底板砂型鑄造設(shè)計及模擬說明書

1、底板砂型鑄造設(shè)計及模擬說明書底板鑄造工藝設(shè)計及模擬摘要：鑄造是一門橫跨了幾千年的金屬生產(chǎn)技術(shù)，從剛開始的手工造型 到現(xiàn)在的機器造型，隨著代科學技術(shù)的發(fā)展，金屬鑄件的鑄造要求也越 來越高。因此，在每個鑄件生產(chǎn)之前都必須進行鑄件的工藝設(shè)計和模擬。 鑄件的工藝設(shè)計的合理性及鑄件的質(zhì)量有著十分密切的聯(lián)系，工藝設(shè)計 越完整越準確，生產(chǎn)出來的鑄件質(zhì)量越高。在21世紀的今天，隨著計算 機軟件的應(yīng)用領(lǐng)域的普及，澆注軟件Procast軟件也孕育而生。Procast 軟件是一個應(yīng)用計算機對澆注過程和澆注后的缺陷進行模擬的澆注模擬 軟件，其獨特的有限元分析可以幫助我們運用計算機來分析澆注產(chǎn)生的 縮松、縮孔等缺陷，來

2、使我們?nèi)ジ恼O(shè)計方案。另一方面，環(huán)境保護的 理念和綠色生產(chǎn)的概念正深入到我們的生活中，鑄造技術(shù)也要注意環(huán)境 保護。鑄造生產(chǎn)中可能產(chǎn)生二氧化硫等危害性氣體，在鑄造生產(chǎn)中我們 必須要設(shè)計相關(guān)方案去處理產(chǎn)生的有害性氣體。本次設(shè)計任務(wù)是底板，也就是澆注底板，是鑄造中很常用的零件。我 們要根據(jù)底板相應(yīng)的特點來進行工藝設(shè)計，才能真正設(shè)計出有效地鑄造 方案。根據(jù)本次實際生產(chǎn)批量、鑄件的結(jié)構(gòu)特點和用途，確定選用的鑄 造成形的方法，工藝設(shè)計的具體內(nèi)容包括：鑄件的工藝性分析，鑄造工 藝參數(shù)的確定，澆注系統(tǒng)的確定、冒口以及冷鐵的設(shè)計、鑄造設(shè)備的設(shè) 計等。/ 52底板砂型鑄造設(shè)計及模擬說明書關(guān)健詞：鑄造工藝設(shè)計；底板

3、；鑄件質(zhì)量；鑄造模擬5 / 52Slab casting process design and simulationAbstract:Casting is a spanning thousands of years of metal production technology, from the beginning of the manual to the machine model, with the development of the generation of science and technology, metal casting foundry is becoming more

4、and more demanding. Therefore, before each casting production must be casting process design and simulation. The rationality of the design of casting process has a very close relation with the quality of the casting, the process design more complete more accurately, to produce the higher the casting

5、 quality. In the 21st century, with the popularity of the application field of computer software, pouring software Procast software can also breed. Procast software is an application of computer to casting process and casting defects after the simulation of casting simulation software, the finite el

6、ement analysis of its unique use computer can help us to analyze the casting defects such as shrinkage, shrinkage cavity, to make us to correct design.The design task is the base plate, also is the bottom board, is very commonly used in casting parts. We will according to the底板砂型鑄造設(shè)計及模擬說明書 character

7、istics of the floor corresponding to technological design, can design the casting solution effectively. According to the actual production batch, casting structural characteristics and USES, and the selection of the casting, the method of process design of the concrete content includes: the casting

8、technology of analysis, the determination of casting technological parameters, the determination of pouring system, riser and chill design, the design of the casting equipment, etc.Key word:casting proess design;slab;casting quality;casting simulation目錄1概述 12零件鑄造工藝方法 22.1 設(shè)計任務(wù)及要求 22.2 造型造芯方法的選擇-.32.

9、3 澆注位置和分型面的確定-.33鑄造工藝參數(shù)設(shè)計63.1 鑄件的尺寸公差.63.2 機械加工余量73.3 鑄造收縮率.83.4 起模斜度8底板砂型鑄造設(shè)計及模擬說明書3.5 最小鑄出孔和槽93.6 工藝正補量93.7 分型負數(shù).103.8 反變形量 103.9 澆注溫度.-114澆注系統(tǒng)的設(shè)計124.1 澆注系統(tǒng)的基本要求.124.2 澆注系統(tǒng)的基本類型.124.3 澆注系統(tǒng)的基本組元.134.4 澆注系統(tǒng)的尺寸設(shè)計.155鑄造工藝設(shè)備設(shè)計185.1 模樣設(shè)計.185.2 模板選擇.18底板砂型鑄造設(shè)計及模擬說明書5.3 砂箱及附件的選擇216 ProCAST軟件模擬 226.1 ProCA

10、ST軟件模擬操作226.2 溫度場分布.277鑄件缺陷分析及解決方案 29vii / 52底板砂型鑄造設(shè)計及模擬說明書7.1 ProCAST缺陷模擬結(jié)果 .287.2 缺陷產(chǎn)生的原因及處理方法.28參考文獻31謝辭33# / 52底板砂型鑄造設(shè)計及模擬說明書1概述我國古代的鑄造技術(shù)一直在世界先進行列，但是由于幾千年的封建社 會制度嚴重影響了科學技術(shù)的發(fā)展，也導致了鑄造技術(shù)的停滯不前。在 新中國成立以后，國家大力鼓勵發(fā)展鑄造技術(shù)，現(xiàn)在鑄造技術(shù)是我國一 個很大的行業(yè)，近幾年的年產(chǎn)量達2600萬噸-3100萬噸，一直在世界 前列，據(jù)統(tǒng)計，2008年中國鑄件的生產(chǎn)產(chǎn)量達到2600萬噸，占世界產(chǎn) 量的2

