《右鉸接支架鑄造工藝設(shè)計(jì)(共31頁(yè))》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《右鉸接支架鑄造工藝設(shè)計(jì)(共31頁(yè))（31頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 華中科技大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題目：右鉸接支架鑄件工藝設(shè)計(jì) 學(xué)院： 材料學(xué)院 班級(jí)： 分組組別號(hào)： 1 組員： 評(píng) 分： 評(píng)分人： 目　　錄

2、  任務(wù)書 1． 設(shè)計(jì)題目和總體目標(biāo) 設(shè)計(jì)題目：右鉸接支架的鑄造工藝設(shè)計(jì) 總體目標(biāo)：使用UG、ProE等三維軟件建立三維幾何模型和鑄造工藝，然后使用華鑄CAE進(jìn)行模擬，寫出一個(gè)分析報(bào)告，進(jìn)行答辯。 2． 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1） 設(shè)計(jì)該零件的鑄造生產(chǎn)工藝，編制其鑄造工藝卡片，主要內(nèi)容包含： （1） 鑄件重量的計(jì)算、鑄造合金確定、鑄造方式的選擇； （2） 工藝方案的確定：分型面的確定、加工余量的設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算（壓頭計(jì)算、澆注時(shí)間的計(jì)算與確定、澆注溫度的確定、直澆道的設(shè)計(jì)與面積計(jì)算、橫

3、澆道的設(shè)計(jì)與面積計(jì)算、內(nèi)澆道的設(shè)計(jì)與面積計(jì)算等）、冒口的設(shè)計(jì)、冷鐵的設(shè)計(jì)、砂芯的設(shè)計(jì)、型板的設(shè)計(jì)、外模與芯盒（砂芯模具）的設(shè)計(jì)（可選做），砂箱的設(shè)計(jì)等； （3） 鑄件毛坯與工藝的二維工藝設(shè)計(jì)（紅藍(lán)鉛筆在打印的圖紙上畫）； （4） 鑄件毛坯與工藝的三維CAD設(shè)計(jì)（可選用任三維造型軟件制圖）； （5） 鑄件工藝的CAE分析（在材料學(xué)院機(jī)房采用華鑄CAE進(jìn)行模擬分析）； （6） 鑄件工藝方案的確定，鑄造工藝卡片的編制； 2） 分組進(jìn)行設(shè)計(jì)，3-5人一組，要求每組每人至少提出一種工藝方案； 3） 采用模擬軟件進(jìn)行工藝優(yōu)化，每組確定一種可行的工藝方案； 4） 撰寫專業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告； 5

4、） 最后提交的材料包含： （1）專業(yè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告電子文檔與紙質(zhì)材料各1份； （2）鑄件毛坯及工藝3D造型文件、STL文件； （3）鑄件毛坯及2D工藝紙質(zhì)材料附錄在報(bào)告后。 摘 要 （簡(jiǎn)要描述本專業(yè)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，過程，取得成果等） 本次設(shè)計(jì)中，我們的任務(wù)是右鉸接支架鑄造工藝方案的設(shè)計(jì)，目的是通過對(duì)鑄造工業(yè)設(shè)計(jì)方案的探索，得出一個(gè)比較合理的設(shè)計(jì)方案。 首先針對(duì)鑄件的結(jié)構(gòu)和鑄造工藝性進(jìn)行分析，選擇合適的鑄造方案，并進(jìn)行鑄造工藝參數(shù)設(shè)計(jì)和工藝方案的初步確定，最后通過數(shù)值模擬軟件對(duì)方案進(jìn)行模擬分析，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。最終對(duì)各種方案進(jìn)行比較，得到合理、可行的鑄造工藝方案。 設(shè)計(jì)過程中我們

5、主要針對(duì)澆注位置和冒口形式的不同提出了三種方案，通過數(shù)值模擬后對(duì)方案進(jìn)行比較，我們選擇出了最佳設(shè)計(jì)方案 【關(guān)鍵字】右鉸接支架 鑄造工藝 數(shù)值模擬  1. 零件分析 1.1. 設(shè)計(jì)要求 (1) 未注鑄造圓角R3 (2) 未注壁厚及筋厚均為10 (3) 制造拔模斜度不大于3° (4) 鑄件表面應(yīng)該光潔，去除毛刺和銳邊，且不允許有砂眼、氣孔、夾渣等明顯的鑄造缺陷 (5) 漆以CA/C202乙按 Q/CATBD12 1.2. UG三維設(shè)計(jì) 利用UG對(duì)零件進(jìn)行三維造型得到如圖1-1所示的圖形： 圖1-1右鉸接支架的三維造型圖 主要的參數(shù)見表1-1： 表1-1 右鉸

