模具設(shè)計(jì)消失模模具設(shè)計(jì)_消失??傮w結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)_第1頁
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文檔簡(jiǎn)介

1、洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書填表時(shí)間:2012年月日(指導(dǎo)教師填表)專 業(yè)模具設(shè)計(jì)與指 導(dǎo)張旦聞?wù)n 題學(xué)生姓名王星工程設(shè)計(jì)班級(jí)制造教師類型題目主要研究目標(biāo)( 或研究?jī)?nèi)容 )課題要求、主要任務(wù)及數(shù)量(指圖紙規(guī)格、張數(shù),說明書頁數(shù)、論文字?jǐn)?shù)等)消失模模具設(shè)計(jì)消失模總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)利用 pro-e 軟件對(duì) KA97-08 機(jī)體進(jìn)行造型分模, 然后轉(zhuǎn)換成CAD二維圖。熟悉并熟練操作pro-e 工程軟件,了解消失模結(jié)構(gòu)構(gòu)造和工藝過程。設(shè)計(jì)一套 KA97-08 機(jī)體消失模模具,并轉(zhuǎn)換成二維視圖,圖紙工作量為 3 張 A0 圖紙的工作量,內(nèi)容為工藝圖,裝配圖,活塊,鑲件,凹模,凸模。第 57 周:理解圖紙,并造型

2、;第 810 周:分模設(shè)計(jì)模具;進(jìn)度計(jì)劃第 1112 周:將立體圖轉(zhuǎn)換成二維視圖;第 1315 周,編寫說明書,答辯。模具設(shè)計(jì)教程主要參 PRO/ENGINEER Wildfire2.0中文版教程 AutoCAD應(yīng)用與開發(fā)考文獻(xiàn)消失模鑄造生產(chǎn)實(shí)用手冊(cè)指導(dǎo)教師簽字:教研室主任簽字:年月日摘要社會(huì)的發(fā)展尤其是現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展,對(duì)傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)提出了越來越多的挑戰(zhàn)。實(shí)現(xiàn)鑄造生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化和專業(yè)化,追求工序簡(jiǎn)單、勞動(dòng)強(qiáng)度輕、生產(chǎn)效率高、鑄件質(zhì)量好、精度高、環(huán)保等要求已成為現(xiàn)代鑄造技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。另外,科學(xué)技術(shù)的日新月異,各種新工藝、新技術(shù)和新材料的不斷涌現(xiàn),科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的各門學(xué)科互相滲

3、透、互相結(jié)合日趨密切,在這些基礎(chǔ)上,人們對(duì)老的鑄造工藝方法進(jìn)行了改進(jìn)和革新,并研制出許多新的鑄造技術(shù)。由于化工和塑料工業(yè)的發(fā)展,特別是聚苯乙烯泡沫塑料的誕生和實(shí)行鑄造工藝的出現(xiàn),打破了千百年來制模用木材、造型要取模的傳統(tǒng)。這是鑄造生產(chǎn)上的一大革命,受到國(guó)內(nèi)外鑄造工作者的普遍重視,獲得了快速的發(fā)展。消失模鑄造工藝正是在這種背景下形成和發(fā)展起來的,消失模鑄造所特有的優(yōu)點(diǎn)越來越多地被人們所公認(rèn),并越來越廣泛地受到鑄造界(尤其是制模和造型工人)的歡迎。實(shí)踐證明,這項(xiàng)新工藝是鑄造行業(yè)中的一大革新,具有寬廣的發(fā)展前途和無限的生命力,是一條多快好省發(fā)展鑄造生產(chǎn)的有效途徑,有力地推動(dòng)了鑄造生產(chǎn)不斷向前發(fā)展。而

4、本設(shè)計(jì)就是基于消失模工藝對(duì)KA97-08機(jī)體進(jìn)行的消失模模具設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞:消失模、造型、取模ABSTRACTThe development of society especially the high speed development ofmodern industry,whichputsforward moreandmorechallengesforthetraditional casting technology. To realize mechanization ,automation andspecializationoftheproductionprocessofcasting.p

5、ursuingsimpleprocess,theintensity oflaborlight,highefficiency,good quality,highprecision castings, environmental protection, and other requirements ofmodern casting technologyhas becomean inevitabletrend.In addition,therapid development of science and technology ,theemerge of all kinds ofnew crafts

6、, new technology and new materials , science technology fieldof every subjectpermeates mutuallyand more closely with each other. inthese basis,peopleimproved and innovatedthe old castingprocess methodsand developed many new casting technology.Due to the development of chemical and plastic industry,

7、especiallythe bornofpolystyrenefoamed plasticandtheappear ofimplementtechnology of casting , which breaks the tradition of making to use woodand modeling to take mode for one thousand years . This is one of therevolutionsonthecastingproduction,whichattractstheuniversalattention of casting of the wor

8、kers at home and abroad and wins the fastdevelopment.LFF processis in this contextof the formationand development,peculiar advantages are more and more recognized by people, and more andmore widely by casting industry (especially mould and modeling workers) .Practice has proved, the new process is a

9、 great innovation in the foundry industry, with broad development prospects and infinite vitality, is a effective and provincial way of casting production, which is a powerful impetus to casting production forward development.This design is based on the LFF technique to KA97-08 on the body of the di

10、sappearing model mold design.KEY WORDS : disappearing model, model, and taking mode.目錄前 言.1第 1 章 消失模鑄造簡(jiǎn)介21.1消失模基本概念 .21.2消失模鑄造的基本工藝31.3消失模鑄造工藝特點(diǎn)41.4消失模鑄造的適用性7第 2 章 消失模模具設(shè)計(jì)92.1消失模模具制造流程92.2消失模模樣三維造型,及考慮因素9第 3 章 消失模鑄造 .173.1消失模鑄造基本理論概述173.2涂料層 .183.3填砂、振動(dòng)緊實(shí) .193.4澆注 .203.5落砂 .213.6鑄件清理 .21總 結(jié).22謝 辭.23

