法蘭砂型鑄造工藝設(shè)計,法蘭,砂型,鑄造,工藝,設(shè)計 鑄造工藝課程設(shè)計 說明書 設(shè)計題目 學(xué) 院 年 級 專 業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 I 目 錄 第1章 零件概述及工藝分析 3 1.1 零件簡介 3 1.2 零件的技術(shù)要求 3 1.3 零件結(jié)構(gòu)特點分析 3 1.4 零件材質(zhì)特點分析 3 1.5 零件的鑄造工藝性分析 4 1.5.1 鑄件壁厚的合理性 4 1.5.2 鑄件壁過度連接的合理性 5 1.5.3 鑄件的結(jié)構(gòu)斜度 5 第2章 造型材料的選擇 6 2.1 造型方法選擇 6 2.2 造型材料選擇 6 2.3 造型機選擇 6 第3章 鑄造工藝方案的設(shè)計 7 3.1 澆注位置的選擇 7 3.2 分型面的選擇 8 3.3 鑄造工藝參數(shù)的確定 9 3.3.1 鑄件尺寸公差 9 3.3.2 鑄件質(zhì)量公差 10 3.3.3 鑄件加工余量 10 3.3.4 鑄造收縮率 12 3.3.5 起模斜度 12 3.3.6 最小鑄出孔 13 3.4 砂芯設(shè)計 13 3.4.1 砂芯設(shè)計方案 13 3.4.2 砂芯形狀 14 3.4.3 砂芯結(jié)構(gòu)設(shè)計 14 3.5 吃沙量確定 17 第4章 澆注系統(tǒng)設(shè)計 18 4.1 澆注類型選擇 18 4.2 澆注時間確定 19 4.3 阻流截面計算 20 第5章 鑄造工藝圖 22 第6章 鑄造工藝裝備設(shè)計 23 6.1 模板設(shè)計 23 6.2 砂箱設(shè)計 25 6.3 芯盒設(shè)計 28 參考文獻 29 不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印 第 II 頁 第1章 零件概述及工藝分析 1.1 零件簡介 名稱：法蘭 材料：HT200 質(zhì)量：7.83kg 體積：3.3×105 cm3 外形尺寸：Φ243x67.5mm 批量：成批量 鑄造工藝：砂型鑄造 法蘭零件二維圖三維圖如下： 1-1零件二維圖、三維圖 1.2 零件的技術(shù)要求 技術(shù)要求： 1.自由尺寸公差ⅡB761-66 2.表面處理：發(fā)蘭 3.探傷處理 4.熱處理：ⅡRC35~38 1.3 零件結(jié)構(gòu)特點分析 法蘭結(jié)構(gòu)為圓柱回轉(zhuǎn)主體主體與側(cè)邊三等分側(cè)耳組成。主要工作面為中間直徑150和直徑162中軸孔，側(cè)邊側(cè)耳中間部位為工作面，與其他配件相接觸，因此不能出現(xiàn)缺陷，影響零件的性能，側(cè)耳上下面均有2個直徑15的通孔，為螺絲過孔，起到固定作用。 1.4 零件材質(zhì)特點分析 灰鑄鐵是鑄鐵的一種，碳以片狀石墨形式存在于鑄鐵中。斷口呈灰色，有良好的鑄造、切削性能，耐磨性好。用于制造機架、箱體等?；诣T鐵石墨呈片狀，有效承載面積比較小，石墨尖端易產(chǎn)生應(yīng)力集中，所以灰鑄鐵的強度、塑性、韌度都低于其他鑄鐵。但具有優(yōu)良的減振性、低的缺口敏感性和高的耐磨性。 HT200珠光體類型的灰鑄鐵，強度、耐磨性、耐熱性均較好，減振性良好，鑄造性能較優(yōu)，需要進行人工時效處理。 表1-4-1 HT200的物理性能 合金牌號 密度/gcm3 固相線和液相線（℃） HT200 7.3 1127和1226 表1-4-2 HT200的化學(xué)成分 牌號 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%） HT200 C Si Mn P S Fe 鑄態(tài) 3.16~3.3 1,.79~1.93 0.89~1.04 0.12~0.17 0.094~0.125 余量 表1-4-3 HT200的力學(xué)性能 材料牌號 抗拉強度σb (min)/MPa 布氏硬度 HBW HT200 250 209 1.5 零件的鑄造工藝性分析 零件的鑄造工藝性分析包括考察鑄件的合理壁厚、鑄件壁過度連接的合理性、鑄件的結(jié)構(gòu)斜度等內(nèi)容。 1.5.1 鑄件壁厚的合理性 在一定鑄造條件下，鑄造合金能充滿鑄型的最小壁厚稱為該鑄造合金的最小壁厚。從保證金屬液的充型能力角度，在設(shè)計鑄件壁厚時，要考慮金屬液的流動性和鑄件的輪廓尺寸。為了避免出現(xiàn)“澆不足”、“冷隔”等鑄造缺陷，往往需要對鑄件的最小壁厚進行限制。 法蘭零件分析可知，零件最小壁厚4.5mm,且零件的最大外框尺寸為Φ243x67.5mm,查表1-5-1-1可知，砂型鑄鐵件最小壁厚4~5mm。 