懸梁件鑄造工藝設(shè)計(jì),懸梁,鑄造,工藝,設(shè)計(jì) 鑄造工藝課程設(shè)計(jì)成型一班 魯?shù)砾i17080140121指導(dǎo)教師 賈克明教授目錄1.零件結(jié)構(gòu)分析2.造型材料的選擇1鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目懸梁件鑄造工藝課程設(shè)計(jì)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(jì)說明書 2目目 錄錄1 1 前前 言言 .41.1 本設(shè)計(jì)的目的、意義.41.1.1 本設(shè)計(jì)的目的 .41.1.2 本設(shè)計(jì)的意義 .51.2 本設(shè)計(jì)的技術(shù)要求.51.2.1 零件結(jié)構(gòu)分析 .61.3 造型材料的選擇.71.4 本課題的發(fā)展現(xiàn)狀.71.5 本領(lǐng)域存在的問題.82 2 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案 .112.1 澆注位置的確定.112.1.1 選擇澆注位置時(shí)需滿足的要求： .112.2 分型面的確定 .123 3 設(shè)計(jì)說明設(shè)計(jì)說明 .133.1 鑄件尺寸公差.133.2 鑄件重量公差.143.3 機(jī)械加工余量.143.4 起模斜度.153.5 鑄造收縮率.163.6 最小鑄出孔.163.7 反變形量.174 4 砂芯的設(shè)計(jì)砂芯的設(shè)計(jì) .184.1 砂芯方案.185 5 澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng) .205.1 澆注時(shí)間的確定.205.2 澆注系統(tǒng)的壓力頭及阻流面積的計(jì)算.215.2.1 壓力頭的計(jì)算 .215.2.2 阻流面積的計(jì)算 .215.3 澆道.215.4 澆口杯.225.5 冒口的設(shè)計(jì).22鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 35.5.1 冒口的尺寸 .236 6 工裝設(shè)計(jì)工裝設(shè)計(jì) .246.1 砂箱的設(shè)計(jì).246.2 模板.256.3 芯盒.267 結(jié)結(jié) 論論 .28致致 謝謝 .29參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn) .30鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 41 前 言隨著現(xiàn)代社會的高速發(fā)展，鑄造業(yè)已經(jīng)逐漸滲透進(jìn)大眾的日常生活中。作為國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，在近幾年，得益于國內(nèi)汽車，家電，建材等鑄造業(yè)大用戶行業(yè)的不斷發(fā)展，我國的鑄造業(yè)設(shè)備交易市場展現(xiàn)出繁榮的景象，每年都在呈上漲趨勢。在改革開放后的 30 多年，我國的鑄造技術(shù)有了很大的發(fā)展，突出的表現(xiàn)在三個(gè)方面：造型、制芯機(jī)械化、自動化程度明顯提高、取代干型黏土砂和油砂的化學(xué)硬砂的廣泛應(yīng)用，鑄造工藝有憑經(jīng)驗(yàn)走向科學(xué)化。這些對于提高生產(chǎn)效率，降低勞動強(qiáng)度，改善鑄件的內(nèi)在質(zhì)量和外在質(zhì)量，節(jié)省原材料和能源，起了重大作用。本次鑄造工藝為 C 件-懸梁的鑄造工藝，懸梁材質(zhì)為 HT250，在設(shè)計(jì)過程中，便緊隨鑄造工藝的發(fā)展趨勢，采用樹脂自硬砂造型，摒棄手工制圖等傳統(tǒng)方法，熟練運(yùn)用 Creo Layout 7.0、AutoCAD、Procast、華鑄 CAE 等軟件進(jìn)行鑄造工藝的設(shè)計(jì)與改善。確定工藝時(shí)，首先在零件圖基礎(chǔ)上確定鑄造工藝參數(shù)，繪制毛坯圖，并在毛坯基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。本次工藝采用樹脂砂造型，頂柱式傾斜澆注系統(tǒng)，使用中間分型。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)了平做平澆與平做立澆共 2 種方案，使用華鑄 CAE 仿真模擬軟件分別對其進(jìn)行初步模擬，分析模擬結(jié)果的充型過程、缺陷分布以及工藝改進(jìn)性等方面，最終澆注系統(tǒng)選擇頂柱式傾斜澆注系統(tǒng)，充分保證鑄件重要工作部位在鑄件下部，提高鑄件質(zhì)量。在工藝改進(jìn)中，通過多次調(diào)整冒口與冷鐵的位置，使鑄件產(chǎn)生有利于最終鑄件綜合性能的順序凝固方式，消除了鑄件中的缺陷，并且保證鑄件有較高的工藝出品率，符合工廠生產(chǎn)中經(jīng)濟(jì)性的原則。1.1 本設(shè)計(jì)的目的、意義1.1.1 本設(shè)計(jì)的目的1.了解鑄造零件的結(jié)構(gòu)形狀及各投影間的關(guān)系，建立零件形狀的明確完整的立體概念，鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 5以保證工藝設(shè)計(jì)及各項(xiàng)設(shè)計(jì)制圖工作的順利進(jìn)行;2.弄清零件圖的各項(xiàng)尺寸，并著重記錄鑄造零件的重量，主要壁厚及最大壁厚，零件最大尺寸(長寬高輪廓尺寸)，以供工藝設(shè)計(jì)使用;3.零件各項(xiàng)公差要求，零件加工位置及零件各項(xiàng)加工要求(包括表面粗糙度)，并對加工方法做初步了解;4.零件材質(zhì)及性能要求，以及圖紙上指出的各項(xiàng)特殊技術(shù)要求。