端蓋鑄造工藝設(shè)計說明書

1、工學(xué)碩士學(xué)位論文PAGE IIPAGE 29鑄造工藝課程設(shè)計說明書設(shè)計題目端蓋鑄造工藝設(shè)計學(xué) 院年 級專 業(yè)學(xué)生姓名學(xué) 號指導(dǎo)教師工學(xué)碩士學(xué)位論文鑄造工藝課程設(shè)計說明書PAGE II DATE yy-M-d 21-11-4 DATE yy-M-d 21-11-4目 錄 TOC o h z HYPERLINK l _Toc8437 1 前 言 PAGEREF _Toc8437 h 1 HYPERLINK l _Toc30119 1.1 本設(shè)計的目的、意義 PAGEREF _Toc30119 h 1 HYPERLINK l _Toc25478 1.1.1 本設(shè)計的目的 PAGEREF _Toc25

2、478 h 1 HYPERLINK l _Toc1078 1.1.2 本設(shè)計的意義 PAGEREF _Toc1078 h 1 HYPERLINK l _Toc6315 1.2 本設(shè)計的技術(shù)要求 PAGEREF _Toc6315 h 1 HYPERLINK l _Toc5999 1.3 本課題的發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc5999 h 2 HYPERLINK l _Toc18346 1.4 本領(lǐng)域存在的問題 PAGEREF _Toc18346 h 2 HYPERLINK l _Toc20119 1.5 本設(shè)計的指導(dǎo)思想 PAGEREF _Toc20119 h 2 HYPERLINK l _

3、Toc23393 1.6 本設(shè)計擬解決的關(guān)鍵問題 PAGEREF _Toc23393 h 2 HYPERLINK l _Toc22271 2 零件結(jié)構(gòu)特點及工藝性分析 PAGEREF _Toc22271 h 4 HYPERLINK l _Toc10790 2.1 零件的結(jié)構(gòu)特點 PAGEREF _Toc10790 h 4 HYPERLINK l _Toc6877 2.2 化學(xué)成分及質(zhì)量要求 PAGEREF _Toc6877 h 5 HYPERLINK l _Toc5540 2.2.1 化學(xué)成分 PAGEREF _Toc5540 h 5 HYPERLINK l _Toc23613 2.2.2 質(zhì)

4、量要求 PAGEREF _Toc23613 h 5 HYPERLINK l _Toc19098 2.3 零件結(jié)構(gòu)及工藝性分析 PAGEREF _Toc19098 h 5 HYPERLINK l _Toc17465 3 鑄造工藝方案的確定 PAGEREF _Toc17465 h 6 HYPERLINK l _Toc10157 3.1 澆注位置的確定 PAGEREF _Toc10157 h 6 HYPERLINK l _Toc28941 3.2 分型面的選擇 PAGEREF _Toc28941 h 6 HYPERLINK l _Toc19369 3.3 造型及造芯方法 PAGEREF _Toc19

5、369 h 8 HYPERLINK l _Toc8653 4 鑄造工藝參數(shù) PAGEREF _Toc8653 h 9 HYPERLINK l _Toc3813 4.1 鑄件尺寸公差 PAGEREF _Toc3813 h 9 HYPERLINK l _Toc21700 4.2 鑄件質(zhì)量公差 PAGEREF _Toc21700 h 9 HYPERLINK l _Toc2211 4.3 機械加工余量 PAGEREF _Toc2211 h 9 HYPERLINK l _Toc5569 4.4 鑄造收縮率 PAGEREF _Toc5569 h 10 HYPERLINK l _Toc2216 4.5 起模

6、斜度 PAGEREF _Toc2216 h 10 HYPERLINK l _Toc25568 5 砂芯的設(shè)計 PAGEREF _Toc25568 h 11 HYPERLINK l _Toc28257 5.1 砂芯的形狀 PAGEREF _Toc28257 h 11 HYPERLINK l _Toc4755 5.2 芯頭的設(shè)計 PAGEREF _Toc4755 h 11 HYPERLINK l _Toc21065 6 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 PAGEREF _Toc21065 h 13 HYPERLINK l _Toc26614 6.1 澆注系統(tǒng)的選擇 PAGEREF _Toc26614 h 13 HY

