右鉸接支架鑄造工藝設(shè)計(jì)

1、華中科技大學(xué)專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 材料成形與控制工程專(zhuān)業(yè)華中科技大學(xué)專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：右鉸接支架鑄件工藝設(shè)計(jì)學(xué)院： 材料學(xué)院 班級(jí)： 分組組別號(hào)： 1 組員： 評(píng) 分： 評(píng)分人： 目錄任務(wù)書(shū)3摘 要41.零件分析51.1.設(shè)計(jì)要求51.2.UG三維設(shè)計(jì)51.1.材料信息61.2.UG厚度分析62.鑄造方案確定72.1.造型方法72.2.金屬合金球化與孕育處理82.3.分型面82.4.澆注位置確定93.鑄造工藝參數(shù)設(shè)計(jì)103.1.鑄件尺寸公差103.2.鑄件重量公差113.3.機(jī)械加工余量113.4.鑄造收縮率123.5.起模斜度123.6.最小鑄出孔123.7.鑄型、砂芯設(shè)計(jì)133.7.1.鑄

2、型設(shè)計(jì)133.7.2.砂芯設(shè)計(jì)154.澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)164.1.澆注溫度164.2.澆注時(shí)間164.3.澆道截面積計(jì)算174.3.1.方案一174.3.2.方案二195.數(shù)值模擬與工藝優(yōu)化205.1.模擬條件及材料物性參數(shù)205.2.鑄件模擬215.3.冒口設(shè)計(jì)225.4.方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化225.4.1.方案一225.4.2.方案一優(yōu)化設(shè)計(jì)245.4.3.方案二255.4.4.比較總結(jié)266.砂箱設(shè)計(jì)276.1.設(shè)計(jì)原則276.2.尺寸設(shè)計(jì)277.鑄件清理308.鑄造工藝卡328.1.方案一328.2.方案二339.總結(jié)3310.參考文獻(xiàn)3411.附圖34任務(wù)書(shū)1 設(shè)計(jì)題目和總體目標(biāo)設(shè)計(jì)題目：右鉸

3、接支架的鑄造工藝設(shè)計(jì)總體目標(biāo)：使用UG、ProE等三維軟件建立三維幾何模型和鑄造工藝，然后使用華鑄CAE進(jìn)行模擬，寫(xiě)出一個(gè)分析報(bào)告，進(jìn)行答辯。2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1） 設(shè)計(jì)該零件的鑄造生產(chǎn)工藝，編制其鑄造工藝卡片，主要內(nèi)容包含：（1） 鑄件重量的計(jì)算、鑄造合金確定、鑄造方式的選擇； （2） 工藝方案的確定：分型面的確定、加工余量的設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（壓頭計(jì)算、澆注時(shí)間的計(jì)算與確定、澆注溫度的確定、直澆道的設(shè)計(jì)與面積計(jì)算、橫澆道的設(shè)計(jì)與面積計(jì)算、內(nèi)澆道的設(shè)計(jì)與面積計(jì)算等）、冒口的設(shè)計(jì)、冷鐵的設(shè)計(jì)、砂芯的設(shè)計(jì)、型板的設(shè)計(jì)、外模與芯盒（砂芯模具）的設(shè)計(jì)（可選做），砂箱的設(shè)計(jì)等；（3） 鑄件毛坯

4、與工藝的二維工藝設(shè)計(jì)（紅藍(lán)鉛筆在打印的圖紙上畫(huà)）；（4） 鑄件毛坯與工藝的三維CAD設(shè)計(jì)（可選用任三維造型軟件制圖）；（5） 鑄件工藝的CAE分析（在材料學(xué)院機(jī)房采用華鑄CAE進(jìn)行模擬分析）；（6） 鑄件工藝方案的確定，鑄造工藝卡片的編制；2） 分組進(jìn)行設(shè)計(jì)，3-5人一組，要求每組每人至少提出一種工藝方案；3） 采用模擬軟件進(jìn)行工藝優(yōu)化，每組確定一種可行的工藝方案； 4） 撰寫(xiě)專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告；5） 最后提交的材料包含：（1）專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告電子文檔與紙質(zhì)材料各1份；（2）鑄件毛坯及工藝3D造型文件、STL文件；（3）鑄件毛坯及2D工藝紙質(zhì)材料附錄在報(bào)告后。摘 要（簡(jiǎn)要描述本專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容