11、參考文獻(xiàn) .24前言在我國(guó)已有幾千年歷史的傳統(tǒng)鑄造,主要用來生產(chǎn)機(jī)械零件的毛坯件,因而盡管發(fā)展到現(xiàn)在,也出現(xiàn)了許多新的方法,但是目前生產(chǎn)上應(yīng)用最普遍的仍是發(fā)展最早的砂型鑄造。砂型鑄造通常又被稱為翻砂。它必須借助于鑄模(用木材或金屬制成) ,才能將型砂制成所需形狀的鑄型,但是這類用木材或金屬制成的模樣,必須在澆注前從鑄型中取出,否則就無法澆注。因此,這種工藝顯得特別復(fù)雜,工序多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高,因而鑄件精度不夠理想,甚至對(duì)某些復(fù)雜的零件還無法實(shí)現(xiàn)活塊整體鑄造,這就成就了砂型鑄造的致命弱點(diǎn)。為了改善砂型鑄造的狀況,人們作了不少努力,但效果不大。尤其對(duì)于那些單件小批量、形狀較為復(fù)雜的

12、大中型鑄件,如何來實(shí)現(xiàn)“高效、優(yōu)質(zhì)、低成本”的生產(chǎn)要求,成了鑄造工作者亟待解決的重大課題。在消失模鑄造法出現(xiàn)之后,這個(gè)問題得到了解決。第 1 章 消失模鑄造簡(jiǎn)介1.1 消失模基本概念消失模鑄造是在實(shí)型鑄造法、干砂實(shí)型鑄造法的基礎(chǔ)上發(fā)展的負(fù)壓實(shí)型鑄造法。實(shí)型鑄造是在造型和澆注過程中不必取模的鑄造方法,而消失模鑄造是將真空密封造型法與實(shí)型鑄造進(jìn)行工藝嫁接而形成的一種新的鑄造方法,因而它保留了真空密封造型法和實(shí)型鑄造的主要優(yōu)點(diǎn),克服了它們各自的缺點(diǎn)和局限性。這不僅是實(shí)型鑄造技術(shù)的新突破,更是實(shí)型鑄造法的新發(fā)展。實(shí)型鑄造法、干砂實(shí)型鑄造法、負(fù)壓實(shí)型鑄造法分別代表了消失模鑄造發(fā)展的三個(gè)階段,也是當(dāng)前世界

13、各地廣泛使用的、已相互獨(dú)立的三種鑄造方法。實(shí)型鑄造法:就是用泡沫聚苯乙烯模代替鑄模進(jìn)行造型,其方法主要是用粘結(jié)劑和砂型造型,模樣不取出呈實(shí)體鑄型,澆入金屬液,模樣氣化,而得到理想鑄件的一種鑄造方法。該法的工藝過程是將泡沫塑料制成的模樣,置入砂箱內(nèi)填入造型材料后夯實(shí),模樣不取出構(gòu)成一個(gè)沒有型腔的實(shí)體鑄型,當(dāng)金屬液澆入鑄型時(shí),泡沫塑料模在高溫金屬液的作用下迅速氣化,燃燒而消失,金屬液取代了原來泡沫塑料模樣所占據(jù)的位置,冷卻凝固成與模樣形狀相同的實(shí)型鑄件。這是最早的消失模鑄造方法。干砂實(shí)型鑄造方法:與實(shí)型鑄造方法相比,該鑄造方法采用干砂取代實(shí)型鑄造法中的型砂,這是一個(gè)偉大的進(jìn)步。因此經(jīng)過改進(jìn)后,造型

14、方法發(fā)生完全改變,不僅造型工藝變得簡(jiǎn)單,而且大大簡(jiǎn)化了砂處理工藝,是的生產(chǎn)線投資非常少。負(fù)壓實(shí)型鑄造法:在干砂實(shí)型鑄造法基礎(chǔ)上,采用負(fù)壓澆注,不僅利用砂箱內(nèi)外壓差使干砂緊實(shí),還保證了塑料模在真空下氣化,這樣所產(chǎn)生的氣體量大大減少,產(chǎn)生的氣體也能及時(shí)有效的排放。該方法已成為消失模鑄造的最重要的方法。人們習(xí)慣上把消失模鑄造工藝的過程分為白區(qū)、黃區(qū)和黑區(qū)三部分。白區(qū)指的是白色泡沫塑料模樣的制作過程,從預(yù)發(fā)泡、發(fā)泡成形到模樣的粘結(jié)(包括模樣的分體和澆注系統(tǒng))。黃區(qū)指的是上涂料以及再烘干,而黑區(qū)指的是將模樣放入砂箱、填砂、金屬熔煉、澆注、舊砂再生處理,直到鑄件落砂、清理、退火等。1.2 消失模鑄造消失模

15、基本工藝如圖1-1圖 1-1生產(chǎn)內(nèi)容的減少和生產(chǎn)工序的簡(jiǎn)化,為消失模鑄造提高生產(chǎn)率,降低勞動(dòng)強(qiáng)度創(chuàng)造了有利條件。以上三種鑄造方法雖然造型方法和造型材料不同,但其本質(zhì)特征是相同的,即采用泡沫塑料模取代了原來的空型腔呈實(shí)體的鑄型,并且在澆注過程中泡沫模樣是隨金屬液的推移而逐漸地被氣化消失,模樣和金屬液同時(shí)存在,使鑄型始終保持呈實(shí)體的狀態(tài),直至澆注完畢,模樣完全被金屬液所取代。因而在許多鑄造工藝和技術(shù)要求上基本都是一致的,例如塑料模制造、涂料等。另外,也有部分國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)稱以上鑄造方法為氣化模鑄造、無型腔鑄造等。實(shí)際上,泡沫 塑料模在澆注過程中并非都是氣化過程。在澆注過程中,泡沫塑料的變化包括軟化、熔融

