)的毛坯鑄件的公差等級(jí)方法公差等級(jí)CT鑄件材料銅灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛造鐵銅合金鋅合金輕金屬合金鎳基合金鈷基合金砂型鑄造手工造型11~1411~1411~1411~1410~1310~139~1211~1411~14砂型鑄造機(jī)械造型和殼型8~128~128~128~128~108~107~98~128~12金屬型（重力鑄造和非重力鑄造）—8~108~108~108~107~97~9——壓力鑄造————6~84~64~7——熔模鑄造水玻璃7~97~97~9—5~8—5~87~97~9硅溶膠4~64~64~6—4~6—4~64~64~6表2.4鑄件尺寸公差毛坯鑄件基本尺寸鑄件尺寸公差等級(jí)CT大于至12345678910—10151015250.060.280.30.360.380.420.520.540.580.740.722.22.4254063406310080.320.360.40.480.50.560.640.70.73.21001600.440.620.83.6160250250400——0.24—0.360.720.7844.4400630100063010001600—————————0.640.744.6567表2.5要求的鑄件機(jī)械加工余量(RMA)最大尺寸要求的機(jī)械加工余量大于至ABCDEFGHJK—406310015025040063010004063100150250400630100016000.50.511.522.533.5455.50.71234567811.42.845.57910111.42468101214162.2.6拔模斜度鑄造斜度的種類鑄造斜度分為正斜度、負(fù)斜度和正、負(fù)斜度。正斜度以零件的壁厚為起點(diǎn)向分型面方向逐漸增大零件壁厚，適用于壁薄和受力零件以及高度不大的零件。通常采用此種形式。負(fù)斜度以零件壁厚為起點(diǎn)向著背離分型面的方向逐漸減少零件的壁厚，適用于厚壁零件盒高度不大的零件。較少應(yīng)用。正、負(fù)斜度以零件壁的中部為基點(diǎn)，向著分型面方向逐漸增大壁厚、向著背離分型面的方向逐漸減少零件壁厚，適用于壁較高的零件。本次設(shè)計(jì)采用的是正斜度。起模斜度數(shù)值的選擇（1）起模斜度數(shù)值的選取角度按標(biāo)準(zhǔn)角度選取，見表2.6。表2.6起模斜度優(yōu)先選用0°30′1°2°3°5°10°其次選用0°15′0°45′1°30′2°30′4°6°8°9°待加工表面起模斜度的選取分兩種情況進(jìn)行選?。簩?duì)于單件小批生產(chǎn)的鑄件，較高的面一般取1°~2°，而較低的面取2°~3°；對(duì)于大批量生產(chǎn)的鑄件，一般采用流水自動(dòng)線加工，對(duì)鑄件尺寸精度要求較高，要求加工余量較小且比較均勻，因此較高的面一般取0°30′~1°，而較低的面取1°~2°。非加工面起模斜度應(yīng)小于或等于產(chǎn)品圖要求的起模斜度數(shù)值。鑄件內(nèi)形與外形的斜度應(yīng)盡可能一致，以保證鑄件壁厚的均勻性。 綜上所述，本次設(shè)計(jì)拔模斜度為2°。2.2.7澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)是直接影響鑄件的質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，澆注系統(tǒng)的作用是控制金屬液填充型腔的速度和填充型腔的時(shí)間，使金屬液平穩(wěn)地進(jìn)入鑄模型腔，同時(shí)阻止熔渣及其他雜質(zhì)進(jìn)入型腔，盡可能減少金屬液的二次氧化。澆注系統(tǒng)位置的選擇法則【3】：從鑄件薄壁處引入。適用于壁薄而輪廓尺寸大的鑄件；從鑄件厚壁處引入。這是一種使鑄件順序凝固、有利于補(bǔ)縮鑄件、達(dá)到消除縮孔、獲得精密鑄件的方法；澆注系統(tǒng)的位置選擇，應(yīng)該使金屬液在型腔內(nèi)的流動(dòng)路徑盡可能短，避免因澆道過長(zhǎng)、金屬液的溫度降得過低而造成澆不到的現(xiàn)象。澆注系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求【3】：足夠的澆注速度，金屬液流動(dòng)平穩(wěn)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)充滿型腔；防止沖砂，避免鑄件出現(xiàn)夾砂等缺陷；防止熔渣和其他雜質(zhì)進(jìn)入型腔，避免金屬液過度氧化；內(nèi)澆道的位置和數(shù)量滿足鑄件凝固和補(bǔ)縮原則；澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、簡(jiǎn)單，消耗金屬少。