11、9.5%,而在2012年中國鑄件的生產(chǎn)量達到2900萬噸，占世界 生產(chǎn)產(chǎn)量的29.8%O中國的鑄造生產(chǎn)廠點有2萬多個，職工將近200萬 人，其中技術(shù)人員約占4%,已經(jīng)成為我國重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。國家的綜合國力的標志是這個國家的制造業(yè)發(fā)展水平。大型鑄件的生產(chǎn) 水平和鑄造生產(chǎn)水平，標志著中國制造業(yè)的水平能力，影響國民經(jīng)濟。鑄 造一直是裝備制造業(yè)的基地，但我國鑄造業(yè)的設(shè)備制造行業(yè)一直存在薄弱 環(huán)節(jié)。要想成為鑄造大國，我國必須盡快解決鑄造相關(guān)知識和人員相關(guān)的平不高，落后的鑄造生產(chǎn)工藝和設(shè)備，自主創(chuàng)新能力弱,鑄件質(zhì)量不高，鑄造 強國的距離這一目標，有很強的路要走。根據(jù)模具材料，鑄造成形工藝成型 過程將以不同

12、的方式，可分為兩大類的砂型鑄造和特種鑄造。砂型鑄造適 用于金屬材料，不同的大小，形狀和體積的各種鑄件，低成本,通過鑄造砂鑄 造生產(chǎn)占總產(chǎn)量的90%以上鑄件。常見的特種鑄造是熔模鑄造、金屬型 鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等。本次重點介紹的是砂型鑄造。 我國雖然是個鑄造大國，但并不是鑄造強國，在鑄造生產(chǎn)中存在許多不 合理的因素和工藝流程，不科學和不規(guī)范的操作會導致鑄件質(zhì)量的下降, 鑄造存在以下問題：1）我國雖然鑄造廠很多，但是鑄造技術(shù)人員并不多，生產(chǎn)效率很低；2）在鑄造生產(chǎn)中資源能源浪費現(xiàn)象嚴重，污染也嚴重；3）鑄件質(zhì)量不能保證，附加值很低。因此，必須大力培養(yǎng)鑄造相關(guān)技術(shù)人員，更新和改進鑄造

13、工藝流程, 保證鑄件質(zhì)量的同時，減小環(huán)境污染和能源浪費。2種僦工藝方法2.1設(shè)計任務(wù)及要求本次設(shè)計的任務(wù)是底板的鑄造工藝設(shè)計，材料為球墨鑄鐵，質(zhì)量為12.32Kg,生產(chǎn)方式為小批量生產(chǎn)，底板的三維零件圖為圖2.1,底板的 二維零件圖為圖2.2,圖2.1底板的三維零件圖圖2.2底板的二維零件圖2.2 造型、造芯方法的選擇分析：本次設(shè)計的底板存在有大平面，因此不采用濕型造型的方法， 可以采用半干型造型的方法，又因為小批量生產(chǎn)，因此采用手工造型的 方法。由于鑄件的特殊性，本次設(shè)計沒有砂芯，所以沒有砂芯相關(guān)的設(shè) 計。結(jié)論：砂箱中逐漸數(shù)量的確定原則：砂箱中的鑄件的數(shù)量要根據(jù)工藝 條件和生產(chǎn)批量要求來確定

14、，本次設(shè)計的鑄件是底板，生產(chǎn)方式為小批 量。采用砂型鑄造，一箱一件。2.3 鑄件澆注位置和分型面的確定2.3.1 鑄件澆注位置的確定鑄件的澆注位置是指澆注時未來鑄件在鑄型中所處的狀態(tài)和位置，也1 / 52底板砂型鑄造設(shè)計及模擬說明書底板砂型鑄造設(shè)計及模擬說明書就是說那個部位在上，那個部位在下。澆注位置在選擇造型方法后才能 確定下來，澆注位置一般及鑄件的形狀和結(jié)構(gòu)、鑄件的合金種類等有關(guān)澆注位置確定的一般原則：(1)澆注位置應(yīng)有利于所確定的凝固順序，對于體積收縮較大的合 金，澆注位置用盡量滿足順序凝固的原則。(2)鑄件的重要部分應(yīng)該盡量位于下部。(3)重要的加工面應(yīng)該朝下或者在側(cè)面，因為氣孔和金屬

15、夾雜物容 易出現(xiàn)在朝上的表面。(4)鑄件的大平面朝下，避免加砂結(jié)疤類缺陷，對于大平面鑄件， 也可以采用傾斜澆注。(5)應(yīng)保證鑄件能夠在規(guī)定時間內(nèi)充滿，不會產(chǎn)生澆不到、冷隔的 缺陷。(6)避免使用吊砂、吊芯，便于合箱和檢查。(7)應(yīng)該使合箱位置、澆注位置和鑄件的冷卻位置一致。必勿勿勿勿心I圖2.3澆注位置鑄件最終確定的澆注位置如圖2.32.3.2分型面的選擇澆注位置確定后，即可確定分型面。鑄造分型面是指鑄型組元間的結(jié) 合面，分型面確定的合理及否，關(guān)系到模樣制造的難易程度。同時合理 選擇分形面，對于簡單化鑄造工藝，提高生產(chǎn)率，降低成本，提高鑄件 質(zhì)量等有直接關(guān)系。分型面選擇原則；1）應(yīng)使鑄件全部或

