懸梁鑄造工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書

1、前 言1.1 本設(shè)計(jì)的目的、意義鑄造是用液態(tài)合金形成產(chǎn)品的方法，將液態(tài)合金注入鑄型中使之冷卻、凝固，這種制造金屬制品的過程稱為鑄造生產(chǎn)。鑄造技術(shù)的發(fā)展具有悠久的歷史，在經(jīng)濟(jì)全球化的今天，鑄造技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械與材料行業(yè)。在鑄造生產(chǎn)中，制定的鑄造工藝過程又對(duì)鑄件的質(zhì)量起決定性作用。鑄件在鑄造之前，首先需要進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)，使鑄件整個(gè)工藝過程實(shí)現(xiàn)科學(xué)操作，獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的鑄件。鑄造工藝設(shè)計(jì)就是根據(jù)鑄造零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件等，確定工工藝方案和工藝參數(shù)，繪制鑄造工藝圖、模板圖、芯盒圖等。本設(shè)計(jì)通過懸梁零件圖可知零件的技術(shù)要求、材料組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生產(chǎn)條件、生產(chǎn)批量以及性能要求。對(duì)

2、零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性進(jìn)行分析，找出可能存在的結(jié)構(gòu)問題并提出改進(jìn)措施或預(yù)防缺陷的措施，選擇鑄造和造型方法，提出多種澆注和分型方案，綜合對(duì)比分析，選擇最為理想的澆注位置及分型面。選用適宜的工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)鑄件的補(bǔ)縮系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)并繪制出鑄造工藝圖。通過此次鑄造工藝設(shè)計(jì)也可以更好的了解我們之前所學(xué)習(xí)過的課程，例如CAD、PRO/E等一些繪圖軟件，還可以讓我們了解一些之前所學(xué)習(xí)不到的新內(nèi)容，新方法。同時(shí)可以更好的提高我們尋找文獻(xiàn)的能力，學(xué)到許多新的技術(shù)。1.2 零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，獲得名稱為“懸梁”的零件圖紙一張，零件圖采用第三視角繪制。利用CAD軟件Creo繪制其三維圖形，如圖1-1所

3、示。鑄件材質(zhì)為HT250，尺寸約為420mm1695mm260mm主要壁厚為15mm，最大壁厚為30mm。密度取7.0103 g/cm3，零件的質(zhì)量約為441kg。從整體上來看，零件屬于對(duì)稱結(jié)構(gòu)。零件壁厚較為均勻，空腔較多，形狀較為復(fù)雜。零件在多個(gè)重要平面和位置要求較高的精度，需要后期機(jī)械加工。 圖1-1 懸梁的三維圖 圖1-2 懸梁的CAD圖1.3 零件技術(shù)要求本設(shè)計(jì)任務(wù)是懸梁。零件圖如圖1-2，生產(chǎn)性質(zhì)為小批量單件生產(chǎn)；要求砂型鑄造。允許人工操作或機(jī)械操作。技術(shù)要求：零件圖中的技術(shù)要求為1.鑄件表面上不允許有冷隔、裂紋、縮孔和穿透性缺陷及嚴(yán)重的殘缺類缺陷(如欠鑄、機(jī)械損傷等)。2.鑄件須經(jīng)

4、時(shí)效處理。3.鑄件燕尾導(dǎo)軌面要求無(wú)砂眼，氣孔，夾渣等缺陷。4.表面噴紅色防銹漆，內(nèi)腔涂黃色防銹漆。5.未注鑄造圓角半徑R3-R5 、未注拔模應(yīng)小于1、未注壁厚大于15。6.燕尾導(dǎo)軌面與床身配磨, 保證平面及斜面的接觸面接觸面要求按企標(biāo)。7.精加工前打膩?zhàn)訃姕\色漆。8.鑄件材質(zhì)為HT250，熱處理態(tài)為T5。1.4 化學(xué)成分化學(xué)成分見表1-1表1-1 HT250化學(xué)成分化學(xué)成分CSiMnPS元素含量2.9-3.21.4-1.70.9-1.190%），新砂用量很少。缺點(diǎn)：（1）澆注時(shí)釋放有害氣體，污染環(huán)境。（2）發(fā)氣速度高，鑄件易產(chǎn)生氣孔。（3）鑄鋼件易產(chǎn)生熱裂。制芯我們也采用了呋喃樹脂砂優(yōu)點(diǎn)是：（

