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行星齒輪襯套的鑄造工藝設(shè)計(jì)
摘 要 分析零件的技術(shù)條件，要明確零件的材料組成以及性能要求。對(duì)零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝進(jìn)行分析，明確零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，找出可能存在的一些問(wèn)題。提出改進(jìn)或預(yù)防缺陷的措施。根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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。制定出詳細(xì)的鑄造工藝方案。再次根據(jù)鑄造工藝方案和零件的特點(diǎn)，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)。繪制出鑄造工藝圖。最后設(shè)計(jì)鑄造工藝裝備，包括造型、模樣和芯盒。
關(guān)鍵詞 鑄造工藝性 鑄造工藝方案 鑄造工藝參數(shù) 補(bǔ)縮系統(tǒng) 澆注系統(tǒng)
鑄造工藝裝備
目 錄
1引言…………………………………………………………………………………1
1.1課題背景………………………………………………………………………… 1
2 論文任務(wù)……………………………………………………………………………5
3 鑄造工藝圖…………………………………………………………………………6
3.1零件材料性能分析………………………………………………………………7
3.2 澆注位置的確定…………………………………………………………………7
3.3 分型面的確定……………………………………………………………………8
3.4 工藝參數(shù)的選擇…………………………………………………………………9
3.4.1鑄造收縮率……………………………………………………………………10
3.4.2機(jī)械加工余量…………………………………………………………………10
3.4.3 最小鑄出孔……………………………………………………………………11
3.4.4 起模斜度………………………………………………………………………12
3.4.5鑄造圓角………………………………………………………………………13
3.5 砂芯設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………14
3.5.1 砂芯的用途及對(duì)砂芯的要求…………………………………………………14
3.5.2芯撐……………………………………………………………………………14
3.5.3芯骨……………………………………………………………………………15
3.5.4芯頭……………………………………………………………………………15
4澆注系統(tǒng)……………………………………………………………………………18
5 鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)…………………………………………………………………21
5.1造型選擇…………………………………………………………………………21
5.2模樣………………………………………………………………………………23
5.3芯盒………………………………………………………………………………24
6總結(jié)…………………………………………………………………………………24
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………26
致謝……………………………………………………………………………………27
行星齒輪襯套的鑄造工藝設(shè)計(jì)
1 引言
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，確定鑄造工藝方案和工藝參數(shù)，繪制鑄造工藝圖，編制工藝卡等技術(shù)文件的過(guò)程，在進(jìn)行鑄造工藝前，設(shè)計(jì)者應(yīng)掌握生產(chǎn)任務(wù)和要求，熟悉工廠和車間的生產(chǎn)條件。此外要求設(shè)計(jì)者有一定的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并應(yīng)對(duì)鑄造先進(jìn)技術(shù)有所了解具有經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和發(fā)展觀點(diǎn)。因?yàn)楝F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，拓展了鑄造技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)也提高了對(duì)金屬鑄件的要求，不僅要求鑄件具有高的力學(xué)性能，尺寸精度和低的表面粗糙度值；要求具有某些特殊性能，如耐熱，耐蝕，耐磨等，同時(shí)還要求生產(chǎn)周期短，成本低。
鑄造工藝設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)時(shí)刻關(guān)心鑄件成本，節(jié)約能量和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。從零件結(jié)構(gòu)的鑄件工藝性的改進(jìn)，鑄造，造型，造芯方法的選擇，鑄造方案的確定，澆注系統(tǒng)和冒口的設(shè)計(jì)，直至鑄件清理方法等，沒(méi)到工序都與上述問(wèn)題有關(guān)。采用不同的工藝，對(duì)鑄造車間或工廠的金屬成本，熔煉金屬量，能源消耗，鑄件工藝出品率和成品率，工時(shí)費(fèi)用，鑄件成本和利潤(rùn)率等都有顯著的影響。鑄件工藝設(shè)計(jì)應(yīng)該是追求以最少的成本和損耗生產(chǎn)出質(zhì)量質(zhì)量最好，競(jìng)爭(zhēng)品質(zhì)最強(qiáng)的鑄件產(chǎn)品。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)目的是通過(guò)在鑄造工藝分析的過(guò)程中梳理大學(xué)四年中學(xué)到的專業(yè)知識(shí)，學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)鞏固和拓展自己的專業(yè)知識(shí)，熟悉鑄造工藝設(shè)計(jì)的流程，領(lǐng)略鑄造工藝設(shè)計(jì)的要領(lǐng)，體驗(yàn)鑄造工藝設(shè)計(jì)工作的內(nèi)涵，為即將步入社會(huì)，走向工作崗位做最后的準(zhǔn)備。
1.1課題背景
在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，由于鑄造成形工藝的特殊優(yōu)勢(shì)，有些復(fù)雜結(jié)構(gòu)件目前尚無(wú)其他制造工藝可替代。鑄造工藝仍是最經(jīng)濟(jì)且便捷的金屬成形工藝。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化，在國(guó)際間的合作日益密切、競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈之時(shí)，中國(guó)汽車鑄造業(yè)應(yīng)更充分地發(fā)揮鑄造資源優(yōu)勢(shì)，發(fā)展自己的鑄造工業(yè)。