表1-5-1-1砂型鑄造灰鑄鐵件最小壁厚 鑄造合金 鑄件輪廓尺寸mm <200 200～400 400～800 800～1250 1250～2000 ＞2000 鑄鐵 3~4 4~5 5~6 6~8 8~10 10~12 1.5.2 鑄件壁過度連接的合理性 鑄件壁厚不均，厚薄相差懸殊，會造成熱量集中，冷卻不均，不僅易產(chǎn)生縮孔、縮松，而且易產(chǎn)生應(yīng)力、變形和裂紋，所以要求鑄件壁厚盡量均勻。鑄件壁的斷面尺寸不可能完全相同，鑄件壁也有類型各異的連接，因此，鑄件各個壁的連接和過渡應(yīng)該滿足鑄造工藝性要求，即鑄件“壁”的連接、過渡應(yīng)該是平緩的。 此鑄件凹狀形壁厚不均，有差異，因此要有 一定的圓角過度，避免造型出現(xiàn)尖角，防止鑄件出現(xiàn)沖砂、型落等缺陷出現(xiàn)。 1.5.3 鑄件的結(jié)構(gòu)斜度 進行鑄件設(shè)計時，凡順著拔模方向的不加工表面盡可能帶有一定斜度以便于起模，便于操作，簡化工藝。鑄件垂直度越小，斜度越大。 第2章 造型材料的選擇 2.1 造型方法選擇 通過法蘭尺寸可知，屬于小型鑄件，并且批量生產(chǎn)。根據(jù)現(xiàn)如今生產(chǎn)條件和成本等綜合因素的綜合考慮一般選擇使用濕型機器造型。 砂型選用濕型砂[6]鑄造，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)過程的機械化和自動化；材料成本低；節(jié)省了烘干設(shè)備、燃料、電力及車間生產(chǎn)面積；延長了砂箱使用壽命。并且濕型砂造型時，要保證砂型的緊實率、過篩能力、堆重比、水分等造型性能，以免造成鑄件缺陷。 本產(chǎn)品采用一箱兩件機器造型。 2.2 造型材料選擇 鑄造砂基本要求： 1) 較高的純度和潔凈度 2) 高的耐火度和熱穩(wěn)定性 3) 適宜的顆粒形狀和顆粒組成 4) 不易被液態(tài)金屬濕潤 5) 價廉易得 型砂：紅砂主要含量二氧化硅79.4%、三氧化鐵1.48%、三氧化二鋁10.55%、氧化鈣0.85%、氧化鎂0.52%。耐火度1440，含泥量3.06%，燒失量1.98%。紅砂含硅高，透氣性強，耐用耐火度高，角度好，水分低，泥質(zhì)少，鑄件光潔度高等。 2.3 造型機選擇 此前已經(jīng)設(shè)計一箱兩件生產(chǎn)方式，可以通過平面圖排布可知，最小長、寬尺寸為600x500，選用微震緊實造型機進行生產(chǎn)可以滿足生產(chǎn)率，根據(jù)表2-3-1常用緊實造型機可知，本次生產(chǎn)選用Z146造型機。 表2-3-1常用造型機 砂箱尺寸 （mm） 400×300 500×400 600×500 800×600 造型機 Z114A，Z124 Z145，ZZ415 Z146，ZB326 ZB148A，3ZZ318 第3章 鑄造工藝方案的設(shè)計 3.1 澆注位置的選擇 鑄件的澆注位置是指澆注時鑄件在鑄型中所處的位置。澆注位置是根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點、尺寸、重量、技術(shù)要求、鑄造合金特鑄造方法以及生產(chǎn)車間的條件決定的。正確的澆注位置能保證獲得健全的鑄件，并使造型、制芯和清理方便。澆注位置選擇一般遵循以下原則[2]： 1）、鑄件的重要加工面、主要工作面和受力面，應(yīng)盡量放在低部或側(cè)面，以防止這些表而上產(chǎn)生砂眼、氣孔、夾渣等鑄造缺陷。 2）、盡量使大平面朝下，并采取傾斜澆注，以避免夾砂、夾渣缺陷。 3）、保證鑄件有良好的液態(tài)金屬導(dǎo)入位置，保證鑄件充滿 4）、應(yīng)該有利于順序凝固和補縮。薄壁部分在下，厚大部分在上，以便安放冒口和發(fā)揮冒口的補縮效果。 5）、盡量減少砂芯數(shù)目， 使用砂芯時應(yīng)保證砂芯定位穩(wěn)固、排氣通暢和下芯及檢驗方便。 6）、在大批量生產(chǎn)中，應(yīng)使鑄件的毛刺、飛邊 易于清除。 7）、要避免厚實鑄件冒口下面的主要工作面產(chǎn)生偏析。 8）、應(yīng)使合箱位置、澆注位置和鑄件的冷卻位置相一致。避免翻轉(zhuǎn)鑄型。 本鑄件法蘭可用的澆注位置有如下三種方案： 方案一：水平放置 這種澆注位置鑄件大部分至于下砂型，澆注位置可以沿著上沿澆入鑄型，中間下芯更加牢固。 圖3-1-1澆注位置方案 方案二：水平放置 這種澆注位置，大部分置于上箱，容易保證精度，且不容易下芯。 圖3-1-2澆注位置方案二 方案三：垂直放置 這種澆注位置鑄件放置較高，在充型過程中，金屬液的落差大，不利于平穩(wěn)充型，還有可能引起沖砂、卷氣等鑄造缺陷，無法保證鑄件的澆注質(zhì)量。砂箱太高，砂芯也不好擺放。 圖3-1-3澆注位置方案三 綜上分析，最終確定澆注位置為方案一。 