常用鑄模澆注系統(tǒng)是由澆口杯、直澆道、澆口窩、橫澆道、內(nèi)澆道等部分組成。（1）澆口杯澆口杯的作用是承接金屬液，并將其導(dǎo)入直澆道。澆口杯分為漏斗形和盆形兩大類：一類供中、小型鑄鐵件和非鐵合金鑄件使用；一類供鑄鋼件使用。（2）直澆道圖2.3直澆口棒直澆道的作用是將澆口杯中的金屬液引入到橫澆道、建立起足夠的壓力頭、使金屬液在重力的作用下克服流動(dòng)阻力及時(shí)充滿型腔。直澆道一般做成上大下小的圓錐形（錐度取1：50），但此次鑄模設(shè)計(jì)為了保護(hù)砂型和方便起模，直澆道做成上小下大。直澆道盡可能設(shè)在橫澆道、內(nèi)澆道中心，使金屬液流程最短、流量分配均勻。直澆道要有最小高度，以建立起足夠的壓力頭，使金屬液能充滿離直澆道最遠(yuǎn)的鑄件的最高部位，以保證鑄件輪廓清晰，避免澆不到。直澆道高度通常與上型高度相等，上型高度是否足夠，要用剩余壓力頭來檢查，剩余壓力頭要滿足壓力角的要求【2】?！荭粒ㄊ?-2）【2】其中——剩余壓力頭（㎜）；L——金屬液的水平流程，即鑄件最高最遠(yuǎn)點(diǎn)至直澆道中心的水平投影距離（㎜）；α——壓力角，查（參考文獻(xiàn)1表1.1）確定。根據(jù)裝配圖得，L=1248㎜；查表得α=7°；則=1248×7°=153㎜。根據(jù)實(shí)踐得出【2】：小型鑄件直澆道高出鑄件澆注位置最高點(diǎn)150~200㎜，中、大型鑄件高出200~500㎜，有利于防止侵入性氣孔，也有利于金屬液過濾。所以綜合考慮，本次設(shè)計(jì)直澆道的高度為220㎜。澆口窩圖2.4澆口窩座澆口窩對(duì)來自直澆道的金屬液有緩沖作用，能縮短直、橫澆道拐角處的紊流區(qū)，改善橫澆道內(nèi)的壓力分布，有利于內(nèi)澆道的分配。比較合適的尺寸是：澆口窩直徑為直澆道下端直徑的1.2~2倍，比橫澆道寬，高度為橫澆道的2倍。澆口窩與直澆道和橫澆道的過渡區(qū)避免有尖角砂。澆口窩底部宜放干砂芯或耐火磚塊，以防沖砂。橫澆道圖2.5橫澆道橫澆道的作用除了將金屬液引入內(nèi)澆道外，還有一個(gè)重要的作用是捕渣。對(duì)于封閉式澆注系統(tǒng)，要求橫澆道的橫截面做成窄而高的高梯形，它的高度應(yīng)為內(nèi)澆道高度的4~6倍，以使內(nèi)澆道的吸動(dòng)作用達(dá)不到橫澆道的頂面，避免將浮渣吸入鑄件，橫澆道的末端距最后一道內(nèi)澆道的距離應(yīng)不小于75㎜，以避開內(nèi)澆道對(duì)浮渣的吸動(dòng)，使聚結(jié)在末端的雜質(zhì)不往回返流。內(nèi)澆道內(nèi)澆道的作用是控制金屬液流入型腔的速度和方向，調(diào)節(jié)鑄件的溫度場(chǎng)。除此之外，內(nèi)澆道還應(yīng)協(xié)助橫澆道捕渣。封閉式澆注系統(tǒng)的內(nèi)澆道應(yīng)位于橫澆道的下部，且與橫澆道具有同一底平面。最初進(jìn)入橫澆道的污冷金屬液靠慣性流過內(nèi)澆道，集結(jié)于末端延長(zhǎng)段或集渣包，而不進(jìn)入型腔。內(nèi)澆道應(yīng)做成扁平梯形橫截面，以降低其吸動(dòng)區(qū)，便于橫澆道捕獲和清除熔渣。與直澆道相鄰的第一道內(nèi)澆道與直澆道的距離應(yīng)大于橫澆道高度的5倍，以避開紊流區(qū)，使熔渣有條件漂升到超過內(nèi)澆道的吸動(dòng)區(qū)。內(nèi)澆道位置設(shè)置原則【3】：對(duì)凝固體收縮率大的合金鑄件，如鑄鋼件、鋁合金鑄件、無錫青銅鑄件和黃銅鑄件內(nèi)澆道的位置設(shè)置要按順序凝固原則；對(duì)凝固收縮率小的合金鑄件，如鑄鐵件、錫青銅鑄件內(nèi)澆道的位置設(shè)置按同時(shí)凝固原則；內(nèi)澆道不應(yīng)設(shè)置在靠近有芯撐或有冷鐵的部位。即使需要設(shè)置在有冷鐵的部位，也需要增加冷鐵的厚度；內(nèi)澆道應(yīng)有利于平穩(wěn)、快速充型和排氣、排渣，不嚴(yán)重沖刷砂型和砂芯，能盡量縮短金屬液在型腔中的流程；內(nèi)澆道盡可能設(shè)置在分型面上；盡可能避免在鑄件的受力面或加工面上設(shè)置內(nèi)澆道，以防止出現(xiàn)偏析、晶粒粗大、硬度降低等缺陷。