我的永冠杯作品

1、“永冠杯”第六屆中國(guó)大學(xué)生鑄造工藝設(shè)計(jì)大賽參賽作品鑄件名稱(chēng)：推進(jìn)器框架自編代碼：WYHRYL方案編號(hào)：目錄摘 要2 1 零件的工藝性分析2 1.1金的化學(xué)成分，組織，性能及熔煉1.2零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)說(shuō)明1.3應(yīng)用特點(diǎn)1.4不需要鑄出的工藝孔和槽2 鑄造工藝方案確定2.1鑄型種類(lèi)與造型及制芯方法的選擇.4 2.1.1鑄型種類(lèi)及造型方法的選擇4 2.1.2制芯方法的選擇.42.2分型面及澆注位置的確定.42.3鑄造工藝參數(shù).5 2.3.1鑄件最小鑄出壁厚.5 2.3.2鑄件最小鑄出孔 .5 2.3.3鑄件尺寸公差及加工余量.5 2.3.4鑄件收縮率.5 2.3.5起模斜度與分型負(fù)數(shù).63 砂芯的設(shè)計(jì)

2、74 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì).8 4.1直澆道的確定.9 4.2橫澆道的設(shè)計(jì)9 4.3內(nèi)澆道的確定 10 7結(jié)論.15參考文獻(xiàn).16摘 要鑄造是人類(lèi)掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，是現(xiàn)代裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)共性技術(shù)之一，在現(xiàn)今制造技術(shù)中占有重要地位。鑄造是指熔煉金屬、制造鑄型并將熔煉金屬澆入鑄型凝固后，獲得具有一定形狀、尺寸和性能的金屬零件或毛坯的成型方法。鑄造的主要優(yōu)點(diǎn)是投資少，生產(chǎn)周期短，技術(shù)過(guò)程靈活性大，能制造形狀復(fù)雜的零件；缺點(diǎn)是鑄件內(nèi)部組織疏松、晶粒粗大，易產(chǎn)生縮孔、縮松，氣孔等缺陷，逐漸外部易產(chǎn)生粘砂、夾砂、砂眼等。鑄件C-推進(jìn)器框架,材質(zhì)為ZL101，鑄件質(zhì)量約37.52kg，為中空小型薄壁復(fù)

3、雜鋁鑄件。鑄件外形尺寸為1222mm×1222mm×93.5mm，主要壁厚為10mm，最小壁厚9mm。鑄件采用機(jī)械砂型造型，選擇呋喃樹(shù)脂砂制芯。澆注系統(tǒng)采用頂部注入搭邊式澆注系統(tǒng)。分型面選在鑄件最大截面處，置于上下平板中間。澆注位置選在鑄件分型面?zhèn)让?。鑄件沿長(zhǎng)度方向一邊澆注。鑄件工藝出品率約65%。設(shè)計(jì)過(guò)程采用三維造型軟件Pro/E繪制出零件的三維圖，然后在Procast軟件中完成網(wǎng)格劃分并模擬澆注和凝固過(guò)程，觀察模擬結(jié)果，驗(yàn)證工藝方案的合理性。通過(guò)對(duì)結(jié)果的分析模擬，最終鑄造工藝可獲得質(zhì)量良好的鑄件，避免了縮孔、縮松等缺陷，符合零件的使用要求。1. 零件鑄造工藝性分析1.1

4、合金的化學(xué)成分，組織，性能及熔煉1.1.1零件名稱(chēng)：鑄件C-推進(jìn)器框架 1.1.2. 材質(zhì)：ZL101（相當(dāng)于國(guó)內(nèi)GB/T 1173-1995 ）1.1.3物理性能合金代號(hào)ZL101A密度 /g·cm-32.68熔化溫度范圍 /55761320100時(shí)平均線膨脹系數(shù) /m·(m·K)-121.4100時(shí)比熱容 /J·(kg·K)-196325時(shí)熱導(dǎo)率 /W·(m·K)-115020時(shí)電導(dǎo)率 /(%IACS)3620時(shí)電阻率 /n·m44.2ZL101 各狀態(tài)下力學(xué)性能：名稱(chēng)抗拉強(qiáng)度/b (MPa)：伸長(zhǎng)率/5 (%

