端蓋零件鑄造工藝設(shè)計,零件,鑄造,工藝,設(shè)計 端蓋鑄造工藝設(shè)計 學(xué)生：姚福義 學(xué)號：17080140210 指導(dǎo)教師：孫建波 老師設(shè)計的目的鑄造工藝學(xué)課程設(shè)計是鑄造專業(yè)實踐環(huán)節(jié)之一，是對鑄造專業(yè)的學(xué)生工藝?yán)碚摵蛯I(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。鑄造的發(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(jìn)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。設(shè)計任務(wù)及要求(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)(5)凡有加工符號的表面留有加工余量；(6)鑄件不得有砂眼、氣孔、裂紋等缺陷；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50mm孔不鑄出，由后續(xù)加工得到。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分型面的選擇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等。分型面設(shè)計 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。如左圖：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。綜合上述三種方案的優(yōu)缺點比較，可以確定分型面依據(jù)上述方案B。澆鑄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。澆鑄位置的確定澆鑄位置的確定應(yīng)該遵從以下幾個原則：（1）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)。（2）鑄件的大平面應(yīng)朝下。（3）保證鑄件的充型能力。（4）要有利于鑄件的補縮。（5）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。澆鑄位置的確定選定的澆注位置有以下兩種方案如圖：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。4.1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(jī)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 表4-2 鑄件尺寸公差數(shù)值造型材料公差等級CT 灰鑄鐵球墨鑄鐵鑄鋼干、濕型砂131513151315自硬砂111311131214鑄件基本尺寸公差等級CT大于至10111213400630571014630100068111610001500791318機(jī)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(zhǔn)備切去的金屬層厚度稱為機(jī)械加工余量。加工余量過大，浪費金屬和機(jī)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(dá)不到零件要求。根據(jù)鑄件的尺寸公差等級、要求的機(jī)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：要求的機(jī)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。底選擇F級；處于澆注位置“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：方法要求的機(jī)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(jī)械造型或殼型EHEGEGEGEG 引用GB/T6414-1999要求的各等級加工余量數(shù)值如下表4-5：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.最大尺寸要求的機(jī)械加工余量等級 EFG1602504.55.06.02504005.06.07.04006305.56.57.563010006.57.59鑄造收縮率金屬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(jìn)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%。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0.60.80.70.94.5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)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。測量面高度起模斜度 金屬、塑料模樣木模樣1602502.22.62504003.64.24006304.65.65砂芯的設(shè)計 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(qiáng)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。砂芯設(shè)計砂芯設(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。芯頭的設(shè)計芯頭是伸出鑄件型腔以外的砂芯一部分，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。芯頭的設(shè)計垂直芯頭：根據(jù)鑄造工藝課程設(shè)計手冊，因為L=370mm、200mm，D=350mm、110mm，取間隙S=1.5，H=50mm，S=0.5，H=30mm。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。澆注系統(tǒng)的設(shè)計澆筑系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該遵循以下幾條原則：（1）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(qiáng)烈而造成夾卷空氣、產(chǎn)生金屬氧化物夾雜和沖刷分流塞。（2）充型過程中流動的方向和速度可以控制，保證對鋼軌截面的沖刷均勻、砂型輪廓清晰、完整。（3）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。（4）調(diào)節(jié)鑄型內(nèi)的溫度分布，有利于強(qiáng)化鑄件補縮、防止鑄件變形、裂紋等缺陷。（5）具有擋渣、溢渣能力，凈化金屬液。（6）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)。各交道口截面積計算1 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。2 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。各交道口截面積計算3 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。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(jìn)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230mm，代入下列公式得：根據(jù)鑄件模數(shù)計算公式：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：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，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)，如左圖所示?？偨Y(jié)與體會 通過一段時間的學(xué)習(xí)我對自己的課題更加了解，在軟件制圖上的應(yīng)用方面也有了很大提升，在繪制端蓋零件圖時遇到復(fù)雜結(jié)構(gòu)，在向老師請教后，成功解決了問題。我選用砂型鑄造是因為此鑄件璧薄且內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還是中型零件單件成產(chǎn)。分型面的選擇非常合適，選在零件的對稱線上，易分型，澆注更充分。從澆注系統(tǒng)上分析，采用頂注開放式澆注系統(tǒng)，其具有阻渣性能好，不易吸氣，內(nèi)澆道易清理，金屬消耗少，不易氧化，金屬澆注平穩(wěn)且不噴射等優(yōu)點。把直澆道放置于靠近砂箱內(nèi)壁處，便于澆注。經(jīng)分析此方案選用的參數(shù)合理，澆注系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)良和有可行性，可以在實際生活中使用。