2.2.8冒口和冷鐵圖2.6冒口冒口的作用是在鑄件冷卻凝固期間進(jìn)行補(bǔ)縮，用冒口中的液體金屬來不斷的補(bǔ)償鑄件在冷卻凝固時(shí)的體積收縮，達(dá)到防止鑄件縮孔、縮松的目的。冒口的設(shè)計(jì)應(yīng)符合鑄件順序凝固的原則【3】。冒口的位置應(yīng)根據(jù)鑄件產(chǎn)生縮孔的位置來設(shè)置，凡是要產(chǎn)生縮孔的位置應(yīng)設(shè)立冒口，并設(shè)法使遠(yuǎn)離冒口的位置先凝固，然后逐漸凝固至冒口處，冒口最后凝固，使縮孔移至冒口中。冷鐵是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。冷鐵分為內(nèi)冷鐵和外冷鐵兩大類。外冷鐵是造型時(shí)放在模樣表面上的金屬激冷塊。內(nèi)冷鐵是將金屬激冷物直接插入需要激冷部分的型腔中，澆注后該激冷物對(duì)金屬液產(chǎn)生激冷并同金屬熔接在一起，最終成為鑄件的組成部分。這種激冷物稱為“內(nèi)冷鐵”。冷鐵的作用【3】：在冒口難以補(bǔ)縮的部位防止縮孔、縮松。防止壁厚交叉部位及極劇變化部位產(chǎn)生裂紋。與冒口配合使用，能加強(qiáng)鑄件的順序凝固條件，擴(kuò)大冒口補(bǔ)縮距離或范圍，減少冒口數(shù)目或體積。用冷鐵加速個(gè)別熱節(jié)的冷卻，使整個(gè)鑄件接近于同時(shí)凝固，既可防止或減輕鑄件變形，又可提高工藝出品率。改善鑄件局部的金相組織和力學(xué)性能。如提高鑄件表面硬度和耐磨性等。減輕或防止厚壁鑄件中的偏析。冷鐵選擇的注意事項(xiàng)：要選用雜質(zhì)含量低的優(yōu)質(zhì)生鐵、優(yōu)質(zhì)廢鋼和優(yōu)質(zhì)的輔助原材料。要嚴(yán)格控制化學(xué)成分，降低鐵液中的硫（w（S）＜0.01％）、錳（w（Mn）≤0.30％）和碳當(dāng)量（CE≤4.3％）。為了使凝固時(shí)既有石墨化膨脹自補(bǔ)縮能力，又避免石墨漂浮、球墨畸變，取w（C）≈3.4％~3.6％、w（Si）≈2.0％~2.2％、w（P）≤0.04％為宜。采用長(zhǎng)效孕育劑和強(qiáng)化劑處理鐵液，控制鐵液殘留鎂w（Mg）＜0.06％、殘留稀土w（RE）＜0.03％，并在1320℃~1380℃之間澆注。2.2.9出氣孔出氣孔的作用除了排出型腔的空氣和氣體之外，還可以減小砂型充型時(shí)的動(dòng)壓力，加快金屬液的冷卻，以及便于觀察型腔的充滿程度。出氣孔應(yīng)設(shè)置在鑄件澆注位置的最高點(diǎn)和氣體最后聚集處。本次設(shè)計(jì)采用機(jī)器造型，所以要在生產(chǎn)線上安排扎出氣孔的工序。

第三章鑄模的結(jié)構(gòu)方案規(guī)劃凡用于鑄型制造過程中的各類模具、砂箱以及工、卡、量具統(tǒng)稱為鑄造工藝裝備。鑄造工藝裝備的主要功能，在于與工藝設(shè)備緊密結(jié)合，以充分發(fā)揮工藝設(shè)備的技術(shù)性能，從而有效地進(jìn)行工藝操作；同時(shí)，通過采用具有特定技術(shù)性能的工藝裝備，可以擴(kuò)大機(jī)器造型的應(yīng)用范圍，從而為單件小批量、多品種鑄件采用機(jī)器造型組織生產(chǎn)創(chuàng)造了必要的技術(shù)條件。因此，鑄造工藝裝備對(duì)提高鑄造生產(chǎn)效率，發(fā)揮工藝設(shè)備及生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力，保證鑄件質(zhì)量以及改善勞動(dòng)條件起著重要的作用。鑄造工藝裝備的具體內(nèi)容，一般包括在鑄造生產(chǎn)過程中，為進(jìn)行工藝操作，根據(jù)工藝規(guī)程的要求，相應(yīng)采用的各類模具、砂箱、附具及工藝檢驗(yàn)量具等。砂型鑄造工藝裝備分為模樣、模板、芯盒、砂箱和輔助工藝裝備等五部分。鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)是鑄造生產(chǎn)過程的關(guān)鍵技術(shù)準(zhǔn)備工作之一，是鑄造工藝設(shè)計(jì)的延伸和深化，它將鑄件工藝規(guī)程所確定的有關(guān)方案、內(nèi)容進(jìn)一步具體化，以確保鑄件如期順利地投入生產(chǎn)。鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)的一般原則：應(yīng)當(dāng)在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，盡可能采用先進(jìn)的工裝技術(shù)、新材料和新工藝；必須滿足生產(chǎn)工藝要求，確保鑄件質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，使鑄件成品率最高，成本最低；確保工藝裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，靈活耐用，操作安全可靠，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；應(yīng)使工藝裝備易于加工制造，成本低廉，便于維修；推選工藝裝備的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，以便減少設(shè)計(jì)與制造的工作量，促進(jìn)工裝技術(shù)水平提高和工裝的科學(xué)使用、管理。3.1模樣材料的選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模樣是用來形成鑄型型腔和鑄件表面，是砂型鑄造中必不可少的工藝裝備。即生產(chǎn)每一個(gè)鑄件都必須使用模樣。模樣的設(shè)計(jì)質(zhì)量和制造質(zhì)量，不但直接關(guān)系著鑄件的幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量，而且直接影響著模樣制造的工藝性、經(jīng)濟(jì)性及模樣的使用性能和壽命。因此，在保證產(chǎn)品質(zhì)量、滿足工藝要求的前提下，根據(jù)實(shí)際情況，正確地選擇和設(shè)計(jì)模樣是極為重要的。在單件、成批生產(chǎn)、手工造型條件下多采用木模具，在大批、大量生產(chǎn)機(jī)器造型條件下多采用金屬模樣【3】。本次設(shè)計(jì)采用的模樣為灰鑄鐵模樣。3.1.1模樣材料的選擇由于鑄件結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)方式不同，模樣結(jié)構(gòu)和所需材料也不同。模樣按形式可分為：整體模樣、分開模樣、刮（車）板模樣、骨架模樣等；按制作材料可分為：木質(zhì)模樣、金屬模樣、塑料模樣、菱苦土模樣、金木和塑木合制模樣、泡沫塑料氣化模樣等。本次設(shè)計(jì)采用分開式金屬模樣。制造金屬模樣的材料有鋁合金、灰鑄鐵、球墨鑄鐵、銅合金、鑄鋼及鋼材等。他們具有不同的力學(xué)性能和加工性能，材料的來源和價(jià)格也有很大差別，因此應(yīng)根據(jù)具體情況合理加以選用。常用的金屬模樣材料及其性能見表（參考文獻(xiàn)Ⅲ表5-1）所示。其中鑄鐵的強(qiáng)度高，耐磨性好，模樣表面光潔，材料易得，價(jià)格便宜，加工性能較好。但材料密度大，制成模樣比較笨重，且易生銹。通過對(duì)各種模樣材料進(jìn)行耐磨性的試驗(yàn)研究表明，無論從重量或尺寸變化上看以灰鑄鐵和球墨鑄鐵為最好。因此，在大批量生產(chǎn)條件下，建議優(yōu)先采用灰鑄鐵和球墨鑄鐵來制作模樣。關(guān)于鑄鐵模樣表面生銹的問題，若在生產(chǎn)中連續(xù)使用并不影響其使用性能，根據(jù)生產(chǎn)需要，在可能的條件下，將中、小模樣表面鍍鉻，這樣既可以防銹又可以增加模樣表面的光潔度和耐磨性。在成批大量生產(chǎn)的條件下，鑄鐵已廣泛地用來制造模底板和模板框。常用的灰鑄鐵牌號(hào)為HT150和HT200，球墨鑄鐵牌號(hào)為QT600-3和QT500-7.綜合考慮，本次設(shè)計(jì)選取HT200作為模樣的材料。3.1.2模樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了使模樣在造型操作時(shí)不損壞、不變形，以及獲得表面光潔、尺寸精確的鑄件，要求模樣必須有足夠的強(qiáng)度、剛度及加工精度。而且模樣還應(yīng)適合于造型操作，制作簡(jiǎn)單，成本低。根據(jù)模樣大小不同，其結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)成實(shí)體和空心兩種，考慮到本模樣平均高度尺寸小于30mm，故做成實(shí)體。金屬模樣的尺寸直接影響到鑄件的尺寸，因此正確地確定金屬模樣的尺寸極為重要。金屬模樣的尺寸除了要考慮產(chǎn)品零件的尺寸外，還要考慮零件的鑄造工藝尺寸以及零件材料的鑄造收縮率。