5、)：硬度/（HB)：S R K T4態(tài)195560(5/250/30)J JB T4態(tài)225560(5/250/30)S R K T5態(tài)235470(5/250/30)SB RB KB T5態(tài)235470(5/250/30)JB J T5態(tài)265470(5/250/30)SB RB KB T6態(tài)275280(5/250/30)JB J T6態(tài)295380(5/250/30)1.1.3：ZL101化學(xué)成份： 牌號(hào) 成分Si Mg TiFe ZL101 含量（%） 6.57.5 0.250.45 0.080.20 0.21.1.4. 熔煉工藝1、熔煉準(zhǔn)備清爐和洗爐(電阻爐或中頻灼）預(yù)熱柑渦及熔煉工

6、具到200-3000C，然后噴刷涂料。清理和預(yù)熱爐料。 準(zhǔn)備熔劑。配料計(jì)算，由于熔煉中Si和Mg的燒損很大，合金成分含量變化大，故配料時(shí)應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)成分上限計(jì)算。2.裝料裝料的順序?yàn)?回爐料，Al -Si中間合金或ZL102合金，純鋁錠。3.熔化及精煉爐料裝完之后，升溫熔化。待爐料全部熔化后，除渣并加入熔劑。當(dāng)溫度達(dá)到680時(shí)，用鐘罩將預(yù)熱到200-300的金屬鎂塊或Al-Mg中間合金壓入熔池的一定深度處并緩慢回轉(zhuǎn)和移動(dòng)，時(shí)間為3-5min。然后升% ill 730-75O t，用占爐料總質(zhì)量0.7%一0.75%的C2C1。分2-3次用鐘罩壓入合金液內(nèi)精煉合金液，總時(shí)間為10-15min，緩慢在爐

7、內(nèi)燒圈。待精煉完成后靜置1-2min，取試樣做爐前分析。4.變質(zhì)處理當(dāng)合金液溫度達(dá)到730-750時(shí)，用占爐料總質(zhì)量1.5%-2.5%的三元變質(zhì)劑做變質(zhì)處理，變質(zhì)時(shí)間為15-18min 5.澆注當(dāng)變質(zhì)完成后除渣并攪拌，然后靜置5 -10min。當(dāng)溫度達(dá)到760時(shí)，扒渣出爐澆注。1.2零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)說(shuō)明： 本鑄件是一個(gè)中空小型薄壁復(fù)雜鋁合金鑄件，材質(zhì)為ZL101,鑄件質(zhì)量約為37.52kg。鑄件外形尺寸為1222mm×1222mm×93.5mm，主要壁厚10mm，最小壁厚9mm。鑄件主體為中小型環(huán)形中空框架，環(huán)形鑄件周?chē)腥齻€(gè)帶孔耳朵。鑄件的三維造型如圖1-1，1-2所示。

8、圖1-1一般方向視圖 圖1-2 鑄件背面視圖1.3應(yīng)用特點(diǎn)及技術(shù)要求： a) 普通砂造型，鑄件應(yīng)平整光滑無(wú)夾砂、縮孔和縮松等有害缺陷，并應(yīng)符合所設(shè)計(jì)幾何模型所提供的圖紙或鑄模的尺寸。 b) 在需要機(jī)械加工的部位，鑄件不應(yīng)有激冷拐角。以防止鑄件發(fā)生裂紋或鉆孔困難。 c) 若另有要求，鑄件應(yīng)滿足有關(guān)硬度、耐壓性能和表面粗糙度等特殊要求。1.3.1鑄造難點(diǎn)分析認(rèn)為，該件在鑄造上有以下難點(diǎn)：（1）薄壁冷卻速度快，成型困難，易產(chǎn)生冷隔，澆不足等缺陷。（2）采用砂型鑄造，型芯澆注過(guò)程中產(chǎn)生大量氣體，從而易導(dǎo)致嗆火、縮孔、漲箱、跑火等。（3）鑄件壁薄且形狀復(fù)雜，易產(chǎn)生變形。1.4不需要鑄出的工藝孔鑄件主要加

