鑄造工藝設計方案確定

1、第一章鑄造工藝方案確定1夾具的生產條件，結構，技術要求 產品生產性質一一大批量生產零件材質一一35Cr夾具的零件圖如圖2.2所示，夾具的外形輪廓尺寸為 285mm*120mm*140m主要壁厚40mm為一小型鑄件；鑄件除滿足幾何尺寸精度及材質方面的要求外，無其他特殊技術要求。零件圖如下圖所示：2. 夾具結構的鑄造工藝性零件結構的鑄造工藝性是指零件的結構應符合鑄造生產的要求，易于保證鑄件品質，簡化鑄件工藝過程和降低成本。審查、分析應考慮如下幾個方面：1. 鑄件應有合適的壁厚，為了避免澆不到、冷隔等缺陷，鑄件不應太薄。2. 鑄件結構不應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

2、度的 壁與壁的各種交接，都應采取逐漸過渡和轉變的形式，并應使用較大的圓角相連接，避免因應 力集中導致裂紋缺陷。3. 鑄件內壁應薄于外壁鑄件的內壁和肋等， 散熱條件較差，應薄于外壁，以使內、外壁能均勻地冷卻，減輕內應力和防止裂紋。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構。3. 造型，造芯方法的選擇支座的輪廓尺寸為 285mm*140mm*120mm鑄件尺寸較小，屬于中小型零件且要大批量生 產。采用濕型粘土砂造型靈活性大，生產率高，生產周期短，便于組織流水生產，易于實現機 械化和自動化，材料成本低，

3、節(jié)省烘干設備、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，但是烘干后容易產生裂 紋，容易變形。在大批量生產的條件下，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砂芯，以增加其強度及保證鑄件質量。選擇使用射 芯工藝生產砂芯。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所處的狀態(tài)和位置。確定澆注位置是鑄造工藝設計 中重要的環(huán)節(jié)，關系到鑄件的內在質量，鑄件的尺寸精度及造型工藝過程的難易程度。 確定澆注位置應注意以下原則：1. 鑄件的重要部分應盡量

4、置于下部2. 重要加工面應朝下或直立狀態(tài)3. 使鑄件的答平面朝下，避免夾砂結疤內缺陷4. 應保證鑄件能充滿5. 應有利于鑄件的補縮6. 避免用吊砂，吊芯或懸臂式砂芯，便于下芯，合箱及檢驗初步對支座對澆注位置的確定有：方案一如圖4.1，方案二圖4.2，方案三圖4.3，方案四圖4.4V7圖4.1澆注系統(tǒng)方案一圖4.3澆注系統(tǒng)方案三圖4.4澆注系統(tǒng)方案四5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、 成本和生產率。而選擇分型面時應注意一下原則：1. 應使鑄件全部或大部分置于同一半型內2. 應盡量減少分型面的數目3. 分型面應盡量選用平面4. 便于下芯、合

5、箱和檢測5. 不使砂箱過高6. 受力件的分型面的選擇不應削弱鑄件結構強度7. 注意減輕鑄件清理和機械加工量圖5.1分型面選擇方案一圖5.4分型面選擇方案四第三章鑄造工藝參數及砂芯設計1鑄件尺寸公差鑄件尺寸公差是指鑄件公稱尺寸的兩個允許的極限尺寸之差。在兩個允許極限尺寸之內,鑄件可滿足機械加工，裝配，和使用要求。夾具為砂型鑄造機器造型大批量生產，由鑄造工程師手冊查表6-25得：支座的尺寸公差為 CT812級，取CT9級。支座的輪廓尺寸為 285mm*140mm*120mm由鑄造工藝設計查表1-9得：支座尺寸公差數值為 3.2mm。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

6、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程師手冊查表6-24得:受阻收縮率為1.5 %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，以免損壞砂型或砂芯。 這個斜度,稱為起模斜度。起模斜度應在鑄件上沒有結構斜度的，垂直于分型面的表面上應用。初步設計的起模斜度如下：外型模的A面（如圖所示）高52mm的起模斜度由鑄造工程師手冊查表6-39得：粘土砂造型外表面起模斜度為a =0° 30/ ,a=1.0mm外型模的B面（如圖所示）高100mm的起模斜度由鑄造工

