支撐臺鑄造工藝設(shè)計

1、1緒論2.2材料的確定3.3結(jié)構(gòu)工藝分析4.4工藝方案的設(shè)計 5.4.1鑄型種類及造型方法的確定 5.4.2分型面的選擇 5.4.3鑄件澆注位置的確定 6.5鑄件工藝參數(shù)的確定8.5.1加工余量 8.5.2起模斜度及圓角確定 105.3鑄出孔105.4型芯及型芯頭選擇 .106澆注系統(tǒng)的設(shè)置.16.1澆注系統(tǒng)作用與結(jié)構(gòu)分析 116.2澆口杯和直澆道.16.3橫澆道和內(nèi)澆道.16.4各組元截面尺寸確定 116.5冒口及尺寸確定 137鑄件工藝圖和鑄件圖 .4附錄15總結(jié)16參考文獻(xiàn).71 緒論鑄造工藝是應(yīng)用鑄造有關(guān)理論和系統(tǒng)知識生產(chǎn)鑄件的技術(shù)和方法。包括鑄件工藝，澆注系統(tǒng)，補(bǔ)縮系統(tǒng)，出氣孔，激冷

2、系統(tǒng)，特種鑄造工藝等內(nèi)容。就是將 液態(tài)合金注入到與零件尺寸、形狀相適應(yīng)的鑄型空腔內(nèi)使之冷卻、 凝固，制備鑄 件的工藝方法?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，要求鑄件具有高的力學(xué)性能、尺寸精度和 低的表面粗糙值；要求具有某些特殊性能，如耐熱、耐蝕、耐磨等，同時還要求 生產(chǎn)周期短，成本低。合理的鑄件結(jié)構(gòu)是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的前提， 是簡化鑄造工藝， 提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本的根本方法。需鑄造的零件結(jié)構(gòu)不僅滿足工作性能和 力學(xué)性能的要求，同時還應(yīng)滿足鑄造工藝、方法及合金鑄造性能的基本要求， 這 樣才能達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的效果。鑄造工藝設(shè)計中最重要的環(huán)節(jié)就是工藝方案，其主要包括零件結(jié)構(gòu)分析和鑄 造工藝方案分析兩部分內(nèi)容

3、。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求和生產(chǎn)批量等條件 確定其鑄造工藝，繪制鑄造工藝圖和鑄型圖；然后依據(jù)繪制的鑄造工藝圖，結(jié)合 所選定得造型方案和工藝卡，便可繪制出模樣圖及鑄型圖。2材料的確定機(jī)械零件材料的選擇是一個復(fù)雜的問題，需要在掌握工程材料理論及其應(yīng)用 理論知識的基礎(chǔ)上，明確目標(biāo)及限制條件，進(jìn)行具體分析，進(jìn)行必要的試驗和選 材方案對比，最后才能確定選材方案。一般應(yīng)遵循 使用性、合理性、經(jīng)濟(jì)性和 工藝性”原則。支撐臺零件主要用于承受中等靜載荷，即在工作時起支撐機(jī)器上其它部件的 作用，而經(jīng)常處于壓應(yīng)力狀態(tài)，要求能抗壓和耐磨即可，故選用灰鑄鐵HT150制成?；诣T鐵是一種斷面呈灰色，碳主要以片狀石墨形式

4、出現(xiàn)的鑄鐵。并且其含碳、 硅較高（碳3.0%-3.7%、硅1.8%-2.4%）其鐵水不經(jīng)任何處理，出爐后可進(jìn)行直 接澆注?；诣T鐵具有良好的減磨性、吸振性和切削加工性，以及鑄造流動性好， 充滿型腔的能力較強(qiáng)，有利于金屬渣中的氣體和雜質(zhì)上浮。HT150的工作條件是 承受中等負(fù)荷，且摩擦面間的單位面積壓力不大于490kpa, 般機(jī)械制造中的鑄件，如：支柱、底座、齒輪箱、刀架、軸承座、軸承滑座等2。符合本設(shè)計的要求，故支撐臺零件的材料選用灰鑄鐵 HT150。3結(jié)構(gòu)工藝分析支撐臺零件由法蘭、錐度、內(nèi)腔及小孔等結(jié)構(gòu)組成。此產(chǎn)品的生產(chǎn)性質(zhì)為單件小批量生產(chǎn)。灰鑄鐵具有良好的耐磨性，液態(tài)流動性好，凝固收縮性小，

