泵蓋鑄造工藝設(shè)計(jì)

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：泵蓋鑄造工藝設(shè)計(jì)二 學(xué) 院： 機(jī) 械 學(xué) 院 專 業(yè)：材料成型及控制工程班 級(jí)： 成 型 112 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： wjk 指導(dǎo)教師： 姜 云 年 月 日 目 錄摘要3Abstract 3第1章 概述41.1目的和意義41.2題目簡(jiǎn)述4第2章 零件的三維實(shí)體造型52.1零件的結(jié)構(gòu)分析52.2三維實(shí)體造型5第3章 鑄造工藝方案確定 53.1鑄造方法 53.2鑄造用涂料、分型劑及膠補(bǔ)劑63.3鑄鋼熔煉 6第4章 鑄造工藝設(shè)計(jì)74.1鑄件三維圖7 4.2分型面的確定及澆注位置的選擇94.3主要的鑄造工藝參數(shù)124.4澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)144.4.1澆注系統(tǒng)的類型選擇144.4.2

2、計(jì)算澆注時(shí)間并核算合金液上升的速度144.4.3澆注系統(tǒng)各部分的尺寸154.4.4澆口杯174.5冒口設(shè)計(jì)184.5.1冒口位置選擇184.5.2冒口尺寸的計(jì)算194.5.3澆冒系統(tǒng)三維圖204.5.4鑄件的工藝出品率21第5章 工裝設(shè)計(jì)22 5.1砂箱設(shè)計(jì) 22 5.2平板及其他 22 第6章 鑄件的落砂、清理及后處理236.1鑄件的落砂236.2鑄件的清理236.3鑄件的后處理23第7章 鑄造工藝模擬.23 7.1模擬軟件簡(jiǎn)介23 7.2鑄造工藝模擬24結(jié)論 29參考文獻(xiàn)30附圖31泵蓋的鑄造工藝設(shè)計(jì)二摘 要本設(shè)計(jì)根據(jù)泵蓋的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、主要輪廓尺寸、使用條件及技術(shù)要求等綜合考慮，采用傳統(tǒng)的

3、砂型鑄造工藝方案。 通過對(duì)泵蓋鑄造工藝性進(jìn)行分析以及各不同方案間的比較，合理確定其鑄造工藝方案、鑄造工藝參數(shù)，進(jìn)而設(shè)計(jì)計(jì)算出相應(yīng)的澆冒口系統(tǒng)，確定生產(chǎn)該鑄件所需工裝，繪制出相應(yīng)的鑄造工程圖等，從而得到砂型鑄造生產(chǎn)泵蓋的工藝方法和主要工藝文件。并對(duì)鑄件充型和凝固過程進(jìn)行了計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，分析和討論其模擬結(jié)果，并盡可能減少其缺陷。關(guān)鍵詞：泵蓋，砂型鑄造，工藝設(shè)計(jì) The Design of the Pump cover No. 2Foundry TechniqueAbstract This design according to the structure of the pump cover, m

4、aterial quality, main dimensions, using conditions and technical requirements, such as comprehensive consideration, the traditional scheme of sand mold casting process. Through the pump cover casting process is analyzed and the comparison between the different schemes, reasonably determine the casti

5、ng process, casting process parameters, and calculate the corresponding poured riser system design, determine equipment for the production of the castings, draw the corresponding casting engineering drawing, etc., sand casting is obtained in the production of pump cover process method and main proce

6、ss files. And casting filling and solidification process of a computer numerical simulation, analysis and discuss the simulation results, and as far as possible to reduce the defects. Key words: Pump cover，Sand casting，Process design第1章 概述 1.1設(shè)計(jì)的目的和意義 1. 應(yīng)用所學(xué)的成形理論及專業(yè)知識(shí)尤其是工藝設(shè)計(jì)及相關(guān)模擬軟件方面，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，用理論知識(shí)

7、解決實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問題的同時(shí)，綜合考慮各生產(chǎn)因素，提高實(shí)踐能力，深化對(duì)專業(yè)知識(shí)的感悟和運(yùn)用能力，全面提升專業(yè)綜合素養(yǎng)。 2. 初步培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)良的思維品質(zhì)和自主進(jìn)行科學(xué)研究、理論創(chuàng)新、分析問題和結(jié)合查閱文獻(xiàn)解決問題的能力。 3. 在各指導(dǎo)老師的指引下，了解和把握專業(yè)前沿進(jìn)一步明確鑄造專業(yè)發(fā)展趨勢(shì)鞏固專業(yè)知識(shí)。 4. 不斷提升共同解決問題的能力，增強(qiáng)合作意識(shí)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神和團(tuán)隊(duì)意識(shí)。 1.2 題目簡(jiǎn)述零件名稱：泵蓋2； 圖2.1零件三維圖零件材質(zhì)：ZG20Cr13，經(jīng)查資料知其力學(xué)性能、化學(xué)成分和主要金相組織如表1.1和表1.2。 表1.1 ZG20Cr13力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度/MPa屈服強(qiáng)度/MP