16、大部分置于同一個半型內(nèi)；2）應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)量；3）分型面通常選在鑄件的最大截面處，盡量不使砂箱過高;4）分型面盡量選用平面；5）便于下芯、合箱和檢查型腔尺寸；6）受力件的分型面的選擇不應(yīng)該削弱之間結(jié)構(gòu)強度；7）注意減輕鑄件清理和機械加工余量分型面的確定；方案一：/口口、 上下圖2.3方案一分型面的位置方案二：u IP 下圖2.4方案二分型面位置方案一（圖2.3）和方案二（圖2.4）的分型面選擇一樣，不同的是將鑄 件放在上半砂箱和下半砂箱，放在下半砂箱，因為底板頂面為重要的加 工平面，所以不符合分型面的選擇原則，而放在上半砂箱就不會存在這 種問題，因此方案一更好，選擇方案一。13 / 52

17、3鑄造工藝參數(shù)設(shè)計3.1鑄件尺寸公差鑄件的尺寸公差是指允許的鑄件尺寸變動量。公差就是最大極限尺寸及 最小極限尺寸的代數(shù)的絕對值。鑄件尺寸保持在兩個允許極限尺寸之內(nèi), 就可滿足加工、裝配和適用要求。鑄件的尺寸精度取決于工藝設(shè)計過程 控制的嚴格程度，鑄件的尺寸精度越高，對工藝的控制就越嚴格，但鑄 件的生產(chǎn)成本相應(yīng)的就越高。因此在規(guī)定鑄件的尺寸公差時，必須從實 際出發(fā)，綜合考慮各種因素，達到既保證鑄件的質(zhì)量，又不過多的增加 生產(chǎn)成本的目的。表3.1小批和單件生產(chǎn)的鑄件尺寸公差等級(CT)(GB/T 6414-1999)工藝造型鑄件材料方法材料鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵銅合金輕金 屬合 金鎮(zhèn)基合金鉆

18、基 合 金砂型粘土1313131313111313鑄造砂1515151515131515手工化學1211-11111010-1212-造型粘結(jié)砂1413131312121414因為本次設(shè)計所用的材料為球墨鑄鐵，因此采用公差等級為13級, 再根據(jù)公差表分別選擇相應(yīng)的公差尺寸。按照GB/T64141999鑄件尺寸公差的規(guī)定，鑄件尺寸公差 一共分為16級，表示為CT1CT16。參見表3.2:表3.2摘自鑄造技術(shù)應(yīng)用手冊表3.14單位：mm毛皮鑄件基本尺寸鑄件尺寸公差等級CT大至1234567891111111于01234562540.0.0.0.0.0.60112.35791140601172344

19、6581143620.4260.79382.6901130.180.0.0.0112846126110.2350.7123.4611103206608424800.0.0.0.11241428405663.2機械加工余量鑄件為保證零件精度，應(yīng)有加工余量，即在鑄件工藝設(shè)計師預先增加的、 而后在機械加工時又被切去的金屬層厚度，成為機械加工余量，簡稱加工余量。加工余量過大，浪費金屬和加工工時；過小，降低刀具壽命， 不能完全去除鑄件表面缺陷，達不到設(shè)計要求GB/T16141999鑄件尺寸公差及機械加工余量中規(guī)定，要求的機械加工余量RMA適用于整個毛坯鑄件，即對有需要機械加工的表面 只規(guī)定一個值，且改值

20、應(yīng)根據(jù)最終機械加工后成品鑄件的最大輪廓尺寸和相應(yīng)的尺寸范圍選取。要求的機械加工余等級有10級，稱之為A、B、C、D、E、F、G、H、J和K共10個等級。參見表3.3、3.4o3.3要求的鑄件機械加工余量(RMA) (GB/T64141999)單位:mm最大尺寸要求機械加工余量等級大于至ABCDEFGHJK400.10.10.20.30.40.50.50.711.440630.10.20.30.30.40.50.711.42表3.4用于各種鑄造合金和鑄造工藝機械加工余量等級工藝方法要求的機械加工余量等級鑄件材料鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵銅合金鋅合金輕金屬合金鎮(zhèn)基合金砂型鑄 造手工 鑄造GKFHF

21、HFHFHFHGKGK砂型鑄 造機器 造型和 殼型FHEGEGEGEGEGFHFH在這里，我們選用機械加工余量等級為H級。底板外形的機加工：A=F+2RMA+C(3-1)400+2*3.5+12/2=413 350+2*3.5+12/2=363 8+2*0.5+2/2=10 32+2*0.5+7/2=36.5 A為鑄件毛坯的基本尺寸。 F-最終加工后的尺寸。RMA-要求的機械加工余量。CT-鑄件公差。3.3鑄造收縮率鑄件線收縮的定義是:K=(Lm-Lj)/Lj X 1 % (3-2)式中Lm表示模樣長度;Lj表示鑄件長度鑄造收縮率受到合金種類、鑄件的冷卻時受阻力的大小、冷卻條件的不同等非常多的

22、條件的影響。對于單件和小批量生產(chǎn)的底板，根據(jù)經(jīng)驗選取即可。鑄造收縮率可以根據(jù)表3.5進行選取。表3.5鑄鐵件球墨鑄鐵的收縮率由鑄造實用數(shù)據(jù)手冊可查得鑄件的種類線收縮率受阻收縮自由收縮球墨鑄鐵0.91.03.4起模斜度為了方便起模，在模樣、芯盒的出模方向要留有一定的斜度，這樣可 以避免破壞型腔或者芯盒，因此把這個斜度成為起模斜度。起模斜度應(yīng) 小于或者等于零件圖上規(guī)定的起模斜度，防止鑄件不能從鑄型中取出， 另一方面，鑄件的起模斜度應(yīng)該選取一致，防止加工時頻繁更換刀具。3.6模樣的起模斜度。由鑄造工藝課程設(shè)計手冊表2-13可查得模樣外表面的起模斜度測量面高度起模斜度4金屬模樣、塑料模樣木模樣aa /

