端蓋鑄造工藝及砂模設(shè)計

PAGE4摘要：鑄造工藝課程設(shè)計是我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課之后進(jìn)行的.這是我們在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計之前對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí),也是一次理論聯(lián)系實際的訓(xùn)練。這次設(shè)計零件是濾清器。首先我們要熟悉零件，題目所給的零件是濾氫器。了解了濾清器的作用，接下來根據(jù)零件的性質(zhì)和零件圖上各端面的粗糙度確定毛坯的尺寸和機械加工余量。濾清器的工藝性分析，可以設(shè)計處多種成型方案，我們通過對每一種工藝方案進(jìn)行比較選擇出最佳方案，然后對選擇的方案進(jìn)行進(jìn)行工藝設(shè)計包括：結(jié)構(gòu)設(shè)計、參數(shù)選擇、工裝模具設(shè)計等.最后由工廠進(jìn)行生產(chǎn)試驗.端蓋鑄造工藝及砂模設(shè)計鑄造工藝方案的確定零件的特點零件名稱：濾清器產(chǎn)品生產(chǎn)性質(zhì)：機械大批量生產(chǎn)零件用途：汽車發(fā)動機技術(shù)要求：表面質(zhì)量均勻，內(nèi)部組織密實，沒有缺陷。鑄件需經(jīng)過時效處理，消除內(nèi)應(yīng)力。零件材質(zhì)：灰鑄鐵（HT250）2、零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性指的是零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)符合鑄造生產(chǎn)的要求，易于保證鑄件品質(zhì)，簡化鑄造工藝過程和降低成本。（1）鑄件結(jié)構(gòu)：該鑄件結(jié)構(gòu)簡單，形狀普通。主要加工表面有筒體內(nèi)外表面，底座表面，底座上要加工多個孔，孔的加工端面為平面，可以防止加工過程中鉆頭鉆偏，以保證孔的加工精度。鑄件底座上有均分有4個連接孔其尺寸為φ11孔，筒體表面還有4個φ10孔，鑄造手冊可以不鑄出，鑄造無法達(dá)到公差等級故考慮加工出來。鑄件側(cè)面的孔由于制芯復(fù)雜，工藝質(zhì)量無法保證，故不鑄出，鑄件中間孔可以采用下砂芯并放一定加工余量最后加工達(dá)到要求的精度等級.查鑄造手冊鑄件最小壁厚為,6～10mm，該鑄件的最小壁厚為5mm，故應(yīng)提高澆注溫度或者改變鑄件壁厚。鑄件輪廓尺寸鑄件材料鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵鋁合金鎂合金銅合金《200*20086653—3～5>200*200～500*50010～126～10128436～8>500*50015～2015～20——6——機械加工余量方法要求的機械加工余量等級鑄件材料鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵銅合金砂型鑄造手工造型G～KF～HF～HF～HF～H砂型鑄造機器造型E～HE～GE～GE～GE～G金屬型—D～FD～FD～FD～F根據(jù)機械加工余量等級，便可以查表得出要求的鑄件的加工余量（RMA）。端蓋的材料是灰鑄鐵，機械加工余量的等級是E～G，查表可以得出加工余量。查《鑄造工藝手冊》可知機械加工余量RMA=2（3）結(jié)構(gòu)工藝性分析零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性是指零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)符合鑄造生產(chǎn)的要求，易于保證鑄件品質(zhì)，簡化鑄件工藝過程和降低成本。