鑄造工藝課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目： 進(jìn)氣管零件鑄造工藝設(shè)計(jì) 院 系： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 班 級(jí)： 1404 設(shè) 計(jì) 者： 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師： 陳姍姍 設(shè)計(jì)時(shí)間: 2017.5.8-2017.5.19 安徽信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書安徽信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書姓名：黃冬怡 專業(yè)：材料成型及控制工程院系：機(jī)械工程系班級(jí)：材料1404任務(wù)起止日期：2017年5月8日-2017年5月19日課程設(shè)計(jì)題目：發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管零件鑄造工藝設(shè)計(jì)已知技術(shù)參數(shù)：發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管零件圖一張?jiān)O(shè)計(jì)要求：1、材料：球墨鑄鐵2、鑄型方法：砂型（覆膜砂）鑄造，手工制芯3、生產(chǎn)方式：大批量，機(jī)械化生產(chǎn)設(shè)計(jì)任務(wù)要求：1、

2、設(shè)計(jì)繪制零件鑄造工藝圖 1張2、設(shè)計(jì)繪制（上或下）模板裝配圖 1張3、編寫鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 1份工作計(jì)劃安排：1、2017.5.8讀圖和收集資料2、2017.5.9初步確定澆注工藝方案，組員任務(wù)分配3、2017.5.102017.5.13各組員進(jìn)行各自設(shè)計(jì)任務(wù)工作環(huán)節(jié)，初步畫出鑄件圖，鑄件工藝圖4、2017.5.14將各組員處理好的文檔和圖片進(jìn)行整合排版5、2017.5.15對(duì)初稿和鑄件圖進(jìn)行集體討論，并提出改進(jìn)意見6、2017.5.162017.5.17向老師詢問(wèn)意見，對(duì)說(shuō)明書進(jìn)行改進(jìn)7、2017.5.18整理完成所有內(nèi)容同組設(shè)計(jì)者及分工何祥：零件內(nèi)容和生產(chǎn)方式以及摘要的編寫。黃冬怡：

3、零件三維設(shè)計(jì)圖和鑄造工藝圖的繪畫，負(fù)責(zé)鑄造工藝方案和工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)，以及補(bǔ)縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)和合金熔煉的編寫。黃江松：負(fù)責(zé)鑄造零件的工藝性分析和澆注系統(tǒng)的參數(shù)確定，以及說(shuō)明書的整理和排版。計(jì)安魁：澆注系統(tǒng)和砂芯的設(shè)計(jì)及相應(yīng)的說(shuō)明圖片的繪畫，以及鑄件的CAE模擬分析。姜喜銘：負(fù)責(zé)砂箱和模樣的設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的圖片設(shè)計(jì)。指導(dǎo)教師意見：指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日系主任意見：系主任簽字： 年 月 日目錄課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書1摘 要- 1 -第一章 零件特點(diǎn)及生產(chǎn)方式- 2 -1.1零件結(jié)構(gòu)分析- 2 -1.2鑄件生產(chǎn)方式- 3 -1.3 造型造芯材料的選擇- 4 -第二章 零件的鑄造工藝性分析- 7 -2.1 零件鑄造

4、的工藝性分析- 7 -2.2零件結(jié)構(gòu)分析- 8 -2.3鑄件的臨界壁厚- 8 -2.4鑄件壁的過(guò)渡和連接- 9 -2.5小結(jié)- 10 -第三章 鑄造工藝方案- 11 -3.1鑄造工藝方案- 11 -3.1.1澆注位置的確定- 11 -3.1.2分型面的確定- 14 -3.2砂芯的設(shè)計(jì)- 15 -3.2.1砂芯方案的確定- 15 -3.2.2砂芯形狀- 16 -3.2.3芯頭設(shè)計(jì)- 17 -3.2.4起模斜度- 18 -3.2.5芯骨設(shè)計(jì)- 20 -3.3鑄造工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)- 22 -3.3.1鑄件尺寸公差和鑄件質(zhì)量公差- 22 -3.3.2加工余量- 22 -3.3.3鑄件收縮率- 24 -3

5、.3.4最小鑄出孔和槽- 24 -3.3.5工藝補(bǔ)正量- 25 -第四章 澆注系統(tǒng)類型的選擇- 26 -4.1球墨鑄鐵件澆注系統(tǒng)的特點(diǎn)分析- 26 -4.2鑄件澆注系統(tǒng)的選擇- 26 -4.3澆注系統(tǒng)內(nèi)澆道的選擇- 28 -4.4澆注系統(tǒng)各組元澆口比的選擇- 29 -4.5澆注系統(tǒng)澆注時(shí)間的確定- 29 -4.6澆口杯設(shè)計(jì)- 30 -4.7澆注系統(tǒng)尺寸計(jì)算- 31 -4.7.1最小剩余壓頭- 31 -4.7.2平均靜壓頭- 31 -4.7.3各組元的橫截面積尺寸- 32 -4.7.4澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)校核- 35 -4.7.5過(guò)濾器的設(shè)計(jì)- 36 -4.8澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)- 37 -第五章 補(bǔ)縮系統(tǒng)-

6、39 -5.1補(bǔ)縮系統(tǒng)- 39 -5.2冒口的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及原理- 39 -5.3冒口的類型- 40 -5.4冒口的設(shè)計(jì)- 41 -5.5鑄件成品率的校核- 44 -第六章 鑄造工藝裝備- 46 -6.1鑄造工藝裝備- 46 -6.2模樣- 46 -6.3芯盒- 47 -6.4砂箱- 47 -6.4.1設(shè)計(jì)和選用砂箱的基本原則- 47 -6.4.2砂箱類型的選擇- 48 -6.4.3砂箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 48 -6.4.4鋁合金砂箱的使用參數(shù)- 50 -6.4.5砂箱的定位設(shè)計(jì)- 50 -鑄造工藝卡片- 52 -第七章 合金熔煉- 53 -7.1QT400-15熔煉組織性能要求- 53 -7.1.1QT

7、400-15球墨鑄鐵組織- 53 -7.1.2組織性能- 53 -7.2化學(xué)成份的選擇及其作用- 54 -7.3熔煉設(shè)備及材料的選擇- 55 -7.3.1熔煉設(shè)備- 55 -7.3.2原材料要求- 55 -7.4球化孕育工藝- 56 -7.4.1原鐵液熔煉- 56 -7.4.2増?zhí)继幚? 56 -7.4.3球化孕育工藝- 56 -7.5熔煉工藝流程- 57 -7.5.1熔煉操作- 57 -7.5.2球化處理- 57 -7.5.3孕育處理- 57 -7.5.4爐前控制- 57 -第八章 鑄造模擬工藝性分析- 59 -8.1鑄造工藝分析- 59 -8.2鑄件凝固過(guò)程- 59 -參考文獻(xiàn)- 64 -