23、mmaa /mm 10-401。100.81025,1.0 401000。301.00。401.23.5 最小鑄出孔及槽一般來說，零件上較大的孔和槽、臺階等，應(yīng)鑄出來，可以節(jié)約金屬和 加工工時，同時還能避免鑄件局部過后所造成的熱節(jié)，改善鑄件質(zhì)量。 比較小的孔和槽，或者說鑄件很厚，則不適合鑄造出，否則會使鑄件產(chǎn) 生粘砂，造成清理及機械加工時困難，直接加工出孔和槽方便一點。由 零件圖可以知道，本次設(shè)計的底板最小孔為10mm,查表可知道最小的 鑄出孔為30mm,所以不采用鑄造的方式生產(chǎn)孔，采用鑄造完成后機械 加工孔，不加工的孔的尺寸選取按照表3.7選取。3.7鑄件的最小鑄出孔直徑生產(chǎn)批量最小鑄出孔直

24、徑（mm）大量生產(chǎn)12-15成批生產(chǎn)15-30單件、小批生產(chǎn)30-503.6 工藝正補在單件和小批量生產(chǎn)中，由于縮尺和鑄件的收縮率選用的不合適，或 者由于鑄件產(chǎn)生了變形以及操作中存在不可避免的誤差的原因，便使加 工過后的鑄件的尺寸小于原來要求的尺寸，尺寸過小的話，還會因為尺 寸誤差太大，強度不夠而不能使鑄件滿足生產(chǎn)的需要，導致鑄件無法使 用而報廢。因此便會在鑄件相應(yīng)的非加工平面增加一層金屬厚度來彌補 鑄造過程中的誤差，這就是工藝正補量。工藝正補量的數(shù)值及鑄件的尺寸，結(jié)構(gòu)以及澆注位置和造型材料有 關(guān)，由于本次設(shè)計的底板是小批量生產(chǎn)，工藝正補量要根據(jù)以往的經(jīng)驗 數(shù)據(jù)去設(shè)計。工藝正補量如圖3.1:工

25、藝正補量的厚度為2mm。圖3.1工藝正補量3.7 分型負數(shù)砂型鑄造時，上下兩個砂型的接觸面一般都是不平整的。特別是干型和 表干型，由于烘干時分型面產(chǎn)生變形，因此合箱時，上下兩個砂型之間 就不能緊密接觸。為了防止?jié)沧r跑鐵水，合箱前往往要在下箱分型面 上墊上石棉繩或泥條。這樣就是在垂直于分型面方向的鑄件尺寸增加了。 為了使鑄件合乎圖紙的尺寸要求，必須在制作模樣時減去這部分高出的 尺寸，這個被減去的尺寸稱為分型負數(shù)。分型負數(shù)選取根據(jù)經(jīng)驗選取，根據(jù)本次設(shè)計鑄件的特點，在分型面選擇 分型負數(shù)為2mm。3.8 反變形影響鑄件變形的因素有很多，例如合金性能、鑄件的結(jié)構(gòu)、和尺寸大 小、澆冒系統(tǒng)的布置、造型方

26、法等。在鑄造大平板類、床身類鑄件時，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，使鑄件冷卻后的結(jié)果正好將反變形抵消，得到符合圖紙要求 尺寸的鑄件。這種在模樣上做出的預變形量稱為反變形量。本次設(shè)計的底板在下表面設(shè)置2mm的反變形量。3.9 澆注溫度澆注溫度的選取對鑄件質(zhì)量會產(chǎn)生很重大的影響，溫度選取過高，會 導致鑄件熱節(jié)增加，殘余熱應(yīng)力增加；溫度選取過低，會導致澆不到和 冷隔的缺陷，本次設(shè)計的底板材料為球墨鑄鐵，選取澆注溫度為142CTC.4澆注系統(tǒng)的設(shè)計4.1澆注系統(tǒng)的基本要求澆注系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道的總稱。鑄鐵件的澆

27、注系 統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)是由澆口杯、直澆道、直澆道窩、橫澆道以及內(nèi)澆道等部分 組成，澆注系統(tǒng)的設(shè)計合理及否直接影響鑄件的質(zhì)量和澆注是金屬利用 率。澆注系統(tǒng)的基本要求：(1)內(nèi)澆道的數(shù)量、位置和方向應(yīng)該符合鑄件的凝固順序原則和補縮要 求。(2)必須在固定的時間內(nèi)充滿型腔。底板砂型鑄造設(shè)計及模擬說明書(3)充型壓力必須能使?jié)沧⑼瓿珊统錆M型腔，能使鑄件輪廓清晰。(4)具有良好的擋渣能力。(5)金屬液在充滿型腔中要流動平穩(wěn)，避免紊流，防止在充滿型腔中因 吸入的空氣過多而發(fā)生化學反應(yīng)，影響鑄件的質(zhì)量。(6)金屬液流入型腔和澆道過程中流速不宜過快，避免飛濺和沖擊澆 道和砂芯以及型腔。(7)型腔內(nèi)的金屬液提升的速度