6、接支架的參數(shù)表 名稱 右鉸接支架 外形尺寸 424.5×363×152.5mm 材料 QT450-10（鐵素體型） 表面積 2922.15cm2 密度 7.3 g/cm3 最大尺寸 424.5mm 體積 1580.4cm3 使用場(chǎng)合 駕駛室 質(zhì)量 11.537kg 生產(chǎn)性質(zhì) 大批量 1.1. 材料信息 材料名稱：球墨鑄鐵（鐵素體型）； 牌號(hào)：QT 450-10； 標(biāo)準(zhǔn)：GB/T1348-2009(代替GB/T 1348-1988）； 化學(xué)成分：表1-2； 表1-2 QT450-10化學(xué)成分表 碳 C 硅 Si 錳 Mn 硫 S

7、 磷 P 鎂 Mg 稀土Re 碳當(dāng)量 3.70～4.00% 2.15～2.93% 0.46～0.66% 0.010～0.016% 0.027～0.035% 0.027～0.050% 0.026～0.043% 4.3～4.6 力學(xué)性能：表1-3； 表1-3 QT450-10力學(xué)性能表 抗拉強(qiáng)度σb (MPa) 條件屈服強(qiáng)度 σ0.2 (MPa) 伸長(zhǎng)率 δ (%) 硬度 ≥450 ≥310 ≥10 160～210HB 1.2. UG厚度分析 平均厚度9.46782 ，最大厚度23.3833mm，主體厚度余10～15mm，零件的厚度分布較為均勻，

8、屬于薄壁零件。壁厚分析如下圖1-2： 圖1-2 UG檢查壁厚的分析 2. 鑄造方案確定 2.1. 造型方法 球鐵件的鑄造工藝比較廣泛，查相關(guān)資料可知，造型方法的選用原則為： （1）手工造型優(yōu)先選用普通粘土濕砂型，這是由于普通粘土的吸濕性和修補(bǔ)性好。生產(chǎn)中小型鑄件，無論從成本，環(huán)保，生產(chǎn)率考慮，濕型都是最有優(yōu)勢(shì)的。當(dāng)濕型不能滿足要求時(shí)在考慮使用表干砂型，干砂型或其它砂型。 （2）造型方法及造芯方法的選擇應(yīng)與實(shí)際生產(chǎn)相適應(yīng)。 （3）造型方法應(yīng)適應(yīng)工廠條件。 （4）要兼顧成本。 目前，汽車、拖拉機(jī)、采油機(jī)等工業(yè)中，質(zhì)量在300-500kg以下的薄壁鑄鐵件，目前均已成功的采用濕型

9、鑄造，濕型砂造型也是使用最廣泛、最方便的造型方法，大約占所有砂型使用量的60%-70%。 由于該零件屬于中小型鑄件，因此可以選用濕型砂型鑄造，考慮到石墨的自補(bǔ)縮作用和減少縮孔、縮松等缺陷，需要砂型緊實(shí)度高，強(qiáng)度硬度高，故選用高壓造型機(jī)，也可以滿足批量生產(chǎn)的要求。 造型方法：濕砂鑄造，高壓造型 2.2. 金屬合金球化與孕育處理 球墨鑄鐵需要在澆注前向鐵液中加入純鎂或稀土鎂合金，以阻止鐵液結(jié)晶時(shí)片狀石墨析出，促進(jìn)球狀石墨生成。我國(guó)常采用的球化劑有鎂、稀土或稀土-硅鐵-鎂合金三種，純鎂的球化作用很強(qiáng)，球化率很高，但是純鎂又是強(qiáng)烈阻礙石墨化的元素，有增大鑄鐵白口化的傾向，而且純鎂的沸點(diǎn)較低

10、加入鐵液中沸騰飛濺，燒損嚴(yán)重。我國(guó)目前廣泛應(yīng)用的球化劑是稀土-硅鐵-鎂合金。主要成分為ωRe=17%～25%，ωMg=3%～12%，ωSi=34%～42%，ωFe=21%～22%。采用這種球化劑時(shí)，由于鎂含量低，球化反應(yīng)平穩(wěn)，通常采用沖入法，即將球化劑放入澆包中，然后沖入鐵液使球化劑逐漸熔化。 孕育處理中，考慮到鉍與稀土或鈣復(fù)合可以顯著增加石墨球數(shù)，適用于鑄態(tài)薄壁鐵素體球墨鑄鐵件，該鑄件正是鑄態(tài)鑄態(tài)薄壁鐵素體球墨鑄鐵件，故孕育劑選用鉍。 球化處理劑：稀土硅鐵鎂合金 ，沖入法 孕育處理劑：鉍 2.3. 分型面 分型面的選擇原則有： 1) 應(yīng)保證模樣能順利的從鑄型中取出 2) 應(yīng)