8、附 圖- 65 -鑄造工藝圖- 65 -上下砂型- 67 -摘 要發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管對(duì)工作環(huán)境要求零件本身有一定的強(qiáng)度，同時(shí)要求零件的尺寸精度高，零件的表面精度高。本文的閥門材質(zhì)為球墨鑄鐵，與傳統(tǒng)的鑄鐵材料相比，球墨鑄鐵是通過(guò)球化和孕育處理得到球狀石墨，有效地提高了鑄鐵的機(jī)械性能，特別是提高了塑性和韌性，從而得到比碳鋼還高的強(qiáng)度。本設(shè)計(jì)在對(duì)進(jìn)氣管的鑄造工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，以符合實(shí)際應(yīng)用情況、工藝簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)性為要求為三大原則，緊隨鑄造工藝的發(fā)展趨勢(shì)，采用覆膜砂造型，熟練使用、等軟件進(jìn)行鑄造工藝的設(shè)計(jì)與改善。在此原則的基礎(chǔ)上進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算，并且最終得出符合以上原則的工藝設(shè)計(jì)方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們對(duì)零件進(jìn)行

9、了詳細(xì)的分析和資料查詢，根據(jù)C進(jìn)氣管件的具體尺寸以及實(shí)際鑄造過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種情況和一些重要的工作部位，以最大程度上滿足鑄件的實(shí)際應(yīng)用為原則。我們通過(guò)對(duì)鑄件實(shí)際應(yīng)用情況以及鑄件結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸的詳細(xì)分析設(shè)計(jì)了鑄造生產(chǎn)時(shí)的“澆注位置”、“分型面”，設(shè)計(jì)了砂芯的形狀和澆注系統(tǒng)，補(bǔ)縮冒口等鑄造工藝方案以及鑄造生產(chǎn)所涉及到的“機(jī)械加工余量”、“拔模斜度”、“鑄造收縮率”等工藝參數(shù)。應(yīng)用華鑄CAE軟件剖分網(wǎng)格，對(duì)鑄件進(jìn)行充型凝固過(guò)程數(shù)值模擬，分析鑄件的縮松縮孔，將本鑄件的鑄造工藝進(jìn)一步優(yōu)化，得出具體加冷鐵的位置，盡可能的消除縮松縮孔缺陷，得到高質(zhì)量的鑄件。由于本次設(shè)計(jì)的零件體積重量較大，所以選用砂型鑄

10、造的造型方法。由于砂型鑄造所用的造型材料價(jià)廉易得，鑄型制造簡(jiǎn)便，對(duì)鑄件的單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)均能適應(yīng)，砂型鑄造較之其它鑄造方法成本低、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短。關(guān)鍵詞：進(jìn)氣管 鑄造工藝設(shè)計(jì) 數(shù)值模擬優(yōu)化第一章 零件特點(diǎn)及生產(chǎn)方式1.1零件結(jié)構(gòu)分析1. 零件名稱：進(jìn)氣管2. 材質(zhì)：QT400-153. 技術(shù)要求：a) 覆膜砂造型，加工表面不得有夾渣，縮松和疏松缺陷，進(jìn)氣管不得漏水。b) 非加工表面不得有明顯缺陷、不允許用堵塞、錘擊、釬焊、浸漬、焊接等方法消除泄露。c) 具有較高強(qiáng)度，內(nèi)外表面光潔度好，不允許出現(xiàn)粘砂。4. 零件的形狀：圖 1閥體三維圖形圖 1閥體三維圖形5. 零件特點(diǎn)：整

11、體結(jié)構(gòu)相對(duì)對(duì)稱，內(nèi)部為空腔，零件的輪廓尺寸為直徑296mm,高366mm。重量為18Kg,最厚大部位為26.5mm,最薄部分厚度為8mm,最大孔徑為190mm,最小孔徑為13.5mm。11.11.2鑄件生產(chǎn)方式零件“進(jìn)氣管”凈重18kg，零件的輪廓尺寸為366mm296mm，屬于小型零件。小型零件的鑄造生產(chǎn)相對(duì)來(lái)說(shuō)可以采用機(jī)械化流水線生產(chǎn)。一般鑄造還可以按金屬液的澆鑄工藝分為重力鑄造和壓力鑄造、離心鑄造、反重力鑄造等等。其中重力鑄造是指金屬液在重力作用下注入鑄型的工藝，所以也稱為澆鑄。重力鑄造一般包括包括砂型澆鑄、金屬型澆鑄、熔模鑄造，泥模鑄造等，本鑄件采用砂型澆注，選用的澆鑄方式是重力鑄造。

12、根據(jù)題目所給的鑄造要求，由于本鑄件為小型鑄件本鑄件采用覆膜砂造型。殼型砂是一種在造型、制芯前砂粒表面已經(jīng)覆蓋有一層固態(tài)殼型膜的砂。殼型砂與普通粘土砂、水玻璃砂相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，主要用于大批量、質(zhì)量要求高的的中、小件造型及大批量鑄件的制芯。優(yōu)點(diǎn)：1）鑄件尺寸精度高、質(zhì)量好、加工余量小，鑄件尺寸精度可達(dá)CT7CT8級(jí)。2）鑄件表面光潔、粗糙度可達(dá)6.312.5m。3）可澆注薄壁鑄件，鑄件廢品率低。4）流動(dòng)性與成形性好、輪廓清晰，能夠制造復(fù)雜砂芯。5）提高了生產(chǎn)率。零件“進(jìn)氣管”鑄造過(guò)程中所使用的材料為球墨鑄鐵，而球墨鑄鐵在凝固的過(guò)程中石墨的析出會(huì)產(chǎn)生較大的體積膨脹，從而會(huì)引起鑄型型腔的尺寸擴(kuò)大，倘

13、若鑄型的強(qiáng)度相對(duì)較低低，那么將會(huì)引起鑄型型腔擴(kuò)大，而導(dǎo)致鑄型破壞。采用殼型粘結(jié)劑作為型砂和芯砂的粘接劑能夠獲得較高強(qiáng)度的砂型和砂芯，且材料退讓性相對(duì)較好，對(duì)于保證鑄件的質(zhì)量是有較大作用的。所以，零件“進(jìn)氣管”采用自硬殼型砂作為砂型和砂芯的造型材料，采用機(jī)械造型（芯）。大批量生產(chǎn)砂型的主要方法，能夠顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件，并提高鑄件的尺寸精度、表面質(zhì)量，使加工余量減小。機(jī)器造型工藝是采用模底板進(jìn)行兩箱造型。模底板是將模樣、澆注系統(tǒng)沿分型面與底板聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體的專用模具。造型后，底板形成分型面，模樣形成鑄型空腔。機(jī)器造型的主要過(guò)程為：填砂震擊緊砂輔助壓實(shí)起模0.1砂型鑄造機(jī)器造型示意圖1

14、.3 造型造芯材料的選擇殼型砂的原材料主要由人造殼型（粘結(jié)劑）、原砂、烏洛脫品（硬化劑）、硬脂酸鈣（潤(rùn)滑劑）以及其它附加物（石英粉、水、煤油等）組成。（一）、殼型粘結(jié)劑1、殼型粘結(jié)劑的分類酚醛殼型（PF）是由酚類和醛類縮合而成的一類殼型的總稱。其中性能最好、應(yīng)用較廣的是甲醛縮合而成的高聚物。在聚縮反應(yīng)中，由于原材料配比和介質(zhì)的酸堿性不同，可以得到熱塑性線型殼型，也可以得到熱固性體型殼型。1）、熱塑性線型殼型在苯酚過(guò)剩和用酸性催化劑（如Hcl）的條件下進(jìn)行縮合反應(yīng)得到熱塑性線型殼型。這種殼型由于苯酚過(guò)剩，便于長(zhǎng)期存放。特點(diǎn)：淡黃色固體，加熱時(shí)熔化，有可塑性，能溶于酒精等溶液。殼型殼型砂用的粘結(jié)劑

