固定鉗身鑄造工藝設(shè)計說明書

1、佳木斯大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文PAGE IIPAGE I鑄造工藝課程設(shè)計說明書設(shè)計題目固定鉗身鑄造工藝設(shè)計學(xué) 院年 級專 業(yè)學(xué)生姓名學(xué) 號指導(dǎo)教師佳木斯大學(xué)佳木斯大學(xué) PAGE * Arabic 32 PAGE * Arabic 32目 錄 TOC o h z HYPERLINK l _Toc13877 1 前 言 PAGEREF _Toc13877 3 HYPERLINK l _Toc3550 1.1 選題背景 PAGEREF _Toc3550 3 HYPERLINK l _Toc16742 1.2 灰鑄鐵的簡介以及發(fā)展歷史 PAGEREF _Toc16742 3 HYPERLINK l _To

2、c11190 1.3 砂型鑄造工藝的應(yīng)用及特點 PAGEREF _Toc11190 4 HYPERLINK l _Toc188 1.4 鑄造數(shù)值模擬的應(yīng)用與發(fā)展 PAGEREF _Toc188 5 HYPERLINK l _Toc7610 1.5 本課題的研究內(nèi)容及意義 PAGEREF _Toc7610 5 HYPERLINK l _Toc10945 1.5.1 研究的主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc10945 5 HYPERLINK l _Toc28446 1.5.2 研究的意義 PAGEREF _Toc28446 6 HYPERLINK l _Toc22877 2 機(jī)用固定鉗身工藝分析

3、PAGEREF _Toc22877 7 HYPERLINK l _Toc18312 2.1 零件圖與技術(shù)要求 PAGEREF _Toc18312 7 HYPERLINK l _Toc15744 2.2 固定鉗身結(jié)構(gòu)分析 PAGEREF _Toc15744 8 HYPERLINK l _Toc1184 2.3 固定鉗身的工藝分析 PAGEREF _Toc1184 8 HYPERLINK l _Toc13525 3 鑄造工藝方案設(shè)計 PAGEREF _Toc13525 10 HYPERLINK l _Toc20835 3.1 造型及砂芯制造方法選擇 PAGEREF _Toc20835 10 HYP

4、ERLINK l _Toc31336 3.2 鑄型類型的選擇 PAGEREF _Toc31336 10 HYPERLINK l _Toc12482 3.3 澆注位置的選擇 PAGEREF _Toc12482 10 HYPERLINK l _Toc12579 3.4 分型面的確定 PAGEREF _Toc12579 12 HYPERLINK l _Toc24220 3.5 砂箱中鑄件數(shù)量和吃砂量的確定 PAGEREF _Toc24220 13 HYPERLINK l _Toc16272 3.6 鑄造工藝參數(shù)的確定 PAGEREF _Toc16272 14 HYPERLINK l _Toc1665

5、3 3.6.1 鑄件機(jī)械加工余量公差 PAGEREF _Toc16653 14 HYPERLINK l _Toc28221 3.6.2 機(jī)械加工余量的選擇 PAGEREF _Toc28221 14 HYPERLINK l _Toc13733 3.6.3 鑄件收縮率 PAGEREF _Toc13733 15 HYPERLINK l _Toc1720 3.6.4 起模斜度 PAGEREF _Toc1720 15 HYPERLINK l _Toc8464 3.6.5 最小孔鑄出及槽 PAGEREF _Toc8464 16 HYPERLINK l _Toc24321 3.7 砂芯的設(shè)計 PAGEREF

6、 _Toc24321 17 HYPERLINK l _Toc7469 4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 PAGEREF _Toc7469 20 HYPERLINK l _Toc24028 4.1 澆注系統(tǒng)類型的選擇 PAGEREF _Toc24028 20 HYPERLINK l _Toc16552 4.2 澆注時間的的計算 PAGEREF _Toc16552 20 HYPERLINK l _Toc9838 4.3 澆注系統(tǒng)尺寸的確定 PAGEREF _Toc9838 21 HYPERLINK l _Toc5261 4.4 直澆道窩的設(shè)計 PAGEREF _Toc5261 23 HYPERLINK l _T

7、oc19977 4.5 澆口杯的設(shè)計 PAGEREF _Toc19977 24 HYPERLINK l _Toc12158 4.6 冒口的設(shè)計 PAGEREF _Toc12158 25 HYPERLINK l _Toc21780 5 鑄造工藝裝備的設(shè)計 PAGEREF _Toc21780 26 HYPERLINK l _Toc27491 5.1 模板的設(shè)計 PAGEREF _Toc27491 26 HYPERLINK l _Toc9328 5.1.1 模樣材料的選擇 PAGEREF _Toc9328 26 HYPERLINK l _Toc4560 5.1.2 模樣結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc

8、4560 26 HYPERLINK l _Toc6857 5.2 砂箱的設(shè)計 PAGEREF _Toc6857 27 HYPERLINK l _Toc31868 5.2.1 模底板的壁厚和加強(qiáng)肋設(shè)計與確定 PAGEREF _Toc31868 27 HYPERLINK l _Toc20921 5.2.2 砂箱 PAGEREF _Toc20921 28 HYPERLINK l _Toc21109 5.3 芯盒的設(shè)計 PAGEREF _Toc21109 29 HYPERLINK l _Toc16542 結(jié)論 PAGEREF _Toc16542 31 HYPERLINK l _Toc4088 參考文獻(xiàn)

9、 PAGEREF _Toc4088 32 前 言 選題背景固定鉗身是利用螺桿或其他機(jī)構(gòu)使兩鉗口作相對移動而夾持工件的工具。根據(jù)使用的場合一般分為鉗工虎鉗和固定鉗身兩種類型。固定鉗身是一種機(jī)床附件，又稱平口鉗，它通常用于機(jī)床的工作臺，例如銑床，鉆床，牛頭刨床和平面磨床。它也廣泛用于現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床。HT200是灰鑄鐵的牌號，灰鑄鐵具有較高的耐磨性，耐熱性以及減震性，而HT200為較高強(qiáng)度鑄鐵，基體為珠光體，珠光體灰鑄鐵組織主要是珠光體的基體上分布著細(xì)小、均勻的石墨片，強(qiáng)度、耐磨性、耐熱性較好，減震性也良好，鑄造性能較好，常用來制造汽車發(fā)動機(jī)汽缸、汽缸套、車床床身等承受壓力及振動部件等重要件14，所以