5、，過(guò)程，取得成果等）本次設(shè)計(jì)中，我們的任務(wù)是右鉸接支架鑄造工藝方案的設(shè)計(jì)，目的是通過(guò)對(duì)鑄造工業(yè)設(shè)計(jì)方案的探索，得出一個(gè)比較合理的設(shè)計(jì)方案。首先針對(duì)鑄件的結(jié)構(gòu)和鑄造工藝性進(jìn)行分析，選擇合適的鑄造方案，并進(jìn)行鑄造工藝參數(shù)設(shè)計(jì)和工藝方案的初步確定，最后通過(guò)數(shù)值模擬軟件對(duì)方案進(jìn)行模擬分析，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。最終對(duì)各種方案進(jìn)行比較，得到合理、可行的鑄造工藝方案。設(shè)計(jì)過(guò)程中我們主要針對(duì)澆注位置和冒口形式的不同提出了三種方案，通過(guò)數(shù)值模擬后對(duì)方案進(jìn)行比較，我們選擇出了最佳設(shè)計(jì)方案【關(guān)鍵字】右鉸接支架 鑄造工藝 數(shù)值模擬 1. 零件分析1.1. 設(shè)計(jì)要求(1) 未注鑄造圓角R3(2) 未注壁厚及筋厚均為10(3

6、) 制造拔模斜度不大于3°(4) 鑄件表面應(yīng)該光潔，去除毛刺和銳邊，且不允許有砂眼、氣孔、夾渣等明顯的鑄造缺陷(5) 漆以CA/C202乙按 Q/CATBD121.2. UG三維設(shè)計(jì)利用UG對(duì)零件進(jìn)行三維造型得到如圖1-1所示的圖形：圖1-1右鉸接支架的三維造型圖主要的參數(shù)見(jiàn)表1-1：表1-1 右鉸接支架的參數(shù)表名稱右鉸接支架外形尺寸424.5×363×152.5mm材料QT450-10（鐵素體型）表面積2922.15cm²密度7.3 g/cm3最大尺寸424.5mm體積1580.4cm3 使用場(chǎng)合駕駛室質(zhì)量11.537kg生產(chǎn)性質(zhì)大批量1.1. 材料信

7、息材料名稱：球墨鑄鐵（鐵素體型）；牌號(hào)：QT 450-10；標(biāo)準(zhǔn)：GB/T1348-2009(代替GB/T 1348-1988）；化學(xué)成分：表1-2；表1-2 QT450-10化學(xué)成分表碳 C硅 Si錳 Mn硫 S磷 P鎂 Mg稀土Re碳當(dāng)量3.704.00%2.152.93%0.460.66%0.0100.016%0.0270.035%0.0270.050%0.0260.043%4.34.6力學(xué)性能：表1-3；表1-3 QT450-10力學(xué)性能表抗拉強(qiáng)度b (MPa)條件屈服強(qiáng)度 0.2 (MPa)伸長(zhǎng)率 (%)硬度45031010160210HB1.2. UG厚度分析平均厚度9.46782

8、 ，最大厚度23.3833mm，主體厚度余1015mm，零件的厚度分布較為均勻，屬于薄壁零件。壁厚分析如下圖1-2：圖1-2 UG檢查壁厚的分析2. 鑄造方案確定2.1. 造型方法球鐵件的鑄造工藝比較廣泛，查相關(guān)資料可知，造型方法的選用原則為：（1）手工造型優(yōu)先選用普通粘土濕砂型，這是由于普通粘土的吸濕性和修補(bǔ)性好。生產(chǎn)中小型鑄件，無(wú)論從成本，環(huán)保，生產(chǎn)率考慮，濕型都是最有優(yōu)勢(shì)的。當(dāng)濕型不能滿足要求時(shí)在考慮使用表干砂型，干砂型或其它砂型。（2）造型方法及造芯方法的選擇應(yīng)與實(shí)際生產(chǎn)相適應(yīng)。（3）造型方法應(yīng)適應(yīng)工廠條件。（4）要兼顧成本。目前，汽車(chē)、拖拉機(jī)、采油機(jī)等工業(yè)中，質(zhì)量在300-500kg