15、就是這種熱塑性線型酚醛殼型。2）、熱固性體型殼型在甲醛過(guò)剩和用堿性催化劑如Ba(OH)的條件下進(jìn)行縮合反應(yīng)而值得熱固性體型酚醛殼型。其有甲、乙、丙三階段產(chǎn)物。作為粘結(jié)劑使用的酚醛殼型系分子量在7001000左右的甲階酚醛殼型。熱芯盒法用的2124液態(tài)酚醛殼型就是熱固性殼型的乙階段產(chǎn)物。（二）原砂覆膜砂（殼型）對(duì)原砂要求較高，一般選用天然硅砂，也可用鋯砂、鉻鐵礦砂、或其他類似的耐火材料及混合砂等。1、粒度：主要取決于產(chǎn)品的使用要求，一般可選用140/70、70/140、100/200目的細(xì)砂。從減少殼型的加入量角度看，原砂粒度宜相對(duì)集中，但過(guò)于集中會(huì)加劇硅砂高溫狀態(tài)下的膨脹量，造成脈紋缺陷，故一

16、般選擇分布在相鄰45個(gè)篩上（四篩砂為宜），在不影響鑄件表面粗糙度的前提下盡可能選用粗的砂子，這有利于減少殼型加入量和覆膜砂的發(fā)氣量，并減少其脫殼傾向，且可以保證殼型砂具有較高的強(qiáng)度，適當(dāng)?shù)耐笟庑院土鲃?dòng)性。2、粒形：所用原砂粒形因?yàn)閳A形,即角形系數(shù)小于1.3。圓形砂在獲得同樣強(qiáng)度時(shí)，殼型的加入量少，發(fā)氣量低，流動(dòng)性好。3、SiO2含量：從提高鑄件內(nèi)腔質(zhì)量、減少粘砂角度看，SiO2含量宜高。一般應(yīng)大于90。4、含泥量、微粉含量、含水量:砂中的泥分、微粉（200目以下）含量高，將大大吸附殼型，增加殼型的消耗量，降低型、芯強(qiáng)度。一般原砂應(yīng)經(jīng)過(guò)水洗、擦洗、及干燥。5、堿性氧化物少：原砂中的堿性氧化物會(huì)增

17、加殼型砂的堿性，降低砂的熔點(diǎn)，且使殼型砂在存放過(guò)程中結(jié)塊，使流動(dòng)性變差，影響制殼（芯）時(shí)的吹砂性能。（三）硬化劑：1、常用的硬化劑是六亞甲基四胺（烏洛脫品），其分子式為（CH）6N4。硬化作用是由于它受熱后和混合料中的水份作用，生成甲醛并放出氨氣。反應(yīng)式：（CH2）6N46H2O6HCHO4NH3生成的甲醛與熱熱塑性線型酚醛殼型進(jìn)一步反應(yīng)，從而使殼型由線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)，把砂粒粘結(jié)成堅(jiān)固的型殼。加入量一般占?xì)ば图尤肓康?015，并以1：1（重量比）或1：1.5配成水溶液加入。2、技術(shù)要求：純度：99%水份：0.5灰份：0.03%（四）其它附加物為改善覆膜砂的性能，有時(shí)還加入一些附加物，主要

18、用：1、硬脂酸鈣：加入硬脂酸鈣可以增加覆膜砂的流動(dòng)性和強(qiáng)度，使型（芯）表面致密、光潔，制殼時(shí)易于脫模。此外，它還能使殼型砂儲(chǔ)存時(shí)不結(jié)塊。其加入量一般為占砂重的0.250.5。(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JB/T88342001)為：硬脂酸鈣為殼型量的6。2、石英粉：加入石英粉可以改善鑄件表面光潔度，但200目以下的石英粉宜少加，否則影響強(qiáng)度。一般加入量占砂重2左右。3、水： 水作為烏洛脫品的溶劑，使它能均勻分布，并起控制混砂過(guò)程化學(xué)反應(yīng)速度及降溫作用。（四）殼型樹脂砂的制備若要采用自硬殼型砂作為砂型和砂芯的造型材料，一般采用熱法混制：1、先將原砂加熱到140-160，加入樹脂與熱砂混勻，樹脂熔化并包覆在砂粒表面

19、.2、當(dāng)砂溫降到105-110時(shí)，加入六亞甲基四胺水溶液，吹風(fēng)冷卻。3、冷卻后加入硬脂酸鈣混勻，冷卻到30以下，破碎、篩分裝袋備用對(duì)于材料的具體選擇及配件比詳情如表表 0.1所示：表 0.1材料種類、性能及配比成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）原砂100硬脂酸鈣0.250.35樹枝粘結(jié)劑13（占原砂質(zhì)量）附加物0.10.5硬化劑1015（占?xì)ば唾|(zhì)量）第二章 零件的鑄造工藝性分析2.1 零件鑄造的工藝性分析零件結(jié)構(gòu)本身適應(yīng)鑄造工藝要求并能保證鑄件質(zhì)量的性能，稱為零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性。鑄件的生產(chǎn)，不僅需要采用合理的、先進(jìn)的鑄造工藝和設(shè)備，而且還要求零件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)適合鑄造生產(chǎn)的要求，而且要保證鑄件

20、質(zhì)量并簡(jiǎn)化。零件的鑄造工藝性分析包括考察鑄件的最小壁厚、鑄件的臨界壁厚、鑄件壁的過(guò)渡和連接肋、鑄造斜度等內(nèi)容。鑄件工藝性分析的作用：1. 審查零件結(jié)構(gòu)是否符合鑄造生產(chǎn)的工藝性要求；2. 在既定的零件結(jié)構(gòu)條件下，考慮在鑄造過(guò)程中可能出現(xiàn)的主要缺陷，在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)采取的工藝措施。鑄造工藝設(shè)計(jì)的意義在于：（1）有利于采用先進(jìn)的工藝獲得高質(zhì)量、低成本的鑄件； （2）根據(jù)工藝進(jìn)行工序檢查，產(chǎn)生鑄造缺陷時(shí)便于尋找原因、采取糾正措施。（3）根據(jù)工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行技術(shù)準(zhǔn)備，如準(zhǔn)備砂箱、芯骨、必要的工藝裝備和工具，有利于保證正常的生產(chǎn)秩序，方便生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度；（4）可以不斷的積累和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高鑄造生產(chǎn)技術(shù)水平。零

