支座鑄造工藝的設(shè)計,支座,鑄造,工藝,設(shè)計 鑄造工藝課程設(shè)計說明書設(shè)計題目支座鑄造工藝設(shè)計學(xué) 院年 級專 業(yè)學(xué)生姓名學(xué) 號指導(dǎo)教師鑄造工藝課程設(shè)計說明書I目目 錄錄1 1 前前 言言.11.1 本設(shè)計的目的、意義.11.1.1 本設(shè)計的目的.11.1.2 本設(shè)計的意義.11.2 本設(shè)計的技術(shù)要求.11.3 本課題的發(fā)展現(xiàn)狀.21.4 本領(lǐng)域存在的問題.21.5 本設(shè)計的指導(dǎo)思想.42 2 零件分析零件分析.52.1 零件結(jié)構(gòu)信息.53 3 鑄造工藝方案分析鑄造工藝方案分析.73.1 造型方法、造芯方法的選擇.73.2 鑄造方法的選擇.73.3 鑄型種類的選擇.73.4 鑄件澆注位置的確定.73.5 分型面的選擇.84 4 鑄造工藝參數(shù)鑄造工藝參數(shù).104.1 收縮率確定.104.2 灰鐵鑄出孔大小確定.104.3 加工量確定.114.4 起模斜度.144.5 砂芯設(shè)計.154.6 吃沙量確定.175 5 澆注系統(tǒng)設(shè)計澆注系統(tǒng)設(shè)計.195.1 澆注時間的確定.195.2 澆注系統(tǒng)的阻流截面積計算.206 6 冒口與冷鐵設(shè)計冒口與冷鐵設(shè)計.257 7 鑄造工藝圖鑄造工藝圖.268 8 工藝出品率工藝出品率.27鑄造工藝課程設(shè)計說明書II9 9 合箱圖合箱圖.28致致 謝謝.32參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn).33鑄造工藝課程設(shè)計說明書11 前 言1.1 本設(shè)計的目的、意義1.1.1 本設(shè)計的目的本文主要分析了支座的結(jié)構(gòu)并根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點確定了它的鑄造工藝，支座是支撐零部件的載體其主要承受了軸向的壓縮作用的機械零件。在日常生產(chǎn)中對支座的選用異常廣泛，因為它具有經(jīng)濟型良好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡單美觀實用等特點，所以在機器零件的設(shè)計，加工過程中支座都起著不可代替的作用。確定支座的鑄造工藝過程主要包括: 1)鑄型及方法選擇、2)分型面選擇、3) 澆注位置的確定、4)工藝參數(shù)的確定、5)澆注系統(tǒng)的設(shè)計、7)繪制鑄造工藝圖、8)繪制鑄件圖型面，型芯的數(shù)量、形狀、尺寸及固定方法，加工余量，收縮率，澆注系統(tǒng)，起模斜度，冒口和冷鐵的尺寸和位置等。1.1.2 本設(shè)計的意義鑄造主要是將液態(tài)金屬或合金澆注到與零件尺寸、形狀相適應(yīng)的鑄型型腔里，待其冷卻凝固后獲得毛坯或零件的方法，是機械類零件和毛坯成型的主要工藝方法，尤其適合于制造內(nèi)腔和外形復(fù)雜的毛坯或零件。更進(jìn)一步，提升生產(chǎn)效率，降低成本，規(guī)范操作，保證質(zhì)量，持續(xù)改進(jìn)，內(nèi)容涉及很多，是不可或缺的鑄造力量。1.2 本設(shè)計的技術(shù)要求本次設(shè)計的支座零件材質(zhì)為 HT200，最小抗拉強度為 200MPa，布氏硬度為163241HBW，伸長率 0.30.8%抗彎強度為 400 MPa，抗壓強度為 600800 MPa，抗剪強度為 248 MPa1，滿足大多數(shù)支座、支座零件的機械性能要求。技術(shù)要求：鑄造工藝課程設(shè)計說明書21.鑄件不得有氣孔、縮松、裂紋等鑄造缺陷。2.鑄件需時效處理。3.未注鑄造圓角 R2-3?；诣T鐵具有良好的鑄造性能1，材質(zhì)為灰鐵的鑄件毛坯一般采用鑄造方式獲得，本次設(shè)計采用砂型鑄造，手工造型，一箱四件生產(chǎn)該件。1.3 本課題的發(fā)展現(xiàn)狀我國鑄件產(chǎn)量從 2000 年起超越美國已連續(xù) 6 年位居世界第一。根據(jù)全球主要生產(chǎn)國2004 年的產(chǎn)量統(tǒng)計可以看出，十大鑄件生產(chǎn)國可分為兩類。一類是發(fā)展中國家，雖然產(chǎn)量大，但鑄件附加值低，小企業(yè)多，從業(yè)人員隊伍龐大，黑色金屬比重大。另一類 是發(fā)達(dá)國家,如日本、美國及歐洲等，他們采用高新技術(shù)主要生產(chǎn)高附加值鑄件。發(fā)達(dá)國家總體上鑄造技術(shù)先進(jìn)、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染小、原輔材料已形成系列化。歐洲已建立跨國服務(wù)系統(tǒng)，生產(chǎn)實現(xiàn)機械化、自動化、智能化。生產(chǎn)過程從嚴(yán)執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，鑄件廢品率約為 2%-5%。重視用信息化提升鑄造工藝設(shè)計水平，普遍應(yīng)用軟件進(jìn)行充型凝固過程模擬和工藝優(yōu)化設(shè)計。