端蓋零件鑄造工藝 (2)課件

1、端蓋零件鑄造工藝設(shè)計端蓋零件鑄造工藝設(shè)計主講人：劉昊天制作人：劉超 李天曉材料:HT2002015.10.15材料性能特點材料性能特點v抗拉強度和塑性低，但鑄造性能和減震性能好。v較高強度鑄鐵，基體為珠光體，強度、耐磨性、耐熱性均較好，減振性良好；鑄造性能較好，需要進行人工時效處理。v1.一般機械制造中較為重要的鑄件，如：汽缸、齒輪、機座、金屬切削機床床身及床面等；v2.汽車、拖拉機的氣缸體、氣缸蓋、活塞、剎車輪、聯(lián)軸器盤以及汽油機和柴油機的活塞環(huán)；v3.具有測量平面的檢驗共建，如:劃線平板、V形鐵、平尺、水平儀框架等；v4.承受7.85MPa以下中等壓力的液壓缸、泵體、閥體以及要求有一定耐腐

2、蝕能力的泵殼、容器，如潛污泵的泵體，泵蓋，葉輪等；v5.圓周速度1220m/s的帶輪以及其他符合所列工作條件的零件；v6.需經(jīng)表面淬火的零件。應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例一、零件圖及立體圖結(jié)構(gòu)分析一、零件圖及立體圖結(jié)構(gòu)分析零件圖如下：零件圖如下：零件圖如下： 圖1.零件主視圖 圖2.零件左視圖二、維立體圖如下：二、維立體圖如下：1.1.鑄造工藝設(shè)計方法及分析鑄造工藝設(shè)計方法及分析 1.11.1鑄件壁厚鑄件壁厚為了避免澆不到、冷隔等缺陷，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。三、工藝設(shè)計過程三、工藝設(shè)計過程查得灰鐵鑄件在100200mm的輪廓

3、尺寸下，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。表1.鑄件最小允許壁厚材料材料鑄件輪廓尺寸鑄件輪廓尺寸/mm200 x200以下以下200 x200500 x500500 x500以上以上鑄鋼鑄鋼6810121825鑄鐵鑄鐵566101520球墨球墨鑄鐵鑄鐵6121.21.2造型、制芯方法造型、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范圍可調(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。1.31.3砂箱中鑄件數(shù)目的確定砂箱中

4、鑄件數(shù)目的確定根據(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. 鑄件排布的初步設(shè)計2.鑄造工藝參數(shù)的確定鑄造工藝參數(shù)的確定2.12.1鑄件尺寸公差鑄件尺寸公差表2.二級精度灰鑄鐵件的尺寸偏差（JZ67-62） (毫米) 2.22.2機械加工余量機械加工余量機械加工余量是指在鑄件加工表面上留下的、準備用機械加工方法切去的金屬層的厚度，目的是獲得精確的尺寸和光潔的表面，以符合設(shè)計的要求。表4. 二級精度灰鑄鐵件機械加工余量（mm） 查表得，鑄件的加工余

5、量為：頂面3.5mm，側(cè)面3mm，底面4mm，如圖7所示。圖7.鑄件加工余量示意圖2.32.3拔模斜度拔模斜度拔模斜度的大小應(yīng)根據(jù)模樣的高度，模樣的尺寸和表面光潔度以及造型方法來確定，見表5。對于本設(shè)計中的零件，選取拔模斜度為130。表5 拔模斜度 2.42.4鑄孔起模斜度鑄孔起模斜度由表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）2.52.5鑄鐵的鑄造收縮率鑄鐵的鑄造收縮率vk=(L模樣一L鑄件)/L鑄件 X 100%v式中：L模樣模樣尺寸；L 鑄件鑄件尺寸

6、。v鑄造收縮率主要和鑄造合金的種類及成分有關(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%。v表7. 鑄件收縮率3. 砂芯砂芯3.13.1砂芯尺寸砂芯尺寸根據(jù)鑄件澆注位置、分型面以及內(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)見下圖。（1） 芯頭設(shè)計 選擇垂直芯頭，并設(shè)置壓環(huán)以及集砂槽。（2） 芯頭尺寸 （a）垂直芯頭的尺寸包括其長度，斜度以及芯頭與 芯座之間的間隙。 根據(jù)鑄型種類為濕型，芯頭直徑小于34mm。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。（b）查表4-2，砂芯