5、抗壓強(qiáng)度高，吸振性好，使用時有充分的強(qiáng)度和剛性，能夠滿足支撐臺工作要求， 而且價格適宜，故選用灰鑄鐵作為鑄件材料。此零件外形輪廓尺寸為 160mm*200mm*200mm，主要壁厚12mm,最大壁 厚20mm,為一小型鑄件；機(jī)器支撐臺零件主要用于承受靜載荷，即在工作時起 支撐機(jī)器上及其他部件的作用，而經(jīng)常處于壓力狀態(tài)，故要求能抗壓和耐磨即可。 故選擇灰鑄鐵HT150制成。零件結(jié)構(gòu)圖及三維圖3.1如下所示。0160圖3.1零件圖及三維圖4工藝方案的設(shè)計4.1鑄型種類及造型方法的確定3鑄型包括將熔化的金屬倒入鑄模（同鑄錠過程），鑄模的型腔提供了最終有用 的形狀，之后僅需根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行加工和焊接。

6、鑄型通常按照造模的方法、造 模的材料或進(jìn)鑄模的方法進(jìn)行分類，鑄造工藝有四種基本類型：砂型鑄造、永久型鑄造、壓模和離心式鑄造?？紤]其經(jīng)濟(jì)性、合理性、工藝性，對本設(shè)計采用砂 型鑄造。砂型鑄造的鑄型主要分為濕型、干型、表面干型、自硬型四種。每種鑄型的 選擇需要根據(jù)鑄件重量、結(jié)構(gòu)和質(zhì)量要求、生產(chǎn)批量及車間生產(chǎn)條件等因素確定。 濕型是應(yīng)用最廣泛的一種鑄型。濕型鑄造法的基本特點是砂型無需烘干，不存在 硬化過程，其主要優(yōu)點是生產(chǎn)靈活性大，生產(chǎn)率高，生產(chǎn)周期短，便于組織流水 生產(chǎn)，易于實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的機(jī)械化和自動化，材料成本低。通常情況下，中小 型鑄件應(yīng)盡可能選擇濕型。故本設(shè)計采用濕型鑄造法。因濕型鑄造法水分

7、多，強(qiáng)度低，鑄件易產(chǎn)生結(jié)疤、鼠尾、粘砂、氣孔、砂眼、 脹砂等缺陷，在使用時應(yīng)注意以下幾種情況：1澆注時鑄件有較大水平壁時，用濕型容易引起夾砂缺陷，應(yīng)考慮使用其他 砂型。2. 鑄件過高，金屬靜壓力超過濕型的抗壓強(qiáng)度時，應(yīng)考慮使用干砂型或自硬 砂型。3. 型內(nèi)放置冷鐵過多時，應(yīng)避免使用濕型，因為冷鐵生銹或變冷而凝結(jié)水 珠”澆注后會引起氣孔缺陷。如果必須使用冷鐵時，冷鐵應(yīng)事先預(yù)熱，放入型內(nèi)后要及時合型澆注。4. 造型過程長或需長時間等待澆注的砂型不宜采用濕型，因為濕型放置過久 會風(fēng)干，使表面強(qiáng)度降低，易出現(xiàn)沖砂缺陷。支撐臺零件為回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，且平直分型面，故適合分模造型。因其生產(chǎn)批量 小，因此采用手工