8、a延伸率/%硬度HBS主要金相組織61044016馬氏體表1.2 ZG20Cr13化學(xué)成分（%）CCrSiMnPS殘余Cu殘余V殘余W0.160.2411.513.51.00.60.0350.0300.50.030.10 由零件圖可見：零件為一形狀較為簡(jiǎn)單的小型件，材質(zhì)為鑄鋼（ZG20Cr13），生產(chǎn)綱領(lǐng)為小批量生產(chǎn)，采用鑄造方法生產(chǎn)。 1.要解決的關(guān)鍵問題 1）完成零件的三維實(shí)體造型。 2）設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)和冒口，并完成相關(guān)計(jì)算。 3）鑄件成形的凝固及沖型模擬。 2.解決問題的思路 1）看懂零件圖，掌握和正確使用三維實(shí)體造型軟件，將鑄件由零件圖轉(zhuǎn)換成為三維圖。 2）綜合分析該件的鑄造工藝性并不斷

9、改進(jìn)方案，細(xì)心地進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)和計(jì)算。 3）掌握鑄造模擬軟件，并在設(shè)計(jì)中加以應(yīng)用。第2章零件的三維實(shí)體造型2.1零件的結(jié)構(gòu)分析 零件輪廓尺寸為362mm362mm102mm，主要壁厚為2560mm,屬于小型薄壁精密件，呈長(zhǎng)“中空?qǐng)A盤”形狀，且大部分零件壁均屬加工面，按照零件圖轉(zhuǎn)換添加加工余量后，得到零件的各鑄造尺寸。 泵蓋的零件簡(jiǎn)圖見圖2.2圖2.2 鑄件生產(chǎn)技術(shù)要求：鑄件應(yīng)滿足幾何尺寸精度，材質(zhì)選用ZG20Cr13，鑄件表面應(yīng)光潔，去除毛刺和銳邊，且不允許有砂眼、縮孔縮松、裂紋等明顯缺陷，熱處理采用淬火+回火處理，鑄件尺寸公差按GB/64141999-CT7驗(yàn)收。2.2泵蓋的工藝流程對(duì)于泵

10、蓋的鑄造工藝流程如下：圖紙、技術(shù)要求編制工藝模型、砂箱工裝制作原料準(zhǔn)備混砂合箱修整、上涂料造 型熔煉精煉 澆注 落砂、清理、初割冒口 冒口精割高溫?cái)U(kuò)散退火 950度退火1050度油淬750-800度空冷去應(yīng)力退火 精整、入庫(kù)2.3零件的三維實(shí)體造型根據(jù)零件二維CAD圖的各項(xiàng)尺寸，利用UG三維造型模塊進(jìn)行三維造型，得到剖視圖2-3。圖2.3零件剖視圖第3章 鑄造工藝方案確定3.1鑄造方法 在諸多鑄造方法中手工造型能適應(yīng)各種復(fù)雜的要求，且不要求很多工藝裝備，造型方式比較靈活，成本低，投產(chǎn)快。該件生產(chǎn)綱領(lǐng)為小批量生產(chǎn)，這正適合選用手工造型。3.2鑄造用涂料、分型劑及膠補(bǔ)劑 1、鑄造涂料 鑄造涂料具有

11、耐火等作用主要用在鑄型和砂芯的表面上，在澆注過程中鑄型和砂芯表面的涂料形成耐火保護(hù)層，增強(qiáng)鑄型和砂芯的耐熱性，另一方面涂料通過填塞砂型和砂芯表面空隙等方式改善鑄件表面質(zhì)量，鑄造涂料種類眾多，為滿足要求可選醇基涂料，根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)選用刷涂的涂敷方式，這種施涂方式簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，刷涂次數(shù)可以一次或是多次，在刷涂作用下，涂料粘度降低，這使得涂料滲透能力增強(qiáng)可避免涂層過厚，但生產(chǎn)率較低。 2、分型劑 分型劑也叫脫模劑，在造型過程中可在模樣、芯盒工作表面覆蓋一薄層分型劑，減少或者防止型砂對(duì)模樣或芯盒的粘附，降低起模力，以便得到表面光潔、輪廓清晰的砂型，分型劑種類較多有汽車蠟、銀色石墨粉、滑石粉等，涂覆方

12、式可采用手工涂抹。 3、膠合劑 膠合劑是用來粘合砂芯或修補(bǔ)粘砂的粘結(jié)劑如砂型或砂芯出現(xiàn)裂紋、孔洞、掉角以及不平整等缺陷可用膠補(bǔ)劑進(jìn)行修補(bǔ)，以提升生產(chǎn)效率。另外膠合劑的應(yīng)用可以減輕鑄造的勞動(dòng)強(qiáng)度和減小殼型的變形。膠合劑通常根據(jù)自身要求與需要自行購(gòu)買和配制。3.3鑄鋼熔煉 1、熔煉設(shè)備 煉鋼有很多種方法，最常用的是電弧爐、平爐和感應(yīng)爐等，其中電弧爐爐子容量一般是1-15t，煉出的鋼液質(zhì)量較高。而且煉鋼周期適中（一般2h-3h)。開爐停爐都比較方便，比較容易與造型及合箱等工序的進(jìn)度相協(xié)調(diào)，便于組織生產(chǎn)。其普遍應(yīng)用于大批量或大型生產(chǎn)鑄鋼件中。感應(yīng)電爐煉鋼工藝簡(jiǎn)單，鋼液質(zhì)量有保證。我國(guó)有很多工廠都用感應(yīng)