10、用灰鑄鐵來鑄造機(jī)用固定鉗身。在當(dāng)下工業(yè)發(fā)展日新月異的時代，加工機(jī)床數(shù)控化率也隨之提高。如今，固定鉗身于數(shù)控加工過程中的裝夾使用已經(jīng)十分廣泛，尤其集中運用在普通的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、以及加工中心上，但不容忽視的是，一般的固定鉗身仍然存在良多需要改進(jìn)的地方，至于品質(zhì)更佳的虎鉗，例如液壓虎鉗，其不僅成本高昂，價格亦是不菲。所以，將數(shù)控機(jī)床中使用的機(jī)用固定鉗身的工藝優(yōu)化不僅可以彌補(bǔ)固定鉗身的弊端，同時也能將降低成本?；诣T鐵的簡介以及發(fā)展歷史選擇鑄造機(jī)用固定鉗身的是灰鑄鐵?；诣T鐵歷史悠久，人類已有3000年的使用歷史。由于灰鑄鐵擁有多種優(yōu)良的性能，所以即便是到了現(xiàn)在，仍然是用量最大的鑄造合金，其影響非常

11、廣泛。然而，在上個世紀(jì)80年代中期的時候，由于追求輕量化，汽油機(jī)缸體、缸蓋出現(xiàn)了用鋁合金代替一直在材料中占主體地位的灰鑄鐵的趨勢，甚至到了2007年，鋁合金材料快速增長到占50%左右。但是從2010年開始，出現(xiàn)了逆轉(zhuǎn)的趨勢。由于鋁合金的高溫力學(xué)性能無法滿足不斷提高的內(nèi)燃機(jī)廢氣排放溫度的要求；1t鋁合金的冶煉能耗約是灰鑄鐵的10倍；鋁合金的生產(chǎn)成本高于灰鑄鐵，所以鋁合金的在缸體、缸蓋的用量開始逐漸下降，與此同時，灰鑄鐵的使用量出現(xiàn)了逐步增長的趨勢?；诣T鐵是迄今用量最大的鑄造合金，應(yīng)用面非常寬泛，且造價低廉，而恰因為于此，其之于大眾已然是不足為奇的存在，通常被視為再司空見慣不過的事物，甚至被有些人

12、低估乃至輕視其作用。實際上，哪怕人類掌握灰鑄鐵件的生產(chǎn)技術(shù)至今已近三千年，幾經(jīng)歷史變遷，我們對它的認(rèn)識也依舊停留在非常表層的階段，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有發(fā)掘出灰鑄鐵潛在的功能，關(guān)于它的研究與開發(fā)仍需要后輩孜孜不倦的努力。各個工業(yè)國家于近三十年來皆對灰鑄鐵方面的探索和創(chuàng)新表達(dá)了高度重視，由此在其應(yīng)用方面取得了相對蓬勃的發(fā)展，并出現(xiàn)了振奮人心的新動向。鑄鐵預(yù)處理工藝的出現(xiàn)源于感應(yīng)爐熔煉的冶金特性。它首先在20世紀(jì)70年代后期在歐洲應(yīng)用，然后幾乎與感應(yīng)爐中的鑄鐵熔煉過程同時進(jìn)行。當(dāng)含石墨鑄鐵在感應(yīng)爐中熔化時，預(yù)處理過程可以改善石墨結(jié)晶的成核條件，從而提高鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變溫度，降低過冷度，增加共晶組的數(shù)量，并且降低了

13、鑄鐵力學(xué)性能的波動范圍，提高了鑄件的加工性能10。 砂型鑄造工藝的應(yīng)用及特點鑄造就是把金屬液或者合金澆注到已經(jīng)設(shè)計好的鑄型空腔內(nèi)，等待其冷卻凝固后就得到了零件或者毛坯的這樣一種金屬成型方式，生產(chǎn)簡單靈活，既可以手動生產(chǎn)，也可以機(jī)械化生產(chǎn)，一般可以鑄造各類形狀的毛坯。尤其是內(nèi)部的型腔復(fù)雜的鑄件更加適合這種方式。鑄造的適用性很廣泛，不限于材料本身的大小形狀或者鑄件的自身質(zhì)量。鑄件材料上到鑄鐵鑄鋼或者各種合金，下到報廢的工廠里的金屬殘屑和廢鋼。鑄件的質(zhì)量也不受限制，可以小至幾克，大到幾十噸甚至是幾百噸。鑄件的壁厚可以小到0.5mm，也可厚至1m。尤其是大型鑄件的生產(chǎn)更為優(yōu)越，且鑄件的形狀以及尺寸與實

14、際的零件很接近，不會有很多材料的浪費，節(jié)省了金屬材料，同樣降低了切削時的難度，也能降低成本。砂型鑄造工藝的優(yōu)點:可用于各種鑄件合金的生產(chǎn)。鑄鐵、鑄鋼和各種有色金屬合金;廣泛的應(yīng)用。鑄件的尺寸，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和壁的厚度幾乎不受限制;不限于鑄件的生產(chǎn)量。適用于單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)、大批量生產(chǎn);采用多種造型材料，造型美觀，制芯工藝簡單，成本低廉。砂型鑄造工藝的缺點:工作環(huán)境差，強(qiáng)度高，鑄件表面質(zhì)量差以及尺寸精度低，模具只能一次性使用，生產(chǎn)效率低。 鑄造數(shù)值模擬的應(yīng)用與發(fā)展數(shù)值模擬是把計算科學(xué)和材料科學(xué)結(jié)合起來的一種新型技術(shù)，將材料科學(xué)里面的理論知識用計算機(jī)技術(shù)仿真技術(shù)來體現(xiàn)，也結(jié)合了其他學(xué)科，是一門很先

