三角皮帶輪鑄造工藝設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上三角皮帶輪鑄造工藝設(shè)計目錄摘要31零件概述31.1零件基本信息31.2 零件結(jié)構(gòu)特征及作用41.3 零件結(jié)構(gòu)審查41.4 零件技術(shù)要求52 鑄造工藝方案設(shè)計52.1 造型、造芯材料及方法52.2 澆注位置的確定62.3 分型面的選擇72.4 砂芯設(shè)計82.5 鑄造工藝設(shè)計參數(shù) 113 澆注系統(tǒng) 153.1 澆注系統(tǒng)類型選擇 153.2 澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 153.3 內(nèi)澆口位置及數(shù)量的確定 153.4 澆注系統(tǒng)尺寸計算 163.5 澆注系統(tǒng)各單元結(jié)構(gòu)及尺寸 174. 冒口的設(shè)計 195冷鐵的設(shè)計 205.1冷鐵放置位置的確定205.2冷鐵尺寸的確定215.3設(shè)計冷鐵時注

2、意事項216 出氣孔的設(shè)計22參考文獻22摘要皮帶輪是帶傳動結(jié)構(gòu)重要的零件之一，相比較傳統(tǒng)汽車乘用車發(fā)動機減震皮帶輪,輕型柴油乘用車發(fā)動機減震皮帶輪既可滿足家用轎車發(fā)動機上,又可適用大型客車,大型貨車,農(nóng)用車上的發(fā)動機上,具有回收循環(huán)使用、重量輕、增強發(fā)動機的動力、降低油耗等優(yōu)點。本文依照鑄造工藝設(shè)計的一般程序?qū)θ菐л嗊M行了分析，從技術(shù)條件和結(jié)構(gòu)著手，參考有關(guān)鑄造手冊和分析相關(guān)實例，確定了合理的鑄造工藝方案，最終完成了其鑄造工藝設(shè)計，這為我們今后設(shè)計鑄造工藝奠定了理論和實踐基礎(chǔ)。1 零件概述1.1 零件基本信息 零件名稱：三角皮帶輪 零件材料：QT450-10 產(chǎn)品生產(chǎn)綱領(lǐng)：大批量生產(chǎn) 砂箱

3、高度：250 三角帶輪零件圖：圖1 三角帶輪零件圖1.2 零件結(jié)構(gòu)特征及作用本三角皮帶輪采用腹板式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，且是左右上下對稱的回轉(zhuǎn)體，易于分型和鑄造，大大提高生產(chǎn)效率，重復(fù)率高。1.3 零件結(jié)構(gòu)審查審查、分析鑄件結(jié)構(gòu)時應(yīng)考慮以下幾個方面：（1）鑄件應(yīng)有合適的壁厚，為了避免澆不到、冷隔等缺陷鑄件不應(yīng)太薄。（2）鑄件結(jié)構(gòu)不應(yīng)造成嚴重的收縮阻礙，注意壁厚過渡和圓角。（3）鑄件內(nèi)壁應(yīng)薄于外壁。（4）壁厚力求均勻，減少肥厚部分，防止形成熱節(jié)。（5）利于補縮和實現(xiàn)順序凝固。（6）防止鑄件翹曲變形。（7）避免澆注位置上有水平的大平面結(jié)構(gòu)。三角皮帶輪零件輪廓尺寸為290mm*290mm*90mm，由鑄造

4、工藝學(xué)表2-1，知：砂型鑄造時球墨鑄鐵鑄件最小允許壁厚為48mm。而三角皮帶輪的最小壁厚為11mm，符合要求。1.4 零件技術(shù)要求鑄造圓角R5，鑄造斜度1:20，所有倒角2×45°，鑄件除滿足幾何尺寸精度和材質(zhì)要求外，沒有其它的特殊要求。2 鑄造工藝方案設(shè)計2.1 造型、造芯材料及方法 零件輪廓尺寸為290mm*290mm*90mm，尺寸較小，屬于中小型零件且需要大批量生產(chǎn)。采用濕型粘土砂造型靈活性大，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)機械化和自動化，材料成本低，節(jié)省烘干設(shè)備、燃料、電力等，還可延長砂箱使用壽命。因此，采用濕型粘土砂機器造型，模樣采用金屬模是合