16、、氣化和燃燒等一系列物理化學(xué)現(xiàn)象,在很多情況下,氣化過程并不是主要的(如實(shí)型鑄造)。同樣,對(duì)很多復(fù)雜鑄件(如柴油機(jī)缸體)也很難做到無型腔,因此,氣化模鑄造、無型腔鑄造的稱呼是欠妥的。為避免混亂,美國(guó)鑄造協(xié)會(huì)將負(fù)壓實(shí)型鑄造稱為消失模鑄造,并作為該工藝的名稱。1.3 消失模鑄造工藝特點(diǎn)消失模鑄造綜合了其他幾種精密鑄造工藝的優(yōu)點(diǎn),并克服、彌補(bǔ)了它們各自的不足。例如,消失模鑄造利用了真空密封造型法中用真空手段使松散流動(dòng)的型料緊固成鑄型的造型原理,且去除了該法中仍然用木模或金屬模造型脫模、下芯、合箱等操作;同時(shí)又吸收了實(shí)型鑄造和磁型鑄造工藝中用泡沫塑料氣化模實(shí)體埋型,不起模就直接進(jìn)行澆注的優(yōu)點(diǎn),而克服了

17、實(shí)型鑄造中型料需加粘結(jié)劑、需搗實(shí)、型料回收困難,打箱清理費(fèi)勁的缺點(diǎn),也克服了磁型鑄造中鑄件尺寸受磁距間距大小限制的缺點(diǎn)。由于砂型鑄造仍是我國(guó)普遍存在的鑄造方法,以其為比較對(duì)象會(huì)發(fā)現(xiàn)消失模鑄造有非常多的優(yōu)越性。概括而言,幾種消失模鑄造法具有以下幾個(gè)共同的工藝優(yōu)點(diǎn):1 簡(jiǎn)化工序,縮短生產(chǎn)周期,提高生產(chǎn)效率由于模樣是整體的,基本上不用型芯,省去了型芯盒和芯骨制備以及芯砂配制的工序;操作上又省去了取模、修型和配箱等許多工序,因而縮短了生產(chǎn)周期,提高了生產(chǎn)效率。特別對(duì)單件、形狀復(fù)雜的鑄件,效果更顯著。按目前的生產(chǎn)水平統(tǒng)計(jì),一般可提高制模效率0.53倍,提高造型效率25 倍。以鹽城化機(jī)四廠的實(shí)踐來說明,其

18、生產(chǎn)效率的提高和生產(chǎn)周期的縮短是普通砂型鑄造所無法比擬的。2 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,改善制模和造型工的操作環(huán)境,改善了作業(yè)條件造型省去了脫模、修型和合箱等工序,大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度和改善了操作條件。而且該法在澆注時(shí)產(chǎn)生的廢氣可通過密閉管道排放到車間外以便進(jìn)行凈化處理,這樣大大改善了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境。3 提高了鑄件的尺寸精度因模樣不必從鑄型中取出,沒有分型面,又省去了配箱、組芯等工序,避免了在普通鑄造中因起模和配箱所導(dǎo)致的尺寸偏差,因而提高了鑄件的尺寸精度,減少了機(jī)加工量。據(jù)報(bào)導(dǎo),消失模鑄造工藝的尺寸精度超過了濕型工藝和樹脂砂工藝的精度(接近精密鑄造)。例如,通??仔枰庸ぶ瞥龆孟hT造工藝可直接鑄出直

19、徑大于6mm的孔,孔徑的重復(fù)精度相當(dāng)好,誤差一般在 0.2% 以內(nèi)。消失模鑄造的鑄件表面質(zhì)量和金屬型鑄造的鑄件質(zhì)量非常接近,表面光滑,比砂型鑄造的鑄件表面粗糙度值低,可達(dá)3.212.5um鑄件尺寸在鑄造過程中只有很小變化,發(fā)泡成型機(jī)生產(chǎn)的模樣尺寸幾乎無變化。鑄件的脫模斜度很?。ㄗ疃?0.51.0 或者為 0) 。鑄件的尺寸精度高,可達(dá)IT7-9 ,比傳統(tǒng)砂型鑄造提高 12級(jí)別;鑄件尺寸公差很?。ㄒ姳?-1-1),加工余量最多為1.52mm,可以大大減少機(jī)械加工的費(fèi)用,和傳統(tǒng)砂型鑄造方法相比,可以減少40%50%的機(jī)械加工時(shí)間。1-1-14 增大了零件的設(shè)計(jì)自由度為鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了充分的自由度

20、。消失模鑄造方法沒有分型和必須取模的鑄造工藝,減少了鑄造工藝性要求,使鑄件設(shè)計(jì)受到的限制減少。泡沫模樣不需芯子的優(yōu)點(diǎn),可使設(shè)計(jì)者精確地鑄出復(fù)雜內(nèi)腔,甚至多內(nèi)腔的鑄件,鑄件壁也可以是曲面式變截面的。5鑄件質(zhì)量好、 廢品率低造型后,鑄型是一個(gè)整體的, 沒有分型面、 不需取模,也不必考慮脫模斜度,所以杜絕了鑄件的錯(cuò)箱和表面的飛邊、毛刺等疵病。同時(shí),還避免了像普通砂型鑄造因造型操作不慎遺漏在鑄型內(nèi)的殘砂所導(dǎo)致的砂眼缺陷。在設(shè)計(jì)鑄件時(shí)可不考慮飛邊、芯破裂、芯座和出砂問題。對(duì)鑄件生產(chǎn)者來說沒必要提供專用制芯、混砂、下芯、清砂工具,不會(huì)產(chǎn)生破芯、壞芯以及使用芯子形成的氣孔或其他問題,內(nèi)腔不用粘性砂還可減少鑄