11、盡量減少分型面的數(shù)量 3) 應(yīng)盡量使分型面是一個(gè)平直的面 4）盡量將鑄件全部或大部分放在同一個(gè)半型內(nèi) 根據(jù)選擇原則和零件的特點(diǎn)，提出以下兩種方案 1. 方案一:三箱造型（圖2-1） 圖2-1 三箱造型分型面 優(yōu)點(diǎn)：分型面均是平面，不需要設(shè)計(jì)砂芯，工藝較為簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：分型面較多，不易保證鑄件精度；多個(gè)分型面不利于提高生產(chǎn)效率，如果是手工單件生產(chǎn)比較合理， 2. 方案二：兩箱造型（圖2-2） 對(duì)于該鑄件，我們提出了如圖2-2所示的平面分型方式，在鑄件的左側(cè)設(shè)計(jì)砂芯。 如果分型面設(shè)置在最大截面處，并且基準(zhǔn)平面均位于下型，雖然分型面有錯(cuò)箱誤差，分型面處會(huì)有痕跡，但對(duì)鑄件的尺寸

12、精度影響不大。 圖2-2 兩箱造型分型面 優(yōu)點(diǎn)：相比于三箱造型，分型面較少，加工基準(zhǔn)面都位于下型，有利于提高加工精度，同時(shí)可采用機(jī)械造型，提高生產(chǎn)效率。 缺點(diǎn)：需要設(shè)計(jì)砂芯 綜上所述：我們選擇兩箱造型的分型面 2.4. 澆注位置確定 澆注位置是指澆注是鑄件在鑄型中所處的位置。選擇澆注位置時(shí)，以保證鑄件質(zhì)量為前提，同時(shí)盡量簡(jiǎn)化造型工藝和澆注工藝。確定澆注位置是應(yīng)考慮一下原則： （1） 鑄件的重要部分應(yīng)盡量置于下部 （2） 重要加工面應(yīng)朝下或呈直立狀態(tài) （3） 使鑄件的大平面朝下，避免夾砂結(jié)疤類缺陷 （4） 應(yīng)保證鑄件能充滿 （5） 應(yīng)有利于鑄件的補(bǔ)縮 （6） 應(yīng)是

13、合箱位置合理、澆注位置和鑄件冷卻位置相一致 由于本鑄件壁厚較均勻，在選擇澆注位置時(shí)主要保證鑄件的重要部位、受力部位和主要加工面等位于下箱，此鑄件上凸臺(tái)，吊耳，以及端部等為重要部位，將內(nèi)澆口位置選擇在支架大平板的側(cè)面，且選擇在沒有吊耳的一面，接近最大壁厚處，側(cè)面較平整，便于精整，澆注位置和內(nèi)澆口位置如圖2-3所示： 圖2-3澆注位置 3. 鑄造工藝參數(shù)設(shè)計(jì) 3.1. 鑄件尺寸公差 查《鑄造手冊(cè)—鑄造工藝》表3-40、3-41，鑄件材料為球墨鑄鐵，采用砂型機(jī)器造型，選擇公差等級(jí)為CT10，主要尺寸公差數(shù)值為2.2mm 3.2. 鑄件重量公差 查《鑄造手冊(cè)—鑄造工藝》表

14、3-44，質(zhì)量公差的選擇應(yīng)當(dāng)與尺寸公差相對(duì)應(yīng)，故質(zhì)量公差為MT10，該鑄件質(zhì)量上下偏差之和為12%。 3.3. 機(jī)械加工余量 查《HB 6103-2004 鑄件尺寸公差和機(jī)械加工余量》附錄表B.1，鑄造工藝為砂型機(jī)械造型，選擇等級(jí)F級(jí)，零件最大尺寸為424.5，故加工余量為3mm 。 3.4. 鑄造收縮率 查《鑄造手冊(cè)—鑄造工藝》表3-50，鑄件為鐵素體球墨鑄鐵，收縮形式為受阻收縮：取0.9%。 3.5. 起模斜度 查《鑄造手冊(cè)—鑄造工藝》 表3-54，選擇鑄件起模斜度選擇為1° 3.6. 最小鑄出孔 查閱《鑄造手冊(cè)--鑄造工藝》表3-77

15、，故零件除了直徑100的孔外，其余的孔均不需要鑄造出來。 總結(jié)：加入機(jī)械加工余量和起模斜度之后鑄件的信息為： 密度 = 7.3kg/cm3 體積 = mm3 面積 = mm2 質(zhì)量 = 12.8kg 3.7. 鑄型、砂芯設(shè)計(jì) 由于鑄件的較小，因此我們選用了一箱兩件的鑄造工藝。 3.7.1. 鑄型設(shè)計(jì) （1）吃砂量 查《鑄造手冊(cè)--鑄造工藝》表3-37，按照鑄件確定吃砂量。 吃砂量：鑄件質(zhì)量為13kg，故a=60，b=60，c=4