5、理的。在造芯材料及方法選擇中，如用粘土砂制作砂芯原料成本較低，但是烘干后容易產(chǎn)生裂紋，容易變形。在大批量生產(chǎn)的條件下，由于需要提高造芯效率，且常要求砂芯具有高的尺寸精度，此工藝所需的砂芯采用熱芯盒法生產(chǎn)砂芯，以增加其強度及保證鑄件質(zhì)量。選擇使用射芯工藝生產(chǎn)砂芯，采用熱芯盒制芯工藝熱芯盒法制芯，是用液態(tài)固性樹脂粘結(jié)劑和催化劑制成的一種芯砂，填入加熱到一定的芯盒內(nèi)，貼近芯盒表面的砂芯受熱，其粘結(jié)劑在很短的時間內(nèi)硬化。而且只要砂芯表層有數(shù)毫米的硬殼即可自芯取出，中心部分的砂芯利用余熱可自行硬化。2.2 澆注位置的確定 鑄件的澆注位置是澆注狀態(tài)下鑄件在鑄型內(nèi)所處的位置。確定澆注位置是鑄造工藝設(shè)計中重要

6、的環(huán)節(jié)，關(guān)系到鑄件的內(nèi)在質(zhì)量、鑄件的尺寸精度及造型工藝過程的難易程度。確定澆注位置時應(yīng)注意以下幾個原則：（1）鑄件重要部分或主要加工面、耐磨面、受力部位等應(yīng)位于下部或呈直立狀態(tài)；（2）鑄件局部薄壁部位或鑄件大平面應(yīng)朝下；（3）有利于鑄件順序凝固和補縮；（4）盡可能避免用吊砂、吊芯或懸壁式砂芯；（5）通常使合型位置、澆注位置和鑄件冷卻位置一致。 基于以上原則，鑄件澆注位置如圖2所示： 圖2 三角帶輪的澆注位置2.3 分型面的選擇分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。分型面的優(yōu)劣在很大程度上影響鑄件的尺寸精度、成本和生產(chǎn)率。一般來說，選擇分型面時應(yīng)注意一下原則： 1.應(yīng)使鑄件全部或大部分置于

7、同一半型內(nèi) 2.應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)目 3.分型面應(yīng)盡量選用平面 4.便于下芯、合箱和檢測 5.不使砂箱過高 6.受力件的分型面的選擇不應(yīng)削弱鑄件結(jié)構(gòu)強度 7.注意減輕鑄件清理和機械加工量2.4 砂芯設(shè)計砂芯用來形成鑄件內(nèi)腔或外形上有礙起模的局部凸凹部位。設(shè)計砂芯總的原則是：鑄件內(nèi)腔尺寸準確、通氣順暢、芯盒結(jié)構(gòu)簡單。2.4.1 芯頭的設(shè)計砂芯主要靠芯頭固定在砂型上。對于垂直芯頭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。垂直芯頭的設(shè)計數(shù)據(jù)包括上、下芯頭高度和芯頭斜度、芯頭間隙、上部壓緊環(huán)與下部集砂槽等。詳細數(shù)據(jù)可查標

8、準JB/T5106-1991。1芯頭高度對于60mm的孔，L=90mm，D=60mm，查鑄造工藝學(xué)表6-17知，芯頭高度h=2530mm，取h=30mm。因為帶輪的垂直砂芯是上、下對稱的，且產(chǎn)品是大量生產(chǎn)的，故上、下芯頭可采用相同的高度。對于42mm×6均勻分布的孔，L=18mm，D=42mm，查表6-17知，芯頭高度h=1520mm,取h=20mm。2.芯頭斜度為避免合型時上芯頭和鑄型相碰，上芯頭和上芯座的應(yīng)大一些。查鑄造工藝學(xué)表6-18知，上芯頭=10º，下芯頭=5º。3.芯頭與芯座間的間隙機器造型時，制芯時間隙一般較小，常用間隙為0.5mm1mm。4.壓緊環(huán)