7、PERLINK l _Toc23409 6.2 各交道口截面積計算 PAGEREF _Toc23409 h 14 HYPERLINK l _Toc2734 6.3 各交道口大小 PAGEREF _Toc2734 h 14 HYPERLINK l _Toc10839 6.3.1 直澆道大小 PAGEREF _Toc10839 h 14 HYPERLINK l _Toc9195 6.3.2 橫澆道大小 PAGEREF _Toc9195 h 14 HYPERLINK l _Toc19316 6.3.3 內(nèi)澆道大小 PAGEREF _Toc19316 h 15 HYPERLINK l _Toc3231

8、9 6.3.4 冒口設(shè)計 PAGEREF _Toc32319 h 15 HYPERLINK l _Toc30495 7 工藝裝備 PAGEREF _Toc30495 h 17 HYPERLINK l _Toc28775 7.1 模樣及模板 PAGEREF _Toc28775 h 17 HYPERLINK l _Toc20931 7.2 芯盒 PAGEREF _Toc20931 h 18 HYPERLINK l _Toc6980 7.3 砂箱 PAGEREF _Toc6980 h 20 HYPERLINK l _Toc13938 8 結(jié) 論 PAGEREF _Toc13938 h 21 HYPE

9、RLINK l _Toc31879 致 謝 PAGEREF _Toc31879 h 22 HYPERLINK l _Toc10073 參 考 文 獻 PAGEREF _Toc10073 h 23鑄造工藝課程設(shè)計說明書 前 言 本設(shè)計的目的、意義隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，利用液態(tài)金屬進行成型的新方法、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但傳統(tǒng)的鑄造生產(chǎn)仍是工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其裝備即工藝水平的高低是衡量整個裝備制造業(yè)技術(shù)水平的重要的依據(jù)。我國古代鑄造技術(shù)，從商代中期直到產(chǎn)業(yè)革命前可以說一直處于世界領(lǐng)先水平。新中國成立以后我國的鑄造技術(shù)也在逐步完善逐漸趨于世界先進水平。 本設(shè)計的目的鑄造工藝學(xué)課程設(shè)計是鑄造專業(yè)實

10、踐環(huán)節(jié)之一，是對鑄造專業(yè)的學(xué)生工藝理論和專業(yè)基礎(chǔ)知識的檢驗。了解和掌握鑄件的生產(chǎn)與設(shè)計過程；根據(jù)鑄造零件結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、批量、生產(chǎn)條件等因素，確定鑄造工藝方案及工藝參數(shù)、繪制鑄造工藝圖、工藝卡等技術(shù)文件，最終用于指導(dǎo)鑄件生產(chǎn)操作。 本設(shè)計的意義對于鑄造在生產(chǎn)中，鑄造工藝設(shè)計中各部分的設(shè)計有著各種各樣的原則和要求。通過本次課程設(shè)計來設(shè)計鑄造出合格的端蓋，且鑄件的外觀尺寸符合要求，沒有內(nèi)部組織、力學(xué)性能和殘余應(yīng)力等缺陷，符合實際生產(chǎn)的需要。并全面的了解和掌握鑄造工藝設(shè)計的過程和一般方法。本設(shè)計的技術(shù)要求灰鑄鐵符合標準GB/T1348-2009，必須保證機械性能；凡有加工符號的表面留有加工余量；鑄件不得

11、有砂眼、氣孔、裂紋等缺陷；未注鑄造圓角為R10-R15；鑄造公差等級為ISO8602，CT12級；去毛刺，銳邊銳角倒鈍。 本課題的發(fā)展現(xiàn)狀鑄造技術(shù)目前已經(jīng)有著較為成熟的生產(chǎn)工藝，能夠進行大中型、小型的各類復(fù)雜件的大量生產(chǎn)和單件生產(chǎn)，且能滿足各類生產(chǎn)生活的需求。鑄造成型工藝種類繁多有金屬型鑄造、陶瓷鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、消失模鑄造、砂型鑄造等，而本次設(shè)計所使用的砂型鑄造是應(yīng)用最為普遍的鑄造方法且已經(jīng)有著較為成熟的生產(chǎn)工藝技術(shù)能夠滿足本次設(shè)計的需求。 本領(lǐng)域存在的問題砂型鑄造在生產(chǎn)中有著其獨到的優(yōu)點但同樣的也存在著眾多的問題，例如對澆鑄溫度的控制問題，澆鑄溫度過高會出現(xiàn)粘砂的問題，溫度過低又存