從批量和勞動生產(chǎn)率看，歐、美、日的優(yōu)勢很大，日本的勞動生產(chǎn)率是人均年產(chǎn)鑄件 140 噸，我國估計約為 20 噸，相差 7 倍。我國人工成本低于 1 美元/小時，與發(fā)達(dá)國家相差幾十倍，因而出口鑄件具有優(yōu)勢。但近年來材料價格猛漲，使我國出口鑄件在材料成本方面的優(yōu)勢消失殆盡。在產(chǎn)品質(zhì)量和檔次方面，我們遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。近年我國鑄件出口雖有所增長，但出口只占我國總產(chǎn)量的 9.7%，占世界鑄件市場流通量不到 8%， 總體增速緩慢，表現(xiàn)為質(zhì)量較差、價格低。長期以來，出口的鑄件以中低檔產(chǎn)品為主，各類管件、散熱器、廚具及浴具占到 36%。一些出口鑄件雖可達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)，但要達(dá)到歐美客戶標(biāo)準(zhǔn)還有距離。1.4 本領(lǐng)域存在的問題我國鑄造行業(yè)的技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國家落后約 20 年，無法滿 足國民經(jīng)濟快速發(fā)展的鑄造工藝課程設(shè)計說明書3需要。技術(shù)落后、設(shè)備陳舊、能耗和原材料消耗高、 環(huán)境污染嚴(yán) 重以及工人作業(yè)環(huán)境惡劣等問題，已經(jīng)成為行業(yè)的共識。具體表現(xiàn)在:(1)工藝水平低，鑄件質(zhì)量差鑄件加工余量大。由于缺乏科學(xué)的設(shè)計指導(dǎo)， 工藝設(shè)計人員憑經(jīng)驗難以控制變形問題，鑄造的加工余量一般比國外大 1 倍。加工余量大，鑄件的能耗和原材料消耗嚴(yán)重，加工周期長，生產(chǎn)效率低，已成為制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸。大型鑄件偏析和夾雜物缺陷嚴(yán)重。大型鑄鋼 件和大型鋼錠在凝固結(jié)束后，在冒口根部、鑄件的厚大斷面存在宏觀偏析、晶粒粗大問題。鑄件裂紋問題嚴(yán)重。澆注系統(tǒng)設(shè)計不合理。由于設(shè)計不當(dāng)，存在卷氣、夾雜等缺陷， 導(dǎo)致鑄件出品率和合格率低。模擬軟件應(yīng)用不普及。鑄造過程模擬是鑄件生產(chǎn)的一個必要環(huán)節(jié)，在國外，如果沒有計算機模擬技術(shù)，就拿不到訂單。我國的鑄造業(yè)計算機模擬起步較早，雖然核心計算部分開發(fā)能力較強，但整體軟件包裝能力較差，導(dǎo)致成熟的商業(yè)化軟件開發(fā)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家，相當(dāng)一部分 鑄造企業(yè)對計算機模擬技術(shù)望而卻步，缺乏信任。 目前這種局面雖有所好轉(zhuǎn)，但在購買了鑄造模擬軟件的企業(yè)中，能夠發(fā)揮其作用的還不多見，急需對企業(yè)員工進(jìn)行軟件應(yīng)用培訓(xùn)。普通鑄件的生產(chǎn)能力過剩，高精密鑄件的制造依然困難，核心技術(shù)和關(guān)鍵產(chǎn)品仍依賴進(jìn)口。(2)能耗和原材料消耗高我國鑄造行業(yè)的能耗占機械工業(yè)總耗能的 25%-30%， 能源平均利用率為 17%, 能耗約為鑄造發(fā)達(dá)國家的 2 倍。我國每生產(chǎn) 1 噸合格鑄鐵件的能耗為 550-700 公斤標(biāo)準(zhǔn)煤，國外為 300-400 公斤標(biāo)準(zhǔn)煤，我國每生產(chǎn) 1 噸合格鑄鋼件的能耗為 800-1000 公斤標(biāo)準(zhǔn)煤，鑄造工藝課程設(shè)計說明書4國外為 500-800 公斤標(biāo)準(zhǔn)煤。據(jù)統(tǒng)計，鑄件生產(chǎn)過程中材料和能源的投入約占產(chǎn)值的 55%-70%。 中國鑄件毛重比國外平均高出 10%-20%， 鑄鋼件工藝出品率。(3)環(huán)境污染嚴(yán)重、作業(yè)環(huán)境惡劣我國除少數(shù)大型企業(yè)(如一汽、二汽、大起大重、沈陽黎明公司等) 生產(chǎn)設(shè)備精良、鑄造技術(shù)先進(jìn)、 環(huán)保措施基本到位以外，多數(shù)鑄造廠點生產(chǎn)設(shè)備陳舊、技術(shù)落后、一般很少顧及環(huán)保問題。上世紀(jì) 80 年代，政府對規(guī)模小、技術(shù)水平低、 污染嚴(yán)重的企業(yè)進(jìn)行了專業(yè)化調(diào)整,提高了企業(yè)的集約化程度，但鑄造生產(chǎn)的粗放型特征沒有得到根本改變。(4)人才短缺鑄造技術(shù)人才嚴(yán)重短缺是制約我國鑄造技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。主要表現(xiàn)在: 技術(shù)及管理人員數(shù)量偏少，分布不均，最少的工廠技術(shù)及管理僅占總職工人數(shù)的1.2%， 最多的工廠占到 32.3%， 相差 27 倍之多，國企尤其是軍工企業(yè)比例高。