7、程師手冊6-39查表得：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 =0° 30/ ,a=1.0mm3.1.5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，這應該從品質及經濟角度等方面考慮。一般來說，較大的孔、槽等應該鑄出來，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。根據夾具的輪廓尺寸 285mm*140mm*120m由鑄造工程師手冊 查

8、表6-45得：鑄鋼件最小鑄出孔約為直徑60mm大孔72 ,考慮加工余量后直徑為65mm壁厚度為24mm該孔直徑比較大，高徑比也不大,則應該鑄出。60mm的要求，壁厚度為10mm小孔30 ,考慮加工余量后直徑為 24mm小于最小鑄出孔為 該孔直徑較小，高徑比較大，不應該鑄出，機械加工較為經濟方便。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 11kg，尺寸公差為 MT9級。由鑄造工程師手冊查表 8-4得：支座的重量公差為MT9級，查手冊8-9得重量公差數值為10%3.1.9分型負數干砂型、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

9、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的尺寸稱為分型負數。而支座是濕型且是小型鑄件故不予考慮分型負數。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，鑄件冷卻后常出現變形。為了解決撓曲變形問題，在制造模樣時，按鑄件可能產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變形量稱為反變形量。而支座沒有較大平板故基本不會產生撓曲變形，所以不用設置反變形量。3.1.11非加工壁厚負

10、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，凡形成非加工壁厚的木?；蛐竞袃鹊睦甙搴穸瘸叽鐟摐p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。故不用設置非加工壁厚負余量3. 2砂芯設計砂芯的功用是形成鑄件的內腔、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。夾具砂芯的外型如圖所示3.2.1芯頭的設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

11、在砂型上,必須有足夠的芯頭尺寸。根據實際設計量取計算砂芯高度:L=140mm砂芯直徑:D=65mm （考慮 MRA芯頭長度初步選取由鑄造工程師手冊查表6-56 得：h=2530mm取 h=30mm大量生產中，等截面柱狀砂芯，上下芯頭可取相同高度，故上下芯頭均取h=30mm芯頭斜度選取由鑄造工程師手冊查表 6-57得：上芯頭a =10?,a=6mm下芯頭 a =5,a=3m垂直芯頭與芯座之間的間隙為S,查鑄造工程師手冊表6-58得取S=0.5mmI323壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽芯頭結構在濕型大批量生產中，為了加速下芯、合芯及保證鑄件質量，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

12、砂槽尺寸由鑄造工藝手冊查表1-43得：e=2mm f=3mm r=2mm324芯骨設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，其粘結劑及砂芯中的有機物要燃燒（氧化反應）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，則要引起鑄件產生氣孔?？梢圆捎猛?氣針，通氣模板，用蠟線，尼龍管，手工開挖等方法進行排氣。326砂芯負數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)

13、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。因為砂芯負數只用于大型粘土砂芯，本設計中的砂芯為小型砂芯不設計砂芯負數。第四章 澆注系統(tǒng)及冒口、冷鐵、出氣孔等設計4.1澆注系統(tǒng)的設計澆注系統(tǒng)是鑄型中引導液體金屬進入型腔的通道，它由澆口杯，直澆道，橫澆道和內澆道 組成。4.1.1選擇澆注系統(tǒng)類型1 .封閉式澆注系統(tǒng)：指從澆口杯底孔到內澆道的截面積逐漸縮小，阻流基元為內澆道的澆注系統(tǒng)。這種澆注系統(tǒng)充滿得快、擋渣能力好，金屬液在澆道中不容易帶入空氣和氧化，金屬消耗少、清理方便。缺點：金屬液進入型腔的線速度高，易沖壞鑄型，易使金屬液產生噴

