球閥閥體設(shè)計說明書

PAGEPAGE1球閥閥體設(shè)計說明書一、零件鑄造工藝要求和特點1.零件的生產(chǎn)條件、結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求零件名稱：球閥閥體零件生產(chǎn)批量：成批生產(chǎn)零件材質(zhì)：ZG230--450零件的外型示意圖如圖1所示，球閥的零件圖如圖2所示，球閥的外形輪廓尺寸為96mm80mm76mm，主要壁厚7mm，最小壁厚7mm，最大壁厚15mm，為一小型鑄件；鑄件除滿足幾何尺寸精度及材質(zhì)方面的要求外，無其他特殊技術(shù)要求。圖1球閥外形示意圖圖2球閥零件圖2.零件鑄造的工藝性對于零件的鑄造工藝性審查、分析如下：零件的輪廓尺寸為96mm80mm76mm。砂型鑄造條件下該輪廓尺寸的最小允許壁厚查《鑄造工藝課程設(shè)計手冊》表1-2得：最小允許壁厚為6mm。而設(shè)計零件的最小壁厚為7mm。符合要求。從零件的整體結(jié)果及尺寸看，該零件的壁厚相差并不是很大，而且在壁厚不一致處的過度屬于平緩過度，能夠滿足鑄造生產(chǎn)的要求，因此，該零件的結(jié)構(gòu)滿足鑄造工藝性要求。二.零件鑄造工藝方案1.造型、造芯方法的選擇零件的輪廓尺寸為96mm80mm76mm，鑄件尺寸較小，屬于中小型零件且要成批生產(chǎn)。采用濕型粘土砂造型靈活性大，生產(chǎn)率高，生產(chǎn)周期短，便于組織流水生產(chǎn)，易于實現(xiàn)機械化和自動化，材料成本低，節(jié)省烘干設(shè)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。采用樹脂砂手工制芯。2.澆注位置和分型面的確定（b）（c）圖3零件分型面位置圖根據(jù)該零件的結(jié)構(gòu)特點可以選擇如圖3所示的三種分型位置。圖3(a)(b)的鑄件大部分置于下箱，有利于造型。但是砂芯放置比較麻煩，而且鑄件的重要部分沒有置于下部，大平面朝上放置容易產(chǎn)生氣孔、非金屬夾雜等缺陷。采用圖3(c)所示分型位置，砂芯制作和放置都比較方便，有利于大批量生產(chǎn)。同時有利于實現(xiàn)順序凝固。綜合以上，采用圖3(c)所示分型位置。澆注位置在分型面上。三．鑄造工藝參數(shù)的確定1.鑄件尺寸公差零件為砂型鑄造機器造型大批量生產(chǎn)，由《鑄造工藝課程設(shè)計手冊》查表2-2得：鑄件的尺寸公差為CT8～10級，取CT9級。零件的輪廓尺寸為96mm80mm76mm，由《鑄造工藝課程設(shè)計手冊》查表2-1得：鑄件尺寸公差數(shù)值為2.2mm。2.鑄件重量公差零件為砂型鑄造機器造型大批量生產(chǎn)，鑄件的重量公差與尺寸公差等級對應(yīng)選取。則選MT9級。此零件估算重量為1.5kg，由《鑄造工藝課程設(shè)計手冊》查表2-4得：鑄件重量公差值為14%。3.機械加工余量零件為砂型鑄造機器造型大批量生產(chǎn)，由《鑄造工藝課程設(shè)計手冊》查表2-9得：鑄件的加工余量H級。零件的輪廓尺寸為96mm80mm76mm，由《鑄造工藝課程設(shè)計手冊》查表2-8得：鑄件加工余量數(shù)值為2.5～3.0mm，因采用機器造型，金屬模板，芯盒，鑄件尺寸精度高，故加工余量選值3.0mm。4.最小鑄出孔和槽根據(jù)零件生產(chǎn)批量由《鑄造工藝課程設(shè)計手冊》查表2-16得：最小鑄出孔直徑尺寸為30～50mm。因此只需鑄出直徑較大的孔，其余孔無需鑄出，機械加工較為經(jīng)濟方便。5.起模斜度設(shè)計采用金屬模具，根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)及尺寸，采用“增加厚度法”設(shè)置拔模斜度，初步設(shè)計的起模斜度如下：上模外型模的高40mm的起模斜度由《鑄造工藝課程設(shè)計手冊》查表2-11得：粘土砂造型外表面起模斜度為а=1°10＇,a=0.8mm。高22mm的起模斜度為а=1°10＇,a=0.8mm。下模外型模的高40mm的起模斜度由《鑄造工藝課程設(shè)計手冊》查表2-11得：粘土砂造型外表面起模斜度為а=1°10＇,a=0.8mm。高22mm的起模斜度為а=1°10＇,a=0.8mm。所以起模斜度為а=1°10＇,a=0.8mm。6.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差除以模樣長度的百分比表示：K=[（L1-L2）/L2]*100％K—鑄造收縮率L1—模樣長度L2—鑄件長度零件受阻收縮率由《鑄造工藝學》查表3-3-7得：自由收縮1.6～2.0%，受阻受挫1.3～1.7%。