在科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，由于鑄造成形工藝的特殊優(yōu)勢(shì)，有些復(fù)雜結(jié)構(gòu)件目前尚無(wú)其他制造工藝可替代。鑄造工藝仍是最經(jīng)濟(jì)且便捷的金屬成形工藝。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化，在國(guó)際間的合作日益密切、競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈之時(shí)，中國(guó)汽車鑄造業(yè)應(yīng)更充分地發(fā)揮鑄造資源優(yōu)勢(shì)，發(fā)展自己的鑄造工業(yè)。
1.1.1 中國(guó)鑄造業(yè)現(xiàn)狀
中國(guó)是當(dāng)今世界上最大的鑄件生產(chǎn)國(guó)家，據(jù)資料介紹，我國(guó)鑄造產(chǎn)品的產(chǎn)值在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中約占1%左右。最近幾年，鑄件進(jìn)出口貿(mào)易增長(zhǎng)較快，鑄件的產(chǎn)量已達(dá)到9%左右。我國(guó)鑄造廠點(diǎn)多達(dá)2萬(wàn)多個(gè)，鑄造行業(yè)從業(yè)人員達(dá)120萬(wàn)之多?！伴L(zhǎng)三角”地區(qū)的鑄件產(chǎn)量占全國(guó)的1/3，該地區(qū)主要以民營(yíng)企業(yè)為主，汽車和汽車零部件行業(yè)的發(fā)展有力地拉動(dòng)了鑄造行業(yè)的發(fā)展。萬(wàn)豐奧特是亞洲最大的鋁合金車輪企業(yè)，年產(chǎn)值超過(guò)10億元，出口額達(dá)6 000美元。昆山富士和機(jī)械有限公司生產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和制動(dòng)系統(tǒng)的鑄件，年產(chǎn)量達(dá)4萬(wàn)t，銷售收入5.5億元。華東泰克西是一個(gè)先進(jìn)的現(xiàn)代化氣缸體鑄件生產(chǎn)企業(yè)，具有年產(chǎn)100萬(wàn)件
轎車氣缸體鑄件能力。山西是鑄造資源大省，有豐富的生鐵、煤炭、鋁鎂、電力、勞力資源、使山西的鑄造產(chǎn)業(yè)有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，具有500個(gè)鑄造企業(yè)，80%為民營(yíng)企業(yè)。山西國(guó)際、河津山聯(lián)、山西華翔年產(chǎn)量分別達(dá)4萬(wàn)t、2萬(wàn)t、12萬(wàn)t?！皷|三省”有一汽集團(tuán)、哈飛集團(tuán)等骨干汽車企業(yè)帶動(dòng)了汽車鑄件產(chǎn)量的增長(zhǎng)。一汽集團(tuán)鑄造公司，已經(jīng)形成40萬(wàn)噸鑄件的生產(chǎn)能力。遼寧北方曲軸有限公司，到“十一五”末將形成年產(chǎn)15萬(wàn)臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)、100萬(wàn)件曲軸、產(chǎn)值20億的曲軸生產(chǎn)基地?！爸榻侵蕖眽鸿T行業(yè)發(fā)達(dá)，有700多個(gè)壓鑄企業(yè)，年產(chǎn)量達(dá)20萬(wàn)t。東風(fēng)日產(chǎn)、廣州本田、廣州豐田和零部件企業(yè)有力帶動(dòng)了壓鑄業(yè)的發(fā)展，轎車氣缸體、氣缸蓋的壓鑄件產(chǎn)量逐年增長(zhǎng)。
1.1.2 國(guó)外鑄造業(yè)現(xiàn)狀
近幾年來(lái)，全球鑄造業(yè)持續(xù)增長(zhǎng)，2004年鑄件產(chǎn)量比上一年度增長(zhǎng)8.4%，中國(guó)生產(chǎn)鑄件2242萬(wàn)噸，全球排名第一，比上一年增長(zhǎng)23.6%。全球十大鑄件生產(chǎn)國(guó)的產(chǎn)量與增長(zhǎng)率見表1。從表1可見，2004年中國(guó)的鑄件產(chǎn)量約占全球鑄件產(chǎn)量的1/4。巴西鑄件產(chǎn)量增長(zhǎng)最快，達(dá)到25.8%。2003年進(jìn)口鑄件占總需求的1 5%，進(jìn)口鑄件的價(jià)格比美國(guó)國(guó)內(nèi)低20%～50%。近年來(lái)因鑄造環(huán)保要求高、能源消耗大、勞動(dòng)力昂貴等原因，美國(guó)大型汽車公司生產(chǎn)普通汽車鑄件的鑄造廠紛紛關(guān)閉，逐步將鑄件的生產(chǎn)轉(zhuǎn)向中國(guó)、印度、墨西哥、巴西等發(fā)展中國(guó)家。日本的鑄造業(yè)不景氣，其從業(yè)人員在減少。2004年日本鑄件總產(chǎn)量為639萬(wàn)噸，其中灰鐵件占42%、球鐵件占30%、鑄鋼件占4%、鋁合金件占21%。從需求上看，球鐵鑄件和鋁鑄件的需求在增長(zhǎng)。日本鑄造界在技術(shù)創(chuàng)新方面作了大量工作，開發(fā)了球型低膨脹鑄造砂、高減振鑄鐵材料、中硅耐熱球鐵等材料。其真空壓鑄的鑄件能焊接和熱處理，半固態(tài)鑄造生產(chǎn)用于汽車鋁輪轂，提高了強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。鎂合金壓鑄進(jìn)一步發(fā)展，并取代重力鑄造，其性能提高，成本降低。。增長(zhǎng)率超過(guò)2位數(shù)的國(guó)家有巴西、中國(guó)、墨西哥、印度，都是發(fā)展中國(guó)家。而發(fā)達(dá)國(guó)家的鑄件增長(zhǎng)率普遍較低。美國(guó)鑄件產(chǎn)量自2000年以來(lái)，已經(jīng)退居到第2位。2004年美國(guó)鑄件總產(chǎn)量為1231萬(wàn)噸，其中灰鐵件占35%、球鐵件占33%、鑄鋼件占8.4%、鋁合金件占16%。從需求上看，球鐵鑄件和鋁鑄件的需求在增長(zhǎng)。
1.1.3 砂型鑄造成形技術(shù)
潮模造型經(jīng)過(guò)手工緊實(shí)一震擊+壓實(shí)緊實(shí)→高壓+微震緊實(shí)→氣沖緊實(shí)→靜壓緊實(shí)幾個(gè)發(fā)展階段。靜壓造型技術(shù)的實(shí)質(zhì)是“氣中預(yù)緊實(shí)+壓實(shí)”，其有以下優(yōu)點(diǎn)：鑄型輪廓清晰，表面硬度高且均勻，拔模斜度小，型板利用率高，工藝裝備磨損小，鑄型表面粗糙度低，鑄型型廢率低。因此，是目前最新、最先進(jìn)的造型工藝，并已成為當(dāng)今的主流緊實(shí)工藝。目前，高壓造型和單一氣沖造型已逐漸被靜壓造型所替代，原先高壓造型線和氣沖造型線的主機(jī)已逐漸更新為靜壓造型主機(jī)，新建鑄造廠均首選采用靜壓造型技術(shù)。當(dāng)前，國(guó)外比較有名的制造靜壓造型設(shè)備的廠家有德國(guó)的KW公司、HWS公司和意大利薩威力公司。國(guó)內(nèi)汽車鑄造廠家大都選用 HWS公司或KW公司制造的設(shè)備，如一汽鑄造公司、東風(fēng)汽車鑄造廠、上海圣德曼鑄造公司、華東泰克西、山西三聯(lián)、廣西玉柴、無(wú)錫柴油機(jī)廠等。