審查、分析應(yīng)考慮如下幾個方面：鑄件應(yīng)有合適的壁厚，為了避免澆不到、冷隔等缺陷，鑄件不應(yīng)太薄。鑄件結(jié)構(gòu)不應(yīng)造成嚴(yán)重的收縮阻礙，注意薄壁過渡和圓角鑄件薄厚壁的相接拐彎等厚度的壁與壁的各種交接，都應(yīng)采取逐漸過渡和轉(zhuǎn)變的形式，并應(yīng)使用較大的圓角相連接，避免因應(yīng)力集中導(dǎo)致裂紋缺陷。鑄件內(nèi)壁應(yīng)薄于外壁鑄件的內(nèi)壁和肋等，散熱條件較差，應(yīng)薄于外壁，以使內(nèi)、外壁能均勻地冷卻，減輕內(nèi)應(yīng)力和防止裂紋。壁厚力求均勻，減少肥厚部分，防止形成熱節(jié)。利于補縮和實現(xiàn)順序凝固。防止鑄件翹曲變形。避免澆注位置上有水平的大平面結(jié)構(gòu)。2、造型、造芯方法的選擇支座的輪廓尺寸為160mm*135mm*100mm，鑄件尺寸較小，屬于中小型零件且要大批量生產(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，模樣采用金屬模是合理的。在造芯用料及方法選擇中，如用粘土砂制作砂芯原料成本較低，但是烘干后容易產(chǎn)生裂紋，容易變形。在大批量生產(chǎn)的條件下，由于需要提高造芯效率，且常要求砂芯具有高的尺寸精度，此工藝所需的砂芯采用熱芯盒法生產(chǎn)砂芯，以增加其強度及保證鑄件質(zhì)量。選擇使用射芯工藝生產(chǎn)砂芯。采用熱芯盒制芯工藝熱芯盒法制芯，是用液態(tài)固性樹脂粘結(jié)劑和催化劑制成的一種芯砂，填入加熱到一定的芯盒內(nèi)，貼近芯盒表面的砂芯受熱，其粘結(jié)劑在很短的時間內(nèi)硬化。而且只要砂芯表層有數(shù)毫米的硬殼即可自芯取出，中心部分的砂芯利用余熱可自行硬化。3、澆注位置的確定鑄件的澆注位置是指澆注時鑄件在型內(nèi)所處的狀態(tài)和位置。確定澆注位置是鑄造工藝設(shè)計中重要的一環(huán)，關(guān)系到鑄件的內(nèi)在質(zhì)量、鑄件的尺寸精度及造型工藝過程的難易，因此往往須制訂出幾種方案加以分析、對比，擇優(yōu)選用。澆注位置與造型（合箱）位置、鑄件冷卻位置可以不同。生產(chǎn)中常以澆注時分型面是處于水平、垂直或傾斜位置，分別稱為水平澆注、垂直澆注或傾斜澆注。澆注位置一般于選擇造型方法之后確定。根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求，結(jié)合選定的造型方法，先確定出鑄件上質(zhì)量要求高的部位（如重要加工面、受力較大的部位、承受壓力的部位等）。結(jié)合生產(chǎn)條件估計容易發(fā)生缺陷的部位（如厚大部位容易出現(xiàn)收縮缺陷；大平面上容易產(chǎn)生夾砂結(jié)疤；薄壁部位容易發(fā)生澆不到、冷隔；薄厚相差懸殊的部位應(yīng)力集中，容易發(fā)生裂紋等）。這樣在確定澆注位置時，就應(yīng)使重要部位處于有利的狀態(tài)，并針對容易出現(xiàn)的缺陷，采取相應(yīng)的工藝措施予以防止。確定澆注位置在很大程度上應(yīng)著眼于控制鑄件的凝固。順序凝固的鑄件，可消除縮孔、縮松，保證獲得致密的鑄件。澆注位置的確定應(yīng)有利于安放冒口；實現(xiàn)同時凝固的鑄件，內(nèi)應(yīng)力小，變形小，金相組織比較均勻一致，不用或很少采用冒口，節(jié)約金屬，減小熱裂傾向。鑄件內(nèi)部可能有縮孔或軸線縮松存在。因此多應(yīng)用于薄壁鑄件或內(nèi)部出現(xiàn)輕微軸線縮松不影響使用的情況下。如果鑄件有較厚部位，可置于澆注位置的底部，利用冷鐵實現(xiàn)同時凝固。