剎車支架鑄造工藝設計,剎車,支架,鑄造,工藝,設計 鑄造工藝課程設計 說明書 設計題目 剎車支架工藝設計 學 院 年 級 專 業(yè) 學生姓名 學 號 指導教師 I 鑄造工藝課程設計說明書 目 錄 1 零件分析 1 1.1 零件結構信息 1 1.2 技術要求 1 1.3 本課題的發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.4 本領域存在的問題 4 2 鑄造工藝方案分析 5 2.1 造型方法、造芯方法的選擇 5 2.2 鑄造方法的選擇 5 2.3 鑄型種類的選擇 5 2.4 鑄件澆注位置的確定 5 2.5 分型面的選擇 6 3 鑄造工藝參數(shù) 9 3.1 收縮率確定 9 3.2 灰鐵鑄出孔大小確定 10 3.3 加工量確定 10 3.4 起模斜度 13 3.5 砂芯設計 15 3.6 吃砂量確定 19 4 澆注系統(tǒng)的設計 20 4.1 澆注時間的確定 20 4.2 澆注系統(tǒng)的阻流截面積計算 21 5 冒口與冷鐵設計 26 6 鑄造工藝圖 27 7 工藝出品率 28 8 合箱圖 29 致 謝 33 參 考 文 獻 34 35 1 零件分析 1.1 零件結構信息 剎車支架零件的結構如下圖1-1-1剎車支架零件圖所示，剎車支架主要為兩個圓軸與支撐側板組成，側板與底面安裝方座垂直，連接中有斜拉筋條，所有孔均需機械加工，其余加工位置如圖標記所示。 圖1-1-1剎車支架零件圖 1.2 技術要求 本次設計的剎車支架零件材質為HT200，最小抗拉強度為200MPa，布氏硬度為163～241HBW，伸長率0.3～0.8%抗彎強度為400 MPa，抗壓強度為600～800 MPa，抗剪強度為248 MPa[1]，滿足大多數(shù)剎車支架、剎車支架零件的機械性能要求。 技術要求： 1. 鑄件不得有氣孔、縮松、裂紋等鑄造缺陷。 2. 未注鑄造圓角R3-5。 3. 毛坯要進行退火處理。灰鑄鐵具有良好的鑄造性能[1]，材質為灰鐵的鑄件毛坯一般采用鑄造方式獲得，本次設計采用砂型鑄造，手工造型，一箱兩件生產(chǎn)該件。 為了便于分析直觀，依據(jù)剎車支架的零件二維圖紙，建立剎車支架的三維零件如下圖1-2-1剎車支架三維零件圖所示。 圖1-2-2剎車支架三維零件圖 1.3 本課題的發(fā)展現(xiàn)狀 近年來，我國鑄造行業(yè)的飛速發(fā)展，使鑄造技術水平得以不斷提高，不過在鑄造技術發(fā)展中仍舊存在一定不足，這也使我國與國外發(fā)達國家在鑄造技術水平上尚存在較大差距。 (1) 黑色金屬鑄造 在黑色金屬鑄造技術發(fā)展上，主要包括鑄鐵、鑄鋼以及耐磨材料鑄造三個方面，首先在鑄鐵方面，我國尚未研發(fā)出較為穩(wěn)定的鑄造技術來對高性能的球墨鑄鐵件進行鑄造,相比于發(fā)達國家，球墨鑄鐵件中的關鍵力學性能指標還未達標。此外,我國目前還無法鑄造出具有超大斷面的球黑鑄鐵件，對百噸級以上的燃料貯運容器仍舊需要從國外引進。在.鑄鋼方面，尚未建立完善的耐腐蝕雙相不銹鋼材料鑄造體系，對于耐腐蝕雙相不銹鋼材料的鑄造缺乏足夠的基礎數(shù)據(jù)，沒有掌握其鑄造成形機理。在對耐磨材料進行鑄造時，我國已經(jīng)縮短了與國外發(fā)達國家之間的差距，其是在耐磨材料標準上，已經(jīng)達到國際先進水平，不過少量高錳鋼鑄件的鑄造仍舊無法達到國際標準。由此可見，相比于國外發(fā)達國家，我國無論是在鑄件質量，還是在鑄造工藝上都存在一定差距。 （2）造型材料 在造型材料上，我國仍舊生產(chǎn)毒性較大、性能較差的呋喃樹脂粘結劑，這也導致鑄鋼件存在嚴重的熱裂傾向，而在鑄造低碳鋼鑄件時，又會出現(xiàn)滲碳、滲硫問題。而對于國外來說，其所生產(chǎn)的呋喃樹脂具有更高的環(huán)保性，不僅毒性較小，而且有著較快的硬化速度與較高的硬度。我國在黏土砂與自硬砂方面的應用不夠均衡，黏土砂多是以煤粉制成的，有著較大的毒性，而國外的自硬沙則是以環(huán)保型的呋喃樹脂制成，因此能夠鑄造出表面質量良好的鑄件。在冷芯盒制芯方面，我國普遍存在粘膜或使用毒性較大溶劑的問題,該問題會給自然環(huán)境帶來很大污染，而且涂料的自動化程度較低，只能進行小批量的制作，難以保障涂料質量，舊砂再生回收率只達到30%至60%，而國外的回收率則高達80%以上。 （3）有色金屬與合金材料 在有色金屬與合金材料鑄造技術上，主要包括高溫合金鑄造、鋁合金鑄造、鎂合金鑄造、鈦合金鑄造、銅合金鑄造以及金屬基復合材料制造，現(xiàn)階段我國已能夠對復雜單晶葉片進行小批量的生產(chǎn)，不過在產(chǎn)品合格率.上卻較低。