5、1）造型和制芯都采用樹脂砂造型，采用同一種砂可以防止不同的砂造成混砂，導(dǎo)致難以清理。（2）型芯可以在芯盒里加熱硬化，不需要烘干。澆注位置與分型面的選擇澆注位置是指澆注時(shí)鑄件在型內(nèi)所處的狀態(tài)和位置。選擇澆注位置時(shí)要滿足一下要求：1）澆注位置應(yīng)有利于所確定的凝固順序。2）鑄件的重要部位應(yīng)位于下部。3）重要加工面應(yīng)朝下或呈直立狀態(tài)。4）保證鑄件能夠充滿。薄壁部分應(yīng)放在內(nèi)澆道以下或置于鑄型下部。5）使鑄件大平面朝下，對(duì)于大的平板類鑄件可采用傾斜澆注以便增大金屬液面的上升速度，防止產(chǎn)生缺陷。由此我們選擇頂注式澆注系統(tǒng)，傾斜澆注。分型面的選擇：圖2-1 分型面的選擇方案一方案一：采用頂注式澆注系統(tǒng)該方案在

6、上方的大平面進(jìn)行分型，但是不容易拔模，且采用吊芯，容易出現(xiàn)缺陷。圖2-2 分型面的選擇方案二方案二采用頂注式澆注系統(tǒng)該方案的分型面位于同一平面切在鑄件的最大斷面處，造型時(shí)比較簡(jiǎn)單。且方便起模，保證逐漸質(zhì)量，同時(shí)使鑄件便于補(bǔ)縮。綜上所述分型面的選擇應(yīng)采取方案二的設(shè)計(jì)。鑄造工藝參數(shù)及砂芯設(shè)計(jì) 鑄造工藝參數(shù)的確定 鑄件尺寸公差與鑄件重量公差鑄件的上偏差與下偏差之差的絕對(duì)值為尺寸公差。通過表3-1和表3-2得出懸梁鑄件的尺寸公差等級(jí)為12，尺寸公差數(shù)值為15mm。表3-1 小批生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級(jí)（GB6414-86）造型材料公 差 尺 寸 等 級(jí)CT鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵自硬砂12141113

7、11131113表3-2 鑄件尺寸公差數(shù)值（mm）鑄件基本尺寸公差等級(jí)大于至345678910111213141516160025002.63.85.48101521263342根據(jù)GB/T11351-89標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)砂型鑄件的重量公差的技術(shù)要求，懸梁質(zhì)量為441kg，則其重量公差為10%。 機(jī)械加工余量由表3-3知該鑄件的機(jī)械加工余量等級(jí)為H，機(jī)械加工余量如表3-4所示。表3-3 小批生產(chǎn)的鑄件機(jī)械加工余量等級(jí)造型材料加 工 余 量 等 級(jí)鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵自硬砂1214111311131113表3-4 鑄件的機(jī)加工余量列表序號(hào)基本尺寸/mm加工余量等級(jí)加工余量數(shù)值/mm115H0.72

8、30H0.731695G6-10 起模斜度該鑄件選用木模樣由表3-5所示起模斜度為=035，a=4.2mm。表3-5 自硬砂造型模樣外表面的起模斜度（JB/T5105-91）測(cè)量面高度H（mm）起模斜度金屬模樣、塑料模樣木模樣a（mm）a(mm)1001600351.60402.01602500302.20352.62504000303.60354.24006300254.60305.6 鑄造收縮率鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)鑄造收縮率K可以決定模樣和芯盒的尺寸，所以要正確的選擇鑄件收縮率，鑄造收縮率K的定義如公式3-1所示： （3-1）式中 K鑄造收縮率；LMLJ表3-6 HT250線收縮率（%）鑄件種類