12、在澆不足的風險。以及澆鑄系統(tǒng)的設(shè)計問題，這影響著澆鑄過程中金屬液的流動以及鑄型的完整性。除此之外還存在著砂芯的放置問題，這影響著鑄件尺寸的精確性。以上所提及僅是鑄件領(lǐng)域中存在的部分問題除此還存在眾多的問題有待實踐解決。本設(shè)計的指導(dǎo)思想本設(shè)計主要以最少的工藝實現(xiàn)最快、最合理的生產(chǎn)工藝最為生產(chǎn)要旨，且安全環(huán)保，把生產(chǎn)成本，產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)速度作為生產(chǎn)中的重要準則。 本設(shè)計擬解決的關(guān)鍵問題本次設(shè)計中仍存在著眾多的問題，如鑄件的分型面的選取問題，冒口的設(shè)計問題，澆鑄溫度的確定。對于鑄件分型面的選取要堅持以下原則：1.盡量使鑄件全部或大部分處于同一部分，2.分型面數(shù)目盡可能的少，3.盡量選擇平面作為分型面

13、，4.避免砂箱過高，5.便于下芯、合箱和合型。解決鑄件的精度，起模，合箱問題。而對于冒口的選取則需堅持以下原則：1.要使凝固方向朝向冒口，通常將鑄件置于壁厚出，以實現(xiàn)順序凝固。2.冒口應(yīng)首先設(shè)立在鑄件的熱節(jié)下方保證補縮時的液體的靜態(tài)壓力。3.盡量用一個冒口同時補縮多個熱節(jié)和鑄件。解決鑄件應(yīng)力集中問題。而溫度的確定由于本次澆鑄鑄件厚大則需適當?shù)奶岣邷囟取?零件結(jié)構(gòu)特點及工藝性分析零件的結(jié)構(gòu)特點(1) 零件名稱：端蓋(2) 材料：HT150(3) 零件尺寸：900*H370(4) 生產(chǎn)批量：單件生產(chǎn)零件圖如圖2-1所示。圖2-1 零件圖端蓋屬于大型鑄件，結(jié)構(gòu)較簡單，左右結(jié)構(gòu)對稱。因為端蓋的壁厚較為

14、均勻，鑄造工藝比較簡單，質(zhì)量要求較高。由于鑄件的內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，所以在鑄造的過程中很容易出現(xiàn)夾砂、氣孔等缺陷，因此在確定鑄造工藝的時候，我們需要綜合考慮鑄件的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求等各方面的因素。該鑄件所選用的材料為HT150，鑄鐵材料容易制造出含有內(nèi)腔、外形復(fù)雜的毛坯，其在鑄件生產(chǎn)過程中具有很高的靈活性，適用性廣泛，鑄鐵材料在液態(tài)成型鑄件的尺寸大小方面限制比較大，其壁厚可由2mm到3m左右。對于塑性比較低的鑄件，液態(tài)成型是生產(chǎn)其毛坯或零件的唯一的方法?；瘜W(xué)成分及質(zhì)量要求化學(xué)成分表2-1 HT150化學(xué)成分化學(xué)元素CSiMnPSMgCE質(zhì)量分數(shù)3.7%4.0%2.15%2.95%0.46%0.66%0

15、.16%0.16%0.027%0.05%4.34.6質(zhì)量要求鑄件不允許存在裂紋。鑄件液態(tài)成型不允許存在氣孔、砂眼、縮松、縮孔等缺陷。零件結(jié)構(gòu)及工藝性分析所要生產(chǎn)的鑄件的結(jié)構(gòu)合理與否直接影響鑄件的質(zhì)量，結(jié)構(gòu)合理的鑄件在鑄造過程中能夠有效地避免許多鑄造缺陷。通過所給零件圖可知端蓋的外輪廓尺寸為900*H370，其左右結(jié)構(gòu)對稱，上下結(jié)構(gòu)和前后結(jié)構(gòu)也比較對稱，端蓋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對簡單，壁厚均勻，主要壁厚為200mm，最大壁厚處是370mm，最大孔徑為350mm，最小孔徑為50mm。因為端蓋鑄件為球墨鑄鐵，且單件生產(chǎn)，根據(jù)鑄造工藝課程設(shè)計手冊，如表2-2所示，鑄鐵件最小鑄出孔徑為3050mm，所以鑄件50

