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1、 ( 此文檔為 word 格式，下載后您可任意編輯修改！ ) 優(yōu)秀論文 審核通過 未經(jīng)允許 切勿外傳 輪轂的鑄造工藝及其熱芯盒模具設(shè)計 摘 要 隨著社會的發(fā)展，機動車輛在生產(chǎn)和生活中的越來越廣泛。缸蓋是機動車輛中的重要部件，其殼體的結(jié)構(gòu)及加工精度直接影響輪轂的正常工作，因此研究輪轂的加工方法和工藝的編制是十分必要和有意義的。 本設(shè)計是對前輪轂零件進行鑄造毛坯工藝設(shè)計。根據(jù)零件的使用條件、結(jié)構(gòu)特點、生產(chǎn)批量，結(jié)合工廠現(xiàn)有設(shè)備等進行鑄造工藝分析，確定了鑄造方法、造型及造芯方法、凝固原則

2、及澆注位置、分型面、砂箱中鑄件數(shù)量、砂型數(shù)量等，完成了砂芯、澆注系統(tǒng)、冒口及冷鐵、相關(guān)工裝設(shè)備等設(shè)計。 本設(shè)計采用殼芯盒法制芯，根據(jù)芯子的形狀及重量選用 763 射芯機進行射芯，采用酚醛樹脂砂作為制芯材料。接著對殼芯盒本體進行設(shè)計，芯盒本 體的設(shè)計主要包括芯盒的結(jié)構(gòu)及分盒面的選擇，射砂口的設(shè)計，芯盒材料的選擇，芯盒中砂芯的數(shù)目，排氣裝置的設(shè)計以及芯盒頂出機構(gòu)的設(shè)計。 關(guān)鍵字 ：砂型鑄造，工藝分析，工藝設(shè)計，殼芯工裝設(shè)計 I

3、 The Casting Technology and Hot Core Box Mold Design of Hub ABSTRACT Along with social development, motor vehicle used in production and life is increasingly wide. Hub is an important vehicle component and its interior structure and processing prec

4、ision directly affect the is necessary and meaningful. This design is the casting technology design for front vehicle. According to the application conditions, structural features, production batch and existing equipment, it determines the method of

5、casting, modeling, core making, solidification principles and pouring position, parting surface, the quantity of casting and mold etc. It completes the design of sand core, pouring system, riser, chill and related equipment etc. This design uses the shell core box making core. Accordin

6、g to the shape and weight it choose 763 shoot core machine shoot core and use phenolic resin sand as the core making material. Then design the shell core box body, the core box body design mainly includes the core box structure and box surface selection, sand jetting port core box design, choice of

7、materials, core box of sand core in number, exhaust design and installation of the core box lifting mechanism design. KEY WORDS ：sand casting，technology analysis，technology design， Shell core fixture design II 目 錄 前 言 ..............

8、.................................................................................... 1 第一章 鑄造工藝設(shè)計 ....................................................................... 2 §1.1 零件概述 ............................................................................. 2 §1.1.1 零件信息 .

9、.................................................................. 2 §1.1.2 技術(shù)要求 ................................................................... 2 §1.2 鑄造工藝方案的確定 ......................................................... 3 §1.2.1 造型、造芯方法及鑄型種類的確定.....................

10、... 3 §1.2.2 澆注位置和分型面的確定 ........................................ 3 §1.2.3 砂箱中鑄件數(shù)目的確定 ............................................ 5 §1.3 工藝參數(shù)的選擇 ................................................................. 6 §1.3.1 鑄造收縮率 .............................

11、.................................. 6 §1.3.2 機械加工余量、鑄件的尺寸和重量偏差................ 6 §1.3.3 拔模斜度的確定 ....................................................... 7 §1.3.4 鑄造圓角的確定 ....................................................... 7 §1.3.5 最小鑄出口及槽 .............

12、.......................................... 7 §1.4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 ................................................................. 8 §1.4.1 澆注系統(tǒng)的概述 ....................................................... 8 §1.4.2 澆注系統(tǒng)類型的選擇 ............................................... 8

13、 §1.4.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計與計算 ............................................ 9 §1.4.4 出氣孔的設(shè)計 ......................................................... 12 §1.5 砂芯的設(shè)計 ....................................................................... 12 §1.5.1 砂芯的概述 ..................

14、........................................... 12 §1.5.2 砂芯數(shù)量的確定 ..................................................... 12 §1.5.3 芯頭的設(shè)計 ............................................................. 12 §1.5.4 殼芯的制備 ........................................................

15、..... 13 §1.6 冒口及冷鐵的設(shè)計 ........................................................... 14 §1.6.1 冒口的設(shè)計 ............................................................. 14 §1.6.2 冷鐵的設(shè)計 ............................................................. 14 第二章 鑄造工藝裝備設(shè)計 ........

16、..................................................... 15 §2.1 模板 .................................................................................. 15 §2.1.1 模樣的設(shè)計 ............................................................. 15 §2.1.2 模底板的設(shè)計 .............

17、............................................ 15 §2.2 殼芯工裝設(shè)計 ................................................................... 16 §2.2.1 殼芯的概述 ............................................................. 16 §2.2.2 殼芯工藝 ................................................