高級人才數(shù)量少。鑄造企業(yè)技術(shù)管理人才基本以中專、大專 和本科生為主，特別是中專、大專生數(shù)量為多, 研究生很少。新人才來源困難。很多高校在上世紀(jì) 90 年代后不再設(shè)置鑄造專業(yè)，一些大中企業(yè)的廠辦學(xué)校也有下降趨勢，新人才的來源日益困難。1.5 本設(shè)計的指導(dǎo)思想需設(shè)計的零件為支座，采用手工造型、造芯，參考技術(shù)要求及工作條件等，計算確定工藝參數(shù)、澆注位置、分型面澆注系統(tǒng)的各組元的截面尺寸。鑄造工藝課程設(shè)計說明書52 零件分析2.1 零件結(jié)構(gòu)信息支座零件的結(jié)構(gòu)如下圖 2.1.1 支座零件圖所示，支座主體為圓軸與支撐架與地面方形安裝座組成，其中對稱布置斜拉筋，軸孔端面及側(cè)面需要加工，底面方形安裝座端面需要加工，所有螺絲孔均為后續(xù)機械加工。圖圖 2.1.12.1.1 支座零件圖支座零件圖為了便于分析直觀，依據(jù)支座的零件二維圖紙，建立支座的三維零件如下圖 2.1.2支座三維零件圖所示。鑄造工藝課程設(shè)計說明書6圖圖 2.1.22.1.2 支座三維零件圖支座三維零件圖鑄造工藝課程設(shè)計說明書73 鑄造工藝方案分析鑄造工藝包括：造型方法、造芯方法、鑄造方法及鑄型種類的選擇。3.1 造型方法、造芯方法的選擇根據(jù)手工造型和機器造型的特點，選擇手工造型。3.2 鑄造方法的選擇 根據(jù)零件的各參數(shù)，對照表格中的項目比較，選擇砂型鑄造。3.3 鑄型種類的選擇 根據(jù)鑄型的特點和應(yīng)用情況選用自硬砂。3.4 鑄件澆注位置的確定 鑄件的澆注位置是指澆注時鑄件在鑄型中所處的位置。澆注位置是根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點、尺寸、重量、技術(shù)要求、鑄造合金特鑄造方法以及生產(chǎn)車間的條件決定的。正確的澆注位置能保證獲得健全的鑄件，并使造型、制芯和清理方便。澆注位置選擇一般遵循以下原則2：（1）鑄件最重要的部分或交大平面朝下。（2）鑄型的防止應(yīng)有利于砂芯的定位與穩(wěn)固支撐。（3）當(dāng)鑄件需要冒口補縮時，最好使補縮部位處于鑄件的上部。（4）為避免鑄件薄壁部分澆不足，澆注使，薄壁部分營放在下邊或立放或斜放。（5）鑄型的放置應(yīng)有利于在澆注時，砂型和砂芯排氣。（6）對于平板類鑄件，為了防止夾砂，可以傾斜放置，同時也有利于排氣，也可減少鐵水對鑄型的沖刷力。（7）應(yīng)盡量使砂芯全部或者主要部分位于下型，并盡量少用吊芯。鑄造工藝課程設(shè)計說明書8（8）應(yīng)使下芯，合箱方便，便于檢查型腔尺寸。綜合上述原則，考慮到支座零件結(jié)構(gòu)特點，支座適合采用頂部、中間、底部澆注。3.5 分型面的選擇 鑄造分型面是指鑄型組元間的接合面，分型面的選擇應(yīng)盡量與澆注位置一致，盡量使兩者協(xié)調(diào)起來，使鑄造工藝簡單，并易于保證鑄件質(zhì)量2。澆注位置往往同分型面的選擇密切相關(guān)，所以二者相互影響，為了便于充分考慮二者的相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系，支座零件可有以下兩種分型方案。 分型方案一：將以支座零件每一處最大輪廓處做平面分型面，將鑄件完全置于上中、下箱，采用三箱造型，頂部、中間澆注系統(tǒng)適合此分型方案，該分型方案如圖 3.5.1 分型方案一。圖圖 3.5.1 分型方案一分型方案一分型方案一的優(yōu)點是分型面平直，減少了砂芯設(shè)計，減少工裝數(shù)量，但是收納箱造型，容易造成錯箱，而且生產(chǎn)勞動強度比兩箱造型大。鑄造工藝課程設(shè)計說明書9圖圖 3.5.2 分型方案二分型方案二分型方案二：將以支座零件對稱平面做分型面，將鑄件完全置于上、下箱之間，中間澆注形式適合方案，該分型方案如圖 3.5.2 分型方案二所示。綜合比較，方案二較為合理，故本次設(shè)計分型方案選擇分型方案二進(jìn)行分型分型，采用中間澆注系統(tǒng)。鑄造工藝課程設(shè)計說明書104 鑄造工藝參數(shù)4.1 收縮率確定鑄件線收縮率又稱鑄件收縮率或者鑄造收縮率，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，即 =1 21 100%式中摸樣長度，鑄件長度。12由表 4.1 灰鐵自由收縮率1，可知支撐座材質(zhì)為 HT200，對應(yīng)的收縮率為 1%。 表表 4.1 灰鐵收縮率灰鐵收縮率HT100,HT150,HT200灰鑄鐵牌號小中件中大件特大件HT250HT300HT350自由線收縮率（%）鑄造收縮率（受阻收縮率（%） ）0.91.10.81.00.81.00.70.90.70.90.60.80.91.10.70.91.51.04.2 灰鐵鑄出孔大小確定該支座為成批生產(chǎn)，依據(jù)表 4.2 灰鑄鐵不鑄出孔直徑可知，零件圖中孔直徑小于 30的孔不鑄出；中所有螺紋孔、一螺絲過孔、沉頭孔為后續(xù)機械加工，不鑄出。