16、mm孔不鑄出，由后續(xù)加工得到。表2-2鑄件最小鑄出孔尺寸生產(chǎn)批量最小鑄出孔徑鑄鐵件鑄鋼件大批量生產(chǎn)15303050單件小批量305050由此可得端蓋鑄件圖如圖2-2所示。圖2-2 端蓋鑄件圖 鑄造工藝方案的確定鑄件的合理厚度為保證金屬液充型能力，在設(shè)計鑄件壁厚時，要考慮金屬液的流動性和鑄件的輪廓尺寸。在一定的鑄造條件下，鑄造合金夜充滿鑄型的最小厚度稱為該鑄件的最小壁厚。為了避免鑄件產(chǎn)生澆不到和冷隔等缺陷，應(yīng)使鑄件的設(shè)計壁厚不小于最小壁厚。對于砂型鑄造灰鑄鐵件鑄造，其最小壁厚可參照資料表3.1。表3.1砂型鑄造最小允許壁厚鑄造合金鑄件平均輪廓尺寸/mm2004004008008001250鑄鐵灰

17、鑄鐵58610712球墨鑄鐵6108121014可鍛鑄鐵4658端蓋的最大尺寸為108mm，據(jù)表3.1可以看出本次設(shè)計所選用的做小壁厚為9mm滿足設(shè)計的要求。分型面的選擇分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。充分分析零件的結(jié)構(gòu)從而選擇出最佳的分型面，可以極大的簡化鑄造工藝、節(jié)約勞動成本，增強生產(chǎn)的效率，在提升鑄件質(zhì)量方面起到關(guān)鍵作用。選擇分型面需要符合以下要求： (1)盡可能使鑄件全部或大部置于同一箱內(nèi)，以減少錯型帶來的尺寸偏差保證鑄件尺寸精度，便于造型和合型操作。(2)分型面的選擇一般情況下應(yīng)該選擇平面，分型面選擇平面可以極大地簡化造型總作以及模底板的制作，可以確保鑄件的精度。鑄件結(jié)構(gòu)特殊的情況

18、下，為了方便工藝設(shè)計可以選擇曲面。(3)應(yīng)盡量把鑄件加工定位面和主要加工面放在同一箱內(nèi)，減少加工定位尺寸的偏差。(4)盡可能使鑄件澆筑后的清理工作能夠方便容易。根據(jù)端蓋的結(jié)構(gòu)特點確定了以下兩種分型面分型方法。如圖3-1： 圖3-1 分型面確定方案方案A：分型面選在中心孔處，分型面沒有選在鑄件最大平面處，容易造成鑄件錯模，而且砂箱較高，金屬液沖擊砂型，容易產(chǎn)生夾砂等缺陷。方案BC：有以下幾個優(yōu)點：（1）分型面位于同一個平面且在鑄件最大斷面處，造型時相比階梯面更加的簡單方便；（2）在同一平面可以方便起模，保證鑄件質(zhì)量。但方案B分型面選在側(cè)面孔下方，二側(cè)面孔是需要鑄出的，不利于下芯。綜合上述三種方案

19、的優(yōu)缺點比較，可以確定分型面依據(jù)上述方案B。澆注位置的確定鑄件的澆鑄位置是指澆鑄時鑄件在鑄型內(nèi)所處的位置和狀態(tài)。它關(guān)系到鑄件的冶金質(zhì)量、鑄件的尺寸精度及造型工藝的難易程度，因此在確定工藝方案時需要選擇合適的澆鑄位置。因此澆鑄位置的確定應(yīng)該遵從以下幾個原則：鑄件的重要部位或主要的加工面、耐磨面、受力面等應(yīng)位于下部或呈直立狀態(tài)。鑄件的大平面應(yīng)朝下。保證鑄件的充型能力。要有利于鑄件的補縮。避免使用吊砂、吊芯或懸臂式砂芯。盡量保證合箱的位置、澆鑄位置和鑄件冷卻位置一致。 選定的澆注位置有以下兩種方案如圖3-2所示：圖3-2澆注位置澆注位置根據(jù)以上要求分析，方案A鑄件大部分位于上箱，由于鑄件重量較大，容