14、濺，氧化和卷入氣體。主要適用于不易氧化的各種鑄鐵件，不適用于易氧化的非鐵合金鑄件和用柱塞包澆注的鑄鋼件。2.開放式澆注系統(tǒng)：從澆口杯底孔到內澆道的截面積逐漸增大，阻流截面位于澆口杯底孔或直澆道上口。優(yōu)點：進入型腔時金屬液流速度小，充型平穩(wěn)、沖刷力小、金屬氧化少。缺點：擋渣效果不好，內澆道大，消耗的金屬液多。適用于易氧化的非鐵合金鑄件，球墨鑄鐵件和用柱塞包澆注的中、大型鑄鋼件。以上兩種均不適合本設計小型鑄鋼件大批量生產的特點，故不選用。針對本設計，查鑄造工程師手冊的：大批量生產小型鑄鋼件時，常采用轉包澆注，多采用可充滿式澆注系統(tǒng)，既加強當渣能力，又能減輕噴射，常采用的澆注系統(tǒng)截面積之比為A內:A

15、 橫:A 直=1.0 : ( 0.8-0.9 ) : (1.1-1.2 )4.1.2確定內澆道在鑄件上的位置、數目、金屬引入方向夾具外輪廓尺寸為 285mm*120mm*140m查鑄造工藝裝備設計手冊表 5-7得：選擇沙箱尺寸A*B*H=350mm*250mm*200mm根據最小吃沙量選擇鑄造時采取一箱一件，。為了方便造型,內澆道開設在分型面上。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，如此內澆道則設 置在底部側面引入金屬液。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

16、出現鑄件棱角和輪廓不清晰、澆不到上表面縮凹等缺陷。初步設計直澆道高度等于上沙箱高度200mm但應檢驗該高度是否足夠。檢驗依據為，剩余壓力頭應滿足壓力角的要求，如下式所列：Hm> Ltg a式中H M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 壓力角由鑄造工程師手冊查表6-79得： 取a =4Ltg a =2600*tg4 180mmHm等于上箱高度200mm因為鑄件全部位于下箱，所以剩余壓力頭 經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度3 根據鑄件圖計算單個鑄件的體積V=0.9479dm取鑄鋼件密度為7.9kg/ dm一箱一件質量為 m

17、=7.49kg考慮機械加工余量按8%十算m=8.09kg考慮澆口冒口占鑄件比例 20%-40% 取40% m=11.33kg夾具大批量生產的工藝出品率約為85%可估計鑄型中鐵水總重量GG=11.33/85% 13.33kg3鑄件相對密度 Kv=G/V=13.33kg/v=2.78 kg/ dm查鑄造工程師手冊查表 6-98得，取C=1.0 , K=0.7 kg/ cm .s1.4-61 得:初步計算澆注時間由鑄造實用手冊查表T=C7 G=2.2* V 13.33 3.65s 計算鐵水液面上升速度 v=L/T=140/3.65=38.36mm/s查鑄造工程師手冊查表 6-94得,一般鑄鋼鐵水的最

18、小上升速度v=15mm/s,但是也不應超過30mm/s,所以系數C要進行修正。取 C=1.3得澆注時間T=4.75s，鐵水上升速度為 29.5mm/s,滿 足要求。4.1.5計算阻流截面積內澆到總斷面積A可按下面的公式計算A rt=Q/KTLQ澆入鑄型內鋼液總質量（kg），K澆注比速，L流動性修正系數，碳鋼為 1.0，T澆注時 間（S）2A Q/KTL=13.33kg/0.7*4.75*1.0=4cm4.1.7計算內澆道截面積內澆道是控制充型速度和方向，分配金屬液，調節(jié)鑄件各部位的溫度和凝固順序，澆注系統(tǒng)的金屬液通過內澆道對鑄件有一定補縮作用。取內澆口設計為四個，因此S 內=4cm2/4=1.