9、線收縮率（%）自由收縮受阻收縮HT2500.9-1.10.7-0.9由表3-6收縮率為0.9%。 最小鑄出孔及槽灰鑄鐵鑄件單件小批量生產(chǎn)最小鑄出孔直徑為30-50mm，所以本零件直徑為6mm的螺孔選擇不鑄出，對(duì)其進(jìn)行后期加工。表3-7 灰鑄鐵最小鑄出孔尺寸（mm）生產(chǎn)批量最小鑄出孔直徑單件小批量生產(chǎn)30-50圖3-1 鑄件的孔位置反變形量灰鑄鐵長(zhǎng)2000mm左右的床身，一般壁厚為16mm，導(dǎo)軌厚度為33mm的反變形量為2.5mm，因此本零件取2.5的反變形量。砂芯設(shè)計(jì)在對(duì)砂芯設(shè)計(jì)時(shí)需要符合下面幾個(gè)原則：(1)盡量減少砂芯的數(shù)量；(2)復(fù)雜的砂芯分塊設(shè)計(jì)；(3)設(shè)計(jì)砂芯時(shí)要根據(jù)鑄件型腔選擇合適的

10、形狀，鑄型時(shí)方便填砂、排氣、安置芯骨等措施；(4)砂芯的分盒面應(yīng)盡量與砂型的分型面一致；(5)便于下芯和合型；(6)多個(gè)砂芯相連需要有良好的固定。對(duì)于本次設(shè)計(jì)的零件懸梁，采用樹脂自硬砂制芯，涉及不到砂芯的烘干。砂芯可以幫助鑄件成型、確保鑄件精度的關(guān)鍵因素。分析鑄件的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵撹T件為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，鑄件的尺寸較中小，只需要做一個(gè)整體砂芯。圖3-2 砂芯芯頭是伸出鑄件型腔以外的砂芯一部分，它可以起到定位砂芯的作用。根據(jù)懸梁的型腔結(jié)構(gòu)，設(shè)置3個(gè)垂直芯頭。因?yàn)長(zhǎng)=260mm,D=120mm，取間隙S=3.0，H垂直=60mm。芯頭斜度為5澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在對(duì)澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循以下原則：（1）所確定的內(nèi)

11、澆道的位置、方向和個(gè)數(shù)應(yīng)符合鑄件的凝固原則或補(bǔ)縮方法；（2）在所計(jì)算出的時(shí)間內(nèi)確保金屬液進(jìn)入型腔到充型完畢；（3）具有良好的阻渣能力；（4）澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要保證適當(dāng)?shù)鼐彌_力，確保金屬液流入鑄型內(nèi)的線速度不能夠太快了，防止產(chǎn)生飛濺、沖刷型壁或砂芯的不良后果；（5）在澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要確保冷鐵和芯撐不被毀壞；（6）保證在澆注時(shí)最大限度減少對(duì)金屬液的消耗，并且在澆注完畢后方便進(jìn)行清理。（7）盡可能地縮中小型腔體積，使造型變得更加簡(jiǎn)單，方便制出模樣； 澆注系統(tǒng)類型的選擇本方案采用頂注式澆注系統(tǒng)封閉式澆注系統(tǒng)。具備以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：封閉式澆注系統(tǒng)具有充型相對(duì)平穩(wěn)，而且對(duì)型腔沖刷能力中小，發(fā)生卷氣可能性中小，不

12、容易發(fā)生氧化。頂注式澆注系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：有助于進(jìn)行自下而上的凝固，金屬液流入型腔比較平穩(wěn)并且?guī)椭懦颓粌?nèi)的空氣。本設(shè)計(jì)采用了封閉式澆注系統(tǒng)，各組元面積比例為：A內(nèi)：A橫：A直=1:1.2:1.4。 澆注時(shí)間計(jì)算澆注系統(tǒng)尺寸的確定 平均壓力頭計(jì)算 阻流截面積計(jì)算S直：S橫：S內(nèi)=1.4：1.2：1=47：40.8：34 直澆道金屬液體通過直澆道，截面形狀為圓形，A直=47cm2，直澆道直徑為78mm。 橫澆道考慮到采用頂注式的澆注系統(tǒng)，金屬液對(duì)鑄型的沖擊較大。橫澆道截面為梯形，為了防止最初進(jìn)入橫澆道的金屬液雜質(zhì)進(jìn)入型腔，末端設(shè)有120mm延長(zhǎng)段以容納最初澆注的低溫、含氣、含渣的金屬液體，防止其進(jìn)入