確定澆注位置時應(yīng)考慮以下原則：鑄件的重要加工面應(yīng)朝下或呈直立狀態(tài)，鑄件在澆注時，朝下或垂直安放部位的質(zhì)量比朝上安放的高。氣孔、非金屬夾雜物等缺陷多出現(xiàn)在朝上的表面，而朝下的表面或側(cè)立面通常比較光潔，出現(xiàn)缺陷的可能性小。鑄件的大平面應(yīng)朝下，鑄件的大平面朝下可避免氣孔和夾雜，又可以防止在大平面上形成砂眼缺陷。應(yīng)有利于鑄件的補縮，對于因合金體收縮大或鑄件結(jié)構(gòu)上厚薄不均勻而易于出現(xiàn)縮孔、縮松的鑄件，澆注位置的選擇應(yīng)優(yōu)先考慮實現(xiàn)順序凝固的條件，要便于安放冒口和發(fā)揮冒口的補縮作用。應(yīng)保證鑄件有良好的液態(tài)金屬導(dǎo)入未注，保證鑄件能充滿，較大而壁薄的鑄件應(yīng)朝下、側(cè)立、或傾斜以保證金屬液的充填。應(yīng)盡量少用或不用砂型；若需要使用砂芯時，應(yīng)注意保證砂芯定位穩(wěn)固排氣通暢和下芯檢驗方便?？紤]到砂芯安放固定與排氣、起模、充型等，選擇將澆注位置確定為中間位置。綜合以上因素，該鑄件用中間注入式澆注系統(tǒng)。如圖所示：4、分型面的選擇分型面考慮：分型面的優(yōu)劣，在很大程度上影響鑄件的尺寸精度、成本和生產(chǎn)率。分型面確定的是否合理，對于能否簡化鑄造工藝、降低成本、提高鑄件質(zhì)量等都有直接關(guān)系。通常砂型分型面的選擇應(yīng)與澆注位置盡量一致，以避免合型后還要翻轉(zhuǎn)。。分型面應(yīng)確定為中間位置，以便順利起模、下芯、充型。如圖所示：鑄造工藝圖砂模設(shè)計1、砂芯及芯盒設(shè)計由于鑄件中心孔太大，需要鑄出，因此采用下砂芯方法造出，且有分型位置的確定可知為水平砂芯。砂芯長度為105mm，直徑為66mm查表取芯頭長度為45mm，芯頭直徑可根據(jù)圓孔的直徑和鋼液收縮率及加共余量計算得到d為60mm。砂芯圖芯盒是制造砂芯的模具。制造砂芯除用車板、刮板外，大多采用芯盒。生產(chǎn)實踐表明，合理的芯盒結(jié)構(gòu)對砂芯的質(zhì)量、產(chǎn)量、鑄件成本及勞動條件有著重要影響。芯盒本體結(jié)構(gòu)如下：芯盒圖金屬芯盒多采用帶有凸緣和加強肋的薄壁箱形結(jié)構(gòu)，在保證強度和使用壽命的前提下，盡可能減小壁厚和加強肋的厚度，并簡化加強肋布置，以減輕芯盒重量和改善勞動條件，根據(jù)手冊查表及需要芯盒的壁厚為mm。2、澆注系統(tǒng)設(shè)計澆注系統(tǒng)的一般設(shè)計內(nèi)容有:澆口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道。澆注系統(tǒng)截面積的大小對鑄件質(zhì)量也有很大影響。截面積太小，澆注時間長，可能產(chǎn)生澆不足、冷隔、砂眼等缺陷；截面積過大，澆注速度快，又可能引起沖砂，帶入熔渣和氣體，使鑄件產(chǎn)生渣孔、氣孔等缺陷。為了使金屬液以適宜的速度充填鑄型，就必須合理確定澆注系統(tǒng)的面積。（1）澆注系統(tǒng)類型的選擇根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)選擇封閉式（中間注入式）澆注系統(tǒng)較好，因為封閉式澆注系統(tǒng)有較好的阻渣能力，可防止金屬液卷入氣體，消耗金屬少，清理方便。（2）澆注系統(tǒng)的設(shè)計與計算設(shè)計澆注系統(tǒng)，首先根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)和澆注位置確定澆注系統(tǒng)的形狀和擺布方式，之后確定各個部分的截面積。首先確定內(nèi)澆口的截面積，之后根據(jù)比例確定橫澆道、直澆道的截面積。