1.1.2 本設(shè)計(jì)的意義1通過課程設(shè)計(jì)鞏固和加深鑄造工藝課及其它有關(guān)基礎(chǔ)課和技術(shù)基礎(chǔ)課的知識；2通過鑄造工藝課程設(shè)計(jì)能較系統(tǒng)的掌握鑄造工藝及工裝的設(shè)計(jì)方法，鍛煉運(yùn)用鑄造工藝手冊及其它技術(shù)資料的基本技能，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生分析和解決鑄造生產(chǎn)實(shí)際問題的能力；3通過課程設(shè)計(jì)使學(xué)生進(jìn)一步提高圖紙、文字表達(dá)能力；4為今后工作打下基礎(chǔ)。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 61.2 本設(shè)計(jì)的技術(shù)要求本設(shè)計(jì)的技術(shù)要求圖 1.1 懸梁二維圖1.鑄件表面上不允許有冷隔、裂紋、縮孔和穿透性缺陷及嚴(yán)重的殘缺類缺陷（如欠鑄、機(jī)械損傷等） 。2.鑄件需經(jīng)時(shí)效處理3.鑄件燕尾導(dǎo)軌面要求無砂眼、氣孔、夾砂等缺陷4.表面噴紅色防銹漆，內(nèi)腔涂黃色防銹漆。5.未注鑄造圓角半徑 R3-R5，未注拔模應(yīng)小于 1，未注壁厚大于 15.6.燕尾導(dǎo)軌面與床身配磨，保證平面及斜面的接觸面，接觸面要求按企標(biāo)。7.精加工前打膩?zhàn)訃娖嵘徼T造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 71.2.1 零件結(jié)構(gòu)分析圖 1.2 懸梁三維圖1.零件名稱：懸梁2.材質(zhì)：HT2503.零件尺寸：420mm1695mm260mm4.懸梁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單壁厚均勻，最大壁厚為 30mm,主要壁厚為 15mm5.HT250 的化學(xué)成分，由于鑄件的主要壁厚為 15mm,表 1-1 鑄件的化學(xué)成分化學(xué)成分CSiMnPS元素含量2.9-3.21.4-1.70.9-1.190%)，新砂用量很少缺點(diǎn): (1) 樹脂含游離醛高(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的 0.8%分?jǐn)?shù)的30%0.3%0.5%)，澆注時(shí)放出有害氣體，污染環(huán)境。(2)樹脂含氮和發(fā)氣速度高，鑄件易產(chǎn)生氣孔。(3)固化劑含硫和樹脂砂高溫塑性低，鑄鋼件易出現(xiàn)熱裂。(4)型砂吸濕性較大，雨季鑄件廢品增加。(5)對原砂質(zhì)量要求較高。(6)冬季硬化速度慢，固化劑易結(jié)晶。(7)不能用于堿性原砂適用于單間，小批量生產(chǎn)中，大型鑄鐵件，鑄鋼件及非鐵合金鑄件1.4 本課題的發(fā)展現(xiàn)狀鑄造成型是制造復(fù)雜零件的最靈活的方法。先進(jìn)鑄造技術(shù)的應(yīng)用給制造工業(yè)帶來了新的活力。為數(shù)眾多的軟件問世和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅獨(dú)猛發(fā)展使得為生產(chǎn)在幾何形狀、尺寸、使用性能等方面都符合要求的鑄件提出確切可靠的信息成為可能。鑄造廠在其用戶進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)階段就能成為后者在 CAD 層次上一個(gè)有力的伙伴。與此同時(shí)，鑄造廠也遇到了來自鑄造行業(yè)內(nèi)部和外部的巨大挑戰(zhàn)。或許可以說，處于世紀(jì)之交的各國鑄造廠都把下述四項(xiàng)目標(biāo)作為自己的主要任務(wù):鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 91.提高鑄件質(zhì)量和可靠性，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)近終形鑄件;2.加強(qiáng)環(huán)保，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展;3.降低生產(chǎn)成本;4.縮短交貨期。不言而諭，其中第一項(xiàng)是最重要的，如果不能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鑄件，其它目標(biāo)就無從談近十年來鑄造技術(shù)有重大的發(fā)展，世際之交的各國鑄造行業(yè)在不同程度上遇到來自行業(yè)內(nèi)部和外部的巨大挑戰(zhàn)。積極地將信息技術(shù)應(yīng)用到鑄造生產(chǎn)中看來是鑄造廠使自己能在21 世紀(jì)激烈的競爭中生存和發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵措施。1.5 本領(lǐng)域存在的問題我國鑄造行業(yè)的整體技術(shù)水平比發(fā)達(dá)國家落后約十幾年，無法滿足國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需要。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)在如下四大問題：1.工藝水平低，鑄件質(zhì)量差(1)鑄件加工余量大。由于缺乏科學(xué)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)，工藝設(shè)計(jì)人員憑經(jīng)驗(yàn)難以控制變形問題，鑄造的加工余量一般比國外大 13 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。(2)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。(3)鑄件裂紋問題嚴(yán)重。