13、鑄型；橫澆道尺寸如下：a=70mm，b=60mm，h=63mm，長(zhǎng)度=1500mm，A橫=40.8cm2。 內(nèi)澆道內(nèi)澆道的功能是控制充型速度和方向，分配金屬液，本設(shè)計(jì)我們選用扁平形截面形式，因?yàn)檫@種形狀內(nèi)澆道易于清理。設(shè)置兩個(gè)內(nèi)澆道，內(nèi)澆道尺寸如下：a=60mm，b=50mm，c=16mm，長(zhǎng)度=85mm，A內(nèi)=34cm2。通過以上計(jì)算，該鑄件的澆注尺寸設(shè)計(jì)尺寸如圖4-1所示。圖4-1 澆注系統(tǒng)尺寸 澆口杯澆口杯尺寸如表4.1所示。表4.1澆口杯尺寸鑄件質(zhì)量/kg澆口杯尺寸鐵液消耗量/kgABlHH1daRR1H2200-60032020011015515502030254559冒口設(shè)計(jì)冒口的

14、主要作用是貯存金屬液，對(duì)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮，此外，還有出氣和集渣的作用。為了實(shí)現(xiàn)這樣的目的，設(shè)計(jì)冒口應(yīng)遵照以下原則：（1）冒口能提供足夠的補(bǔ)縮金屬液；（2）在整個(gè)補(bǔ)縮過程中，冒口與鑄件被補(bǔ)縮部位存在補(bǔ)縮通道；（3）有足夠的補(bǔ)縮壓力，使補(bǔ)縮金屬液能夠流到要求補(bǔ)縮的區(qū)域；（4）冒口的凝固時(shí)間應(yīng)小于鑄件被補(bǔ)縮部位的凝固時(shí)間，。冒口設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是：選擇冒口形狀以及安放位置、計(jì)算冒口的尺寸。模數(shù)計(jì)算鑄件被補(bǔ)縮部位的體積與散熱表面積的比值稱為模數(shù)用下式表示M=V/A （4-4）式中：V為鑄件的體積A為鑄件的表面積經(jīng)計(jì)算（4-4）求得6.6cm由于鑄件材料為HT250，且是樹脂砂造型，因此采用無(wú)冒口補(bǔ)縮法。采用

15、無(wú)冒口補(bǔ)縮法要滿足下列條件：要求鐵液的冶金質(zhì)量好；模數(shù)在2.5cm以上；使用強(qiáng)度高、剛性大的鑄型，可用干型、自硬砂型等，上下型之間要用機(jī)械法牢靠地鎖緊；低溫澆注，澆溫控制在1300-1350；要求快澆；采用小的扁薄內(nèi)澆道，分散引入金屬液，每個(gè)澆道的斷面面積不超過15mm60mm。由于在鑄件的上部有兩個(gè)熱節(jié)，且兩個(gè)熱節(jié)互相對(duì)稱，因此為了防止出現(xiàn)縮孔、縮松的情況，我們采用了頂冒口。冒口尺寸補(bǔ)縮距離為壁厚的5倍，因此本次采用了25個(gè)冒口。對(duì)于壁厚為38mm的部分我們采用高為80mm直徑為60mm的冒口。對(duì)于壁厚為30mm的部分我們采用高為80mm直徑為50mm的冒口。 圖4-2 冒口示意圖 鑄造砂箱