9、工面上有大量螺紋孔，根據(jù)機(jī)械加工手冊(cè)第五卷，由于本材料為鋁合金，且壁厚在8-10mm之間，故小于Ø20mm的圓孔不予鑄出1。另外，若安放砂芯必然對(duì)鑄件自由收縮及冷卻過(guò)程形成較大的影響，進(jìn)而影響鑄件內(nèi)在質(zhì)量，而機(jī)械加工非常方便，況且該孔及所在平面也都是機(jī)械加工表面，具有較高的機(jī)械精度要求，工藝設(shè)計(jì)中也未鑄出。該鑄鐵件尺寸適中，鑄件主體部分壁厚較薄，且包含主要加工面，澆注時(shí)很容易產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷。為了保證鑄件質(zhì)量，充分利用鑄鋁件自補(bǔ)縮作用，保證鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量，造型材料及方法宜選擇使鑄型強(qiáng)度較高的方案：如普通砂型鑄造，最好采用機(jī)器造型；機(jī)械造型采用普通砂造型；砂芯可采用樹(shù)脂砂

10、制芯。 根據(jù)鑄件主要加工面和大平面朝下的原則，以及考慮砂芯位置固定等原因，工藝設(shè)計(jì)時(shí)，帶有九個(gè)直徑為50mm的平面放砂箱的底部，這樣可以保證鑄件主要加工面附近的內(nèi)在質(zhì)量。圖(a) 圖（b） 圖（c） 圖1-3鑄件圖及局部放大圖2. 鑄造工藝方案的確定在考慮了鑄造合金的種類(lèi)、零件的結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求等因素后，設(shè)計(jì)了多種工藝方案。經(jīng)過(guò)Pro/E造型，將三維模型導(dǎo)入Procast，進(jìn)行網(wǎng)格化分及數(shù)值模擬后，確定出最優(yōu)的鑄造工藝方案。應(yīng)用Procast進(jìn)行模擬分析的流程如下圖（a）所示：設(shè)計(jì)并改善鑄件及澆注系統(tǒng)、補(bǔ)縮系統(tǒng)的幾何模型將三維立體鑄件模型導(dǎo)入Procast進(jìn)行鑄件澆注過(guò)程模擬分析判斷設(shè)計(jì)是否合理

11、符合要求確定工藝方案是否 圖(a)下圖（b）為砂型鑄造基本工藝過(guò)程： 圖（b）2.1鑄型種類(lèi)與造型及制芯方法的選擇2.1.1鑄造種類(lèi)選擇砂型鑄造的優(yōu)點(diǎn)是：粘土的資源豐富、價(jià)格便宜。使用過(guò)的粘土濕砂經(jīng)適當(dāng)?shù)纳疤幚砗?，絕大部分均可回收再用。制造鑄型的周期短、工效高?；旌玫男蜕翱墒褂玫臅r(shí)間長(zhǎng)。砂型舂實(shí)以后仍可容受少量變形而不致破壞，對(duì)拔模和下芯都非常有利。缺點(diǎn)是：混砂時(shí)要將粘稠的粘土漿涂布在砂粒表面上，需要使用有搓揉作用的高功率混砂設(shè)備，否則不可能得到質(zhì)量良好的型砂。由于型砂混好后即具有相當(dāng)高的強(qiáng)度,造型時(shí)型砂不易流動(dòng)，難以舂實(shí),手工造型時(shí)既費(fèi)力又需一定的技巧，用機(jī)器造型時(shí)則設(shè)備復(fù)雜而龐大。鑄型的剛

12、度不高，鑄件的尺寸精度較差。鑄件易于產(chǎn)生沖砂、夾砂、氣孔等缺陷。2.1.2最常用的砂型鑄造方法：手工造型:單件、小批量和難以使用造型機(jī)的形狀復(fù)雜的大型鑄件。手工造型靈活、易行，但效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，尺寸精度和表面質(zhì)量低。機(jī)械造型：適用于批量生產(chǎn)的中、小鑄件。機(jī)械造型尺寸精度和表面質(zhì)量高，但投資大，差壓鑄造鋁、鎂合金幾克幾十公斤好復(fù)雜（可用砂芯）。針對(duì)這種中小型鑄鐵件，又需大批量生產(chǎn)，采用機(jī)械砂型鑄造，保證鑄型強(qiáng)度，故本設(shè)計(jì)采用普通砂機(jī)械造型。2.2分型面位置的確定鑄件分型面及澆注位置的選擇是鑄造工藝設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，關(guān)系到鑄件的內(nèi)在、外在質(zhì)量及鑄件的尺寸精度等。根據(jù)重要加工表面朝下的原則，分型