9、以下的薄壁鑄鐵件，目前均已成功的采用濕型鑄造，濕型砂造型也是使用最廣泛、最方便的造型方法，大約占所有砂型使用量的60%-70%。由于該零件屬于中小型鑄件，因此可以選用濕型砂型鑄造，考慮到石墨的自補(bǔ)縮作用和減少縮孔、縮松等缺陷，需要砂型緊實(shí)度高，強(qiáng)度硬度高，故選用高壓造型機(jī)，也可以滿足批量生產(chǎn)的要求。造型方法：濕砂鑄造，高壓造型2.2. 金屬合金球化與孕育處理球墨鑄鐵需要在澆注前向鐵液中加入純鎂或稀土鎂合金，以阻止鐵液結(jié)晶時(shí)片狀石墨析出，促進(jìn)球狀石墨生成。我國(guó)常采用的球化劑有鎂、稀土或稀土-硅鐵-鎂合金三種，純鎂的球化作用很強(qiáng)，球化率很高，但是純鎂又是強(qiáng)烈阻礙石墨化的元素，有增大鑄鐵白口化的傾向

10、，而且純鎂的沸點(diǎn)較低加入鐵液中沸騰飛濺，燒損嚴(yán)重。我國(guó)目前廣泛應(yīng)用的球化劑是稀土-硅鐵-鎂合金。主要成分為Re=17%25%，Mg=3%12%，Si=34%42%，F(xiàn)e=21%22%。采用這種球化劑時(shí)，由于鎂含量低，球化反應(yīng)平穩(wěn)，通常采用沖入法，即將球化劑放入澆包中，然后沖入鐵液使球化劑逐漸熔化。孕育處理中，考慮到鉍與稀土或鈣復(fù)合可以顯著增加石墨球數(shù)，適用于鑄態(tài)薄壁鐵素體球墨鑄鐵件，該鑄件正是鑄態(tài)鑄態(tài)薄壁鐵素體球墨鑄鐵件，故孕育劑選用鉍。球化處理劑：稀土硅鐵鎂合金 ，沖入法孕育處理劑：鉍2.3. 分型面分型面的選擇原則有：1)應(yīng)保證模樣能順利的從鑄型中取出2)應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)量3)應(yīng)盡量使

11、分型面是一個(gè)平直的面4）盡量將鑄件全部或大部分放在同一個(gè)半型內(nèi)根據(jù)選擇原則和零件的特點(diǎn)，提出以下兩種方案 1. 方案一:三箱造型（圖2-1）圖2-1 三箱造型分型面優(yōu)點(diǎn)：分型面均是平面，不需要設(shè)計(jì)砂芯，工藝較為簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：分型面較多，不易保證鑄件精度；多個(gè)分型面不利于提高生產(chǎn)效率，如果是手工單件生產(chǎn)比較合理，2. 方案二：兩箱造型（圖2-2）對(duì)于該鑄件，我們提出了如圖2-2所示的平面分型方式，在鑄件的左側(cè)設(shè)計(jì)砂芯。如果分型面設(shè)置在最大截面處，并且基準(zhǔn)平面均位于下型，雖然分型面有錯(cuò)箱誤差，分型面處會(huì)有痕跡，但對(duì)鑄件的尺寸精度影響不大。 圖2-2 兩箱造型分型面優(yōu)點(diǎn)：相比于三箱造型，分型面較少，加工

12、基準(zhǔn)面都位于下型，有利于提高加工精度，同時(shí)可采用機(jī)械造型，提高生產(chǎn)效率。缺點(diǎn)：需要設(shè)計(jì)砂芯綜上所述：我們選擇兩箱造型的分型面2.4. 澆注位置確定澆注位置是指澆注是鑄件在鑄型中所處的位置。選擇澆注位置時(shí)，以保證鑄件質(zhì)量為前提，同時(shí)盡量簡(jiǎn)化造型工藝和澆注工藝。確定澆注位置是應(yīng)考慮一下原則：（1） 鑄件的重要部分應(yīng)盡量置于下部（2） 重要加工面應(yīng)朝下或呈直立狀態(tài)（3） 使鑄件的大平面朝下，避免夾砂結(jié)疤類(lèi)缺陷（4） 應(yīng)保證鑄件能充滿（5） 應(yīng)有利于鑄件的補(bǔ)縮（6） 應(yīng)是合箱位置合理、澆注位置和鑄件冷卻位置相一致由于本鑄件壁厚較均勻，在選擇澆注位置時(shí)主要保證鑄件的重要部位、受力部位和主要加工面等位于下