21、件“進(jìn)氣管”的結(jié)構(gòu)及主要尺寸如圖2.1所示。零件的輪廓尺寸為366mm296mm，整體結(jié)構(gòu)相對(duì)對(duì)稱，壁厚均勻，最大壁厚為20mm，最小壁厚為8mm，最大孔徑190mm，最小孔徑12.5mm。圖2.1零件整體結(jié)構(gòu)及尺寸2.2零件結(jié)構(gòu)分析為保證合金液具有足夠的充型能力，在設(shè)計(jì)鑄件壁厚時(shí)，要考慮合金液的流動(dòng)性和鑄件的輪廓尺寸。在一定的鑄造條件下，鑄造合金能充滿鑄型的最小壁厚度稱為該鑄造合金的最小壁厚。為了避免鑄件的澆不到和冷隔等缺陷，應(yīng)使鑄件的設(shè)計(jì)壁厚不小于最小壁厚。本鑄件的最大輪廓尺寸為366mm，根據(jù)表2.1可以查出最小壁厚為8mm。對(duì)于零件“進(jìn)氣管”，其最小壁厚為8mm，因此滿足鑄件的最小壁厚

22、要求。 表 2砂型鑄造鑄鐵件的最小壁厚鑄鐵種類當(dāng)鑄件最大輪廓尺寸為下列值時(shí)2000球墨鑄鐵3-44-88-1010-12-2.3鑄件的臨界壁厚在鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為了充分發(fā)揮金屬的潛力，節(jié)約金屬，必須考慮鑄造合金的力學(xué)性能對(duì)鑄件壁厚的敏感性。厚壁鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮松、晶粒粗大、偏析和硬度低等缺陷，從而使鑄件的力學(xué)性能下降。從這方面考慮，各種鑄造合金都存在一個(gè)臨界壁厚，鑄件的壁厚超過(guò)臨界壁厚以后，鑄件的力學(xué)性能并不按比例地隨著鑄件厚度的增加而增加，而是顯著地下降。尤其對(duì)厚大的球墨鑄鐵件，易出現(xiàn)球化衰退現(xiàn)象，造成球化不良，使鑄件的力學(xué)性能顯著惡化。根據(jù)文獻(xiàn) ，砂型鑄造各種鑄件合金鑄件的臨界壁厚可按其

23、最小壁厚的3倍來(lái)做考慮。零件“進(jìn)氣管”的最大壁厚為20mm，最小壁厚為8mm，最大壁厚低于臨界壁厚24mm。為了防止零件厚大部位在鑄造過(guò)程中出現(xiàn)縮松縮孔等鑄造缺陷，需要結(jié)合球墨鑄鐵體積膨脹的特點(diǎn)進(jìn)行縮補(bǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。表 3 砂型鑄造各種鑄造合金鑄件的臨界壁厚合金種類與牌號(hào)當(dāng)鑄件重量為下列值時(shí)（Kg）0.1-2.52.5-1010球墨鑄鐵QT40015QT450101015-2050QT50007QT6000314-1818-20602.4鑄件壁的過(guò)渡和連接砂型造型鑄件設(shè)計(jì)，不僅要考慮工作功能和力學(xué)性能的要求，還必須考慮合金鑄造性能、鑄造工藝對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的要求。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)鑄件質(zhì)量、生產(chǎn)率

24、和制造成本都有很大影響。鑄件的結(jié)構(gòu)，假如不能滿足合金鑄造性能的要求，將可能產(chǎn)生澆不到、冷隔、縮孔、縮松、氣孔、裂紋和變形等缺陷。保證金屬的充型能力，鑄造時(shí)就不易產(chǎn)生澆不到、冷隔等缺陷，而且能鑄出鑄件的最小壁厚也小。但是，鑄件壁也不宜太厚。厚壁鑄件晶粒粗大，組織疏松，易產(chǎn)生縮孔和縮松，力學(xué)性能下降。鑄件受載荷能力并不是隨截面積增大成比例地增加。設(shè)計(jì)過(guò)厚的鑄件壁，將會(huì)造成金屬浪費(fèi)。為了提高鑄件承載能力而不增加壁厚，鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)選用合理的截面形狀。此外，鑄件內(nèi)部的肋或壁，散熱條件比外壁差，冷卻速度慢。為防止內(nèi)壁的晶粒變粗和產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，一般內(nèi)壁的厚度應(yīng)小于外壁。鑄件各部分壁厚若相差過(guò)大，厚壁處會(huì)產(chǎn)

25、生金屬局部積聚形成熱節(jié)，凝固收縮時(shí)在熱節(jié)處易形成縮孔、縮松等缺陷。此外，各部分冷卻速度不同，易形成熱應(yīng)力，致使鑄件薄壁與厚壁連接處產(chǎn)生裂紋。因此在設(shè)計(jì)鑄件時(shí)，應(yīng)盡可能使壁厚均勻，以防止上述缺陷產(chǎn)生。檢查鑄件壁厚是否均勻時(shí)，應(yīng)將鑄件的加工余量考慮在內(nèi)。如果零件圖上各處壁厚是均勻的，加上加工余量后，加工面上的鑄造厚度將增加，鑄件熱節(jié)卻很大分析零件壁的連接過(guò)渡，均勻合理的圓角過(guò)渡，因此零件滿足鑄造的工藝性要求。2.5小結(jié)根據(jù)本章上述分析，鑄件的最小壁厚為8mm，能夠避免鑄件的澆不到和冷隔等缺陷；鑄件的最大壁厚低于臨界壁厚，可按供圖紙中所給定的厚度尺寸進(jìn)行鑄造加工；鑄件壁的過(guò)渡和連接均采用R=5mm的

26、圓角過(guò)渡，符合鑄造工藝。綜上所述，本鑄件滿足鑄造工藝性要求。提高鑄件質(zhì)量的合理結(jié)構(gòu) ，鑄件結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)鑄造合金凝固體收縮和線收縮特性、鑄件結(jié)構(gòu)形狀特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 球墨鑄鐵件的結(jié)構(gòu)，球墨鑄鐵以體積方式凝固。而且共晶石墨是在奧氏體包圍下以共晶團(tuán)形式長(zhǎng)大，相鄰共晶團(tuán)的體積長(zhǎng)大趨于將它們的中心距擠得更開，使其間的孔洞擴(kuò)大，因而補(bǔ)縮性很差產(chǎn)生分散縮松的傾向性大。球墨鑄鐵的彈性模量較灰鑄鐵高，殘余應(yīng)力大，加上相變應(yīng)力，往往使其韌性降低很多因此壁厚不均的球墨鑄鐵件易產(chǎn)生裂紋。- 71 -第三章 鑄造工藝方案3.1鑄造工藝方案3.1.1澆注位置的確定澆注位置是指澆注金屬液時(shí)鑄件在鑄型中所處的位置，澆注位置是根據(jù)

27、鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、尺寸、重量、技術(shù)要求、鑄造合金特性、鑄造方法和鑄造生產(chǎn)車間的條件決定。澆注位置是根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、尺寸、重量、技術(shù)要求、鑄造合金特性、鑄造方法以及生產(chǎn)車間的條件決定的。該進(jìn)氣管的澆注位置有以下五種位置，如圖3所示：正確的澆注位置應(yīng)能保證獲得健全的鑄件，并使造型、制芯和清理方便。 方案一：澆注位置 a 方案二； 澆注位置 b 方案三：澆注位置 c 方案四：澆注位置 d方案五：澆注位置 e圖 2 澆注位置的選擇正確的澆注位置應(yīng)能保證獲得健全的鑄件，并使造型、制芯和清理方便。 確定澆注位置應(yīng)注意以下原則： (1)鑄件的重要部分應(yīng)盡量置于下部 。 (2)重要加工面應(yīng)朝下或直立狀態(tài) 。