21、件清理量,沒有芯座、芯撐、芯骨、飛邊等減少了鑄件最后清理量。6 冒口設(shè)計(jì)方便,金屬液利用率高在砂型鑄造中很難設(shè)置的球形暗冒口在消失模鑄造中可以很方便地安置在任何位置;同時(shí),由于容易在砂箱中將塑料模串聯(lián)起實(shí)行群鑄,因而,大大節(jié)約澆注系統(tǒng)中的液態(tài)金屬。7 工藝技術(shù)容易掌握,生產(chǎn)管理方便消失模鑄造簡(jiǎn)化了模樣制作工藝,簡(jiǎn)化了造型操作和工藝裝備,使工藝技術(shù)容易掌握和普及。同時(shí),使用單一型料,不用對(duì)造型材料進(jìn)行日常性能檢查;也不存在模樣的保管和大批砂箱的堆放問題,因而車間的生產(chǎn)管理工作大大簡(jiǎn)化。1.4消失模鑄造的適用性與其他的特種鑄造法相比,消失模鑄造的應(yīng)用范圍較為廣泛。但是每種新的鑄造方法都有一定的使用

22、范圍,只有在這個(gè)范圍內(nèi)使用,才可以充分發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì),得到滿意的經(jīng)濟(jì)效果,消失模鑄造方法也不例外。主要根據(jù)以下一些因素來考慮是否采用這種工藝。1 對(duì)鑄型材質(zhì)的適用性理論上,凡是可以鑄造的金屬都可以采用消失模鑄造法,在這一點(diǎn)上其適應(yīng)性甚至超過砂型鑄造。例如,普通砂型鑄造不能用于鈦合金鑄造,但采用SiC砂的消失模鑄造法可以用來澆注鈦合金。從生產(chǎn)實(shí)踐來看,目前用消失模鑄造澆注過的鑄件材質(zhì)有普通鑄鋼、耐熱合金鋼、不銹鋼、鐵鎳合金、普通鑄鐵、合金鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋁合金和鑄銅等。一般來說,鑄造車間常用的金屬材料都可用消失模鑄造來澆注。生產(chǎn)實(shí)踐還證明,用該法澆注鑄鋼件、球墨鑄鐵件等熔點(diǎn)高的鑄件材質(zhì)時(shí)表面無飛

23、邊毛刺,粘砂情況少,容易清理,鑄件的表面質(zhì)量明顯優(yōu)于砂型鑄件。2 對(duì)鑄件大小的適用性消失模鑄造生產(chǎn)的鑄件,不像磁型鑄造那樣受磁間距大小的限制,只要磁極大小定了,砂箱大小也就定了。對(duì)消失模鑄造來說,砂箱大小直接決定消失模鑄件的大小,因此,消失模鑄造對(duì)鑄件大小的適用性要廣泛得多,可以在同一振動(dòng)工作臺(tái)上放置不同尺寸的砂箱,因而可以十分方便地生產(chǎn)出各種大小的鑄件。據(jù)有關(guān)資料顯示:到現(xiàn)在為止用消失模鑄造澆注過的最大鑄件為:鑄鐵件5t ,鑄鋼件 2t 以下,鑄鋁件 104kg。模樣的強(qiáng)度低,加上埋型操作時(shí)填料不可能絕對(duì)均勻,模樣容易變形,這就給澆注輪廓大、壁薄的鑄件帶來了一定困難。因此,從方便操作和現(xiàn)有工

24、藝水平考慮,消失模鑄造以澆注2t( (尤其是 500kg )以下,壁厚大于 4mm的鑄件為宜。3 對(duì)鑄件生產(chǎn)批量的適用性對(duì)鑄件生產(chǎn)實(shí)用性是從經(jīng)濟(jì)效果這個(gè)角度提出來的。消失模鑄造每澆注一個(gè)鑄件就要消耗一個(gè)泡沫塑料模樣。因此,存在一個(gè)用消失模法生產(chǎn)鑄件的最佳批量問題。最佳的生產(chǎn)批量必須考慮生產(chǎn)塑料膜所需的模具成本,對(duì)于那些不需要模具或模具費(fèi)用很低的鑄件,可以不考慮生產(chǎn)批量問題。但對(duì)于必須采用價(jià)格高昂模具或模具數(shù)量必須很多的鑄件,計(jì)算一個(gè)最佳生產(chǎn)批量是必要的,以確保鑄件成本不會(huì)太高。對(duì)于5件以下的鑄件,尤其對(duì)于1-2件的大型鑄件,其經(jīng)濟(jì)效果最為顯著。如果泡沫塑料模與熔模精密鑄造、陶瓷型鑄造及消失模鑄

25、造等結(jié)合使用,是與制造單件和小批量生產(chǎn)的、對(duì)精度和表面能粗糙度要求較高的中大型(20kg以上)精密鑄件。4 對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的適用性消失模鑄造不存在與分型和起模有關(guān)的鑄件結(jié)構(gòu)工藝性的問題。消失模鑄造從工藝特點(diǎn)出發(fā),特別適合于具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)(尤其是具有復(fù)雜內(nèi)腔)、模樣分型困難、造型困難的鑄件。因此,消失模鑄造為多品種、單件小批量及大批量鑄件生產(chǎn)幾何形狀復(fù)雜的中小型鑄件提供了新的生產(chǎn)途徑。消失模鑄造對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性非常強(qiáng),特別是那些用普通砂型鑄造不好分型、不好起模、不好下芯的鑄件,例如套筒類、缸體、螺旋槳、水泵葉輪、殼體等以及結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜、芯子特別多的鑄件。國(guó)外一些著名的大汽車公司,已成功地應(yīng)用消失模鑄