采用受阻收縮1.3～1.7%。取1.5%。7．其他工藝參數(shù)本課程設(shè)計所進行的鑄鋼球閥閥體鑄造工藝設(shè)計，由于屬于大批量生產(chǎn)，并且為中小型件。因此，經(jīng)過工藝優(yōu)化之后，無需進行如“分型負數(shù)”、“工藝補正量”、“反變形量”等工藝參數(shù)的設(shè)計。四．砂芯設(shè)計球閥閥體需一個整體砂芯，三個芯頭，采用樹脂砂手工制芯。1.芯頭的設(shè)計芯頭長度由《鑄造工藝課程設(shè)計手冊》查表3-4，3-5，3-6可得第一種芯頭根據(jù)實際設(shè)計量取計算砂芯長度：L=43mm，D=42mm。查表得：l=30～35mm，s=0.5mm，а=7°，a=5mm。第二種芯頭長度：L=35mm，D=16mm。查表得：l=20～25mm，s=0.5mm，а=7°，a=5mm。第三種芯頭長度：L=33mm，D=26mm。查表得：l=25～40mm，s=0.3mm，а=7°，a=5mm。2.壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽芯頭結(jié)構(gòu)壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽尺寸由《砂型鑄造工藝設(shè)計》查表3-7得：a=5mm，b=0.5mm。3．芯骨設(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。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(nèi)不用放置芯骨。五.冒口的設(shè)計已知每個鑄件重約為1.5kg,每箱2件,每箱兩個冒口,一個冒口補縮一個鑄件。冒口的計算用補縮液量法：設(shè)ZG230-450的體收縮率為0.03，鋼液的密度為7.8g/cm3。法蘭根部熱節(jié)圓直徑約為T=14mm。那么可以計算出該鑄件從澆注到凝固以后所需要的鋼液體積，把體積視為球形，求出其直徑d0。把d0加上熱節(jié)圓直徑T，則可為冒口的最小直徑。d0==2.23cm冒口的直徑D=d0+T=22.3+14=36.3mm采用40mm冒口高度按經(jīng)驗公式關(guān)系求得H=（1.15～1.8）D，取H=1.5D=1.540=60mm。冒口全部放入上箱內(nèi)，使直徑18mm的大氣壓力砂芯，插入冒口深度為15mm。六．澆注系統(tǒng)的設(shè)計大批量生產(chǎn)小型鑄鋼件時,常采用機器造型,并用轉(zhuǎn)包澆注。這些特點決定了澆注系統(tǒng)必須有較好的擋渣能力，因此采用半封閉式澆注系統(tǒng)——阻流澆口。鑄件重量在本設(shè)計中鑄件單重1.5kg，考慮一砂箱中澆注兩個鑄件，又因澆注系統(tǒng)中同樣需要金屬液，澆注系統(tǒng)中金屬初步按鑄件重量的20%估算，并且加上兩個冒口的重量則澆注重量G0==1.2kg。G=1.5*（1+20%）+1.5+1.2=4.5kg。內(nèi)澆道、橫澆道、直澆道的設(shè)計內(nèi)澆道的總斷面積F內(nèi)可按下式計算：式中：Q—澆入鑄型內(nèi)的鋼液總質(zhì)（重）量kg；K—澆注比速（kg/cm2·s）見表1；L—流動性修正系數(shù)，碳鋼為1.0，高錳鋼為0.8；t—澆注時間（s），；C—系數(shù)，見表1系數(shù)C、K均由鑄件相對密度Kv=Q/V決定，V是鑄件輪廓體積，是鑄件三個方向最大尺寸的乘積。則Kv=4.5/963=0.00508kg/cm2。根據(jù)鋼液總重量Q和鑄件相對面積Kv查《鑄造工程師手冊》表6-99：F內(nèi)=2.7cm2。澆注系統(tǒng)各組元截面積比例關(guān)系：F內(nèi)：F橫：F直=1：（0.8-0.9）：（1.1-1.2）。F內(nèi)=2.7/2=1.35cm2；F橫=F內(nèi)*0.8=1.12cm2；F直=F內(nèi)*1.2=1.68cm2。根據(jù)《鑄造工程師手冊》表6-100：內(nèi)澆道和橫澆道截面尺寸，內(nèi)澆道橫澆道直澆道內(nèi)澆道：a=27mm，b=25mm，h=5.5mm；橫澆道：a=13mm，b=9.5mm，h=12.5mm；直澆道:D=14.6mm。3.