8、造型和制芯。綜上所述，本設(shè)計采用濕砂手工分模造型。4.2分型面的選擇分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。分型面的得選取優(yōu)劣，對鑄件的精度、 生產(chǎn)成本和生產(chǎn)率影響很大。選擇分型面時應(yīng)注意一下幾項原則：1盡可能將整個鑄件或其主要加工面和基準(zhǔn)面置于同一砂箱內(nèi)；2. 盡可能減少分型面數(shù)目；3. 盡量選用平面分型；4. 分型面應(yīng)選取在鑄件最大投影面處；5. 盡可能少用砂芯；6. 盡量避免鑄件非加工面產(chǎn)生飛邊；7. 盡量降低砂箱高度；8受力件的分型面的選擇不應(yīng)削弱鑄件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；9.有利于下芯、驗型與合型。支撐臺零件有三個最大截面，可以設(shè)計軸向分型和徑向分型兩種方案。 徑向 分型有兩個分型面，分別為A、B在上

9、下法蘭下面。需要用三箱造型，工藝復(fù)雜， 砂箱數(shù)量多且容易出現(xiàn)錯箱等錯誤， 生產(chǎn)效率低。而軸向分型為一個分型面，在 零件垂直軸線上，分兩箱造型。便于起模、下芯和驗型等且分型面與分模面相同， 因此選擇軸向分型。圖4.1分型面選擇圖4.3鑄件澆注位置的確定鑄件的澆注位置是澆注時鑄件在鑄型中所處的位置。澆注位置不僅對保證鑄 件質(zhì)量有重要影響，而且與工藝裝備（如模樣、芯盒）結(jié)構(gòu)，下芯、合型甚至清 理等工序均有密切的關(guān)系，還能影響到機(jī)械加工。澆注位置的選擇要根據(jù)鑄件的 大小、結(jié)構(gòu)特點、合金性能、生產(chǎn)批量、現(xiàn)場工藝條件及綜合等方面加以確定以保證鑄件質(zhì)量為出發(fā)點，應(yīng)盡量簡化造型工藝和澆注工藝。同時還應(yīng)注意以下

10、 幾點原則：1. 澆注的重要加工面應(yīng)朝下或呈側(cè)立面一般情況下，鑄件頂面形成氣孔和夾雜物等缺陷的可能性大，而鑄件向下的底面和側(cè)立面比較光潔，出現(xiàn)缺陷的可能性小。2. 盡可能使鑄件的大平面朝下既可避免氣孔和夾渣，又可防止大平面處發(fā)生夾砂缺陷。3. 應(yīng)保證鑄件能充滿對薄壁部分的鑄件，應(yīng)把薄壁部分放在下半部或置于內(nèi)澆道以下， 以免出現(xiàn) 澆不到和冷隔等缺陷。當(dāng)鑄件薄壁部分面積較大時，可采用傾斜澆注，以保證鑄 件能充滿。4. 應(yīng)有利于實現(xiàn)順序凝固鑄件的厚大或局部厚實部分，應(yīng)置于鑄型的頂部或側(cè)面，以便于安放冒口， 實現(xiàn)自下而上的順序凝固。5. 應(yīng)盡量減少砂芯數(shù)量并使其穩(wěn)定避免使用吊砂、吊芯或懸臂砂芯，以便于

11、下芯、檢驗、固定和排氣。本次設(shè)計中，支撐臺在工作中起支撐和承受載荷的作用。下法蘭受力大，應(yīng) 寬大。按照重要加工面或大平面應(yīng)朝下或呈側(cè)立面，為了避免出現(xiàn)澆不到和冷隔 等缺陷，將支撐臺水平澆注，可使兩端加工面處于側(cè)立面，以保證鑄件的質(zhì)量和 精度，并且有利于下芯、檢驗、固定和排氣。其示意圖如圖4.2所示。圖4.25鑄件工藝參數(shù)的確定5.1加工余量為了保證零件加工面尺寸和精度，在鑄造工藝設(shè)計時，將加工面上留出的、 準(zhǔn)備切去的金屬層厚度，稱為機(jī)械加工余量。加工余量過大或者過小都會影響零 件的質(zhì)量。在選擇加工余量時要考慮鑄造合金種類、鑄造工藝方法、生產(chǎn)批量、 設(shè)備與工裝的水平、加工表面處的澆注位置、鑄件的