18、................. 16 §2.2.3 殼芯盒的材料 ......................................................... 17 §2.2.4 殼芯工裝設(shè)計 ......................................................... 17 結(jié) 論 ................................................................................................

19、 22 參考文獻 .......................................................................................... 23 致 謝 ................................................................................................ 23 前 言 近年來，能源，環(huán)境和安全問題受到普遍關(guān)注，汽車行業(yè)尤為突出。減輕汽車自重是提高汽車燃油經(jīng)濟性、降低能耗、提高安全性能

20、的重要措施之一。輪轂作為汽車一個重要部件，對汽車節(jié)能、環(huán)保、安全性、操控性都有重要的影響，因此如何選材及加工成型，達到輕量化，意義深遠。輪轂的材質(zhì)分為鐵輪轂、鋼輪轂這兩者在卡車和公交車用的較多；轎車普遍使用鋁輪轂。優(yōu)質(zhì)輪轂包括以下基本條件：①質(zhì)量輕，價格低，表面質(zhì)量高，易于成型；②具有良好靜力學(xué)、動力學(xué)以及耐腐蝕特性；③具有良好的回轉(zhuǎn)特性和導(dǎo)熱特性；④具有良好的回收能力，符合環(huán)保要求。所以完整的輪的鑄造工藝的選擇和選擇直接應(yīng)該后期的加工和使用，并通過設(shè)計輪轂鑄造工藝，設(shè)計培養(yǎng)正確的設(shè)計思想方法、嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度和良好得工作作風(fēng)，樹立自信心；培養(yǎng)運用所學(xué)的理論知識和技能解決實際問題的能力及素質(zhì)；培

21、養(yǎng)自身獲取信息和綜合處理信息的能力，提高文字和語言表達能力。 熱芯盒法，是鑄造生產(chǎn)中一種機器制造型芯的方法，將鑄造用砂、熱固 性樹脂和催化劑混合成的砂料射入具有加熱裝置的芯盒中，加熱到 180～250℃，使貼近芯盒表面的砂料受熱，在溫度作用下，其粘結(jié)劑在很短時間 內(nèi)即可縮聚而硬化，形成型芯，不須再進烘爐烘干，具有縮短生產(chǎn)周期等優(yōu) 點。而且，只要砂芯的表層有毫米結(jié)成硬殼即可自芯盒取出，中心部分的砂 芯利用余熱和硬化反應(yīng)放出的熱量可自行硬化，它為快速生產(chǎn)尺寸精度高的 中、小砂芯（砂芯最大壁厚一般為 50— 75mm ）提供了一種非常有效的方法， 特別適用于

22、汽車、拖拉機或類似行業(yè)的鑄件生產(chǎn)。 第一章 鑄造工藝設(shè)計 § 1.1  零件概述 §  零件信息 名稱：前輪轂 外形尺寸： Φ 182× 165mm 生產(chǎn)批量：成批大量成產(chǎn)。 其零件示意圖如下圖 1-1 ：  材料： 質(zhì)量：  QT400-10 6.24kg 圖 1-1 零件示意圖

23、 § 技術(shù)要求 (2) 未注明鑄造抽模角 3o，圓角半徑 R5 ； (3) Φ 85Gc 孔表面對 Φ 72Gc 孔表面的跳動允差為 0.05 ； (4) 對 Φ 85Gc 和 Φ 72Gc 共同中心線： ① Φ 90D 6 表面跳動允差為 0.15 ； ② Φ 100d7、 Φ 110d7、 Φ 132 表面跳動允差為 0.3； ③ M 、 N 端面跳動允差為 0.08， P 端面在 R88 處跳動允差為 0.20 ， K 端面跳動允差為 0.20； (5) 非加工表面初一拖拉機專用醇酸底漆， 外表面

24、在底漆上面涂一層醇 酸磁化； (6) 加工表面不得有夾渣、 縮孔、縮松缺陷， 非加工面不得有明顯凹陷、縮孔、不允許有焊補處理； (7) 鑄造收縮率為 0.6% ，未注起模斜度為 2°； (8) 去飛邊、毛刺、銳邊。 § 1.2 鑄造工藝方案的確定 § 造型、造芯方法及鑄型種類的確定 由于前輪轂生產(chǎn)批量為成批成產(chǎn)，鑄件不大、結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜，考慮到技術(shù)上的先進性與經(jīng)濟的合理性，所以確定其毛坯生產(chǎn)方法為普通砂型機器造型，砂型種類為濕型，芯盒設(shè)計為殼芯盒法。 §澆注位置和分

25、型面的確定 一、鑄件澆注位置的確定 凝固原則：由于球磨鑄鐵有較寬的共晶凝固溫度范圍，從而使鑄件的 凝固特性為糊狀凝固，此外還有較大的共晶膨脹 [1] 。為此采取一些措施避 免縮松縮孔，例如加大鑄型剛度，增加石墨化膨脹的體積，這些措施可使 鑄件凝固時使石墨化膨脹所產(chǎn)生的巨大的膨脹力作用于正在生長的共晶 團，有效地消除共晶團間的間隙，從而消除共晶團間的微觀縮松。 澆注位置：為了保證鑄件質(zhì)量，必須把最重要的加工面在澆注時向下 或直立狀態(tài)。由零件的技術(shù)要求知道： Φ 72 和 Φ 85 的圓表面光潔度要求 高，內(nèi)部安裝軸承，尺寸精度比較高，因此