1.1.4 制芯技術(shù)
目前，國(guó)內(nèi)外汽車鑄造制芯有3種制芯工藝，在現(xiàn)代汽車鑄造中常并行采用的主要工藝有熱芯盒制芯、殼芯制芯、冷芯盒制芯等，傳統(tǒng)的合脂或油砂制芯已被淘汰。冷芯盒技術(shù)工藝有兩個(gè)特點(diǎn)：一是硬化速度快，初始強(qiáng)度高，生產(chǎn)率高；二是砂芯尺寸精度高，可滿足生產(chǎn)薄壁高強(qiáng)度鑄件的砂芯。因此，制芯工藝技術(shù)有以冷芯盒技術(shù)為主的發(fā)展趨勢(shì)。一汽鑄造公司、東風(fēng)汽車鑄造廠、上海圣德曼鑄造公司、華東泰克西、山西國(guó)際鑄造公司等均采用冷芯盒制芯技術(shù)。最先進(jìn)的制芯工藝是結(jié)合鎖芯（Key Core）和冷芯盒等技術(shù)的制芯中心，整個(gè)射芯、取芯、修整毛刺、多個(gè)芯子定位組合成一體、上涂料、烘干等工序，全部用一臺(tái)或多臺(tái)制芯機(jī)與機(jī)械手自動(dòng)化完成。國(guó)外比較有名的制芯中心生產(chǎn)廠有西班牙LORMENDl公司、德國(guó) Laempe公司和Hottinger公司、意大利的FA公司等。東風(fēng)汽車鑄造廠、一汽鑄造公司、上海圣德曼鑄造公司、華東泰克西、上海柴油機(jī)、洛拖二鐵、濰柴、江西五十鈴等均采用冷芯盒制芯中心技術(shù)。
1.1.5 鑄鐵熔煉技術(shù)
目前，國(guó)內(nèi)外鑄鐵熔煉技術(shù)有兩種主要方式：一是采用大型熱風(fēng)除塵沖天爐與工頻保溫爐雙聯(lián)熔煉工藝；二是采用中頻感應(yīng)電爐熔煉工藝技術(shù)。美國(guó)因達(dá)公司和彼樂(lè)公司生產(chǎn)的中頻爐技術(shù)開始越來(lái)越受到重視，該技術(shù)日益成熟，其清潔、環(huán)保、節(jié)能、高效、安全的優(yōu)勢(shì)突出，是今后發(fā)展的方向。因此，鑄鐵則由過(guò)去用工頻爐熔煉逐步過(guò)渡到用高效省電的中頻電爐熔化。一、汽鑄造公司、東風(fēng)汽車公司采用因達(dá)公司和彼樂(lè)公司生產(chǎn)的中頻爐和保溫爐技術(shù)，已經(jīng)開發(fā)應(yīng)用球化劑、孕育劑、蠕化劑和其他各種添加劑產(chǎn)品，形成商品化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化、系列化。鑄鐵孕育多用帶光電控制的隨流孕育機(jī)。新開發(fā)出的喂絲球化方法及其與現(xiàn)代化檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的SINTER CASTZ藝是鑄鐵球化及蠕化處理的一種很有優(yōu)勢(shì)的工藝，應(yīng)用者日益增多。國(guó)外金屬爐料經(jīng)過(guò)破碎、凈化、稱量，大大提高熔化效率和鐵水質(zhì)量。國(guó)內(nèi)的天津豐田、天津勤美達(dá)、蘇州勤美達(dá)等鑄造廠已對(duì)爐料采用破碎處理工藝。
1.1.6 鑄造過(guò)程計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)
隨著汽車鑄造技術(shù)的快速發(fā)展，為縮短鑄件生產(chǎn)準(zhǔn)備周期和降低新產(chǎn)品開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，采用快速原型技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真模擬、三維建模、數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣?？焖僭图夹g(shù)在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用有了很大的發(fā)展。它除了應(yīng)用開發(fā)新產(chǎn)品試制用的模具及熔模鑄造的蠟?zāi)Ｍ?，還可以制做酚醛樹脂殼型、殼芯，可以直接用來(lái)裝配成砂型。國(guó)外公司在接到客戶提供三維CAD數(shù)據(jù)后，根據(jù)不同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，最快可在3周時(shí)間內(nèi)為客戶提供鑄件。模擬造型過(guò)程正在成為國(guó)際汽車鑄造關(guān)注的前沿領(lǐng)域之一，清華大學(xué)、日本新東工業(yè)等對(duì)濕型砂緊實(shí)過(guò)程進(jìn)行模擬。值得注意的是，德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)正在對(duì)射芯過(guò)程進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬。國(guó)內(nèi)汽車鑄造業(yè)CAD-CAM-CAE一體化設(shè)計(jì)開發(fā)得到充分應(yīng)用，特別是CAE凝固模擬虛擬技術(shù)，應(yīng)用Magma、華鑄軟件對(duì)新產(chǎn)品的鑄件充型、凝固的溫度場(chǎng)和流動(dòng)場(chǎng)模擬分析處理，預(yù)測(cè)和分析鑄件的缺陷。鑄造專家系統(tǒng)得到進(jìn)一步應(yīng)用，如型砂質(zhì)量管理、鑄造缺陷分析、壓鑄工藝參數(shù)設(shè)計(jì)及缺陷診斷。
1.1.7 鑄造檢測(cè)技術(shù)
鑄造檢測(cè)技術(shù)是保證鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵手段。鑄件尺寸檢查，有常用的檢查卡具、卡板，有專用的檢測(cè)夾具。對(duì)于氣缸體、氣缸蓋等復(fù)雜件，采用三坐標(biāo)儀自動(dòng)測(cè)量鑄件尺寸和超聲波儀檢測(cè)鑄件的壁厚。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣，對(duì)重要件時(shí)常采用熒光磁粉檢測(cè)表面裂紋；采用超聲波或音頻檢測(cè)球鐵的球化率；采用渦流檢測(cè)鑄件的基體組織（珠光體含量）。為滿足重要件的檢測(cè)要求，可將上述3項(xiàng)檢測(cè)儀器組合成一條自動(dòng)檢測(cè)線。采用X射線檢測(cè)鑄件內(nèi)部的縮孔與縮松缺陷，日本本田對(duì)球鐵轉(zhuǎn)向節(jié)鑄件100%用X射線探傷：采用工業(yè)內(nèi)窺鏡檢測(cè)鑄件內(nèi)腔質(zhì)量，氣密性滲漏檢測(cè)?；瘜W(xué)成分檢測(cè)，真空直讀光譜儀和碳硫測(cè)定儀在爐前、爐后鐵水質(zhì)量上得到普遍應(yīng)用.微量元素和氣體元素N、O、H的分析得到重視：爐前快速熱分析得到推廣應(yīng)用，快速預(yù)報(bào)鑄鐵的碳硅當(dāng)量、孕育效果、基體組織和力學(xué)性能。