表表 4.2 灰鑄鐵件不鑄出孔直徑灰鑄鐵件不鑄出孔直徑 （單位（單位 mm）生產(chǎn)批量不鑄出孔直徑大量生產(chǎn)1215成批生產(chǎn)1530單件或小批生產(chǎn)3050鑄造工藝課程設(shè)計說明書114.3 加工量確定 鑄件上的機械加工余量是鑄件上要用機械加工的方法切去的金屬層厚度。加工余量不足，會使鑄件因加工表面上殘存黑皮和表層缺陷而報廢；加工余量太大，會增加機械加工的工作量，且浪費金屬材料，從而增加了生產(chǎn)成本，有時還會因截面變厚，熱節(jié)變大，使鑄件晶粒粗大，力學(xué)性能降低。鑄件的機械加工余量可以用查表的方法確定。鑄件切削加工余量等級常常和鑄件尺寸公差等級配套確定。鑄件尺寸公差的代號用字母 CT 表示2。尺寸公差等級分為 16 級。支座為砂型鑄造手工造型批量生產(chǎn)，依據(jù)表 4.3.1 成批和大批量生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級（摘自 GB/T6414-1999）選用鑄件公差等級為 CT12（GB/T 6414-1999-CT12） 。表表 4.3.1 成批和大批量生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級（摘自成批和大批量生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級（摘自 GB/T6414-1999）公差等級 CT鑄 件 材 料方法鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵銅合金鋅合金輕金屬合金鎳基合金鈷基合金砂型鑄造手工造型11141114111411141013101391211141114砂型鑄造機器造型和殼型81281281281081081079812812金屬型鑄造（重力鑄造或者低壓鑄造）8108108108107979壓力鑄造684647水玻璃79797958587979熔模鑄造硅溶膠46464646464646鑄件切削加工余量的代號用字母 MA 表示。切削加工余量等級由精到粗分為A、B、C、D、E、F、G、H、J 共 9 個等級2。成批量生產(chǎn)的鑄件加工余量等級按表表4.3.2 毛坯鑄件典型的機械加工余量等級選取該支座的加工等級為 F 級。表表 4.3.2 毛坯鑄件典型的機械加工余量等級毛坯鑄件典型的機械加工余量等級要求的機械加工余量等級鑄件材質(zhì)方法鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵銅合金鋅合金輕金屬合金鎳基合金鈷基合金砂型鑄造手工造型GKFHFHFHFHFHFHGKGK砂型鑄造機器造型和殼型EHEGEGEGEGEGEGFHFH鑄造工藝課程設(shè)計說明書12壓力鑄造DFDFDFDFDFDF熔模鑄造EEEEEEE支座的軸端面加工尺寸為：102X192，基本尺寸 192，查表 4.3.3 鑄件尺寸公差數(shù)值（摘自 GB/T6414-1999）CT12 公差值為 8，位于澆注位置的側(cè)面，查 4.3.4 要求的鑄件加工余量(RMF) （摘自 GB/T6414-1999）加工余量等級 RMA(F)對應(yīng)數(shù)值為 2，支座端面雙側(cè)加工，則該尺寸的加工量為：8/4+2=6mm。表表 4.3.3 鑄件尺寸公差數(shù)值（摘自鑄件尺寸公差數(shù)值（摘自 GB/T6414-1999） （單位：（單位：mm）毛坯鑄件基本尺寸鑄件尺寸公差等級 CT1）大于至123456789101112132）142）152）162）3）100.090.130.180.260.360.520.7411.522.84.210160.10.140.20.280.380.540.781.11.62.23.04.416250.110.150.220.300.420.580.821.21.72.43.24.668101225400.120.170.240.320.460.640.91.31.82.63.6579111440630.130.170.240.360.500.7011.422.845.68101216631000.140.180.260.400.560.781.11.62.23.24.4691114181001600.150.200.280.440.620.881.21.82.53.657101216201001600.150.200.280.440.620.881.21.82.53.657101216201602500.220.300.500.7211.422.845.68111418222504000.240.340.560.781.11.62.23.24.46.29121620254006300.400.640.91.21.82.63.657101418222863010000.7211.422.84681116202532100016000.801.11.62.23.24.6791318232937160025002.63.85.48101521263342250040004.46.29121724303849400063007101420283544566310011162332405064鑄造工藝課程設(shè)計說明書1300001）在等級 CT1CT15 中對壁厚采用粗一級公差（見第 7 章）2）對于不超過 16mm 的尺寸，不采用 CT13CT16 的一般公差，對于這些尺寸應(yīng)標(biāo)注個別公差。