澆注時間 初步計算澆注時間由《砂型鑄造工藝設(shè)計》P85頁得：t=S=0.8≈1.7s計算鋼液液面上升速度V上升=C/t=76/1.7≈44.7mm/s校核鋼液上升速度，一般允許鋼液的最小上升速度范圍由《砂型鑄造工藝設(shè)計》查表5-33得：上升速度V上升=25mm/s通過比對44.7mm/s的上升速度符合實際，不必調(diào)整經(jīng)驗系數(shù)。4．靜壓頭的計算對于中間注入式澆注系統(tǒng)，平均靜壓頭HP可按如下公式計算：在本設(shè)計中，C=96mm、P=48mm、H0=125mm，代入上式計算得：=124.875mm5.直澆道窩的設(shè)計澆口窩對于來自直澆道的金屬有緩沖作用，能縮短直——橫澆道拐彎處的紊流區(qū)，改善橫澆道內(nèi)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=214.6=29.2mm澆口窩高度為橫澆道高度兩倍，因此h=212.5=25mm6.澆口杯的設(shè)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。澆口杯選用普通漏斗形澆口杯，其斷面形狀如圖4所示，由《鑄造工藝課程設(shè)計手冊》查表4-14得：D1=56mmD2=52mmh=40mm圖4澆口杯截面示意圖直澆道高度：H直=H0-h=125-40=85mm。直澆口棒查《鑄造工藝課程設(shè)計手冊》表4-18：D=15mm，D1=19mm，l=200mm。圖5直澆口棒示意圖7.砂箱尺寸及造型機選擇球閥尺寸為96mm80mm76mm，單件質(zhì)量約為1.5kg，因此鑄件為小型簡單件。如果一箱一件生產(chǎn)則工藝出品率會較低，如此生產(chǎn)成本較高。所以采用一箱兩件生產(chǎn)。這樣工藝出品率大幅提高，生產(chǎn)成本也大大降低。初步選取砂箱尺寸由《鑄造工藝課程設(shè)計手冊》查表6-63得：上箱為400300100mm下箱為400300125m。造型機選擇由《砂型鑄造工藝設(shè)計》查附表1-1得：選擇型號為Z114型滿足砂箱尺寸。鑄件在砂箱中排列最好均勻?qū)ΨQ，這樣金屬液作用于上砂型的抬芯力均勻，也有利于澆注系統(tǒng)安排，在結(jié)合已經(jīng)確定分型面及澆注位置以及砂箱尺寸，基本確定鑄件在砂箱內(nèi)的排列如圖6所示，由《砂型鑄造工藝設(shè)計》查表12-3得：模樣的吃砂量基本確定為：表2模型的最小吃砂量最小吃砂量砂箱尺寸abcd或efg203040303020≤400圖6砂箱中鑄件排列示意圖六、模板模樣設(shè)計繪制模板裝配圖包括：模底板、模樣（包括澆冒口、出氣孔模樣）及模樣的定位，緊固定裝置，砂箱定位裝置、模樣在造型機上的緊固裝置及起吊裝置等。1.設(shè)計原則1）要求模板有足夠的強度與剛度；2）有良好的耐磨性，較高的表面光潔度及尺寸精度；3）力求結(jié)構(gòu)簡單、合理、安裝維修方便；2.模板模具設(shè)計7.2.1選擇模板類型、結(jié)構(gòu)由《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計》查表10-1得：選擇裝配式模板，結(jié)構(gòu)為單面模板頂箱式。7.2.2設(shè)計模底板、材料、結(jié)構(gòu)尺寸及定位銷，銷耳尺寸對模底板材料的要求是有足夠的強度，有良好的耐磨性，抗震耐壓，鑄造和加工性。根據(jù)模樣的結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)要求，選用HT150作為模底板的材料。①模底板平面尺寸的確定：模底板的平面尺寸根據(jù)所選用的造型機和已定的砂箱內(nèi)尺寸確定。A0=A+2b=400+2×25=450mmB0=B+2b=300+2×25=350mm②模板高度：普通平面式模底板高度H，鑄鐵的一般控制在80～150mm，故選擇H=100mm。③模底板壁厚和加強筋：根據(jù)模底板平均輪廓尺寸和穆底板所選用的材料，由《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計》查表10-2得：模底板壁厚δ=14mm，加強筋厚度為t=16mm，t1=12mm。加強筋高度H根據(jù)模底板高度、材料和使用要求決定，一般情況下取H≤50mm,取H=40mm。由《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計》查表10-3得：加強筋間距K=300mm，K1=250mm。