26、，應(yīng)將兩圓柱面呈直立狀態(tài)， 同時從凝固的原則出發(fā)，將厚大部位放在上面。綜合考慮結(jié)果：確定本件 的澆注位置有兩個方案，方案 ?、方案 II 分別如圖 1-2 、圖 1-3 所示 [2] 。 圖1-2 方案? 圖 1-3 方案 II 為了盡量減少砂芯的數(shù)量，并且有利于

27、砂芯的定位、穩(wěn)固、排氣和檢 驗方便。盡量避免砂芯吊在上箱或僅靠芯撐來固定。對于圖 2-1 所示，需 要兩個砂芯，并且有一個砂芯吊在上箱，故方案一不合理。而圖 2-2 所示， 僅需采取一個砂芯，故采取方案二。 二、分型面的確定 [3] 此件可有三種分型面方案： 方案 ?：如圖 1-4 所示可將鑄件對稱分布在兩鑄型內(nèi)，模樣易制作，但造型、下芯不方便，鑄件內(nèi)孔的精度不易保證，且為了保證澆注位置須將鑄型翻轉(zhuǎn) 90o，勞動量大。 圖1

28、-4 方案? 方案 II ：如圖 1-5 所示鑄件在同一鑄型內(nèi)，可以保證其尺寸精度，且 下芯后便于檢查壁厚是否均勻，砂型穩(wěn)固，造型簡單，但頂注不平穩(wěn)，易 產(chǎn)生沖砂，同時上箱小，下箱大，起模行程大。 圖 1-5 方案Ⅱ 方案 III ：如圖 1-6 所示鑄件大部分在同一鑄型內(nèi)， 能夠保證其尺寸精 度，下芯也便于檢查，同時滿足合箱，澆注，冷卻位置一致，采用側(cè)澆， 切向引入改善了澆注時的充

29、型不平穩(wěn)，減少了沖擊，防止了沖砂缺陷的產(chǎn) 生，上、下箱相差不大，造型簡單。 圖 1-6 方案Ⅲ 經(jīng)過比較，綜合考慮，為保證鑄件質(zhì)量，采用方案 III 較合理。 § 砂箱中鑄件數(shù)目的確定 當(dāng)鑄件的造型方法、澆注位置和分型面確定以后，應(yīng)當(dāng)初步確定一箱 中放幾個鑄件，作為進行澆冒口設(shè)計等的依據(jù)。一箱中的鑄件數(shù)目，應(yīng)該 是在保證鑄件質(zhì)量的前提下越多越好。確定這個數(shù)目應(yīng)注意以下情況：在

30、大批量生產(chǎn)的條件下，在同一條流水線上，砂箱的種類不宜太多，一般都 是一種到兩種，這時就根據(jù)所設(shè)計鑄件尺寸的大小考慮澆注系統(tǒng)的位置和 必要的吃砂量，大致確定選用哪種砂箱和一箱中鑄件的數(shù)目即可。但要考 慮到機器造型流水線生產(chǎn)的特點，如一箱中砂芯的數(shù)量不宜太多，以免影 響各工序間的平衡 [4] 。 由附錄附表 1-7 [5] 查得 ZB148A 氣動微震造型線所對應(yīng)的砂箱最大內(nèi)尺 寸長×寬×高為 3 6.24kg 由表 12-3 [5] 800 × 600× 250mm。根據(jù)鑄件重量 查 得其最小吃砂量各

31、參數(shù)為： a=20mm， b=40mm， c=50mm， d=40mm， f=30mm， g=20mm，鑄件輪廓為 Φ 182 × 165mm ，因此砂箱中可放五個鑄件。 § 1.3 工藝參數(shù)的選擇 § 鑄造收縮率 根據(jù)實際生產(chǎn)情況，并參考表 2-14 [6] ，確定該件的收縮率為 0.6%。 §機械加工余量、鑄件的尺寸和重量偏差 一、尺寸公差等級 CT 查表 2-2 [6] ，對于成批和大量生產(chǎn)的鑄件，砂型機器造型的球磨鑄鐵 的尺寸公差等級 CT取為 9 級。 二、質(zhì)量公差等級

32、 MT 查表 2-5 [6] ，對于成批和大量生產(chǎn)的鑄件，砂型機器造型的球磨鑄鐵 的質(zhì)量公差等級 MT 取為 9級。 表 1-1 各尺寸機械加工余量 序號 基本尺寸 加工余量等級 加工余量數(shù)值 說明 1 Φ 182 G 3 側(cè)面，雙側(cè)加工 2 Φ 132 G 3 側(cè)面，雙側(cè)加工 3 Φ 110 G 3 側(cè)面，雙側(cè)加工 4 Φ 100 G 3 側(cè)面，單側(cè)加工 5 Φ 90 H 3 孔、降一級雙側(cè)加工 6 Φ 85 H 3 孔、降一級雙側(cè)加工 7 Φ 73 H 3 孔