26、造工藝大批量生產(chǎn)復(fù)雜的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、進(jìn)氣歧管等鋁合金和鑄鐵件。與此相反,一些形狀簡(jiǎn)單的、用砂型鑄造方法也可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的鑄件,而且其生產(chǎn)效率、鑄件成本比用消失模鑄造方法生產(chǎn)低,這種情況下就不一定采用消失模鑄造方法。另外,對(duì)于一些有狹窄的內(nèi)腔、通道和夾層的情況,采用消失模鑄造時(shí)必須謹(jǐn)慎,至少需要預(yù)先進(jìn)行試驗(yàn),才能投入正式生產(chǎn)。第2章 消失模模具設(shè)計(jì)2.1 消失模模具制造流程如圖2-1-1圖2-1-12.2 消失模模樣三維造型,及考慮因素泡沫三維造型是以鑄件圖紙或樣件為基礎(chǔ),結(jié)合泡沫原材料的使用工藝性能,采用計(jì)算機(jī)CAD輔助設(shè)計(jì)完成鑄件毛坯的設(shè)計(jì)過程。其主要考慮的工藝設(shè)計(jì)過程包括以下幾個(gè)

27、方面:對(duì)泡沫模樣的工藝審定。拔模斜度的控制。加工余量的控制。應(yīng)用計(jì)算機(jī) pro-e 實(shí)現(xiàn)泡沫模樣的三維造型。模樣分片與粘合。1 對(duì)泡沫模樣的工藝審定( 1)壁厚的審定一般情況下,泡沫模型的壁厚控制在不低于 5mm,至少保證在泡沫模型壁厚的縱向不低于 3顆泡沫顆粒排位。 特殊的薄壁零件(泵殼、葉輪)壁厚也不能低于 3mm。( 2)對(duì)泡沫模樣局部較厚部位的處理對(duì)于一些特別厚實(shí)的厚的泡沫模型建議采用抽殼的方法來處理。例如 電解鋁用的 4爪電極,采取抽殼結(jié)構(gòu),將泡沫模型設(shè)計(jì)為兩半片粘接組合成型,粘合后形成中空結(jié)構(gòu),節(jié)省泡沫原材料,保證壁厚使充料順暢即可。如圖2-2-1 和2-2-2 所示。圖 2-2-

28、1 4爪電極圖 2-2-2中空 4爪電極例如澆注系統(tǒng)使用的直澆棒做成空環(huán)結(jié)構(gòu),再用泡沫板材切割出蓋板將其封住,形成中空結(jié)構(gòu),防止因澆注時(shí)產(chǎn)生大量氣體出現(xiàn)反噴現(xiàn)象。如圖2-2-3 所示圖 2-2-3直澆棒做成中空結(jié)構(gòu)對(duì)于一些敞口件、薄壁件來說,在成型、涮涂料、填砂振實(shí)過程中保持泡沫模樣的穩(wěn)定性很重要。常常采用在敞口面增加拉筋或者粘接木條的方法防止變形。2 拔模斜度消失模鑄造的拔模斜度比砂型鑄造要小,但也必不可少,通常起模斜度的具體取值應(yīng)考慮以下情況:(1) 對(duì)于內(nèi)腔空間要求特別嚴(yán)格的泡沫模樣采用加大內(nèi)腔的方法拔模,拔模之后要保證壁厚的均勻一致。(2) 對(duì)于一些螺絲包、加工孔的拔模斜度常用增加材料

29、的方法,防止由于鑄造變形而引起的加工問題。(3)高的孔、高的凸臺(tái)、筋板,大的端面適當(dāng)?shù)脑龃蟀文P倍取? 加工余量泡沫摸樣的加工余量一般與鑄件的形狀,零件的大小、鑄造工藝、加工方法有關(guān)。消失模鑄件毛坯的加工余量為砂型鑄件加工余量的 3050%,大于熔模鑄件加工余量的 3050%。消失模鑄件的機(jī)械加工余量的取值如表 2-2-3 所示:產(chǎn)品最大外輪廓尺寸 /mm鑄鋁件鑄鐵件鑄鋼件 501.02.02.550-1001.52.53.0100-2002.03.03.5200-3002.53.54.0300-5003.04.04.5 5004.05.06.02-2-3消失模鑄件的機(jī)加工余量 /mm對(duì)于一些

30、鑄造容易變形的鑄件需要另外增加加工余量。比如圖2-2-4 :車床床身這類窄長(zhǎng)類的零件在砂型鑄造的基礎(chǔ)上需增加防變形余量1-2mm;對(duì)于直徑 30mm加工孔不做出。4 泡沫模樣的三維設(shè)計(jì)泡沫模樣和模具型腔三維設(shè)計(jì),有實(shí)體造型和曲面造型兩種。實(shí)體造型時(shí)首先構(gòu)造泡沫模樣輪廓實(shí)體特征,通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合、實(shí)體自由形狀等方法來形成簡(jiǎn)單實(shí)體,最后通過倒圓角、拔模、求和、求交、求差等布爾運(yùn)算精確構(gòu)造復(fù)雜的實(shí)體。實(shí)體造型的特征量少,作對(duì)應(yīng)的特征修改也非常簡(jiǎn)單,所以對(duì)外形不是十分復(fù)雜的模樣來說,用實(shí)體造型的方法是最好的。比如電機(jī)前置傳動(dòng)裝置使用的機(jī)體造型過程如2-2-5 圖所示:第一步:使用拉伸、旋轉(zhuǎn)等

31、命令求差、求和建造出外輪廓特征。第二步:使用筋、偏距等命令建造出零件的筋特征和加工余量。第三步:使用倒圓角、拔模等命令完成零件的圓滑處理和拔模特征。第一步第二步第三步圖2-2-5曲面造型的原理是分別建構(gòu)零件的各個(gè)曲面,然后將這些曲面整合為完整沒有間隙的曲面模型。曲面特征除與實(shí)體特征相同(如拉伸、旋轉(zhuǎn)、曲面延伸、自由曲面造型等)外,還具有合成、剪切、延伸等其他實(shí)體建模所沒有的特征,可以勝任復(fù)雜零件的三維造型。曲面造型的最大不足便是特征量太多,每一個(gè)單一的曲面都是一個(gè)單一特征,在合成曲面模型時(shí)這些特征仍然保留,造成在最終生成的模樣處理中有相當(dāng)大的處理量,消耗大量的系統(tǒng)資源,也減慢了模樣的處理時(shí)間,