28、也不能太慢，否則會導致加砂和冷隔 等缺陷。(8)不允許破壞冷鐵以及支撐砂芯。(9)澆注過程中的金屬液消耗小，利用率高，澆注本身系統(tǒng)內(nèi)的金屬 液易清理。(1。)減小砂型體積，造型比較簡單。(11)對于一些比較薄的鑄件常用澆口作為冒口使用。4.2 澆注系統(tǒng)的基本類型按澆注系統(tǒng)各單元截面的比例：分為封閉式、開放式、半封閉式和封 閉開放式，各種澆注系統(tǒng)的特點如表4.1表4.1澆注系統(tǒng)的種類及特點# / 52底板砂型鑄造設(shè)計及模擬說明書類型截面比例關(guān)系特點及應(yīng)用封閉式A杯A直A橫A內(nèi)阻流截面在內(nèi)澆道上，開始澆注后，充滿型腔很快開放式A直A橫A內(nèi)阻流截面在直澆道上，充型平穩(wěn)，擋渣能力差半封閉式A直A橫A橫

29、,A內(nèi)A直,A內(nèi)阻流截面在內(nèi)澆道上，橫澆道截面最大，具 有一定的擋渣能力，充型比較穩(wěn)定封閉開放式A直,A阻vA橫A內(nèi)阻流截面在直澆道下端，擋渣能力不錯，充 型較為穩(wěn)定，應(yīng)用在中小型鑄件較多4.3 澆注系統(tǒng)的基本組元4.3.1 澆口杯澆口杯的作用是：便于澆注，接收來自澆包的金屬液，可以防止液體 的濺出和溢出；減輕金屬液對型腔和澆道的沖擊，具有一定的擋渣作用, 還可以防止氣泡進入澆道內(nèi)影響鑄件質(zhì)量，增減充型壓力。本次設(shè)計選用的是普通漏斗式澆口杯，具體尺寸為圖4.1:本次設(shè)計選用的澆口杯的特點是可在砂型中直接挖出或者用簡單的 金屬澆口圈做出，操作方便，一般應(yīng)用于小型鑄鐵件。4.3.2 直澆道直澆道的

30、功能是將金屬液從澆口杯中引下，進入橫澆道，內(nèi)澆道和型 腔，在澆注過程中起著十分重要的作用，還能夠提供足夠的壓力來保證 澆注時金屬液的填充迅速，克服在澆注過程中所遇到來自型腔的阻力， 使金屬液能夠在規(guī)定的時間內(nèi)充滿型腔。4.3.3 直澆道窩金屬液對直澆道的底部具有很大的沖擊力，隨之會產(chǎn)生紊流和漩渦的 效果，導致金屬液及空氣過多接觸，從而影響鑄件的質(zhì)量，還會帶來澆 注渣和沖砂等鑄造缺陷，設(shè)置直澆道窩可以有效改善這些缺陷，直澆道 窩的作用如下：(1)具有良好的緩沖作用，來緩沖來自直澆道金屬液的充型壓力15 / 52底板砂型鑄造設(shè)計及模擬說明書(2)可以縮短直澆道和橫澆道支架紊流區(qū)的長度可以均勻分布內(nèi)

31、澆道內(nèi)的流量減少直澆道和橫澆道之間的壓力在金屬液注入澆口杯時常會攜帶一定的空氣，設(shè)置直澆道窩可以 浮出一定量的空氣來改善鑄件質(zhì)量直澆道窩的大小形狀來根據(jù)直澆道小段的直徑來選取。4.3,4橫澆道橫澆道的作用：橫澆道的主要作用是向內(nèi)澆道提供潔凈的金屬液，其 主要作用就是擋渣，在金屬液流入橫澆道后，橫澆道的擋渣作用會阻擋 金屬液中的金屬渣，向內(nèi)澆道提供潔凈的金屬液來澆注，可以極大改善 鑄件質(zhì)量；另一方面，橫澆道可以使?jié)沧⑵椒€(wěn)進行，穩(wěn)定澆注時的充型 壓力。4.3.5內(nèi)澆道1)內(nèi)澆道的作用：控制充型速度和方向，分配金屬液流入型腔，調(diào)節(jié)鑄件各部的溫度 和凝固順序，內(nèi)澆道對鑄件有一定的補縮作用。(1)內(nèi)澆道

32、數(shù)量的確定應(yīng)該遵守所選用的凝固順序和補縮方法，內(nèi) 澆道應(yīng)該開在鑄件的薄壁處，數(shù)量多為好，分散布置，這樣可以使金屬 液能夠均勻快速沖入型腔。(2)對于有凝固順序的鑄件，內(nèi)澆道應(yīng)該開設(shè)在厚壁處并且設(shè)置有 冒口，這樣安排可以提高冒口的補縮效果。(3)對于結(jié)構(gòu)復雜的鑄件，往往采用順序凝固和同時凝固的原則安底板砂型鑄造設(shè)計及模擬說明書排內(nèi)澆道，這樣既可以使得厚大部位的鑄件得到補充還可以使得薄壁件 減小充型壓力和變形。（4）當鑄件壁厚相當懸殊時，但是又必須從鑄件的薄壁處去引入金屬 時，則應(yīng)同時使用冷鐵加速厚壁處的凝固，并且放置冒口來加速其凝固。（5）對于采用實用冒口的鑄鐵件和球墨鑄鐵件都必須遵守實用冒口