28、 (3)使鑄件的答平面朝下，避免夾砂結(jié)疤內(nèi)缺陷 。 (4)應(yīng)保證鑄件能充滿 。(5)應(yīng)有利于鑄件的補(bǔ)縮 。(6)避免用吊砂，吊芯或懸臂式砂芯，便于下芯，合箱及檢驗(yàn)要依據(jù)澆注位置的確定原則選取合理的澆鑄位置。該進(jìn)氣管的重要加工面是兩端端面孔，為了防止進(jìn)氣管工作的時(shí)候漏氣，需要控制孔壁的質(zhì)量，防止在澆注的過(guò)程中產(chǎn)生夾渣，氣孔，縮松縮孔等缺陷。根據(jù)對(duì)澆注系統(tǒng)位置選擇的原則，對(duì)以上四個(gè)澆注位置進(jìn)行分析：澆注位置在鑄件頂部，如圖a和c，稱為頂注式澆注系統(tǒng)。其主要優(yōu)點(diǎn)為：容易充滿，可減少薄壁件澆不到、冷隔方面的缺陷；充型后上部溫度高于底部，有利于鑄件自上而下的順序凝固和冒口的補(bǔ)縮；冒口尺寸小，節(jié)約金屬；內(nèi)

29、澆道附近受熱較輕；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于清除。其缺點(diǎn)為：易造成沖砂缺陷，金屬液下落過(guò)程中接觸空氣，出現(xiàn)飛濺、氧化、卷入空氣等現(xiàn)象，使充型不平穩(wěn)；易產(chǎn)生砂孔、冷豆、氣孔和氧化夾雜物等缺陷，大部分澆注時(shí)間，內(nèi)澆道工作在非淹沒狀態(tài)；橫澆道擋渣條件相對(duì)較差。而圖a、c的分型面不同，澆注位置a更利于補(bǔ)縮，大平面朝下，也利于澆注。澆注位置在鑄件底部，如圖b和d，稱為底注式澆注系統(tǒng)。其主要優(yōu)點(diǎn)為：內(nèi)澆道基本上在淹沒狀態(tài)下工作，充型平穩(wěn)；可避免金屬液激濺、氧化及由此而形成的鑄件缺陷；無(wú)論澆口比是多大，橫澆道基本工作在充滿狀態(tài)下，有利于擋渣；型腔內(nèi)的氣體容易順利排出。其主要缺點(diǎn)是：充型后金屬液的溫度分布不利于順序凝固和

30、冒口補(bǔ)縮；內(nèi)澆道附近容易過(guò)熱，導(dǎo)致縮孔、縮松和結(jié)晶粗大等缺陷；金屬液面上升慢，容易結(jié)皮，難以保證高大的薄壁鑄件充滿，易形成澆不到、冷隔等缺陷；而圖b、d的分型面不同，澆注位置b大平面朝下，更利于澆注。澆注位置在鑄件中間某一高度上，稱為中間注入式澆注系統(tǒng)，如圖e，它對(duì)內(nèi)澆道以下的型腔部分為頂注式，對(duì)內(nèi)澆道以上的型腔部分相當(dāng)于底注式，它兼有頂注式和底注式澆注系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。由于內(nèi)澆道在分型面上開設(shè)，故極為方便，被廣為應(yīng)用，適用于高度不大的中等壁厚的鑄件。由于該鑄件中間薄壁部分面積較大，為保證鑄件的充滿，故對(duì)薄壁部分采用傾斜澆注，所以綜上所述，e圖更適用于該鑄件的澆注。3.1.2分型面的確定鑄造分型面

31、是為了便于取出模樣，將鑄型做成幾部分，其結(jié)合面叫分型面，是鑄型組元間的結(jié)合面。合理的選擇分型面，對(duì)于簡(jiǎn)化鑄造工藝、提高生產(chǎn)率、降低成本、提高鑄件質(zhì)量等都有直接關(guān)系。盡可能將鑄件的全部或大部分放在同一砂箱內(nèi)，以減少因錯(cuò)型造成的尺寸偏差。分型面的選擇應(yīng)盡量與澆注位置一致，盡量使兩者協(xié)調(diào)起來(lái)，使鑄造工藝簡(jiǎn)便，并易于保證鑄件質(zhì)量。根據(jù)分型面的選擇原則，即分型面應(yīng)盡量選用平面分型、分型面應(yīng)選取在鑄件最大投影面處、受力件的分型面不應(yīng)削弱鑄件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、有利于下芯、驗(yàn)型與合型，且應(yīng)減少分型面數(shù)目、盡可能將整個(gè)鑄件或其主要加工面和基準(zhǔn)面置于同一砂箱內(nèi)，以減少因錯(cuò)型造成的尺寸偏差。分型面是指兩半鑄型相互接觸的表

32、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。選擇分型面時(shí)，應(yīng)注意以下原則： （1）應(yīng)使鑄件全部或大部分置于同一半型內(nèi)。 （2）應(yīng)盡可能減少分型面數(shù)目。 （3）平直分型面和曲折分型面的選擇，要盡可能地選擇平直分型面。 （4）分型面應(yīng)選擇在鑄件最大投影面處。 初步對(duì)支座進(jìn)行分析有：分型面的選擇有以下幾種方案該鑄件有以下幾種分型面的選擇： 分型面a 分型面 b分型面 c圖 3 分型面的選擇為方便起模，分型面選在最大投影面處，故選擇C方案作為分型面。3.2砂芯的設(shè)計(jì)砂芯用來(lái)形成鑄件的內(nèi)腔、各種成形孔及外形不易起模的部分。砂芯要滿足的基本要求是：砂芯的形狀、尺寸和在砂型中的位置應(yīng)與鑄件

33、的要求相適應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，在澆注后鑄件凝固過(guò)程中砂芯所產(chǎn)生的氣體能及時(shí)排出型外，鑄件收縮時(shí)砂芯不給予大的阻力，容易清砂。3.2.1砂芯方案的確定對(duì)于進(jìn)氣管，采用的是殼型自硬化制芯。由于涉及不到砂芯的烘干，難以保證鑄件的成型和鑄件的精度，本次設(shè)計(jì)這兩方面不作重點(diǎn)。以下是根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)來(lái)確定所需砂芯的形狀以及精度。圖 4砂芯位置擺放示意圖3.2.2砂芯形狀為了下芯的準(zhǔn)確和方便，我們?cè)诿恳粋€(gè)砂芯上都設(shè)置了固定和銜接的部分。由于鑄件結(jié)構(gòu)需要而形成的凹槽套裝固定，且由其斜度增加穩(wěn)定性。根據(jù)對(duì)鑄件砂芯位置擺放的分析及形腔的需要，擬設(shè)計(jì)的砂芯形狀如下圖所示：圖 5 砂芯形狀圖鑄件生產(chǎn)中，為了快速下芯，