12、基本尺寸的大小和結(jié)構(gòu)的影響。支撐臺零件采用砂型手工造型且最大輪廓尺寸為 630-1000之間，且其基本 尺寸為160mm、200mm,查表5.1表5.2表5.3和表5.4可知其加工余量等級為 F-H,尺寸公差等級為CT(11-13),確定其加工余量為7.5mm。表5.1毛坯鑄件典型的機(jī)械加工余量等級(GB/T6414-1999)3要求的機(jī)械加工余量等級方法鑄件材料鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵銅合金輕金屬合金砂型手工造型G-kF-HF-HF-HF-HF-H砂型機(jī)器造型或E-HE-GE-GE-GE-GE-G殼型金屬型或低壓鑄D-FD-FD-FD-FD-F造壓力鑄造B-DB-D熔模鑄造DDDEE表5.

13、2要求的鑄件加工余量(GB/T6414-1999單位(mm)最大尺寸要求加工的機(jī)械余量等級ABCDEFGHJK< 400.10.10.20.30.40.50.50.711.4>40-60.10.20.30.30.40.50.711.423>63-10.20.30.40.50.711.422.8400>100-0.30.40.50.81.11.52.2346160>160-0.30.50.711.422.845.58250>250-0.40.60.91.31.42.53.55710400（續(xù)）最大尺寸要求加工的機(jī)械余量等級ABCDEFGHJK>400-0

14、.50.71.11.52.2346912630>630-0.60.81.21.82.53.55710141000>6300-10001.11.52.234.5691217240 最終機(jī)械加工后鑄件的最大輪廓尺寸。 等級A和B僅用于特殊場合，例如，在供需雙方已就夾持面和基準(zhǔn)面或基準(zhǔn)目標(biāo)商定了 模樣裝備、鑄造工藝和機(jī)械加工工藝的成批生產(chǎn)的情況下。表5.3小批量或單件生產(chǎn)的毛坯鑄件公差尺寸等級公差等級鑄造方 法造型材 料鑄件材料鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄 鐵可鍛鑄 鐵銅合金輕金屬合金鎳基合 金鈷基合 金砂型鑄粘土砂13-1513-513-1513-1513-1511-1313-1513-15造手工

15、造化學(xué)粘12-1411-1311-1311-1310-1210-1212-1412-14型結(jié)劑砂表5.4鑄件尺寸公差數(shù)值3單位（mm）毛坯鑄件基鑄件尺寸公差等級 CT本尺寸大于至12345.111213-100.090.130.180.260.36.2.84.2-10160.100.140.200.280.38.3.04.4-16250.110.150.220.300.42.3.24.6625400.120.170.240.320.46.3.65.0740630.130.180.260.360.50.4.05.68631000.140.200.280.400.56.4.4691001600.1

16、50.220.300.440.62 .5.0710160250-0.240.340.500.72.5.6811 在等級CT1-CT15中對壁厚采用粗一級公差。 對于不超過16mm的尺寸，不采用 CT13到CT16的一般公差。本設(shè)計中未到的數(shù)據(jù)在 本表中有所省略。5.2起模斜度及圓角確定起模斜度是指為了方便起出模樣或取出砂芯， 在模樣、芯盒的出模方向留有 一定斜度，以免損壞砂型或砂芯。由于鑄件兩端法蘭較厚，可在遠(yuǎn)離分型面處減 少1mm的加工余量，取起模斜度為1度。鑄造圓角是指在鑄件上相鄰兩壁之間的夾角， 為了防止該處產(chǎn)生縮孔、因沖 砂而缺角、因集中力而產(chǎn)生開裂等缺陷。一般為兩交壁平均厚度的 1/