圖7模底板壁厚和加強筋厚度7.2.3設(shè)計金屬模樣結(jié)構(gòu)及尺寸，包括鑄件模樣、澆口、冒口、出氣口孔及芯頭模樣，凡形成鑄件輪廓尺寸的均應(yīng)放縮尺；芯頭尺寸，壓緊環(huán)，集砂槽以及澆冒口系統(tǒng)模樣不放縮尺，只需按工藝圖上給出的尺寸繪制。模樣尺寸=鑄件尺寸×（1+K）K為收縮率，取值1.5%鑄件尺寸=零件尺寸+加工余量+拔模斜度7.2.4模樣在底板上的裝配，布置、定位、緊固①模樣在模底板上的放置形式：平放式。②模樣在模底板上的定位：采用定位銷。尺寸由《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計》查表10-15得：t=6～10mm取t=6mm，H>6t，C=(2～6)d，R=(1.5～2)d，α≤45°，H≥δ，d=0.75t。于是有:d=0.75t=4.5mm,C=4d=24mm，R=2d=12mm。圖8模樣在模底板上的定位形式③模樣在模底板上的緊固方式：采用六角螺栓固定。尺寸由《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計》查表10-17得：d=M14，d0=15mm，D=30mm，K=20mm，K1=25mm。圖9模樣在模底板上的緊固7.2.5模底板、砂箱定位裝置模底板與砂箱之間用定位銷和銷套定位，包括定位銷和導(dǎo)向銷。①定位銷中心距：C=A+2M=400+2×50=500mm，M由《鑄造工藝課程設(shè)計手冊》查表6-73得。定位銷中心距偏差由《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計》查表10-13得±0.2mm。②定位銷形狀、尺寸：定位銷和導(dǎo)向銷材料選用45#鋼。尺寸由《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計》查表10-5得：d=20mm，d1=18-0.035mm，d2=13mm，d3=M16，l1=18mm，l2=40mm，l3=20mm，K=12mm，l=100mm，L=160mm，h=3mm，d4=24mm，S=12mm，D=23mm。圖10定位銷形狀尺寸圖圖11導(dǎo)向銷形狀尺寸圖③導(dǎo)銷套：圖12導(dǎo)銷套尺寸圖④銷耳尺寸：模底板上的定位銷裝在銷耳上，銷耳設(shè)置在沿中心線長度方向的兩端.銷耳的結(jié)構(gòu)和尺寸由《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計》查表10-7得：d=18+0.035mm，h=20mm，e=40mm，A=60mm。圖13銷耳結(jié)構(gòu)尺寸7.2.6模底板的搬運結(jié)構(gòu)采用鑄接式，其結(jié)構(gòu)尺寸由《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計》查表10-8得：d=30mm，D=50mm，d1=60mm，L=90mm，l1=30mm，l=45mm。圖14鑄接吊軸結(jié)構(gòu)尺寸圖7.2.7模底板在造型機上的安裝模底板常用螺栓固定在造型機工作臺上，這時模底板上應(yīng)設(shè)置緊固耳。緊固耳的位置要和造型機工作臺臺面上的T型槽相對應(yīng)，不可任意設(shè)置。圖15鑄鐵模底板緊固耳緊固耳尺寸由《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計》查表10-9得：h=20mm，h1=25mm，a=8mm，A=30mm，l=50mm，l1=70mm，b=15mm，b1=25mm，R=10mm，緊固耳數(shù)=4。7.2.8澆道在模底板上的裝配①澆口在模底板上的裝配：直澆口用銷釘定位，無需緊固。直澆口定位銷尺寸由《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計》查表10-19得：圖16直澆口定位示意圖②橫澆道在模底板上的固定：用鉚釘直接固定在模底板上。鉚釘尺寸如圖所示：圖17鉚釘示意圖八、設(shè)計繪制芯盒裝配圖8.1芯盒材料的選擇根據(jù)《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計》查表11-3，采用ZL104，自由線收縮率0.9～1.1%，取1.0%，標準：GB1173-74。8.2芯盒分盒面的設(shè)計分型面一和分型面二如圖所示，分型面二不能保證對稱兩側(cè)的砂芯質(zhì)量相同，最終將會導(dǎo)致成型孔的質(zhì)量不均勻。故采取分型面一。圖18芯盒分型面方