16、0，d=50，e=50，f=30 (2)平均水平靜壓頭H均 鑄件全部位于下型時(shí)的平均靜壓頭高度由《鑄造手冊(cè) 第五卷 鑄造工藝》表3-135查出：鑄件高度為145mm，上砂型高度為150mm，故H均=30cm。 （3）鑄型尺寸 將吃砂量以及平均水平靜壓頭的尺寸結(jié)合，最終確定鑄型的尺寸如圖3-1所示。 方案一 方案二 圖3-1 鑄型尺寸 3.7.2. 砂芯設(shè)計(jì) （1）尺寸設(shè)計(jì) 砂芯主要用來形成鑄件的內(nèi)腔、空洞和凹坑，在澆注時(shí)，它的大部分或部分表面被液態(tài)金屬包圍，經(jīng)受金屬液的熱作用和機(jī)械作用強(qiáng)烈，排氣條件差，出砂及清理困難。因此，對(duì)砂芯的性能要求一般比型砂高。

17、因此我們選用了樹脂砂芯。其尺寸信息如圖3-2所示。水平芯頭以及間隙尺寸如圖3-3所示： 圖3-2 砂芯 圖3-3 水平芯頭和間隙尺寸 （2）排氣設(shè)計(jì) 由于砂芯外形比較簡(jiǎn)單，所以通氣針扎出排氣道即可。 4. 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1. 澆注溫度 依據(jù)球墨鑄鐵的常用澆注溫度，該鑄件的澆注溫度控制在1350℃左右。由于在球墨鑄鐵球化、孕育處理過程中要加入一定的球化劑，因此為了保證球化孕育的效果（球化劑的熔化），澆注溫度不能太低。但是另一方面避免球化衰退、孕育衰退、石墨漂浮等缺陷，澆注溫度不能太高。綜上所述，鐵液處理溫度控制在1420～1460℃。 4.2. 澆注時(shí)間 球墨鑄鐵的

18、澆注時(shí)間可按照灰鑄鐵件澆注時(shí)間計(jì)算公式確定澆注時(shí)間，然后減少1/2～1/3?；诣T鐵澆注時(shí)間計(jì)算公式為t=SG，故球墨鑄鐵計(jì)算公式為： t=12SG 式中 t—— 澆注時(shí)間 G——型內(nèi)金屬總重量，包括澆冒口系統(tǒng) S——系數(shù)，取決于鑄件壁厚，可由表查出 (1) G：在澆注系統(tǒng)尺寸計(jì)算中，需要知道充入型腔內(nèi)金屬液的重量。由于澆冒口系統(tǒng)重量計(jì)算困難，所以可以通過工藝出品率來進(jìn)行估算。 工藝出品率=鑄件重量鑄件重量+澆冒口重量×100% 鑄件的工藝出品率查《鑄造手冊(cè) 第五卷 鑄造工藝》表3-138，工藝出品率取70%，鑄件質(zhì)量為13Kg，故單件生產(chǎn)總重量G=18.6kg：兩件生

19、產(chǎn)總重量G=37.2kg (2) S：查《鑄造手冊(cè) 第五卷 鑄造工藝》表3-129，鑄件主要壁厚為10mm，故S取2.2 將G和S的數(shù)值帶入公式 單件生產(chǎn)： t=12SG=12×2.2×18.62≈5s 鑄件澆注時(shí)間為5s 兩件生產(chǎn)： t=12SG=12×2.2×37.2≈7s 鑄件澆注時(shí)間為7s 4.3. 澆道截面積計(jì)算 4.3.1. 方案一 (1) 鑄件采用的是封閉、頂注式澆注系統(tǒng)，首先根據(jù)奧贊公式計(jì)算最小阻流截面積。 奧贊公式： F阻=Gρμt2gH均 式中 F阻——最小阻流截面積，對(duì)于封閉式澆注系統(tǒng)，為內(nèi)澆道截面積 t—— 澆注時(shí)間，5s G——

20、型內(nèi)金屬總重量，包括澆冒口系統(tǒng) ρ——鑄件密度，7.3g/cm2 g——重力加速度，9.8m/s2 H均 ——平均計(jì)算靜壓頭 μ——流量系數(shù) l 流量系數(shù)μ值：查《鑄造手冊(cè) 第五卷 鑄造工藝》表3-127和3-128初步確定為0.42，修正之后最終確定值為0.7。 將數(shù)值帶入公式： F阻=Gρμt2gH均=.3×0.7×7×2×980×30=4.3cm2 (2) 查《鑄造手冊(cè) 第五卷 鑄造工藝》表3-152常用球墨鑄鐵澆注系統(tǒng)尺寸表，得出內(nèi)澆道、橫澆道、直澆道的尺寸信息，如圖4-1所示： 內(nèi)澆道 兩個(gè)，a=28，b=26，c=9，內(nèi)澆道截面積為4.8； 橫澆道