1.1.8 綠色鑄造技術(shù)
“綠色鑄造”是使鑄造產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理整個(gè)產(chǎn)品的生命周期中，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響最小，資源效率最高。鑄造行業(yè)歷來(lái)被認(rèn)為是高能耗、高污染的行業(yè)，要不斷開發(fā)新的節(jié)能、清潔、低排放、低污染的鑄造材料以投入生產(chǎn)使用。對(duì)于樹脂，要想辦法降低游離甲醛和游離酚等有害物質(zhì)的含量；逐步加大冷芯盒技術(shù)應(yīng)用，以減少樹脂砂對(duì)環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放：降低熱芯盒、殼芯砂的固化溫度，制芯工藝由熱芯盒法向溫芯盒法轉(zhuǎn)變，以節(jié)約能源。我國(guó)汽車鑄造廠每年消耗新砂近千萬(wàn)噸，舊砂排放的污染，以及新砂資源大量的耗費(fèi)，不堪重負(fù)，因此舊砂的再生利用技術(shù)勢(shì)在必行。先進(jìn)工業(yè)國(guó)家廢砂排放量降到10%以下，在歐洲、日本等地區(qū)舊砂的再生利用技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)公司引進(jìn)意大利的熱法再生設(shè)備，已在生產(chǎn)中應(yīng)用。一汽鑄造公司引進(jìn)日本技術(shù)，熱法再生和機(jī)械再生結(jié)合，處理芯砂和型、芯砂混合砂已在生產(chǎn)中得到應(yīng)用。目前，東風(fēng)汽車公司也正在加速舊砂再生技術(shù)開發(fā)應(yīng)用工作。加大廢鋼及回爐料的利用，以減少新生鐵和鋁資源的耗費(fèi)。汽車鑄造業(yè)面向循環(huán)經(jīng)濟(jì)的鑄造技術(shù)，要以循環(huán)經(jīng)濟(jì)3R為行業(yè)準(zhǔn)則，即以減量化（Reduce）、再利用（Reuse）、再循環(huán)（Recycle）來(lái)開展工作。
2 論文任務(wù)
第一部分 根據(jù)襯套的材料性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生產(chǎn)條件來(lái)確定鑄件的澆注位置和分型面位置。確定鑄件的鑄造收縮率、機(jī)械加工余量、起模斜度、最小鑄出孔和槽和鑄造圓角等工藝參數(shù)。確定砂芯種類，芯撐種類和尺寸，根據(jù)砂芯結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定是否需要芯骨和芯骨的種類大小。確定芯頭形式計(jì)算出芯頭的高度、斜度和芯頭與芯座之間的間隙。畫出鑄造工藝圖。
第二部分 確定該鑄件澆注系統(tǒng)的類型，計(jì)算出澆口杯 直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道、冒口的各個(gè)尺寸和斷面積。畫出澆注系統(tǒng)圖
第三部分 分析鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)原則，選擇造型方法，確定型砂材料和比例，沙箱、模樣材料和尺寸。
3鑄造工藝圖
鑄造工藝圖是操作者在造型操作過(guò)程中具體的指導(dǎo)文件。鑄造工藝圖上規(guī)定了分型畫、分模面、澆冒系統(tǒng)位置及形狀大小、工藝余量、砂芯輪廓形狀和尺寸、鑄肋、造型方法及其他有關(guān)的技術(shù)要求。造型操作者可按照工藝圖制造砂型和砂芯，以及裝配鑄型和合型，同時(shí)鑄造工藝圖也是檢查人員進(jìn)行檢查驗(yàn)收的依據(jù)。鑄造生產(chǎn)時(shí)，首先要根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特征、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)條件等因素，確定鑄造工藝方案。其主要內(nèi)容包括澆注位置、分型面、鑄造工藝參數(shù)（機(jī)械加工余量、起模斜度、鑄造圓角、收縮率、芯頭等）的確定，然后用規(guī)定的工藝符號(hào)或文字繪制成鑄造工藝圖。鑄造工藝圖是指導(dǎo)鑄造生產(chǎn)的技術(shù)文件，也是驗(yàn)收鑄件的主要依據(jù)。
圖3-1 襯套零件圖
圖3-2 襯套三維視圖
3.1 零件的結(jié)構(gòu)材料性能分析
如圖3-1 圖3-2所示， 該襯套總體為圓柱型，總高度為170mm，頂部平面是直徑為160mm的圓，圓上有4個(gè)直徑為8mm的小孔。側(cè)面有寬為15mm、深為12mm的槽，中間孔直徑分別為36mm、48mm。
襯套原材料為HT200。由《鑄造合金及其熔煉》表6-2可知其化學(xué)成分如下：
C 3.2—3.5% ；Si 1.5-1.8% ；Mn 0.8-1.0% ；S ≤0.12 ；P ≤0.15。
HT200的抗拉強(qiáng)度為200MPa 彎曲應(yīng)力<29.40MPa 摩擦面間的單位面積壓力>0.49MPa,該襯套材料為HT200，是年生產(chǎn)量200件的小批量生產(chǎn)，可以確定該襯套為手工砂型鑄造,襯套磨損了，可以方便更換。如果不用襯套，磨損后，更換的是零件。現(xiàn)在更換的是襯套（設(shè)計(jì)時(shí)，就將襯套硬度降低，是其在摩擦副中成為承磨件。）。因其加工方便，更換成本低，也易換?？估瓘?qiáng)度和塑性低，但鑄造性能和減震性能好，用HT200制作機(jī)器設(shè)備上的襯套時(shí)，能有效地吸收機(jī)器震動(dòng)的能量；有良好的潤(rùn)滑性能；還有良好的導(dǎo)熱性能，此外其熔煉也比較方便。其流動(dòng)性能良好，線收縮率和體收縮率較小，鑄件不易產(chǎn)生縮孔。
3.2澆注位置的確定
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。確定澆注位置是鑄造工藝設(shè)計(jì)中重要的一環(huán)，關(guān)系到鑄件的內(nèi)在質(zhì)量、鑄件的尺寸精度及造型工藝過(guò)程的難易，因此往往須制定出幾種方案加以分析，對(duì)比擇優(yōu)選用。澆注位置與造型（合箱）位置、鑄件冷卻位置可以不同。
生產(chǎn)中常以澆注時(shí)分型面是處于水平‘垂直或傾斜位置，分別稱為水平澆注’垂直澆注或傾斜澆注，但這不代表鑄件的澆注位置的函義。澆注位置一般于選擇造型方法之后確定.根據(jù)合金種類,鑄件結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求,結(jié)合選定的造型方法,先確定出鑄件上質(zhì)量要求高的部位(如重要加工面,受力較大的部位,承受壓力的部位等).結(jié)合生產(chǎn)條件估計(jì)主要廢品傾向和容易發(fā)生缺陷的部位(如厚大部位容易出 現(xiàn)收縮缺陷.大平面上容易產(chǎn)生夾砂結(jié)疤。薄壁部位容易發(fā)生澆不到,冷隔.薄厚相差懸殊的部位應(yīng)力集中,容易發(fā)生裂紋等).這樣在確定澆注位置時(shí),就應(yīng)使重要部位處于有利的狀態(tài),并針對(duì)容易出現(xiàn)的缺陷, 采取相應(yīng)的工藝措施予以防止。