已知鑄件質(zhì)量在18KG—30KG，壁厚20mm，內(nèi)澆道選3個，該鑄件才用封閉式澆注系統(tǒng)，F(xiàn)：F：F=1:1.2:1，查《鑄造工藝手冊》可知，內(nèi)澆道面積F=1.8cm，則可計算出F=2.0cm，F(xiàn)=1.8cm。根據(jù)《鑄造工藝手冊》結(jié)合澆注系統(tǒng)個部分的面積，澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下：內(nèi)澆道：橫澆道：直澆道：根據(jù)《鑄造工藝手冊》得到澆口杯的形狀為：澆口杯圖冒口設(shè)計設(shè)計原則（1）冒口應(yīng)就近設(shè)在鑄件熱節(jié)的上方或者側(cè)旁。冒口應(yīng)盡量設(shè)計在鑄件最高，最厚的地方。冒口不應(yīng)設(shè)在鑄件最重要的、受力大的地方。冒口不要設(shè)在鑄件應(yīng)力集中處。（5）冒口應(yīng)盡可能設(shè)在方便和容易清除冒口殘根的地方或者鑄件的加工面上。冒口的澆注位置設(shè)計在最后凝固處如前圖示鑄件模數(shù)可根據(jù)公式M=K其中K是凝固系數(shù)T是凝固時間計算可得:M(鑄件)=2.5冒口模數(shù) M冒=1.2M鑄=3cm冒口設(shè)計為明冒口查表可知冒口尺寸：H=d=70mm根據(jù)模數(shù)查表可知：冒口能補縮的金屬液量為74kg冒口補縮效率為15%故一個冒口能補縮的液量為11kg，鑄件質(zhì)量為18kg所以需要兩個冒口。冒口圖4、模板和砂箱設(shè)計模樣是用形成鑄型的型腔，關(guān)系到鑄件的形狀和尺寸精度，鑄件的模樣是金屬模。為滿足生產(chǎn)的要求：耐磨、有足夠的強度，同時考慮便于加工制造，用ZL104。因模樣尺寸較大，所以設(shè)計成整鑄式空心模樣，壁厚為10mm，中間設(shè)計加強筋，上、下模樣都無特殊要求，與模板配合均采用平放式、上固定法。用M10的螺釘緊固和兩個定位銷定位，螺釘孔及銷孔與型板配鉆，沉頭螺釘安裝后，均用塑料填平修光。鑄件的模板由模樣和澆冒口系統(tǒng)模樣與模底板通過螺釘、螺栓、定位銷裝配而成。模底板的工作面形成鑄型的分型面。為滿足一定的機械性能要求，同時考慮便于手工加工制造，成本低，選用材料HT150。砂箱尺寸：砂箱的底面厚度為30mm，側(cè)面厚度為20mm，加強肋中間對稱分布。5、鑄造工藝設(shè)計參數(shù)1）鑄件工藝余量鑄件工藝余量，是為了滿足工藝上的某些要求而附加的金屬層。工藝余量一般都在機械加工時被切除，所以應(yīng)在鑄件圖上標(biāo)注清楚。在個別情況下，如果已取得設(shè)計和使用單位的同意，工藝余量也可不經(jīng)加工而保留在鑄件上，因為這已屬于更改鑄件結(jié)構(gòu)的問題，所以在鑄件圖上不必再作任何標(biāo)注。鑄件工藝余量的大小應(yīng)根據(jù)工藝要求的實際情況而定。工藝余量主要用于如下情況：為保證鑄件順序凝固，有利于冒口補縮，因而在鑄件上附加的工藝余量(即補貼)。一般情況下，工藝補貼余量應(yīng)盡量附加在加工表面，若在非加工表面，就需要另行安排機械加工。為保證鑄件機械加工精度和簡化鑄造工藝、模具結(jié)構(gòu)，對一些需要進(jìn)行加工、尺寸精度要求較高的小孔、凸緣、臺階以及難以鑄造的狹窄溝槽等均以工藝余量的形式，由機械加工直接成型。鑄件工藝余量除上述兩種主要形式外，有的還將機械加工所需的工藝凸臺(輔助基準(zhǔn))、為防止鑄件變形或熱裂而增設(shè)的工藝筋、為改善合金液充填條件而在鑄件薄壁處增大厚度，以及為防止鑄件由于變形造成加工余量不足或達(dá)不到加工精度要求而增大的加工余量等，都當(dāng)作鑄造工藝余量處理。并在鑄件圖上標(biāo)注。2）鑄造收縮率，鑄造收縮率一般指鑄造線收縮率，取1.5%。3）機械加工余量,在鑄件加工表面上留出的，準(zhǔn)備切削去的金屬層厚度，稱為機械加工余量。