端蓋鑄造工藝設(shè)計(jì),鑄造,工藝,設(shè)計(jì) 20202020年秋季學(xué)期材年秋季學(xué)期材料成型及控制工料成型及控制工程專業(yè)程專業(yè)鑄造鑄造工藝課程設(shè)計(jì)答辯工藝課程設(shè)計(jì)答辯報(bào)告報(bào)告學(xué)生姓名：夏天翔學(xué) 號：17080140201指導(dǎo)教師：孫建波 端蓋鑄造工藝設(shè)計(jì)目錄目錄l 端蓋基本信息及技術(shù)要求l 鑄造工藝方案分析l 鑄造工藝參數(shù)確定l 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)l 模板及芯盒設(shè)計(jì)l 結(jié)論 1 端蓋的基本信息及技術(shù)要求1.1基本信息 端蓋零的結(jié)構(gòu)如右圖1.1端蓋零件圖所示，端蓋結(jié)構(gòu)為臺階圓柱回轉(zhuǎn)體。本次設(shè)計(jì)的端蓋零件材質(zhì)為HT200，最小抗拉強(qiáng)度為200MPa，布 氏 硬 度 為 163241HBW，伸長率0.30.8%抗彎強(qiáng)度為400 MPa，抗壓強(qiáng)度為600 800 MPa，抗 剪 強(qiáng) 度 為 248 MPa1，滿足大多數(shù)端蓋、端蓋零件的機(jī)械性能要求。1 端蓋的基本信息及技術(shù)要求1.2技術(shù)要求主要工作面位于端蓋底面24mm厚的圓法蘭盤以及小端面，法蘭盤側(cè)面需加工，法蘭盤平面與基準(zhǔn)軸垂直度要求；法蘭盤有M10安裝螺栓通孔及沉頭孔；小端面有4個(gè)M10螺絲孔；中間軸孔部分120、45孔需要加工且有精度要求。技術(shù)要求：1.鑄件不許有氣孔、砂眼、夾渣等缺陷；2.鑄件應(yīng)時(shí)效處理；3.未注鑄造圓角R1-3；4.螺紋倒角倒小角。灰鑄鐵具有良好的鑄造性能1，材質(zhì)為灰鐵的鑄件毛坯一般采用鑄造方式獲得，本次設(shè)計(jì)采用砂型鑄造，造型機(jī)造型，一箱兩件生產(chǎn)該零件。2 鑄造工藝方案分析2.1 造型方法、造芯方法的選擇 根據(jù)手工造型和機(jī)器造型的特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)選擇手工造型，Z148E型造型機(jī)。2.2 鑄造方法的選擇 根據(jù)零件的各參數(shù)，對照表格中的項(xiàng)目比較，選擇砂型鑄造。2.3 鑄型種類的選擇 根據(jù)鑄型的特點(diǎn)和應(yīng)用情況選用自硬砂。2.4 鑄件澆注位置的確定 鑄件的澆注位置是指澆注時(shí)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(diǎn)、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）逐漸最重要的部分或交大平面朝下。2）鑄型的防止應(yīng)有利于砂芯的定位與穩(wěn)固支撐。3）當(dāng)鑄件需要冒口補(bǔ)縮時(shí)，最好使補(bǔ)縮部位處于鑄件的上部。2 鑄造工藝方案分析2.4 鑄件澆注位置的確定4）為避免鑄件薄壁部分澆不足，澆注使，薄壁部分營放在下邊或立放或斜放。5）鑄型的放置應(yīng)有利于在澆注時(shí)，砂型和砂芯排氣。6）對于平板類鑄件，為了防止夾砂，可以傾斜放置，同時(shí)也有利于排氣，也可減少鐵水對鑄型的沖刷力。7）應(yīng)盡量使砂芯全部或者主要部分位于下型，并盡量少用吊芯。8）應(yīng)使下芯，合箱方便，便于檢查型腔尺寸。綜合上述原則，考慮到端蓋零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用底部澆注。2.5 分型面的選擇 鑄造分型面是指鑄型組元間的接合面，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，使鑄造工藝簡單，并易于保證鑄件質(zhì)量2。澆注位置往往同分型面的選擇密切相關(guān)，所以二者相互影響，為了便于充分考慮二者的相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系，端蓋零件可有以下三種分型方案。2 鑄造工藝方案分析2.5 分型面的選擇 分型方案一：將以端蓋零件對稱軸面做分型面，將該零件分為上、下兩部分，選擇中間澆注系統(tǒng)適合此分型方案，該分型方案如圖2.5.1分型方案一。分型方案二：在端蓋底面法蘭盤上做平直分型面，采用頂部澆注系統(tǒng)，該分型方案如圖2.5.2分型方案二所示。圖2.5.1 分型方案一圖2.5.2 分型方案二優(yōu)點(diǎn)：分型面平直。缺點(diǎn)：將上下鑄型分在兩塊模板上容易出現(xiàn)錯箱問題，影響端蓋外觀質(zhì)量。