13、箱，此鑄件上凸臺(tái)，吊耳，以及端部等為重要部位，將內(nèi)澆口位置選擇在支架大平板的側(cè)面，且選擇在沒(méi)有吊耳的一面，接近最大壁厚處，側(cè)面較平整，便于精整，澆注位置和內(nèi)澆口位置如圖2-3所示：圖2-3澆注位置3. 鑄造工藝參數(shù)設(shè)計(jì)3.1. 鑄件尺寸公差查鑄造手冊(cè)鑄造工藝表3-40、3-41，鑄件材料為球墨鑄鐵，采用砂型機(jī)器造型，選擇公差等級(jí)為CT10，主要尺寸公差數(shù)值為2.2mm3.2. 鑄件重量公差查鑄造手冊(cè)鑄造工藝表3-44，質(zhì)量公差的選擇應(yīng)當(dāng)與尺寸公差相對(duì)應(yīng)，故質(zhì)量公差為MT10，該鑄件質(zhì)量上下偏差之和為12%。3.3. 機(jī)械加工余量查HB 6103-2004 鑄件尺寸公差和機(jī)械加工余量附錄表B.1

14、，鑄造工藝為砂型機(jī)械造型，選擇等級(jí)F級(jí)，零件最大尺寸為424.5，故加工余量為3mm 。3.4. 鑄造收縮率查鑄造手冊(cè)鑄造工藝表3-50，鑄件為鐵素體球墨鑄鐵，收縮形式為受阻收縮：取0.9%。3.5. 起模斜度查鑄造手冊(cè)鑄造工藝表3-54，選擇鑄件起模斜度選擇為1°3.6. 最小鑄出孔查閱鑄造手冊(cè)-鑄造工藝表3-77，故零件除了直徑100的孔外，其余的孔均不需要鑄造出來(lái)?？偨Y(jié)：加入機(jī)械加工余量和起模斜度之后鑄件的信息為：密度 = 7.3kg/cm3體積 = 1759270 mm3面積 = 295945mm2質(zhì)量 = 12.8kg3.7. 鑄型、砂芯設(shè)計(jì)由于鑄件的較小，因此我們選用了一

15、箱兩件的鑄造工藝。3.7.1. 鑄型設(shè)計(jì)（1）吃砂量查鑄造手冊(cè)-鑄造工藝表3-37，按照鑄件確定吃砂量。吃砂量：鑄件質(zhì)量為13kg，故a=60，b=60，c=40，d=50，e=50，f=30(2)平均水平靜壓頭H均鑄件全部位于下型時(shí)的平均靜壓頭高度由鑄造手冊(cè) 第五卷 鑄造工藝表3-135查出：鑄件高度為145mm，上砂型高度為150mm，故H均=30cm。（3）鑄型尺寸將吃砂量以及平均水平靜壓頭的尺寸結(jié)合，最終確定鑄型的尺寸如圖3-1所示。方案一方案二圖3-1 鑄型尺寸3.7.2. 砂芯設(shè)計(jì)（1）尺寸設(shè)計(jì)砂芯主要用來(lái)形成鑄件的內(nèi)腔、空洞和凹坑，在澆注時(shí)，它的大部分或部分表面被液態(tài)金屬包圍，經(jīng)

16、受金屬液的熱作用和機(jī)械作用強(qiáng)烈，排氣條件差，出砂及清理困難。因此，對(duì)砂芯的性能要求一般比型砂高。因此我們選用了樹(shù)脂砂芯。其尺寸信息如圖3-2所示。水平芯頭以及間隙尺寸如圖3-3所示：圖3-2 砂芯圖3-3 水平芯頭和間隙尺寸（2）排氣設(shè)計(jì)由于砂芯外形比較簡(jiǎn)單，所以通氣針扎出排氣道即可。4. 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1. 澆注溫度依據(jù)球墨鑄鐵的常用澆注溫度，該鑄件的澆注溫度控制在1350左右。由于在球墨鑄鐵球化、孕育處理過(guò)程中要加入一定的球化劑，因此為了保證球化孕育的效果（球化劑的熔化），澆注溫度不能太低。但是另一方面避免球化衰退、孕育衰退、石墨漂浮等缺陷，澆注溫度不能太高。綜上所述，鐵液處理溫度控制在