9、濕型鑄造時，為阻止金屬液沿間隙鉆入芯頭堵塞通氣孔，應(yīng)在上芯座上安置一圈凸起的砂環(huán)，稱為壓緊環(huán)。合型后它能將砂芯壓緊，能有效阻止金屬液鉆入芯頭中心通氣道中。5.集砂槽集砂槽用來存放遺漏的散落殘砂或小砂塊，可避免芯頭與芯座因殘砂墊起而位置不正。集砂槽一般深2 5mm，寬36mm，主要用于機器造型。 2.4.2 芯頭承壓面積的核算芯頭的承壓面積應(yīng)足夠大，以保證在金屬液最大浮力作用下不超過鑄型許用壓應(yīng)力。芯頭的承壓面積S應(yīng)滿足SkF芯/ 壓式中，F(xiàn)芯所要計算的最大浮芯力，應(yīng)為砂芯所排開金屬液的重力（N）； K安全系數(shù)，k=1.31.5； 壓鑄型許用應(yīng)力（MPa），對于濕型，壓可?。?060MPa）。2

10、.4.3 芯骨設(shè)計 為了保證砂芯在制芯、搬運、配芯和澆注過程中不開裂、不變形、不被金屬液沖擊折斷，生產(chǎn)中通常在砂芯中埋置芯骨，以提高其剛度和強度。用水玻璃砂和樹脂砂制作中、小砂芯時，通常采用圓鋼作為芯骨。2.4.4 砂芯的排氣 砂芯在澆注過程中，其粘結(jié)劑及砂芯中的有機物要燃燒（氧化反應(yīng)）放出氣體，砂芯中的殘余水分受熱蒸發(fā)放出氣體，如果這些氣體排不出型外，則要引起鑄件產(chǎn)生氣孔。為此，應(yīng)采用透氣性好的芯砂。砂芯中應(yīng)開設(shè)排氣道，芯頭尺寸要足夠大，以利于氣體的排出?？捎萌缦路椒ㄩ_設(shè)砂芯排氣道：用通氣孔、通氣模板，用蠟線、尼龍管，用手工開挖法。 2.4.5 砂芯負數(shù) 大型粘土砂芯在春砂過程中砂

11、芯向四周漲開，刷涂料以及在烘干過程中發(fā)生的變形，使砂芯四周尺寸增大。為了保證鑄件尺寸準確，將芯盒的長、寬尺寸減去一定量，這個被減去的量叫做砂芯負數(shù)。 因為砂芯負數(shù)只用于大型粘土砂芯，本設(shè)計中的砂芯為中小型砂芯，故不設(shè)計砂芯負數(shù)。2.5 鑄造工藝設(shè)計參數(shù)鑄造工藝參數(shù)指鑄型工藝設(shè)計中需要確定的合理工藝數(shù)據(jù)，一般包括鑄件尺寸公差，機械加工余量，最小鑄出孔、槽，起模斜度，鑄造收縮率及各種工藝補正量。2.5.1 鑄件尺寸公差鑄件尺寸公差是指鑄件各部分尺寸所允許的極限偏差，鑄件生產(chǎn)過程中的很多因素都會影響鑄件尺寸公差，同時鑄件尺寸公差在一定范圍內(nèi)會對鑄件生產(chǎn)成本產(chǎn)生極大影響。查鑄造工藝學(xué)表6-1

12、知，大批量生產(chǎn)的球墨鑄鐵毛坯鑄件的公差等級為CT8CT12，取帶輪的公差等級為CT10。2.5.2 機械加工余量機械加工余量指鑄件預(yù)加工表面上留出為進行最終機械加工所需的金屬層厚度。加工余量過大，浪費金屬和機械加工工時，增加零件成本；過小，則不能完全除去鑄件表面的缺陷，甚至露出鑄件表皮，達不到產(chǎn)品設(shè)計要求。查表2-4知，帶輪機械加工余量為6.0mm。2.5.3 最小鑄出孔查表2-5知，球墨鑄鐵鑄件大量生產(chǎn)時最小鑄出孔直徑為1215mm，因為帶輪的最小孔直徑為42mm，故需要將其鑄造出來。2.5.4 起模斜度為使模樣容易從鑄型中取出或砂芯自芯盒中脫出，不致?lián)p壞砂型和砂芯，應(yīng)該在平行于起模方向上使