13、爐熔煉鋼來澆注中小鑄件，為保證獲得化學(xué)成分均勻、穩(wěn)定且穩(wěn)定較高的ZG20Cr13鋼液，結(jié)合鑄件熔煉量采用感應(yīng)電爐熔煉。 2、熔煉要求酸性感應(yīng)電爐煉鋼一般是造酸性渣，不能脫硫和脫磷。因此，熔煉金屬液采用無芯式中頻堿性感應(yīng)電爐不氧化法熔煉。查資料鑄鋼耿浩然等得鋼的規(guī)格含碳量為0.10.3時(shí)出爐溫度為16101640澆注溫度為15401560。配料和裝料過程中C0.16%，P0.06%，S0.04%，其余合金元素由下表得出元素名稱合金名稱適宜的加入時(shí)間收得率鉻鉻鐵裝料時(shí)97%-98%錳錳鐵 金屬錳還原時(shí)裝料時(shí)90%94%-97%銅金屬銅裝料時(shí)100%釩釩鐵還原期95%-98%鎢鎢鐵裝料時(shí)100%硅硅

14、鐵出鋼前10min90%煉鋼工藝步驟：時(shí)期序號(hào)工序操作要點(diǎn)熔化期1通電熔化開始通電時(shí)，6-8min內(nèi)供給60%左右的功率，帶電流沖擊停止后，逐漸將功率增值最大值。2搗料助熔隨著坩堝下部爐料的熔化，經(jīng)常注意搗料，防止“搭橋”并陸續(xù)加入爐料3造渣在大部分爐料熔化后，加入造渣材料造渣覆蓋鋼液，其加入量約1%-1.5%4取樣扒渣爐料熔清95%后，取鋼樣分析，并將其余5%的爐料加入爐內(nèi)。爐料全熔化后減小功率至40%-60%，傾爐扒渣，并另造新渣還原期5脫氧渣料化清后，往爐渣面上加脫氧劑進(jìn)行擴(kuò)散脫氧。脫氧過程中可用石灰粉和氟石粉調(diào)整爐渣黏度，是爐渣具有良好流動(dòng)性。6調(diào)整成分 根據(jù)化學(xué)成分分析結(jié)果調(diào)整鋼液化

15、學(xué)成分，其中含硅量應(yīng)在出鋼液前10min內(nèi)進(jìn)行調(diào)整7測(cè)溫 做圓杯試樣測(cè)量溫度，并做圓杯試樣，檢查鋼液脫氧情況8加鈦鐵鋼液溫度達(dá)到1630-1650，圓杯試樣收縮良好時(shí)，扒出一半爐渣，加入鈦鐵，并將其壓入鋼液內(nèi)。出鋼9終脫氧鈦鐵化清后，每噸鋼插鋁1kg進(jìn)行終脫氧，插鋁后2-3min內(nèi)停電，傾爐出鋼3.4造型材料的配置 鑄造用砂需要滿足以下條件： （1）發(fā)氣量低； （2）避免鑄件的熱裂； （3）不會(huì)給鑄件增碳； （4）不會(huì)增加硫、磷等有害元素； （5）具有較好的高溫性能； 鑄造用砂根據(jù)合箱和澆注時(shí)的狀態(tài)分為濕型、干砂型、表面烘干型。綜合考慮鑄件使用條件，選擇有面砂的濕型砂，該方法造型方便、應(yīng)用廣泛

16、。綜合以上要求選擇堿性酚醛樹脂自硬砂，其技術(shù)要求有：型砂：優(yōu)質(zhì)天然擦洗砂1.面砂技術(shù)指標(biāo)：采用新砂+再生砂制成面砂，其中新砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%，再生砂質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%，粒度40/70號(hào)篩，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)97.5%，三篩質(zhì)量分?jǐn)?shù)85%，角形系數(shù)1.3，含泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%，含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%，微粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%，灼燒減量0.3%；2.樹脂及固化劑：采用環(huán)保型堿性酚醛樹脂和有機(jī)脂固化劑堿性酚醛樹脂技術(shù)指標(biāo)：樹脂加入量為原砂的1.5%2.5%，黏度（20）150mPa.s，游離甲醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%，pH12，保質(zhì)期（25）三個(gè)月；固化劑技術(shù)指標(biāo)：固化劑加入量為樹脂加入量的得23%30%。表XX-XX