33、、降一級雙側(cè)加工 8 Φ 80 H 3 孔，降一級雙側(cè)加工 9 Φ 100 G 3 底面，雙側(cè)加工 10 Φ 102 H 4 上表面降一級雙側(cè)加工 11 Φ 182 G 3 底面，雙側(cè)加工 12 Φ 182 H 4 上表面降一級雙側(cè)加工 13 Φ 75 G 2.5 底面，雙側(cè)加工 14 Φ 63 H 3 上表面降一級雙側(cè)加工 三、機械加工余量 MA 對于成批和大量生產(chǎn)的鑄件，砂型機器造型的球磨鑄鐵的機械加工余 量等級取為 G 級。查表 2-8 [7] ，并考慮實際情況，具體數(shù)值見如表 1-

34、1 。 §拔模斜度的確定 按零件圖尺寸采用增加鑄件厚度的方法，根據(jù)表 1-23 [8] 確定其拔模斜 度為 2o。 §鑄造圓角的確定 按圖紙要求一般情況下未注圓角取 R5，其他圓角可根據(jù)零件尺寸大 小適當(dāng)取值，具體圓角大小見紅藍工藝圖。 §最小鑄出口及槽 根據(jù)鑄件厚度 <50mm 球磨鑄鐵的應(yīng)鑄出的最小孔徑為 35mm，因此鑄 件的螺紋孔孔徑較小應(yīng)全部無法鑄出； 直徑為 14mm 的 6 個沉頭螺栓孔孔 也無法鑄出；對于 Φ 25mm的孔也無法鑄出，其均需要后期機加工形成。

35、 當(dāng) t≤ 10mm ， b≤ 20mm 時，不予鑄出 [7] 。而此鑄件中的槽均為退刀 槽，所以均不需要鑄出，后期機加工形成。其中 t、 b 的位置如下圖 1-7 ： 圖 1-7 凹槽 [7] § 1.4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 § 澆注系統(tǒng)的概述 澆注系統(tǒng)是砂型中引導(dǎo)液態(tài)合金流入型腔的通道，生產(chǎn)中常常因澆注系統(tǒng)設(shè)計安排不當(dāng)，造成砂眼、夾砂、粘砂、夾渣、氣孔、鐵豆、抬箱、縮孔、縮松、澆不足、變形、偏析等鑄造缺陷。此外，澆注系統(tǒng)的好壞還影響造型和清理工作的繁簡，砂型的體積大小和型砂的耗用運輸量，非生產(chǎn)性消

36、耗的液態(tài)合金用量等等。所以澆注系統(tǒng)的設(shè)計必須慎重認真。 澆注系統(tǒng)是由澆口杯、直澆道、直澆道窩、橫澆道和內(nèi)澆道組成 [5] 。澆注系統(tǒng)截面積大小對鑄件質(zhì)量影響很大，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，又可能收起沖砂，帶入熔潭和氣體，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。 §澆注系統(tǒng)類型的選擇 對于澆注系統(tǒng)各組元斷面比例關(guān)系、特點及應(yīng)用采用封閉式澆注系統(tǒng)，封閉式澆注系統(tǒng)具有良好的阻渣能力，可防止金屬液卷入氣體，消耗金屬少，清理方便。但是易產(chǎn)生噴濺和沖砂，使

37、金屬氧化。開放式澆注系統(tǒng)在內(nèi)澆道被淹沒之前，各組元均呈非充滿狀態(tài)，幾乎不能阻渣，且會帶 入大量氣體， 金屬消耗也多。 優(yōu)點是進入型腔時金屬液流速小， 充型平穩(wěn)，金屬氧化輕。根據(jù)灰鐵件澆注時產(chǎn)生的一些特點，采用阻渣效果較好的封閉式澆注系統(tǒng)。 方案一 頂注式澆注系統(tǒng) 優(yōu)點：有利于鑄件自下而上的順序凝固和冒口的補縮， 缺點：金屬液下落過程中接觸空氣出現(xiàn)激濺、氧化、卷氣等缺陷，使充型不平穩(wěn)。大部分澆注時間，內(nèi)澆道工作在非淹沒狀態(tài)，相對來說，橫澆道阻渣條件差。 方案二 底注式澆注系統(tǒng) 優(yōu)點：充型平穩(wěn)，避免發(fā)生金屬液激濺、氧化及由此產(chǎn)生的缺陷，阻渣效果好，型內(nèi)氣體易順序

38、排出。 缺點：充型后的溫度分布不利于順序凝固和冒口的補縮，且內(nèi)澆道附近易過熱，導(dǎo)致縮孔縮松和結(jié)晶粗大等缺陷。 方案三 中間注入式澆注系統(tǒng) 對內(nèi)澆道以下的型腔部分稱為頂注式，對內(nèi)澆道以上的部分為底注式，故它兼有頂注式底注式澆注系統(tǒng)的優(yōu)缺點。同時由于內(nèi)澆道開在分型面上，便于機械化造型。 根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)及球磨鐵件的凝固特點最終決定采用方案三，采用中間注入式澆注系統(tǒng) 。 根據(jù)封閉式澆注系統(tǒng)的特點采用壓邊澆口式澆注系統(tǒng)，其特點為：液態(tài)合金經(jīng)過壓邊窄邊流入型腔，沖型慢而平穩(wěn)，有力順序凝固，補縮作用良好；結(jié)構(gòu)簡單緊湊，操作方便，易于清理，金屬液消耗較少；主要