此外，我國尚未研發(fā)出鋁合金熔體精煉技術，雖然具有豐富的基礎理論研究成果，但卻缺乏實踐。我國還對不同種類的稀土鎂合金材料進行了研發(fā)，在鎂合金材料性能上處于世界領先水平，不過對于大型復雜的鎂合金鑄件，無論是在理論還是在工藝上都遠遠不如發(fā)達國家。我國還開始嘗試高Nb鈦鋁合金的鑄造技術研發(fā)，而美國已對鈦鋁合金進行批量生產(chǎn)與應用。此外，我國對低溫鈦合金的技術研發(fā)時間較短，相比于國外還存在較大差距。 1.4 本領域存在的問題 比較完整的體系，國際競爭力進一步提升,其中部分產(chǎn)品的技術水平和市場占有率躍居世界前列，已經(jīng)成為鑄造大國，但產(chǎn)業(yè)大二不強，自主創(chuàng)新能力薄弱，產(chǎn)能還存在過程，自主創(chuàng)新產(chǎn)品推廣應用困難等問題依然突出。 2 鑄造工藝方案分析 鑄造工藝包括：造型方法、造芯方法、鑄造方法及鑄型種類的選擇。 2.1 造型方法、造芯方法的選擇 根據(jù)手工造型和機器造型的特點，選擇手工造型。 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)鑄型的特點和應用情況選用自硬砂。 2.4 鑄件澆注位置的確定 鑄件的澆注位置是指澆注時鑄件在鑄型中所處的位置。澆注位置是根據(jù)鑄件的結構特點、尺寸、重量、技術要求、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） 鑄件最重要的部分或交大平面朝下。 2） 鑄型的防止應有利于砂芯的定位與穩(wěn)固支撐。 3） 當鑄件需要冒口補縮時，最好使補縮部位處于鑄件的上部。 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） 鑄型的放置應有利于在澆注時，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，同時也有利于排氣，也可減少鐵水對鑄型的沖刷力。 7） 應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） 應使下芯，合箱方便，便于檢查型腔尺寸。 綜合上述原則，考慮到剎車支架零件結構特點，剎車支架適合采用頂部、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，并易于保證鑄件質量[2]。澆注位置往往同分型面的選擇密切相關，所以二者相互影響，為了便于充分考慮二者的相互關聯(lián)的關系，剎車支架零件可有以下三種分型方案。 分型方案一：將以剎車支架零件支架大平面做分型面，將鑄件大部分置于上箱，底部澆注系統(tǒng)適合此分型方案，該分型方案如圖2-5-1分型方案一。 圖2-5-1分型方案一 分型方案一的優(yōu)點是分型面平直，但是將剎車支架兩個重要孔上端置于上箱，容易造成鑄造夾渣缺陷。 分型方案二：將以剎車支架零件底面最大安裝臺上平面做分型面，將鑄件完全置于上、下箱之間，底部澆注形式適合方案，該分型方案如圖2-5-2分型方案二所示。 圖2-5-2分型方案二 分型方案二的優(yōu)點分型面簡單，缺點是將重要孔軸端面置于于上箱，容易造成重要面的鑄造夾渣缺陷，而且該分型方案，不便于大軸孔側面做活塊或者做加減胎處理，因為分型面至活塊下端距離很近，容易造成活塊將砂型破壞進而不能順利造型。 分型方案三：與分型方案一類似，只是將上、下箱顛倒，將鑄件大部分置于下箱，定澆注形式適合方案，該分型方案如圖2-5-3分型方案三所示。 圖2-5-3分型方案三 綜合比較，方案三較為合理，故本次設計分型方案選擇分型方案三進行分型分型，采用頂部澆注系統(tǒng)。 3 鑄造工藝參數(shù) 設計的具體說明。 對于不同的專業(yè)、不同的設計，說明的情況有所不同，可包含以下列出的一種或幾種： 設計的整體說明部分：對所做的設計的各個部分、各個方面作全面的說明，例如：。 計算部分：要列出各零部件的工作條件、給定的參數(shù)、計算公式以及各主要參數(shù)計算的詳細步驟和計算結果；根據(jù)此計算應選用什么元、器件或零、部件。 結構設計部分：包括機械結構設計、各種電氣控制線路設計及功能電路設計、計算機控制的硬件裝置設計等，以及以上各種設計所繪制的圖紙。 樣機或試件的各種實驗及測試情況：包括實驗方法、線路及數(shù)據(jù)處理等。 方案的校驗：說明所設計的系統(tǒng)是否滿足各項性能指標的要求，能否達到預期效果。校驗的方法可以是理論驗算（即反推算），包括系統(tǒng)分析；也可以是實驗測試及計算機輸出的上機運算等。 