17、固化劑技術(shù)指標(biāo)型號(hào)HQG1HQG20HQG60HQG240度/mPa.s(20)10301010脂含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）98989898游離酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）0.20.20.20.2起模時(shí)間/min（20）1(快速)20(中速)60(慢速)240(超慢)根據(jù)共產(chǎn)生產(chǎn)實(shí)際選擇幾種固化劑的比例，以控制砂型固化時(shí)間和產(chǎn)效率以及型砂質(zhì)量三者能達(dá)到最佳效果。型砂工藝參數(shù)的控制第4章 鑄造工藝設(shè)計(jì)4.1鑄件三維圖 經(jīng)資料查取相關(guān)的參數(shù)后，根據(jù)技術(shù)要求放了拔模斜度，如圖4.1和圖4.2、4.3。圖4.1 鑄件立體圖圖4.2 鑄件圖圖4.3 鑄型圖4.2分型面的確定及澆注位置的選擇 1、分型面的確定 方案一：如

18、圖4.3所示，分析可知：1） 該分型方案可以使鑄件絕大部分的放在同一砂箱，從而減少了因錯(cuò)型而造成的尺寸偏差，可以更好的保證鑄件精度。2） 該分型方案的分型面為單一平面，有利于分型。3） 鑄件的上表面有加工余量，該方案可以將浮渣至于鑄件上表面，在后期機(jī)加工時(shí)切除以提高鑄件精度。4） 鑄鋼件需要冒口補(bǔ)縮，該方案有利于冒口安放。5） 該方案有利于安放和固定砂芯。圖4.3 分型面一 方案二：如圖4.4所示，分析可知：1） 鑄件的大部分加工面在同一砂箱內(nèi)，可以很好的保證尺寸的精度和澆注質(zhì)量。 2） 該方案有利于固定和安放砂芯。 3） 該方案冒口設(shè)置難度大。4） 該方案砂芯制作困難。圖4.4 分型面二針對(duì)

19、該件的小批量生產(chǎn)，采用方案一為宜。 2、澆注位置的選擇方案一：如圖4.5采用底注法從鑄件底端注入，此方案澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，澆注過程中由于金屬液流動(dòng)平穩(wěn)，因而對(duì)砂芯沖擊力小因而夾砂現(xiàn)象相對(duì)較好。但若澆注時(shí)間過長(zhǎng)容易形成氧化皮。圖4.5方案一澆注位置示意圖 方案二：此方案不利于安放砂芯且澆注系統(tǒng)合砂芯間相互干涉因此該方案不可取，綜合考慮擬采用方案一。圖4.6 方案二澆注位置示意圖4.3主要的鑄造工藝參數(shù) 1、鑄件尺寸公差和重量公差 在小批量生產(chǎn)鑄件時(shí)，不適當(dāng)?shù)牟捎眠^高的工藝要求來提高公差等級(jí)，將使得生產(chǎn)成本增加。但當(dāng)有特殊要求時(shí)應(yīng)根據(jù)相關(guān)技術(shù)要求生產(chǎn)，對(duì)于小批量生產(chǎn)鑄鋼件選用呋喃自硬砂做造型材料時(shí)

20、鑄件尺寸公差和質(zhì)量公差為12-14級(jí)，若選重量公差等級(jí)為12級(jí)，該鑄件的重量公差為16，若是用砂型手工造型則鑄件尺寸公差等級(jí)為11級(jí)；質(zhì)量公差等級(jí)為11級(jí)，該鑄件的重量公差為14，但當(dāng)零件有具體生產(chǎn)技術(shù)要求是，生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)應(yīng)按技術(shù)要求實(shí)施，此鑄件有特殊要求（鑄件尺寸公差按GB/T6414-1991-CT7）所以應(yīng)按技術(shù)要求生產(chǎn)。則鑄件尺寸公差和質(zhì)量公差為CT7級(jí)，由表3-3-2王文清得該鑄件的重量公差為6。尺寸公差值為1.6 2、加工余量與鑄造圓角 根據(jù)技術(shù)要求的尺寸精度，結(jié)合鑄件收縮時(shí)的傾向，砂型鑄造手工造型的鑄鋼件機(jī)械加工余量應(yīng)為G-K級(jí)選擇不同的加工余量，經(jīng)查資料李宏英可得范圍在3.57

21、mm之間，故該件取5mm的加工余量。為了降低鑄造時(shí)的應(yīng)力與熱裂傾向，鑄件各拐角部分應(yīng)設(shè)置鑄造圓角以便圓滑過渡。鑄造圓角在鑄造工藝圖上有具體表示，按技術(shù)要求未標(biāo)注鑄造圓角為mm。 3、鑄造收縮率 由于金屬液的固態(tài)收縮(線收縮)將使鑄造出的鑄件各部分尺寸小于模樣原來的尺寸，因此，為了使鑄件冷卻后的尺寸與鑄件圖示尺寸一致，則需要在模樣或芯盒上加上其收縮的尺寸，這個(gè)收縮的尺寸用鑄造收縮率表示。經(jīng)查李宏英可知該鑄件的線收縮率為1.7，體收縮率為6.8%。 4、最小鑄出孔 鑄件僅有的孔可以鑄出。 5、起模斜度由于鑄件自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 在造型時(shí)和制芯的起模過程中易損壞砂型和砂芯，為避免這一現(xiàn)象的出現(xiàn)，我們?cè)谀?/p>