7、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30mm。由下芯頭高度h，查得上芯頭高度h1 為20mm。（c）查表4-3，由h選取上、下芯頭的a值分別為5mm， 2.5mm。（3） 壓環(huán)與集砂槽為了快速下芯、合型及保證鑄件質(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3.2 3.2 芯骨芯骨 對于小砂芯或砂芯的細薄部分，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)計中砂芯沒有細薄部分，所以芯骨的設(shè)計可以不考慮

8、。4 澆注系統(tǒng)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)澆道等部分組成。4.14.1分型面設(shè)計及澆注位置的選擇分型面設(shè)計及澆注位置的選擇澆注位置選擇原則：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及冒口的安放2）.鑄件的重要部分應(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則：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

9、不使砂箱過高確定方案：方案一：如圖10-1，將鑄件大部分（重要部分）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。圖10-1方案一方案二：如圖10-2，上下砂箱對稱分布；但 由于側(cè)表面是非加工面，在分型面 處會產(chǎn)生飛邊，影響鑄件表面精度。綜上，選擇方案一。綜上，選擇方案一。圖10-2方案二4.2澆道的設(shè)計4.2.1澆注系統(tǒng)截面的選擇：如表8所示。表8. 澆注系統(tǒng)截面 澆注系統(tǒng)分為開放式，封閉式，半封閉式，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，選擇半封半封閉式澆注系統(tǒng)閉式澆注系統(tǒng)， F橫F直F內(nèi)，F(xiàn)內(nèi)為控

10、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。4.2.24.2.2澆注系統(tǒng)斷面尺寸的設(shè)計澆注系統(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，以伯努利方程為基礎(chǔ)的水力學(xué)近似計算公式是：F內(nèi)=G/(t0.31Hp)(cm2)式中：F內(nèi)內(nèi)澆道總斷面積(cm2)；G流經(jīng)內(nèi)澆道的液態(tài)合金重量(Kg)；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2.2kg

11、，加上澆注系統(tǒng)中金屬液的損耗，鑄件G=2.2kgX(1+25%)=2.75kg。(3)澆注時間t：G=2.75kg，鑄件壁厚在8-15mm，系數(shù)S取2.2。t=SG=3.648s。(4)流量系數(shù)：a=0.5(鑄型阻力小)按表修正：有四個內(nèi)澆道，阻力加大，值取0.05，得=0.5-0.05=0.45。確定平均壓頭Hp：近似于頂端注入，p=0，c=52.5mm。由Hp=H0-p2/2c=Ho，HoHM=Ltan，其中，L=300mm，鑄件壁厚在815mm，壓力角910，取10，得H055mm，由于下芯頭尺寸較大，所以高度適當(dāng)增加，取H0=130mm，H0為上砂箱高度。得Hp=HM=130mm。F內(nèi)

12、=2.75/(0.45X3.648X0.31X13)=0.5cm2。設(shè)置四個內(nèi)澆道，則每個內(nèi)澆道截面積為0.5cm2。查表得選擇I型內(nèi)澆道，取F內(nèi)=0.5cm2。則內(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，則F橫=2cm2，查表得選擇甲-甲橫澆道，取F橫=1.92cm2。截面尺寸：A=14mm，B=10.5mm，C=16.5mm。F直=2.4cm2，圓形截面，查表可得，直澆道下部最小直徑為19mm。查表得，澆口杯尺寸：D1=56mm，D2=52mm，h=40mm。各截面尺寸如圖11所示。A、內(nèi)澆道截

13、面積B、橫澆道截面積(5)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，若壓力角=10，我們只需要HM大于26.4mm即可，這樣進行澆鑄，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500 x400 x200mm。4.2.34.2.3冒口的設(shè)計冒口的設(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，并按順序凝固原則使冒口最后凝固?；诣T鐵的結(jié)晶范圍窄，更接近于層狀凝固。凝固時的膨脹和液態(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。4.2.4 4.2.4 出氣孔出氣孔v出氣孔可排出型腔的氣體或監(jiān)視鑄型中鐵液的充滿程度。出氣孔一般設(shè)置在鑄件頂部，采用暗出氣孔。v圓形出氣孔，其底部直徑d一般等于該處鑄件的厚度的1/21/3，對中小件，常用的d取8mm、10mm、12mm。該處取10mm合適。4.2.5 4.2.5 冷鐵冷鐵v冷鐵是控制鑄件凝固順序和加快冷卻速度的激冷物。冷鐵可以調(diào)節(jié)鑄件溫度分布，改變凝固順序，防止鑄件產(chǎn)