20、易發(fā)生漏箱。方案B鑄件大部分位于下箱，且有利于下砂芯。且澆注位置位于鑄件加工面，便于清理。鑄造工藝參數(shù)鑄件尺寸公差鑄件尺寸公差是指鑄件各部分尺寸允許的極限偏差，端蓋是單件生產(chǎn)砂型鑄造、機器造型，根據(jù)鑄造工藝課程設(shè)計手冊表4-1表4-2，鑄件尺寸公差等級取CT12，鑄件尺寸公差數(shù)值為11mm。表4-1 單件小批量生產(chǎn)鑄件尺寸公差等級造型材料公差等級CT灰鑄鐵球墨鑄鐵鑄鋼干、濕型砂131513151315自硬砂111311131214表4-2 鑄件尺寸公差數(shù)值鑄件基本尺寸公差等級CT大于至10111213400630571014630100068111610001500791318 鑄件質(zhì)量公差鑄

21、件重量公差是以占鑄件公稱質(zhì)量的百分率為單位的鑄件質(zhì)量變動的允許值。根據(jù)鑄造工藝課程設(shè)計手冊表4-3表4-4得到端蓋的重量公差等級為MT12級，重量公差數(shù)值10%。表4-3 單件小批量生產(chǎn)鑄件重量公差等級造型材料公差等級MT灰鑄鐵球墨鑄鐵鑄鋼干、濕型砂131513151315自硬砂111311131214表4-4 鑄件重量公差數(shù)值鑄件公稱重量重量公差等級MT大于至10111213100400810121440010006810121000400056810 機械加工余量為了保障零件加工面尺寸和精度，在鑄造工藝設(shè)計時，將加工表面上留出的、準備切去的金屬層厚度稱為機械加工余量。加工余量過大，浪費金屬

22、和機械加工工時，增加鑄件和零件成本；過小則不能完全除去鑄件的表面缺陷，甚至露出鑄件表皮，達不到零件要求。根據(jù)鑄件的尺寸公差等級、要求的機械加工余量級鑄件的最大輪廓尺寸確定加工余量的數(shù)值。鑄件需要加工的表面如下圖4-1：圖4-1鑄件需要加工的表面要求的機械加工余量等級等級共有10級,稱之為A、B、C、D、E、F、G、H、J和K級共10個等級。根據(jù)GB/T6414-1999要求，表4.1 毛坯鑄件典型的機械加工余量等級（GB/T6414-1999）方法要求的機械加工余量等級鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵銅合金砂型手工造型GKFHFHFHFH砂型機械造型或殼型EHEGEGEGEG底選擇F級；處于澆注位置

23、“頂部”的選用“低”的等級，本次設(shè)計對于頂面和鑄孔選擇G級；引用GB/T6414-1999要求的各等級加工余量數(shù)值如下表4-5：表4-5加工余量數(shù)值最大尺寸要求的機械加工余量等級EFG1602504.55.06.02504005.06.07.04006305.56.57.563010006.57.59根據(jù)上表確定確定各加工面的加工余量數(shù)值為：頂面（1、3號）加工余量等級G，加工余量數(shù)值9mm、7.5mm；側(cè)面（2號）加工余量等級F，加工余量數(shù)值6mm；內(nèi)孔（4號）加工余量等級G，加工余量數(shù)值6mm；底面（5、6、7號）加工余量等級F，加工余量數(shù)值7.5mm、6mm、6.5mm. 鑄造收縮率金屬