32、影響了建模速度,而且最終生成實(shí)體時(shí)往往由于前期造型的疏漏而使得實(shí)體不能正確生成甚至拒絕執(zhí)行。由此帶來的問題就是模型越復(fù)雜,計(jì)算的速度越慢,效率也越低。因此,現(xiàn)代的高檔三維 CAD軟件普遍具有復(fù)合建模技術(shù),即在構(gòu)造復(fù)雜的零件時(shí)可同時(shí)使用以上兩種造型方法,以達(dá)到最佳的造型效果。5 消失模模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的因素消失模發(fā)泡模模具是依據(jù)泡沫模型三維、成型機(jī)類型及臺(tái)面尺寸或者蒸缸尺寸、澆注工藝方案等條件完成模具本體造型的一個(gè)過程。模具設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素。( 1) 確定模具的收縮率。( 2) 確定模具的型腔數(shù)量。( 3) 設(shè)計(jì)模具充料口。( 4) 設(shè)計(jì)模具分型面。( 5) 設(shè)計(jì)芯塊和抽芯機(jī)構(gòu)。( 6)

33、設(shè)計(jì)成型模具的鑲塊。( 7) 模具的三維構(gòu)造。( 8) 發(fā)泡模具鑄造毛坯的三維設(shè)計(jì)等。6 確定模具的收縮率根據(jù)鑄件大小確定發(fā)泡模具的型腔尺寸時(shí),應(yīng)將泡沫摸樣的收縮率和鑄件的收縮率一起計(jì)算在內(nèi)。關(guān)系式如下2-2-6 所示 :模具收縮率 =泡沫收縮率 +金屬收縮率泡沫收縮率 EPS為 0.30.6%,共聚料為 0.1-02%;金屬收縮率如下表 2-2-6 所示:2-2-6常用鑄造合金的鑄造收縮率鑄造收縮率 /%合金種類自由收縮受阻收縮中小型鑄件1.00.9中大型鑄件0.90.8灰鑄鐵特大型鑄件0.80.7筒形鑄件長(zhǎng)度方向0.90.8直徑方向0.70.5HT2501.00.8灰鑄鐵HT3001.00

34、.8HT3501.51.1白口鐵1.751.5黑心可壁厚 25mm0.750.5鍛鑄鐵壁厚 25mm1.00.75白心可鍛鑄鐵1.751.5球墨鑄鐵1.00.8錫青銅1.11.2無錫青銅2.0-2.21.6-1.8鋅黃銅1.8-2.01.5-1.7有色金硅黃銅1.7-1.81.6-1.7屬錳黃銅2.0-2.31.8-2.0鋁硅合金1.0-1.20.8-1.0鋁銅合金( Cu7%-12%)1.61.1鋁鎂合金1.31.0簡(jiǎn)單厚實(shí)鑄件的收縮為自由收縮,除此之外的收縮為受阻收縮。消失模鑄造的收縮影響因素有很多,同一個(gè)窄長(zhǎng)類灰鐵鑄件澆注工藝不一樣,其收縮差別也很大,長(zhǎng)度方向的模具收縮可達(dá)到 1.7%,

35、而寬度和高度的模具收縮只有 1.3%。消失模模具收縮率由廠家的實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)及經(jīng)驗(yàn)來確定。7 模具材料發(fā)泡模具一般選用耐熱的、不易生銹的金屬材料來制作,以適應(yīng)蒸汽加熱和噴水冷卻周期作用的工作環(huán)境。一般選用鑄鋁材料和鍛鋁材料。( 1)型腔模塊 因?yàn)樾颓荒K主要參與泡沫模樣的成型時(shí)的膨脹、收縮,要求模具既要有強(qiáng)度又要有韌性,并且滿足在冷熱水環(huán)境中使用,經(jīng)過多方面研究,GBZL104和鍛鋁材料符合以上要求, 為了防止泡沫對(duì)模具表面的腐蝕,常常在鑄鋁模具型腔表面覆蓋一層特氟隆涂層。( 2)汽室???汽室??蛞话悴捎描T造成型,其材質(zhì)大多采用鑄造鋁合金,牌號(hào)為 ZL104或 ZL101,也有的采用鑄鐵來制作

36、。鑄鐵??螂m然強(qiáng)度高,但在水環(huán)境中使用,易將鐵銹色污染到泡沫模樣上,影響成型質(zhì)量。在機(jī)動(dòng)開合模具中,汽室模框既要承受成型機(jī)的合模壓力,又要承受蒸汽壓力。成型 EPS泡沫模樣的常用蒸汽壓力為 0.150.25MPa,因此汽室??虻膹?qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)是能承受 0.30.5MPa 的水壓試驗(yàn);對(duì)尺寸較大的汽室???,其??蛩慕翘幍膬?nèi)圓角半徑應(yīng)大于 20mm,防止應(yīng)力集中;在??騼?nèi)外還應(yīng)增設(shè)加強(qiáng)肋;必要時(shí),應(yīng)對(duì)??虮诤襁€要強(qiáng)度校核。(3)模板和底板 模板、底板與???、模具型腔模塊一起構(gòu)成模具整體,通常,使用 ZL104,采用鑄造的方法將各個(gè)模塊鑄造在一起;對(duì)于一些鍛鋁材料的模板和底板,采用無縫焊接技術(shù)將各個(gè)模板焊