17、14201460。4.2. 澆注時(shí)間球墨鑄鐵的澆注時(shí)間可按照灰鑄鐵件澆注時(shí)間計(jì)算公式確定澆注時(shí)間，然后減少1/21/3?；诣T鐵澆注時(shí)間計(jì)算公式為t=SG，故球墨鑄鐵計(jì)算公式為：t=12SG式中 t 澆注時(shí)間G型內(nèi)金屬總重量，包括澆冒口系統(tǒng)S系數(shù)，取決于鑄件壁厚，可由表查出(1) G：在澆注系統(tǒng)尺寸計(jì)算中，需要知道充入型腔內(nèi)金屬液的重量。由于澆冒口系統(tǒng)重量計(jì)算困難，所以可以通過(guò)工藝出品率來(lái)進(jìn)行估算。工藝出品率=鑄件重量鑄件重量+澆冒口重量×100%鑄件的工藝出品率查鑄造手冊(cè) 第五卷 鑄造工藝表3-138，工藝出品率取70%，鑄件質(zhì)量為13Kg，故單件生產(chǎn)總重量G=18.6kg：兩件生產(chǎn)

18、總重量G=37.2kg(2) S：查鑄造手冊(cè) 第五卷 鑄造工藝表3-129，鑄件主要壁厚為10mm，故S取2.2將G和S的數(shù)值帶入公式單件生產(chǎn)：t=12SG=12×2.2×18.625s鑄件澆注時(shí)間為5s兩件生產(chǎn)：t=12SG=12×2.2×37.27s鑄件澆注時(shí)間為7s4.3. 澆道截面積計(jì)算4.3.1. 方案一(1) 鑄件采用的是封閉、頂注式澆注系統(tǒng)，首先根據(jù)奧贊公式計(jì)算最小阻流截面積。奧贊公式：F阻=Gt2gH均式中 F阻最小阻流截面積，對(duì)于封閉式澆注系統(tǒng)，為內(nèi)澆道截面積t 澆注時(shí)間，5sG型內(nèi)金屬總重量，包括澆冒口系統(tǒng)鑄件密度，7.3g/cm2

19、g重力加速度，9.8m/s2 H均 平均計(jì)算靜壓頭流量系數(shù)l 流量系數(shù)值：查鑄造手冊(cè) 第五卷 鑄造工藝表3-127和3-128初步確定為0.42，修正之后最終確定值為0.7。將數(shù)值帶入公式：F阻=Gt2gH均=372007.3×0.7×7×2×980×30=4.3cm2(2) 查鑄造手冊(cè) 第五卷 鑄造工藝表3-152常用球墨鑄鐵澆注系統(tǒng)尺寸表，得出內(nèi)澆道、橫澆道、直澆道的尺寸信息，如圖4-1所示：內(nèi)澆道 兩個(gè)，a=28，b=26，c=9，內(nèi)澆道截面積為4.8；橫澆道 a=24，b=18，c=26，橫澆道截面積5.4；直澆道 d=29，橫澆道截面

20、積6.3； 圖4-1 方案一澆道截面積(3) 澆口杯尺寸選擇澆口杯尺寸澆口杯直徑(或?qū)挾?至少要比金屬液流直徑大一倍;其頂部寬度要比直澆道直徑大一倍;沿澆注方向的長(zhǎng)度要兩倍于寬度;而深度可等于寬度;澆日杯中容納的金屬液量應(yīng)比直澆道的容量大。中、小型澆口杯的尺寸可根據(jù)直澆道直徑或鑄件重量， 用查表法確定。確定普通漏斗形澆口杯根據(jù)鑄造手冊(cè) 第五卷 鑄造工藝表3-217選出澆口杯尺寸，如圖4-2所示：圖4-2 澆口杯4.3.2. 方案二計(jì)算方法和方案一相同，直接寫(xiě)出計(jì)算結(jié)果：(1)F阻=Gt2gH均=168007.3×0.7×5×2×980×30=2