22、樣或芯盒的出模方向設(shè)置適當(dāng)?shù)男倍纫员阌谄鹉?。在確定起模斜度時(shí)，應(yīng)與模具車間協(xié)商并結(jié)合實(shí)際設(shè)置。 根據(jù)生產(chǎn)技術(shù)要求拔模斜度外表面為1，內(nèi)表面拔模斜度為1.5，朝增大壁厚方向。 圖4.7未放拔模斜度 圖4.8有拔模斜度 6、砂芯設(shè)計(jì) 從該鑄件的分型面可以看出，該鑄件有內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，故需設(shè)計(jì)砂芯。 方案一：將砂芯制成一個(gè)整體的大砂芯， 如圖4.3所示， 分析可知： （1）該方案砂芯為一個(gè)整體，有利于砂芯的安放，可以有效地防止砂芯被金屬液沖動(dòng)。（2）該方案砂芯制作過程中要用到環(huán)形活塊，砂芯制作過程較困難。（3）該方案用砂芯成型的面較多，且砂芯大多只能使用一次，因此制造是難以穩(wěn)定砂芯精度，從而難以保證成型面

23、的尺寸精度。（4）該方案制作砂芯時(shí)用砂較多，而制作砂芯所用面砂成本較高，故此方案不符合控制成本原則。圖4.3砂芯整體造型方案二：采用組芯的方式制作型芯，將砂芯分成三部分制作，然后再將砂芯組裝起來砂芯如下圖 砂芯第一部分 砂芯第一部分截面圖 砂芯第二部分截面圖 砂芯第三部分 （1）該方案砂芯制作容易無需用到活塊，且鑄件大部分用鑄型成型能更精確的保證鑄件性能要求。（2）該方案需將砂芯組裝起來，因此砂芯的固定性不如方案一。（3）該方案用面砂比方案一少，成本更低。 7、出氣孔 在鑄件的澆注過程中，由于型腔內(nèi)存在空氣和殘余水分等，型內(nèi)壓力會(huì)在瞬間增加，有極少部分空氣可從型砂的空隙間逸出，但鑄造用砂的透氣

24、性常不足以控制型腔內(nèi)壓力的顯著增高。當(dāng)澆注過程即將結(jié)束時(shí)，壓力可以高到使液態(tài)合金倒流，再循環(huán)性地返回，從而降低澆注速度。另一方面壓力過大可能瞬時(shí)拾起上箱，引起“跑火”現(xiàn)象，甚至從澆道中噴出，造成不安全隱患。除此之外出氣不良還可能增加氣孔、澆不足和冷隔等缺陷。該鑄件本身是小型件，加上兩個(gè)明冒口可以出氣外，可適當(dāng)在型砂頂面上舂些針眼，利于金屬液排氣。8、 冷鐵 在鑄造凝固過程中，為了控制鋼液順序凝固和加速鑄件局部冷卻速度，在型腔內(nèi)部及工作表面安放一定規(guī)格的金屬塊。這種金屬款就叫做冷鐵，冷鐵分為內(nèi)冷鐵和外冷鐵。內(nèi)冷鐵放置在型腔內(nèi)在鑄造完成之后與鑄件熔合為一體成為鑄件的一部分，通常對(duì)鑄件使用性能有影響

25、。外冷鐵是在造型或造芯時(shí)放在模樣或者芯盒表面上用于激冷的金屬塊，鑄造結(jié)束后可以取出，能回收利用。由于該鑄件在高壓下工作，對(duì)其性能要求較高，因此，選擇應(yīng)用外冷鐵。4.4澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.4.1澆注系統(tǒng)的類型選擇 該鑄件為鑄鋼小型鑄件，壁厚相差不大，根據(jù)資料查得，薄壁小型鑄鋼件可采用中間注入式可充滿式澆注系統(tǒng)，則F：F:F=1.0:（0.80.9）:（1.11.2）。4.4.2計(jì)算澆注時(shí)間并核算合金液上升的速度澆注采用單包澆注，澆注時(shí)間t采用公式2 2-54： （1） t-澆注時(shí)間（秒）； -型內(nèi)鋼液含量（含脹箱和冒口重量）（）； -同時(shí)澆注的澆包數(shù)量(個(gè))； -一個(gè)漏包內(nèi)的澆注數(shù)量(個(gè))； -平