3.2 分型面的選擇 鑄造分型面是指鑄型組元間的結(jié)合面。合理的選擇分型面，對于簡化鑄造工 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。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，使鑄造工藝簡便，并易于保證鑄件質(zhì) 量。分型面一般選擇原則如下： 1） 、便于起模，盡可能減少分型面的數(shù)目。 2） 、應(yīng)使鑄件全部或大部分至于同一半型。 3） 、便于下芯、合型和檢查型腔尺寸。 4） 、不應(yīng)使砂箱高度太大。 5） 、注意減少鑄件清理和機械加工負(fù)荷。 根據(jù)分型面選擇原則，確立以下兩種分型方案。 方案一，鑄型大部分置于下型，有利于下芯，且芯子定位更加牢固。 圖3-2-1 分型面圖 方案二，鑄型大部分置于上型，芯子定位不牢固，容易造成鑄件輪廓不完整。 圖3-2-2 分型面圖 通過上述兩種方案對比，方案一較比方案二更加好，因此選擇方案一為本次工藝的最終分型方案。 3.3 鑄造工藝參數(shù)的確定 3.3.1 鑄件尺寸公差 鑄件尺寸公差是指鑄件公稱尺寸的兩個允許極限尺寸之差。公差就是最大極限尺寸與最小極限尺寸代數(shù)和的絕對值。鑄件尺寸保持在兩個允許的極限尺寸之內(nèi)，就可以滿足加工、裝配和使用的要求。 根據(jù)鑄件的要求，成批量生產(chǎn)，查表3-3-1-1得：灰鑄鐵砂型鑄造機器造型，造型材料為濕型砂的鑄件尺寸公差等級為GB/T6414—1999—CT8~CT~12。 表3-3-1-1 成批和大批量生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級（摘自GB/T6414-1999） ·方法 公差等級CT 鑄 件 材 料 鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 銅合金 鋅合金 輕金屬合金 鎳基合金 鈷基合金 砂型鑄造 手工造型 11~14 11~14 11~14 11~14 10~13 10~13 9~12 11~14 11~14 砂型鑄造機器造型和殼型 8~12 8~12 8~12 8~10 8~10 8~10 7~9 8~12 8~12 金屬型鑄造（重力鑄造或者低壓鑄造） — 8~10 8~10 8~10 8~10 7~9 7~9 — — 壓力鑄造 — — — — 6~8 4~6 4~7 — — 熔模鑄造 水玻璃 7~9 7~9 7~9 — 5~8 — 5~8 7~9 7~9 硅溶膠 4~6 4~6 4~6 — 4~6 — 4~6 4~6 4~6 注 1表中所列處的公差等級時至在大批量生產(chǎn)、且影響鑄件尺寸精度的生產(chǎn)因素已得到充分改進時鑄件通常能夠達到的公差等級。 2本標(biāo)準(zhǔn)還適用于本表未列出的由鑄造廠和采購方之間協(xié)議商定的工藝和材料。 根據(jù)上表所選的鑄件尺寸公差等級CT12,查3-3-1-2表得，鑄件最大尺寸為243mm，所以鑄件公差尺寸不應(yīng)超過8mm。 表3-3-1-2鑄件尺寸公差數(shù)值（單位：mm） 毛坯鑄件基本尺寸/mm CT12級鑄件尺寸公差 >25~40 5 >63~100 6 >100~160 7 >160~250 8 3.3.2 鑄件質(zhì)量公差 鑄件重量公差是以占鑄件公稱重量的百分比表示的鑄件重量變動的允許范圍。鑄件重量公差等級與鑄件尺寸的公差等級應(yīng)對應(yīng)選取，故法蘭鑄件公差等級應(yīng)選GB/T11351—1989—MT12。依據(jù) GB/T11351—1989，鑄件重量公差數(shù)值如表4-3-2-1所示。 表3-3-2-1鑄件的重量公差數(shù)值（%） 公稱重量/kg MT12級鑄件尺寸公差數(shù)值 >0.4~1 24 >1~4 20 >4~10 18 以標(biāo)準(zhǔn)樣品的實稱重量作為公稱重量，按照供圖方所給的7.83Kg 作為公稱重量，確定鑄件的重量公差不超過18%。 3.3.3 鑄件加工余量 鑄件上的機械加工余量是鑄件上要用機械加工的方法切去的金屬層厚度。加工余量不足，會使鑄件因加工表面上殘存黑皮和表層缺陷而報廢；加工余量太大，會增加機械加工的工作量，且浪費金屬材料，從而增加了生產(chǎn)成本，有時還會因截面變厚，熱節(jié)變大，使鑄件晶粒粗大，力學(xué)性能降低。 鑄件為保證其加工面尺寸和零件精度，應(yīng)有加工余量，即在鑄件工藝設(shè)計時預(yù)先增加的，而后在機械加工時又被切去的金屬層厚度，稱為機械加工余量，簡稱加工余量。機械加工余量值由精到粗共分為十個等級：A、B、C、D、E、F、G、H、J 和K，根據(jù) GB/T6414—1999所要求，不同的鑄造方法所采用的機械加工余量如表3-3-3-1所示。 