13、模樣和芯盒壁具有一定的斜度。這個斜度，稱為起模斜度。起模斜度應(yīng)在鑄件上沒有結(jié)構(gòu)斜度的、垂直于分型面的表面上應(yīng)用。初步設(shè)計的起模斜度如下：外形模的A面（如圖5所示），高度為85mm，查鑄造工藝學(xué)表6-11知，粘土砂造型時模樣的起模斜度為=0°30，a=1.0mm。外形模的B面（如圖5所示），高度為2.5mm，查表6-11知，粘土砂造型時模樣的起模斜度為=2°20，a=0.4mm。內(nèi)腔的C面（如圖5所示），高度為90mm，查表6-11知，粘土砂造型時模樣的起模斜度為=0°30，a=1.0mm。但是同一鑄件要盡量選用同一起模斜度，以免加工金屬模時頻繁更換刀具。且起模斜度

14、應(yīng)小于或等于產(chǎn)品圖上所規(guī)定的起模斜度值，以防止零件在裝配或中工作與其他零件相妨礙。因為帶輪零件圖上規(guī)定鑄造斜度為1:20，內(nèi)腔錐度為1:10，所以選用同一起模斜度為=2°20,a=0.4mm。由于A、C面都是和其他零件配合的重要加工面，故起模斜度的形式選用增加壁厚法。而B面為非加工面，故起模斜度的形式選用加減壁厚法。 圖5 模樣起模斜度示意圖2.5.5 鑄造圓角鑄件上相鄰兩壁間的交接角，應(yīng)做出鑄造圓角，帶輪零件圖要求鑄造圓角為R5。2.5.6 工藝補正量在單件小批量生產(chǎn)中，由于選用的縮尺與鑄件的實際收縮率不符，或由于鑄件產(chǎn)生了變形等原因，使得加工后的鑄件某些部分的壁厚小于圖樣要求尺寸

15、，嚴重時會因強度太弱而報廢。因此工藝需要在鑄件相應(yīng)的非加工壁厚上增加層厚度稱為工藝補正量。但帶輪在大批量生產(chǎn)前的小批量試制和試產(chǎn)過程中將進行調(diào)整尺寸變化，所以設(shè)計中不考慮工藝補正量。2.5.7 鑄造收縮率鑄造收縮率K的定義是 K=（LM-Lj）/Lj×100式中 LM模樣（或芯盒）工作面的尺寸； Lj鑄件尺寸。通常，灰鑄鐵K=0.71.0。3.5.7 分型負數(shù)干砂型、表面烘干型以及尺寸較大的濕砂型，分型面由于烘烤，修整等原因一般都不很平整，上下型接觸面很不嚴。為了防止?jié)沧r分型面跑鐵液，合箱前需要在分型面之間墊以石棉繩或耐火泥條，這樣在分型面處明顯增加了鑄件的尺寸。為了保證鑄件尺寸精

16、確，在擬定工藝時為抵掉鑄件增加的尺寸而在模樣上減去相應(yīng)的尺寸稱為分型負數(shù)。而帶輪是濕型且是小型鑄件，故不予考慮分型負數(shù)。3 澆注系統(tǒng)3.1 澆注系統(tǒng)類型選擇澆注系統(tǒng)分為封閉式澆注系統(tǒng)、開放式澆注系統(tǒng)、半封閉式澆注系統(tǒng)和封閉-開放式澆注系統(tǒng)。因為封閉式澆注系統(tǒng)控流截面積在內(nèi)澆道，澆注開始后，金屬液容易充滿澆注系統(tǒng)，呈有壓流動狀態(tài)。擋渣能力強，但充型速度快，沖刷力大，易產(chǎn)生噴濺，金屬液易氧化。適用于濕型鑄件小件。而帶輪就是采用濕型的鑄件小件，所以選擇封閉式澆注系統(tǒng)。3.2 澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 采用頂注式澆注系統(tǒng)，內(nèi)澆道設(shè)在鑄件頂部，金屬液由頂面流入型腔。易于充滿，有利于鑄件形成自下而上的凝固順序，補