17、3-1/2，這里 取 R5mm3。5.3鑄出孔對于支撐臺零件上8個小孔尺寸大小，根據(jù)鑄造工藝性的可能性和使用的必 要性。小批量孔直徑30mm-50m m，而本次設(shè)計零件小孔直徑為 20m m，且如果 要鑄出，會增加型芯數(shù)量，而且還不好放置，所以不用鑄出，直接在鉆床上用鉆 頭鉆出。5.4型芯及型芯頭選擇鑄件上的孔腔要用芯型鑄出，芯型要芯頭支撐、定位、排氣和落砂，芯頭是 型芯的外伸部分，起輔助作用。型芯頭的形狀尺寸：一般情況下，同一個內(nèi)腔用 一個整體型芯鑄出，當(dāng)內(nèi)腔簡單，可以自帶砂芯成型而不采用型芯。當(dāng)復(fù)雜時， 可將型芯分為數(shù)塊。芯頭分為垂直芯頭和水平芯頭。垂直芯頭必須保留一定的斜 度，以增強(qiáng)型芯

18、在鑄型中的穩(wěn)定性。 水平芯頭一般都有左右兩個芯頭， 并增強(qiáng)型 芯的穩(wěn)定性，通常加大或增長芯頭，從而使型芯穩(wěn)固并增加透氣。支撐臺零件中央內(nèi)腔呈錐形孔，適合采用整體型芯和大芯頭，便于合箱，以 利于穩(wěn)固、定位、排氣和落砂。由基本尺寸可知，型芯長度為 200m m。選用垂 直芯頭，一般小中芯頭長為 20mm-80mm，確定芯頭長為50mm，大端芯頭直徑 90mm，小端芯頭直徑50mm。芯頭的間隙查表 5.5得1mm。表5.5垂直芯頭與芯座之間的間隙D 或（A+B）/2鑄型< 5051-100101-1151-2200-301-4401-501-701-1001>200種類500030000

19、5007001000-15000濕型0.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.0干型0.51.01.51.52.02.53.03.54.05.07.0106澆注系統(tǒng)的設(shè)置6.1澆注系統(tǒng)作用與結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)澆注是指砂型中引導(dǎo)金屬液流入型腔的通道，一般由澆口杯、直澆道、 橫澆道、內(nèi)澆道等組成。澆口杯承接金屬液，并經(jīng)直澆道流入橫澆道，再分配給 各內(nèi)澆道流入型腔，因此各交道形狀及截面大小均影響鑄件質(zhì)量。 對于本次設(shè)計 采用中間注入的基本形式，其特點是內(nèi)澆道開設(shè)在鑄件中部某一高度上， 一般開 在分型面上造型比較方便，并且兼有頂注式和底注式的優(yōu)缺點，生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛， 適用于壁厚較均勻、

20、高度不太大的各類中小鑄件 。對于支撐臺零件正好適合。6.2澆口杯和直澆道澆口杯的作用是用來承接來自澆包的金屬液，防止金屬液飛箭和溢出，便于澆注，減輕液流對型腔的沖擊，分離渣滓和氣泡，阻止其進(jìn)入型腔，增加充型壓 力頭等。澆口杯安結(jié)構(gòu)形狀可分為漏斗形和池形兩大類， 本設(shè)計采用漏斗形結(jié)構(gòu)。 且在上型面開設(shè)澆口杯。直澆道多為圓形或方形斷面的錐形管道，其功用是從澆口杯引導(dǎo)金屬液向下 進(jìn)入橫澆道、內(nèi)澆道或直接導(dǎo)入型腔，并提供足夠的壓力頭，使金屬液在重力作 用下能克服流動過程中的各種阻力，充滿型腔的各個部位 06.3橫澆道和內(nèi)澆道水平的橫澆道用以連接直澆道和內(nèi)澆道，并將金屬液平穩(wěn)而均勻地分配給各 個澆道。其