34、合型及質(zhì)量保證，在芯頭的模樣上常常做出壓環(huán)、防壓環(huán)、集砂槽。如圖7所示：圖 6壓環(huán)和集砂槽3.2.3芯頭設(shè)計(jì)鑄造砂芯的端部叫芯頭。指伸出鑄件以外不與金屬接觸的砂芯部分。芯頭只起砂芯在型腔中固定、定位作用，芯頭的尺寸和型腔上芯座尺寸相配合，保證砂芯安裝穩(wěn)定。對(duì)芯頭的要求：定位和固定砂芯，使砂芯在鑄型中有準(zhǔn)確的定位，并能承受砂芯重力及澆注時(shí)液體金屬對(duì)砂芯的浮力使之不被破壞；芯頭應(yīng)能及時(shí)排出澆注后砂芯所產(chǎn)生的氣體至型外；上下芯頭及芯號(hào)容易識(shí)別，不致下錯(cuò)方向或芯號(hào)；芯頭應(yīng)有合適的斜度和間隙。由于砂芯水平放置所以采用水平芯頭，通過(guò)查表和計(jì)算得出芯頭的高度為60mm。圖 7 水平芯頭表 4水平芯頭的尺寸水

35、平芯頭芯頭芯頭長(zhǎng)度 S S11515160 190260 1503.2.4起模斜度當(dāng)鑄件本身沒有足夠的結(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)給出鑄件的起模斜度，以保證鑄型的起模。起模斜度的設(shè)置方法有“增加厚度法”、“減小厚度法”和“加減厚度法”。對(duì)于進(jìn)氣管結(jié)構(gòu)的設(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。起模斜度的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：表 5起模斜度測(cè)量面高度起模斜度起模斜度a/mm40-1000551.6100-16004026250-4000354.2400-6300305.6本鑄件砂芯外表面起模斜度設(shè)計(jì)數(shù)值：表 6砂芯外表起模斜度設(shè)置部位測(cè)量面高度h/mm起模斜

36、度a/mm17405.8同時(shí)，由于芯頭為避免砂芯在澆注時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，故在兩端的芯頭處設(shè)置芯頭定位，從而使砂芯的具有更好的穩(wěn)定性，防止在澆注時(shí)受到液流沖擊而發(fā)生移動(dòng)。故最終得到的砂芯如下：圖 8起模斜度示意圖3.2.5芯骨設(shè)計(jì)為了保證砂芯在制造、運(yùn)輸、裝配和澆注過(guò)程中不變形、不開裂、不折斷，砂芯應(yīng)確保具有一定的強(qiáng)度和剛度，通常在造芯過(guò)程中，向其內(nèi)部裝入芯骨，以提升砂芯的剛度和強(qiáng)度。本鑄件砂芯由于體積較大，如果采用整體實(shí)心造型，則砂芯的重量太重，容易造成砂芯的破壞，所以在砂芯中間留出空腔，在中間插入大型鋼管，鋼管之上打通氣孔，有利于砂芯的排氣，同時(shí)由于鋼管的存在減輕了砂芯的整體重量，且提高了砂芯的強(qiáng)

37、度，能有效防止砂芯的破壞。同時(shí)在外圍的砂芯體中插入芯骨，進(jìn)一步了提高砂型的強(qiáng)度。砂芯為圓柱形砂芯，其需要增加其穩(wěn)定芯，在其內(nèi)部插入曲軸式芯骨。本鑄件砂芯的芯骨采用鋼、鐵管、鋼管，為了方便運(yùn)輸，我們采用可拆式芯骨，芯骨的形狀如圖Error! Reference source not found.所示，砂芯與芯骨關(guān)系及芯參數(shù)如圖所示：表 7芯骨的應(yīng)用砂芯砂芯尺寸采用芯骨1190*336a表 8芯骨尺寸芯骨截面尺寸骨齒直徑a32*700圖 9 芯骨樣式圖圖 10芯骨透視圖3.3鑄造工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)3.3.1鑄件尺寸公差和鑄件質(zhì)量公差 鑄件尺寸公差是指鑄件公稱尺寸的兩個(gè)允許極限尺寸之差。在這兩許極限尺寸

38、之內(nèi)，鑄件可滿足加工、裝配和使用的要求。由該零件“進(jìn)氣管”的技術(shù)要求，該零件的鑄造公差等級(jí)為ISO 8062 CT 12級(jí)，按照GB/T64141999大批量生產(chǎn)的毛坯鑄件公差等級(jí)表，鑄件的尺寸公差數(shù)值表 9鑄件的尺寸公差毛坯鑄件基本尺寸/mmCT12級(jí)鑄件尺寸公差/mm10-164.425-405100-1607160-2508250-4009400-63010鑄件重量公差是以占鑄件公稱重量的百分比表示的重量變動(dòng)的允許范圍。鑄件重量公差等級(jí)與鑄件尺寸的公差等級(jí)應(yīng)對(duì)應(yīng)選取，球墨鑄鐵的砂型機(jī)器造型或殼型的重量公差等級(jí)MT在8-10，所以取重量公差等級(jí)為9級(jí)。故進(jìn)氣管應(yīng)選取GB/T11351-19

39、89MT12。鑄件的重量公差數(shù)值：表 10鑄件的重量公差公稱重量/kgCT9級(jí)鑄件尺寸公差數(shù)值/%10-4083.3.2加工余量GB/T6414-1999鑄件尺寸公差與機(jī)械加工余量中規(guī)定，要求的機(jī)械加工余量適用于整個(gè)毛坯鑄件，且該值應(yīng)根據(jù)最終機(jī)械加工后成品鑄件的最大輪廓尺寸和相應(yīng)的尺寸范圍選取。鑄件的某一部位在鑄態(tài)下的最大尺寸應(yīng)不超過(guò)成品尺寸與要求的加工余量及鑄造總公差之和，當(dāng)有斜度時(shí)，斜度值應(yīng)另外考慮。機(jī)械加工余量等級(jí)由精到粗分為10個(gè)等級(jí)，分別為A、B、C、D、E、F、G、H、J和K級(jí)10個(gè)等級(jí)。本鑄件為球墨鑄鐵件，采用殼型砂機(jī)械造型，機(jī)械加工等級(jí)選E-G級(jí)。該鑄件最大尺寸為366，對(duì)于砂

40、型機(jī)器造型的球墨鑄鐵件來(lái)說(shuō)，要求的機(jī)械加工余量等級(jí)一般為E-G。所以取機(jī)械加工余量等級(jí)為F, 由于澆注位置的不同，不同部位設(shè)置的機(jī)械加工余量等級(jí)也不同。處于澆注位置底部的選擇等級(jí)高的E級(jí)，處于澆注位置側(cè)面的應(yīng)選取等級(jí)較高的F級(jí)，而處于澆注位置頂部的應(yīng)選擇級(jí)別相對(duì)較低的G級(jí)。 根據(jù)文獻(xiàn)要求的鑄件機(jī)械加工余量如下表所示：表 11加工余量要求的機(jī)械加工余量（RAM）尺寸范圍值（mm）要求的機(jī)械加工余量等級(jí)最大尺寸（mm）最小尺寸（mm）EFG4000.40.50.51601001.11.52.22501601.422.84002501.42.53.5根據(jù)鑄件的尺寸公差等級(jí)要求的機(jī)械加工余量等級(jí)及鑄件