加工余量過大，將浪費金屬和機械加工工時，增加零件成本，過小，則不能完全除去鑄件表面的缺陷，甚至露出鑄件表皮，達(dá)不到設(shè)計要求。因此選擇合適的加工余量有著很重要的意義。鑄件的機械加工余量，一般按GB／T11350—89或HB6103—86規(guī)定的方法和表格選用。有時為了消除鑄造缺陷或由于其它工藝要求，而增加的工藝余量以及切割澆冒口后的殘留量，均不屬于加工余量的范圍。該鑄件的機械加工余量已在鑄造工藝圖上標(biāo)出。5)起模斜度為便于起?；驈男竞兄腥〕鲂托?，需要在模樣和芯盒垂直分型面的壁設(shè)計一個向著分型面逐漸擴大的斜度，即稱起模斜度。查表可得，本鑄件的起模斜度為1°30′。6)鑄件線收縮率與模樣放大率鑄件線收縮率又稱鑄件收縮率或鑄造收縮率，是指鑄件從線收縮開始溫度（從液相中析出枝晶搭成的骨架開始具有固態(tài)性質(zhì)時的溫度）冷卻到室溫時的相對線收縮量，以模樣與鑄件的長度差除以模樣長度的百分比表示：鑄件線收縮率!是考慮了各種影響因素之后的鑄件的實際收縮率，它不僅與鑄造金屬的收縮率和線收縮起始溫度有關(guān)，而且還與鑄件結(jié)構(gòu)、鑄型種類、澆冒口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、砂型和砂芯的退讓性等因素有關(guān)。7)澆注時間值的確定澆注時間對鑄件質(zhì)量影響很大，尤其對大、中型鋁、鎂合金鑄件質(zhì)量的影響，更為明顯。合適的澆注時間應(yīng)根據(jù)鑄件具體結(jié)構(gòu)和鑄造工藝來確定。目前確定澆注時間的經(jīng)驗公式尚不完善，航空產(chǎn)品鋁合金和鎂合金鑄件常以液面在型腔中適宜的上升速度為確定澆注時間的最基本依據(jù)，按下式計算澆注時間：式中：――澆注時間，s;――包括冒口在內(nèi)的鑄件總質(zhì)量，kg；――鑄件壁厚，mm，對于寬度大于厚度4倍的鑄件，即為壁厚，對于圓形或正方形的鑄件，取其直徑或邊長的一半，對壁厚不均勻的鑄件，可取平均壁厚，主要壁厚或最小壁厚。――系數(shù)。對普通球墨鑄鐵一般取1.0，灰鑄鐵取2.0，需快澆時可取1.7-1.9，對于需要慢澆小澆口可取3-4，鑄鋼件可取1.3-1.5。對于該鑄件：鑄件總質(zhì)量G為30kg，鑄件壁厚為30mm，系數(shù)取2.0。則澆注時間=19.3s。三、落砂及鑄件清理1）落砂落砂就是在鑄型澆注并冷卻到一定溫度后，將鑄型破碎，使鑄件從砂型中分離出來。落砂工序通常由落砂機來完成。隨著振動電機制造質(zhì)量的提高，采用振動電機作激振器的落砂機越來越普及，它具有結(jié)構(gòu)簡單、維修方便等許多優(yōu)點，目前被大量采用。2）鑄件清理清理又分為濕法清理和干法清理兩大類。前者是利用水力的作用對鑄件外部和內(nèi)部進(jìn)行清理；后者是利用機械打擊或摩擦的方法來清理鑄件表面。通常，除單件小批量的生產(chǎn)或特殊件采用濕法清理外，大量的鑄件都采用干法清理，常見四．砂箱鑄造工藝卡產(chǎn)品型號零件圖號鑄-01產(chǎn)品名稱端蓋零件名稱端蓋每箱件數(shù)1件收縮率1.5%材料重量材料及規(guī)格HT60凈重毛重澆冒口重本廠牌號標(biāo)準(zhǔn)牌號硬度18kg23.98kg16.08kgHT60造型造型方法砂箱尺寸/mm砂箱重量/kg定位銷砂型部位砂型類別使用設(shè)備長寬高圖號規(guī)格上型ZB148B430430202下型ZB148B430430114澆冒口系統(tǒng)名稱澆口杯直澆道橫澆道內(nèi)澆道明冒口數(shù)量11132面積1.8cm2.0cm1.8cm規(guī)格合型下芯次序名稱材料壓鐵重量340kg先下箱再上箱上箱HT150下箱HT150澆注澆注方法澆注溫度澆注時間冷卻時間中間注入式1380℃19.3s30~60min五．缺陷分析與改進(jìn)