21、 a=24，b=18，c=26，橫澆道截面積5.4； 直澆道 d=29，橫澆道截面積6.3； 圖4-1 方案一澆道截面積 (3) 澆口杯尺寸選擇 澆口杯尺寸澆口杯直徑(或?qū)挾?至少要比金屬液流直徑大一倍;其頂部寬度要比直澆道直徑大一倍;沿澆注方向的長(zhǎng)度要兩倍于寬度;而深度可等于寬度;澆日杯中容納的金屬液量應(yīng)比直澆道的容量大。中、小型澆口杯的尺寸可根據(jù)直澆道直徑或鑄件重量， 用查表法確定。確定普通漏斗形澆口杯 根據(jù)《鑄造手冊(cè) 第五卷 鑄造工藝》表3-217選出澆口杯尺寸，如圖4-2所示： 圖4-2 澆口杯 4.3.2. 方案二 計(jì)算方法和方案一相同，直接寫

22、出計(jì)算結(jié)果： (1) F阻=Gρμt2gH均=.3×0.7×5×2×980×30=2.7cm2 (2)內(nèi)澆道、橫澆道、直澆道的尺寸信息，如圖4-3所示： 內(nèi)澆道 一個(gè)，a=38，b=35，c=11，內(nèi)澆道截面積為3.84； 橫澆道 a=23，b=15，c=25，橫澆道截面積4.8； 直澆道 d=27，橫澆道截面積5.7； 圖4-3 方案二澆道截面 (3)澆口杯尺寸選擇，圖4-4 圖4-4 澆口杯 5. 數(shù)值模擬與工藝優(yōu)化 本設(shè)計(jì)運(yùn)用華鑄CAE鑄造工藝分析軟件，模擬了球墨鑄鐵QT450-10濕型鑄造金屬液的充型與凝固的過程，并根據(jù)軟件

23、所預(yù)測(cè)的鑄件上縮孔、縮松等鑄造缺陷的分布情況，對(duì)澆注方案及冒口進(jìn)行優(yōu)化整改，最終盡可能減少鑄造缺陷。 5.1. 模擬條件及材料物性參數(shù) 模擬條件及材料物性參數(shù)參見表5-1。 表5-1材料物性參數(shù)及模擬條件 材料物性參數(shù) 鑄件（QT450-10） 空氣 鑄型（濕型） 密度（g/cm3） 7.3 0.00121 1. 導(dǎo)熱系數(shù)（cal/s·m·℃） 0. 0. 0. 熱容（cal/g·℃） 0. 0.24 0. 初始溫度（℃） 1350 20.0 20 模擬條件 澆注溫度（℃） 1350．0 環(huán)境溫度（℃） 20.0 臨界固相率 0.

24、70 潛熱（cal/g） 55.0 液相線（℃） 1209. 固相線（℃） 1086. 熱輻射系數(shù) 0. 液相收縮率（1/℃） 0. 相變收縮率 0. 5.2. 鑄件模擬 只對(duì)鑄件進(jìn)行純凝固CAE模擬，找出縮孔、縮松集中的地方，尋找鑄件的熱節(jié)，然后在熱節(jié)附件添加冒口工藝。模擬結(jié)果如圖5-1所示。 從模擬的凝固過程以及圖5-1中我們可以看出，鑄件的熱節(jié)也就是縮松縮孔集中的部位有兩處。為了后續(xù)討論的方便，我們將這兩個(gè)部位分別命名為“熱節(jié)1”和“熱節(jié)2”，我們?cè)诠に囋O(shè)計(jì)過程中在這兩個(gè)部位設(shè)計(jì)了冒口，來對(duì)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮。 熱節(jié)2 熱節(jié)1 圖5-1 注：圖中，紫

25、紅色部分表示的是縮松缺陷，黑色部分表示的是縮孔缺陷。 5.3. 冒口設(shè)計(jì) 球墨鑄鐵具有糊狀凝固的特性，易產(chǎn)生分散性縮松，對(duì)于濕型鑄造模數(shù)Mc =0.48~2.5cm的球墨鑄鐵件，可以設(shè)計(jì)控制壓力冒口。 控制壓力冒口：澆注結(jié)束后，冒口補(bǔ)給鑄件的液態(tài)體收縮，在鑄件發(fā)生共晶膨脹初期冒口頸暢通，可使鑄件內(nèi)鐵液回填冒口以釋放“壓力”，應(yīng)用合理的冒口頸尺寸，使共晶膨脹未結(jié)束之前冒口頸就適時(shí)地凍結(jié)以控制回填程度，或者以一定的暗冒口容積控制回填程度，利用部分共晶膨脹在鑄件內(nèi)建立適度的內(nèi)壓以抵消二次收縮缺陷，從而獲得既無縮孔和縮松，又能避免脹大變形的鑄件。 冒口以暗邊冒口為宜，安放在鑄件的厚大部位。