優(yōu)點(diǎn)：分型面簡單，鑄型在一個(gè)模板上，避免了可能出現(xiàn)的錯箱問題。缺點(diǎn)：將端蓋的重要安裝平面放在澆注位置的上表面，增大鑄造缺陷缺陷的可能；另外端蓋中間的垂直砂芯，下部芯頭小，造型下芯容易造成砂芯倒伏。2 鑄造工藝方案分析2.5 分型面的選擇 分型方案三：在端蓋的法蘭盤頂面做分型面，采用底部澆注系統(tǒng)，將鑄型分為上、下兩部分，該分型方案如圖2.5.3分型方案三所示。分型方案四：分型方案四與分型方案二類似，都在端蓋的法蘭盤處做平直分型面，分型方案四將端蓋的主體放在上型，采用底部澆注系統(tǒng)，該分型方案如圖2.5.4分型方案四所示。圖2.5.3 分型方案三圖2.5.4 分型方案四優(yōu)點(diǎn)：分型面簡單平直，將端蓋重要的安裝面，放在澆注系統(tǒng)的下面。缺點(diǎn)：端蓋的上、下型可能出現(xiàn)錯箱問題。優(yōu)點(diǎn)：分型面簡單平直，將端蓋重要的安裝面，中間砂芯的下芯頭比上芯頭大，避免出現(xiàn)下芯倒伏的可能。缺點(diǎn)：端蓋的鑄型都在上型，會造成上砂箱過高。2 鑄造工藝方案分析2.5 分型面的選擇 綜合比較，方案四將端蓋法蘭盤重要安裝面放在澆注位置的下面；鑄型完全在一塊模板上，避免了錯箱可能；避免了造型下芯倒伏的問題。便于批量生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。故本次設(shè)計(jì)分型方案選擇分型方案四進(jìn)行分型，采用底部澆注系統(tǒng)。3 鑄造工藝參數(shù)確定3.1 收縮率的確定 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(shí)的溫度）冷卻到室溫時(shí)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，即式中 L1模樣長度，L2鑄件長度。由表3.1.1灰鐵自由收縮率1，可知支撐座材質(zhì)為HT200，對應(yīng)的收縮率為1%。3 鑄造工藝參數(shù)確定3.2 鑄出孔的確定 該端蓋為大批量生產(chǎn)，依據(jù)表3.2灰鑄鐵不鑄出孔直徑可知端蓋零件中M10螺絲孔不鑄出，為后續(xù)機(jī)械加工；端蓋底面法蘭盤上M10螺栓的過孔11與沉頭孔18均為后續(xù)機(jī)械加工，不鑄出。其余端蓋的中軸孔45、120、150，均須鑄出。3 鑄造工藝參數(shù)確定3.3 加工量確定 端蓋為砂型鑄造手工造型批量生產(chǎn),故依據(jù)表3.3成批和大批量生產(chǎn)鑄件的尺寸公差 等 級（摘 自GB/T6414-1999）選用 鑄 件 公 差 等 級 為CT11（GB/T 6414-1999-CT11）。3 鑄造工藝參數(shù)確定3.3 加工量確定 單件和小批量生產(chǎn)的鑄件加工余量等級按表表3.3.2毛坯鑄件典型的機(jī)械加工余量等級選取該端蓋的加工等級為G級。3 鑄造工藝參數(shù)確定3.4 起模斜度確定在鑄件上添加起模斜度，原則上不應(yīng)超過鑄件的壁厚工差要求。鑄件的起模斜度值參考表3.4.1起模斜度（JB/T 5105-1991）。依據(jù)表3.4.1起模斜度（JB/T 5105-1991）以及鑄件尺寸公差數(shù)值綜合比較，為了使脫模順利，85mm的高度，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0.5；其 余 尺 寸 均 不 超 過40mm，則采用增減壁厚方式，選取金屬模樣的起模角度為1.5。3 鑄造工藝參數(shù)確定3.5 砂芯參數(shù)確定砂 芯 直 徑 為 113、150、45臺階圓柱，查表3.5.1垂直芯頭高度，其上芯頭高度為25mm，下芯頭高度為30mm。3 鑄造工藝參數(shù)確定3.5 砂芯參數(shù)確定為了便于下芯順暢，一般芯頭需要設(shè)置斜度，查表3.5.2垂直芯頭的斜度，對應(yīng)芯頭的高度，設(shè)置上、下芯頭的斜度都為5。3 鑄造工藝參數(shù)確定3.5 砂芯參數(shù)確定上、下芯頭與芯座的間隙依據(jù)表3.5.3垂直芯頭與芯座的間隙確定，因采用濕型砂型鑄造，故設(shè)計(jì)間隙值為S=1.0mm,下芯頭與芯座的單邊間隙位0.5mm，上芯頭與芯座的間隙位側(cè)面單邊0.5mm，頂面為1.0mm。3.6 工藝出品率3 鑄造工藝參數(shù)確定4.1 澆注時(shí)間確定 端蓋鑄件單件重量為19.51Kg。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)表4.1.1鑄鐵件工藝出品率參照單件大批量生產(chǎn)，確定澆注過程中的總體金屬液重量，澆冒占比為20%，則澆注時(shí)所需金屬液總質(zhì)量為19.51X2X1.2=46.824Kg。