13、面及澆注位置設(shè)置如圖2-1所示，鑄件凸起部分壁較薄易于冷卻，便于實(shí)現(xiàn)順序凝固，同時(shí)這樣利于安放砂芯。澆注系統(tǒng)采用開(kāi)放式，不設(shè)橫澆道，通過(guò)集渣包后由內(nèi)澆口從鑄件中間偏下部位集中引入鑄件，通過(guò)集渣包的緩沖作用，使鑄件緩慢、平穩(wěn)充型，并將澆口以60°夾角注入型腔，從而保證金屬液平穩(wěn)充型，并順時(shí)針形成旋流，避免金屬液對(duì)砂芯的直接沖擊，便于熔渣上浮至冒口。澆口杯與直澆道接口處設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)，既能擋渣，又可以起到緩流的作用。分型面的選擇，在很大程度上影響鑄件的尺寸精度、成本和生產(chǎn)率。本鑄件的分型面可以有三種選擇，如圖2-1所示：圖2-1 鑄件分型面選擇方案a：全部平板部分置于下型，鑄件相對(duì)精度較低,

14、 砂芯安置困難；方案b：分型面置于上下平板中間，鑄件的厚大部位位于鑄件的底部，既有利于充型又有利于設(shè)置冒口對(duì)鑄件的厚實(shí)部位補(bǔ)縮。并且此位置需要的砂芯數(shù)量最少， 所有的加工孔可 以利用下砂型支撐，不需要使用吊芯和懸臂砂芯，同時(shí)方便了鑄件的起模能保證加工面的質(zhì)量，避免偏析。方案c：鑄件全部置于上型，整體性好、相對(duì)精度高，可以防止錯(cuò)型而避免產(chǎn)生尺寸偏差，并且鑄件全部 都位于下砂箱，減少了砂芯(吊芯) 的數(shù)量，方便起模，但是不利于砂芯安置經(jīng)分析對(duì)比，確定選擇分型面方案b。圖2-2選擇的鑄件分型2.3 鑄造工藝參數(shù)2.3.1鑄件最小鑄出壁厚砂型鑄造鑄件的最小壁厚可參考鑄造手冊(cè)第5卷表2-13。對(duì)鑄件圖紙

15、分析可知，該鑄鐵件最小壁厚為9mm，滿足最小壁厚要求。 2.3.2 鑄件最小鑄出孔（手冊(cè)）通常零件圖樣上較大的孔應(yīng)鑄出，從節(jié)約機(jī)械加工工時(shí)的原則出發(fā)，較小的孔或槽不宜鑄出，直接用機(jī)械加工成孔反而方便，因此，對(duì)鑄件孔的大小有一定要求，該鑄鐵件最小鑄出孔直徑為Ø20mm1。2.3.3 鑄件尺寸公差及加工余量鑄件尺寸公差是指鑄件公稱(chēng)尺寸的兩個(gè)允許極限尺寸之差。由本鑄件技術(shù)要求知：該砂型鑄件的公差等級(jí)取10級(jí)，GB/T6414-1999鑄件尺寸公差與機(jī)械加工余量中規(guī)定，查表1-93可得：鑄件基本尺寸為10001600mm，可得到鑄件尺寸公差為7mm。機(jī)械加工余量等級(jí)由精到粗分為 A、 B、

16、C、 D、 E、 F、 G、 H、 J 和 K 共 10 個(gè) 等級(jí)，本鑄件為鋁合金，采用普通砂，機(jī)械加工等級(jí)選 EG 級(jí)。 根據(jù)鑄件的“澆注位置”，對(duì)鑄件不同部位設(shè)置不同等級(jí)的“加工余量等級(jí)”： 處 于澆注位置“頂部” 的選擇等級(jí)高的 E 級(jí)， 處于澆注位置“側(cè)面” 的選擇等級(jí)較 高的 F 級(jí)， 而處于澆注位置底部選擇級(jí)別相對(duì)較低的 G 級(jí)。機(jī)械加工余量值應(yīng)根據(jù)最終機(jī)械加工后成品零件的最大輪廓尺寸和相應(yīng)的 的尺寸范圍選取。本零件的最大輪廓尺寸為1222mm，根據(jù)文獻(xiàn)1 中 GB/T6414 1999 所要求的機(jī)械加工余量如表 2.1所示。表2.1要求的機(jī)械加工余量（RMA） 單位：mm根據(jù)鑄件