3.1 收縮率確定 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% 式中L1—摸樣長度，L2—鑄件長度。 由表3-1-1灰鐵自由收縮率[1]，可知支撐座材質為HT200，對應的收縮率為1%。 表3-1-1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 3.2 灰鐵鑄出孔大小確定 該剎車支架為成批生產(chǎn)，依據(jù)表3-2-1灰鑄鐵不鑄出孔直徑可知，零件圖中孔直徑小于Φ15的孔不鑄出；中M12、M16螺紋孔為后續(xù)機械加工，不鑄出；兩個圓軸孔直徑為Φ28、Φ32須鑄出。 表3-2-1 灰鑄鐵件不鑄出孔直徑 （單位mm） 生產(chǎn)批量 不鑄出孔直徑 大量生產(chǎn) ≤12～15 成批生產(chǎn) ≤15～30 單件或小批生產(chǎn) ≤30～50 3.3 加工量確定 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，力學性能降低。 鑄件的機械加工余量可以用查表的方法確定。鑄件切削加工余量等級常常和鑄件尺寸公差等級配套確定。鑄件尺寸公差的代號用字母CT表示[2]。尺寸公差等級分為16級。剎車支架為砂型鑄造手工造型批量生產(chǎn)，依據(jù)表3-3-1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CT12（GB/T 6414-1999-CT12）。 表3-3-1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本標準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。 鑄件切削加工余量的代號用字母MA表示。切削加工余量等級由精到粗分為A、B、C、D、E、F、G、H、J共9個等級[2]。成批量生產(chǎn)的鑄件加工余量等級按表表3-3-2毛坯鑄件典型的機械加工余量等級選取該剎車支架的加工等級為F級。 表3-3-2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 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 剎車支架的兩軸孔端面需要加工尺寸為：Φ64X64、Φ40X44，基本尺寸分別為64、44，查表3-3-3鑄件尺寸公差數(shù)值（摘自GB/T6414-1999）CT12公差值為5.6，位于澆注位置的底面，查3-3-4要求的鑄件加工余量(RMF) （摘自GB/T6414-1999）加工余量等級RMA(F)對應數(shù)值為0.5，剎車支架下端面的加工量為：5.6/4+0.5=1.9mm，圓整取加工量為2.0mm。其上端面RMA(G)對應數(shù)值為0.7，怎上端面加工量為5.6/4+0.7=2.1mm，圓整取加工量為2.5mm。 表3-3-3鑄件尺寸公差數(shù)值（摘自GB/T6414-1999） （單位：mm） 毛坯鑄件基本尺寸 鑄件尺寸公差等級CT1） 大于 至 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 132） 142） 152） 162）3） — 10 0.09 0.13 0.18 0.26 0.36 0.52 0.74 1 1.5 2 2.8 4.2 — — — — 10 16 0.1 0.14 0.2 0.28 0.38 0.54 0.78 1.1 1.6 2.2 3.0 4.4 — — — — 16 25 0.11 0.15 0.22 0.30 0.42 0.58 0.82 1.2 1.7 2.4 3.2 4.6 6 8 10 12 25 40 0.12 0.17 0.24 0.32 0.46 0.64 0.9 1.3 1.8 2.6 3.6 5 7 9 11 14 40 63 0.13 0.17 0.24 0.36 0.50 0.70 1 1.4 2 2.8 4 5.6 8 10 12 16 63 100 0.14 0.18 0.26 0.40 0.56 0.78 1.1 1.6 2.2 3.2 4.4 6 9 11 14 18 100 160 0.15 0.20 0.28 0.44 0.62 0.88 1.2 1.8 2.5 3.6 5 7 10 12 16 20 160 250 — 0.22 0.30 0.50 0.72 1 1.4 2 2.8 4 5.6 8 11 14 18 22 250 400 — 0.24 0.34 