21、作用除了液流的分配，就是起到擋渣的作用。橫澆道截面多為梯形、 圓形和圓頂梯形。其中梯形和圓頂梯形截面，主要用于澆注灰鑄鐵和非鐵金屬鑄 件。對支撐臺零件的橫澆道采用梯形截面。內(nèi)澆道的作用是引導(dǎo)金屬液進(jìn)入型腔， 內(nèi)澆道比較短，本身不能擋渣，但合 理的結(jié)構(gòu)尺寸以及 與橫澆道 的連接方 式將有助于 擋渣。內(nèi)澆道對于 小件 20mm-30mm有助于橫澆道擋渣，且制模及切除方便。支撐臺零件的下型面開設(shè) 內(nèi)澆道，并分兩道將金屬液從兩端法蘭處注入，有利于法蘭冷卻過程中的補(bǔ)縮。 且內(nèi)澆道采用梯形截面。6.4各組元截面尺寸確定各組元截面尺寸可根據(jù)鑄件合金種類、質(zhì)量、尺寸、壁厚、澆鑄時間等，利 用簡便經(jīng)驗公式求得i

22、i1:15 21:121.41:1.1:1.151.06:1.11適用于大件適用于大中件適用于中小件 適用于薄壁小件m0.31 、HP生產(chǎn)中最小的內(nèi)澆道截面積為 0.04cm2，直澆道最小直徑一般不小于15-18mm。 灰鑄鐵阻流截面計算公式：2A且一一澆注系統(tǒng)中的最小斷面總面積（cm）;m流經(jīng)F阻斷面的金屬液總重量（Kg）;卩一一 、流量損耗系數(shù)；澆注時間（s）;HP平均靜壓力頭（cm）式中 m 由 proe分析的毛坯質(zhì)量 m=8.6kg； （i=）.423 ； H p = 110cm；澆注時間.的計算如下：m型內(nèi)金屬液的總質(zhì)（重量）（Kg）S1 系數(shù)，取決于鑄件壁厚，由表查出是 S1 =2

23、.23 計算得出澆注時間為6.5s。由于支撐臺零件為中小型鑄件，確定其截面比為1: 1.1: 1.150 由阻流截面計算公式可得出內(nèi)澆道截面積A內(nèi) = 8.90 cm2 ,查表得 a=56mm,b=52mm,c=17mm；直澆道截面積 A直 =10.24 cm2，查表得 D=18mm ;橫澆道截面積 A黃=9.97cm2，a=32mm,b=22mm,c=35mmo所以支撐臺零件的各澆道示意圖如下 所示：圖6.1內(nèi)澆道、直澆道、橫澆道截面積g32玄212表6.1灰鑄鐵件澆注系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)澆道尺寸/mm (S內(nèi)/m m2 )直 / m m2)橫澆道尺寸/mm (S橫/m m2直澆道尺寸/mm (Sa

24、bcS內(nèi)abcS內(nèi)ABCS橫DS直11955064105016111824017230141268085128019142236020310181571151061512023152548023420201881501171715028183172027570242110225139212253222359503280030261131014102631038284213803811304030124551711334504632501950451590454114600201237600564058280053220056521792024164692065457038506533205853221200282050120080608056008050306.5冒口及尺寸確定一般小型、壁厚均勻的鑄件可不設(shè)冒口，故在此省略137鑄件工藝圖和鑄件圖X XXX圖7.1鑄件工藝圖0215圖7.2鑄件圖14鑄造工藝卡擬定鑄件名稱材料牌號生產(chǎn)類型毛坯質(zhì)里最小壁厚紳臺HT150小批8.6kg12mm造型造型方 法砂箱鑄造、兩箱造型砂箱內(nèi)部尺寸/mm規(guī)格長寬高緊固方法上箱250220130/下箱25