17、的尺寸公差等級(jí)要求的機(jī)械加工余量等級(jí)及鑄件的最大輪廓尺寸 確定加工余量的數(shù)值， 不同情況下鑄件的機(jī)械加工余量的計(jì)算方式不同。 本鑄件需要進(jìn)行機(jī)械加工的表面包括： 凸臺(tái)外面的機(jī)械加工、 內(nèi)腔的機(jī)械加工以及鑄件 或鑄件某一部分的側(cè)面的機(jī)械加工三種情況。圖 2.3 加工余量的設(shè)置表2.2各種加工余量計(jì)算結(jié)果加工面所屬類(lèi)型計(jì)算公式最大尺寸加工余量等級(jí)RAMCT加工余量1鑄件側(cè)面d = RMA + CT/21222F477.52凸臺(tái)d = 2RMA + CT / 2 185F277.53內(nèi)腔（孔）d =-2RMA - CT / 2185F277.54內(nèi)腔d =-2RMA - CT / 2129F1.57

18、6.55頂面d = RMA + CT / 21222E2.876.5參數(shù)說(shuō)明： RMA要求的機(jī)械加工余量，CT鑄件尺寸公差。 2.3.4 鑄造收縮率鑄造收縮率又稱(chēng)作鑄件線收縮率，用模樣與鑄件的長(zhǎng)度差除以模樣長(zhǎng)度的百分比表示4： 式中 L1模樣工作面尺寸； L2鑄件尺寸。表2.3 非鐵合金鑄件的線收縮率（%）【鑄造手冊(cè)第5卷 表3-69】合金種類(lèi)鑄件線收縮率受阻收縮自由收縮錫青銅1.21.4無(wú)錫青銅1.6-1.82.0-2.2硅黃銅1.6-1.71.7-1.8錳黃銅1.8-2.02.0-2.3鋁硅合金0.8-1.01.0-1.2鋁銅合金1.41.6鋁鎂合金1.01.3 鑄造收縮率是鑄件從線收縮開(kāi)

19、始溫度冷卻到室溫時(shí)的相對(duì)線收縮量，為了 獲得尺度精度較高的鑄件， 在計(jì)算成型尺寸時(shí)，需要結(jié)合收縮率進(jìn)行計(jì)算，選取數(shù)值時(shí)，要參考影響收縮率的多個(gè)因素在給出的范圍內(nèi)做相應(yīng)的修正確定。根據(jù)該零件的結(jié)構(gòu)，金屬液在凝固之后的冷卻過(guò)程中的收縮偏向于“自由收縮”；影響鑄件線收縮率的主要因素是鑄件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和尺寸的大小。本鑄件屬于復(fù)雜薄壁的鑄件，且用普通砂造型， 鑄件的收縮阻力較小，因而其線收縮率較大。為獲取尺寸精確的鑄件，必須選擇適宜的鑄造收縮率，鑄鋁件自由收縮率為1.01.2%，取1.1%3。2.3.5起模斜度與分型負(fù)數(shù)1.起模斜度 當(dāng)鑄件本身沒(méi)有足夠的結(jié)構(gòu)斜度，應(yīng)在鑄件設(shè)計(jì)或鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)給出鑄件

20、的起模斜度，以保證鑄型的起模。起模斜度的設(shè)置方式有“增加厚度法”、“減小 厚度法” 和“加減厚度法”。本設(shè)計(jì)采用“增加厚度法”在砂芯的外表面上設(shè)置 起模斜度，如圖 3.13 所示。根據(jù)文獻(xiàn)1 ，樹(shù)脂砂造型時(shí)砂芯上的起模斜度如表本鑄件的起模斜度設(shè)計(jì)結(jié)果如表 3.5 所示。表 2.3 粘土砂造型時(shí)，模樣<砂芯>外表面的起模斜度 測(cè)量面高度 mm 起模斜度 起模斜度 a/mm >40100 0° 30 1.0 表2.4 模樣<砂芯>外表面表2.4粘土砂造型時(shí)，模樣<砂芯>凹處內(nèi)表面的起模斜度 測(cè)量面高度 mm 起模斜度 起模斜度 a/mm >