21、.7cm2(2)內(nèi)澆道、橫澆道、直澆道的尺寸信息，如圖4-3所示：內(nèi)澆道 一個(gè)，a=38，b=35，c=11，內(nèi)澆道截面積為3.84；橫澆道 a=23，b=15，c=25，橫澆道截面積4.8；直澆道 d=27，橫澆道截面積5.7； 圖4-3 方案二澆道截面(3)澆口杯尺寸選擇，圖4-4圖4-4 澆口杯5. 數(shù)值模擬與工藝優(yōu)化本設(shè)計(jì)運(yùn)用華鑄CAE鑄造工藝分析軟件，模擬了球墨鑄鐵QT450-10濕型鑄造金屬液的充型與凝固的過(guò)程，并根據(jù)軟件所預(yù)測(cè)的鑄件上縮孔、縮松等鑄造缺陷的分布情況，對(duì)澆注方案及冒口進(jìn)行優(yōu)化整改，最終盡可能減少鑄造缺陷。5.1. 模擬條件及材料物性參數(shù)模擬條件及材料物性參數(shù)參見(jiàn)表5

22、-1。表5-1材料物性參數(shù)及模擬條件材料物性參數(shù)鑄件（QT450-10）空氣鑄型（濕型）密度（g/cm3）7.30.001211.600000導(dǎo)熱系數(shù)（cal/s·m·）0.0650970.0000620.001680熱容（cal/g·）0.1844220.240.270000初始溫度（）135020.020模擬條件澆注溫度（）13500環(huán)境溫度（）20.0臨界固相率0.70潛熱（cal/g）55.0液相線（）1209.680054固相線（）1086.829956熱輻射系數(shù)0.375000液相收縮率（1/）0.000040相變收縮率0.0100005.2. 鑄件模

23、擬只對(duì)鑄件進(jìn)行純凝固CAE模擬，找出縮孔、縮松集中的地方，尋找鑄件的熱節(jié)，然后在熱節(jié)附件添加冒口工藝。模擬結(jié)果如圖5-1所示。從模擬的凝固過(guò)程以及圖5-1中我們可以看出，鑄件的熱節(jié)也就是縮松縮孔集中的部位有兩處。為了后續(xù)討論的方便，我們將這兩個(gè)部位分別命名為“熱節(jié)1”和“熱節(jié)2”，我們?cè)诠に囋O(shè)計(jì)過(guò)程中在這兩個(gè)部位設(shè)計(jì)了冒口，來(lái)對(duì)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮。熱節(jié)2熱節(jié)1圖5-1注：圖中，紫紅色部分表示的是縮松缺陷，黑色部分表示的是縮孔缺陷。5.3. 冒口設(shè)計(jì)球墨鑄鐵具有糊狀凝固的特性，易產(chǎn)生分散性縮松，對(duì)于濕型鑄造模數(shù)Mc =0.482.5cm的球墨鑄鐵件，可以設(shè)計(jì)控制壓力冒口。控制壓力冒口：澆注結(jié)束后，冒口

24、補(bǔ)給鑄件的液態(tài)體收縮，在鑄件發(fā)生共晶膨脹初期冒口頸暢通，可使鑄件內(nèi)鐵液回填冒口以釋放“壓力”，應(yīng)用合理的冒口頸尺寸，使共晶膨脹未結(jié)束之前冒口頸就適時(shí)地凍結(jié)以控制回填程度，或者以一定的暗冒口容積控制回填程度，利用部分共晶膨脹在鑄件內(nèi)建立適度的內(nèi)壓以抵消二次收縮缺陷，從而獲得既無(wú)縮孔和縮松，又能避免脹大變形的鑄件。冒口以暗邊冒口為宜，安放在鑄件的厚大部位。下面利用模數(shù)法對(duì)冒口尺寸進(jìn)行計(jì)算：M冒=1.2M，M頸=0.67 M冒熱節(jié)一：可采用圓柱形暗冒口對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)縮。利用UG分析出體積和散熱表面積，求出模數(shù)M1V1=132cm3 S1=224cm2 M1= V1 / S1=0.59cmM冒1=0.7c

25、mM頸1=0.67 M冒1=0.48cm查閱鑄造手冊(cè) 第五卷 鑄造工藝表3-250：M冒1=0.83，d=h=50mm。 熱節(jié)二：用一個(gè)暗冒口對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)縮：V2=124cm3 S2=176.33cm2 M2= V2 / S2=0.7cmM冒2=1.2M2=0.84cmM頸2=0.67 M冒2=0.56m查閱鑄造手冊(cè) 第五卷 鑄造工藝：圓柱形冒口：M冒1=0.83，d=h=50mm腰形暗冒口：M冒2=1.12cm，a=50mm，b=h=75mm 5.4. 方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化5.4.1. 方案一一箱兩件，采用頂注式澆注系統(tǒng)，圓柱形冒口，鑄件工藝如下圖所示：圖5-2利用華鑄CAE對(duì)該鑄造方案進(jìn)行模擬，模