15、進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，有很好發(fā)展前景。鑄造過程可以通過數(shù)值模擬來體現(xiàn)金屬具體的充型以及凝固過程，可以通過溫度場的變化發(fā)現(xiàn)最后凝固的位置，可以通過這種方式一定程度上體現(xiàn)缺陷產(chǎn)生的部位，從而可以提前做出工藝調(diào)整，從而節(jié)約了成本，提高了零件的質(zhì)量。一定程度上可以提高生產(chǎn)合格率，提高了產(chǎn)品的競爭力?，F(xiàn)如今的模擬軟件有如Procast軟件、Magmasoft軟件、Anycasting軟件以及華鑄CAE軟件等，運用這些軟件為實際生產(chǎn)提供了便利。如今的鑄造技術(shù)蓬勃發(fā)展，眾多軟件的出現(xiàn)以及計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展使得生產(chǎn)具體的形狀、尺寸的鑄件成為可能。實際生產(chǎn)中有了這些產(chǎn)品的輔助得以效率的提升以及產(chǎn)品的優(yōu)化。同時，傳統(tǒng)鑄

16、造工業(yè)也受到了巨大沖擊。由計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)這些信息技術(shù)在鑄造行業(yè)得以廣泛應(yīng)用。這改變了傳統(tǒng)鑄造工藝的面貌。所以說現(xiàn)代鑄造技術(shù)就是傳統(tǒng)鑄造工藝和信息技術(shù)的結(jié)合。隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，造型過程的數(shù)值模擬逐漸受到現(xiàn)代鑄造界的關(guān)注，國內(nèi)外高校以及研究所對濕粘土砂型的緊實過程進(jìn)行了模擬分析。德國亞琛工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)等對射芯過程進(jìn)行模擬分析。同樣信息技術(shù)的發(fā)展同樣影響了企業(yè)的傳統(tǒng)管理方式、生產(chǎn)方式以及技術(shù)生產(chǎn)的革新。例如美國福特汽車公司的鑄造部與其公司總部相距甚遠(yuǎn)，卻可以通過互聯(lián)網(wǎng)對其旗下的鑄造部進(jìn)行技術(shù)管理，及時解決所遇到的技術(shù)難題，生產(chǎn)效率有了大大的提升。本課題的研究內(nèi)容及意義 研究的主要內(nèi)容(

17、1)繪制固定鉗身的AutoCAD圖以及Pro/Engineer的三維圖。(2)對機(jī)用固定鉗身進(jìn)行工藝分析，設(shè)計澆冒系統(tǒng)，選取幾種分型方案，分析每種方案優(yōu)劣，選擇最佳分型方案、確定澆注位置、砂箱尺寸和鑄件數(shù)量，設(shè)計砂芯以及澆冒系統(tǒng)，查閱鑄造工藝手冊，選擇合適的鑄造工藝參數(shù)等。(3)基于數(shù)值模擬軟件AnyCasting的模擬，對鑄件的充型過程，金屬液的流動狀態(tài)進(jìn)行分析，對鑄件凝固時的溫度場進(jìn)行分析，并預(yù)測鑄件內(nèi)部存在的缺陷，對造成缺陷的原因進(jìn)行分析。(4)根據(jù)產(chǎn)生原因改進(jìn)工藝方案，再次模擬來驗證改進(jìn)方案的可行性。 研究的意義我國是世界制造中心，也是機(jī)床使用大國，隨著現(xiàn)代工業(yè)的進(jìn)步，信息技術(shù)的發(fā)展，

18、使得加工機(jī)床數(shù)控化率越來越高。在數(shù)控加工過程中，尤其是數(shù)控機(jī)床、數(shù)控銑床、以及加工中心，使用固定鉗身使用相當(dāng)普遍，要保證機(jī)用固定鉗身的質(zhì)量安全，對機(jī)用固定鉗身的工藝優(yōu)化至關(guān)重要。固定鉗身的底座要承受巨大的沖擊力，并應(yīng)具有高強(qiáng)度和高伸長率。一般來說它的材質(zhì)是灰鑄鐵，灰鑄鐵具有良好的鑄造性能和減震性能。但是在實際生產(chǎn)過程中，可能存在不充分的澆注，冷隔以及諸如縮松縮孔等缺陷，這可能嚴(yán)重影響鑄件的性能。要從從熔煉工藝、混砂工藝和鑄造工藝三個主要影響孔洞類缺陷產(chǎn)生的環(huán)節(jié)進(jìn)行分析與研究。本文旨在為機(jī)用固定鉗身選擇合適鑄造方法，設(shè)計澆注方案，通過數(shù)值模擬來分析缺陷的產(chǎn)生，在實際生產(chǎn)中優(yōu)化澆注方案，通過鑄造工

19、藝的改進(jìn)來減少孔洞類缺陷的產(chǎn)生，鑄造出符合質(zhì)量的固定鉗身。機(jī)用固定鉗身工藝分析零件圖與技術(shù)要求固定鉗身座零件圖如圖2-1 所示。圖2.1 虎鉗零件圖零件技術(shù)要求1.材質(zhì)：HT200;2.未注圓角R4;3.螺紋孔倒角均為CT1.5;4.鑄件應(yīng)人工時被處理;5.銳邊倒角，未注倒角均為C16.造型材料：樹脂砂此次分析的固定鉗身鑄件結(jié)構(gòu)簡單，壁厚均勻，且生產(chǎn)批量大。這里為保證生產(chǎn)效率，降低制造成本，這里選擇采用砂型鑄造工藝。采用樹脂砂造型的優(yōu)點：(1)樹脂砂與粘土砂相比尺寸精度更高，表面粗糙度較低，可以降低廢品率。(2)自硬樹脂砂能夠常溫自硬成型，降低了成本。固定鉗身結(jié)構(gòu)分析固定鉗身是一種機(jī)床附件，又

20、稱平口鉗，材料為HT200，成批生產(chǎn)。集中運用在普通的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、以及加工中心上。鑄件底部會承受一定載荷，因此要求鑄件內(nèi)部不能有縮孔、裂紋等缺陷。圖2.2 虎鉗三維根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點，技術(shù)要求，應(yīng)用條件及技術(shù)質(zhì)量要求，確定鑄造方案及鑄造工藝設(shè)計。一般情況下，鑄件可能存在的缺陷涉及到縮孔、縮松、夾渣、氣孔、砂眼等,這其中80%的缺陷都是可以通過改善鑄造工藝來避免的，也可以通過后期的處理來消除。固定鉗身的工藝分析砂型鑄造工藝方案通常包括下列內(nèi)容：造型、造芯方法、鑄型種類的選擇，澆注位置及分型面的確定等。要想定出最佳工藝方案，首先應(yīng)對零件的結(jié)構(gòu)有詳細(xì)的鑄造工藝性分析1。機(jī)用固定鉗身零件最大輪