0.56 0.78 1.1 1.6 2.2 3.2 4.4 6.2 9 12 16 20 25 400 630 — — 0.40 0.64 0.9 1.2 1.8 2.6 3.6 5 7 10 14 18 22 28 630 1000 — — — 0.72 1 1.4 2 2.8 4 6 8 11 16 20 25 32 1000 1600 — — — 0.80 1.1 1.6 2.2 3.2 4.6 7 9 13 18 23 29 37 1600 2500 — — — — — — 2.6 3.8 5.4 8 10 15 21 26 33 42 2500 4000 — — — — — — — 4.4 6.2 9 12 17 24 30 38 49 4000 6300 — — — — — — — — 7 10 14 20 28 35 44 56 6300 10000 — — — — — — — — — 11 16 23 32 40 50 64 1）在等級CT1~CT15中對壁厚采用粗一級公差（見第7章） 2）對于不超過16mm的尺寸，不采用CT13~CT16的一般公差，對于這些尺寸應標注個別公差。 3）等級CT16僅適用于一般公差規(guī)定為CT15的壁厚。 同樣計算兩圓軸側面的加工量為2.0mm。 3-3-4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 — 40 0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.5 0.7 1 1.4 40 63 0.1 0.2 0.3 0.3 0.4 0.5 0.7 1 1.4 2 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 8 250 400 0.4 0.7 0.9 1.3 1.4 2.5 3.5 5 7 10 400 630 0.5 0.8 1.1 1.5 2.2 3 4 6 9 12 630 1000 0.6 0.9 1.2 1.8 2.5 3.5 5 7 10 14 1000 1600 0.7 1 1.4 2 2.8 4 5.5 8 11 16 1600 2500 0.8 1.1 1.6 2.2 3.2 4.5 6 9 14 18 2500 4000 0.9 1.3 1.8 2.5 3.5 5 7 10 14 20 4000 6300 1 1.4 2 2.8 4 5.5 8 11 16 22 6300 10000 1.1 1.5 2.2 3 4.5 6 9 12 17 24 1）最終機械加工后鑄件的最大輪廓尺寸。 2）等級A和B僅用于特殊場合，例如，在采購方與鑄造廠已就加持面或者基準目標商定模樣裝備、鑄造工藝和機械工藝的成批上產(chǎn)情況下。 剎車支架小軸側面凸出M12螺絲安裝臺端面加工尺寸為Φ28，其加工量為：4.6/2+0.5=2.8，圓整取加工量為3.0mm。 剎車支架大軸側面凸出M16螺絲安裝臺端面加工尺寸為32，其加工量為：5/2+0.5=3.0。 剎車支架安裝座加工尺寸為140x100x24,基本尺寸為140，位于澆注位置的側面，其加工量為7/2+1.5=5.0mm。 3.4 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3-4-1中圖1）、增減鑄件壁厚（如圖3-4-1中圖2）或者減小鑄件壁厚（如圖3-4-1中圖3）的方法來形成。 圖3-4-1 在鑄件上添加起模斜度，原則上不應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）。 表3-4-1起模斜度 （摘自JB/T 5015-1991） 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 >250~400 0?30‘ 3.6 0?35‘ 4.2 >400~630 0?25‘ 4.6 0?30‘ 5.6 >630~1000 0?20‘ 5.8 0?25‘ 7.4 >1000~1600 — — 0?25‘ 11.6 >1600~2500 — — 0?25‘ 18.2 >2500 — — 0?25‘ — 該剎車支架零件垂直分型面的高度大于40不超過100mm的，采用金屬模樣造型，中間澆注，分型面在剎車支架中中間對稱面上，依據(jù)表3-4-1起模斜度（JB/T 5105-1991）以及表3-3-3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，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°，即每個垂直分型面的側面均加起模斜度為0.5°。 