41、的最大輪廓尺寸確定加工余量的數(shù)值，不同情況下，對(duì)于不同的鑄件及不同部位，加工余量計(jì)算方法不同。本鑄件需要進(jìn)行機(jī)械加工的表面包括：鑄件側(cè)面加工，內(nèi)孔加工及兩側(cè)孔加工，鑄件頂部重要表面加工，鑄件底部加工。各面的加工余量計(jì)算結(jié)果如下表所示。各面的加工余量計(jì)算:表 12免得加工余量加工面所屬類型計(jì)算公式加工余量等級(jí)RAMCT加工余量1鑄件側(cè)面=RMA+CT/2F2.5972鑄件底部=RMA+CT/2E2.5973鑄件頂部=RMA+CT/2G2.5974孔=-(RMA+CT)/2F2855小孔=-(RMA+CT)/2F1.574.53.3.3鑄件收縮率鑄件線收縮率又稱鑄件收縮率，是指鑄件從線收縮開始（從

42、液相中析出枝晶搭成的骨架開始具有固態(tài)性質(zhì)時(shí)的溫度）冷卻到室溫時(shí)的相對(duì)線收縮量，用模樣與鑄件的長(zhǎng)度差除以模樣長(zhǎng)度的百分比表示：=(L1-L2)/L1 100% （ 公式 01）上式中：L1-模樣長(zhǎng)度 L2鑄件長(zhǎng)度 為獲得尺寸精度較高的鑄件，必須選取符合實(shí)際的適宜的鑄件線收縮率。金屬液在凝固之后的冷卻過(guò)程中的收縮介于“自由收縮”和“受阻收縮”之間。結(jié)構(gòu)復(fù)雜或壁厚不均的鑄件，其各部分冷卻速度不同，互相制約，使鑄件不能自由收縮，鑄件線收縮率一般較小，且各個(gè)方向的收縮率不一樣，砂芯越多，收縮的阻力就越大。此外，簡(jiǎn)單厚實(shí)的鑄件，其鑄件線收縮率要比結(jié)構(gòu)復(fù)雜鑄件的先收縮率大。 本鑄件“進(jìn)氣管”屬于簡(jiǎn)單厚實(shí)的鑄

43、件，其線收縮率要比復(fù)雜結(jié)構(gòu)鑄件的線收縮率大，依據(jù)下表鑄造工藝設(shè)計(jì)（鑄造工藝參數(shù)中）“鑄造收縮率”的設(shè)計(jì)參數(shù)表選擇該鑄件的線收縮率為1.1%。表 13鑄造的線收縮率鑄造收縮率鑄件種類受阻收縮自由收縮珠光體球墨鑄鐵0.8-1.21.0-1.3鐵素體球墨鑄鐵0.6-1.20.8-1.23.3.4最小鑄出孔和槽機(jī)械零件上往往有很多孔、槽和臺(tái)階，一般應(yīng)盡可能在鑄造時(shí)鑄出。這樣既可以節(jié)約金屬，減少機(jī)械加工的工作量，降低成本，又可使壁厚比較均勻，減少形成縮孔、縮松等鑄造缺陷的傾向。但是，當(dāng)鑄件上的孔槽尺寸太小時(shí)，而鑄件的壁厚又較厚和金屬壓力較高時(shí)，反而會(huì)使鑄件產(chǎn)生粘砂，造成清理和機(jī)械加工困難。有的孔、槽必須

44、采用復(fù)雜而且難度較大的工藝措施才能鑄出，而實(shí)現(xiàn)這些措施還不如用機(jī)械加工方法制出更為方便和經(jīng)濟(jì)。球墨鑄鐵的最小鑄出孔（單位：mm）表 14最小鑄出孔鑄件厚度50200應(yīng)鑄出的最小孔徑35404550由于本本鑄件35mm的孔均不進(jìn)行鑄孔處理，而是鑄造成形后后期進(jìn)行機(jī)加工成孔。在此，對(duì)于鑄件的幾個(gè)特殊情況進(jìn)行簡(jiǎn)要解釋和說(shuō)明：（1） 特殊形孔：包括正方形孔、矩形孔、蒸汽汽路或壓縮空氣氣路等彎曲小孔，不能加工做出的，原則上必須鑄出。（2） 凹槽、臺(tái)階和胖肚形孔。圖 3.8凹槽、臺(tái)階和胖肚形孔3.3.5工藝補(bǔ)正量工藝補(bǔ)正量是了為防止鑄件局部尺寸由于選擇的鑄造收縮率不合適、砂型和砂芯對(duì)鑄件的阻礙、錯(cuò)箱、砂芯

45、上浮等原因造成超差，在相應(yīng)的非加工面上增厚的金屬層。工藝補(bǔ)正量取2mm。第四章 澆注系統(tǒng)類型的選擇4.1球墨鑄鐵件澆注系統(tǒng)的特點(diǎn)分析球墨鑄鐵經(jīng)球化處理后，鐵水的溫度下降很多，實(shí)際澆注溫度不及灰鑄鐵高，充型能力有所下降。而且，球磨鑄鐵在凝固時(shí)，共晶團(tuán)會(huì)以球狀方式進(jìn)行生長(zhǎng)，對(duì)型壁壓力比較大，容易造成鑄型膨脹，增加了產(chǎn)生縮松和縮孔的傾向。故，其澆注系統(tǒng)要能快速充型，且為防止二次氧化渣，充型要求平穩(wěn)。根據(jù)上述對(duì)于球墨鑄鐵件的特點(diǎn)分析，我們對(duì)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)有以下描述。 進(jìn)氣管屬于小型的球墨鑄鐵件,在澆注過(guò)程中容易引起氧化且需要較強(qiáng)阻渣能力。因?yàn)榍蚰T鐵件適用開放式澆注系統(tǒng)，宜采用漏包澆注，獲得良好的保溫性

46、能和較強(qiáng)的阻渣能力。漏包澆注的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，且澆注比較平穩(wěn)，有利于鑄件的阻渣。 4.2鑄件澆注系統(tǒng)的選擇（1）澆注系統(tǒng)根據(jù)各組元斷面比例關(guān)系的不同，即阻流斷面位置的不同，分為封閉式和開放式澆注系統(tǒng)。表 15 澆注系統(tǒng)的分類由表-15可得，半封閉式澆注系統(tǒng)金屬液進(jìn)入型腔流速小，充型平穩(wěn)，沖刷力小，金屬液氧化輕，適用于球墨鑄鐵件。綜上所述，此鑄件采用半封閉式澆注系統(tǒng)。（2）澆注系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)澆道在鑄件上的相對(duì)位置不同，分為頂注式、中間注入式、底注式和階梯式四種類型。各種類型的優(yōu)缺點(diǎn)如下所述：頂注式容易充滿、有利于順序凝固和冒口補(bǔ)縮、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于清除。但是易造成沖砂缺陷，金屬下落過(guò)程接觸空氣，出現(xiàn)飛濺