39、用于壁較厚的中小型鑄件。 §澆注系統(tǒng)的設(shè)計與計算 一、澆口杯的設(shè)計 澆口杯是用來接納來自澆包的金屬液流的，因為鑄件是小型的鑄鐵 件，所以澆口杯采用結(jié)構(gòu)簡便、制作方便、容積小、在機器造型中廣泛使 用的普通漏斗形澆口杯，其優(yōu)點：便于接納來自澆包的金屬液流，液態(tài)合 金壓頭高，沖力大，流量不易控制，且包孔不宜對準(zhǔn)直澆道，使用澆口杯 方便澆注工作，避免金屬液飛濺；澆注時流股先進入澆口杯，能防止液流 直接沖入直澆道。 對于機器造型而言， 澆口杯在后期直澆道的基礎(chǔ)上鏜出。 其主要尺寸如下圖 1-8 ：

40、 圖 1-8 澆口杯截面尺寸 二、確定壓邊澆口在鑄件上的位置、數(shù)目和金屬引入方向 由于此鑄件采用一箱五件、壓邊澆口式澆注系統(tǒng)，其壓邊澆口在鑄件 中的數(shù)目為 3 個，位置和金屬引入方向如下圖 1-9 ： 圖 1-9 壓邊澆口在鑄件上的位置、數(shù)目和金屬引入方向

41、 三、確定直澆道的位置和高度 實踐表明，直澆道過低使沖型及液態(tài)補縮壓力不足，易出現(xiàn)鑄件棱角 和輪廓不清晰、澆不到、上表面縮凹等缺陷。一般直澆道高度等于上砂箱 高度，但應(yīng)檢驗該高度是否足夠，其中上箱高度為 120mm 。直澆道壓力角 大小示意圖如下圖 1-10 ： 圖 1-10 直澆道壓力角示意圖 直澆道的剩余壓力頭應(yīng)滿足壓力角的要求，如下式所示： H M ≥ Ltg α 式中， H M —最小剩余壓力頭，其大小 H M =96.5mm ；

42、 L —直澆道中心到鑄件最高且最遠點的水平投影距離，其大小 L=318.35mm ； α —壓力角，其大小參見表 1-63 [9] 取 α =9 o。 代入數(shù)據(jù)得： (H M =96.5mm) ≥ (Ltg α =50.45mm) ，所以以上尺寸符合 要求。 四、確定澆口比并計算各組元的截面積 球墨鑄鐵澆注系統(tǒng)的澆道截面比隨鑄件結(jié)構(gòu)而異，一般球磨鑄鐵件采 用封閉式澆注系統(tǒng)，其中壓邊澆口各組元比例為：∑  F 壓:∑F  橫:∑ F  直=1 ： (1.2~1.4  ）： (1.2~1.4)  [5

43、]  ,其中  F 壓 =5.6cm 2。取各  澆道截面面  積為：  S  分 橫  1 =380mm 2 ， S 分橫 2 =190mm 2， S 主橫 =875mm 2， S 直 =706.5mm 2。 七、繪出澆注系統(tǒng)圖形 圖 1-11 分橫澆道 1 截面尺寸 圖 1-12 分橫澆道 2 截面尺寸 圖 1

44、-13 主橫澆道截面尺寸 圖 1-14 直澆道截面尺寸 該鑄件用一個直澆道澆注，金屬液對直澆道底部有強烈的沖擊作用， 并產(chǎn)生渦流和高度紊流區(qū)，常引起沖砂、渣孔等缺陷，設(shè)置直澆道窩可改 善金屬液的流動情況。其主要尺寸見紅藍工藝圖。 §出氣孔的設(shè)計 鑄件澆注過程中，在型腔中的會產(chǎn)生氣體，如果不能及時排出，會產(chǎn) 生氣孔鑄造缺陷，所以應(yīng)合理設(shè)計排氣系統(tǒng)。 小型鑄件用一般造型機造型，在澆注系統(tǒng)合理和型砂性能有保證的條 件下，為提高生產(chǎn)效率，方便鑄件清理及模具的制造、維修及保管，較少 產(chǎn)生鑄件缺陷的因素，最好不用出

45、氣孔。而是合箱后，在三冒口頂部各扎 直徑為 Φ 5-10mm 的出氣孔二個。 對于砂芯的排氣，從下砂箱扎出出氣孔，使氣體由上向下排出。同時 為了增加透氣性，砂箱開設(shè)了出氣孔。 § 1.5 砂芯的設(shè)計 § 砂芯的概述 砂芯是鑄型的一個重要組成部分，型芯的作用是形成鑄件大的內(nèi)腔，孔洞，對于鑄件外形妨礙拔模部分以及鑄型中某些要求較高的部位，均可 采用砂芯。因此對砂芯的要求如下： 1）形狀尺寸及其在砂型中的位置符合鑄件的要求； 2）具有足夠的強度和剛度； 3）在鑄件的澆注凝固過程中， 砂芯中產(chǎn)生的氣體能夠及時地排出鑄型； 4