26、均澆注流量速度（/s）近似值可以查表李宏英2-52。上面公式（1）中的q值是未知的，需要通過計(jì)算得出，所以必須先要知道鋼液在型內(nèi)澆注的最大時(shí)間，這就需要通過公式（2）李宏英中的先校核所需要的澆注最大時(shí)間，在通過這個(gè)時(shí)間利用公式（1）計(jì)算出q值。對(duì)于鑄鋼件的澆注時(shí)間可用 （2）C鑄件最高點(diǎn)到最低點(diǎn)的高度（）t澆注時(shí)間(s)鋼液在型內(nèi)允許上升速度（/s）查表李宏英 表2-53。=20 ,在這里取 =15mm/s，而C=102mm所以所以6.8s 故取6秒 4.4.3澆注系統(tǒng)各部分的尺寸根據(jù)資料2 李弘英，趙成志編著. 鑄造工藝設(shè)計(jì)M，第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005鑄件以漏包澆注由公式G-鑄

27、件澆注重量V-鑄件輪廓體積d-鑄件相對(duì)密度計(jì)算出d=2.31查表2-49得=8.3 根據(jù)澆注系統(tǒng)的形式及鑄件的形狀尺寸，該鑄件應(yīng)有2個(gè)內(nèi)澆口，直澆道的直徑為35mm，錐度為1:50，內(nèi)澆道和橫澆道的尺寸見下表。表4.1 內(nèi)澆道截面尺寸內(nèi)澆道截面積()a(mm)b(mm)c(mm)L (mm)328241226表4.2 橫澆道截面尺寸橫澆道截面積()a(mm)b(mm)c(mm)L(mm)7.5292329568 表4.3 直澆道截面尺寸直澆道截面積()D1(mm)D(mm)L(mm)10.13028400 各澆道截面圖 4.4.4澆口杯 由于該鑄件是小型件，故采用普通的盆形澆口杯就可以滿足其澆

28、注要求，澆口杯尺寸由表查得各數(shù)據(jù)如下表。澆口杯外形尺寸見圖4.16所示。圖4.16 澆口杯形狀尺寸圖ABLadH1H20012070103010120 4.5冒口設(shè)計(jì) 4.5.1冒口位置選擇冒口是鑄型內(nèi)用以儲(chǔ)存金屬液的空腔，在鑄件凝固過程中補(bǔ)給金屬，能有效防止縮孔、縮松、排氣和集渣的作用。通用明冒口可以有效地排氣、集渣，根據(jù)冒口應(yīng)放在鑄件最上方和鑄件熱節(jié)處的原則，不同工藝方案的冒口的安放位置不同。方案一： 圖4.17 冒口設(shè)計(jì)與安放 該方案采用是個(gè)暗冒口對(duì)鑄件較厚處進(jìn)行補(bǔ)縮，相較于方案二、方案三出品率更高，但處在鑄件較厚處的冒口不易切除。 方案二：圖4.18冒口設(shè)計(jì)與安放 該方案采用圓柱形明冒

29、口，對(duì)中間壁厚處補(bǔ)縮效果優(yōu)于方案一，但中間圓柱形大冒口不利于后期切除，對(duì)鑄件精度影響較大，于是將澆注系統(tǒng)改進(jìn)，得到方案三。 方案三： 經(jīng)過對(duì)前兩個(gè)方案的分析總結(jié)，該方案將中間大圓柱形冒口改為腰形冒口，減少了金屬液的耗費(fèi)量，但該逐漸切除冒口依然不便操作，基于鑄件的特殊性該鑄件冒口不易切除難以避免。冒口的設(shè)計(jì)與安放4.5.2冒口尺寸的計(jì)算 根據(jù)模數(shù)法 式中f-冒口擴(kuò)大系數(shù)，又稱冒口安全系數(shù)，f1。 對(duì)于鑄鋼件其冒口和鑄件模數(shù)應(yīng)滿足下列比例。頂冒口：其次，冒口必須提供足夠的金屬液，以補(bǔ)償鑄件和冒口在凝固完畢前得體收縮和因型壁移動(dòng)而擴(kuò)大的體積，使得縮孔不致延伸入鑄件內(nèi)。為此應(yīng)滿足下列條件：式中 -鑄件

30、體積 冒口體積 因型壁移動(dòng)而擴(kuò)大的體積，值對(duì)于舂砂緊實(shí)的干型緊實(shí)為零。-金屬液從凝固完得體收縮，具體見資料董璇普表4-3所列-冒口的補(bǔ)縮效率，各冒口的補(bǔ)縮效率見下表冒口的補(bǔ)縮效率冒口種類或補(bǔ)縮工藝措施圓柱或腰圓柱形冒口12-15球形冒口15-20補(bǔ)澆冒口時(shí)15-20澆道通過冒口時(shí)15-25發(fā)熱冒口30-45大氣壓冒口15-20由計(jì)算得到=3.844L 根據(jù)補(bǔ)縮液量法： d=1.44cm 式中：V-鑄件被補(bǔ)縮部分體積； -鑄件金屬的凝固收縮率，對(duì)于鑄鋼取=7% 理論上需要用以補(bǔ)縮部分液體的體積V： V=R=3.14（）=1562.61mm 實(shí)際需要用以補(bǔ)縮部分液體的體積V： V =0.L -冒口