表3-3-3-1毛坯鑄件典型的機械加工余量等級 方法 要求的機械加工余量等級 鑄件材質(zhì) 鑄鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 銅合金 鋅合金 輕金屬合金 鎳基合金 鈷基合金 砂型鑄造手工造型 G~K F~H F~H F~H F~H F~H F~H G~K G~K 砂型鑄造機器造型和殼型 E~H E~G E~G E~G E~G E~G E~G F~H F~H 壓力鑄造 — D~F D~F D~F D~F D~F D~F — — 熔模鑄造 E E E — E — E E E 砂型鑄造機器造型，灰鑄鐵，所以選擇機械加工余量等級G。 表3-3-3-2要求的鑄件加工余量(RMA) （摘自GB/T6414-1999） (單位：mm) 最大尺寸1） 要求的機械加工余量等級 大于 至 A B C D E F G H J K 63 100 0.2 0.3 0.4 0.5 0.7 1 1.4 2 2.8 4 100 160 0.3 0.4 0.5 0.8 1.1 1.5 2.2 3 4 6 160 250 0.3 0.5 0.7 1 1.4 2 2.8 4 5.5 8 因此查表確定加工余量為下表3-3-3-3。 表3-3-3-3回轉(zhuǎn)盤加工量計算 序號 加工部位尺寸 基本尺寸 CT12 RMA(G) RMA(H) 加工量計算 1 39雙側(cè)加工 39 5 — 0.7 5/4+0.7=1.95 取整數(shù)為：2mm 2 87三側(cè)面 單側(cè)加工 87 6 2 — 6/2+2=5mm 3 直徑150孔 150 7 — 3 7/4+3=4.75取整數(shù)為：5mm 4 直徑162孔 162 7 — 3 7/4+3=4.75取整數(shù)為：5mm 5 直徑180雙側(cè)加工 180 8 — 4 8/4+4=6mm 3.3.4 鑄造收縮率 鑄件線收縮率又稱鑄件收縮率或者鑄造收縮率，是指鑄件從線收縮開始溫度（從液相中析出枝晶搭成的骨架開始具有固態(tài)性質(zhì)時的溫度）冷卻到室溫時的相對線收縮量，以模樣與鑄件的長度差除以模樣長度的百分比表示，即 ε=L1?L2L1×100% (3-3-4-1) 式中 L1——摸樣長度； L2——鑄件長度。 由表3-3-4-1灰鐵自由收縮率[1]，可知法蘭材質(zhì)為HT200，對應(yīng)的收縮率為1%。 表3-3-4-1灰鐵收縮率 灰鑄鐵牌號 HT100,HT150,HT200 HT250 HT300 HT350 小中件 中大件 特大件 自由線收縮率（%） 鑄造收縮率（受阻收縮率（%）） 0.9~1.1 0.8~1.0 0.8~1.0 0.7~0.9 0.7~0.9 0.6~0.8 0.9~1.1 0.7~0.9 1.5 1.0 3.3.5 起模斜度 為了使模樣(或芯)易于從砂型(或芯盒)中取出(砂型鑄造)，或者從鑄型中取出鑄件(金屬型鑄造)，鑄件垂直分型面的表面要留有起模斜度(也稱拔模斜度)。鑄造斜度可以用不同的方法形成，起模斜度可采取增加鑄件壁厚（如圖3-3-5-1中圖1）、增減鑄件壁厚（如圖33-5-1中圖2）或者減小鑄件壁厚（如圖3-3-5-1中圖3）的方法來形成。 圖3-3-5-1起模斜度 該法蘭零件垂直分型面需加起模斜度高度分別為4.5 mm、16.5 mm、39mm，對于不超過40mm，采用金屬模樣造型，依據(jù)表3-3-5-2起模斜度（JB/T 5105-1991）以及鑄件尺寸公差數(shù)值（摘自GB/T6414-1999），綜合比較，為了使脫模順利，在保證不超過40mm的CT12對應(yīng)的公差值3.6mm情況下，增大起模斜度，采用增減壁厚方式，選取金屬模樣的起模角度為1°50’,本次設(shè)計側(cè)面高度40以內(nèi)的起模斜度為1.5°。 表3-3-5-2起模斜度 測量面 高度H mm 起模斜度≤ 金屬模樣、塑料模樣 木模樣 A A mm A A mm ≤10 3?30‘ 0.6 4?00‘ 0.8 >10~40 1?50‘ 1.4 2?05‘ 1.6 >40~100 0?50‘ 1.6 0?55‘ 1.6 >100~160 0?35‘ 1.6 0?40‘ 2.0 >160~250 0?30‘ 2.2 0?35‘ 2.6 3.3.6 最小鑄出孔 零件上的孔、槽、臺階等是否鑄出，這應(yīng)從品質(zhì)及經(jīng)濟角度等方面全面考慮。一般來說，較大的孔、槽等，應(yīng)鑄出來，以便節(jié)約金屬和加工工時，同時還可以避免鑄件局部過厚所造成的熱節(jié)，提高鑄件質(zhì)量。較小的孔、槽，或者鑄件壁很厚，則不宜鑄出孔，直接依靠加工反而方便。 