根據(jù)以上結果，最終確定剎車支架鑄件三維圖如圖3-4-2剎車支架鑄件三維圖，通過軟件計算該剎車支架鑄件質量為8.6255kg。 圖3-4-2剎車支架零件三維圖 3.5 砂芯設計 依據(jù)前文分析，剎車支架中兩軸孔要鑄出，所以該處設計垂直砂芯，兩個砂芯尺寸分別為Φ24X48.5，Φ28X68.5。 設計兩個圓柱砂芯的心頭高度，查表3.5.1垂直芯頭的高度h和h1，設計垂直砂芯芯頭高度，兩處砂芯上芯頭高度都設計為25mm，下芯頭高度設計為15mm。 表3-5-1 垂直芯頭的高度h和h1 (單位mm) L 當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 — 151~300 >35~45 >35~45 >35~45 30~40 30~40 >40~60 50~70 50~70 60~80 60~80 301~500 — 40~60 40~60 35~55 35~55 >40~60 50~70 50~70 80~100 >80~100 501~700 — >60~80 >60~80 45~65 45~65 50~70 60~80 60~80 80~100 >80~100 701~1000 — — — 70~90 70~90 60~80 60~80 80~100 80~100 >100~150 1001~2000 — — — — 100~120 100~120 >80~100 80~100 80~120 >100~150 >2000 — — — — — — — 80~120 80~120 >100~150 由h查h1 上芯頭高度h 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 80 90 100 120 150 下芯頭高度h1 15 15 15 20 20 25 25 30 30 35 35 40 45 50 55 65 80 查表3-5-2垂直芯頭的斜度a，下芯頭斜度為5°，上芯頭斜度為10°。 表3-5-2 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 剎車支架底部減重方孔平均尺寸為90mm，長度29mm，該砂芯為水平砂芯，查表表3-5-3 水平芯頭的長度l，設計水平砂芯的心頭長度為30mm。 表3-5-3 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 ≤100 20 25~35 30~40 35~45 40~50 50~70 60~80 — — — — — — 101~200 25~35 30~40 35~45 45~55 50~70 60~80 70~90 80~100 — — — — — 查表3-5-4 水平芯頭的斜度及間隙，設計水平砂芯的心頭間隙值為S1=0.5，S2=1.5，S3=2.0。 表3-5-4 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 最終完成剎車支架砂芯設計如圖3-5-1剎車支架砂芯圖所示。 圖3-5-1剎車支架砂芯圖 最終完成剎車支架三維砂芯設計如圖3-5-2剎車支架三維砂芯圖所示，其中黃色為砂芯，綠色塊位置為上下模加減胎位置，加減胎設計是為了減少砂芯設計。 圖3-5-2剎車支架三維砂芯圖 3.6 吃砂量確定 模樣與砂箱、箱頂、箱底和箱帶之間的距離稱為吃沙量。由前文可知剎車支架單件重量為8.63Kg，依據(jù)表3-6-1按重量確定吃砂量表，可確定吃沙量最小尺寸為a=50mm，b=50mm，c=40mm，d=40mm，e=40mm， f=30mm。實際選取數(shù)值略比該值大，可充分考慮現(xiàn)有模板及砂箱標準尺寸。 表3-6-1 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 4 澆注系統(tǒng)的設計 4.1 澆注時間的確定 剎車支架鑄件單件重量為8.63Kg。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3-2-1鑄鐵件工藝出品率參照成批量生產(chǎn)，確定澆注過程中的總體金屬液重量，澆冒占比為20%，則澆注時所需金屬液總質量為8.63X2/（1-20%）=21.575Kg。 