(4)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理。由于設(shè)計(jì)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。(5)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(gè)必要環(huán)節(jié)，在國外，如果沒有計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，就拿不到訂單。我國的鑄造業(yè)計(jì)算機(jī)模擬起步較早，雖然核心計(jì)鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 10算部分開發(fā)能力較強(qiáng)，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(jì)算機(jī)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)。(6)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(jī)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 550700 公斤標(biāo)準(zhǔn)煤，國外為 300400 公斤標(biāo)準(zhǔn)煤，我國每生產(chǎn) 1 噸合格鑄鋼件的能耗為 8001000 公斤標(biāo)準(zhǔn)煤，國外為 500800 公斤標(biāo)準(zhǔn)煤。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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%，鑄鋼件工藝出品率平均為55%，國外可達(dá) 70%。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)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(diǎn)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。生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境惡劣、作業(yè)條件差、技術(shù)落后、粗放式生產(chǎn)的鑄造企業(yè)占 90%以上;1998 年在匈牙利舉辦的第 63 屆世界鑄造會議上頒發(fā)了環(huán)境保護(hù)獎，獲獎鑄造廠中沒有一個(gè)在中國，這與中國的鑄造大國地位極不相稱。我國鑄造業(yè)的環(huán)境問題還表現(xiàn)在對自然資源的超量消耗上。鑄造生產(chǎn)中爐料主要是生鐵、廢鋼、焦炭、石灰石等、型砂、芯砂。主要是原砂、粘土、煤粉、樹脂等粘結(jié)劑、固化劑、舊砂等的運(yùn)輸、混砂、造型、制芯、烘烤、熔化、澆注、冷卻、落砂、清理和后處理等工序，就其作業(yè)內(nèi)容來講是在機(jī)械振動和噪聲中進(jìn)鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 11行，有的還在高溫?如熔化、澆注中作業(yè)，有的產(chǎn)生刺激性氣味，粉塵作業(yè)環(huán)境更是惡劣。在我國鑄造車間每生產(chǎn) 1 噸鑄件，約散發(fā) 50kg 粉塵，熔煉和澆注工序排放廢渣 200kg、廢氣 20m3，造型和清理排廢砂約 1315 噸。以年產(chǎn) 2200 萬噸鑄件計(jì)，每年排污物總量為：廢渣 440 萬噸、廢砂近 1650 萬噸、廢氣 4 億立方米。這些數(shù)據(jù)足以說明我國鑄造行業(yè)環(huán)境問題的嚴(yán)峻程度，采用高技術(shù)實(shí)現(xiàn)綠色鑄造是當(dāng)前需要重點(diǎn)解決的關(guān)鍵問題。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：(1)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12%，最多的工廠占到 323%，相差 27 倍之多，國企尤其是軍工企業(yè)比例高。(2)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。(3)新人才來源困難。很多高校在 20 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。鑄造人才缺乏的根本原因在于企業(yè)待遇低、工作環(huán)境差。國有企業(yè)在崗職工年齡 40歲以上的占 80%，2040 歲的人員很少，出現(xiàn)斷檔。民營企業(yè)從事鑄造的專業(yè)技術(shù)人才，從年齡上看，大部分也在 60 歲以上，絕大多數(shù)工人更是極少經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，許多是農(nóng)民工從事鑄造生產(chǎn)。整個(gè)行業(yè)的技術(shù)水平尤其是質(zhì)量意識和質(zhì)量控制水平不適應(yīng)市場競爭的要求。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 122 設(shè)計(jì)方案2.1 澆注位置的確定澆注位置的確定澆注位置是指澆注金屬液時(shí)鑄件在注型中所處的位置，澆注位置是根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、尺寸、重量、技術(shù)要求、鑄造合金特性、鑄造方法和鑄造生產(chǎn)車間的條件決定。正確的澆注位置應(yīng)該能保證獲得健全的鑄件，并使造型、制芯和清理方便。要依據(jù)澆注位置的確定原則選取合理的澆注位置。2.1.1 選擇澆注位置時(shí)需滿足的要求：1）澆注位置應(yīng)有利于所確定的凝固順序。