17、縮效果好。澆注系統(tǒng)簡單，造型及清理方便，金屬液消耗少。3.3 內(nèi)澆口位置及數(shù)量的確定帶輪結(jié)構(gòu)較為簡單且是小型件，故每個鑄件上只用一個內(nèi)澆道。為了方便造型，內(nèi)澆道開設(shè)在分型面上。因為鑄件全部位于下箱，這樣鑄件凝固順序為由下至上凝固，這樣有利于帶輪的重要部分先凝固并得到補縮，如此內(nèi)澆道則開設(shè)在厚壁處引入金屬液，如圖6所示。 圖6 內(nèi)澆口位置3.4 澆注系統(tǒng)尺寸計算3.4.1 直澆道的位置與高度實踐證明，直澆道過低會使充型及液態(tài)補縮壓力不足，容易出現(xiàn)鑄件棱角和輪廓不清晰、澆不到、上表面縮沉等缺陷。初步設(shè)計直澆道高度等于上沙箱高度250mm。但應(yīng)檢驗該高度是否足夠。檢驗依據(jù)：剩余壓力應(yīng)滿足與壓力角的如

18、下關(guān)系，即 HMLtan式中 HM最小剩余壓力頭； L直澆道中心到鑄件最高且最遠點的水平投影距離； 壓力角。查表3-9知，為67，取7°。Ltan=145×tan7°mm18mm因為鑄件全部位于下箱，所以剩余壓力頭HM等于上箱高度290mm，經(jīng)過驗證剩余壓力頭滿足壓力角的要求。3.4.2 計算澆注時間并核算金屬上升速度 根據(jù)鑄件圖計算單個鑄件的體積V= 3.14*(602-302) *90+ 3.14*(682-602)*18+3.14*(1452-1182)*85+ 3.14*(1452-1102)*18mm33220.6cm3由鑄造實用手冊相關(guān)表知，球墨鑄鐵的

19、密度為7.3g/cm3,則單個鑄件的質(zhì)量m=V=3220.6*7.3=23.5kg。帶輪大批量生產(chǎn)的工藝出品率約為85%，可估計鑄型中鐵水總重量GG=23.5/85%28kg由鑄造工藝學(xué)知，球墨鑄鐵鑄件的澆注時間 t=s1*(G)1/3=2.0*（37*28）1/320s計算鐵水液面上升速度上升=C/t=90/20mm/s=4.5mm/s核算鑄鐵液上升速度，由表3-2知，型內(nèi)鑄鐵液最小上升速度為810mm/s，計算值小于核算值。由于此鑄件快澆有些困難，工裝條件又不允許直立或側(cè)立澆注，便將鑄型傾斜15°。此時鑄件高度由C（90mm）變?yōu)镃1，C1值可作近似計算：C1=90+290sin

20、15°=165mm，并可求出v8.3mm/s。基本上滿足了對上升速度的要求。3.4.3 計算阻流截面積F阻查材料成形工藝圖3-16知，球墨鑄鐵件流量系數(shù)=0.6根據(jù)水力學(xué)計算公式： F阻=G/0.31(H均) 1/2式中 F阻澆注系統(tǒng)阻流（最?。┙孛娣e（cm ²）; G流經(jīng)阻流面積的金屬液總質(zhì)量（kg）； 澆注時間（s）； 流量系數(shù)； Hp 充填型腔時的平均靜壓頭(cm)，對于頂注式H均=Ho，本例中H均=29cm。 F阻=28/(0.31*20*0.6*(29)1/2)=1.4cm23.4.4 確定各組元截面積比 封閉式澆注系統(tǒng)組元截面比一般為： A直：A橫：A內(nèi)=1.1

