端蓋零件鑄造制作工藝課程設(shè)計書的明解

1、課程設(shè)計說明書論文課程名稱：成型工藝與模具課程設(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(xué) 號: 指導(dǎo)教師:設(shè)計時間:1、設(shè)計任務(wù)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，去毛刺與銳邊，未注明圓角為R3-

2、R5,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、零件圖與立體圖結(jié)構(gòu)分析3.1、零件圖如下：3.2三維立體圖如下:圖3.三維圖1 r回|圖4.三維圖24、工藝設(shè)計過程4.1、鑄造工藝設(shè)計方法與分析鑄件壁厚為了防止?jié)膊坏健⒗涓舻?缺陷，鑄件不應(yīng)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查得灰鐵鑄件在100200mm的輪廓尺

3、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)計要求的結(jié)構(gòu)，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.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(yīng)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 X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.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(yīng)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(yīng)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100mm，重約2.75Kg。這

4、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.最小吃砂量示意圖圖6.鑄件排布

5、的初步設(shè)計4.2、鑄造工藝參數(shù)確實定4.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與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(yīng)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，否如此會導(dǎo)致鑄件本錢的提高和使工藝復(fù)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2.二級精度灰鑄鐵件的尺寸偏差JZ67-62（毫米）|肄

6、件公曲！&量（茲斤M廐翎圾f亞1川僱是'57846?>500354.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(fù)雜 程度，以與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鑄件最大尺寸澆注位置公稱尺寸< 50>50-120>120-260>120-260頂面4.04.55.0丁底，側(cè)面3.03.54.0查表得，鑄件的加工

7、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.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(yīng)該在模樣或芯盒的 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(yīng)的結(jié)構(gòu)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(yīng)根據(jù)模樣的高度，模樣的尺寸和外表光潔度以與造型方法 來確定，見表5。對于本設(shè)計中的零件，選取拔模斜度 為 1° 3Q'表5拔模斜度測量面咼度（mn）金屬模aa ( ° )20-500.5-1.20° 45，-2 °50-1001.0-1.5P0° 45' -2

8、°4.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生產(chǎn)抿蜀最小歸 dj 禮戊徑灰鱗鐵仲鑄我禪大量生產(chǎn):成批生產(chǎn)草件.小批生產(chǎn)3060 一 _ 一504.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，為了使鑄件冷卻后的尺寸與鑄件圖示 尺寸一致，如此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x 100%

9、式中：L模樣一模樣尺寸；L鑄件一鑄件尺寸。鑄造收縮率主要和鑄造合金的種類與成分有關(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.鑄件收縮率舍金種貴握進收白由枚細受蛆牧蟾灰鉤tt屮小坐茂件0*9中大型狒坪10.A480.7箭形鑄件丘摩方輯0.S,直徑別訶0.70,54.3、砂芯4.砂芯尺寸根據(jù)鑄件澆注位置、分型面以與內(nèi)腔的形狀，確定在此鑄件中只需設(shè)計一個 砂芯就可達到鑄造工藝要求。具體結(jié)構(gòu)見圖&1 Jx xxx xX疋-> 051 <1V11l,x 044. 5I > X X X X K &g

10、t;圖8.砂芯結(jié)構(gòu)與尺寸1芯頭設(shè)計選擇垂直芯頭，并設(shè)置壓環(huán)以與集砂槽。2芯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，斜度以與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34m m。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。假如間隙過大，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；假如間隙過小，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

11、30mm。由下芯頭高度h,查得上芯頭高度hi 為 20mm。3壓環(huán)與集砂槽為了快速下芯、合型與保證鑄件質(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，具體結(jié)構(gòu)示意如圖 9。圖9.壓環(huán)與集砂槽尺寸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(dǎo)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、澆不足、變形、裂 紋、偏析等缺陷。澆

12、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。常用的澆注系統(tǒng)大多由 澆口杯、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道等 局 部組成。4.澆注位置選擇原如此：1.澆注位置應(yīng)有利于所確定的凝固順序，而且要有利于鑄件的補縮以與冒口 的安放2.鑄件的重要局部應(yīng)盡量置于下部3.重要加工面應(yīng)朝下或呈直立狀態(tài)4.應(yīng)使鑄件的大平面朝下5.應(yīng)保證鑄件能充滿6.應(yīng)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如此：1.應(yīng)使鑄件全部或大部置于同一半型內(nèi)2.應(yīng)盡量減少分型面的的數(shù)目3.分型面應(yīng)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