46、）鑄件收縮時，砂芯的阻力要??； 5）清砂容易。 §砂芯數(shù)量的確定 一個鑄件所需要的砂芯數(shù)量，主要取決于鑄件的結(jié)構(gòu)和鑄造工藝方案。由于制造砂芯時原材料要求高，工藝裝備比較復(fù)雜，勞動量比較大，因此，應(yīng)盡可能少用砂芯。 對于此鑄件僅需 1 個砂芯，造型方法為殼芯法制芯。 § 芯頭的設(shè)計 芯頭是砂芯的重要組成部分，是指伸出鑄件以外不與金屬液接觸的砂 芯部分心頭的作用是定位、支撐和排氣。 砂芯用酚醛樹脂砂，根據(jù)鑄件放置位置確定為垂直芯頭，結(jié)合其基本 尺寸參考表 3-1 、表 3-2 以及表 3-3 [6] ，查出芯頭具

47、體尺寸如下表 1-2 。對 于壓緊環(huán)和積砂槽參考表 1-2 [6] ，查出壓緊環(huán)和積砂槽集體尺寸如下表 1-3 。 [6] 表 1-2 垂直型砂頭的高度和芯頭與芯座的配合間隙 D S h h1 S2 α 1 a1 α a >63-100 0.3 35 21 0.5 10o 7 7o 5 [6] 表 1-3 壓緊環(huán)、防壓環(huán)、積砂槽和倒角

48、 模樣芯頭直徑  e  f  r >63-160  2  3  2 § 殼芯的制備 因殼芯機選用 763 造芯機，故為翻

49、斗法制造殼型。其翻斗法制造殼型 工序為：模型預(yù)熱到 250~300 ℃，噴涂分型劑；將模板至于翻斗上并固緊， 翻斗轉(zhuǎn)動 180°使覆膜砂落到模板上，保持 15~50s(常稱結(jié)殼時間 )，砂上 樹脂軟化重熔，在砂粒間接觸部位形成連接“橋” ，將砂粒粘在一起，并 沿模板形成一定厚度塑性狀態(tài)的殼；翻斗復(fù)位，未起反應(yīng)的覆膜砂仍舊落 回翻斗中；對塑性薄殼繼續(xù)加熱 30~90s(常稱烘烤時間 ) ；頂出，即得殼厚 為 5~15mm 殼型。 § 1.6 冒口及冷鐵的設(shè)計 § 冒口的設(shè)計 此鑄件采

50、用壓邊澆口式澆注系統(tǒng)，壓邊澆口以一條狹長的邊與鑄件相 聯(lián)，這條縫隙的寬度一般只有幾毫米， 太寬會在縫隙根部出現(xiàn)縮孔或縮松。 其撇渣作用類似濾網(wǎng)，熔渣滯留在縫隙邊緣和聚集在壓邊單元中。液態(tài)合 金沖型時都流經(jīng)這條縫隙，其周圍型砂被過熱，故縫隙雖不寬，但不會很 快冷凝，使壓邊澆口具有“熱冒口”的優(yōu)點。故壓邊澆口的作用為撇渣的 作用以及冒口的作用。參考表 5-27 [5] 可知壓邊澆口的尺寸如下圖 1-15 ： § 冷鐵的設(shè)計 因鑄件是小型件，冒口補縮能力和工藝出品率均符合規(guī)定，所以不需要 再設(shè)置冷鐵。

51、 圖 1-15 壓邊澆口的尺寸 第二章 鑄造工藝裝備設(shè)計 § 2.1 模板 § 模樣的設(shè)計 模樣是用于形成作興的型腔，關(guān)系到鑄件的形狀和尺寸精度，鑄件的 模樣是金屬模。 為了滿足生產(chǎn)的要求，模樣材料具有耐磨、有足夠的強度和剛度，有 一定的表面光潔度和加工精度，除此之外，還應(yīng)當(dāng)使用方便，制造簡單， 成本低，故選用 ZL102 。 因模樣尺寸較大，上、下模樣都設(shè)計成空心的，以適應(yīng)模樣毛坯的鑄

52、 造工藝性和減輕重量。 上模樣較小， 壁厚取 8 毫米， 內(nèi)部只設(shè)一條加強筋； 下模樣尺寸較大，壁厚取 10 毫米，內(nèi)設(shè)三條筋。選用上固定法，螺釘孔 可以均勻分布而不必顧慮螺釘是否會和模底板下面筋條相碰，模底板鉆螺 孔時可利用模樣當(dāng)鉆模進行配鉆，安裝時操作方便。但安裝螺釘用的沉頭 座孔損壞了模樣的工作表面，安裝后必須填補。上、下模樣都采用兩個 Φ 6 定位銷，故相應(yīng)上、下模樣都設(shè)計有兩個定位銷孔。模板裝配簡圖如圖 2-1 、圖 2-2 所示。 §模底板的設(shè)計 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

53、 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 QT200。 根據(jù)砂箱尺寸，造型機的要求，確定底板板面尺寸為 850× 650，高度 為 80mm，設(shè)計的加強筋見上、下模板裝配圖，定位銷與導(dǎo)向銷安裝在底板 上，模上設(shè)四個緊固耳，用螺栓把其固定在制造機上，為搬運方便，模底 板上設(shè)置了四個吊軸。 圖 2-1 上模板裝配簡圖 圖 2-2 下模樣裝配簡圖 &#