21、40100 1°50 2.0 表2.5 模樣<砂芯>凹處內(nèi)表面2.分型負(fù)數(shù)造型時(shí)，由于起模后的修型和烘干過(guò)程中砂型的變形引起分型面凹凸不平，使合型不嚴(yán)密，為防止?jié)沧r(shí)從分型面跑火，合型時(shí)需在分型面上放耐火泥條或石棉繩，這就增加了型腔的高度。另外，由于砂型的反彈也可造成型腔高度尺寸的增加。為了保證鑄件尺寸符合圖樣要求，在模樣上必須減去相應(yīng)的高度，減去的數(shù)值稱(chēng)為分型負(fù)數(shù)。本鑄造工藝采用的是濕型砂鑄造，而濕型一般不留分型負(fù)數(shù)。所以分型負(fù)數(shù)取零。經(jīng)過(guò)上述選擇及分析計(jì)算，確定鑄件形狀如圖2-2所示： 圖2-4 鑄件三維圖3砂芯設(shè)計(jì)鑄件的內(nèi)腔完全由砂芯形成。砂芯完全靠芯頭固定在砂型上

22、，對(duì)于垂直砂芯，為了保證其軸線垂直，牢固地固定在砂型上，必須有足夠的芯頭尺寸，水平砂芯還必須考慮砂芯的重力和金屬液的浮力的影響。根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)，本鑄件主要內(nèi)腔采用組合砂芯，砂芯內(nèi)須加入芯骨以提高砂芯的剛度。所以，具體三維砂芯設(shè)計(jì)如下圖： 圖3.1 三維砂芯設(shè)計(jì)圖根據(jù)鑄造手冊(cè)第5卷，查表3-913垂直芯頭高度、表3-903垂直芯頭的斜度、表3-893垂直芯頭的頂面與芯座的間隙、表3-923芯頭斜度和芯頭與芯座間隙。芯頭尺寸參數(shù)如圖3-1所示：圖3-2 芯頭尺寸參數(shù)示意圖表2.6 芯頭尺寸芯頭芯頭L芯頭直徑D芯座間隙S垂直芯頭高度垂直芯頭斜度hh1hh150500.5201531.550200.5

23、201531.565870.5 251542651321.0251542 圖3-3 芯頭結(jié)構(gòu)三維示意圖4. 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類(lèi)型鋁合金質(zhì)輕，熱容量小，導(dǎo)熱快，溫度降低快，極易氧化和吸氣，且氧化物的密度與鋁液相近，混入鋁液中的氧化物很難浮起，易引起夾雜；凝固時(shí)收縮率大，易產(chǎn)生縮孔和縮松。對(duì)澆注系統(tǒng)要求是：快速、平穩(wěn)充型，不產(chǎn)生飛濺、沖擊和渦流，有強(qiáng)的擋渣能力，選開(kāi)放式澆鑄系統(tǒng)。根鑄造工藝手冊(cè)第五卷由表3-146 鋁合金鑄件的材料得，各單元截面比為 A直：A橫：A內(nèi)=1:2:3。4.2澆注系統(tǒng)引入位置的確定澆注系統(tǒng)的引入位置影響到澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類(lèi)型的確定，同時(shí)對(duì)液態(tài)金屬澆鑄位置，我們

24、選擇的是中間注入，因?yàn)樗m應(yīng)于薄壁中空鑄件，充型快而平穩(wěn)5.澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸的確定5.1 澆注時(shí)間的計(jì)算t為澆注時(shí)間（小型手冊(cè)），對(duì)于重量小于450kg的形狀復(fù)雜薄壁鑄鋁件：t = S·其中，t 澆鑄時(shí)間（s）；G型內(nèi)金屬液總重量，包括澆注系統(tǒng)重量（kg）；S 澆注時(shí)間系數(shù)，取決于鑄件壁厚。G=57.7kg（G鑄件質(zhì)量；k鑄件工藝出品率）；由下表查得鑄鋁合金澆注時(shí)間系數(shù)S在1.82.0，取S=1.8壁厚（mm）0-1011-2021-4040S灰鐵1.111.441.661.89S銅合金0.65-0.700.75-0.800.90-1.01.10-1.20S鋁合金1.8-2.02.2