根據(jù)對(duì)合金凝固理論的研究和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),確定澆注位置時(shí)應(yīng)考慮以下原則：
1）鑄件的重要工作面或主要加工面朝下或位于側(cè)面。
2）鑄件的厚大部分應(yīng)該放在頂部或在分型面的側(cè)面。
3）鑄件的大平面朝下。
4) 應(yīng)有利于鑄件的補(bǔ)縮.。
5) 應(yīng)使合箱位置,澆注位置和鑄件冷卻位置相一致。
根據(jù)以上原則最終確定襯套的澆注位置。這樣澆注位置便于起模和安放冒口而且有利于鑄件的填充和型腔內(nèi)氣體的排除。如圖3-3
圖3-3 鑄件的澆注位置
3.3分型面的確定
分型面為動(dòng)模與靜模的分界面，是取出鑄件或澆注系統(tǒng)凝料的面，它的合理選擇是鑄件能完好成型的條件，不僅關(guān)系到鑄件的脫模。而卻涉及模具結(jié)構(gòu)與制造成本，合理的分型面不但能滿足鑄件各方面的性能要求，而且使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本也令人滿意。確定分型面是模具設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，選擇時(shí)應(yīng)考慮以下問(wèn)題：
1.據(jù)塑件的某些技術(shù)要求，確定成型零件在動(dòng)，定模上的配置。
2.塑件的生產(chǎn)批量。
3.澆注系統(tǒng)的形式和位置。
4.型腔的溢流和排氣條件。
5.模具加工的工藝性。
a b
圖3-4分型面的比較
圖3-4 a與b比較：分型面在最大截面處，而且鑄件在同一個(gè)沙箱內(nèi)，這樣便于起模而且保證鑄件尺寸的精度，減少鑄件飛邊毛刺，利于排氣。由以上比較最終確定分型面如圖3-4 a所示。
3.4工藝參數(shù)的選擇
鑄件的工藝設(shè)計(jì)，除了根據(jù)鑄件的特點(diǎn)和具體的生產(chǎn)條件正確地選擇鑄造方法和確定鑄造工藝方案以外，還應(yīng)該正確得選擇合適的工藝參數(shù)。例如:由于鑄件澆注后要收縮，因此在做模樣和芯盒時(shí)必須在尺寸上放出收縮率；鑄件有的表面需要機(jī)械加工，在模樣和芯盒上要考慮鑄件的機(jī)械加工余量；為了便于起模和取芯，模樣和芯盒上應(yīng)該有起模斜度；以及其他在鑄造過(guò)程中或機(jī)械加工過(guò)程中所應(yīng)考慮的如鑄件的尺寸和重量的允許偏差、最小鑄出孔的尺寸、工藝補(bǔ)正量、分型負(fù)數(shù)、反變形量、砂芯負(fù)數(shù)以及非加工壁的負(fù)余量等。這些在進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)需要確定的工藝數(shù)據(jù)稱為鑄造工藝參數(shù)。鑄造工藝參數(shù)的選擇是否合適同樣對(duì)鑄件的質(zhì)量（特別是鑄件的精確度），生產(chǎn)率和成本有很大的影響。
3.4.1鑄造收縮率
由于鑄件在凝固和冷卻過(guò)程中，體積一般要收縮。鑄件收縮率主要和鑄造合金的種類及成分有關(guān)，同時(shí)也取決于鑄件在收縮時(shí) 所受的阻礙的大小，實(shí)際生產(chǎn)中影響鑄造收縮率的因素很多，與鑄件的結(jié)構(gòu)、大小、壁的厚薄、砂型、砂芯的退讓性、澆冒口系統(tǒng)的類型和開設(shè)位置、沙箱的結(jié)構(gòu)等有關(guān)。因此在決定鑄件的收縮率時(shí)，應(yīng)充分考慮到各種因素的影響，從而正確地決定鑄造收縮率的大小。由于鑄件的固態(tài)收縮將使鑄件各部分尺寸小于模樣原來(lái)的尺寸，因此，為了使鑄件冷卻后的尺寸與鑄件圖尺寸一致，這需要在模樣或芯盒上加上其收縮的尺寸。對(duì)于襯套的單件小批量生產(chǎn)，一般是根據(jù)生產(chǎn)中長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)來(lái)選取鑄造收縮率。鑄造收縮率K表達(dá)式為：K=L模-L件L件*100% ，由于該襯套是材料為HT200灰鑄鐵的小零件，一般收縮率為0.7%-1.0%。
式中 L模--------模樣或芯盒工作面的尺寸，單位為mm
L件--------鑄件的尺寸，單位為mm
最終卻定該襯套鑄造收縮率為0.8%
3.4.2機(jī)械加工余量
正確的確定加工余量是一項(xiàng)很重要的工作。因?yàn)檫^(guò)大的加工余量不僅會(huì)增加金屬材料的消耗和機(jī)械加工的工作量，而且由于鑄件表面層的金屬組織一般較為致密，故機(jī)械性能，耐壓和耐腐蝕性能都比較好，過(guò)大的加工余量就會(huì)使鑄件加工后的表面質(zhì)量下降。因此應(yīng)該使鑄件表面做到不加工或少加工。但機(jī)械加工余量也不能太小，因?yàn)槠胀ㄉ靶丸T造的鑄件精度比較低，這就需要加工余量來(lái)彌補(bǔ)。襯套加工面在澆注時(shí)的位置，一般上面比下面和側(cè)面的加工余量要大些，鑄面內(nèi)表面（孔）要比鑄件外表面的加工余量大些。由于該襯套是年產(chǎn)200件的小批量生產(chǎn)，表面光潔度和尺寸要求比較低，所以屬于三級(jí)精度鑄件 根據(jù)《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)》表3-4三級(jí)精度灰鑄鐵件的機(jī)械加工余量（JZ67-62）查出襯套頂面加工余量為5.5mm 底面和側(cè)面為3.5 mm如圖3-5
圖3-5 鑄件的加工余量
3.4.3最小鑄出孔
機(jī)械零件上往往有許多孔、槽或者臺(tái)階，一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)盡可能在鑄造時(shí)鑄出。這樣可以節(jié)約金屬，減少機(jī)械加工工作量。但是，當(dāng)鑄件上的孔和槽的尺寸太小，而鑄件的壁厚又較厚，反而會(huì)使鑄件產(chǎn)生粘砂。而且需要采用復(fù)雜而且難度較大的工藝措施。最小鑄出孔和槽的尺寸和鑄件的生產(chǎn)批量、合金種類、鑄件大小，孔處鑄件、孔的長(zhǎng)度以及孔的直徑有關(guān)。由《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)》表3-24、表3-25鑄件毛坯的最小鑄出孔 可知材料為灰鑄鐵且小批量生產(chǎn)的鑄件，最小鑄出孔直徑為30~50mm，于是襯套頂面上四個(gè)直徑為8mm孔，內(nèi)側(cè)兩個(gè)直徑相差12mm的軸孔的直徑差和側(cè)面寬為15mm的槽都不鑄出，由機(jī)加工成型。如圖3-6
表3-24 鑄件的最小鑄出孔 （mm）
生 產(chǎn) 批 量
最 小 鑄 出 孔 直 徑
灰 鑄 鐵 件
鑄 鋼 件
大 量 生 產(chǎn)
12~15
成 批 生 產(chǎn)
15~30
30~50
單件、小批量生產(chǎn)
30~50
50
表3-25 材料為灰鑄鐵鑄件的最小鑄出孔 （mm）
鑄件厚度
<50
50~100
100~200
>200
最小鑄出孔直徑
30
35
40
另行規(guī)定
圖3-6不需要鑄出的孔和槽
3.4.4起模斜度