21、廓尺寸為154mm130mm58mm，整體結(jié)構(gòu)對稱，壁厚整體均勻，屬于小型鑄件。對于HT200材質(zhì)來說，這種結(jié)構(gòu)與壁厚可以滿足鑄造工藝對材料流動性的要求，鑄件壁厚均勻，也不會有大熱節(jié)造成鑄件縮孔縮松。表2-1 灰鑄鐵鑄件最小壁厚參考（mm）鑄鋼種類鑄件的最大輪廓尺寸200200400400800800120012502000合金鋼灰鑄鐵8.0799.091011.0121416161820HT200 材料性能及參數(shù)如下：牌號： HT200標(biāo)準(zhǔn)： GB/T 9439-2010灰鑄鐵指的是最低抗拉強(qiáng)度為200MPa的灰鑄鐵。特性及適用范圍抗拉強(qiáng)度和塑性低，但有良好的鑄造性能和減震性能，主要用來鑄造

22、汽缸套、汽車發(fā)動機(jī)箱體、車床床身等承主要受壓力及振動部件。彈性模量： 1.131.57 105MPa剪切模量： 0.45 105Mpa泊松比： 0.230.27熔點：1200 C線膨脹系數(shù)： 8.511.6 10-6/K熱導(dǎo)率：39.2W/ （mk）比熱容：（J/（ kgK）鑄造工藝方案設(shè)計造型及砂芯制造方法選擇造型（芯）是砂型鑄造中最基本的工序，常用的造型有手工造型和機(jī)器造型。手工造型工藝裝備簡單，操作靈活適應(yīng)性強(qiáng)；機(jī)器造型生產(chǎn)效率高，勞動強(qiáng)度低鑄件質(zhì)量穩(wěn)定，但是需要復(fù)雜的工藝裝備，前期準(zhǔn)備時間較長一般用于批量生產(chǎn)零件。該零件生產(chǎn)批次為批量生產(chǎn)所以采用機(jī)器造型的方法。鑄型類型的選擇無論從環(huán)保

23、、成本、生產(chǎn)率、操作程度考慮都應(yīng)該優(yōu)先采用濕型澆注。為了得到高質(zhì)量的鑄件并取得經(jīng)濟(jì)效益，另外還考慮到材料的成本和來源、工業(yè)衛(wèi)生及環(huán)保方面的要求，綜合這些因素，故選擇使用濕型粘土砂，同時要求型砂具備良好的流動性、透氣性，為了能夠得到光滑的鑄件表面，型砂的砂粒應(yīng)當(dāng)細(xì)小一些，可使用中粒偏細(xì)的砂，額外加上一定量的煤粉。澆注位置的選擇根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)分析，所給鑄件的其它加工面都與底部的操作端有關(guān)，將鑄件如何放置在砂箱，放置方位，合理的澆注位置對分模、砂型的造型、砂芯的設(shè)置、鑄后的開模、型砂后期的清理等各個環(huán)節(jié)都有重要影響。確定澆注位置是鑄造工藝設(shè)計的重要部分。正確的鑄造位置應(yīng)確保鑄件的成型、制芯以及清潔的

24、方便。選擇合理的鑄造位置與鑄件的內(nèi)在質(zhì)量、尺寸精度以及成型的容易性有關(guān)。根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點，選擇正確合理的澆注位置，促進(jìn)澆注時金屬液能順利進(jìn)入型腔，及時充滿型腔，凝固時保證各部位能區(qū)域順利凝固，冒口設(shè)置也是直接與澆注位置相關(guān)，可以肯定的澆注位置是鑄造工藝設(shè)計的第一步，也是重要的一步，對鑄造出完整、質(zhì)量優(yōu)異的鑄件毛坯至關(guān)重要。該固定鉗身零件，整體尺寸不大，零件特征主要以平面構(gòu)成，澆注位置方案如圖3-1所示，列舉了如下兩種方案：（a）澆注位置方案一 （b）澆注位置方案二圖3-1澆注位置示意圖方案一如圖3.1（a）所示，將虎鉗底面在下放置，采用兩箱造型，外模結(jié)構(gòu)簡單，此種澆注位置與分型面的選擇，不僅使

25、澆注方便，鑄件的重要部位應(yīng)盡量置于下部，而且更容易滿足技術(shù)要求。方案二如圖3.1（b）所示，將固定鉗身鑄件側(cè)立放置，此位置鑄件位于鑄型的上下兩側(cè)，不利于鑄件的充型，鑄件較高，此種澆注位置的充型過程中，金屬液的落差大，不利于平穩(wěn)充型。需要設(shè)計水平式砂芯，可能在金屬液浮力的作用下發(fā)生偏移，不利于砂芯的定位和穩(wěn)定。綜合比較上式兩種方案的優(yōu)缺點，選擇方案一。分型面的確定分型面設(shè)置是便于砂型的造型，模樣的設(shè)計與后期模樣的設(shè)計，它影響到澆注系統(tǒng)的設(shè)計，砂芯的設(shè)置等，對鑄件精度及鑄件質(zhì)量有重要影響。一般分型面的設(shè)計原則，是將分型面設(shè)置在鑄件的最大截面位置，便于砂芯的下芯、砂箱的合型、分型面便于砂型的制造與對

26、砂型各型腔尺寸的檢查。砂型鑄造工藝設(shè)計中，對分型面的選擇積累了很多實用、成熟的經(jīng)驗，這里列舉如下：分型面設(shè)置位置，為砂型制造的方便，應(yīng)盡量將鑄件全部或者大部分放置在同砂型內(nèi)。分型面的設(shè)置數(shù)量，會影響到模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，因此分型面的數(shù)目不宜過多。分型面一般選擇零件的大截面或平面，要確保分型面設(shè)置合理，砂箱高度要求適中。分型面的設(shè)置就決定了鑄型結(jié)構(gòu)與砂芯安裝與定位方式，因此，必須保證砂芯的安裝方式，定位可靠，且便于檢查型腔尺寸。分型面是砂箱合箱位置，分型面既不能削弱鑄件本身的強(qiáng)度，又要保證加工余量適中，要求便于砂箱的開模，各澆道與型砂的定時清理。此固定鉗身零件底面需要與機(jī)床工作臺接觸良好，也要為