工藝出品率=鑄件重量鑄件重量+澆冒口重量×100% 表4-1-1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 對于重量小于450Kg的形狀復雜的薄壁鑄鐵件，其澆注時間可按經(jīng)驗公式（4-1）計算 t=SGL （4-1） 式中 t — 澆注時間（s）； GL— 型內(nèi)金屬液總重量，包含澆冒口系統(tǒng)重量（Kg）； S —系數(shù)，取決于逐漸壁厚，可由表4-1-2系數(shù)S 和鑄件壁厚δ 的關系查出。 表中壁厚δ指鑄件的主要壁厚，對實心體鑄件取壁厚δ=2δE（δE 為鑄件的當量厚度）δE=鑄件的體積/鑄件的面積。 表4-1-2 系數(shù)S 和鑄件壁厚δ 的關系 鑄件壁厚δ mm 2.5~3.5 >3.5~8 >8.0~15 系數(shù)S 1.63 1.85 2.2 因為剎車支架鑄件的斜度依據(jù)增加壁厚方式來形成，故壁厚適當取大值計算。 澆注時間: t=SGL=2.2X21.575=10.22S 4.2 澆注系統(tǒng)的阻流截面積計算 澆注系統(tǒng)常用的分類有兩種：根據(jù)澆注系統(tǒng)個單元斷面的比例關系，可分為封閉式、半封閉式、開放式、封閉開放式等4種類型；根據(jù)內(nèi)澆道在鑄件上的相對位置（引入位置），可分為頂注式、中注式、底注式和階梯注入式等4種類型。 本次支撐座澆注系統(tǒng)設計采用封閉澆注系統(tǒng)、頂注式，查表4-2-1澆注系統(tǒng)各單元斷面比例及其應用，因為該支撐座為中、小型灰鐵件砂型鑄造，故選擇澆注系統(tǒng)的斷面比關系為：A內(nèi)：A橫：A直=1：1.1：1.15。 表4-2-1 澆注系統(tǒng)各單元斷面比例及其應用 截面比例 應用 A直 A橫 A內(nèi) 2 1.5 1 大型灰鑄鐵砂型鑄造 1.4 1.2 1 中、大型灰鑄鐵件砂型鑄造 1.15 1.1 1 中、小型灰鑄鐵件砂型鑄造 1.11 1.06 1 薄壁灰鑄鐵件砂型鑄造 1.5 1.1 1 可鍛鑄鐵 1.1~1.2 1.3~1.5 1 表面干燥型中、小型鑄鐵件 1.2 1.4 1 表面干燥型重型機械鑄鐵件 1.1~1.25 1.1~1.5 1 干型中、小型鑄鐵件 1.2 1.1 1 干型中型鑄鐵件 1 2~4 1.5~4 球墨鑄鐵件 1 2 4 鋁合金、鎂合金鑄件 1.2~3 1.2~2 1 青銅合金鑄件 1 1~2 1~2 鑄鋼件漏包澆注 1.5 0.8~1 1 薄壁球墨鑄鐵小件底注 前文計算的鑄件總高度106.5mm，鑄件在上箱鑄件高度為6.6縮尺為1%，，依據(jù)吃沙量前文查表選取為a=b=50mm，則上砂箱最小高度為6.5X1.01+50=56.565mm，取上砂箱高度100mm（下砂箱取200mm）。 確定靜壓頭高度，依據(jù)表4-2-1普通漏斗形外澆口尺寸，初步澆口杯高度尺寸，暫定澆口杯高度為54mm。 表4-2-1普通漏斗形外澆口尺寸 直澆道下端直徑d/mm D1/mm D2/mm h/mm 鐵液容量/Kg ≤16 Φ56 Φ52 40 0.5 >16～18 Φ58 Φ54 42 0.6 >18～20 Φ60 Φ56 44 0.7 >20～22 Φ62 Φ58 46 0.8 >22～24 Φ64 Φ60 48 0.9 >24～26 Φ66 Φ62 50 1.0 >26～28 Φ68 Φ64 52 1.2 >28～30 Φ70 Φ66 54 1.3 本次設計采用底部澆注形式， 則計算靜壓頭高度為:HP=10+5.4=15.4cm 則依據(jù)截面比的關系A內(nèi)：A橫：A直=1：1.1：1.15。內(nèi)澆道采用截面比設計法，則內(nèi)澆道計算公式為： A內(nèi)=GLρ?μ?t2g?p 其中本次設計澆注系統(tǒng)為澆口杯、直澆道、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+1.152x15.4=5.963cm A內(nèi)=GLρ?μ?t2g?p=215757.85X0.5X10.22X2X981X5.963=4.97cm2 依據(jù)表4-2-2內(nèi)澆道尺寸，選取與計算的A內(nèi)=4.97cm2稍大的斷面的面積，本次設計選取內(nèi)澆口面積為6.0cm2為本次設計的內(nèi)澆口總斷面面積，一箱兩件，每件設計2個內(nèi)澆口，設計為4個內(nèi)澆口，則每個內(nèi)澆口面積為1.5cm2，對應的內(nèi)澆口尺寸a=14mm，b=11mm，c=12mm，則內(nèi)澆道總斷面面積為6.0cm2。 