21、5：1.1:13.5 澆注系統(tǒng)各單元結(jié)構(gòu)及尺寸3.5.1 澆口杯結(jié)構(gòu)及尺寸 澆口杯用來承接來自澆包的金屬液并引入直澆道，以防金屬液飛濺和外溢，有利于澆注并能分離浮渣和氣泡等。因為漏斗形澆口杯結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，其本身消耗金屬液少，主要用于小型鑄件，在機器造型中廣泛使用，故采用漏斗形澆口杯。其斷面形狀如圖7所示： 圖7 澆口杯截面示意圖澆口杯截面尺寸由鑄造技術(shù)應(yīng)用手冊 表4-4查得，D1=68mm，D2=64mm，h=52mm 3.5.2 直澆道的結(jié)構(gòu)及尺寸直澆道將金屬液導(dǎo)入型腔，提供壓力頭以克服流動阻力充滿型腔。直澆道一般為圓形。機器造型機上使用直澆道多是上小下大的倒錐形，這時要靠增加直澆道的

22、出口阻力，如在直澆道中增加濾網(wǎng)。由于設(shè)計直澆口有一個，因此S直=1.15*1.4=1.61cm²，直澆道截面尺寸如圖8所示： 圖8 直澆道截面尺寸圓形斷面大小由鑄造工藝設(shè)計查表3-240得：D=15mm 為了方便取模，直澆道通常做成上小下大的倒圓錐形，（通常錐度取1/50），因此直澆道上端是直徑約為：D1=15+（1/50）*250=20mm3.5.3 橫澆道結(jié)構(gòu)及尺寸橫澆道起使金屬液流平穩(wěn)和擋渣的作用。為加強橫澆道的擋渣效果，可采取阻流式的擋渣措施，即在橫澆道中底部分別設(shè)置一水平縫隙阻流和一垂直狹小截面的阻流片。液流先通過阻流后又突然擴大，流量不變，流速減小，有利于雜質(zhì)上浮。由于設(shè)

23、計橫澆道有一個，因此S橫=1.1*1.4=1.54cm ²，橫澆道形狀取梯形斷面形狀如圖9所示： 圖9 橫澆道截面尺寸查鑄造工藝設(shè)計表3-241知，A=15mm，B=10mm，C=16mm3.5.4 內(nèi)澆道結(jié)構(gòu)及尺寸內(nèi)澆道的功能是控制充型速度和方向，分配金屬，調(diào)節(jié)鑄件各部位的溫度和凝固順序，澆注系統(tǒng)的金屬液通過內(nèi)澆道對鑄件有一定的補縮作用。由于設(shè)計內(nèi)澆口有一個，因此S內(nèi)=1.4cm²，內(nèi)澆道形狀取梯形斷面形狀如圖10所示： 圖10 內(nèi)澆道截面尺寸查鑄造工藝設(shè)計表3-242知，a=20mm，b=18mm，c=8mm4 冒口的設(shè)計冒口是鑄型內(nèi)用于儲存金屬液的空腔，在鑄件形成時補

24、給金屬，有防止縮孔、縮松、排氣、集渣的作用。由于實用冒口的工藝出品率高，鑄件質(zhì)量好，成本低，比通用冒口更實用，故選用實用冒口。鑄件的散熱面積A=3.14*（60*60-30*30）+3.14*（145*145-118*118）=307.8cm ²，所以鑄件的模數(shù)M=V/A=3220.6/307.8=10.5cm，故球墨鑄鐵鑄件選用直接實用冒口。4.1 冒口的體積對于QT450-10鑄件，從澆注溫度（tp）冷卻到共晶溫度（1150°C）的體收縮率依下式計算得液=（90+30*3.6）（ tp -1150）×10-6+0.9×10-2冒口體積比鑄件所需補縮的鐵液量要大些。為了更好地發(fā)揮直接實用冒口的補縮作用，可采用大氣壓力冒口的形式，在冒口頂部放置大氣壓力砂芯或造型時做出錐頂砂凸。4.2 冒口頸的計算冒口頸的模數(shù)Mn的計算公式：Mn=Mc(tp-1150)/( tp-1150+L) 式中 Mn冒口頸模數(shù)； Mc鑄件的“關(guān)鍵”模數(shù)； tp澆注溫度； L鑄鐵的熔化熱，其值為209J/g。 冒口頸的位置，可選在最關(guān)鍵部分或更厚的任何部分上。冒口設(shè)在最高部位能節(jié)約金屬。5 冷鐵的設(shè)計5.1冷鐵放置位置的確定外冷鐵的位置和激冷能力的選擇，保證補縮通道