2）鑄件的重要部位應(yīng)位于下部。3）重要加工面應(yīng)朝下或呈直立狀態(tài)。4）保證鑄件能夠充滿。薄壁部分應(yīng)放在內(nèi)澆道以下或置于鑄型下部。5）使鑄件大平面朝下，對于大的平板類鑄件可采用傾斜澆注以便增大金屬液面的上升速度，防止產(chǎn)生缺陷。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，澆注位置我設(shè)計(jì)了以下兩種方案：方案一：澆注溫度較低冷卻較快，金屬凝固時(shí)沒有實(shí)現(xiàn)順序凝固的可能，所以設(shè)置澆注位置時(shí)盡量使金屬液同時(shí)凝固，而且澆注位置要設(shè)置到零件的加工面上，易于清理，保證鑄件的表面質(zhì)量與美觀，方便起模，選擇頂注式澆注系統(tǒng)，傾斜澆注，選定的澆注位置如下圖 2-1 所示：鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 13圖 2.1 澆注位置示意圖方案二：這種澆注方式的優(yōu)點(diǎn)是充型平穩(wěn)，對砂芯沖擊力小，金屬液氧化小。但是此種方法不利于起模，不易于清砂。如圖 2.2 所示圖 2.2 澆注位置示意圖經(jīng)過分析，我決定采用方案一頂注式澆注式澆注方式進(jìn)行澆注。2.2 分型面的確定分型面是指兩個(gè)半鑄型相互接觸的表面。分型面一般在澆注位置確定后再選擇，但分析各種分型面方案的優(yōu)點(diǎn)和不足之后，可能需要重新調(diào)整澆注位置，本次根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了以下兩個(gè)分型方式：方案一：該方案易分型，但不好取澆注系統(tǒng)，而且易產(chǎn)生錯(cuò)箱，不容易拔模，且采用吊芯，容易出現(xiàn)缺陷,優(yōu)點(diǎn)是砂箱不高。圖 2.2 分型面方案一方案二：容易充滿，可減少薄壁件澆不到，冷隔方面的缺陷，且冒口尺寸小，該方案的分型鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 14面位于同一平面切在鑄件的最大斷面處，造型時(shí)比較簡單，且方便起模，保證逐漸質(zhì)量，同時(shí)使鑄件便于補(bǔ)縮，并且適合雨淋式澆注系統(tǒng)。圖 2.3 分型面方案二因此我們根據(jù)分型面的選擇原則采用方案二的分型方式進(jìn)行分型。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 153 設(shè)計(jì)說明設(shè)計(jì)說明3.1 鑄件尺寸公差鑄件尺寸公差鑄件尺寸公差是指允許的鑄件尺寸變動量。公差就是最大極限尺寸與最小極限尺寸代數(shù)和的絕對值。鑄件尺寸保持在兩個(gè)允許的極限尺寸之內(nèi)，就可以滿足加工、裝配和使用的要求。根據(jù)鑄件的技術(shù)要求，查表 3-1，3-2，我們?nèi)¤T件公差等級為 GB/T 6414-1999 CT12，取尺寸公差為 15表 3-1 小批生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級（GB6414-86）公差等級 CT造型材料鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵鋁合金輕金屬合金干濕型砂131513151315131513151113自硬砂121411131113111310121012表 3-2 鑄件尺寸公差 摘自（GB/T 6414 1999）毛坯鑄件基本尺寸鑄件尺寸公差等級 CT大于至12345678910111213141516100.090.130.180.260.360.520.7411.522.84.210160.10.140.20.280.380.540.781.11.62.23.04.416250.110.150.220.300.420.580.821.21.72.43.24.668101225400.120.170.240.320.460.640.91.31.82.63.6579111440630.130.170.240.360.500.7011.422.845.68101216631000.140.180.260.400.560.781.11.62.23.24.4691114181001600.150.200.280.440.620.881.21.82.53.657101216201602500.220.300.500.7211.422.845.68111418222504000.240.340.560.781.11.62.23.24.46.29121620254006300.400.640.91.21.82.63.657101418222863010000.7211.422.84681116202532100016000.801.11.62.23.24.6791318232937160025002.63.85.48101521263342250040004.46.291217243038494000630071014202835445663001000011162332405064鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 163.2 鑄件重量公差鑄件重量公差鑄件的重量公差定義為以占鑄件公稱重量的百分率為單位的鑄件重量變動的允許值。所謂公稱重量是包括加工余量和其他工藝余量，作為衡量被檢驗(yàn)鑄件輕重的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)鑄件的技術(shù)要求，根據(jù)表 3-3 我們?nèi)伊旱墓畹燃墳?10% 表 3-3 鑄件重量公差數(shù)值（%） （摘自 GB/T 6414 1999）3.3 機(jī)械加工余量機(jī)械加工余量鑄件為保證其加工面尺寸和零件精度，應(yīng)有加工余量，即在鑄件工藝設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先增加的，而后在機(jī)械加工時(shí)又被切去的金屬層厚度，稱為機(jī)械加工余量，簡稱加工余量。