33、的原則來布置內(nèi)澆道和冒口。2）內(nèi)澆道的設(shè)計要點：（1）設(shè)計內(nèi)澆道應(yīng)該避免流入型腔時的噴射和飛濺現(xiàn)象，避免金屬 液對著細小的砂芯、型腔、冷鐵和芯撐，保證整個充型過程的平穩(wěn)。（2）內(nèi)澆道應(yīng)該盡量薄。薄的內(nèi)澆道的好處是：降低內(nèi)澆道的吸動 區(qū)，可以放大橫澆道的擋渣作用；減少初期金屬液中金屬渣的數(shù)量，來 減輕后期清理的工作量，內(nèi)澆道薄于零件的壁厚，在去澆道時不容易損壞零件。（3）內(nèi)澆道要避免開在鑄件質(zhì)量要求很高的部位,或者是加工精度要 求很高的部位，這樣可以避免晶粒粗大的鑄件在此，提高鑄件的整體質(zhì) 量。（4）內(nèi)澆道的金屬流向力必須保持一致，否則會導致紊流。（5）盡量在分型面上開設(shè)內(nèi)澆道。（6）內(nèi)澆道的設(shè)

34、置不能阻礙鑄件的凝固，否則會導致鑄件開裂。4. 4澆注系統(tǒng)的尺寸設(shè)計4.4.1 直澆道的高度由經(jīng)驗可知，直澆道過低可能導致充型不到和金屬液補縮壓力不滿底板砂型鑄造設(shè)計及模擬說明書足，容易出現(xiàn)鑄件邊角澆注不完整、鑄件縮凹等缺陷。剛開始設(shè)計直澆 道的高度是150mm,應(yīng)該檢驗這個高度是否滿足澆注需要。根據(jù)公式，剩余壓力頭和壓力角的關(guān)系，如下式所列：HMLtga (4-1)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查表3-4-11得：a為910 取10Ltga=450*tg 10 = 79mm因為鑄件全部位于上箱，鑄件本身為40mm,加起來約為120mm,

35、所以剩余壓力頭HM小于選擇的150mm所以選用的壓力頭高度滿足澆注要求。4.4.2 直澆道尺寸設(shè)計球墨鑄鐵液經(jīng)過球化、孕育處理溫度下降很多，并且容易產(chǎn)生氧化， 生成渣滓，要求要快速充型，所以一般選用封閉式澆注系統(tǒng)。根據(jù)鑄造技術(shù)應(yīng)用手冊表4-19的常用球墨鑄鐵澆注系統(tǒng)尺寸，根據(jù) 本次設(shè)計底板的質(zhì)量為13Kg,所以選擇具體直澆道的尺寸。具體尺寸如圖4.2:19 / 52底板砂型鑄造設(shè)計及模擬說明書圖4.2直澆道和直澆道窩的尺寸4.4.3 橫澆道尺寸設(shè)計根據(jù)鑄造技術(shù)應(yīng)用手冊表4-19的常用球墨鑄鐵澆注系統(tǒng)尺寸，橫澆道如圖4.3圖4.3橫澆道的尺寸A=23mm B=15mm C=25mm4.4.4 內(nèi)

36、澆道尺寸設(shè)計 根據(jù)鑄造技術(shù)應(yīng)用手冊表4-19的常用球墨鑄鐵澆注系統(tǒng)尺寸，橫澆道如 圖4.421 / 52底板砂型鑄造設(shè)計及模擬說明書圖4.4內(nèi)澆道的尺寸a=18mm b=16mm c=6mm5鑄造工藝設(shè)備設(shè)計5.1 模樣設(shè)計5.1.1 模樣種類的選取模樣按材質(zhì)、結(jié)構(gòu)分類，其特點及適用范圍見表5.1表5.1模樣的種類、特點及適用范圍模樣森使用范圍種類底板砂型鑄造設(shè)計及模擬說明書木模樣質(zhì)量很輕、容易加工、價錢便宜、但是 強度比較低、容易變形、容易受潮、尺 寸精度低適用于單件生產(chǎn)和小批量生產(chǎn)金屬模樣質(zhì)量小、容易加工、表面光滑、耐腐蝕、適用于成批和大量生產(chǎn)塑料模樣質(zhì)量小、制造工藝簡單、強度和硬度高、

37、成本低但是原材料有毒、很脆適用于大批量生產(chǎn)，特別是結(jié)構(gòu)復雜的鑄件由于本次設(shè)計的是底板，結(jié)構(gòu)簡單，而且是小批量生產(chǎn)，所以采用木 模樣。5.1.2 模樣尺寸的計算模樣的尺寸分為兩類：一類是及鑄件有關(guān)的尺寸；另一類是非關(guān)聯(lián)尺寸, 凡是及鑄件有關(guān)的尺寸，都應(yīng)該把鑄件的尺寸按照鑄造收縮率加以放大, 即遵循下面的公式計算：模樣尺寸=(及鑄件有關(guān)的尺寸土工藝尺寸)x (1+鑄造收縮率) (5-1)公式中“土”的用法：用于模樣凸出部位的尺寸；“一”用于 模樣凹下部位尺寸。由上可得出：A= (400+13) X (1+0.01) mm=418 mmB= (350+13) X (1+0.01) nun=367 m

38、mC= (40+6) X (1+0.01) mm=47 mmD= (8+4) X (1+0.01) mm= 12.12mmE= (8+2) X (1+0.01) mm= 10.1mmF= (12+2) X (1+0.01) mm= 14.14mmA、B、C、E、F為摸樣的外形尺寸。繪制模樣5.2 模板選擇選擇單面普通式模板，適用于本次設(shè)計的底板的要求：小批量生產(chǎn)。5.2.1 模板結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計及尺寸的計算（1）模底板的平面尺寸：模底板的具體尺寸及已定的砂箱內(nèi)框尺寸有關(guān)。模底板如圖所示。模底板的具體尺寸按以下公式來計算：A0=A+2bB0=B+2b（5-2）式中：A一砂箱內(nèi)框長度尺寸（mm）;B