模具尺寸的計(jì)算：Ａ＝Ａ（１＋Ｋ）＝（Ａ±Ａ）（１＋Ｋ）（式3-1）【3】式中Ａ—模樣的工作尺寸；Ａ—鑄件尺寸；Ｋ—鑄造的線收縮率；Ａ—產(chǎn)品零件尺寸；Ａ—零件鑄造工藝附加尺寸（加工余量＋拔模斜度＋其它工藝余量）；＋—用于模樣凸體部位尺寸；－—用于模樣凹體部位尺寸。其中，芯頭模樣、澆冒口模樣因其尺寸不形成鑄件尺寸，不計(jì)算收縮率。3.2模板的設(shè)計(jì)3.2.1模板形式的選擇模板一般是由鑄件模樣、芯頭模樣和澆冒口系統(tǒng)模樣與模底板通過螺釘、螺栓、定位銷等裝配而成，但也有整鑄的。通常模底板的工作面形成鑄型的分型面；鑄件模樣、芯頭模樣和澆冒口模樣形成鑄件的外輪廓、芯頭座及澆冒口系統(tǒng)的型腔。模板按制造方法可分為整鑄模板和裝配式模板。整鑄模板加工比較困難，制造成本高，但模板的剛度好，不會(huì)發(fā)生松動(dòng)，使用壽命長(zhǎng)，適用于成批生產(chǎn)的尺寸小，易變形的小鑄件。而裝配式模板加工制造比較容易，應(yīng)用多，但模板強(qiáng)度不如整鑄式好，需經(jīng)常檢修；按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為單面模板和雙面模板。單面模板上、下模樣分別位于兩塊上、下模低板上，組成一副單面模板。雙面模板上、下模樣分別位于同一模底板的兩面。單面模板應(yīng)用較廣，各種生產(chǎn)條件下都可以使用，特別適合于尺寸較大的模板，而雙面模板適宜于大量成批生產(chǎn)的小件的脫箱造型；按使用特點(diǎn)又可分為頂箱式、漏模式和翻轉(zhuǎn)式，翻轉(zhuǎn)式模板用于成批大量生產(chǎn)的大中型鑄件。根據(jù)參考文獻(xiàn)3表5-3,本次設(shè)計(jì)采用單面裝配式模板。3.2.2模底板材料的選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模底板材料的選擇模底板的材料一般根據(jù)模底板的尺寸大小、使用場(chǎng)合、鑄件生產(chǎn)的批量以及生產(chǎn)條件來確定。本次設(shè)計(jì)模底板采用鑄鋼材料。確定模底板的尺寸本設(shè)計(jì)是東風(fēng)鑄造一廠（48廠）的工程實(shí)例，所以本次設(shè)計(jì)選用的模底板為48廠的標(biāo)準(zhǔn)件，標(biāo)準(zhǔn)件號(hào)為48MB-417。3.2.3模樣在模底板上的裝配模樣在模底板上的放置形式模樣在模底板上的放置形式有平放式和嵌入式兩種。平放式是將模樣平放在模底板上，模底板不必挖槽，比較方便，應(yīng)用較多；嵌入式是根據(jù)模樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將模樣加高部分或整個(gè)凹模樣嵌入模底板中，并通過緊固件與模底板緊固。模樣在模底板上的定位模樣在模底板上采用定位銷來定位，以將模樣定位在模底板上，防止模樣因螺釘松動(dòng)而錯(cuò)位。定位銷在模樣上的位置，一般選擇在模樣高度較低處，并盡量使兩定位銷的距離遠(yuǎn)一些。定位銷常采用圓柱銷，本設(shè)計(jì)中每個(gè)模樣采用兩個(gè)圓柱銷。(3).鑄件模樣在模底板上的緊固方式常用的方式是螺釘、螺栓緊固，鉚釘緊固以及過盈配合緊固。本設(shè)計(jì)采用平放式放置形式，螺釘上固定法緊固。見圖3.1。圖3.1鑄件模樣在木地板上的裝配1-模底板；4-圓柱銷； 2-模樣；5-內(nèi)六角圓柱頭螺釘，M8×40； 3-內(nèi)六角圓柱頭螺釘，M8×40；(4).上下模樣的對(duì)位單面模板上下兩半個(gè)模樣必須準(zhǔn)確對(duì)位，才能保證鑄件不致產(chǎn)生錯(cuò)箱缺陷。單面模板分別造出上、下鑄型是以模板上的定位銷和導(dǎo)向銷為基準(zhǔn)的，因此，上下模樣在上下模板上的定位也必須以模板上定位銷和導(dǎo)向銷為基準(zhǔn)。見圖3.2。圖3.2上下模板定位一般取定位銷的中心連線以及定位銷和導(dǎo)向銷中心線的連線為定位的垂直基準(zhǔn)和水平基準(zhǔn)。因此，模樣在模板上的定位尺寸都應(yīng)以這兩個(gè)基準(zhǔn)來進(jìn)行標(biāo)注。本設(shè)計(jì)取兩定位銷中心連線中點(diǎn)作垂直線為輔助垂直基準(zhǔn)線。因此，在模板裝配圖中標(biāo)注尺寸以這兩條基準(zhǔn)線為準(zhǔn)向兩側(cè)標(biāo)注，以保證上下模樣的對(duì)位準(zhǔn)確。3.2.4澆冒口模樣在模底板上的裝配.