26、 下面利用模數(shù)法對(duì)冒口尺寸進(jìn)行計(jì)算：M冒=1.2M，M頸=0.67 M冒 熱節(jié)一：可采用圓柱形暗冒口對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)縮。 利用UG分析出體積和散熱表面積，求出模數(shù)M1 V1=132cm3 S1=224cm2 M1= V1 / S1=0.59cm M冒1=0.7cm M頸1=0.67 M冒1=0.48cm 查閱《鑄造手冊(cè) 第五卷 鑄造工藝》表3-250：M冒1=0.83，d=h=50mm。 熱節(jié)二：用一個(gè)暗冒口對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)縮： V2=124cm3 S2=176.33cm2 M2= V2 / S2=0.7cm M冒2=1.2M2=0.84cm M頸2=0

27、.67 M冒2=0.56m 查閱《鑄造手冊(cè) 第五卷 鑄造工藝》： 圓柱形冒口：M冒1=0.83，d=h=50mm 腰形暗冒口：M冒2=1.12cm，a=50mm，b=h=75mm 5.4. 方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化 5.4.1. 方案一 一箱兩件，采用頂注式澆注系統(tǒng)，圓柱形冒口，鑄件工藝如下圖所示： 圖5-2 利用華鑄CAE對(duì)該鑄造方案進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果如圖5-3所示： 圖5-3 注：圖中，紫紅色部分表示的是縮松缺陷，黑色部分表示的是縮孔缺陷。 從模擬結(jié)果中可以看出，鑄件基本上沒有大面積的缺陷，只有少量的縮松和一點(diǎn)縮孔?！盁峁?jié)2”處的冒口頸處有少量的縮孔。從充型凝固過程來

28、看，產(chǎn)生缺陷的原因是冒口的補(bǔ)縮距離不夠。冒口頸過早的凝固。針對(duì)在這種缺陷我們進(jìn)行了方案的進(jìn)一步改進(jìn)。 “熱節(jié)1”處，我們將冒口改到中間位置后，缺陷消失。而對(duì)于“熱節(jié)2”的縮孔，通過增加冒口的高度以及改變冒口的位置都沒有較大的改善，所以我們將冒口的形式修改為腰形暗冒口，從而得到了方案一的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。 5.4.2. 方案一優(yōu)化設(shè)計(jì) 采用頂注式澆注系統(tǒng)，針對(duì)方案一進(jìn)行改進(jìn)。“熱節(jié)1”處圓柱形冒口據(jù)中間，“熱節(jié)2”處設(shè)置腰形暗冒口。如圖5-4所示。 圖5-4 利用華鑄CAE對(duì)該鑄造方案進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果如圖5-5所示： 圖5-5 注：圖中，紫紅色部分表示的是縮松缺陷，黑色部分表

29、示的是縮孔缺陷。 從上圖中可以看出，鑄件幾乎沒有縮孔縮松，保證了鑄件重要受力面和加工面的精度和性能。相比于方案一，鑄件的質(zhì)量改善。 5.4.3. 方案二 采用底注式澆注系統(tǒng)，單件生產(chǎn)，冒口設(shè)計(jì)同方案二，如圖5-6。 圖5-6 利用華鑄CAE對(duì)該鑄造方案進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果如圖5-7所示： 圖5-7 注：圖中，紫紅色部分表示的是縮松缺陷，黑色部分表示的是縮孔缺陷。 從圖5-7中可以看出，鑄件沒有成型缺陷，鑄件的質(zhì)量較好。 5.4.4. 比較總結(jié) 比較各種澆注系統(tǒng)： （1）頂注式澆注系統(tǒng)：以澆注位置為基準(zhǔn)，金屬液從鑄件型腔頂部引入的澆注系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是： 1) 液態(tài)金屬

30、從鑄型的型腔頂部引入，在澆注和凝固的過程中，鑄件上部的溫度高于鑄件下部，有利于鑄件自下而上順序凝固，能夠有效發(fā)揮頂部冒口的補(bǔ)縮作用。 2) 液流流量大，充型時(shí)間段，充型能力強(qiáng)。 3) 造型工藝簡(jiǎn)單，模具制造方便，澆注系統(tǒng)和冒口消耗金屬少，澆注系統(tǒng)切割清理容易。 頂注式澆注系統(tǒng)最大的缺點(diǎn)是，液體金屬進(jìn)入型腔后，從高處落下，對(duì)鑄型沖擊大，容易導(dǎo)致液態(tài)金屬的飛濺、氧化和卷入氣體，形成氧化夾渣和氣孔缺陷。 頂注式澆注系統(tǒng)主要用于質(zhì)量不大，高度不高，形狀簡(jiǎn)單的中小鑄件。 （2）底注式澆注系統(tǒng)：內(nèi)澆道設(shè)置在鑄件底部。其優(yōu)點(diǎn)是： 1) 合金從下部充填型腔，流動(dòng)平穩(wěn)。 2）無論澆口多大，橫澆道基