24、在凝固過和程中有液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮，其中液態(tài)收縮和凝固收縮的結(jié)果會使鑄件最后凝固的部位產(chǎn)生縮孔、縮松，為消除縮孔、縮松，獲取組織致密的鑄件，采取工藝措施進行補縮。根據(jù)該該零件的結(jié)構(gòu)，金屬液在凝固冷卻過程中的收縮介于“自由收縮”與“受阻收縮”之間，因此按照材料鑄造手冊中“鑄造收縮率”的設(shè)計依據(jù)（表4-6）選擇該鑄件的鑄造收縮率為1%。表4.6 各類鑄鐵件的鑄造收縮率鑄件的種類收縮率阻礙收縮自收收縮球墨鑄鐵中小型鑄件0.10.80.91.1大中型鑄件0.70.90.81.0特大型鑄件0.60.80.70.9起模斜度鑄件成型后，為了方便起模，在模樣、芯盒的出模方向留有一定的出模斜度。本次設(shè)

25、計型板采用木模樣，樹脂自硬砂造型，起模斜度根據(jù)鑄造工藝課程設(shè)計手冊表4-7，選擇起模斜度為4.2mm。表4-7 自硬砂造型模樣外表面的起模斜度測量面高度起模斜度金屬、塑料模樣木模樣1602502.22.62504003.64.24006304.65.6 砂芯的設(shè)計砂芯的形狀砂芯用于形成鑄件內(nèi)腔、形成孔以及不易起模的外部輪廓部分，也可以在鑄型局部需要特殊性能時用作砂型的局部。鑄型工藝對砂芯的基本原則是：砂芯的形狀尺寸和在砂型中的位置符合逐漸的要求；要有足夠的強度和剛度，能夠抵抗高溫金屬液體的沖擊和靜壓力；排氣順暢，能將在沖型及凝固過程中產(chǎn)生的氣體順利排出；有較好的退讓性，對鑄件的收縮不會產(chǎn)生阻礙

26、作用；清砂能力好。砂芯的設(shè)計包括：砂芯分塊，下芯順序，砂芯的個數(shù)，芯頭的結(jié)構(gòu)等。在對砂芯設(shè)計時需要符合下面幾個原則：(1)盡量減少砂芯的數(shù)量；(2)復(fù)雜的砂芯分塊設(shè)計；(3)設(shè)計砂芯時要根據(jù)鑄件型腔選擇合適的形狀，鑄型時方便填砂、排氣、安置芯骨等措施。(4)砂芯的分盒面應(yīng)盡量與砂型的分型面一致；(5)便于下芯和合型；(6)多個砂芯相連需要有良好的固定。對于本次設(shè)計的零件端蓋，采用樹脂自硬砂制芯，涉及不到砂芯的烘干。砂芯可以幫助鑄件成型、確保鑄件精度的關(guān)鍵因素。分析鑄件的結(jié)構(gòu)，因為該鑄件為對稱結(jié)構(gòu)，需要做一個砂芯，其形狀如圖5-1所示。圖5.1 砂芯圖芯頭的設(shè)計芯頭是伸出鑄件型腔以外的砂芯一部分

27、，它可以起到定位砂芯的作用。根據(jù)端蓋的型腔結(jié)構(gòu)，設(shè)置一個垂直芯頭。圖5.2垂直芯頭示意圖垂直芯頭：根據(jù)鑄造工藝課程設(shè)計手冊表5-1，因為L=370mm、200mm，D=350mm、110mm，取間隙S=1.5，H=50mm，S=0.5，H=30mm。表5-1垂直型芯頭的高度和芯頭與芯座的配合間隙L砂型類別D或100160160250250400400630SHSHSHSH200400濕砂型0.53540140501.5455525060干砂型111.52自硬砂型111.52垂直芯頭斜度：根據(jù)鑄造工藝課程設(shè)計手冊表5-2，取上部芯頭斜度11mm、7mm，下部芯頭斜度8mm、5mm。表5-2垂直型

28、芯頭的斜度型芯頭位置型芯頭高度406363100100型芯頭斜度上部芯頭7111413下部芯頭581117在鑄件生產(chǎn)過程中，為了快速下芯、合箱及保證鑄件的質(zhì)量，在芯頭的模樣上做出壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽。壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽的示意圖如圖5-3所示：圖5-3壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽的示意圖壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽的尺寸列入下表5-3：表5-3壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽的尺寸垂直芯頭(mm)350砂芯110砂芯e42f53r42芯骨的設(shè)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(chǎn)中通常在砂芯中埋置芯骨，以提高其剛度和強度。110砂芯因為砂芯尺寸較小，而且采用樹脂砂，故砂芯強度較