31、的補(bǔ)縮效率 綜上取冒口體積為3.844L。 經(jīng)查可得標(biāo)準(zhǔn)圓柱形暗冒口的尺寸及形狀如圖4.19所示。圖4.19 冒口尺寸及形狀示意圖 4.5.3澆冒系統(tǒng)三維圖根據(jù)前面各部分設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)和形狀尺寸，用UG直接造出鑄件整體的澆冒系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案圖如下。方案一：采用跨度為120度的兩邊澆注，此方案兩內(nèi)澆道在澆注過程中容易引起對(duì)沖，對(duì)鑄件質(zhì)量影響較大。而且在兩金屬液交匯處易產(chǎn)生縮孔縮松。模擬顯示中間壁厚處缺陷較嚴(yán)重。 澆注系統(tǒng)三維圖 模擬分析圖 方案二：該方案依然采用跨度為120度的兩邊澆注，只是將內(nèi)澆道傾斜度改小減小了兩金屬液對(duì)沖現(xiàn)象，另外該方案采用圓柱形明冒口補(bǔ)縮在一定程度上減少了縮孔縮松體積但模擬顯

32、示中間壁厚處底部缺陷較嚴(yán)重。 圖4.21 澆冒系統(tǒng)圖1 模擬缺陷圖 方案三：經(jīng)過對(duì)前兩個(gè)方案的分析總結(jié)，該方案將中間大圓柱形冒口改為腰形冒口，減少了金屬液的耗費(fèi)量，另外將內(nèi)澆口有兩個(gè)改為三個(gè)，直澆道跨度改為180度，針對(duì)方案三作如下工藝改進(jìn)：1.在鑄件下底面安放冷鐵控制鑄件凝固順序，2.在鑄件上邊沿四個(gè)一出現(xiàn)缺陷的對(duì)稱位置設(shè)置小冒口。 圖4.22 澆冒系統(tǒng)圖2 方案改進(jìn)之后得到模擬缺陷分布圖如下圖4.20。綜合比較該方案缺陷較少，但也存在以下問題：1.工藝較難，尤其是上邊沿四個(gè)小冒口不易制作，而且補(bǔ)縮效果不易保證。2.中間兩個(gè)腰形大冒口不易切除。3.出品率比前兩個(gè)方案低。4工序多生產(chǎn)效率低。

33、改進(jìn)后的三維圖和模擬圖 將以上三種澆注方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬比較，最終確定采用第三種方案生產(chǎn)。 4.5.4鑄件的工藝出品率 鑄件工藝出品率= 100% 由于該鑄件有兩種工藝方案，則出品率也不同，方案一的工藝出品率= =62.4%，方案二工藝出品率=60.7%，方案三工藝出品率=58%。第5章 工裝設(shè)計(jì)5.1砂箱設(shè)計(jì) 根據(jù)澆冒系統(tǒng)及工藝需要設(shè)計(jì)砂箱。砂箱的選擇首先應(yīng)聯(lián)系工廠實(shí)際，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的砂箱進(jìn)行選擇匹配，如果工廠沒有能滿足生產(chǎn)要求規(guī)格的砂箱，再進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。 根據(jù)該鑄件的工藝布置和吃砂量來設(shè)計(jì)其尺寸： 預(yù)設(shè)砂箱的長(zhǎng)：362+18+18+50+50=498mm 預(yù)設(shè)砂箱的寬：362+18+18+50

34、+50=498mm 預(yù)設(shè)上砂箱的高：74+30=104mm 預(yù)設(shè)下砂箱的高：28+26=54mm 查表可得常用砂箱的規(guī)格尺寸見表5-1。表5.1 砂箱尺寸砂箱長(zhǎng)砂箱寬上砂箱高下砂箱高500mm500mm250mm100mm在此處插入合箱圖5.2平板及其他1、平板平板也稱底板是用于造型、合箱等工序的主要工藝裝備，鑄造車間一般都備有，直接使用即可。若沒有則需專門設(shè)計(jì)平板或采購(gòu)。2、其他工裝其他工裝包括壓鐵、緊固螺栓、卡鐵、定位銷（栓）等，這些鑄造車間一般都備有，直接使用即可。若沒有則需專門設(shè)計(jì)或采購(gòu)。若生產(chǎn)過程中還需專用工裝，則需進(jìn)行設(shè)計(jì)或采購(gòu)。第6章 鑄件的落砂、清理及后處理6.1鑄件的落砂 落