3）等級 CT16 僅適用于一般公差規(guī)定為 CT15 的壁厚。 支座的軸孔側(cè)面加工尺寸為：54X63，基本尺寸 63，查表 4.3.3 鑄件尺寸公差數(shù)值（摘自 GB/T6414-1999）CT12 公差值為 5.6，位于澆注位置的側(cè)面，查 4.3.4 要求的鑄件加工余量(RMF) （摘自 GB/T6414-1999）加工余量等級 RMA(F)對應(yīng)數(shù)值為 0.5，雙側(cè)加工，則該尺寸的加工量為：5.6/4+0.5=1.9mm，圓整取加工量為 2.0mm。4.3.4 要求的要求的鑄鑄件加工余量件加工余量(RMA) （摘自（摘自 GB/T6414-1999） ） (單單位：位：mm)最大尺寸1）要求的機械加工余量等級大于至ABCDEFGHJK400.10.10.20.30.40.50.50.711.440630.10.20.30.30.40.50.711.42631000.20.30.40.50.711.422.841001600.30.40.50.81.11.52.23461602500.30.50.711.422.845.582504000.40.70.91.31.42.53.557104006300.50.81.11.52.234691263010000.60.91.21.82.53.5571014100016000.711.422.845.581116160025000.81.11.62.23.24.5691418250040000.91.31.82.53.5571014204000630011.422.845.581116226300100001.11.52.234.5691217241）最終機械加工后鑄件的最大輪廓尺寸。2）等級 A 和 B 僅用于特殊場合，例如，在采購方與鑄造廠已就加持面或者基準(zhǔn)目標(biāo)商定模樣裝備、鑄造工藝和機械工藝的成批上產(chǎn)情況下。支座底面安裝臺的加工尺寸為：216X156X30，基本尺寸為 216，其端面雙側(cè)加工，其加工量計算為：8/4+2=6mm。支座中軸頂面凸臺加工量為 6mm。4.4 起模斜度為了使模樣(或芯)易于從砂型(或芯盒)中取出(砂型鑄造)，或者從鑄型中取出鑄件(金屬型鑄造)，鑄件垂直分型面的表面要留有起模斜度(也稱拔模斜度)。鑄造斜度可以用不鑄造工藝課程設(shè)計說明書14同的方法形成，起模斜度可采取增加鑄件壁厚（如圖 4.4.1 中圖 1） 、增減鑄件壁厚（如圖4.4.1 中圖 2）或者減小鑄件壁厚（如圖 4.4.1 中圖 3）的方法來形成。圖圖 4.4.1在鑄件上添加起模斜度，原則上不應(yīng)超過鑄件的壁厚工差要求。鑄件的起模斜度值參考表 4.4.1 起模斜度（JB/T 5105-1991） 。表表 4.4.1 起模斜度起模斜度 （摘自（摘自 JB/T 5015-1991）起模斜度金屬模樣、塑料模樣木模樣測量面高度 HmmAA mmAA mm103300.64000.810401501.42051.6401000501.60551.61001600351.60402.01602500302.20352.62504000303.60354.24006300254.60305.663010000205.80257.41000160002511.61600250002518.22500025該支座零件垂直分型面的高度大于 40 不超過 100mm 的，采用金屬模樣造型，中間澆注，分型面在支座中中間對稱面上，依據(jù)表 4.4.1 起模斜度（JB/T 5105-1991）以及表 4.3.3 鑄件尺寸公差數(shù)值（摘自 GB/T6414-1999） ，綜合比較，為了使脫模順利，增大起模斜度，采用增減壁厚方式，選取金屬模樣鑄造工藝課程設(shè)計說明書15的起模角度為 0.5，即每個垂直分型面的側(cè)面均加起模斜度為 0.5。根據(jù)以上結(jié)果，最終確定支座鑄件三維圖如圖 4.4.2 支座鑄件三維圖，通過軟件計算該支座鑄件質(zhì)量為 19.0521kg。圖圖 4.4.2 支座零件三維圖支座零件三維圖4.5 砂芯設(shè)計 依據(jù)前文分析，支座軸孔需設(shè)計水平砂芯，底座減重孔需做水平砂芯，軸孔砂芯平均直徑為 30.5，砂芯長度為 204mm，查表表 3.5.1 水平芯頭的長度 l，設(shè)計兩端水平砂芯心頭長度為 30mm。表表 4.5.1 水平芯頭的長度水平芯頭的長度 l （單位：（單位：mm）D 或者（A+B）/2L252650511001011501512002013003014004015005017007011000100115001501200020001002025353040354540505070608010120025353040354545555070608070908010020140035454060507060807090801009010040160040605070608070908010090110100120120140130150601800608070908010090110100120110130130150140160150170鑄造工藝課程設(shè)計說明書1680110008010090110100120110130120140130150150170160180180200100115009011010012011013012014013015014016016018018020020022022026015012000110130120140140160150170160180180200200220220240260300200125001301501501701601801802002002202202402402602603003003602500180200200220220240240260260280280320320360360400底座減重孔水平砂芯平均輪廓尺寸為 66mm，長度為 93mm，設(shè)計水平砂芯心頭長度為 30mm。