27、保證零件重要表面鑄造質(zhì)量。根據(jù)前面分析的澆注位置，設(shè)計了兩種分型面方案。 (a) 分型面方案一 (b) 分型面方案二 圖3-2鑄件分型面第一種方案，如圖3-2所示,采用整模造型，將虎鉗水平放置，鑄件整體放置上箱中，但這種方法無論是放置砂芯還是取模都較為困難。 方案二采用虎鉗的下部臺階面為分型面，采用上下兩箱分型，這樣簡化了砂型制造難度。此種分型面的設(shè)置，有效減少了砂型造型，便于澆注系統(tǒng)的設(shè)計，通過在鑄件頂部設(shè)置冒口對鑄件補(bǔ)縮。鑄件的重要部位放在了下部，避免產(chǎn)生砂眼、氣孔夾渣等缺陷。綜上，本設(shè)計中的固定鉗身鑄件的分型面選擇分案二。砂箱中鑄件數(shù)量和吃砂量的確定當(dāng)確定（或同時）造型方法，澆注位置，分

28、形面和砂芯時，應(yīng)首先確定放置在砂箱中的鑄件的數(shù)量，作為設(shè)計澆冒口的依據(jù)。放置在砂箱中的鑄件數(shù)量主要與鑄件的大小、砂型大小以及吃砂量都有關(guān)，在保證工藝性和鑄件質(zhì)量的前提下越多越好。由模樣平均輪廓尺寸確定吃砂量，模樣平均輪廓尺寸計算17: （3-1）式中：A模樣平均輪廓尺寸（mm）； L模樣在分型面的最大長度（mm）； B模樣在分型面的最大寬度（mm）；由上式可得模樣平均輪廓尺寸為114mm，由鑄造手冊17查表3-55確定吃砂量為50，采用一箱四件。表3-1為中小型砂箱的平面尺寸。采用樹脂自硬砂造型制芯則可以不受限制。表3-1 推薦中小型砂箱尺寸砂箱尺寸(mm)500400600500800600

29、100080012001000造型機(jī)ZZ145Z146AZB148AZB1410 砂箱高度要根據(jù)模樣高度、直澆道壓頭來確定，零件總體尺寸為154mm130mm58mm。在生產(chǎn)線澆筑系統(tǒng)。采用樹脂自硬砂造型制芯的，上下砂箱高度可不同。鑄造工藝參數(shù)的確定鑄件機(jī)械加工余量公差加工余量這里指鑄件機(jī)械加工面上預(yù)留的、將切除的金屬層厚度。機(jī)械加工余量取決于零件的精度等級，與鑄件材料、生產(chǎn)批量、鑄造方法、澆注位置、鑄件尺寸等因素有關(guān)。鑄件的尺寸公差CT，其精度等級從高到低有1、2、3 16共16個等級；加工余量等級MA，從精到粗可分為A、B、C、D、E、F、G、H、J共9個級別。表3-1為砂型鑄造一般情況鑄

30、造合金單件和小批生產(chǎn)時的鑄件公差等級及與之對應(yīng)的加工余量等級。表3-2 砂型鑄造鑄件公差等級造型材料CT/MA鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵銅合金輕金屬合金干、濕砂型13-15/J13-15/H13-15/H13-15/H13-15/H12-14/H自硬砂12-14/J11-13/H11-13/H11-13/H10-12/H9-11/H單件和小批生產(chǎn)時鑄件公差等級及與之配套的加工余量等級（摘自GB/T1350-89）鑄件材質(zhì)為灰鑄鐵，由于該鑄件材料為灰鑄鐵，并且采用機(jī)械造型干砂型鑄造方法，查表3-2選用公差等級CT13-CT15，考慮到工廠的生產(chǎn)效率和操作的工藝性，故選擇CT14。根據(jù)最大尺寸、砂

31、型手工造型、零件尺寸公差以及公差等級進(jìn)行查詢。查表（GB/T 64141999）得機(jī)械加工余量等級為K取11mm。機(jī)械加工余量的選擇為了確保零件的加工精度，在工藝過程中，要增加一層金屬層厚度，在加工過程中可以允許被切除，這個金屬層被稱為機(jī)械加工余量。從細(xì)到粗，它分為9個等級：A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，H和J，用“MA”表示3。查表（GB/T 64141999）得機(jī)械加工余量等級為K取1-1.4mm，如圖3-3所示需要加工的表面均留加工余量的位置。 圖3-3固定鉗身機(jī)加工量鑄件收縮率根據(jù)產(chǎn)品大小，產(chǎn)品壁厚，綜合線收縮率包括鑄件收縮和砂型膨脹。鑄造收縮率又稱鑄件線收縮率或鑄件縮尺，用模樣與鑄件的

32、長度差除以模樣長度的百分比表示12： (3-2) 鑄造收縮率； 模樣長度； 鑄件長度；根據(jù)鑄造手冊表3-6，中小型灰鑄鐵鑄件的收縮率為0.81.0% ，本工藝取1.0%。 表3-6 砂型鑄造灰鑄鐵鑄件的鑄造收縮率合金收縮率（%）自由收縮受阻收縮灰鑄鐵：中小型件中大型件特大型件簡型件：長度方向 直徑方向孕育鑄鐵：HT200 HT300 HT3501.00.90.80.90.71.01.01.50.90.80.70.80.50.80.81.0起模斜度在造型和制作砂芯的過程中，起模時操作不當(dāng)可能會對砂型和砂芯造成損壞。為了防止這個現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)該在起模的地方留一定的斜度，這個斜度稱為起模或拔模斜度1