26、擬結(jié)果如圖5-3所示：圖5-3注：圖中，紫紅色部分表示的是縮松缺陷，黑色部分表示的是縮孔缺陷。從模擬結(jié)果中可以看出，鑄件基本上沒(méi)有大面積的缺陷，只有少量的縮松和一點(diǎn)縮孔。“熱節(jié)2”處的冒口頸處有少量的縮孔。從充型凝固過(guò)程來(lái)看，產(chǎn)生缺陷的原因是冒口的補(bǔ)縮距離不夠。冒口頸過(guò)早的凝固。針對(duì)在這種缺陷我們進(jìn)行了方案的進(jìn)一步改進(jìn)?！盁峁?jié)1”處，我們將冒口改到中間位置后，缺陷消失。而對(duì)于“熱節(jié)2”的縮孔，通過(guò)增加冒口的高度以及改變冒口的位置都沒(méi)有較大的改善，所以我們將冒口的形式修改為腰形暗冒口，從而得到了方案一的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。5.4.2. 方案一優(yōu)化設(shè)計(jì)采用頂注式澆注系統(tǒng)，針對(duì)方案一進(jìn)行改進(jìn)?！盁峁?jié)1”處

27、圓柱形冒口據(jù)中間，“熱節(jié)2”處設(shè)置腰形暗冒口。如圖5-4所示。圖5-4利用華鑄CAE對(duì)該鑄造方案進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果如圖5-5所示：圖5-5注：圖中，紫紅色部分表示的是縮松缺陷，黑色部分表示的是縮孔缺陷。從上圖中可以看出，鑄件幾乎沒(méi)有縮孔縮松，保證了鑄件重要受力面和加工面的精度和性能。相比于方案一，鑄件的質(zhì)量改善。5.4.3. 方案二采用底注式澆注系統(tǒng)，單件生產(chǎn)，冒口設(shè)計(jì)同方案二，如圖5-6。圖5-6利用華鑄CAE對(duì)該鑄造方案進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果如圖5-7所示：圖5-7注：圖中，紫紅色部分表示的是縮松缺陷，黑色部分表示的是縮孔缺陷。從圖5-7中可以看出，鑄件沒(méi)有成型缺陷，鑄件的質(zhì)量較好。5.4.4

28、. 比較總結(jié)比較各種澆注系統(tǒng)：（1）頂注式澆注系統(tǒng)：以澆注位置為基準(zhǔn)，金屬液從鑄件型腔頂部引入的澆注系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是：1) 液態(tài)金屬?gòu)蔫T型的型腔頂部引入，在澆注和凝固的過(guò)程中，鑄件上部的溫度高于鑄件下部，有利于鑄件自下而上順序凝固，能夠有效發(fā)揮頂部冒口的補(bǔ)縮作用。2) 液流流量大，充型時(shí)間段，充型能力強(qiáng)。3) 造型工藝簡(jiǎn)單，模具制造方便，澆注系統(tǒng)和冒口消耗金屬少，澆注系統(tǒng)切割清理容易。頂注式澆注系統(tǒng)最大的缺點(diǎn)是，液體金屬進(jìn)入型腔后，從高處落下，對(duì)鑄型沖擊大，容易導(dǎo)致液態(tài)金屬的飛濺、氧化和卷入氣體，形成氧化夾渣和氣孔缺陷。頂注式澆注系統(tǒng)主要用于質(zhì)量不大，高度不高，形狀簡(jiǎn)單的中小鑄件。（2）底注式澆