31、本處于充滿狀態(tài)，有利于擋渣。型腔內(nèi)的氣體能順利排出。 這種澆注系統(tǒng)缺點(diǎn)： 1） 充型后鑄件的溫度分布不利于自下而上的順序凝固，削弱了頂部冒口的補(bǔ)縮作用 2） 鑄件底部尤其是內(nèi)澆道附近容易過熱，使鑄件易產(chǎn)生縮松、縮孔、晶粒粗大等缺陷。 3） 充型能力差，對(duì)大型薄壁鑄件容易產(chǎn)生冷隔和澆不足的缺陷。 4） 鑄造工藝復(fù)雜，金屬消耗量大。 底注式澆注系統(tǒng)廣泛應(yīng)用與鎂鋁合金鑄件的生產(chǎn)，也適用于形狀復(fù)雜、要求高的各種黑色金屬的鑄造。 右鉸接支架鑄件質(zhì)量較小，屬于中小型鑄件，鑄件壁厚較為均勻，鑄件高度也較小，采用頂注式澆注系統(tǒng)，不會(huì)對(duì)鑄型造成很大的沖刷，能夠保證鑄件滿足質(zhì)量要求。從鑄件質(zhì)量來看，

32、方案一和方案二都能夠很好的滿足鑄件質(zhì)量的要求。從鑄件工藝出品率來看，方案一為75%，方案二為63.8%，雖然方案一是一箱兩件的生產(chǎn)，但是底注式澆注系統(tǒng)本身金屬消耗量比較大，一般不采用。 綜上所述，方案一較好。 6. 砂箱設(shè)計(jì) 6.1. 設(shè)計(jì)原則 設(shè)計(jì)和選用砂箱的基本原則????? 1)滿足鑄造工藝要求。如砂箱和模樣間應(yīng)有足夠的吃砂量、箱帶不妨礙澆冒口的安放、?不嚴(yán)重阻礙鑄件收縮等。? 2)尺寸和結(jié)構(gòu)應(yīng)符合造型機(jī)、起重設(shè)備、烘干設(shè)備的要求。砂箱尺寸、形狀是設(shè)計(jì)或選?購(gòu)造型機(jī)的主要依據(jù)。為此。大量生產(chǎn)中應(yīng)對(duì)計(jì)劃在造型線上生產(chǎn)的全部鑄件逐一進(jìn)行鑄造?工藝分析，以確定共用砂箱的尺寸和形狀。

33、? 3)有足夠的強(qiáng)度和剛度，使用中保證不斷裂或發(fā)生過大變形。? 4)對(duì)型砂有足夠的附著力，使用中不掉砂或塌箱，但又要便于落砂。為此，只在大的砂?箱中才設(shè)置箱帶。? 5)經(jīng)久耐用，便于制造。? 6)應(yīng)盡可能標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化 6.2. 尺寸設(shè)計(jì) 砂箱是用于制作砂型和運(yùn)輸砂型的工藝裝備，設(shè)計(jì)砂箱時(shí)必須使砂箱既符合鑄造工藝的要求，又符合車間造型和運(yùn)輸?shù)囊?。因此，正確的選擇和設(shè)計(jì)砂箱的結(jié)構(gòu)，對(duì)保證鑄件質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低成本等有重要的意義。 上下箱材料均選HT150 砂箱的內(nèi)框尺寸，主要根據(jù)零件工藝布置圖和吃砂量來確定。然后再根據(jù)通用砂箱規(guī)格系列表來選擇和確定合適的砂箱內(nèi)框尺

34、寸。 砂箱把采用整鑄式，砂箱把與砂箱連接處采用圓角鏈接以減少鑄造應(yīng)力等缺陷。砂箱兩側(cè)邊上邊沿打有排氣孔，可加快鑄造時(shí)氣體的排出。 方案一 砂箱內(nèi)框尺寸為1000×550×350mm。（上下箱高度分別為200和150）如圖6-1所示 上箱 下箱 整體裝配圖 圖6-1 砂箱 方案二 砂箱內(nèi)框尺寸為650×550×350mm。（上下箱高度分別為200和150）如圖6-2所示 上箱 下箱 整體裝配圖 圖6-2 砂箱 7. 鑄件清理 鑄件的設(shè)計(jì)要求中說明，鑄件表面應(yīng)該光潔，去除毛刺和銳邊，且不允許有砂眼、氣孔、夾渣等明顯的鑄造缺陷，因此在鑄造完成后進(jìn)

35、行鑄件清理必不可少。鑄件的清理包括表面清理和出去多余的金屬兩部分。前者是除去鑄件表面的砂子和氧化皮，后者主要是去除澆冒口、飛邊毛刺。 （1）表面清理：由于鑄件較為簡(jiǎn)單，故選用拋丸清理，裝備選用間歇作業(yè)式拋丸清理滾筒（一般用于清理小于300kg、容易翻轉(zhuǎn)而又不怕碰撞的零件）。 （2）去除多余金屬：專用的機(jī)械、操作器  8. 鑄造工藝卡 8.1. 方案一 鑄造工藝卡（方案一） 工藝簡(jiǎn)圖 附錄2 產(chǎn)品名稱 右鉸接支架 每箱件數(shù) 2 鑄件材料 單件毛重(kg) 澆冒口重量(kg) 澆注總重（kg） 工藝出品率(%) 模型類別 QT450-10 12.8kg