33、2。為方便鑄件能順利從鑄型中脫離出來，模樣的拔模斜度必須要與出模方向保證相同方向。鑄件中部的起模高度為58mm，尺寸公差等級為CT12參考文獻(xiàn)1表3-14起模斜度可查得鑄件的起模斜度為1，查表得起模斜度為3o。皆符合零件的技術(shù)要求。因為鑄件的壁厚較大，則選擇較少料厚的鑄造模樣的起模斜度。圖3-3 起模斜度示意圖最小孔鑄出及槽砂型鑄造太小的孔一般不鑄出，可根據(jù)表3-5選擇。表3-5 砂型鑄件內(nèi)孔最小最小尺寸表生產(chǎn)批量最小鑄出孔直徑灰口鑄鐵件鑄鋼件大量生產(chǎn)成批生產(chǎn)單件、小批生產(chǎn)121515303050305050 該零件為批量生產(chǎn)零件材料為HT200孔最小直徑12mm，從零件圖上看零件有兩個M5螺

34、紋孔不鑄出；左端12 孔需要機(jī)械加工，留加工余量后孔小于12mm，因此不鑄出；零件兩側(cè)11的螺釘過孔不鑄出；零件右端18通孔留加工余量后為12mm選擇不鑄出。圖3.4 鑄件非鑄出孔位置砂芯的設(shè)計砂芯的功用是形成鑄件內(nèi)腔、孔、和鑄件外形不能出砂的部位。有時可以用砂芯來替代砂型中有特殊要求的部分4。對于砂芯有一些必要的條件：砂芯的形狀、尺寸應(yīng)滿足鑄件要求，并且不能在砂型中隨意放置；在性能方面，砂芯被要求有一定的強(qiáng)度和剛度，也要考慮鑄造過程中砂芯中的氣體能否及時排出，而且鑄件最后冷卻時不能有太大阻力，否則會影響其收縮；也需要考慮其后續(xù)清理操作。芯頭是指深處鑄件以外不與金屬接觸的砂芯部分。有定位、固定

35、砂芯和排出澆注后砂芯所產(chǎn)生的氣體的作用。本設(shè)計砂芯的高徑比不大，而且砂芯寬度較大時，則不必做出上芯頭，下芯頭高度按查表的數(shù)值增加大約百分之三十。查表得，芯頭高度為1020mm，具體的上芯頭高度為10mm，下芯頭高度為10mm。芯頭斜度圖3.7 芯頭斜度芯頭斜度參數(shù)如圖3.7所示，由于此砂芯設(shè)計時可以不需要設(shè)計上芯頭，通過表3-5得下芯頭斜度為10。表3-5 垂直芯頭斜度芯頭高h(yuǎn)152025303540506070用a/h表示斜度用角度表示時上芯頭234567911121/510下芯頭11.522.533.54561/105芯頭的模樣上做出壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽是為了快速下芯、合型以及保證鑄件的質(zhì)

36、量。水平芯頭和垂直芯頭的壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽的各個尺寸參數(shù)如圖3.8所示：圖3.8 水平芯頭和垂直芯頭壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽尺寸通過查鑄造手冊表2-4得，。砂芯如圖3-9所示，下方藍(lán)色部分是方形的砂芯，只需要采用一個錐形芯頭定位即可。 圖3-9 砂芯示意圖砂芯排氣孔設(shè)置主要是將金屬液在澆注過程中產(chǎn)生的一些粘結(jié)劑等有機(jī)物在氧化燃燒的氣體排出到型腔之外，這樣避免在鑄件內(nèi)產(chǎn)生氣孔。本設(shè)計中的砂芯材料是自硬樹脂砂，其透氣性也一般，這里需要設(shè)置一定的排氣孔。由于固定鉗身結(jié)構(gòu)簡單，因此出氣孔的設(shè)置只需要在上砂型隨便設(shè)置幾個就可以滿足，并沒有特殊的要求。澆注系統(tǒng)的設(shè)計澆注系統(tǒng)類型的選擇砂型鑄造工藝中，澆注系統(tǒng)

37、的設(shè)計對金屬液的充型及凝固順序、補(bǔ)縮等起到重要作用，直接決定了鑄件的質(zhì)量。澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類如下：本鑄件的澆注系統(tǒng)采用封閉式澆注系統(tǒng)，保證進(jìn)入澆道內(nèi)的金屬液且呈現(xiàn)壓流動，充型速度快，沖刷力大，因此根據(jù)鑄件尺寸與重量來綜合考慮澆道的截面。在對澆注系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，要嚴(yán)格把握各個澆道之間的距離，如果距離太近，則澆注過程中易形成紊流產(chǎn)生的金屬氧化物，砂礫就會進(jìn)入型腔，使得型腔內(nèi)產(chǎn)生缺陷。考慮到鑄件的壁厚不均勻，零件中心會有較大腔體。頂注式澆注系統(tǒng)雖然有結(jié)構(gòu)簡單，造型方便的優(yōu)點，但在充型過程中并不平穩(wěn)，易產(chǎn)生飛濺、氧化和吸氣，往往會導(dǎo)致夾渣、氣孔等缺陷。除此此外還會對型腔內(nèi)部產(chǎn)生較大的沖擊，易導(dǎo)致砂孔、

38、鐵豆等缺陷。綜合分析，此設(shè)計最終選擇底注式澆注系統(tǒng)。澆注時間的的計算為進(jìn)一步計算鑄件澆注系統(tǒng)及冒口消耗金屬量，這里采用鑄件工藝出品率計算澆注金屬液總質(zhì)量： 表4.1 灰鑄鐵件工藝出品率9鑄件重量/kg10010010001000工藝出品率（%）單件小批生產(chǎn)657575808090成批生產(chǎn)708080858590大量流水生產(chǎn)75808085- 本鑄件的采用一模4件澆注方式，其鑄件重量小于100kg，且為成批量生產(chǎn)，選擇工藝出品率為75%。kg計算澆注系統(tǒng)截面時，一般先計算該澆注系統(tǒng)中的最小截面，再通過比例關(guān)系得到其它組元的截面積。 澆注時間由鑄件的高度和型腔內(nèi)金屬的液面上升速度來確定，即 (公式