表3-3-6-1 最小鑄出孔 鑄件厚度 ＜50 50～100 101～200 ＞200 灰鑄鐵 30 35 40 另行通知 球墨鑄鐵 35 40 45 另行通知 該法蘭為批量生產(chǎn)，依據(jù)表3-3-6-1灰鑄鐵不鑄出孔直徑可知零件圖中15的螺絲過孔比較小，不鑄出。 3.4 砂芯設(shè)計 3.4.1 砂芯設(shè)計方案 對于法蘭鑄件，采用呋喃砂造芯，分析可知共四處需要出芯子。 3處砂芯 砂芯 3.4.2 砂芯形狀 為了水平芯合箱準(zhǔn)確，根據(jù)砂芯的結(jié)構(gòu)，要在水平砂芯的低側(cè)增加定位芯頭（圖3-4-2-1）。 圖3-4-2-1 芯子1 為了下芯合箱準(zhǔn)確，根據(jù)砂芯的結(jié)構(gòu)，要在垂直砂芯的下側(cè)增加芯頭（圖3-4-2-2）， 定位芯子，防止出現(xiàn)錯箱，蹭砂缺陷出現(xiàn)。 定位芯頭 定位芯頭 圖3-4-2-2芯子1 3.4.3 砂芯結(jié)構(gòu)設(shè)計 水平芯頭：水平砂芯尺寸為35，查表表3-4-3-1 ，取水平芯頭長度為40mm。 表3-4-3-1水平芯頭的長度l （單位：mm） L D或者（A+B）/2 ≤25 26~50 51~100 101~150 151~200 201~300 301~400 401~500 501~700 701~1000 1001~1500 1501~2000 >2000 401~600 — 40~60 50~70 60~80 70~90 80~100 90~110 100~120 120~140 130~150 — — — 601~800 — — 60~80 70~90 80~100 90~110 100~120 110~130 130~150 140~160 150~170 801~1000 — — — 80~100 90~110 100~120 110~130 120~140 130~150 150~170 160~180 180~200 1001~1500 — — — 90~110 100~120 110~130 120~140 130~150 140~160 160~180 180~200 200~220 220~260 確定上、下芯頭與上、下芯頭座的間隙，查表3-4-3-2水平芯頭與芯座之間的間隙S,濕型鑄造，依據(jù)砂芯直徑，選擇間隙值S1=0.5mm，S2=1mm。 表3-4-3-2水平芯頭的斜度及間隙 （單位：mm） D或者（A+B）/2 ≤50 51~100 101~150 151~200 201~300 301~400 401~500 501~700 701~1000 1001~1500 1501~2000 >2000 濕型 S1 0.5 0.5 1.0 1.0 1.5 1.5 2.0 2.0 2.5 2.5 3.0 3.0 S2 1.0 1.5 1.5 1.5 2.0 2.0 3.0 3.0 4.0 4.0 4.5 4.5 S3 1.5 2.0 2.0 2.0 3.0 3.0 4.0 4.0 5.0 5.0 6.0 6.0 干型 S1 1.0 1.5 1.5 1.5 2.0 2.0 2.5 2.5 3.0 3.0 4.0 5.0 S2 1.5 2.0 2.0 3.0 3.0 4.0 4.0 5.0 5.0 6.0 8.0 10.0 S3 20. 3.0 3.0 4.0 4.0 6.0 6.0 8.0 8.0 9.0 10.0 12.0 垂直芯頭：有上文可知，下部為方便下芯和定位，下部做芯頭，采用方形定位。 表3-4-3-3 垂直芯頭與芯座之間的間隙S (單位mm) 鑄型種 類 D或（A+B）/2 ≤51 51～100 101～150 151～200 201～300 301～400 401～500 501～700 701～1000 1001～1500 1501～2000 >2000 濕型 0.5 0.5 1.0 1.0 1.5 1.5 2.0 2.0 2.5 2.5 3.0 3.0 干型 0.5 1.0 1.5 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 5.0 6.0 7.0 表3-4-3-3垂直芯頭的高度h和h1 (單位mm) SL 當(dāng)D或者（A+B）/2為下列數(shù)值時的高度h ≤30 30～60 61～100 101～150 151～300 301～500 501～700 701～1000 1001～2000 >2000 ≤30 15 15～20 — — — — — — — — 31～50 20～25 >20～25 20～25 — — — — — — — 51～100 >25～30 >25～30 >25～30 20～25 20～25 30～40 40～60 — — — 101～150 >30～35 >30～35 >30～35 >25～30 25～30 >40～60 40～60 50～70 50～70 — 由h查h1 下芯頭高度h 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 80 90 100 120 150 上芯頭高度h1 15 15 15 20 20 25 25 30 30 35 35 40 45 50 55 65 80 表3-4-3-4垂直芯頭的斜度a (單位mm) 芯頭高度h 15 20 25 30 35 40 50 60 70 80 90 100 120 150 用a/h表示斜度時 用角度a 表示時 上芯頭 2 3 4 5 6 7 9 11 12 14 16 19 22 28 1/5 10? 下芯頭 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 5 6 7 8 9 10 13 1/10 5? 為了方便芯頭起模方便，查表3-4-3-4，下芯頭斜度為5°。 3.5 吃沙量確定 模樣與砂箱、箱頂、箱底和箱帶之間的距離稱為吃沙量。由前文可知法蘭鑄件單件重量為7.83Kg，本次法蘭零件模具設(shè)計為一箱兩件形式，依據(jù)表3-5-1按重量確定吃砂量表，可確定吃沙量最小尺寸為a=60mm，b=60mm，c=40mm，d=50mm，f=30mm。實際選取數(shù)值略比該值大，可充分考慮現(xiàn)有模板及砂箱標(biāo)準(zhǔn)尺寸。 表3-5-1 按鑄件重量確定的吃沙量 （單位mm） 鑄件重量/kg a b c d e f <5 5~10 11~20 21~50 51~100 101~250 251~500 501~1000 1001~2000 2001~3000 3001~4000 4001~5000 5001~10000 >10000 40 50 60 70 90 100 120 150 200 250 275 300 350 400 40 50 60 70 90 100 120 150 200 250 275 300 350 400 30 40 40 50 50 60 70 90 100 125 150 175 200 250 30 40 50 50 60 70 80 90 100 125 150 175 200 250 30 40 50 60 70 100 — — — — — — — — 30 30 30 40 50 60 70 120 150 200 225 250 250 250 第4章 澆注系統(tǒng)設(shè)計 注系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道，主要由澆口杯、直澆道、橫澆道、和內(nèi)澆道4個部分組成。澆注系統(tǒng)設(shè)計的合理與否對鑄件質(zhì)量影響很大，大約30%的鑄件廢品是由于澆注系統(tǒng)設(shè)計不當(dāng)導(dǎo)致的。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點、合金種類、技術(shù)要求合理地設(shè)計澆注系統(tǒng)。設(shè)計澆注系統(tǒng)應(yīng)遵守以下原則： 1）、金屬液的充型過程中應(yīng)控制金屬液的流動方向和速度，盡可能使金屬液平穩(wěn)，連續(xù)地充滿型腔； 2）、在合適的時間內(nèi)充滿型腔，避免形成夾砂、冷隔、皺皮等缺陷，保證鑄件輪廓清晰、完整； 3）、調(diào)節(jié)鑄型內(nèi)的溫度分布，有利于強化鑄件的補縮、減少鑄造應(yīng)力，防止鑄件出現(xiàn)變形、裂紋等缺陷； 4）、澆注系統(tǒng)應(yīng)具備擋渣、溢渣、凈化金屬液的能力； 5）、澆注系統(tǒng)應(yīng)該結(jié)構(gòu)簡單、可靠、減少金屬液的消耗，且便于清理。 4.1 澆注類型選擇 澆注形式：法蘭屬于中、大型的灰鑄鐵件，灰鑄鐵件鐵液不易氧化，比較容易凈化，除流動充型能力較好此外，灰鑄鐵件在結(jié)晶凝固過程中因析出石墨會發(fā)生體積膨脹，鑄件收縮相對較小。大型灰鐵件的澆注系統(tǒng)必須保證金屬液平穩(wěn)、均勻地引人型腔中，避免沖壞鑄型和型芯，避免紊流，防止裹氣，造渣。采用轉(zhuǎn)包澆注快澆的方式，該鑄件整體壁厚較薄，快澆的方式金屬液的溫度和流動性降低幅度較小，對砂型作用時間短，易充滿型腔，減少了氣孔、夾渣、結(jié)疤等缺陷?？鞚惨部梢猿浞掷没诣T鐵的石墨化膨脹來消除縮孔、縮松缺陷。 封閉式澆注系統(tǒng)：封閉式澆注系統(tǒng)有良好的阻渣功能力，可防止金屬液卷入氣體，消耗金屬少，清理方便。采用封閉式澆注系統(tǒng)： ∑F內(nèi)：∑F橫：∑F直=1:1.1:1.15。 