36、8.54kg 34.14 kg 75% 木模 造型 方法 鑄型種類 型砂名稱 通氣方式 機(jī)械造型 重力鑄造 濕型 通氣孔 澆注 澆注溫度(℃ ) 澆注時(shí)間(s) 澆澆高度（mm） 零件最小壁厚（mm） 1350℃ 7 s 200 8 澆冒口 名稱 面積 數(shù)量 備注 直澆道 6.3cm2 1 木模 橫澆道 5.4cm2 1 木模 內(nèi)澆道 4.8cm2 2 木模 補(bǔ)縮冒口 3.12cm2 2 暗冒口 1.96cm2 2 暗冒口 模型 收縮率 最大外形尺寸（mm） 加工余量(mm) 拔模斜度(°)

37、0.90% 431 3 1° 砂箱（內(nèi)框） 材料 長(zhǎng)(mm) 寬(mm) 高(mm) HT150 1000 550 350  8.2. 方案二 鑄造工藝卡 工藝簡(jiǎn)圖 附錄3 產(chǎn)品名稱 右鉸接支架 每箱件數(shù) 1 鑄件材料 單件毛重(kg) 澆冒口重量(kg) 澆注總重（kg） 工藝出品率(%) 模型類別 QT450-10 12.8kg 7.26kg 20.06 kg 63.8% 木模 造型 方法 鑄型種類 型砂名稱 通氣方式 機(jī)械造型 重力鑄造 濕型 通氣孔 澆注 澆注溫度(℃ ) 澆注時(shí)間(s)

38、澆口澆高度（mm） 零件最小壁厚 1350℃ 5 s 200 8 澆冒口 名稱 面積 數(shù)量 備注 直澆道 5.7cm2 1 木模 橫澆道 4.8cm2 1 木模 內(nèi)澆道 3.84cm2 1 木模 補(bǔ)縮冒口 3.12cm2 1 暗冒口 1.96cm2 1 暗冒口 模型 收縮率 最大外形尺寸（mm） 加工余量(mm) 拔模斜度(°) 0.90% 431 3 1° 砂箱（內(nèi)框） 材料 長(zhǎng)（mm） 寬(mm) 高(mm) HT150 650 550 350 9. 總結(jié) 在這次課程設(shè)計(jì)中，我們查閱了很多

39、的資料和文獻(xiàn)，小組成員之間也進(jìn)行了很多的討論交流。一開始我們并沒有對(duì)設(shè)計(jì)的流程有一個(gè)清晰的方案，是通過查閱書籍資料得到鑄造工藝設(shè)計(jì)的流程。 首先根據(jù)鑄件外形的分析，我們選在濕砂鑄造，兩箱分型；然后，我們根據(jù)鑄件的外形特點(diǎn)、材料信息和鑄造要求，合理選擇設(shè)計(jì)鑄造工藝參數(shù)，包括尺寸公差、質(zhì)量公差、機(jī)械加工余量、收縮率、拔模斜度等等；在后來確定鑄件的澆注系統(tǒng)參數(shù)，設(shè)計(jì)出合理的鑄造工藝方案，我們提出了頂注式和底注式兩種工藝方案，以便進(jìn)行工藝性能的比較；最后，將設(shè)計(jì)好的方案到華鑄CAE上做數(shù)值模擬，并針對(duì)缺陷進(jìn)行方案的改進(jìn)，比較兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇合最佳的鑄造方案。 在共同努力之下，最后我們提出

40、了一種比較合理的鑄造方案，我們也相信，肯定也會(huì)有更好的方案。不過我們?cè)谶@個(gè)過程中，鍛煉了處理分析問題、查閱資料文獻(xiàn)以及軟件應(yīng)用的能力，這些讓我們受益匪淺。 10. 參考文獻(xiàn) 1.《鑄造工藝學(xué)》 王文清、李魁盛編，機(jī)械工業(yè)出版社 2006 2.《鑄造手冊(cè) 第一卷 鑄鐵》 張伯明編，機(jī)械工業(yè)出版社 2011 3.《鑄造手冊(cè) 第五卷 鑄造工藝》 李新亞編，機(jī)械工業(yè)出版社，2011 4.《材料成形工藝》 夏巨諶、張啟勛編，華中科技大學(xué)出版社 2010 5.JB-T 2435-1978 鑄造工藝符號(hào)及表示方法 6. HB 6103-2004 鑄件尺寸公差和機(jī)械 11. 附圖 附圖一：零件圖 附圖二：鑄件圖 附圖三：方案一鑄造工藝圖 附圖四：方案二鑄造工藝圖 專心---專注---專業(yè)