29、好，砂芯內(nèi)不用放置芯骨。350砂芯根據(jù)鑄造工藝課程設(shè)計手冊表5-4設(shè)計芯骨，芯骨如圖5-4所示。表5-4芯骨尺寸與吃砂量芯骨材料砂芯尺寸芯骨尺寸截面尺寸芯骨吃砂量鑄鐵350*370300*30020*10*302030圖5-4芯骨澆注系統(tǒng)的設(shè)計澆鑄系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道，通常由澆口杯、直澆道、直澆道窩、橫澆道和內(nèi)澆道等單元組成。正確的設(shè)計澆鑄系統(tǒng)使金屬液平穩(wěn)而又合理的充滿型腔，對保障鑄件質(zhì)量有很重要的作用。因此澆筑系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該遵循以下幾條原則：引導(dǎo)金屬液平穩(wěn)、連續(xù)地充滿型腔，避免由于湍流過度強烈而造成夾卷空氣、產(chǎn)生金屬氧化物夾雜和沖刷分流塞。充型過程中流動的方向和速度可以控制，保

30、證對鋼軌截面的沖刷均勻、砂型輪廓清晰、完整。在合適的時間內(nèi)充滿型腔，避免形成夾砂、冷隔、皺皮等缺陷。調(diào)節(jié)鑄型內(nèi)的溫度分布，有利于強化鑄件補縮、防止鑄件變形、裂紋等缺陷。具有擋渣、溢渣能力，凈化金屬液。澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、可靠，減少金屬液消耗，便于推瘤。 澆注系統(tǒng)的選擇澆注系統(tǒng)的引入位置影響到澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型的確定，同時對液態(tài)金屬充型方式、鑄型溫度分布鑄件質(zhì)量影響很大。澆注系統(tǒng)根據(jù)其內(nèi)澆口的設(shè)置位置，可分為頂注式澆注系統(tǒng)、底注式澆注系統(tǒng)、中間注入式澆注系統(tǒng)和階梯式澆注系統(tǒng)。對于中小鑄件多采用將內(nèi)澆口開設(shè)在鑄型的分型面處,可以采用頂注式、底注式和中間注入式的澆注系統(tǒng),對于大型鑄件可以采用階梯式澆注

31、系統(tǒng)。頂注式澆注系統(tǒng)的充型能力強,有利于冒口的補縮，但對鑄型底部的沖擊較大，金屬液在充型過程中容易二次氧化；底注式澆注系統(tǒng)充型過程平穩(wěn)，金屬液不容易氧化，缺點是不利于頂部冒口的補縮，金屬液的充型能力相對較差；中間注入式澆鑄系統(tǒng)同時具有頂注式澆注系統(tǒng)和底注式澆注系統(tǒng)的優(yōu)點和缺點；階梯式澆注系統(tǒng)具有充型能力強、充型平穩(wěn)、金屬液不易氧化、補縮能力強的優(yōu)點，但其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，消耗的金屬液量多。根據(jù)本題目鑄造工藝方案的設(shè)計，據(jù)鑄造工藝手冊常用合金砂型鑄造澆口比及其應(yīng)用采用開放式式澆注系統(tǒng)。 各交道口截面積計算鑄件重量：987kg，每箱一件。采用開放式澆注系統(tǒng)根據(jù)鑄造工程師手冊表（6-89）選?。簡蝹€內(nèi)

32、澆道截面積4.8cm2，八個內(nèi)澆道，內(nèi)澆道截面積共38.4cm2，橫澆道截面積16.2cm2，直澆道截面積19cm2。各交道口大小 直澆道大小本次設(shè)計選取圓錐形直澆道，因為圓錐形直澆道模制造容易、造型方便，所以適用于中、小型鑄件。表6-1 常用球墨鑄鐵個組元截面積編號內(nèi)澆道編號橫澆道編號直澆道abcF內(nèi)abcF內(nèi)DF內(nèi)1181661.011812203.01203.12232171.521914223.62234.23252381.9232315254.83275.74282692.442418265.44296.353028102.953022328.45359.863835113.8634