查表 4.5.2 水平芯頭的斜度及間隙，設(shè)計底座減重孔水平砂芯間隙值為S1=0.5，S2=1.5，S3=2.0。軸孔砂芯芯頭間隙為 S1=0.5，S2=1.0，S3=1.5。表表 4.5.2 水平芯頭的斜度及間隙水平芯頭的斜度及間隙 （單位：（單位：mm）D 或者（A+B）/25051 100101150151200201300301400401500501700701 10001001150015012000200010.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.021.01.51.51.52.02.03.03.04.04.04.54.5濕型31.52.02.02.03.03.04.04.05.05.06.06.011.01.51.51.52.02.02.52.53.03.04.05.021.52.02.03.03.04.04.05.05.06.08.010.0干型320.3.03.04.04.06.06.08.08.09.010.012.0最終完成支座砂芯設(shè)計如圖 4.5.1 支座砂芯圖所示。鑄造工藝課程設(shè)計說明書17圖圖 3.5.1 支座砂芯圖支座砂芯圖4.6 吃沙量確定 模樣與砂箱、箱頂、箱底和箱帶之間的距離稱為吃沙量。由前文可知支座單件重量為 19.0521Kg，依據(jù)表 4.6.1 按重量確定吃砂量表，可確定吃沙量最小尺寸為a=60mm，b=60mm，c=40mm，d=50mm，e=50mm， f=30mm。實際選取數(shù)值略比該值大，可充分考慮現(xiàn)有模板及砂箱標(biāo)準(zhǔn)尺寸。表表 4.6.1 按鑄件重量確定的吃沙量按鑄件重量確定的吃沙量 （單位（單位 mm）鑄件重量/kgabcdef100004050607090100120150200250275300350400405060709010012015020025027530035040030404050506070901001251501752002503040505060708090100125150175200250304050607010030303040506070120150200225250250250鑄造工藝課程設(shè)計說明書18鑄造工藝課程設(shè)計說明書195 澆注系統(tǒng)設(shè)計澆注系統(tǒng)設(shè)計5.1 澆注時間的確定 支座鑄件單件重量為 19.0521Kg。由于該件為一箱四件生產(chǎn)的砂型鑄造生產(chǎn)形式，依據(jù)表 4.2.1 鑄鐵件工藝出品率參照成批量生產(chǎn)，確定澆注過程中的總體金屬液重量，澆冒占比為 20%，則澆注時所需金屬液總質(zhì)量為 19.0521X4/（1-20%）=95.261Kg。工藝出品率 =鑄件重量鑄件重量 + 澆冒口重量 100%表表 5.1.1 鑄鐵件工藝出品率（鑄鐵件工藝出品率（%）鑄件重量/Kg大量流水生產(chǎn)成批量生產(chǎn)單件小批生產(chǎn)100085908090對于重量小于 450Kg 的形狀復(fù)雜的薄壁鑄鐵件，其澆注時間可按經(jīng)驗公式（4-1）計算 （4-1） = SGL式中 澆注時間（s） ；t 型內(nèi)金屬液總重量，包含澆冒口系統(tǒng)重量（Kg） ； GL系數(shù)，取決于逐漸壁厚，可由表 5.1.2 系數(shù) 和鑄件壁厚 的關(guān)系查出。S S 表中壁厚 指鑄件的主要壁厚，對實心體鑄件取壁厚（為鑄件的當(dāng)量厚度）= 2EE 鑄件的體積/鑄件的面積。E=表表 5.1.2 系數(shù)系數(shù)和鑄件壁厚和鑄件壁厚的關(guān)系的關(guān)系S 鑄件壁厚 mm2.53.53.588.015系數(shù)S1.631.852.2因為支座鑄件的斜度依據(jù)增加壁厚方式來形成，故壁厚適當(dāng)取大值計算。鑄造工藝課程設(shè)計說明書20澆注時間: =2.2X=21.472St = SGL95.2615.2 澆注系統(tǒng)的阻流截面積計算 澆注系統(tǒng)常用的分類有兩種：根據(jù)澆注系統(tǒng)個單元斷面的比例關(guān)系，可分為封閉式、半封閉式、開放式、封閉開放式等 4 種類型；根據(jù)內(nèi)澆道在鑄件上的相對位置（引入位置） ，可分為頂注式、中注式、底注式和階梯注入式等 4 種類型。