機(jī)械加工余量值由精到粗共分為十個(gè)等級：A、B、C、D、E、F、G、H、J 和 K，根據(jù) 要求，不同的鑄造方法所采用的機(jī)械加工余量下表所示。表 3-4 鑄件加工余量等級（摘自 GB/T 6414 1999）最大尺寸1）要求的機(jī)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(jī)械加工后鑄件的最大輪廓尺寸。重量 kg重量公差數(shù)值重量公差等級MT7891011121314100-400456810121416400-1000345681012141000-40002345681012鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 172）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(jī)械工藝的成批上產(chǎn)情況下。由表 3-4,3-5 可知當(dāng)我們選用的鑄件材料為灰鑄鐵造型方法為砂型鑄造機(jī)器造型和殼型時(shí)且本零件的最大輪廓尺寸為 1695mm，加工余量等級為 H，考慮到方便加工，加工余量為 9mm。3-5 毛坯鑄件典型的機(jī)械加工余量等級（摘自 GB/T 6414 1999）3.4 起模斜度起模斜度鑄件高度為 260mm,查表得選用木模 =035，a=4.2mm表 3-6 鑄鐵件起模斜度（摘自 GB/T 6414 1999）起模斜度金屬模樣、塑料模樣木模樣測量面高度 HmmAA mmAA mm103300.64000.810401501.42051.6401000501.60551.61001600351.60402.01602500302.20352.62504000303.60354.24006300254.60305.663010000205.80257.41000160002511.61600250002518.2要求的機(jī)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(jī)器造型和殼型EHEGEGEGEGEGEGFHFH壓力鑄造DFDFDFDFDFDF熔模鑄造EEEEEEE鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 182500025注：1 當(dāng)凹處過深時(shí)，可用活塊或芯子形成2 自硬砂造型時(shí)，模樣凹處內(nèi)表面的起模斜度值允許被按其表面的斜度值增加 50%。3 對于取模困難的模具，允許采用較大的取模斜度，但不得超過表中數(shù)值的一倍。4 芯盒的取模斜度可參照本表選擇。5 當(dāng)造型機(jī)工作壓在 700KPa 以上，允許將本表的起模斜度增加，但不得超過 50%。6 鑄件結(jié)構(gòu)本身在起模方向上有足夠的斜度時(shí)，不在增加起模斜度。7 同一鑄件，上、下兩個(gè)起模斜度應(yīng)取在分型面上的同一點(diǎn) 3.5 鑄造收縮率鑄造收縮率3-7 各種鑄鐵件的鑄件線收縮率（%） （摘自 GB/T 6414 1999）線收縮率鑄件的種類受阻收縮率自由收縮中小型鑄件0.81.00.91.1大中型鑄件0.70.90.81.0特大型鑄件0.60.80.70.90.70.90.81.0灰鑄鐵特殊的圓筒形鑄件長度方向直徑方向0.50.60.60.8珠光體球墨鑄鐵0.81.21.01.3球墨鑄鐵鐵素體球墨鑄鐵0.61.20.81.2珠光體可鍛鑄鐵1.21.81.52.0可鍛鑄鐵鐵素體可鍛鑄鐵1.01.31.21.5白口鑄鐵 b1.51.75鑄造收縮率的定義為: （3-1）%100/ )(JJMLLLK式中模樣（或芯盒）工作面的尺寸；鑄件尺寸MLJL因?yàn)槲宜x用的材料為 HT250,鑄件為中小型鑄件，根據(jù)表中數(shù)據(jù)查的懸梁的線收縮率為 0.9%鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 19 鑄造收縮率與鑄造合金種類、澆冒口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、鑄件結(jié)構(gòu)、鑄型種類（含砂型和砂芯的退讓性）等因素有關(guān)。鑄造合金從凝固狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)會產(chǎn)生收縮；合金的成分與其含量不同，其收縮率同樣會發(fā)生變化，這是鑄造合金的特性。澆冒口結(jié)構(gòu)阻礙收縮鑄件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，砂型和砂芯的退讓性差，都會阻礙到鑄件由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的收縮。因此，實(shí)際的鑄造收縮率是由上述各種因素綜合形成的。3.6 最小鑄出孔最小鑄出孔表 3-8 鑄件最小鑄出孔（摘自 GB/T 6414 1999）鑄件厚度200灰鑄鐵303540另行規(guī)定應(yīng)鑄出的最小孔徑球墨鑄鐵354045另行規(guī)定 機(jī)械零件上往往有很多孔、槽和臺階，一般應(yīng)盡可能在鑄造時(shí)鑄出。這樣既可節(jié)約金屬，減少機(jī)械加工的工作量、降低成本，又可使鑄件壁厚比較均勻，減少形成縮孔、縮松等鑄造缺陷的傾向。但是，當(dāng)鑄件上的孔、槽尺寸太小，而鑄件的壁厚又較厚和金屬壓力較高時(shí)，反而會使鑄件產(chǎn)生粘砂,造成清理和機(jī)械加工困難，有的孔、槽必須采用復(fù)雜而且難度較大的公益措施才能鑄出，而實(shí)現(xiàn)這些措施還不如用機(jī)械加工方法制出更為方便和經(jīng)濟(jì)。查表 3-9 得，最小鑄出孔為：30-50.因此 24 個(gè)直徑為 30mm 的螺孔不用鑄出。表 3-9 灰鑄鐵的不鑄出孔直徑（摘自 GB/T 6414 1999）生產(chǎn)批量不鑄出孔直徑大批量生產(chǎn)1215成批生產(chǎn)1530單件或小批量生產(chǎn)30503.7 反變形量反變形量大型床身類、大型平板類、大型鑄鋼箱體類、細(xì)長的紡織機(jī)械類鑄件，由于冷卻速度不均勻，鑄件冷卻后常出現(xiàn)變形。