內(nèi)澆口位置：澆注系統(tǒng)根據(jù)其內(nèi)澆口的設(shè)置位置，可以分為頂注式、中注式、底注式、階梯注入式。頂注式澆注系統(tǒng)的充型能力強，有利于冒口的補縮，但對鑄型底部的沖擊較大，金屬液在充型過程中容易二次氧化；底注式澆注系統(tǒng)充型過程平穩(wěn)，金屬液不容易氧化，缺點是不利于頂部冒口的補縮，金屬液的充型能力相對較差；中間注入式澆注系統(tǒng)同時具有頂注式澆注系統(tǒng)和底注式澆注系統(tǒng)的優(yōu)點和缺點；階梯式澆注系統(tǒng)具有充型能力強、充型平穩(wěn)、金屬液不易氧化、補縮能力強的優(yōu)點，但其缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，消耗的金屬液量多。根據(jù)本鑄件的特點，采用中注式。 4.2 澆注時間確定 法蘭零件鑄件單件重量為7.83Kg。由于該件為一箱兩件生產(chǎn)的砂型鑄造生產(chǎn)形式，依據(jù)工藝出品率參照單件批量生產(chǎn)，確定澆注過程中的總體金屬液重量，澆注系統(tǒng)占比為20%，則澆注時所需金屬液總質(zhì)量為7.83X2X1.2=18.792Kg。 工藝出品率=鑄件重量鑄件重量+澆冒口重量×100% 表4-2-1 鑄鐵件工藝出品率（%） 鑄件重量/Kg 大量流水生產(chǎn) 成批量生產(chǎn) 單件小批生產(chǎn) <100 75~80 70~80 65~75 100~1000 80~85 80~85 75~80 >1000 — 85~90 80~90 澆注時間可按經(jīng)驗公式（4-2-2）計算 τ≈AGn (4-2-2) 式中 τ—澆注時間（s）； G—鑄件或者澆注金屬質(zhì)量（kg）； A、n—系數(shù)，見表5-2-3； 表5-2-3公式5-2-2中的系數(shù) 因為法蘭鑄件的斜度依據(jù)增加壁厚方式來形成，故壁厚適當(dāng)取大值計算。 澆注時間: τ≈AGn=AGn=1.87X18.792=8.2S 4.3 阻流截面計算 以下僅以中注方案進行詳細(xì)澆注系統(tǒng)計算，前文分析過，中注方案的上鑄型高度12mm，縮尺為1%，，依據(jù)吃沙量前文查表選取為a=b=60mm，則上砂箱最小高度為12X1.01+60=72.12mm，取上砂箱高度100mm（下砂箱取150mm）。 確定靜壓頭高度，依據(jù)池形澆口杯尺寸，依據(jù)鑄件質(zhì)量7.83Kg，初步選擇澆口杯高度尺寸，暫定澆口杯高度為50mm。 選擇漏斗形澆口杯，高度為50mm。 中注方案設(shè)計采用鑄件大部分在下砂箱的形式， 則計算靜壓頭高度為:HP=10+5-0.125*12.12=14.84cm 則依據(jù)截面比的關(guān)系A(chǔ)內(nèi)：A橫：A直=1：1.1：1.15。內(nèi)澆道采用 截面比設(shè)計法，則內(nèi)澆道計算公式為： A內(nèi)=GLρ?μ?t2g?p (4-3-1) 其中本次設(shè)計澆注系統(tǒng)為澆口杯、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道4個部分的四單元澆注系統(tǒng)，則有： hp=k221+k12+k22Hp=1.1521+1.151.12+1.152x14.84=5.591643cm A內(nèi)=GLρ?μ?t2g?p=187927.6X0.5X8.2X2X982X5.591643=5.4cm2 本次設(shè)計為一箱兩件，通過前文計算總內(nèi)澆道斷面面積為A內(nèi)=5.4 cm2，設(shè)計四個內(nèi)澆道，依據(jù)表4-3-1內(nèi)澆道尺寸，選取每個內(nèi)澆口面積為1.35cm2，則設(shè)計的內(nèi)澆道斷面面積為1.2 cm2，每個內(nèi)澆道對應(yīng)的尺寸為：a=18mm，b=14mm，c=7.5mm。 表4-3-1內(nèi)澆道尺寸（單位：mm） 序號 內(nèi)澆道斷面積A內(nèi)/cm2 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ a b c a b c a b c a b c d a 7 1.2 18 14 7.5 12 10 11 10 6 15 16 10 7 11.5 15 計算出橫澆道總斷面面積為A橫=5X1.1=5.5cm2，4-3-2澆注系統(tǒng)截面面尺寸，依據(jù)橫澆道面積5.5 cm2，近似設(shè)計面積為5cm2的橫澆道尺寸為：A=24mm，B=16mm，C=25mm。 