25、-2.42.6-2.83.0表2.7 系數(shù)S和鑄件壁厚的關(guān)系（參考文獻(xiàn)6）代值得澆注時(shí)間t=13.6s。5.2 澆注系統(tǒng)截面的確定截面比法設(shè)計(jì)步驟：1.選擇澆注系統(tǒng)類(lèi)型4. 選擇流量損系數(shù)3.確定澆鑄時(shí)間2.確定澆鑄位置5. 選擇截面比6. 算最小截面積AA7.計(jì)算其他單位截面積 鑄件澆注系統(tǒng)中的最小阻流截面面積，由奧贊公式計(jì)算： 式中：G型內(nèi)金屬液總重量，包括澆注系統(tǒng)重量（kg）；G=57.7kg（G鑄件質(zhì)量；k鑄件工藝出品率）； t澆注時(shí)間（S）； 密度（Kg/cm²）g重力加速度(g=981cm/s²)流量損耗系數(shù)取0.5；Hp平均壓力頭，單位為cm；Hp =H0-0

26、.125 HcH0為內(nèi)澆道至澆口杯液面的高度，根據(jù)查表4-98得砂箱長(zhǎng)度方向上的最小吃砂量a=30 mm，因?yàn)榱慵畲箝L(zhǎng)度為1222mm，所以砂箱長(zhǎng)度為1282 mm，根據(jù)表4-99得，砂箱高度取300mm；Hc為澆注位置鑄件總高度即鑄件型腔高度93.5mm；分型面到澆口杯的高度H0=380mm,代入上式經(jīng)計(jì)算可得HP=36.8cm。 將金屬澆注質(zhì)量、系澆注時(shí)間及平均壓力頭帶入奧贊公式，求得鋁合金鑄件澆注系統(tǒng)直澆道最小截面積的計(jì)算式為： =11.7cm2 由最小阻流斷面11.7cm2，由此可確定可確定直澆口（最小阻流斷面）為11.7cm2，求得直澆道最小斷面直徑Ø40mmØ

27、38mm設(shè)計(jì)中取最小直徑Ø40mm。 澆口杯、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道等各單元最小處的總斷面積中，內(nèi)澆道的總斷面積應(yīng)該最大，使得澆注系統(tǒng)易于充滿，補(bǔ)縮效果好。根據(jù)鑄造工藝手冊(cè)第五卷表3-146，由鑄件的材料得，斷面比 = A直：A橫：A內(nèi)=1:2:3，, 得到內(nèi)澆道最小處的總斷面積A直 =11.7 cm2，從而得到：A內(nèi) =35.1 cm2，A橫 =23.4 cm2 。（1）內(nèi)澆道尺寸內(nèi)澆道的功能是控制充型速度和方向，分配金屬液，調(diào)節(jié)鑄件各部位的溫度和凝固順序，澆注系統(tǒng)的金屬液通過(guò)內(nèi)澆道對(duì)鑄件有一定的補(bǔ)縮作用。內(nèi)澆道在鑄件上的位置和數(shù)目的確定應(yīng)服從所選定的凝固順序或補(bǔ)縮方法。本鑄件的內(nèi)

28、澆道設(shè)在厚壁處從頂部注入，并通過(guò)冒口，讓金屬液先流經(jīng)冒口再引入型腔。 通過(guò)冒口是為了使鑄件順序凝固，更能提高冒口的補(bǔ)縮效果。內(nèi)澆道的數(shù)量為兩個(gè)，根據(jù)文獻(xiàn)1 中表 3-236，我們選用型內(nèi)澆道。因?yàn)檫@種扁平型的內(nèi)澆道易于清理，能提高橫澆道的擋渣效果。A內(nèi) =35.1 cm2 ，因?yàn)樵O(shè)計(jì)兩個(gè)內(nèi)澆道，所以，一個(gè)內(nèi)澆道的面積為17.55cm2，a=70mm， b=55mm， c=28mm。其示意圖如圖 4.4 所示 圖4. 1內(nèi)澆道示意圖（2）橫澆道尺寸 橫澆道是指從直澆道的末端到內(nèi)澆口前端之間的通道，橫澆道需要提供穩(wěn)定 的金屬液流，對(duì)金屬液的流動(dòng)有較小的阻力。本鑄件采用梯形截面的橫澆道，有利于橫澆道