29、注系統(tǒng)：內(nèi)澆道設(shè)置在鑄件底部。其優(yōu)點(diǎn)是：1) 合金從下部充填型腔，流動(dòng)平穩(wěn)。2）無(wú)論澆口多大，橫澆道基本處于充滿狀態(tài)，有利于擋渣。型腔內(nèi)的氣體能順利排出。這種澆注系統(tǒng)缺點(diǎn)：1） 充型后鑄件的溫度分布不利于自下而上的順序凝固，削弱了頂部冒口的補(bǔ)縮作用2） 鑄件底部尤其是內(nèi)澆道附近容易過(guò)熱，使鑄件易產(chǎn)生縮松、縮孔、晶粒粗大等缺陷。3） 充型能力差，對(duì)大型薄壁鑄件容易產(chǎn)生冷隔和澆不足的缺陷。4） 鑄造工藝復(fù)雜，金屬消耗量大。底注式澆注系統(tǒng)廣泛應(yīng)用與鎂鋁合金鑄件的生產(chǎn)，也適用于形狀復(fù)雜、要求高的各種黑色金屬的鑄造。右鉸接支架鑄件質(zhì)量較小，屬于中小型鑄件，鑄件壁厚較為均勻，鑄件高度也較小，采用頂注式澆注

30、系統(tǒng)，不會(huì)對(duì)鑄型造成很大的沖刷，能夠保證鑄件滿足質(zhì)量要求。從鑄件質(zhì)量來(lái)看，方案一和方案二都能夠很好的滿足鑄件質(zhì)量的要求。從鑄件工藝出品率來(lái)看，方案一為75%，方案二為63.8%，雖然方案一是一箱兩件的生產(chǎn)，但是底注式澆注系統(tǒng)本身金屬消耗量比較大，一般不采用。綜上所述，方案一較好。6. 砂箱設(shè)計(jì)6.1. 設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)和選用砂箱的基本原則     1)滿足鑄造工藝要求。如砂箱和模樣間應(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&

31、#160;購(gòu)造型機(jī)的主要依據(jù)。為此。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，使用中保證不斷裂或發(fā)生過(guò)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6.2. 尺寸設(shè)計(jì)砂箱是用于制作砂型和運(yùn)輸砂型的工藝裝備，設(shè)計(jì)砂箱時(shí)必須使砂箱既符合鑄造工藝的要求，又符合車(chē)間造型和運(yùn)輸?shù)囊蟆Ｒ虼?，正確的選擇和設(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，

32、降低成本等有重要的意義。上下箱材料均選HT150砂箱的內(nèi)框尺寸，主要根據(jù)零件工藝布置圖和吃砂量來(lái)確定。然后再根據(jù)通用砂箱規(guī)格系列表來(lái)選擇和確定合適的砂箱內(nèi)框尺寸。砂箱把采用整鑄式，砂箱把與砂箱連接處采用圓角鏈接以減少鑄造應(yīng)力等缺陷。砂箱兩側(cè)邊上邊沿打有排氣孔，可加快鑄造時(shí)氣體的排出。方案一砂箱內(nèi)框尺寸為1000×550×350mm。（上下箱高度分別為200和150）如圖6-1所示上箱下箱整體裝配圖圖6-1 砂箱方案二砂箱內(nèi)框尺寸為650×550×350mm。（上下箱高度分別為200和150）如圖6-2所示上箱下箱整體裝配圖圖6-2 砂箱7. 鑄件清理鑄件

33、的設(shè)計(jì)要求中說(shuō)明，鑄件表面應(yīng)該光潔，去除毛刺和銳邊，且不允許有砂眼、氣孔、夾渣等明顯的鑄造缺陷，因此在鑄造完成后進(jìn)行鑄件清理必不可少。鑄件的清理包括表面清理和出去多余的金屬兩部分。前者是除去鑄件表面的砂子和氧化皮，后者主要是去除澆冒口、飛邊毛刺。（1）表面清理：由于鑄件較為簡(jiǎn)單，故選用拋丸清理，裝備選用間歇作業(yè)式拋丸清理滾筒（一般用于清理小于300kg、容易翻轉(zhuǎn)而又不怕碰撞的零件）。（2）去除多余金屬：專(zhuān)用的機(jī)械、操作器8. 鑄造工藝卡8.1. 方案一鑄造工藝卡（方案一）工藝簡(jiǎn)圖附錄2產(chǎn)品名稱右鉸接支架每箱件數(shù)2鑄件材料單件毛重(kg)澆冒口重量(kg)澆注總重（kg）工藝出品率(%)模型類(lèi)別QT450-1012.8kg8.54kg34.14 kg75%木模造型方法鑄型種類(lèi)型砂名稱通氣方式機(jī)械造型重力鑄造濕型通氣孔澆注澆注溫度( )澆注時(shí)間(s)澆澆高度（mm）零件最小壁厚（mm）13507 s2008澆冒口名稱面積數(shù)量備注直澆道6.3c