表4-3-2澆注系統(tǒng)截面面尺寸 橫澆道 直澆道 Ⅰ Ⅱ 序號 斷面積A橫/cm2 A /mm B /mm C /mm A /mm B /mm C /mm 序號 斷面積A橫/cm2 D/mm 7 5 24 16 5 42 28 19 7 7.1 Φ30 計算出直澆道總斷面面積為A直=5X1.15 =5.75cm2,故查表4-3-2澆注系統(tǒng)截面面尺寸，近似設(shè)計端面面積為7.1cm2的直澆道直徑為Φ30mm。 第5章 鑄造工藝圖 由前文鑄造工藝參數(shù)選取以及吃砂量的確定，因為一箱兩一件生產(chǎn)該法蘭零件，可確定鑄造工藝排布圖，法蘭零件的鑄造工藝圖如圖5-1零件鑄造工藝圖所示. 圖5-1 法蘭工藝圖 第6章 鑄造工藝裝備設(shè)計 鑄造工藝裝備是造型、制芯、合箱及澆注過程中使用的模具和裝置的總稱，鑄造工裝設(shè)計對于保證鑄件質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)效率，減輕勞動輕度起很大作用。設(shè)計工裝設(shè)備既要滿足工藝要求，又要便于加工制造。本節(jié)重點說明模樣與模板、砂箱、芯盒的設(shè)計。 6.1 模板設(shè)計 根據(jù)前文吃沙量的選擇，確定模板長寬為600mmX500mm。設(shè)計上下模板選擇類型和參數(shù)如下所示。 表6-1-1模底板壁厚、加強肋厚度及連接圓角半徑 模底板平均輪廓尺寸 鑄鐵 δ δ1 δ2 r 501~750 12~14 14~16 12 3 表6-1-2 銷耳 模底板平均輪廓尺寸 501-750 定位銷公稱尺寸d φ25 D1 φ20?0.00+0.033 d2 φ25?0.00+0.13 d1d2對A面的垂直度 0.05 D φ28 h 23~25 H1 2 F 80~90 t 12~15 e 50 E1 40 表6-1-3模底板用定位銷及導(dǎo)向銷的尺寸 模底板平均輪廓尺寸 501-750 d Φ25?0.117?0.065 d1 Φ20?0.00?0.033 d2 Φ13 d3 M16 d4 Φ30 l1 23 l2 50 K 16 S 16 D 30 l 75 L l+75 表6-1-4與定位銷分開鑄的吊軸尺寸 吊軸上允許負(fù)荷 d d0 D a b L r R ≤15 80 32 136 24 22 65~95 8 20 6.2 砂箱設(shè)計 砂箱是鑄造車間造型所必需的工藝裝備，用于制造和運輸砂型，砂箱結(jié)構(gòu)既要符合砂 型工藝的要求，又要符合車間的造型、運輸設(shè)備的要求。因此，正確地設(shè)計砂箱的結(jié)構(gòu)和尺寸，對于保證鑄件的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，減輕勞動強度，降低成本以及保證生產(chǎn)安全，都有重要的意義。在砂箱的設(shè)計中，應(yīng)遵循以下原則： 1) 砂箱應(yīng)滿足鑄件在生產(chǎn)過程中的各項工藝要求； 2) 砂箱應(yīng)有足夠的強度和剛度； 3) 砂箱定位裝置應(yīng)保證鑄件精度要求，并持久耐用； 4) 砂箱材料應(yīng)來源廣泛、價格低廉； 5） 尺寸和結(jié)構(gòu)應(yīng)符合造型機、起重設(shè)備、烘干設(shè)備的要求； 6）對砂型有足夠的附著力，使用中不掉砂或塌箱，但又要便于落砂。 按照以上原則，砂箱材料采用成本低、制造方便、強度與剛度均較高的鑄鐵。法蘭零件的上砂箱內(nèi)框尺寸為600X500X100mm，下砂箱內(nèi)框尺寸為600X500X150mm。設(shè)計砂箱適當(dāng)?shù)谋诤瘢O(shè)計砂箱選擇如下： 表6-2-2定位銷尺寸和導(dǎo)向銷尺寸 d Φ25?0.25?0.15 d1 Φ20+0.002+0.011 d2 M16 d3 Φ13 d4 Φ19 了e 4 e1 2 l1 23 l2 25 l3 60 l 75 L L+80 S 19 SR 8 D φ27 表6-2-3 B型定位套尺寸和導(dǎo)向套尺寸 d Φ250+0.033 D Φ38+0.03+0.05 D1 φ47 D2 φ36 D4 φ28 h 30 h1 5 e 3 c 1.5 6.3 芯盒設(shè)計 芯盒是用來形成鑄件內(nèi)腔的重要元素，是制芯的重要工具，對于砂芯的結(jié)構(gòu)尺寸和表面形狀影響很大，因此正確合理的設(shè)計芯盒很重要。 根據(jù)工藝需求，砂芯采用的都是呋喃樹脂砂砂，鑄件批量生產(chǎn)，形狀復(fù)雜，使用的芯盒次數(shù)多，因此選用鋁制作芯盒，符合芯盒設(shè)計的原則。 芯盒的設(shè)計如下圖： 圖6-3-1 芯盒圖 參考文獻 [1] 中國鑄造協(xié)會.鑄造工程師手冊(第三版) 北京：機械工業(yè)出版社，2010. 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