表4-2-2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 1 0.3 11 9 3 6 4 6 4 3 9 9 5 3 6.5 8.5 2 0.4 11 9 4 7 5 7 5 3 10 9 6 4 7 9.5 3 0.5 11 9 5 8 6 7 6 4 10 10 7 4 8 10.5 4 0.6 11 9 6 8.6 6.5 8 6.5 4.5 11 11 7 5 9 12 5 0.8 14 12 6 10 8 9 8 5 12 12 8 6 10 13.5 6 1.0 15 13 7 11 9 10 9 5 14 14 9 7 11.5 15 7 1.2 18 14 7.5 12 10 11 10 6 15 16 10 7 12.5 16.5 8 1.5 20 18 8 14 11 12 11 7 17 18 11 8 14 18.5 9 1.8 21 19 9 16 12 13 12 8 18 20 12 9 15 20.5 10 2.2 23 21 10 17 13 15 13 19 20 22 14 9 17 23 11 2.6 25 23 11 17.5 13.5 17 13 9 24 24 15 10 18.5 24.5 12 3.0 28 24 12 18 14 19 14 10 26 27 16 11 20 26 13 3.4 32 25 12 19 15 20 15 10 28 28 17 12 21 28 14 4.0 38 30 12 21 15 22 16 10 30 30 18 13 22 30.5 15 4.5 40 36 12 22 16 24 17 11 32 30 20 14 24 32.5 16 5.0 42 38 12.5 23 17 25 18 11 34 35 20 15 25.5 34 17 5.4 44 40 13 24 18 25.5 19 12 35 35 21 15 26 35 18 6.0 45 41 14 25 21 26 20 12 37 36 22 16 27.5 37 19 9.0 56 50 17 30 23 34 24 16 45 42 28 19 34 45.5 20 12.0 58 52 22 37 28 36 28 20 50 48 32 22 39 50 計算出橫澆道總斷面面積為A橫=1.1X6=6.6cm2,查表4-2-3澆注系統(tǒng)截面面尺寸，設計橫澆道截面面積為3.3cm2的橫澆道，橫澆道布置在直澆道兩側，則每段橫澆道斷面面積為1.76cm2對應的橫澆道尺寸為：A=17mm，B=13mm，H=22mm。 表4-2-3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 1 1.0 11 9 10 18 10 6 1 1.8 Φ15 2 2.0 15 10 16 20 13 8 2 3.1 Φ20 3 2.4 16 11 18 22 14 10 3 4.9 Φ25 4 3.0 17 13 20 24 15 11 4 7.1 Φ30 5 3.6 19 14 22 28 17 12 5 9.6 Φ35 6 4.0 20 15 23 30 18 13 6 12.6 Φ40 7 5.0 24 16 25 35 20 15 7 15.9 Φ45 8 6.0 27 17 28 36 22 16 8 19.6 Φ50 9 7.0 28 18 30 38 24 17 9 23.7 Φ55 10 8.0 30 20 32 40 26 18 10 28.2 Φ60 11 9.0 32 22 34 42 28 19 11 33.2 Φ65 12 11.0 36 24 37 45 30 21 12 38 Φ70 13 13.0 38 27 40 52 32 24 13 44 Φ75 14 13.8 38 28 42 55 33 25 14 50.3 Φ80 15 17 44 30 46 60 36 28 15 56.7 Φ85 16 19.5 46 32 50 65 39 30 16 63.7 Φ90 17 24 52 36 54 72 43 33 17 71 Φ95 18 28 56 40 58 78 46 36 18 78.5 Φ100 19 34 60 44 66 86 51 40 19 86.5 Φ105 20 38.5 65 45 70 90 54 43 20 95.2 Φ110 21 48 65 55 80 102 60 48 21 104 Φ115 計算出直澆道總斷面面積為A直=1.15X6=6.9cm2,，故查表4.2.3澆注系統(tǒng)截面面尺寸，直澆道截面面積取6.9cm2，直徑為Φ30mm。 最終確定各澆道截面尺寸如下圖4-2-1澆道截面尺寸所示。 