從鑄造工藝角度解決撓曲變形問題，可在制造模樣時(shí)，在鑄件可能產(chǎn)生變形的相反方向做出變形量，使鑄件冷卻后變形的結(jié)果正好將其抵消，得到符合圖樣要求的鑄件。這種在制模時(shí)預(yù)先做出的變形量，叫做反變形量，又稱鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 20反撓度、反彎勢、假曲率。我們將本件當(dāng)做一般床身，本件長為 1695mm，約為 2000mm，一般壁厚為 16mm，導(dǎo)軌厚度為 33mm，因此留反變形量 2.5mm。表 3-10 機(jī)床床身的反變形量 （mm）名稱鑄件尺寸一般壁厚導(dǎo)軌厚度反變形量L-3-6 床身長 200016332.5L-3-8 床身長 261416333.5F-1 床身長 316219325C6150-g 床身長 235014345鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 214 砂芯砂芯的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)砂芯的功能是形成鑄件內(nèi)腔、孔和鑄件外形不能鑄出砂的部位。砂型局部要求特殊性能的部分，有時(shí)也用砂芯。對砂芯的要求主要是：1）砂芯的形狀、尺寸以及在砂型中的位置均應(yīng)保證鑄件的形狀和尺寸符合要求。2）具有足夠的強(qiáng)度和剛度。3）在鑄件形成過程中砂芯所產(chǎn)生的氣體能及時(shí)排出型外。4）鑄件收縮時(shí)的阻力小，容易清砂。4.1 砂芯方案砂芯方案對于本次設(shè)計(jì)的零件懸梁，采用樹脂自硬砂制芯，涉及不到砂芯的烘干。砂芯可以幫助鑄件成型、確保鑄件精度的關(guān)鍵因素。分析鑄件的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵撹T件為對稱結(jié)構(gòu)，鑄件的尺寸較中小，只需要做一個(gè)整體砂芯。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)懸梁的型腔結(jié)構(gòu)，設(shè)置 3 個(gè)垂直芯頭。因?yàn)?L=260mm,D=120mm，取間隙 S=3.0，H垂直=60mm。芯頭斜度為 5鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 22圖 4.1 懸梁件砂芯三維圖鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 235 澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)澆注系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道，主要由澆口杯、直澆道、橫澆道、和內(nèi)澆道 4 個(gè)部分組成。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理與否對鑄件質(zhì)量影響很大，大約 30%的鑄件廢品是由于澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致的。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、合金種類、技術(shù)要求合理地設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)。設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)應(yīng)遵守以下原則：1）金屬液的充型過程中應(yīng)控制金屬液的流動方向和速度，盡可能使金屬液平穩(wěn)，連續(xù)地充滿型腔；2）在合適的時(shí)間內(nèi)充滿型腔，避免形成夾砂、冷隔、皺皮等缺陷，保證鑄件輪廓清晰、完整；3）調(diào)節(jié)鑄型內(nèi)的溫度分布，有利于強(qiáng)化鑄件的補(bǔ)縮、減少鑄造應(yīng)力，防止鑄件出現(xiàn)變形、裂紋等缺陷；4）澆注系統(tǒng)應(yīng)具備擋渣、溢渣、凈化金屬液的能力；5）澆注系統(tǒng)應(yīng)該結(jié)構(gòu)簡單、可靠、減少金屬液的消耗，且便于清理。5.1 澆注時(shí)間的確定澆注時(shí)間的確定 （5-1）nmBp -注時(shí)間；m-鑄件或澆注金屬質(zhì)量，算上澆注系統(tǒng)后和加工余量等，鑄件的質(zhì)量約 540kg 左右；-鑄件壁厚，取 15mmB-系數(shù)，鑄鐵 B=2；P-系數(shù)，取 p=0.33；n-系數(shù)，取 n=0.33；帶入式中得 51snmBp金屬液在鑄型中的上升速度 V型=C/ （5-2）V型-金屬液在鑄型中上升速度；鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 24C-鑄件高度，鑄件高約為 260mm；計(jì)算得 V5.1mm /s根據(jù)表當(dāng)鑄件壁厚為 15 時(shí)，型內(nèi)鐵液最小上升速度 5.1mm/s，澆注時(shí)間滿足要求。5.2 澆注系統(tǒng)的壓力頭及阻流面積的計(jì)算澆注系統(tǒng)的壓力頭及阻流面積的計(jì)算5.2.1 壓力頭的計(jì)算壓力頭的計(jì)算根據(jù)平均壓力頭計(jì)算公式計(jì)算平均壓力頭 ，對于頂注式有： Hp=H0 （5-3）式中 Hp平均壓力頭；H0阻流截面以上的金屬壓力頭，鑄件平均壓力頭H0=400mm則平均壓力頭Hp為40cm。5.2.2 阻流面積的計(jì)算阻流面積的計(jì)算根據(jù) Osann 公式計(jì)算最小阻流面積： （5-4）p2gHm阻S式中 m-澆注金屬液質(zhì)量，m=539kg；-金屬液密度，=7.0g/cm3；-澆注時(shí)間，=51s；-流量系數(shù)，修正后 =0.5；g-重力加速度 9.8m/s2；Hp-阻流截面的平均計(jì)算壓力頭 Hp =40cm ；計(jì)算得最小阻流面積 S阻=34cm2。