對于重量小于450Kg的形狀復(fù)雜的薄壁鑄鐵件，其澆注時(shí)間可按經(jīng)驗(yàn)公式（4-1）計(jì)算4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 澆注時(shí)間確定 4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.2 澆注系統(tǒng)面積確定本次端蓋澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用封閉澆注系統(tǒng)、底部澆注式，查表4.2.1澆注系統(tǒng)各單元斷面比例及其應(yīng)用，因?yàn)樵摱松w為中、小型灰鐵件砂型鑄造，故選擇澆注系統(tǒng)的斷面比關(guān)系為 4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.2 澆注系統(tǒng)面積確定計(jì)算出直澆道總斷面面積為直澆道截面面積取9.6cm2，直徑為35mm。最終確定各澆道截面尺寸如下圖澆道截面尺寸所示。4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 模底板設(shè)計(jì)模底材料選擇鑄鐵模底板，參考設(shè)計(jì)為吊軸與模底板整鑄式，如圖5.1.1鑄鐵模底板整鑄式吊軸的結(jié)構(gòu)圖所示。5 模板及芯盒設(shè)計(jì)5.1 模底板設(shè)計(jì)綜合考慮造型機(jī)Z148E的砂箱框內(nèi)最大尺寸800X650X300mm，設(shè)計(jì)模板尺寸為750X500X65mm，可知端蓋模底板平均輪廓尺寸為625mm，依據(jù)表5.1.1加強(qiáng)肋間距表，對應(yīng)鑄鐵材質(zhì)的加強(qiáng)肋間距為200-300mm之間。5 模板及芯盒設(shè)計(jì)5.1 模底板設(shè)計(jì)參考上述表格尺寸，設(shè)計(jì)端蓋的模底板為鑄鐵模板，加強(qiáng)肋的間距均勻設(shè)置，另外在模底板的長度方向即750mm方向上，設(shè)計(jì)固定耳，本次設(shè)計(jì)一塊模底板上設(shè)置4個(gè)固定耳，最終模底板設(shè)計(jì)如下圖5.1.2端蓋模底板結(jié)構(gòu)所示。5 模板及芯盒設(shè)計(jì)5.2 上下模板設(shè)計(jì)將端蓋零件的上模樣，安裝固定在上模板上；澆筑系統(tǒng)、補(bǔ)縮冒口，依據(jù)鑄造工藝分析及排布，設(shè)計(jì)在上模板上。最終設(shè)計(jì)上模板三維圖如圖5.2.1端蓋上模底板結(jié)構(gòu)所示。下模板上有兩個(gè)砂芯的芯頭座，另外下模板上還有兩直澆道窩。下模板定位銷、導(dǎo)向銷同上模板設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)下模板三維圖如圖5.2.2端蓋下模底板結(jié)構(gòu)所示。5 模板及芯盒設(shè)計(jì)圖5.2.1 上模板圖5.2.2 下模板5.3 砂箱設(shè)計(jì)砂箱材料采用成本低、制造方便、強(qiáng)度與剛度均較高的鑄鐵。端蓋的上砂箱內(nèi)框尺寸為700X400X250mm，下砂箱內(nèi)框尺寸為700X400X150mm。設(shè)計(jì)砂箱適當(dāng)?shù)谋诤?，最終砂箱與模板裝配關(guān)系位置如圖5.3.1所示5 模板及芯盒設(shè)計(jì)圖5.3.1 合箱圖5.4 芯盒設(shè)計(jì) 端蓋中軸孔孔處作砂芯，該芯子為圓柱回轉(zhuǎn)體，芯盒設(shè)計(jì)為對半開形式鑄鋁芯盒，如圖5.4.1芯盒所示5 模板及芯盒設(shè)計(jì)圖5.3.1 合箱圖 此次為期三周的課程設(shè)計(jì)，通過對端蓋的成型工藝及其工裝設(shè)計(jì)，深刻的體驗(yàn)了從一張圖紙到整個(gè)零件的成型的生產(chǎn)過程。此次課程設(shè)計(jì)學(xué)到了很多東西：如熟悉查閱參考資料及手冊，繪制出工藝圖、工裝圖、裝配圖，能正確運(yùn)用常用計(jì)算公式；熟悉常用鑄造工藝符號和表達(dá)方法；如何撰寫相應(yīng)的設(shè)計(jì)說明書，包括分型面、澆注系統(tǒng)、工裝設(shè)計(jì)計(jì)算等?？偟膩碚f，此次課程設(shè)計(jì)學(xué)到了以前沒有掌握的知識，更加深刻的理解了零件的工藝過程，受益匪淺。與此同時(shí)學(xué)會了作為一個(gè)工程人員應(yīng)該如何更加全面的看待問題，需要從經(jīng)濟(jì)成本、環(huán)保、健康、質(zhì)量等考慮，在滿足以上要求的前提下把復(fù)雜的問題簡單化，解決矛盾問題等。6 結(jié)論敬請老師批評指正