直澆道、冒口和出氣口模樣在模底板上的裝配設(shè)計(jì)成上大下小的直澆道、冒口、出氣口等模樣，必須在起模前先從鑄型頂部拔出。因此這類模樣和模底板或鑄件模樣之間常用銷子定位而并不緊固；設(shè)計(jì)成上小下大的直澆道、冒口、出氣口等模樣用螺釘螺母以及過盈配合等緊固。本設(shè)計(jì)采用螺釘螺母緊固。見圖3.3。圖3.3直澆口棒在模底板上的定位6-螺母；7-彈簧墊圈；8-直澆口棒；(2).澆道模樣在模底板上的固定內(nèi)澆道、橫澆道、直澆道座、直澆道窩一般高度都不大，常用螺釘和鉚釘直接緊固在模底板上，并采用定位銷定位。.上、下模板總裝配圖3.4上模板總裝圖圖3.5下模板總裝圖3.3砂箱的設(shè)計(jì)砂箱是鑄造車間造型所必需的工藝裝備之一，是構(gòu)成鑄型的一部分，用于制作砂型和運(yùn)輸砂型。設(shè)計(jì)砂箱時(shí)必須使砂箱符合工藝的要求，又能符合車間的造型、運(yùn)輸設(shè)備的要求。因此，正確地選擇和設(shè)計(jì)砂箱的結(jié)構(gòu)，對(duì)保證鑄件質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低成本以及保證安全生產(chǎn)都有很大的意義。設(shè)計(jì)和選用砂箱的基本原則【3】：（1）滿足鑄造工藝要求。如砂箱和模樣之間應(yīng)有足夠的吃砂量、箱帶不妨礙澆冒口的安放、不嚴(yán)重阻礙鑄件收縮等；（2）尺寸和結(jié)構(gòu)應(yīng)符合造型機(jī)、起重設(shè)備、烘干設(shè)備的要求。砂箱尺寸、形狀是設(shè)計(jì)或選購(gòu)造型機(jī)的主要依據(jù)，大量生產(chǎn)中應(yīng)對(duì)計(jì)劃在造型線上生產(chǎn)的全部鑄件逐一進(jìn)行鑄造工藝分析，以確定共用砂箱的尺寸和形狀；（3）有足夠的強(qiáng)度和剛度，使用中保證部斷裂或發(fā)生過大變形。（4）對(duì)型砂有足夠的附著力，使用中不掉砂或塌箱，但又要便于落砂。為此，只在大的砂箱中才設(shè)置箱帶；（5）經(jīng)久耐用，便于制造；（6）應(yīng)盡可能標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。砂箱類型的選擇（1）專用砂箱和通用砂箱。專用砂箱是專為某一復(fù)雜或重要鑄件設(shè)計(jì)的砂箱；通用砂箱是模樣尺寸合適的各種鑄件均可以使用的砂箱。（2）整鑄式砂箱、焊接式砂箱和裝配式砂箱。整鑄式是用鑄鐵、鑄鋼或鑄鋁合金整體鑄造而成的砂箱，應(yīng)用廣泛；焊接式是用鋼板或特殊軋材焊接成的砂箱，也可用鑄鋼原件焊接而成；裝配式是由鑄造的箱壁、箱帶等元件，用螺栓組裝而成的砂箱。用于單件、成批生產(chǎn)的大砂箱。（3）手工造型用砂箱、機(jī)器造型用砂箱，高壓及氣沖造型用砂箱等。砂箱結(jié)構(gòu)（1）砂箱名義尺寸是指分型面上砂箱內(nèi)框尺寸（長(zhǎng)度×寬度）乘砂箱高度。確定砂箱尺寸時(shí)要考慮一箱內(nèi)放置鑄件的個(gè)數(shù)和吃砂量，吃砂量的最小數(shù)據(jù)見參考文獻(xiàn)3表5-4.此外，所有設(shè)計(jì)的砂箱長(zhǎng)度和寬度應(yīng)是50㎜或100㎜的倍數(shù)，高度應(yīng)是20㎜或50㎜的倍數(shù)。（2）砂箱壁的斷面形狀、尺寸會(huì)影響強(qiáng)度和剛度。選用箱壁形式時(shí)可參考以下經(jīng)驗(yàn)：1）簡(jiǎn)易手工造型砂箱，常用較厚的直箱壁，不設(shè)內(nèi)外突緣，制造簡(jiǎn)便，容易落砂；2）普通機(jī)器造型砂箱，常用向下擴(kuò)大的傾斜壁，底部設(shè)突緣，防止塌箱，保證剛性，便于落砂，箱壁上留氣孔；3）中箱箱壁多為直壁，上下都設(shè)突緣。大砂箱應(yīng)有想帶以防止塌箱。中箱因無貫通的箱帶，剛度小，故應(yīng)加厚；4）高壓造型和氣沖造型用砂箱，盡量不加箱帶，以便落砂。因受力大，要求剛度大。小砂箱用單層壁，大砂箱用雙層壁。箱壁上不設(shè)出氣孔。（3）砂箱定位，上、下砂箱見得定位方法有多種：泥號(hào)、箱垛、箱錐、止口及定位銷等。為了確保鑄件的尺寸精度和提高生產(chǎn)效率，本次設(shè)計(jì)合箱時(shí)需要借助于導(dǎo)銷(合箱銷)導(dǎo)套來定位。導(dǎo)銷如圖3.4所示。圖3.6導(dǎo)銷（4）搬運(yùn)、翻箱結(jié)構(gòu)，手把用于小砂箱，吊軸廣泛用于各種大砂箱，吊環(huán)主要用于重型砂箱。設(shè)計(jì)這些吊運(yùn)結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)使吊運(yùn)平穩(wěn)，翻箱方便，特別強(qiáng)調(diào)安全可靠，要杜絕人身事故，要考慮最大負(fù)荷。（5）砂箱的緊固，為防止脹箱、跑火等缺陷，上下箱間應(yīng)緊固。緊固方式有：上箱自重法、壓鐵法、手工夾緊（箱卡）法和自動(dòng)卡緊法等。上箱自重法和壓鐵法多用于小件。