為了在造型時(shí)便于起模而不致?lián)p壞砂型和砂芯，應(yīng)該在模樣或芯盒的出模方向帶有一定的斜度。 起模斜度的大小應(yīng)根據(jù)模樣的高度、尺寸和表面光潔度以及造型方法來(lái)確定。該襯套模樣采用金屬模，測(cè)量面高度H上=58mm H下=121mm由砂型鑄造用起模斜度（JZ68-63）得出上起模斜度α°=1°~1°30’， α=1.5~2.0mm。下起模斜度α°=0°45′~1°，α=2.0~2.5mm如圖3-7 考慮計(jì)算方便起模斜度都取1°。
表3-21 砂型鑄造用起模斜度（JZ68-63）
測(cè) 量 面 高 度（mm）
α（mm）
α°
≤20
0.5~1.0
1°30’~3°
20 ~50
0.5~1.5
0°30’~2°30’
50~100
1.5~2.0
1°~1°30′
100~200
2.0~2.5
0°45’~1°
圖3-7 起模斜度
3.4.5鑄造圓角
在鑄件毛坯各表面的相交處，都有鑄造圓角，這樣既能方便起模，又能防止?jié)沧㈣F水時(shí)將砂型轉(zhuǎn)角處沖壞還可以避免鑄件在冷卻時(shí)產(chǎn)生裂縫或縮孔。
一般內(nèi)圓角半徑可按相鄰兩壁平均厚度的1／3－l／5選??；外圓角半徑可取內(nèi)圓角半徑的一半。確定鑄造外圓角半徑為10mm，內(nèi)圓角半徑為5mm 如圖3-8
圖3-8 鑄造圓角
3.5砂芯設(shè)計(jì)
砂芯設(shè)計(jì)時(shí)鑄造工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它對(duì)鑄件的質(zhì)量，鑄造工藝過(guò)程以及鑄造工藝裝備都有直接的影響。
3.5.1砂芯的用途及對(duì)砂芯的要求
砂芯主要用于形成鑄件的內(nèi)腔及孔。對(duì)于鑄件外形妨礙起模的地方以及鑄型中某些要求較高的部位，均可以采用砂芯。
對(duì)砂芯的要求是：
1） 形狀尺寸及其在砂型中的位置符合鑄件的要求。
2） 具有足夠的強(qiáng)度和剛度。
3） 在鑄件的澆注凝固過(guò)程中，砂芯中產(chǎn)生的氣體能夠及時(shí)地排出鑄型。
4） 鑄件收縮時(shí)，砂芯的阻力要小。
5） 清砂容易。
因此砂芯除應(yīng)具有一般型砂的性能外，還要求有較高的強(qiáng)度、透氣性，退讓性和潰散性。砂芯按所用粘結(jié)劑不同分為粘土砂芯，水玻璃砂芯、油芯砂，合脂芯砂、樹脂芯砂等。該襯套的型芯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可用粘土芯砂制成。由分型方案可知，襯套鑄件的造型只需要一種砂芯。
3.5.2芯撐
砂芯在鑄造中主要由芯頭固定，有時(shí)芯頭固定還難以穩(wěn)固。因此，在生產(chǎn)中常采用芯撐來(lái)加固砂芯，起到輔助支撐的作用。芯撐的注意事項(xiàng)：芯撐材料的熔點(diǎn)應(yīng)比鑄件材質(zhì)熔點(diǎn)高，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，芯撐表面應(yīng)干凈平整。以下是小型鑄件用的芯撐尺寸。
表3-52小型鑄件用的芯撐 （mm）
序列
1
2
3
4
5
H
d1
A
b
15
6
25
1.2
20
6
30
1.2
25
6
30
1.2
30
6
30
1.2
35
6
30
1.2
3.5.3芯骨
該襯套鑄件的砂芯長(zhǎng)179mm，直徑為30mm。又砂芯的尺寸可以看出該砂芯很容易在制造、運(yùn)輸、下芯過(guò)程中，以及在金屬液體的浮力作用下變形、斷裂這就需要在制造砂芯時(shí)放入芯骨。該芯骨必須有足夠的強(qiáng)度和剛度而且不應(yīng)妨礙在砂芯中作出必要的通氣道。根據(jù)《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)》表4-11 可以查出該芯骨的吃砂量為10~20mm。
3.5.4芯頭
芯頭是指砂芯的外伸部分，芯頭的作用：定位、支撐和排氣。
定位作用：通過(guò)芯頭與芯座的配合，便于將砂芯準(zhǔn)確的安防在砂型中。
支撐作用：砂芯通過(guò)芯頭支撐在鑄型中，保證砂芯在它本身的重力及金屬液體的浮力作用下位置不變。
排氣作用：在澆注凝固過(guò)程中，砂芯中產(chǎn)生的大量氣體能夠及時(shí)地從芯頭排出鑄型。
芯頭在砂型中的位置，可分為垂直芯頭和水平芯頭兩種基本類型。由鑄件的澆注位置可以看出該襯套鑄造用垂直芯頭，如圖3-9所示。芯座是指鑄型中專為放置芯頭的空腔。芯頭和芯座尺寸主要有芯頭長(zhǎng)度L（高度H）、芯頭斜度α、芯頭與芯座裝配縫隙S等。垂直芯頭高度由3-10和表3-1得出。
圖3-9型芯示意圖 圖3-10 型芯各尺寸
表3-1 垂直芯頭高度h和h1 （mm）
L
當(dāng)D為下列數(shù)值時(shí)的高度h
≤30
31~60
61~100
101~150
151~300
≤30
15
15~20
——
——
——
31~50
20~25
20~25
20~25
——
——
51~100
25~30
25~30
25~30
20~25
20~25
101~150
30~35
30~35
30~35
25~30
25~30
151~300
35~45
35~45
35~45
30~40
30~40
301~500
——
40~60
40~60
35~55
35~55
續(xù)表3-1 由 h 查 h1
下芯頭高度h
15
20
25
30
35
40
45
50
上芯頭高度h1
15
15
15
20
20
25
25
30
芯頭橫截面的尺寸，一般決定于鑄件相應(yīng)部位孔的尺寸，為了便于下芯合箱，芯頭應(yīng)有一定的斜度，芯頭與芯座之間應(yīng)該留一定的間隙。在實(shí)際生產(chǎn)中，芯頭的尺寸，斜度和間隙一般根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)查表決定。襯套鑄件的垂直芯頭高度和芯頭與芯座之間的間隙由圖3-10表3-1查出。
圖3-11 芯頭的斜度
表4-2 垂直芯頭的斜度α （mm）
芯頭高h(yuǎn)
15
20
25
30
35
40
α/h
α°
上芯頭
2
3
4
5
6
7
1/5
10°
下芯頭
1
1.5
2
2.5
3
3.5
1/10
5°
表4-3垂直芯頭與芯座之間的間隙S （mm）
型芯直徑D
≤50
51~100
101~150
151~200
201~300
301~400
間隙S
0.5
1.0
1.5
1.5
2.0
2.5
由襯套的鑄件圖可知型芯的直徑D為30mm，型芯（不含芯頭）長(zhǎng)度為179mm。查以上表可知，上芯頭高度為20mm，下芯頭高度為35mm，上芯頭斜度為9°下芯頭斜度為5°芯頭與芯座之間的間隙S為1mm如圖3-12
圖3-12芯頭的各尺寸大小
圖3-13 襯套的鑄造工藝圖
4 澆注系統(tǒng)
澆注系統(tǒng)是砂型中引導(dǎo)液態(tài)合金流入型腔的通道。生產(chǎn)襯套中常常因澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)安排不當(dāng)，造成砂眼、夾砂、粘砂、夾渣、氣孔、鐵豆、抬箱、縮孔、松孔、縮松、冷隔、澆不足、變形、裂紋、偏折等鑄造缺陷。此外，澆注系統(tǒng)的好壞影響造型和清理工作的繁簡(jiǎn)，砂型的體積大小和型砂的耗用運(yùn)輸量，非產(chǎn)生性消耗的液態(tài)合金用量等等。所以，澆注系統(tǒng)與獲得優(yōu)質(zhì)鑄件，提高生產(chǎn)效率和降低鑄件成本的關(guān)系是密切相聯(lián)的。因此對(duì)澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須慎重認(rèn)真。