39、4-1)式中澆注時間（s）H鑄件高度（cm）58mmv金屬液在型腔中平均上升速度（cm / s）2130 mm / s-1過長的澆注時間會使得金屬液面產(chǎn)生較厚的氧化層，造成夾渣氣孔等缺陷。鑄件所允許的最小液面上升速度見表4-2。表4-2灰鑄鐵最小液面上升速度鑄件最小壁厚/mm鑄件最小壁厚/mm鑄件厚度/mm鑄件厚度大于40mm以及所有水平位置澆注的平板鑄件1-404-104最小上升速度/（mm. s-1）8-1011-2021-3031-100澆注時間 =58/25=2.25s澆注系統(tǒng)尺寸的確定（1）澆注系統(tǒng)尺寸的確定根據(jù)鑄造手冊表3-146得封閉式系統(tǒng)各組元的斷面比為：Ag:Aru:As =

40、1：1.1：1.15計算澆注系統(tǒng)最小阻流截面積，以內(nèi)澆道為阻流截面的澆注系統(tǒng)原理圖，由奧贊公式： （4-2） 式中m為流經(jīng)阻流斷面金屬液的總量為充填型腔的總時間為全部型腔被填充時，澆注系統(tǒng)阻流斷面的流量系數(shù)1Hp為平均靜壓力頭高度Hp：對于底注式澆注系統(tǒng)Hp=H0-Hc （4-3）H0為阻流截面以上的液態(tài)金屬的靜壓頭；Hc為鑄件型腔的總高度 則Hp=8.5cm。鑄造方式是砂型鑄造通過計算最小阻尼面積后確定內(nèi)澆道截面積，選擇澆注系統(tǒng)各組元的比例關(guān)系：表4-3 澆注系統(tǒng)各組元截面比例推薦橫澆道和直澆道的截面積可根據(jù)選定的各組元的比例關(guān)系，以及通過計算所得內(nèi)澆道總截面積，就可依次算出來。內(nèi)澆道截面積

41、：=1.6由封閉式系統(tǒng)各組元的斷面比為：Ag:Aru:As =1：1.1：1.15可得A橫=1.76 cm2 ；A直=1.84cm2（3）內(nèi)澆道形狀及尺寸內(nèi)澆道的功能是控制充型速度和方向，分配金屬液，本設(shè)計我們選用扁平形截面形式，因為這種形狀內(nèi)澆道易于清理。鑄件兩個內(nèi)澆口，面積為1.6平方厘米。去除澆道時為不破壞泵蓋鑄件，內(nèi)澆口厚度取6mm，截面寬度為上底15mm，下底邊長為13mm，截面實際面積為1.6平方厘米。 圖4-1（4）橫澆道形狀及尺寸橫澆道是直澆道末端到內(nèi)澆口前端間的通道，提供穩(wěn)定金屬液流，對金屬液的流動有較小的阻力。本鑄件采用梯形截面的橫澆道，橫澆道厚度尺寸確定為13mm，根據(jù)橫

42、澆道計算面積F橫=1.76cm2，這里參考鑄造工藝手冊確定澆注截面尺寸：a=12mm，b=15mm，c=13mm。 橫澆道形狀與尺寸如圖4-2所示。圖4-2 橫澆道 （5）直澆道形狀及尺寸直澆道是引導(dǎo)從澆口杯金屬液向下，引導(dǎo)金屬液向下進(jìn)入橫澆道、內(nèi)澆道，提供足夠的壓力頭，使金屬液在重力作用下能克服流動阻力完成充型。這里直澆口設(shè)計為1支，為方便脫模，直澆道設(shè)置為倒錐形，最小圓形截面形狀D直=16mm，截面面積為1.84mm。圖4-3 直澆道直澆道窩的設(shè)計在金屬液從直澆道流入橫澆道時方向發(fā)生急劇改變，金屬液對直澆道底部產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊，而且會產(chǎn)生渦流和高度湍流區(qū)，會導(dǎo)致沖砂、渣孔等缺陷。因此需要設(shè)計

43、直澆道窩。直澆道窩有以下幾個優(yōu)點：1.減輕金屬液對底部的沖刷; 2.使金屬液轉(zhuǎn)彎的湍流區(qū)縮短; 3.可以改善內(nèi)澆道的流量分布; 4.可以減小拐彎處的局部阻力系數(shù)和水力壓頭損失;5.可以將金屬液帶入的氣體浮出。根據(jù)以上分析計算，澆道窩的直徑是直澆道底部直徑的1.4-2倍，澆道窩高度為橫澆道高度的2倍。圖4-4澆口杯的設(shè)計為了方便金屬液的澆注，防止金屬液的飛濺和溢出，減小金屬液對型腔的沖擊，則需要設(shè)置正確的澆口杯的結(jié)構(gòu)，配合恰當(dāng)?shù)臐沧⒉僮鳎拍鼙苊膺@些問題的出現(xiàn)。澆口杯按照結(jié)構(gòu)形狀可以分為漏斗形和池形澆口杯。漏斗形澆口杯結(jié)構(gòu)太過簡單，擋渣作差，適用面很?。欢匦螡部诒木C合性能較好。所以本次設(shè)計采

44、用普通的澆口杯。 圖4-5冒口的設(shè)計在鑄件凝固過程中，設(shè)置冒口是為了補(bǔ)縮鑄件的體積變化，可以達(dá)到消除或防止縮孔縮松等缺陷的目的，以至于可以獲得優(yōu)質(zhì)鑄件，除此之外，還有排氣、集渣、引導(dǎo)充型等作用。因此設(shè)置合適的冒口可以達(dá)到補(bǔ)縮的目的，以提高鑄件致密性18。設(shè)計冒口時其形狀直接影響冒口的補(bǔ)縮效果，冒口的形狀一般有圓柱形、球頂圓柱形、球形等14。要使整個鑄鐵件的冒口的補(bǔ)縮效果最好，可以采用均衡凝固理論的冒口設(shè)計19。當(dāng)鑄件膨脹時，流動的金屬液就不能返回到冒口，此時就可以利用灰鑄鐵使鑄件引起二次補(bǔ)縮?；诣T鐵流動性好，不容易產(chǎn)生疏松等缺陷，所以此次固定鉗身的鑄造工藝不設(shè)計冒口。鑄造工藝裝備的設(shè)計模板的設(shè)