29、余量順利脫出，在生產(chǎn)實(shí)踐中很常用。根據(jù)橫澆道的計(jì)算面積A橫= 23.4 cm2，設(shè)計(jì) a=45mm，b=40mm，c=55mm。橫澆道的示意圖如圖 4.5 所 示： 圖4.2道示意圖（3）直澆道尺寸直澆道會(huì)引導(dǎo)從澆口杯金屬液向下，進(jìn)入橫澆道、內(nèi)澆道或直接導(dǎo)入型腔，提供足夠的壓力頭，使金屬液在重力的作用下能克服各種流動(dòng)阻力，在規(guī)定的時(shí) 間內(nèi)充滿型腔。直澆道通常做成上大下小的錐形，等斷面的柱形和上小下大的倒 錐形。根據(jù)直澆道的計(jì)算面積 A直 = 11.7 cm2 ，直澆道的截面如圖 4.6 所示。根據(jù)鑄件的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)D=40mm，D1=48mm，L=225mm。 圖4.3 直澆道示意圖5.3

30、澆口杯的設(shè)計(jì) 5.3.1澆口杯的類(lèi)型及制作澆口杯的作用是：接納來(lái)自澆包的金屬液，便于澆注；緩和金屬液的沖擊，把金屬液較平穩(wěn)地引入直澆道；阻擋金屬液中溶渣和防止氣體卷入直澆道；對(duì)一些高件、大件、重要件，當(dāng)砂箱高度不夠時(shí)，可起到提高壓力頭作用。 澆口杯形狀有兩大類(lèi)：一類(lèi)是漏斗形，另一類(lèi)是池形。漏斗形澆口杯的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且制做方便，節(jié)約金屬，利于充型，機(jī)器造型中也被廣泛應(yīng)用，一般用于小型鑄件。池形澆口杯的優(yōu)點(diǎn)是容積大，接納的金屬液多，擋渣作用較好，主要使用于中大型鑄件。本鑄件重量較小，大量生產(chǎn)，機(jī)械造型，采用漏斗形澆口杯，在砂型中直接挖出，操作方便。5.3.2澆口杯尺寸由鑄造工藝手冊(cè)第五版表3-1

31、90定澆口杯尺寸如下圖：a=80mm,b=80mm,下連直徑為40mm的直澆道大端 漏斗形澆口杯示意圖綜上數(shù)據(jù)可設(shè)計(jì)出澆注系統(tǒng)三維圖，圖中的黃色部分便為澆注系統(tǒng)6 鑄造工藝設(shè)備6.1砂箱 砂箱是鑄件生產(chǎn)中的必備的工藝裝備之一。正確的設(shè)計(jì)和選擇適合的鑄造生產(chǎn)需要的砂箱，對(duì)日益發(fā)展的鑄造生產(chǎn)，具有很大的實(shí)用價(jià)值。 6.1.1 砂箱類(lèi)型的選擇本鑄件采用整鑄式砂箱，材料選擇為灰鑄鐵。鑄鐵砂箱應(yīng)用最廣，材料成本低，制造方便，強(qiáng)度、剛度較高。砂箱造型為手工造型用砂箱，砂箱按重量和尺寸選擇大型吊運(yùn)式砂箱。6.1.2 砂箱結(jié)構(gòu)根據(jù)鑄件和澆注系統(tǒng)在砂箱中的位置，設(shè)計(jì)上砂箱的名義尺寸為1400mm×1400mm×300mm，下砂箱的名義尺寸為1400mm×1400mm×300mm（長(zhǎng)度×寬度×砂箱高度），鑄件在砂箱中的位置如下圖所示。 圖6.