13、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。占上' 1 1>一 一下1廠1下圖10-1方案一圖10-2方案二澆道的設(shè)計澆注系統(tǒng)截面的選擇：如表8所示。表8.澆注系統(tǒng)截面誦口輝USfiW,制fF方鍥，容職ds希制金鳳 液歩.園菱沖翹艇力爾方便起壽 金鳳舉勰按充St莊直獅屮 呈正壓狀態(tài)蘊功誓步穀T和觀二在橫枷1沖軋 理帝需超右就的耐風財有勒干楫樹館戎膵議福 刪h豔樣制潔方帕易于從粉kic*澆注

14、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(xiàn)橫F直F 內(nèi), F內(nèi)為控流斷面。澆注開始時液態(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.澆注系統(tǒng)斷面尺寸的設(shè)計(1) 水力學(xué)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)驗比例確定其他 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(xué)近似計算公式是：F 內(nèi)=G/( iX t x 0. 31 VHcm2)式中：F內(nèi)一內(nèi)澆道總斷面積(cm2)；G流經(jīng)內(nèi)澆道的

15、液態(tài)合金重量(Kg );i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，加上澆注系統(tǒng)中金屬液的損 耗，鑄件。(3) 澆注時間t:，鑄件壁厚在 8-15mm,系數(shù) S取 2. 2。t=S G=3.648s。(4) 流量系數(shù)i：a =0. 5鑄型阻力小)按表修正：有四個內(nèi)澆道，阻力加大，i值取0. 05,得i =0.5-0. 05=0. 45。確定平均壓頭Hp:近似于頂端注入，p=0,。由 Hp=H°-p2/2c=Ho, Ho>Hm= Ltan a其中，L=300mm,鑄件壁厚在 8 15mm

16、, 壓力角 a9°10°,取10°,得H0>55mm,由于下芯頭尺寸較大，所以高度適當增 加，取H°=130mm, H0為上砂箱高度。得 Hp=Hm二130mm。F內(nèi)2。設(shè)置四個內(nèi)澆道，如此每個內(nèi)澆道截面積為2。查表得選擇I型內(nèi)澆道，取F內(nèi)2。如此內(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,如此F 橫=2cm2,查表得選擇甲-甲橫澆道，取F橫2。截面尺寸：A=14mm ,。F直2,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

17、寸：D1=56mm, D2=52mm, h=40mm。各截面尺寸如圖11所示11Y10.11A、內(nèi)澆道截面積B、橫澆道截面積圖11.各組元截面尺寸核算最小剩余壓頭HmHm=上砂箱的高度，直澆道中心到鑄件最高最遠點距離L=150mm，假如壓力角a =10；我們只需要Hm大于即可，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.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，并按順序凝某某如此使冒口最后凝固。灰鑄鐵的結(jié)晶X圍窄，更接近于層狀凝固。凝固時的

18、膨脹和液態(tài)收縮趨于相互補償。故灰鑄鐵件 補縮所需要的鐵水的量少，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.本次設(shè)計的為下模樣，材料為 HT150。4.1) 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8

19、0%,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)有交叉十字形加強筋。 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 6 7。模樣裝配凸耳采用外凸耳。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，

20、頂桿起模行程為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

21、板定位銷孔中心距應(yīng)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 ）砂箱尺寸（A+B） /2疋位銷直徑M鐵250-5002075本設(shè)計中選用直徑 20mm的定位銷。M的值取75mm，如此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(dǎo)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.定位銷安放方式一，5x豈由模底板平均尺寸(Ao+Bo )/2三500mm,查表得，d=18+0.035m

22、m, h=20mm, e=40mm, A=60mm, D=25mm。裝配上的定位銷和導(dǎo)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(dǎo)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，尺寸結(jié)構(gòu)見圖15。模板用螺栓固定在造型機工作臺上，這時應(yīng)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(yīng)。因模底板平均輪廓尺寸(

23、A0-+B0-) /2<500mm， 查得模底板鑄鐵固耳尺寸：h=20mm， h1=h+5mm， a=8mm， A=30mm， L=50mm， L仁70mm，b=15mm，b仁25mm， R=10mm，如圖15所示。緊固耳數(shù)為 4。圖15.緊固耳結(jié)構(gòu)示意圖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=mm。(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