常用的澆注系統(tǒng)大多由澆口杯（外澆口）、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道等部分組成。正確的澆注應(yīng)該：
1）使液態(tài)鑄鐵平穩(wěn)充滿砂型，不沖擊型壁和砂芯，不產(chǎn)生激濺和渦流，不卷入氣體，并順利的讓型腔內(nèi)的空氣和其他氣體排出型外，以防止金屬過(guò)渡氧化及產(chǎn)生砂眼、鐵豆、氣孔等缺陷。
2）阻擋夾雜物進(jìn)入型腔，以免在鑄件上形成渣孔。
3）調(diào)節(jié)砂型及鑄件上各部分溫差，控制鑄件的凝固順序，不阻礙鑄件的收縮，減少鑄件變形和開裂等缺陷。
4）起一定的補(bǔ)縮作用，一般是在內(nèi)澆道凝固前補(bǔ)給部分液態(tài)收縮。
5）讓液態(tài)合金以最短的距離，最合宜的時(shí)間充滿型腔，并有合適的型內(nèi)液面上升速度，得到輪廓完整清晰的鑄件。
6）在保證鑄件質(zhì)量的前提下，澆注系統(tǒng)要有利于減小冒口體積，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，在砂型中占據(jù)的面積和體積要小，以便工人操作、清除和澆注系統(tǒng)模樣的制造，節(jié)約金屬液和型砂的消耗量，提高砂型有效面積的利用。
7）設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)主要是在滿足上述各項(xiàng)要求的原則下，根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)條件、鑄件合金的特性、生產(chǎn)批量及具體的生產(chǎn)條件等，選擇澆注系統(tǒng)的類型和結(jié)構(gòu)，合理的布置澆注系統(tǒng)的位置，確定內(nèi)澆道數(shù)目和澆注系統(tǒng)各組員的斷面尺寸、斷面比例等。
按澆注系統(tǒng)各組元的斷面比例關(guān)系，內(nèi)澆道對(duì)鑄件型腔的引注高度，澆道的結(jié)構(gòu)等.根據(jù)襯套的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和可以確定澆口杯用漏斗形澆口杯，澆口在側(cè)面位置，液態(tài)鑄鐵沿鑄型壁導(dǎo)入，充型快而平穩(wěn)，可防止沖砂。由于鑄鐵件其凝固過(guò)程中石墨析出的膨脹，實(shí)現(xiàn)自補(bǔ)縮，從而不需要再設(shè)置冒口。
澆注系統(tǒng)各尺寸的選取
鑄件用漏斗形澆口杯，采用開放式澆注系統(tǒng)，以包孔截面積為基準(zhǔn)，各組元截面積比如下：
S包：S直：S內(nèi)=1：（1.8~2.0）：（2.0~2.5）
取S包：S直：S內(nèi)=1：1.8:2.5
鑄件重量可以算出約為17kg。澆注時(shí)間t=1.11S√G=8秒。根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)確定該澆注系統(tǒng)不需要橫澆道，澆注規(guī)格可根據(jù)《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)》表5-22
表5-22，鑄鐵件單面緩流式澆注系統(tǒng)
鑄件毛重（kg）
內(nèi)澆道
直澆道
內(nèi)澆道數(shù)量
每個(gè)斷面積（cm2）
總斷 面積 （cm2）
直徑（mm）
斷面積（cm2）
10~20
1
2.25
2.25
19
2.83
2
1.15
2.3
3
0.8
2.4
4
0.5
2.0
根據(jù)《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)》表5-23 得出以下數(shù)據(jù)：
內(nèi)澆道斷面各尺寸a=17mm b=13mm c=15mm 斷面積2.25cm2取內(nèi)澆道長(zhǎng)度為64mm
直澆道斷面直徑d=19mm 斷面積2.83cm2 取直澆道長(zhǎng)度為71.5mm如圖4-1
內(nèi)澆道 直澆道
圖4-1鑄鐵件緩流式澆注系統(tǒng)斷面尺寸
漏斗形澆口杯尺寸根據(jù)《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì)》 表5-16得D1=60mm,D2=56mm，h=44mm如圖4-2
圖4-2漏斗形澆口杯
由以上分析可以得出襯套的澆注系統(tǒng)如下圖4-3所示
圖4-3 澆注系統(tǒng)圖示
5 鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)
鑄造工藝裝備的主要功能，在于與工藝設(shè)備緊密結(jié)合，以充分發(fā)揮工藝設(shè)備的技術(shù)性能，從而有效的進(jìn)行工藝操作，因此，鑄造工藝裝備對(duì)提高鑄造生產(chǎn)效率，發(fā)揮工藝設(shè)備及生產(chǎn)能力起著重要的作用。鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)的原則：
1， 應(yīng)當(dāng)在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，盡可能采用先進(jìn)的工裝技術(shù)、新材料和新工藝;
2， 必須滿足生產(chǎn)工藝要求，確保鑄件質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，使鑄件成品率最高，成本最低；
3， 確保工藝裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，靈活耐用，操作安全可靠，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；
4， 應(yīng)使工藝裝備易于加工制造，成本低廉，便于維修；
5.1 造型選擇
砂型造型工藝在鑄件生產(chǎn)過(guò)程中占有十分重要的地位，它直接影響鑄件的質(zhì)量水平、生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率及環(huán)境污染程度，分為手工造型和機(jī)器造型，由于該襯套是單件小批量生產(chǎn)，所以用手工造型，手工造型就是由人工用造型工具來(lái)進(jìn)行砂型制造。手工造型又分為沙箱造型、地坑造型和刮板造型等，為防止鑄造時(shí)金屬液沖垮砂型，且便于砂型的翻轉(zhuǎn)和搬運(yùn)，所以鑄造襯套時(shí)使用沙箱造型，而沙箱造型又分為整模造型、分模造型、活塊模造型、挖沙造型、一箱多模造型等多種，由襯套的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以看出該造型方法是整模造型，整模造型就是鑄件全部在一個(gè)沙箱內(nèi)這樣操作簡(jiǎn)單，且不會(huì)錯(cuò)箱，
5.1.1砂箱的材料尺寸確定