第四章曲軸三維模型的實(shí)現(xiàn)及二維工程圖的導(dǎo)出4.1曲軸三維模型的實(shí)現(xiàn)本章是以UG為平臺(tái)，建立EQ491曲軸的三維模型。打開UG軟件，點(diǎn)擊“新建”就會(huì)出現(xiàn)圖4.1。圖4.1點(diǎn)擊“模型”，選好單位，輸入名稱（注意，名稱中不能出現(xiàn)漢字），選好保存的文件夾后，點(diǎn)擊“確定”進(jìn)入繪圖界面。然后根據(jù)二維圖選擇相關(guān)命令，如拉伸、旋轉(zhuǎn)、打孔等完成三維造型。三維模型見圖4.2。圖4.2曲軸三維模型4.2二維工程圖的導(dǎo)出4.2.1導(dǎo)二維工程圖的意義在砂型鑄造鑄模生產(chǎn)時(shí)，為了方便工作人員設(shè)計(jì)砂箱、模板和澆注系統(tǒng)等，需要將三維模型變成二維圖。利用UG直接將三維模型導(dǎo)成二維圖，不僅方便快速而且減輕了繪圖人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。4.2.2曲軸二維圖的導(dǎo)出打開閥蓋三維模型，點(diǎn)擊左上角（啟動(dòng)），然后選擇“制圖”，進(jìn)入制圖界面，然后點(diǎn)擊“新建”，出現(xiàn)圖4.3界面。圖4.3然后點(diǎn)擊“圖紙”，選擇“A0”，接著點(diǎn)擊“確認(rèn)”。接下來點(diǎn)擊“視圖創(chuàng)建向?qū)А?，選擇“方位”，選擇“后視圖”，點(diǎn)擊“完成”。如圖4.4。圖4.4接著選擇“剖視圖”，選擇“俯視圖”選擇剖線，生成剖面圖。見圖4.5。圖4.5最后點(diǎn)擊“文件”、“導(dǎo)出”，選擇AUTOCAD/DXF/DWG...選擇好格式和要保存的文件夾，點(diǎn)擊“完成”。操作見圖4.6。圖4.6第五章總結(jié)時(shí)間過得真快，轉(zhuǎn)眼間在大學(xué)的最后一個(gè)學(xué)期就要結(jié)束了。在本學(xué)期的時(shí)間里，我的生活是既忙碌又充實(shí)，在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我完成了對(duì)大學(xué)四年學(xué)到知識(shí)的整合，在完成整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的中，我對(duì)資料的收集能力有一定的提升。在進(jìn)行綜合性設(shè)計(jì)時(shí)，首先分析整個(gè)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，收集相關(guān)資料，完成對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的分析過程，之后進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程中對(duì)細(xì)節(jié)的仔細(xì)推敲可以發(fā)現(xiàn)不少問題，進(jìn)而進(jìn)行分析，并解決問題。在一次次解決問題的過程中個(gè)人在模具設(shè)計(jì)上的經(jīng)驗(yàn)及使用資料也在不斷的擴(kuò)充。資料的收集和積累是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，僅僅依靠一次畢業(yè)設(shè)計(jì)是完全達(dá)不到一個(gè)模具工程師所需要的使用量的，在以后的工作學(xué)習(xí)過程中，需要養(yǎng)成收集任何可能有用的資料并且進(jìn)行合理的分類保存的好習(xí)慣，在需要使用這些資料的時(shí)候能夠隨時(shí)調(diào)用。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是利用Pro/E設(shè)計(jì)EQ491發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的鑄造模具，本次設(shè)計(jì)的模具是砂型鑄造模具。