本次支撐座澆注系統(tǒng)設(shè)計采用封閉澆注系統(tǒng)、頂注式，查表 5.2.1 澆注系統(tǒng)各單元斷面比例及其應(yīng)用，因為該支撐座為中、小型灰鐵件砂型鑄造，故選擇澆注系統(tǒng)的斷面比關(guān)系為：=1：1.1：1.15。內(nèi)橫直表表 5.2.1 澆注系統(tǒng)各單元斷面比例及其應(yīng)用澆注系統(tǒng)各單元斷面比例及其應(yīng)用截面比例直橫內(nèi)應(yīng)用21.51大型灰鑄鐵砂型鑄造1.41.21中、大型灰鑄鐵件砂型鑄造1.151.11中、小型灰鑄鐵件砂型鑄造1.111.061薄壁灰鑄鐵件砂型鑄造1.51.11可鍛鑄鐵1.11.21.31.51表面干燥型中、小型鑄鐵件1.21.41表面干燥型重型機械鑄鐵件1.11.251.11.51干型中、小型鑄鐵件1.21.11干型中型鑄鐵件1241.54球墨鑄鐵件124鋁合金、鎂合金鑄件1.231.221青銅合金鑄件11212鑄鋼件漏包澆注1.50.811薄壁球墨鑄鐵小件底注前文計算的鑄件總高度 216mm，鑄件鑄造在上、下箱各占一半，上箱鑄件高度為108，縮尺為 1%， ，依據(jù)吃沙量前文查表選取為 a=b=60mm，則上砂箱最小高度為鑄造工藝課程設(shè)計說明書21108X1.01+60=169.8，取上砂箱高度 200mm（下砂箱取 200mm） 。確定靜壓頭高度，依據(jù)表 5.3.1 普通漏斗形外澆口尺寸，初步澆口杯高度尺寸，暫定澆口杯高度為 54mm。表表 5.3.1 普通漏斗形外澆口尺寸普通漏斗形外澆口尺寸直澆道下端直徑d/mm/mmD1/mmD2h/mm鐵液容量/Kg165652400.516185854420.618206056440.720226258460.822246460480.924266662501.026286864521.228307066541.3本次設(shè)計采用底部澆注形式， 則計算靜壓頭高度為:+5.4-= 20216X1.01/8=22.673cm則依據(jù)截面比的關(guān)系：=1：1.1：1.15。內(nèi)澆道采用截面比設(shè)計法，內(nèi)橫直則內(nèi)澆道計算公式為：內(nèi)= 2其中本次設(shè)計澆注系統(tǒng)為澆口杯、直澆道、內(nèi)澆道 4 個部分的四單元澆注系統(tǒng)，則有：x22.6738.779cm =(k221 + k21+ k22)p=1.152(1 +(1.151.1)2+ 1.152)=8.61cm2內(nèi)= t2h=952617.850.521.473X 29818.779依據(jù)表 5.2.2 內(nèi)澆道尺寸，選取與計算的=8.61cm2稍大的斷面的面積，本次設(shè)計選內(nèi)鑄造工藝課程設(shè)計說明書22取內(nèi)澆口面積為 9.6cm2為本次設(shè)計的內(nèi)澆口總斷面面積，一箱四件，每件設(shè)計 2 個內(nèi)澆口，設(shè)計為 8 個內(nèi)澆口，則每個內(nèi)澆口面積為 1.2cm2，對應(yīng)的內(nèi)澆口尺寸a=12mm，b=10mm，c=11mm，則內(nèi)澆道總斷面面積為 9.6cm2。表表 5.2.2 內(nèi)澆道尺寸（單位：內(nèi)澆道尺寸（單位：mm）序號內(nèi)澆道斷面積/A內(nèi)cm2abcabcabcabcda10.311936464399536.58.520.41194757531096479.530.5119586764101074810.540.611968.66.586.54.511117591250.8141261089851212861013.561.015137119109514149711.51571.218147.5121011106151610712.516.581.52018814111211717181181418.591.82119916121312818201291520.5102.2232110171315131920221491723112.625231117.513.5171392424151018.524.5123.02824121814191410262716112026133.43225121915201510282817122128144.03830122115221610303018132230.5154.54036122216241711323020142432.5165.0423812.523172518113435201525.534175.4444013241825.51912353521152635186.045411425212620123736221627.537199.05650173023342416454228193445.52012.05852223728362820504832223950計算出橫澆道總斷面面積為=1.1X9.6=10.56cm2,查表 5.2.3 澆注系統(tǒng)截面面尺寸，橫設(shè)計橫澆道截面面積為 10.56cm2的橫澆道，橫澆道布置在直澆道兩側(cè)，則每段橫澆道斷鑄造工藝課程設(shè)計說明書23面面積為 5.28cm2對應(yīng)的橫澆道尺寸為：A=30mm，B=23mm，H=20mm。