由于是年產(chǎn)200件的單件小批量生產(chǎn)，為節(jié)約成本沙箱使用木質(zhì)沙箱。由鑄件的重量和尺寸和澆注系統(tǒng)得出內(nèi)框?qū)挾葹?00mm，上箱高度根據(jù)澆注系統(tǒng)澆口杯，直澆道的高度來(lái)確定為115mm。下箱高度根據(jù)鑄件高度可以確定為235mm
5.1.2 型砂的成分和比例
型砂的組成:型砂主要由原砂、粘結(jié)劑、水和煤粉等組成，具體材料成分如下:
一、舊砂
舊砂一般占80%～90％。從經(jīng)濟(jì)效益考慮，型砂必須回收使用，故稱為舊砂。由于型砂在使用過(guò)程中受高溫金屬液的熱作用，使砂粒彼裂，型砂中煤粉燃燒成灰分，部分粘土燒毀而失去粘結(jié)力，所以舊砂不能直接回用。必須經(jīng)過(guò)磁選（去除舊砂中的鐵塊、鐵釘?shù)龋?、破?破碎大砂團(tuán)）、除塵、篩分等工藝過(guò)程，才能作為基本骨架材料使用。
二、新砂
新砂一般占型砂的10％一20％。由于舊砂回收使用后，有效粘土和煤粉減少，灰分增加，使型砂性能急劇下降，型砂量減少，所以每次混砂時(shí)都要附加一部分新砂(同時(shí)成比例加入粘土和煤粉），目的是詞整型砂性能。
三、粘土
在型砂中作為粘結(jié)劑的粘土分為普通粘土和膨潤(rùn)土兩種。干型砂中常用普通粘土，濕型砂中常用膨潤(rùn)土。由于膨潤(rùn)土粘結(jié)力大，型砂濕壓強(qiáng)度高，加入量一級(jí)是5%-7％（包括舊砂中有效粘上量)。
四、水
水的作用是潤(rùn)濕粘土，使粘土產(chǎn)生粘結(jié)力，加入量為4%～6%。一般要在混砂過(guò)程中，根據(jù)型砂性能和環(huán)境的溫度、濕度進(jìn)行調(diào)整。
五、煤粉
型砂中加人附加物的目的是為了使型砂具有某些特殊性能。鑄鐵件濕型砂中加入煤粉是為了防止鑄件產(chǎn)生粘砂，降低鑄件表面粗糙度，加入量為4％～6％。對(duì)于干型砂，常加人鋸末等，是為了提高型砂的退讓性。
在手工造型時(shí)，為了降低成本，保證襯套鑄件表面質(zhì)量，把型砂分為面砂和背砂。面砂是特殊配制的在造型時(shí)與模樣接觸的一層型砂，具有較好的性能，常加八較多的新砂配制；背砂是在模樣上覆蓋面砂后，填充砂箱用的型砂，用100％舊砂稍加處理即可。
5.2 模樣
模樣是造型工藝過(guò)程必須的工藝裝備，用來(lái)形成鑄型的型腔，關(guān)系著鑄件的形狀和尺寸精確度，要保證模樣具有足夠的強(qiáng)度和剛度，有一定的表面光潔度，還應(yīng)當(dāng)使用方便，制造簡(jiǎn)單，成本低。模樣可分為木模、金屬模和塑料模等，根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求和生產(chǎn)批量的要求。該襯套的鑄造使用木模 由鑄件的收縮率為0.7%可知木模的尺寸如圖5-1
圖5-1 鑄件模樣
圖5-2模樣的三維視圖
5．3 芯盒
芯盒時(shí)制芯工藝過(guò)程中所必須的工藝裝備，其質(zhì)量的好壞直接影響到砂芯質(zhì)量及制芯生產(chǎn)率，芯盒材料使用東北紅松，木質(zhì)芯盒適用于單件、小批量生產(chǎn)，且制造周期短，易于加工，成本低。木質(zhì)芯盒一般不用設(shè)計(jì)，只需選擇合理的結(jié)構(gòu)形式。芯盒的大致如圖5-3
圖5-3 芯盒
6 總結(jié)
經(jīng)過(guò)2個(gè)月的長(zhǎng)時(shí)間努力，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于順利完成，這是一次綜合學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)，材料力學(xué)，鑄造工藝學(xué)的設(shè)計(jì)過(guò)程，我了解和掌握了鑄造的過(guò)程和應(yīng)當(dāng)注意的事項(xiàng)，同時(shí)培養(yǎng)了在正確的設(shè)計(jì)思想和分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，特別是運(yùn)用了CAD、PROE等繪圖軟件學(xué)到了很多知識(shí)，我深深的體會(huì)到嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真、仔細(xì)、有耐心是一個(gè)機(jī)械工程設(shè)計(jì)人員必須具備的素質(zhì)。
襯套磨損了，可以方便更換。如果不用襯套，磨損后，更換的是零件。襯套鑄造工藝方案采用手工兩箱整模造型，確定各工藝參數(shù)。共一個(gè)砂芯，一箱一件生產(chǎn)，砂芯采用粘土芯砂，砂芯內(nèi)有鐵絲制成的芯骨，用芯撐支撐。型砂采用粘土型砂，鑄件毛重17kg，體積約為2329645.3mm3
由于鑄鐵件的流動(dòng)性好，且尺寸不大，所以不需要設(shè)置冒口。采用搭邊澆注系統(tǒng)，設(shè)一個(gè)直徑為19mm，高71.5mm的直叫道；一個(gè)橫截面積為2250mm2，長(zhǎng)為64mm的內(nèi)澆道和一個(gè)高為44mm平均直徑為58mm的澆口杯。澆注時(shí)間約為8s。繪制了澆注系統(tǒng)示意圖
由于是年產(chǎn)200件的單件小批量生產(chǎn)，為節(jié)約成本沙箱使用木質(zhì)沙箱。由鑄件的重量和尺寸和澆注系統(tǒng)得出內(nèi)框?qū)挾葹?00mm，上箱高度根據(jù)澆注系統(tǒng)澆口杯，直澆道的高度來(lái)確定為115mm。下箱高度根據(jù)鑄件高度可以確定為235mm。采用粘土型型砂，按一定比例添加材料保證了型砂的強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和透氣性等。根據(jù)鑄件材料HT200的收縮率制作出了模樣，并繪出了三維視圖，由型芯的尺寸做出了芯盒。保障了鑄造工作的順利進(jìn)行。
本文主要確定了襯套的鑄造工藝方案，選擇了其中各種工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)出砂芯的形狀和尺寸，分析了澆注系統(tǒng)的各個(gè)組元，設(shè)計(jì)出鑄造襯套所需要的各個(gè)工藝裝備。
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致 謝
大學(xué)四年，臨近謝幕。四年大學(xué)生活的點(diǎn)點(diǎn)滴滴歷歷在目，給予我們幫助的是辛勤工作的各位老師。感謝各位老師的孜孜不倦的教育和無(wú)限的關(guān)懷因?yàn)槟銈兊呐惆椋刮覐臒o(wú)知走向了睿智，從稚嫩走向了成熟。四年的無(wú)私奉獻(xiàn)，讓我們接觸了一個(gè)新的領(lǐng)域，學(xué)習(xí)了一門新的知識(shí)，掌握了一種新的生存本領(lǐng)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)課堂的最后一課，也是對(duì)我們挑戰(zhàn)最大的一課。對(duì)大學(xué)四年學(xué)習(xí)的最終檢閱。在這兩個(gè)月里，我遇到了很多麻煩，也學(xué)到了很多東西。感謝張老師的辛勤指導(dǎo)；感謝各位老師的無(wú)私培養(yǎng)；感謝各位同學(xué)的熱情幫助。
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