砂型鑄造模具是一種運(yùn)用十分廣泛的模具，90％的鑄鐵、鑄鋼、鑄鋁、鑄銅及其合金的生產(chǎn)都依賴砂型模具進(jìn)行生產(chǎn)。砂型鑄造模我曾在學(xué)校的金工實(shí)習(xí)中有過接觸，了解了一些有關(guān)砂型鑄造模具的知識(shí)，但那只是一點(diǎn)皮毛而已。本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題來源于東風(fēng)公司鑄造一廠（48廠）的工程實(shí)例，里面包含了非常多的有關(guān)砂型鑄造的知識(shí)和一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我對(duì)工廠的模具設(shè)計(jì)人員的工作有了一個(gè)很深的理解，也讓我對(duì)這個(gè)行業(yè)和自己即將參加的工作有了一些認(rèn)識(shí)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我對(duì)模具有了一個(gè)全新的理解。以前我對(duì)模具認(rèn)識(shí)僅僅停留在模具的分類上。通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我知道了模具的澆注系統(tǒng)位置設(shè)定的要求，澆注系統(tǒng)的組成部分和各組成部分的安裝要求以及各組成部分的作用和設(shè)計(jì)要求，模樣和模板的選用準(zhǔn)則，砂箱的選用準(zhǔn)則和如何對(duì)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮等方面知識(shí)。整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程設(shè)計(jì)到多方面的知識(shí)，如鑄造的工藝性分析、鑄造的工裝設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖等等。從文獻(xiàn)搜索、資料收集、設(shè)計(jì)分析過程以及畢業(yè)論文的編寫，整個(gè)過程都暴露了自己專業(yè)知識(shí)匱乏、能力不足的情況，畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中總是因?yàn)檫@種或者那種原因一次又一次改變自己原定的進(jìn)度安排，在缺少壓力的情況下很容易讓自己脫節(jié)。實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的不足直接造成畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度緩慢，更多的情況是尋求老師和同學(xué)的幫助。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的鍛煉，從整體上來說，個(gè)人的能力有了一定的提升，加快了我從一名學(xué)生到一名工作人員的角色轉(zhuǎn)換，面對(duì)即將到來的工作也有了一定的心理準(zhǔn)備，我將在以后的工作中更加努力出色的完成各項(xiàng)任務(wù)。

致謝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在向雄方老師的精心指導(dǎo)、同學(xué)和朋友的鼎力支持下完成的。在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，向雄方老師給了我很多寶貴的意見和建議，總是及時(shí)指出我的設(shè)計(jì)方案中錯(cuò)誤和不恰當(dāng)?shù)牡胤讲⒏嬖V我解決思路，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中有不理解的問題，向老師總是耐心解答。當(dāng)我向同學(xué)請(qǐng)教時(shí)，他們也是認(rèn)真幫我解決問題。在此特別感謝向老師和同學(xué)們?cè)诋厴I(yè)設(shè)計(jì)期間對(duì)我的幫助。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我也參考了很多文獻(xiàn)，在此向文獻(xiàn)編者表示感謝。

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