54、167; 2.2 殼芯工裝設(shè)計 § 殼芯的概述 殼芯與熱芯比較，具有重量輕、節(jié)約芯砂。砂芯透氣性好及鑄件表面 光潔等優(yōu)點。 其缺點是： 硬化速度較慢； 混砂工藝及設(shè)備復(fù)雜； 粘結(jié)劑（酚 醛樹脂）成本高，目前來源較少；只適于制造形狀較簡單的砂芯，對于較 復(fù)雜的砂芯，因棱角、拐彎較多，結(jié)殼會不均勻，而結(jié)殼不均勻或殼芯的 尺寸較大時，易被金屬液體擊穿等 [10] 。 § 殼芯工藝 為了保證鑄件質(zhì)量， 要求殼芯具有足夠的強度、 表面光潔度、 無變形、無裂紋缺陷等，而其中的關(guān)鍵因素是殼芯的強度，強度大小具體地反映在

55、 殼芯的殼層厚度上。 在殼芯砂質(zhì)量一定的前提下， 殼層越厚， 則強度越高， 能承載高位金屬液的壓力作用而不破裂。 但殼層過厚時， 則不僅浪費砂芯， 而且使結(jié)殼及硬化時間長，影響生產(chǎn)率。對于不同壁厚及重量的鑄件，要 求有不同的殼層厚度。 在保證鑄件質(zhì)量的前提下， 應(yīng)選擇最小的殼層厚度， 一邊節(jié)省材料，提高生產(chǎn)率。為了保證殼芯的質(zhì)量，除了保證殼芯砂的質(zhì) 量之外，還必須選擇合理的吹制工藝 [11] 。 一、芯盒溫度 芯盒溫度是影響殼層厚度及強度的主要因素之一。選擇合適的芯盒溫 度必須考慮到：保證殼芯砂中的樹脂粘結(jié)劑軟化及硬化所虛的足夠熱量； 保

56、證形成鑄件所要求的殼層厚度，并且殼芯表面不焦化；力求減少結(jié)殼及 硬化時間，以便提高生產(chǎn)率；保證分型劑不失去效能。 芯盒溫度高，則結(jié)殼及硬化時間可縮短，有利于提高生產(chǎn)率。但過高 則砂芯表面易燒焦，表面強度就要下降。根據(jù)以上要求及殼芯用樹脂粘結(jié) 劑的硬化特點，芯盒溫度一般選擇在 250℃ ~280℃ [12] 。 二、吹砂壓力及時間 吹砂壓力及時間選擇得當(dāng)，是保證砂芯表面光潔，避免裂紋、變形和 局部疏松等缺陷的重要因素。吹砂壓力的大小應(yīng)根據(jù)曬性能的形狀及復(fù)雜 程度而選擇。在保證有足夠的空氣量，使芯砂能充填芯盒的情況下，壓力

57、不宜選擇過高，一般控制在 1.5~3.5 大氣壓，以免砂芯出現(xiàn)縮頸和跑砂現(xiàn) 象。 吹砂時間的長短關(guān)系到砂芯能否成型及其表面質(zhì)量。吹砂時間過長， 芯砂和氣流在芯盒內(nèi)翻滾而將已處于塑性狀態(tài)的芯砂從殼層上剝落，造成 結(jié)殼很薄，只有 2~3 毫米；而過短則使砂芯不能成型。吹砂時間一般控制 在 4~10 秒左右為宜。三、結(jié)殼時間 結(jié)殼時間的長短，取決于鑄件的具體要求和芯盒溫度的高低，同時與 樹脂的性能也有關(guān)。對于厚大鑄件，要求殼層厚度大些，以免為金屬液體所擊穿，因而結(jié)殼時間相應(yīng)要長些。芯盒溫度高，則結(jié)殼時間可以縮短。 生產(chǎn)中一般控制在當(dāng)殼層厚度在 8 毫

58、米時，結(jié)殼時間為 30~45 秒 [13] 。 §殼芯盒的材料 殼芯盒的工作條件較惡劣，長時間在 200℃以上工作，而且反復(fù)經(jīng)受 高速砂流的沖刷。所以，要求材料能耐熱、導(dǎo)熱性好、比熱值大、耐磨、 耐腐蝕，并在一定溫度下，具有足夠的強度、剛度等。此外，芯盒的材料 應(yīng)來源廣泛，價格便宜，易于加工。根據(jù)上述這些要求，殼芯盒本體采用 HT200  ，熱處理要求：消除內(nèi)應(yīng)力處理，  500~550 ℃保溫  4~8  小時；加熱 板采用 HT200 ，熱處理要求：消除內(nèi)應(yīng)力處理， 500~550 ℃保溫 4

59、~8 小時； 頂芯板采用 HT200 ，熱處理要求：消除內(nèi)應(yīng)力處理， 500~550 ℃保溫 4~8 小時； 水冷吹砂板采用 HT200 ，熱處理要求： 消除內(nèi)應(yīng)力處理， 500~550 ℃ 保溫 4~8 小時；頂芯桿采用 45，熱處理要求：淬火， HRC50~55 ；頂芯桿 固定板采用 45，熱處理要求： 45 調(diào)質(zhì)處理。 §  殼芯工裝設(shè)計 一、殼芯芯盒的結(jié)構(gòu) 此殼芯芯盒采用煤氣加熱的，則應(yīng)注意煤氣加熱法的一些事項，即保 證芯盒有均勻的壁厚；有適當(dāng)?shù)娜紵桓叨龋凰O(shè)置的加強筋不應(yīng)分割燃