39、一砂箱內(nèi)框?qū)挾瘸叽纾╩m）;A。一模底板長度尺寸（mm）;Bo一模底板寬度尺寸（mm）;b一砂箱分型面外凸緣的寬度（mm）。模底板圖5.225 / 52底板砂型鑄造設(shè)計及模擬說明書(2)模底板的高度：模底板的高度H必須根據(jù)使用要求來確定。普通平面式模底板：H=80-150mm5.2.2 模底板的壁厚和加強肋設(shè)計及確定(1)壁厚s和加強肋的尺寸3危及相連圓角半徑r可依據(jù)模底板平 均輪廓尺寸和所用的材質(zhì)，選用： S=10-l 2mm,ti=12-14mm,t2=8mm,r=3mmo(2)加強肋的布置：加強肋之間的距離為K=50mm。(3)模底板和砂箱的定位裝置：模底板及砂箱之間用直接定位法定 位，

40、定位銷安裝在模底板上。結(jié)論：綜上所述，模底板具體尺寸是長600mm、寬500mm。5.3 砂箱及附件的設(shè)計5.3.1 設(shè)計選用砂箱的基本原則(1)滿足鑄造工藝的基本要求；(2)尺寸和結(jié)構(gòu)符合鑄造設(shè)備的要求；(3)具有良好的力學性能，強度和剛度達標；(4)對砂型具有足夠的粘附力，不能出現(xiàn)掉砂的情況;(5)經(jīng)久耐用，便于生產(chǎn)；(6)可以盡量標準化。5.3.2 砂箱的尺寸砂箱的結(jié)構(gòu)如圖5.3# / 52底板砂型鑄造設(shè)計及模擬說明書6 ProCAST軟件模擬ProCAST 軟件是由美國 UES (UNIVERSAL ENERGY SYSTEM) 公司開發(fā)的鑄造過程的模擬軟件采用基于有限元(FEM)的數(shù)

41、值計算和綜 合求解的方法，對鑄件充型、凝固和冷卻過程等提供模擬，提供了很多模 塊和工程工具來滿足鑄造工業(yè)最富挑戰(zhàn)的需求?；趶姶蟮挠邢拊治? 它能夠預測嚴重畸變和殘余應(yīng)力，并能用于半固態(tài)成形，吹芯工藝，離 心鑄造，消失模鑄造、連續(xù)鑄造等特殊工藝。6.1 ProCAST軟件模擬操作ProCAST模擬過程：1）打開ProCAST軟件，打開所做的三維圖，三維圖可以有PROE和UG做保存為PRT和IGS格式;2）為澆注系統(tǒng)添加虛擬砂箱：如圖6.1 （砂箱大小可以調(diào)整）37 / 52圖6.1添加虛擬砂箱3）檢查所做文件的正確性，要檢查的有兩個相交面的數(shù)量，線段是否相交等，檢查錯誤，可以改正，如圖6.2

42、Gap Tol: 0 2LTdoAlMa7gs tfon Ard CctredonPreyfJexl卜 Ctrofe ProbtaTiAcM to Cd cc to*Mi ay AJift-cbtensAdj LcnrSj,facesv Adviacod OptioarSetectPrctotembiruVoinu圖6.2檢查錯誤4）劃分網(wǎng)格，劃分網(wǎng)格分為2D劃分面和3D劃分體，如圖6.3:Fy.b，. 2 5，G251 如冷，Js 勾13 I 8 5也Excec of Suvm. * j二zn0工,臺京卷q呂翩畫.鑰弓嗯qq曰法.一H3hIT g.UtP Vbik：-/j$uHKcIsTaS

43、V& 5?與，q CaonstvbbsCfOup 65&a N-tfKd(D沏也432 odl 51 ie.Io Al &OQi mrdc3 ：幻，,：RwUxegGevA支 abf&ly .nf.Gwmj o Ro圖6.3 2D網(wǎng)格劃分5）檢查網(wǎng)格劃分的錯誤并改正，因為網(wǎng)格劃分時可能有結(jié)構(gòu)上的錯誤，如圖6.4C、zk Surhce Me?h6.4檢查網(wǎng)格劃分的錯誤6） 3D網(wǎng)格劃分，也就是體劃分，劃分之后也要進行檢查錯誤并改正,如圖6.5和圖6.6：圖6.5和圖6.6 3D網(wǎng)格劃分7）重力方向的設(shè)置，要保證鑄件能夠澆注進去，如圖6.7:圖6.7重力方向的設(shè)置8）鑄件材料和砂型材料的設(shè)置，以及

44、澆注溫度的設(shè)置，如圖6.8：BT X 1U3 1cc AJ D Ni Swm?的二： *.14 Crwa fu.9IOX C v L.bmtCWJteSC 3c 3 8X, 一 3 5c ?；EMGl XC v Z| W0tan2ptacag 必：為Vobnf41：，依麗 ，?？? 0 ) ?C4UUrt EaMAla C1T , VUi ClX * 械fMf 05、tillHe lM*x * r.tility l4bW axlu”i 22.15 4 Q -VoIum Mih tr CC圖6.8澆注溫度的設(shè)置9）熱交換系數(shù)的設(shè)置，如圖6.9圖6.9熱交換系數(shù)的設(shè)置10）澆注方向的設(shè)置，澆注方向

45、必須和重力設(shè)置的方向一致，如圖 6.10 * P，oce Gx*dtkn Men5gtr32PliicMat y、 Oo6.10澆注方向的設(shè)置11）鑄造類型設(shè)置，本次為砂型鑄造也就是重力鑄造，如圖6.11file Category LrttPre-defncd Per 皿v HStowSDbjSefccKrtTerral Row I招 1X7 S” oiQaioa ,內(nèi)In，Crrt,35KW但.FUMML 5a m3” - FCre，o awm，y v . . . .l 一一TIWFJLL 31 oritrtWs VT5TOT 3t- orittfioi rCiWt.l 】？WB3CvIFI