45、計模樣材料的選擇模樣按材料分有木模、鋼模、塑料模、氣化模，更加零件實際情況選擇金屬模為模樣材料，有制造方便、表面光潔、強(qiáng)度高等優(yōu)點。模樣設(shè)計需要根據(jù)生產(chǎn)批量及零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度來確定。常用的模樣材料主要有木質(zhì)材料、鋁質(zhì)金屬材料等。木模材料的特點是質(zhì)量輕、加工簡便、價格低廉，但強(qiáng)度低、尺寸精度較低，適用于單件、小批量生產(chǎn)。金屬模（鋁合金模、鑄鐵合金模等）表面精度高，強(qiáng)度好、使用壽命場，但制造費用高，適合大批量生產(chǎn)。故結(jié)合本端蓋鑄件工藝，其鑄型型腔尺寸較小、結(jié)構(gòu)簡單，精度要求不高，選用木質(zhì)模樣。模樣結(jié)構(gòu)模樣在分型面處分為上模和下模。模樣之間的連接要牢靠，模樣在模板上的定位必須準(zhǔn)確，以免造成分型面處的

46、錯型。圖5-1 砂型制造流程考慮到鑄件收縮率，模樣尺寸需要設(shè)計時需要較鑄件本體放到收縮量。保證上下砂箱合型面精度要求，要求上下型錯模量不得大于1mm。結(jié)合樹脂砂造型的，需要保證砂型能夠連續(xù)放砂，鑄造砂型的設(shè)計需要采用型板，型板上設(shè)計定位孔，安裝定位銷。模樣尺寸（產(chǎn)品的鑄件尺寸+零件鑄造工藝附加尺寸）（1+K） 其中，模樣的收縮率為K=1%；零件鑄造工藝附加尺寸中更具前面為3mm；起模斜度為1.2mm；非機(jī)械加工壁厚的負(fù)余量為-0.5。砂箱的設(shè)計根據(jù)本鑄件的材料，選用鑄鐵模板。模板結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計及尺寸的計算（1按下式確定模底板的平面尺寸：A0=A+2b B0=B+2b (5-1)式中：A砂箱內(nèi)框

47、長度尺寸(mm)；B砂箱內(nèi)框?qū)挾瘸叽纾╩m）； A0模底板長度尺寸（mm）；B0模底板寬度尺寸（mm）； b砂箱分型面外凸緣的寬度（mm）。（2）模底板的高度：模底板的高度h必須根據(jù)使用要求和選用的造型機(jī)來確定。普通平面式模底板：H=80150mm （3）模底板定位銷孔中心距：模底板定位銷孔中心距應(yīng)與所配用砂箱的定位孔中心距相一致。模底板的壁厚和加強(qiáng)肋設(shè)計與確定（1）根據(jù)模底板平均輪廓尺寸與選用材料壁厚和加強(qiáng)肋厚度及連接圓角半徑r，選用：=15mm，=12，。（2）加強(qiáng)肋的布置：加強(qiáng)肋之間的距離為。 （3）模底板和砂箱的定位裝置：模底板與砂箱之間用定位銷與銷套定位14。結(jié)論：根據(jù)上面的敘述，在

48、滿足以上要求后得出模底板的長為400、寬為500。圖5-3 模底板砂箱在砂型鑄造的過程中，砂箱是必要的。在手工造型的時候，對砂箱沒有那么嚴(yán)格的要求，但是在機(jī)械造型的時候，要求會高一點。如果能夠合理地設(shè)計砂箱的尺寸，對鑄造生產(chǎn)的過程的益處是非常大的。砂箱有多種材料，有木質(zhì)、鋁合金、灰鑄鐵、球墨鑄鐵和鑄鐵合金五種。還有手抬、吊運和滑道等搬運方法。形狀也多樣，有正方形、矩形和圓形。同時還分為整鑄、鑄接和拼合三種鑄造方法。本設(shè)計選用整鑄式砂箱，材料為灰鑄鐵，灰鑄鐵有很多種類、花費不高，制作起來比較方便，并且有高強(qiáng)度和剛性。圖5-4 砂箱確定砂箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)時，要考慮很多因素。砂箱的內(nèi)框有多大，要把模樣的

49、大小、澆口杯冒口的位置和鑄件的吃砂量綜合起來考慮才行。砂箱箱壁的截面形式非常重要，因為它關(guān)系到了強(qiáng)度和剛度。決定截面形式的因素有很多，比如砂箱在哪種條件下工作，內(nèi)框的大小以及要用什么樣的材料來制造砂箱。為了進(jìn)一步使強(qiáng)度和剛度增強(qiáng)，可以為砂箱設(shè)置加強(qiáng)肋。加強(qiáng)肋的設(shè)置同樣需要根據(jù)砂箱的高度和內(nèi)框的大小來確定。 芯盒的設(shè)計在制作砂芯的時候，需要使用芯盒，這是工藝設(shè)備的一種。如果能為芯盒選擇正確的尺寸和材料的話能夠確保鑄件的質(zhì)量，加快生產(chǎn)速度，降低花費。本設(shè)計選擇批量生產(chǎn)，采用金屬芯盒能夠用讓芯盒的壽命延長，并且是精度得到提高。芯盒的種類也有很多，根據(jù)芯盒材料的來分的話，可以分為木芯盒、鋁合金、塑料芯盒等。由于本設(shè)計的鑄件是小批量生產(chǎn)，所以確定使用木芯盒。木芯盒十分適合本設(shè)計的手動制芯、自硬砂制芯。芯盒還可以分為敞開整體式，垂直對開式等，由于本設(shè)計的零件形狀簡單，并且砂芯具有起模斜度，所以選擇敞開整體式芯盒。在設(shè)計的時候，芯盒的厚度要盡可能的小，因為要控制其質(zhì)量，厚的芯盒也會增大操作的難度。因此只要能夠保證強(qiáng)度和剛度以及使用壽命，就要考慮盡可能減小厚度。同砂箱一樣，也可以通過加強(qiáng)肋來增加芯盒的強(qiáng)度和剛度，加強(qiáng)肋設(shè)置在外壁上，設(shè)置得合理的話，可以讓芯盒用起來更方便。根據(jù)鑄造工藝手冊選，。在砂