澆道比為: S直 S橫: S內(nèi) =1.4：1.2：1=47：40.8：34 （5-5）鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 255.3 各澆道的截面積各澆道的截面積直澆道截面形狀為圓形，A直=47cm2，直澆道直徑為 78mm。直澆道窩的直徑為直澆道直徑的 1.4-2 倍，高度為橫澆道高度的 2 倍。考慮到采用頂注式的澆注系統(tǒng)，金屬液對鑄型的沖擊較大。橫澆道截面為梯形，為了防止最初進(jìn)入橫澆道的金屬液雜質(zhì)進(jìn)入型腔，末端設(shè)有 120mm 延長段以容納最初澆注的低溫、含氣、含渣的金屬液體，防止其進(jìn)入鑄型；橫澆道尺寸如下：a=70mm，b=60mm，h=63mm，長度=1500mm，A橫=40.8cm2。內(nèi)澆道的功能是控制充型速度和方向，分配金屬液，本設(shè)計(jì)我們選用扁平形截面形式，因?yàn)檫@種形狀內(nèi)澆道易于清理。設(shè)置兩個(gè)內(nèi)澆道，內(nèi)澆道尺寸如下：a=60mm，b=50mm，c=16mm，長度=85mm，A內(nèi)=34cm2。 （直澆道） （橫澆道） （內(nèi)澆道）圖 5.2 澆注系統(tǒng)各截面形狀5.4 澆口杯澆口杯澆口杯是漏斗形的外澆口，單獨(dú)制造或直接在鑄型內(nèi)形成，成為直澆道頂部的擴(kuò)大部分。其作用是承接來自澆包的金屬液，防止飛濺和溢出，方便澆注；減少金屬液對鑄型的直接沖擊；可能撇去部分熔渣、雜質(zhì)、阻止其進(jìn)入直澆道內(nèi)；提高金屬液靜壓力。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 26澆口杯分為漏斗形澆口杯和澆口盆兩類。此次設(shè)計(jì)為了方便澆注我所采用的是漏斗形澆口杯，5.4.1 澆口杯示意圖表 5.1 澆口杯尺寸澆口杯尺寸鑄件質(zhì)量/kgABlHH1daRR1H2鐵液消耗量/kg200-600320200110155155020302545595.5 冒口的設(shè)計(jì)冒口的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用頂冒口，由于在鑄件的上部有兩個(gè)熱節(jié)，且兩個(gè)熱節(jié)互相對稱，因此為了防止出現(xiàn)縮孔、縮松的情況，我們采用了頂冒口。補(bǔ)縮距離為壁厚的 5 倍，因此本次采用了 25 個(gè)冒口。5.5.1 冒口的尺寸冒口的尺寸對于壁厚為 38mm 的部分我們采用高為 80mm 直徑為 60mm 的冒口。對于壁厚為 30mm 的部分我們采用高為 80mm 直徑為 50mm 的冒口。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 27圖 5.5.1 冒口示意圖鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 286 工裝設(shè)計(jì)工裝設(shè)計(jì)6.1 砂箱的設(shè)計(jì)砂箱的設(shè)計(jì)砂箱是保障砂型與砂型精確合型的重要裝備，砂箱設(shè)計(jì)需要充分考慮砂箱頂使用性，砂型結(jié)構(gòu)需要滿足砂型要求，保證上下砂型的精確定位與牢固連接。砂型的尺寸確定需要根據(jù)鑄件尺寸、吃砂量、鑄件在砂箱內(nèi)部布置等方面來確定尺寸。表 6-1 按鑄件重量確定的吃砂量（單位 mm）鑄件重量/kgabcdef251500120120708070501100015015090901201001200020020010010015020013000250250125125200鑄件重量為 539Kg，設(shè)計(jì)為一箱一件形式，依據(jù)表 6-1 按重量確定吃砂量表，可確定吃砂量最小尺寸為 a=150mm，b=150mm，c=90mm，d=90mm，f=120mm。實(shí)際選取數(shù)值略比該值大，設(shè)計(jì)時(shí)考慮現(xiàn)有模板及砂箱標(biāo)準(zhǔn)尺寸。砂箱的材質(zhì)為鑄鋼，上箱的尺寸為 80020001850mm，下箱為 8002000200mm鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 29圖 6.1 砂箱6.2 模板模板 模樣本體結(jié)構(gòu)類型:可參照表選擇。平裝式結(jié)構(gòu)簡單，容易加工，最常用。嵌入式在特殊條件下應(yīng)用。選定模樣結(jié)構(gòu)后，便可依據(jù)鑄造工藝圖確定模樣的外形。模樣外形設(shè)計(jì)如圖（6-2）和（6-3）所示：鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 30圖 6-2 上模板鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 31圖 6-3 下模板6.3 芯盒芯盒芯盒是制造砂芯的專用模具，芯盒的尺寸精度和結(jié)構(gòu)是否合理，將在很大程度上直接影響到砂芯的質(zhì)量和制芯效率。設(shè)計(jì)芯盒時(shí)應(yīng)以產(chǎn)品零件圖、生產(chǎn)批量、鑄造工藝方案、鑄造工藝圖（或砂芯圖)、制芯設(shè)備的技術(shù)規(guī)格、工裝加工能力及技術(shù)水平等為依據(jù)，根據(jù)砂芯的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸大小來確定芯盒的類型、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)形式和尺寸。