60、 燒腔；注意煤氣管的布置，設(shè)置適當(dāng)?shù)倪M氣及煙火逸出空洞等等。根據(jù)砂 芯的大小來確定殼芯芯盒的壁厚。對于  763 翻斗式殼芯機，芯盒壁厚取 25~28  毫米。殼芯芯盒作成整體式。其動、靜芯盒圖見圖  2-3 、圖  2-4 。 圖 2-3 動芯盒結(jié)構(gòu)圖 圖 2-4 靜芯盒結(jié)構(gòu)圖 二、吹砂口的設(shè)計 覆膜砂

61、進入芯盒的通道稱之為吹砂口。為了保證砂芯獲得滿意的緊實 度，有利于未硬化余砂的排出，減少芯砂修正工作量，吹砂口一般應(yīng)開設(shè) 在芯頭處。吹砂口的位置根據(jù)砂芯特點和要求，將吹砂口設(shè)置在大端芯頭 處，其吹砂量大、不宜窩藏余砂、圓角和尖角處結(jié)殼均勻，可較少芯盒排 氣面積，以檢查殼芯內(nèi)部缺陷。但是，這種吹砂口布置形式，對砂芯強度， 防止砂型變形、防止?jié)沧r吹砂口處炮火等會帶來不良影響。常用吹砂口 的形狀有圓形、橢圓形、方形及長方形等。實際設(shè)計中，一般可按吹砂口 處砂芯的幾何形狀選定。因砂芯為圓形，故選用圓形吹砂口。其形狀及尺 寸如下圖 2-5

62、 [14] ： 圖 2-5 水冷吹砂板 三、排氣裝置的設(shè)計 為了確保砂芯能獲得良好的緊實度，殼芯盒必須開設(shè)排氣道，以排除芯盒內(nèi)原來存留的氣體和隨砂芯進入芯盒的氣體。由于薄殼制芯使用的砂芯壓力較小，再加之覆膜砂流動性極好，因此，殼芯盒開設(shè)的排氣面積可小于熱芯盒。 殼芯盒排氣裝置的結(jié)構(gòu)形式與熱芯盒相同，亦選用排氣槽、排氣塞和 頂芯桿間隙等三種形式。實際生產(chǎn)中，殼芯盒大多采用排氣槽和頂芯桿加 息排氣裝置。由于殼芯覆膜砂粒度較細，且流動性好，為防止噴

63、砂，殼芯 盒排氣槽深度為 0.2~0.3mm 。排氣槽開設(shè)在芯盒分盒面或鑲塊配合面上。 其結(jié)構(gòu)形式如下圖 2-6 ： 圖 2-6 排氣塞的結(jié)構(gòu)及尺寸 四、頂出機構(gòu)的設(shè)計 殼芯盒由動芯盒和靜芯盒組成。頂芯機構(gòu)一般設(shè)置于靜芯盒。因此， 在分盒面的選擇， 在動、 靜芯盒的安排上， 必須采取與熱芯盒相同的措施， 即將形狀復(fù)雜、起芯深度大的部分放在靜芯盒；對稱砂芯的分盒面向動芯 盒便宜；減少靜芯盒起芯斜度等，以確保開盒時砂芯停留在靜芯盒，

64、然后 借助頂芯機構(gòu)將砂芯頂出。 殼芯盒常用的頂出機構(gòu)由頂芯桿、頂桿板和頂芯桿緊固裝置等部分組 成。頂桿板直接與殼芯機頂芯缸連接進行頂芯和復(fù)位的頂出機構(gòu)可不設(shè)回 位頂桿。其中頂芯桿、頂桿板、和頂芯桿緊固裝置見圖 2-7、圖 2-8 、圖 2-9 和圖 2-10 [15] 。 圖 2-7 頂芯桿 1 結(jié)構(gòu)圖 圖 2-8 頂芯桿 2 結(jié)構(gòu)圖

65、 圖 2-9 頂桿板結(jié)構(gòu)圖 圖 2-10 頂芯桿緊固裝置結(jié)構(gòu)圖 結(jié) 論 通過對本鑄件的鑄造工藝設(shè)計分析以及工裝設(shè)備的設(shè)計，合理確定了 鑄造方法、造型及造芯方法、凝固原則及澆注位置、分型面、砂箱中鑄件 數(shù)量、砂型數(shù)量等，完成了砂芯、澆注系統(tǒng)、冒口及冷鐵、相關(guān)工裝設(shè)備 等設(shè)計。得到的輪轂 QT 組織細密，性能優(yōu)良并滿足了鑄件

66、的技術(shù)要求。 參考文獻 [1] 盧文華，李隆盛，黃良余.鑄造合金及其熔煉.北京：機械工業(yè)出版 社 .2011 ： 52-72 [2] 威華勝 . 鑄造工藝基礎(chǔ) .北京：機械工業(yè)出版社 .2002 ： 94-129 [3] 杜西靈，杜磊 .鑄造實用技術(shù)問答 .北京：機械工業(yè)出版社 .2007:33-78 [4] 于順陽 . 現(xiàn)代鑄造設(shè)計與生產(chǎn)實用新工藝、新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn) .北京：當(dāng)代 中國音像出版社 .2005:77-582 [5] 各院校聯(lián)合編寫組 .砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計 .

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