46、UV以”，CMt.0M trd ua Tl卬9 tnAxnix_i hee iCMt.Cri5t.VI WXJlCTO1 WXJrOTt5 v5 Vstc VDTW ww TiteatepCiMt.VI TOJSm5 vsec vWrJTr Y9ysli.Cr.ct.CvWHTS I*kt FIs rc<cCr.ct.l/fc,2YWRTS F*l.Sty r.uiltc UCr.ct. CVrUflTS 九，3T ratultc UCr.ct.1M*Y%小山:丹蕾.建多J感畦：簿圖6.11鑄造類型的設(shè)置12）點擊check的按鈕進行最后檢查，如果完全正確，點擊run 的按鈕然后進行結(jié)果的

47、運算，進行澆注模擬。13）澆注過程模擬，如圖6.12,6.13和6.14分別是澆注開始時和 澆注過程以及澆注完成圖6.12澆注開始圖6.13澆注過程圖6.14澆注完成14）冷卻過程的模擬，如圖6.15I X , ,irnrfIwti 3 t !|C|ProCAST圖6.15冷卻過程6.2溫度場分布由ProCAST軟件模擬出的溫度場的分析如圖6.16和6.17Temperature |C|66412St8P No t Time Step Simulated Thne Percent Filled Fraction Solid:1055，14Wn*uOD：科3儂SBC：98.0：1MX)ia.7例

48、nq 1171J)1046.7悶.3m.s7臨7w 11604M0.S心,7113.32”。ProCAST.圖6.16溫度場的分布Time to Solidus |secjStep Ho / Time Step Simuhfed Time Pcfcont Filled Fraction Solid:1055 / IJMOoHIlMI:圖4,9225 $C:96D:100.0ProCASL6.17溫度場的分布由圖6.16和6.17可知，本次設(shè)計的底板主要在加強筋交叉的位置 冷卻下來的溫度比較高，是個熱節(jié)處，因此可以采取在熱節(jié)處噴涂冷卻 材料來降低此處的凝固溫度，使得鑄件凝固均勻，降低鑄造缺陷的產(chǎn)

49、生。7鑄件缺陷分析及解決方案7.1 ProCAST缺陷模擬結(jié)果ProCAST的缺陷模擬結(jié)果如圖7.1,可能出現(xiàn)缺陷的位置用紅色的圈圈標出圖7.1缺陷可能出現(xiàn)的位置7.2 缺陷產(chǎn)生的原因及處理方法鑄件缺陷是鑄造生產(chǎn)中，由于鑄件本身或者操作的原因，在鑄件表面 或者內(nèi)部產(chǎn)生的各種缺陷的總稱，本次設(shè)計可能出現(xiàn)的缺陷是：縮松和 縮孔、氣孔和金屬以及非金屬夾雜物兩種。1) .縮松和縮孔鑄件在凝固過程中，由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮，往往在鑄件最后 的凝固位出現(xiàn)孔洞。容積大而且集中的孔洞稱為集中縮孔，或者簡稱為 縮孔；細小而且分散的孔洞稱為分散性縮孔，簡稱為縮孔。影響縮孔和縮松的因素：(1)合金的收縮特性。

50、合金的液態(tài)收縮系數(shù)越大，凝固收縮率也越 大，縮孔和縮孔的容積也就越大，合金的固態(tài)收縮系數(shù)越大，縮孔和縮 松的容積越小。(2)澆注溫度和澆注速度。澆注溫度越大，合金的液態(tài)收縮也就越大，縮孔和縮松的容積也就越大。底板砂型鑄造設(shè)計及模擬說明書(3)鑄件的壁厚。鑄件壁厚越大，凝固時鑄件內(nèi)部的金屬溫度也就 越高，液態(tài)收縮也就越大，縮孔和縮松也就越大。防止縮松和縮孔的措施：(1)控制凝固方式，盡量保證順序凝固或者是同時凝固。順序凝固 是保證鑄件和冒口有一個梯度的凝固順序，可以獲得致密的鑄件；同時 凝固是采取工藝措施來使鑄件達到同時凝固，可以縮短澆注時間。(2)采取合理的鑄造工藝措施。A)澆注溫度和澆注速度

51、澆注溫度和澆注速度的調(diào)整，可以使鑄件達到順序凝固或者是同時 凝固，采用高的澆注溫度，可以增加鑄件的縱向溫差，有利于鑄件的順 序凝固；通過設(shè)置多個內(nèi)澆道來低溫快速澆注，有利于鑄件同時凝固。B)冒口和補貼以及冷鐵的使用冒口和補貼以及冷鐵是減少縮松和縮孔的有效措施，前面的章節(jié)已 經(jīng)介紹過了。C)加壓補縮加壓補縮主要是防止微小的縮孔的產(chǎn)生。2)氣孔和金屬及非金屬夾雜物鑄件中的氣體可能來自熔煉過程中、來自澆注過程中以及鑄型中。因 此，要使用干凈、干燥的爐料，不許帶有水分和油脂鐵銹等；澆注要在 干燥的環(huán)境中進行；最后可以進行脫氣處理。非金屬夾雜物對鑄件的影響十分顯著，夾雜物對塑性、沖擊韌性的影 響非常大，尤其對材料的疲勞強度影響更加嚴重。因此，必須采取合理底板砂