芯盒設(shè)計(jì)一般應(yīng)滿足如下要求：1) 芯盒材料和結(jié)構(gòu)形式應(yīng)與生產(chǎn)批量相適應(yīng)，且應(yīng)具有必要的強(qiáng)度、剛度和耐磨性，以保證達(dá)到要求的使用壽命。2) 確保砂芯的幾何形狀和尺寸精度。3) 有利于安放芯骨、開設(shè)排氣道等。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 324) 盡可能減輕芯盒重量，滿足選用的制芯設(shè)備的裝配和操作要求。5) 簡化芯盒的制造工藝，減少加工工時(shí)，降低制造成本。本設(shè)計(jì)的芯盒圖如圖 6.4 所示。6.4 芯盒鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 337 結(jié)結(jié) 論論通過此次設(shè)計(jì)我們對懸梁件的鑄造方式進(jìn)行的設(shè)計(jì)說明，本次懸梁件鑄造工藝設(shè)計(jì)過程中，便緊隨鑄造工藝的發(fā)展趨勢，采用樹脂自硬砂造型，摒棄手工制圖等傳統(tǒng)方法，熟練運(yùn)用 Creo Layout 7.0、AutoCAD、Procast、華鑄 CAE 等軟件進(jìn)行鑄造工藝的設(shè)計(jì)與改善。這大大提升了我們的工作效率，減少了所用成本。此次設(shè)計(jì)中確定工藝時(shí)，首先在零件圖基礎(chǔ)上確定鑄造工藝參數(shù)，繪制毛坯圖，并在毛坯基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。本次工藝采用樹脂砂造型，頂柱式傾斜澆注系統(tǒng)，使用中間分型。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)了平做平澆與平做立澆共 2 種方案，使用華鑄 CAE 仿真模擬軟件分別對其進(jìn)行初步模擬，分析模擬結(jié)果的充型過程、缺陷分布以及工藝改進(jìn)性等方面，最終澆注系統(tǒng)選擇頂柱式傾斜澆注系統(tǒng)，充分保證鑄件重要工作部位在鑄件下部，提高鑄件質(zhì)量。在工藝改進(jìn)中，通過多次調(diào)整冒口與冷鐵的位置，使鑄件產(chǎn)生有利于最終鑄件綜合性能的順序凝固方式，消除了鑄件中的缺陷，并且保證鑄件有較高的工藝出品率，符合工廠生產(chǎn)中經(jīng)濟(jì)性的原則。需要改進(jìn)的地方是由于此件比較大，我認(rèn)為采用傳統(tǒng)的砂型鑄造可能會在操作時(shí)候存在困難，而且在型砂方面的選擇，成本上可能存在一些問題，且成本可能不是最佳的。因此我認(rèn)為可以采用消失模鑄造來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的砂型鑄造 。這樣可以減輕砂型造型的工作難度，還能降低生產(chǎn)成本。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 34致 謝感謝賈克明講師對我本次課程設(shè)計(jì)做出的指導(dǎo)，對本次設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)到的各個(gè)參考文獻(xiàn)的作者做出感謝，感謝您們對于我本次設(shè)計(jì)提供了極大的幫助，讓我的設(shè)計(jì)得以更輕松簡單。順利完成課程設(shè)計(jì)。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說明書 35參 考 文 獻(xiàn)1 李魁盛典型鑄件工藝設(shè)計(jì)實(shí)例M機(jī)械工業(yè)出版社，19982 中國鑄造協(xié)會， 鑄造工程師手冊編寫組鑄造工程師手冊 M機(jī)械工業(yè)出版社，2010 年 10 月第 3 版3 李弘英,趙成志.鑄造工藝設(shè)計(jì)M.機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.4 李晨曦鑄造工藝及工裝合計(jì)M化學(xué)工業(yè)出版社，2014 年 08 月第 1 版.5 中國機(jī)械工程學(xué)會鑄造分會. 鑄造手冊.第 5 卷,鑄造工藝-第 2 版M. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2003.6 李榮德，米國發(fā)，榮守范鑄造工藝學(xué)M機(jī)械工業(yè)出版社，2013.7 葉榮茂，吳維岡，高景艷鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊M哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995.36懸梁 鑄造工藝設(shè)計(jì) 鑄 造 工 藝 卡 卡片編號121 HT-250 共1頁 第1頁 產(chǎn)品名稱 懸梁 每臺件數(shù) 1 澆冒口重 98kg 零件圖號 A3 每型件數(shù) 1 每型金屬液 539kg 零件名稱 懸梁 凈 重 441kg 活塊數(shù) 0 材 質(zhì) HT-250 毛 重 539kg 芯 盒 數(shù) 1 準(zhǔn) 備 　砂　　　 箱 砂芯數(shù)量 2個(gè) 上箱 1200×2000×400mm 1#芯盒 800×2000×385mm 下箱 1200×2000×400mm 2#芯盒 無 備 砂 型 砂 呋喃樹脂自硬砂 芯 砂 呋喃樹脂自硬砂 涂料 醇基涂料粉 造 芯 設(shè) 備 震動落砂機(jī) 硬化方法 自硬 造 型 設(shè) 備 震動落砂機(jī) 硬化方法 自硬 易割冒口數(shù) 1 直澆道尺寸 Φ78 橫澆道尺寸 63×60×70 內(nèi)澆道尺寸 60×50×16 直澆道數(shù)量 1 橫澆道數(shù)量 1 內(nèi)澆道數(shù)量 4 合 箱 合箱至澆注時(shí)間 ≥24h 澆注溫度 1380℃ 開箱時(shí)間 2h 工藝要求要求及操作要點(diǎn)： 1. 鑄造收縮率為0.9%； 2. 未注拔模斜度小于0°35′； 3. 加工余量6-10mm； 4. 鑄件采用頂注式澆注系統(tǒng)。