圖4-2-1澆道截面尺寸 5 冒口與冷鐵設計 灰鑄鐵和球磨鑄鐵在凝固過程中都析出石墨并伴隨相變膨脹，有一定的自補縮能力，因而縮松、縮孔的傾向小性較鑄鋼件小。鑄鐵件的補縮應以澆注系統(tǒng)后補縮（澆注系統(tǒng)在完成教主以后，對鑄件的補縮，稱為后補縮）和石墨化膨脹自補縮為基礎，只是由于鑄件本身結構、合金成分、冷卻條件等原因，不能建立足夠的后補縮和自補縮的情況下才應用冒口，一個需要設置冒口補縮的鑄件，也必須利用后補縮和自補縮，冒口僅是補充后補和自補不足的差額。 本次剎車支架不設計冒口。 6 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，因為一箱兩件生產(chǎn)該剎車支架，可確定鑄造工藝排布圖，剎車支架的鑄造工藝圖如圖6-1-1剎車支架鑄造工藝圖所示。 圖6-1-1剎車支架鑄造工藝圖 最終確定剎車支架鑄件圖見附錄一；一箱兩件鑄造工藝布置圖，見附錄二；鑄造工藝卡，見附錄三。 7 工藝出品率 依據(jù)鑄造工藝圖，建立三維鑄件以及澆注系統(tǒng)三維如圖7-1-1剎車支架鑄件及澆注系統(tǒng)三維圖所示，通過軟件分析各部分質量，一箱兩件，單個鑄件質量為8.63Kg，澆注系統(tǒng)質量為3.772Kg， 則工藝出品率為：8.63X28.63X2+3.122×100%=82.1% 圖7-1-1剎車支架鑄件及澆注系統(tǒng)三維圖 8 合箱圖 由前文計算選取的吃沙量以及鑄造工藝排布，選擇砂箱內(nèi)框尺寸，上砂箱內(nèi)框尺寸為：400X350X150，下砂箱內(nèi)框尺寸為：400X350X100。 根據(jù)表8-1-1常用造型機所用砂箱的最佳尺寸，依據(jù)本次設計數(shù)據(jù)，選擇500X400砂箱尺寸對應的造型機為Z145。 表8-1-1 常用造型機所用砂箱的最佳尺寸 砂箱尺寸 （mm） 400×300 500×400 600×500 800×600 造型機 Z114A，Z124 Z145，ZZ415 Z146，ZB326 ZB148A，3ZZ318 砂箱尺寸 800×700 1000×800 1100×900 1600×1200 造型機 Z148A，Z158 Z2310，Z2410 ZB1410 ZB1416 最終確定剎車支架的合箱圖如下圖8-1-1合箱圖所示。 圖8-1-1合箱圖 最終確定剎車支架的下模板裝配圖如下圖8-1-2下模板裝配圖圖所示。 圖8-1-2下模板裝配圖 剎車支架砂芯，芯盒設計芯盒材質為ZL101，對開式兩半芯盒，芯盒采用定位銷定位，蝶形螺母和活節(jié)螺栓緊固及開合。最終確定剎車支架的芯盒裝配圖如下圖8-1-3芯盒裝配圖圖所示。 圖8-1-3芯盒裝配圖 致 謝 對孫建波導師和給予指導或協(xié)助完成研究工作的組織和個人表示感謝。 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. [2] 機械工程學會鑄造學會編.鑄造手冊（第5卷：鑄造工藝）（M）.北京：機械工業(yè)出版社，2006. [3] 葉榮茂、吳維岡、高景燕.鑄造工藝課程設計手冊（M）.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1989. 引用是學術論文的重要寫作方法，“參考文獻”是論文中引用文獻出處的目錄表，凡引用本人或他人文獻中的學術思想、觀點或研究方法、設計方案等，無論借鑒、評論、綜述，還是用作立論依據(jù)、學術發(fā)展基礎，都應編入?yún)⒖嘉墨I目錄表。參考文獻應是作者親自閱讀或引用過的，不應轉入他人文后的文獻。 非正式發(fā)表的文獻不可引用；產(chǎn)品說明書不能作為參考文獻； 同一文獻只能在參考文獻中利用一次。 注意： (1) 要求嚴格按照樣例的格式書寫參考文獻，不要錯用中文和英文標點符號，英文作者的姓在前、名縮寫在后；期刊文獻要寫出題目和頁碼。 (2) 通過“插入”“交叉引用”，插入文獻序號。雙擊序號能自動定位。移動引用位置會自動重新編號。實現(xiàn)對一篇文獻的多次引用。 (3) 文中所有數(shù)字、英文字母采用The New Roman字體； (4) 表格采用三線格， 其中兩側粗線用1.5磅，細線1/2磅； (5) 圖、表標題標示方法。 例：圖2-1 射砂機構裝配圖；（采用五號字體） 表2-1 射砂機構結構參數(shù)表；（采用五號字體，包括表格內(nèi)容） 表格內(nèi)容及圖片上的字體比正文小四字體小一號，采用五號字。 不用此信息時，刪除此文本框。 不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不