37、接成氣室,再使用不銹鋼螺絲家彈簧墊片將模具型腔和各個(gè)模塊連接在一起。對(duì)于較大尺寸的深腔模具,還需用支撐柱將模板和薄殼隨形型腔模塊連成整體 。8 模具透氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)模具型腔面加工完成后,需在整個(gè)型腔面上開設(shè)透氣孔、透氣塞、透氣槽等結(jié)構(gòu),使發(fā)泡模具有較高的透氣性,達(dá)到發(fā)泡工藝對(duì)透氣結(jié)構(gòu)的如下4 點(diǎn)要求:( 1)空氣能迅速?gòu)男颓恢信抛撸唬?2)成型時(shí),蒸汽穿過模具進(jìn)入泡沫珠粒使其融合;( 3)冷卻階段,水能直接對(duì)泡沫模樣進(jìn)行降溫;( 4)負(fù)壓干燥階段,模樣中的水分可通過模具迅速排出。透氣孔的大小和布置透氣孔的直徑為 0.40.5mm,過小,易折斷鉆頭;過大,影響泡沫模樣表面美觀。有資料介紹,透氣孔的

38、通氣面積為模具型腔表面總面積的1%2%。據(jù)此估算,在 100mm100mm的模具型腔面積上, 若鉆 0.5mm的孔,需均勻布置 200400個(gè),即孔間距為 36mm。鉆透氣孔的工作量大,因此僅適用于曲率小的圓弧面或尺寸較小的抽芯塊。在發(fā)泡模具的大平面上通常是嵌入成型透氣塞。第 3章消失模鑄造3.1 消失模鑄造基本理論概述消失模鑄造與其他鑄造法的區(qū)別主要在于模樣留在鑄型內(nèi),并受金屬液的作用而在鑄型中發(fā)生軟化、熔融、氣化和燃燒,產(chǎn)生液相氣相固相的物理化學(xué)現(xiàn)象。所以,消失模鑄件是在鑄型模樣金屬液三者間的相互作用下成形的。由于泡沫塑料模樣的存在,大大地改變了金屬液的充填過程以及金屬液與鑄型的熱交換。在

39、金屬液流動(dòng)前沿,存在著復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng),傳熱、傳質(zhì)現(xiàn)象,其中包括:( 1)在液態(tài)金屬的前沿氣隙中,存在著高溫液態(tài)金屬與涂層、干砂、未氣化的泡沫模樣之間的傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射等熱量傳遞。( 2)消失模的熱解產(chǎn)物(液態(tài)或氣態(tài))與金屬液、涂料及干砂間存在著物理化學(xué)反應(yīng),發(fā)生質(zhì)量傳遞。( 3)由于氣隙中氣壓升高,以及模樣熱解吸熱反應(yīng)使金屬液流動(dòng)前沿溫度不斷降低,對(duì)金屬液的流動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)量傳遞。實(shí)踐證明,該法制造的鑄件不會(huì)產(chǎn)生夾砂之類的缺陷。但是,由于金屬液與模樣氣化產(chǎn)物的相互作用,在不利的工藝條件下,如澆注系統(tǒng)、澆注溫度或模樣的密度、干燥程度等因素的影響,很可能在鑄件表面形成特殊的缺陷,例如鑄鋼件的表面滲

40、碳、鑄鐵件的表面皺皮、發(fā)亮的碳薄膜或充滿炭黑的深孔等缺陷。砂型鑄造的原理不能解釋消失模鑄造的原理,不能解釋其鑄件的成形過程。必須研究消失模鑄造過程中模樣、鑄型和金屬液相互作用的規(guī)律,并由此制定出生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)消失模鑄件的合理工藝和方法。3.2 涂料(層)消失模涂料的使用不同于一般鑄造涂料。在普通鑄造中,涂料涂敷在鑄型型腔表面,但在消失模鑄造中,涂料是涂在泡沫塑料模樣上的。消失模鑄皂涂料的主要作用是:提高泡沫塑料模樣的強(qiáng)度和剛度,防止模樣在運(yùn)輸、填砂振動(dòng)耐破壞或變形。圖 2-3-1 是不同配方的涂料對(duì)模樣剛度的影響,可見合適的涂料能夠提高模型束的剛度,減少變形。澆注時(shí),涂料層是液態(tài)金屬與干砂之間重要的

41、隔離介質(zhì),見圖 2-3-2 。涂層將金屬液和鑄型分開,防止金屬液滲入干砂中,以保證得到表面光潔、無粘砂的鑄件。同時(shí),防止干砂流入金屬液與泡沫塑料模的間隙中,造成鑄型塌箱。涂料層能讓泡沫塑料模熱分解的產(chǎn)物(大量的氣體或液體等)順利地排逸到鑄型中去,防止鑄件產(chǎn)生氣孔、炭黑缺陷等。由于澆注不同合金時(shí)澆注溫度不同,泡沫塑料模型的分解產(chǎn)物區(qū)別很大。澆注黑色金屬時(shí),以氣態(tài)產(chǎn)物為主,涂層要有較高的透氣性,而澆注鋁合金時(shí)熱解產(chǎn)物則以液態(tài)為主。要求液態(tài)分解產(chǎn)物能夠與涂層潤(rùn)濕,順利地滲入涂層,排出型腔。在很多情況下,涂層排出分解產(chǎn)物的能力與涂層的強(qiáng)度性能是一對(duì)矛盾。對(duì)于消失模涂料而言,既要對(duì)泡沫塑料模樣的裂解產(chǎn)物