16、、模樣的設(shè)計(jì) 上模板和下模板模樣本體結(jié)構(gòu)類型:可參照表選擇。平裝式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易加工，最常用。嵌入式在特殊條件下應(yīng)用。選定模樣結(jié)構(gòu)后，便可依據(jù)鑄造工藝圖確定模樣的外形。模樣外形設(shè)計(jì)如圖（5-1）和（5-2）：圖5-1 上模板圖5-2 下模板砂箱的設(shè)計(jì)砂箱是保障砂型與砂型精確合型的重要裝備，砂箱設(shè)計(jì)需要充分考慮砂箱頂使用性，砂型結(jié)構(gòu)需要滿足砂型要求，保證上下砂型的精確定位與牢固連接。砂型的尺寸確定需要根據(jù)鑄件尺寸、吃砂量、鑄件在砂箱內(nèi)部布置等方面來確定尺寸。表5-1按鑄件重量確定的吃砂量（單位mm）鑄件重量/kgabcdef251500120120708070501100015015090901

17、201001200020020010010015020013000250250125125200鑄件重量為539Kg，設(shè)計(jì)為一箱一件形式，依據(jù)表5-1按重量確定吃砂量表，可確定吃砂量最小尺寸為a=150mm，b=150mm，c=90mm，d=90mm，f=120mm。實(shí)際選取數(shù)值略比該值大，設(shè)計(jì)時(shí)考慮現(xiàn)有模板及砂箱標(biāo)準(zhǔn)尺寸。砂箱的材質(zhì)為鑄鋼，上箱的尺寸為12002000400mm，下箱為12002000400mm圖5-3 砂箱芯盒芯盒是制造砂芯的專用模具，芯盒的尺寸精度和結(jié)構(gòu)是否合理，將在很大程度上直接影響到砂芯的質(zhì)量和制芯效率。設(shè)計(jì)芯盒時(shí)應(yīng)以產(chǎn)品零件圖、生產(chǎn)批量、鑄造工藝方案、鑄造工藝圖（或

18、砂芯圖)、制芯設(shè)備的技術(shù)規(guī)格、工裝加工能力及技術(shù)水平等為依據(jù)，根據(jù)砂芯的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸大小來確定芯盒的類型、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)形式和尺寸。芯盒設(shè)計(jì)一般應(yīng)滿足如下要求：芯盒材料和結(jié)構(gòu)形式應(yīng)與生產(chǎn)批量相適應(yīng)，且應(yīng)具有必要的強(qiáng)度、剛度和耐磨性，以保證達(dá)到要求的使用壽命。確保砂芯的幾何形狀和尺寸精度。有利于安放芯骨、開設(shè)排氣道等。盡可能減輕芯盒重量，滿足選用的制芯設(shè)備的裝配和操作要求。簡(jiǎn)化芯盒的制造工藝，減少加工工時(shí)，降低制造成本。砂箱的材質(zhì)為鑄鋼，上箱的尺寸為8002000185mm，下箱為8002000200mm本設(shè)計(jì)的芯盒圖如圖5-2所示。圖5-4 芯盒 結(jié) 論本次設(shè)計(jì)用球墨鑄鐵材料來設(shè)計(jì)軸承壓蓋零件的鑄造工藝設(shè)計(jì)。通過查閱資料來學(xué)習(xí)鑄造工藝相關(guān)知識(shí)。結(jié)合軸承壓蓋的實(shí)際運(yùn)用功能和球墨鑄鐵材料的性能特點(diǎn)以及實(shí)際生產(chǎn)條件進(jìn)行軸承壓蓋的工藝參數(shù)計(jì)算，具體來說包括：零件平均壁厚為15mm，尺寸公差等級(jí)為CT12，尺寸公差數(shù)值為15mm；（3）鑄件的機(jī)械加工余量等級(jí)為H，機(jī)械加工余量為8；（4）鑄造收縮率為0.9%；（5）鑄件表面起模斜度為035，寬度為a=4.2mm；（6）澆注系統(tǒng)為開放式式頂部澆注系統(tǒng)；澆口比為A內(nèi)：A橫：A直=1：1.2：1.4，澆注時(shí)間為51s，鑄件重量為539kg；（7）模樣選用木模樣；（8）根據(jù)查表計(jì)