19、0cm 2,查鑄造工程師手冊表6-100得，內澆道尺寸為：a=23mm,b=21mm,h=4.5mm內澆道形狀取梯形斷面形狀如圖所示4.1.8計算橫澆道截面積橫澆道的功用是向內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)和減少產生氧化夾雜物。2由于設計橫澆口有兩個，因此S橫=4*（ 0.8-0.9 ）=3.2-3.6 cm 2取3.4cm查鑄造工程師手冊表 6-100得:a=28mm,b=23mm,h=14mm橫澆道形狀取梯形斷面形狀如圖所示4.1.9計算直澆道截面積直澆道的功用是從澆口杯引導金屬液向下，進入橫澆道、內澆道或直接進入型腔。并提供足夠的壓力

20、頭，使金屬液在重力作用下能克服各種流動阻力充型。 2由于設計直澆口有一個，因此S直=4*（ 1.1-1.2 ）=4.4-4.8cm 2取4.6cm查鑄造工程師手冊表 6-100得：直澆道截面直徑為24mm.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 ）。因此直澆道上端是直徑約為：D1=24-（ 1/50）*150=21mm.直澆道形狀取圓形截面形狀如圖所示4.1.10澆口窩的設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*24=48mm澆口窩咼度為橫澆道

21、咼度兩倍，因此h=2*14=28mm澆口窩底部放置耐火磚防止充型。4.1.11澆口杯的設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。澆口杯斷面大小由鑄造工藝基本知識查表1-51得：D1=62mm, D2=58mm, H=46mm 鐵液容量 0.8kg澆口杯選用普通漏斗形澆口杯，其斷面形狀如圖所示4.2冒口的設計冒口是鑄型內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。確定冒口位置的一般原則 冒口應放在鑄件最后被補縮部位的上部或熱節(jié)附近。 冒口應盡量放在鑄件最高最厚的地

22、方，以便利用金屬液的自重進行補縮。對低處的熱節(jié)，增設補貼或使用冷鐵，實現順序凝固。 冒口不應設在鑄件重要的、受力大的部位，以防組織粗大，減低鑄件強度。 對鑄件不同高度處的熱節(jié)進行補縮時，可分別安放冒口。但應采用冷鐵把各個冒口的補縮范圍隔開，以防止上部冒口對下部冒口進行補縮而使鑄件高處產生縮孔或縮松。 冒口應盡可能不阻礙鑄件的收縮，不安放在鑄件的應力集中處，以免引起裂紋。 冒口的設置應便于清除和隨后的機械加工。冒口設計：采用模數法設計冒口模數M=V/A其中V為鑄件的體積，A為鑄件的傳熱表面積32經過計算 V=0.9479dm A=0.643dmM=1.474查鑄造工程師手冊，一般取 M:MN:M

23、r=1:1.1:1.2 ,即就是鑄件被補縮部分：冒口頸：冒口的模數之比為 1:1.1:1.2 ，所以 MR=1.474*1.2=1.769查鑄造工程師手冊表 6-134得，取標準形明冒口類型I d=h=100mm4.3冷鐵的設計為了增加鑄件局部冷卻速度，在型腔內部及工作表面安放的金屬塊稱為冷鐵。冷鐵作用：(1) 在冒口難以補縮的部位防止縮孔、縮松。(2) 戈愴冒口的補縮區(qū)域，控制和擴大冒口的補縮距離，提高冒口的補縮效率。(3) 加速壁厚交叉部位及急劇變化部位的凝固，避免產生熱裂紋。(4) 改善鑄件局部的金相組織和力學性能。如細化基體組織，提高鑄件的力學性能外冷鐵材料的選擇可以制作冷鐵的材料很多，凡是比鑄型材料的熱導率、蓄熱系數大的金屬和非金屬材料均可選用。生產中常用的冷鐵材料有鋼、鑄鐵、銅合金、鋁合金和石墨、鎂砂、碳素砂、鉻鎂 砂等。鑄鐵、鋼冷鐵應用廣泛，蓄熱能力大，可吸收較多的熱量，有較強的激冷能力，且制作方便、成本低廉。廣泛用于各種合金鑄件的生產中。本設計選用鑄鐵外冷鐵。4.4出氣孔的設計出氣孔用于排出型腔內的氣體，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