表表 5.2.3 澆注系統(tǒng)截面面尺寸澆注系統(tǒng)截面面尺寸橫澆道直澆道序號斷面積/A橫cm2A /mmB /mmC /mmA /mmB /mmC /mm序號斷面積/A橫cm2D/mm11.0119101810611.81522.01510162013823.12032.416111822141034.92543.017132024151147.13053.619142228171259.63564.0201523301813612.64075.0241625352015715.94586.0271728362216819.65097.0281830382417923.755108.03020324026181028.260119.03222344228191133.2651211.03624374530211238701313.03827405232241344751413.83828425533251450.38015174430466036281556.7851619.54632506539301663.790172452365472433317719518285640587846361878.510019346044668651401986.51052038.56545709054432095.21102148655580102604821104115鑄造工藝課程設(shè)計說明書24計算出直澆道總斷面面積為=1.15X9.6=3.68cm2, 故查表 5.2.3 澆注系統(tǒng)截面面直，尺寸，直澆道截面面積取 11.04cm2，直徑為 37.5mm。最終確定各澆道截面尺寸如下圖 5.3 澆道截面尺寸所示。圖圖 5.3 澆道截面尺寸澆道截面尺寸鑄造工藝課程設(shè)計說明書256 冒口與冷鐵設(shè)計冒口與冷鐵設(shè)計 灰鑄鐵和球磨鑄鐵在凝固過程中都析出石墨并伴隨相變膨脹，有一定的自補縮能力，因而縮松、縮孔的傾向小性較鑄鋼件小。鑄鐵件的補縮應(yīng)以澆注系統(tǒng)后補縮（澆注系統(tǒng)在完成教主以后，對鑄件的補縮，稱為后補縮）和石墨化膨脹自補縮為基礎(chǔ)，只是由于鑄件本身結(jié)構(gòu)、合金成分、冷卻條件等原因，不能建立足夠的后補縮和自補縮的情況下才應(yīng)用冒口，一個需要設(shè)置冒口補縮的鑄件，也必須利用后補縮和自補縮，冒口僅是補充后補和自補不足的差額。本次支座不設(shè)計冒口。鑄造工藝課程設(shè)計說明書267 鑄造工藝圖鑄造工藝圖 由前文鑄造工藝參數(shù)選取以及吃砂量的確定，因為一箱四件生產(chǎn)該支座，可確定鑄造工藝排布圖，支座的鑄造工藝圖如圖 7.1 支座鑄造工藝圖所示。圖圖 7.1 支座鑄造工藝圖支座鑄造工藝圖最終確定支座鑄件圖見附錄一；一箱四件鑄造工藝布置圖，見附錄二；鑄造工藝卡，見附錄三。鑄造工藝課程設(shè)計說明書278 工藝出品率工藝出品率 依據(jù)鑄造工藝圖，建立三維鑄件以及澆注系統(tǒng)三維如圖 8.1.1 支座鑄件及澆注系統(tǒng)三維圖所示，通過軟件分析各部分質(zhì)量，一箱四件，單個鑄件質(zhì)量為 19.0521Kg，澆注系統(tǒng)質(zhì)量為 6.0818Kg，則工藝出品率為：19.0521419.05214 +6.0818100%=92.6%圖圖 8.1.1 支座鑄件及澆注系統(tǒng)三維圖支座鑄件及澆注系統(tǒng)三維圖鑄造工藝課程設(shè)計說明書289 合箱圖合箱圖 由前文計算選取的吃沙量以及鑄造工藝排布，選擇砂箱內(nèi)框尺寸，上砂箱內(nèi)框尺寸為：700X700X200，下砂箱內(nèi)框尺寸為：700X700X200。根據(jù)表 9.1.1 常用造型機所用砂箱的最佳尺寸，依據(jù)本次設(shè)計數(shù)據(jù)，選擇 800X700 砂箱尺寸對應(yīng)的造型機為 Z148A。 表表 9.1.1 常用造型機所用砂箱的最佳尺寸常用造型機所用砂箱的最佳尺寸 表 1砂箱尺寸（mm）400300500400600500800600造型機Z114A，Z124Z145，ZZ415Z146，ZB326ZB148A，3ZZ318砂箱尺寸8007001000800110090016001200造型機Z148A，Z158Z2310，Z2410ZB1410ZB1416最終確定支座的合箱圖如下圖 9.1.1 合箱圖所示。鑄造工藝課程設(shè)計說明書29圖圖 9.1.1 合箱圖合箱圖最終確定支座的上模板裝配圖如下圖 9.1.2 上模板裝配圖圖所示。鑄造工藝課程設(shè)計說明書30圖圖 9.1.2 上模板裝配圖上模板裝配圖支座砂芯，芯盒設(shè)計芯盒材質(zhì)為 ZL101，對開式兩半芯盒，芯盒采用定位銷定位，蝶形螺母和活節(jié)螺栓緊固及開合。最終確定支座的芯盒裝配圖如下圖 9.1.3 芯盒裝配圖圖所示。鑄造工藝課程設(shè)計說明書31圖圖 9.1.3 芯盒裝配圖芯盒裝配圖鑄造工藝課程設(shè)計說明書32致 謝表示感謝孫建波老師給予的指導(dǎo)。鑄造工藝課程設(shè)計說明書33參 考 文 獻(xiàn)1 中國鑄造協(xié)會.鑄造工程師手冊(第三版) 北京：機械工業(yè)出版社，2010.2 機械工程學(xué)會鑄造學(xué)會編.鑄造手冊（第 5 卷：鑄造工藝） （M）.北京：機械工業(yè)出版社，2006.3 葉榮茂、吳維岡、高景燕.鑄造工藝課程設(shè)計手冊（M）.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1989.