47、、氧化、卷氣等現(xiàn)象，使充型不平穩(wěn)，易產(chǎn)生沙孔、冷豆、氣孔和氧化夾雜物等缺陷；圖 11 頂注式 圖 12 中間注入式 圖 13 底注式底注式澆注系統(tǒng)充型平穩(wěn)，擋渣效果較好，可避免金屬液因飛濺、氧化而形成的鑄件缺陷。缺點(diǎn)是不利于順序凝固和冒口補(bǔ)縮。內(nèi)澆道附近容易過(guò)熱，導(dǎo)致縮孔、縮松和晶粒粗大等缺陷，難以保證高大薄壁件充滿，易造成澆不足、冷隔等缺陷；中間注入式澆注系統(tǒng)通常適用于兩箱造型鑄件，其內(nèi)澆道在分型面上開設(shè)，故及其方便，適用于高度不大的中等壁厚的鑄件。其內(nèi)澆道以下的型腔部分分為頂注式，對(duì)內(nèi)澆道以上的型腔部分相當(dāng)于底注式，所以它兼有頂注式和底注式澆注系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。階梯式澆注系統(tǒng)適用于高度大的大、

48、中型鑄件。其能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)充型，避免因壓頭過(guò)高或流股從高處沖擊型底而造成嚴(yán)重的噴射和激濺。金屬液自下而上地充滿型腔，有利于排氣，而且鑄件上部的溫度高于下部，容易實(shí)現(xiàn)自下而上、最后到冒口的順序凝固。因而階梯式澆注系統(tǒng)可減少鑄件砂眼、氣孔、冷隔、澆不足、縮孔、縮松、氧化等缺陷，使組織致密。根據(jù)上述各類型澆注系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)比較，結(jié)合澆注鑄件的結(jié)構(gòu)分析，該鑄件總體結(jié)構(gòu)較小，且鑄件較薄、比較高。這里橫澆道為環(huán)形，能有效分散金屬液，最終認(rèn)為中間注入式澆注系統(tǒng)較為符合。 4.3澆注系統(tǒng)內(nèi)澆道的選擇球墨鑄鐵經(jīng)球化處理后，實(shí)際的澆注溫度不及灰鑄鐵高，充型能力有所下降。根據(jù)球墨鑄鐵澆注的特點(diǎn)，要求能快速充型。因?yàn)榍蚰T

49、鐵易于被氧化，為了防止被二次氧化，充型過(guò)程要求平穩(wěn)，澆注系統(tǒng)簡(jiǎn)潔、暢通。根據(jù)前文對(duì)鑄件澆注系統(tǒng)類型的選擇以及對(duì)鑄件整體結(jié)構(gòu)的分析，鑄件為小型桶型零件，所以需要多個(gè)內(nèi)澆道配合澆注，才能滿足快速注滿型腔的要求，所以采用到搭邊式的結(jié)合方式配合階梯式澆注系統(tǒng)進(jìn)行澆注。圖 14 澆注系統(tǒng)平面如圖15所示，內(nèi)澆道分為左右兩個(gè)，剛好在分型面上分別與鑄件的上下底座相連。直澆道連接橫澆道。 4.4澆注系統(tǒng)各組元澆口比的選擇直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道斷面積之比（即）稱為澆口比。根據(jù)上文分析，本鑄件采用開放式澆注系統(tǒng)，則將阻流截面設(shè)置在直澆道，根據(jù)參考文獻(xiàn)【3】，查的常用生產(chǎn)中球磨鑄鐵件澆注系統(tǒng)各組元澆口比例如下表4-

50、1所示；表 16球墨鑄鐵件澆注系統(tǒng)各組元截面比例型 式截 面 比 例應(yīng) 用封閉式11.21.31.41.9一般球墨鑄鐵件開放式1.22.01.22.01厚壁球墨鑄鐵件半封閉式11.21.50.8薄壁球墨鑄鐵件這里根據(jù)鑄件本身結(jié)構(gòu),我們最終選擇澆注系統(tǒng)的澆口比為:。4.5澆注系統(tǒng)澆注時(shí)間的確定經(jīng)查表4.4.1得=5s表4.4.1 鑄鐵 鑄鋼件的澆注時(shí)間4.6澆口杯設(shè)計(jì)澆口杯在澆注系統(tǒng)中通常用來(lái)承接來(lái)自澆包的金屬液，防止金屬液飛濺，便于澆注；同時(shí)起到分離渣滓和氣泡，組織其進(jìn)入型腔；還起到增加充型壓頭的作用。澆口杯的種類很多，主要形狀可分為漏斗形和池形。漏斗形澆口杯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，擋渣能力差，且因?yàn)榻饘僖?/p>

51、容易產(chǎn)生水平渦流，易帶入氣體和熔渣，所以其不適合此次鑄件的澆注要求；池形澆口杯可以減輕和消除水平渦流，是金屬液流動(dòng)平穩(wěn)，且池形澆口杯具有一定的深度，能利于金屬液中熔渣上浮到液面，澆口杯與直澆道相連的邊緣做成凸起狀，能促進(jìn)澆口杯內(nèi)金屬液形成垂直渦流，促使熔渣和氣泡的浮出。有時(shí)可以用金屬薄片蓋住澆口杯的流出口，當(dāng)金屬液填充到一定高度時(shí)，金屬薄片融化，澆口杯出口打開，方便澆注，也可用澆口塞代替。因此此鑄件采用普通澆口杯進(jìn)行澆注。澆口杯的尺寸由文獻(xiàn)【6】中公式計(jì)算如下：（1）澆口杯容量計(jì)算 G 杯=m （式 4-2）式中：G/t每秒中鐵水的消耗量 G鑄件連澆冒口的質(zhì)量（kg） t澆注時(shí)間（s） m澆口

52、杯容量與每秒鐘自包子注入鐵水的容量之比，由表可得m=3 澆口杯的容量（kg）從而求得：G杯 7（2） 澆口杯尺寸計(jì)算圖 15 冒口根據(jù)參考文獻(xiàn)【7】，選擇池形澆口杯的容量為10kg的尺寸為本方案的設(shè)計(jì)尺寸。澆口杯D1D2RH鐵液容量尺寸/mm68636521.2/Kg表 17澆口杯尺寸 4.7澆注系統(tǒng)尺寸計(jì)算4.7.1最小剩余壓頭為保證金屬液充滿全部鑄型，獲得結(jié)構(gòu)完整的鑄件，鑄件最高點(diǎn)到澆口杯液面高度必須有最小剩余壓頭Hm，即鑄件最高點(diǎn)到澆口杯液面的高度要大于或等于Hm時(shí)，金屬液才能充滿型腔。其計(jì)算公式如下： （式 4-3）式中：-最小剩余壓頭 -直澆道中心至鑄件最遠(yuǎn)、最高點(diǎn)的水平距離L=386 -壓力角，根據(jù)文獻(xiàn)【