35、砂機(jī)的選用原則與生產(chǎn)率、鑄型尺寸和重量及生產(chǎn)類型有著十分密切的關(guān)系，該鑄件可以采用振動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的慣性振動(dòng)落砂機(jī)，它的優(yōu)點(diǎn)是便于維修、壽命長(zhǎng)、激振力可調(diào)、只在上下方向振動(dòng)、噪音低。6.2鑄件的落砂和清理落砂是在鑄件冷卻之后，將鑄件從砂型中分離出來的過程。落砂工序通常是由落砂機(jī)來完成的，目前常用的落砂機(jī)有振動(dòng)和滾筒兩大類。隨著振動(dòng)電機(jī)制造質(zhì)量的提高，其他種類的落砂設(shè)備正不斷被加以利用，如振動(dòng)式落砂滾筒等。振動(dòng)式落砂滾筒特點(diǎn)：1.避免了落砂滾筒易損壞鑄件的缺點(diǎn)。2.大大增加了落砂效率，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，適合與大小鑄件。綜合考慮鑄件精度要求和生產(chǎn)條件等因素，逐漸采用振動(dòng)落砂式滾筒落砂。鑄件的清理:鑄件的

36、清理設(shè)備需要考慮鑄件形狀，特點(diǎn)，尺寸，重量，批量等。結(jié)合鑄件生產(chǎn)綱領(lǐng)選定表面清理方法，常采用手工清理或半手工清理。手工清理應(yīng)具備工具：1.風(fēng)鏟，砂輪機(jī)，挫，鏨，錘及其它工具手工清理的特點(diǎn)：1生產(chǎn)效率低 2.工具簡(jiǎn)單手動(dòng)或電動(dòng)等，3.勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)條件差。6.3鑄件的后處理 生產(chǎn)中存在各種不可控因素，因而出現(xiàn)殘次品在所難免。若生產(chǎn)的零件有殘次品，可以在不影響其基本性能的情況下經(jīng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門的許可后，對(duì)鑄件進(jìn)行一些挽救處理措施，使該鑄件的性能達(dá)到指標(biāo)。挽救措有焊補(bǔ)、金屬噴涂、鑄件浸滲等。然后，進(jìn)行檢驗(yàn)。鑄件檢驗(yàn)合格后，還需要消除內(nèi)應(yīng)力時(shí)效處理，再刷防銹劑，涂裝完畢，方可入庫(kù)。6.4鑄造車間生產(chǎn)線

37、設(shè)計(jì)鑄造生產(chǎn)車間一般由以下工部組成：1. 輔助工部、2.生產(chǎn)工部、3.辦公室、4.倉(cāng)庫(kù)生活間，其中生產(chǎn)工部是最為重要的工部，它又包含了以下工部：1. 造型工部2. 熔化工部3. 砂處理工部4. 制芯工部5. 清理工部第7章 工藝模擬 7.1軟件簡(jiǎn)介華鑄CAE鑄造工藝分析軟件是是國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛鑄造工藝分析軟件，它由華中科技大學(xué)研究開發(fā)，從研發(fā)至今經(jīng)過不斷完善。多年來在我國(guó)鑄造行業(yè)中通過提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品，減少消耗，縮短試制周期等發(fā)揮了巨大作用。7.2工藝模擬 7.2.1純凝固傳熱計(jì)算 新建一個(gè)工程在新工程對(duì)話框內(nèi)依次輸入所需模擬信息，將澆注所需三維實(shí)體以STL格式導(dǎo)出，完成新建工程。需注意

38、的是鑄件、冒口、型芯、澆道要分別導(dǎo)出，否則會(huì)導(dǎo)致模擬結(jié)果錯(cuò)誤或是影響模擬效果。 第一步：預(yù)覽STL確認(rèn)無誤后退出。 第二步;前置處理。進(jìn)入華鑄CAE前處理系統(tǒng)。執(zhí)行剖分任務(wù)。然后選定STL賦材質(zhì)屬性完成賦值進(jìn)入網(wǎng)格參數(shù)對(duì)話框，完成網(wǎng)格剖分。啟動(dòng)剖分檢查程序。完成對(duì)鑄件進(jìn)行線接觸網(wǎng)格搜索。完成剖分檢查程序，回到華鑄CAE前置處理主界面。保存網(wǎng)格剖分圖像。單擊【任務(wù)規(guī)劃】【退出】，回到華鑄CAE8.0主控平臺(tái)。 7.2.2計(jì)算分析 單擊【計(jì)算分析】，進(jìn)入華鑄CAE系統(tǒng)計(jì)算任務(wù)設(shè)置對(duì)話框。進(jìn)行金屬大類選擇，設(shè)置【合金屬性瀏覽/設(shè)置】【物性參數(shù)】【固相線.C】輸入相變收縮、液態(tài)收縮率，然后單擊【應(yīng)用】其他參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。進(jìn)入下一步，彈出計(jì)算任務(wù)總結(jié)對(duì)話框，輸入并核對(duì)信息之后確認(rèn)無誤，單擊【接受任務(wù)】。等待系統(tǒng)計(jì)算至彈出計(jì)算結(jié)束，單擊【確定】。7.2.3 后置處理查看重力縮孔縮松與BMP存盤7.2.4報(bào)告生成圖7.1 液相分布由上圖可以看出，該鑄型在5.2s時(shí)充滿，符合快澆的原則，和理論計(jì)算出的澆注時(shí)間很接近，