42、有好的吸附跑力和透氣能力,同時(shí)要求有高的涂層強(qiáng)度,另外還要有很好的涂掛工藝性能。澆注鋁鑄件時(shí),由于金屬液溫度較低,流動(dòng)性差,為了避免由于鑄型過度傳熱造成鋁液溫度下降過多,造成澆不足等缺陷,要求用于鋁消失模鑄造的涂料還應(yīng)具有良好的絕熱性。圖 2-3-1涂料對(duì)模樣剛度的影響圖 2-3-2消失模涂料的作用1干砂2 涂層3 氣態(tài)產(chǎn)物4泡沫塑料模樣5 液態(tài)產(chǎn)物6金屬液消失模涂料的基本組成消失模涂料一般由耐火材料、粘結(jié)劑、載體(溶劑)、表面活性劑、懸浮劑、觸變劑以及其他附加物組成。各種組分被均勻混合在一起,在涂料的涂掛和金屬液澆注過程中綜合發(fā)揮作用。3.3 填砂、振動(dòng)緊實(shí)1 砂箱結(jié)構(gòu)消失模鑄造用砂箱與砂型

43、鑄造用砂箱的結(jié)構(gòu)有很大的不同。為了滿足加砂、緊實(shí)及抽真空的需要,砂箱常為單向開口的桶形結(jié)構(gòu)。消失模鑄造用砂箱通常由箱體、底座(板)、真空室、定位(或夾緊)塊等組成,如圖2-3-3 所示圖 2-3-3消失模鑄造用砂箱結(jié)構(gòu)1箱體2 真空室3底座(板)4 定位(或夾緊)塊2 原砂的選擇干砂消失模鑄造中原砂是主要的造型材料,它對(duì)鑄件的質(zhì)量有重要的影響。對(duì)原砂的性能要求包括化學(xué)成分、粒度、粒形、含泥量、含水量、灼燒減量等。原砂的化學(xué)成分對(duì)于生產(chǎn)灰鑄鐵、非鐵合金以及普通鑄鋼件,一般采用硅砂作為消失模鑄造的原砂SiO2 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 90%95%就足夠了。對(duì)于壁厚不是很厚的鑄鋼件和合金鋼鑄件,鑄型的耐火度可

44、以通過采用高耐火度的涂料米保證,使鑄件不致產(chǎn)生粘砂缺陷,只有當(dāng)生產(chǎn)的壁厚很大的鑄鋼件,例如 50mm以上,才考慮采用特種砂來代替硅砂??刹捎玫奶胤N砂有鉻鐵礦砂、橄欖石砂、棕剛玉砂和鋯砂等,根據(jù)鑄件的合金種類及鑄件的壁厚來選擇。 原砂的粒度和粒形在消失模鑄造中,澆注過程中泡沫塑料模樣分解物的排除主要靠涂料和原砂。高質(zhì)量的消失模鑄件必須在透氣性良好的型砂中獲得的;而高透氣性是無粘結(jié)劑干砂的主要特性。但是砂粒粒度過大容易出現(xiàn)粘砂、鑄件表面粗糙等缺陷。對(duì)潔凈的干砂而言,透氣性取決于砂粒的大小。 如直徑為 0.630.4mm顆粒度( 3040號(hào)篩)的砂具有 7101000 的透氣性;而直徑為 0.160

45、.1mm(100140號(hào)篩)的砂其透氣性約 65100。從要求較高的透氣性來看, 宜選用較粗的砂子。 常用的干砂 AFS細(xì)度在 2045(3070號(hào)篩)之間。3.4 澆注消失模鑄件在澆注時(shí),鑄型內(nèi)的泡沫塑料模樣將發(fā)生體積收縮、熔融、氣化和燃燒等一系列物理化學(xué)變化。由于澆注過程中金屬液泡沫塑料模樣鑄型三者的相互作用,使它的澆注工藝比普通砂型鑄造復(fù)雜得多。如一個(gè)形狀相同、工藝條件也相同的鑄件,用普通鑄造能澆注成功,而用消失模鑄造就不一定能獲得成功;很可能在鑄件表面形成凹陷、冷隔和夾渣等缺陷。這些缺陷與澆注條件有很大關(guān)系。3.5 落砂干砂消失模鑄件的落砂有幾種辦法。對(duì)于單件小批、沒有采用流水線造型澆

46、注的工廠,當(dāng)然最簡(jiǎn)單的辦法是用天車吊起砂箱傾倒,將鑄件再吊走去清理工部,舊砂則進(jìn)入砂處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。對(duì)于采用流水線生產(chǎn)方式的鑄造廠,鑄件的落砂一般采用翻箱傾倒裝置,在澆注冷卻后從砂箱中倒出砂和鑄件。翻箱傾倒機(jī)屬非標(biāo)設(shè)備,其結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)砂箱的形狀、尺寸大小及造型生產(chǎn)線鑄型輸送方式來確定。3.6 鑄件清理由于消失模鑄件沒有分型面、 不用砂芯,因此可省去清鏟鑄件飛邊毛刺的工序,只要去除澆冒口、打磨澆冒口剩余的部分即可,因此可減少打磨的工作量。另外,沒有傳統(tǒng)砂型鑄造中因砂芯的潰散性差造成的砂芯去除困難的問題,也沒有拆除芯骨的工作量。顯然,與普通鑄造的清理工序相比,不僅簡(jiǎn)化了工序,減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度,改善了操作環(huán)境,還提高了鑄件的表面光潔度和尺寸精度,同時(shí)又可獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益???結(jié)現(xiàn)代工業(yè)高速發(fā)展,機(jī)械行業(yè)也進(jìn)行了大量的創(chuàng)新,改變了原有傳統(tǒng)工藝的諸多不便,推動(dòng)了科技的快速前進(jìn)。消失模的出現(xiàn),就深受鑄造行業(yè)的喜愛,打破了傳統(tǒng)木模鑄造法,克服了造模用木材的造模難,取模難,精度低,成型難,這種工藝顯得特別復(fù)雜,工序多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高,因而鑄件精度不夠理想,甚至對(duì)某些復(fù)雜的零件還無法實(shí)現(xiàn)活塊整體鑄造,這就成就了傳統(tǒng)鑄

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