33、234011.464113.374238124.8740304616.27501984640135.685038592285725.5根據(jù)鑄造工程師手冊表（6-1），D=50mm如圖6.1所示。圖6.1 直澆道截面橫澆道大小根據(jù)鑄造工程師手冊表（6-1），a=40mm，b=30mm，h=46mm。如圖6.2所示。圖6.2 橫澆道截面內(nèi)澆道大小根據(jù)鑄造工程師手冊表（6-1），a=42mm，b=38mm，h=12mm。如圖6.3所示。圖6.3 內(nèi)澆道截面冒口設(shè)計球墨鑄鐵生產(chǎn)中以暗冒口應(yīng)用最廣，而且一般設(shè)計成澆道通過冒口進入鑄件的澆冒口系統(tǒng)。通過熱圓節(jié)法計算冒口直徑，通過測量得到熱節(jié)處直徑為230m

34、m，代入下列公式得：根據(jù)鑄件模數(shù)計算公式： （公式6.1）式中：M表示鑄件模數(shù)；V表示鑄件體積；A表示鑄件散熱面積。通過三維軟件可以得出，鑄件體積137088cm3，鑄件散熱面積27241cm2。將數(shù)據(jù)代入式中得到鑄件模數(shù)為5.033cm。根據(jù)公式 （公式6.2）計算冒口直徑，代入數(shù)據(jù)計算得Dm=31.1cm。與熱圓節(jié)法所得冒口直徑接近，故冒口設(shè)計合理。冷鐵設(shè)計冷鐵是控制鑄件凝固順序和冷卻速度的一種激冷物。冷鐵不僅可以防止鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松、裂紋和變形，而且可以細化組織，提高鑄件表面硬度和耐磨性。本次設(shè)計采用板型外冷鐵，外冷鐵是鑄型的一部分，和鑄件不熔接，用后可回收，重復(fù)使用。冷鐵厚度；冷鐵間

35、距25mm，長度200mm。冷鐵形狀及位置如6.4圖所示。圖6.4冷鐵擺放位置澆注時間計算合適的澆注時間與鑄件的質(zhì)（重）量和結(jié)構(gòu)、鑄型工藝條件、合金種類及選用的澆注系統(tǒng)等有關(guān)，澆注時間對鑄件質(zhì)量有比較總要的影響。根據(jù)鑄造工程師手冊可知澆注時間計算公式為 （公式6.3）t澆注時間k系數(shù)G型腔內(nèi)金屬液重量鑄件平均壁厚代入數(shù)據(jù)計算得t=92s。由以上所述，故得到該零件所采用的是開放式-頂注式澆注系統(tǒng)，由于零件大型鑄件且屬于單件生產(chǎn)，所以采用一箱一件。為了提高生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量等，故得到澆注系統(tǒng)，如圖6.4所示。圖6.4 澆注系統(tǒng)工藝裝備模樣及模板模樣的材質(zhì)有多種。木模樣適用于單件、小批量或成批生產(chǎn)的模

36、樣，特點是重量輕、易加工，但強度低、尺寸精度低；鑄鐵模樣適用于大中型且大量生產(chǎn)的 模樣，其特點是加工后強度及硬度高、耐用且價廉；塑料模樣適用于成批及大量 生產(chǎn)鑄件，特別適合于形狀復(fù)雜難以加工的模樣，特點是重量輕、制造工藝簡單， 但較脆且不能受熱。本鑄件屬于用機器造型的方法進行小件大批量生產(chǎn)，所以本鑄件選擇木模制作模樣，上、下模板如圖7-1，圖7-2所示：圖7-1 上模板圖7-2 下模板芯盒制作砂芯過程中必須用到芯盒，芯盒設(shè)計的合理與否對砂芯的質(zhì)量具有關(guān)鍵作用，也會直接影響到鑄件的質(zhì)量。在對芯盒的設(shè)計制作過程中必須符合下面幾點要求：（1）在設(shè)計芯盒結(jié)構(gòu)時需要根據(jù)生產(chǎn)的批量進行相配；（2）制作出的芯盒必須具有一定的強度、剛度和耐磨性等方面優(yōu)點，從而保證設(shè)計出的芯盒具有一定的使用壽命；（3）芯盒的類型選擇和尺寸要求要根據(jù)設(shè)計的砂芯形狀和尺寸進行合理設(shè)計；（