操縱桿支架鑄造工藝設(shè)計,操縱桿,支架,鑄造,工藝,設(shè)計 鑄造工藝課程設(shè)計說明書設(shè)計題目操縱桿支架鑄造工藝課程設(shè)計學(xué) 院年 級專 業(yè)學(xué)生姓名學(xué) 號指導(dǎo)教師鑄造工藝課程設(shè)計說明書I目目 錄錄1 1 前前 言言.11.1 本設(shè)計的目的、意義.11.1.1 本設(shè)計的目的.11.1.2 本設(shè)計的意義.11.2 本設(shè)計的技術(shù)要求.11.2.1 技術(shù)要求.21.3 本課題的發(fā)展現(xiàn)狀.31.3.1 現(xiàn)狀.31.4 本領(lǐng)域存在的問題.41.4.1 本領(lǐng)域的進步.41.5 本設(shè)計的指導(dǎo)思想.41.6 本設(shè)計擬解決的關(guān)鍵問題.42 2 設(shè)計方案設(shè)計方案.52.1 鑄造工藝方案分析.52.1.1 造型方法、造芯方法的選擇.52.1.2 造型方法的選擇.62.1.3 鑄型種類的選擇.62.2 分型面的選擇.72.3 鑄件澆注位置的確定.93 3 設(shè)計說明設(shè)計說明.103.1 鑄造工藝參數(shù).103.1.1 收縮率.103.1.2 灰鐵鑄出孔大小確定.113.1.3 加工余量的確定.113.1.4 起模斜度.133.1.5 吃砂量.153.2 砂芯設(shè)計.154 4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計澆注系統(tǒng)的設(shè)計.194.1 澆注時間.194.2 澆注系統(tǒng)的阻流截面積的計算.204.3 冒口與冷鐵設(shè)計.235 5 工裝設(shè)計工裝設(shè)計.25鑄造工藝課程設(shè)計說明書II5.1 合箱圖.255.2 模板裝配圖.255.3 芯盒裝配圖.256 6 結(jié)結(jié) 論論.29致致 謝謝.30參參 考考 文文 獻獻.31鑄造工藝課程設(shè)計說明書11 前 言1.1 本設(shè)計的目的、意義題目所給定的零件是汽車換擋部分的操縱桿支架，它的主要作用是固定操縱桿，使其在行駛過程中牢固可靠。零件上的 311 孔用螺栓固定在底座上，操縱桿用 20 的定位銷固定在支架上，并且在換擋時依靠利用寬度為 36mm 的槽軌跡不會引起偏差。1.1.1 本設(shè)計的目的依據(jù)所給的零件圖，完成操縱桿支架的鑄造工藝設(shè)計，使最終得到的零件能夠基本滿足加工性能和使用性能。1.1.2 本設(shè)計的意義依靠本次鑄造工藝設(shè)計，使學(xué)生熟悉鑄件的生產(chǎn)設(shè)計的各過程，將理論知識轉(zhuǎn)化到實際應(yīng)用中去，能夠?qū)嶋H生產(chǎn)該類零件或相似類型的零件給出一定的啟發(fā)和幫助，減少經(jīng)濟損耗，降低生產(chǎn)廠家的成本。1.2 本設(shè)計的技術(shù)要求操縱桿支架零件的結(jié)構(gòu)如下圖 1.1 操縱桿支架零件圖所示，操縱桿支架底面為三角形安裝座，側(cè)面為操縱桿支架軸的孔支架部分，所有孔均需機械加工。零件圖規(guī)定材質(zhì)為 HT150，其成分如表 1.1 所示。表 1.1 HT150 的成分牌號鑄件壁厚/mmCSiMnPSHT150303050503.33.53.23.53.23.52.02.41.92.31.82.20.50.80.50.80.60.90.20.20.20.120.120.12鑄造工藝課程設(shè)計說明書2圖 1.1 操縱桿支架零件圖1.2.1 技術(shù)要求本次設(shè)計的操縱桿支架零件材質(zhì)為 HT150，最小抗拉強度為 150MPa，布氏硬度為163241HBW，伸長率 0.30.8%抗彎強度為 400 MPa，抗壓強度為 600800 MPa，抗剪強度為 248 MPa1，滿足大多數(shù)操縱桿支架、操縱桿支架零件的機械性能要求。技術(shù)要求：(1) 硬度 163229HBW。(2) 鑄造起模角度為 2，未注鑄造圓角 R2R3。(3) 20 塞規(guī)應(yīng)能同時通過兩個 20 孔。(4) 線性尺寸未注公差為 GB/T 1804-m。(5) 未注形位公差為 GB/T 1184-k。(6) 非加工的外表面涂以鐵紅純配底漆。鑄造工藝課程設(shè)計說明書31.3 本課題的發(fā)展現(xiàn)狀1.3.1 現(xiàn)狀模具工業(yè)是國民經(jīng)濟中的基礎(chǔ)工業(yè)，采用模具生產(chǎn)零部件，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、成本低、節(jié)省能源和原材料等一系列優(yōu)點。在家電橡膠、塑料、汽車(摩托車)、機床(機械制造)、計算機等一些行業(yè)中，有 60%90%的零部件需要使用模具。我國模具業(yè) 20世紀末和 21 世紀初十年間有了飛速發(fā)展，今后也將保持一定的速度穩(wěn)步增長。木模目前仍廣泛應(yīng)用于手工造型或單件小批量生產(chǎn)中，但隨著環(huán)境保護要求日益加嚴.木材使用將日益受到限制，代之面起的將是實型鑄造。實型鑄造以泡沫塑料板材為材料。裁剪粘接而成模樣，然后澆注而成鑄件。該方法較之用本模，不僅節(jié)省了木材，而且使鑄件有更高的尺寸精度和更好的表面粗糙度。塑料模應(yīng)用呈上升趨勢，尤其是可加工塑料的推向市場和塑料模壽命的提高，更使得塑料模應(yīng)用口益廣泛。鋁合金模由于重量輕，尺寸精度義較高，因此應(yīng)用仍較廣泛。但近來應(yīng)用已有減少趨勢，部分范圍已分別為塑料模(當鑄件批量較小時)或鑄鐵模(當鑄件批量較大時)所取代。鑄鐵模仍是大批量鑄造生產(chǎn)的首選并被大量使用，它具有強度高、硬度高.耐磨、加工性好，成本低康、使用壽命長等優(yōu)點。近幾年來，由于鑄造水平的提高，已有越來越多的模樣、模底板、模板框等采用強度和耐磨性更高的球鐵或低稀土合金灰鑄鐵制作，而耐熱疲勞性能更好的蠕墨鑄鐵也被用于芯盒材料。鋼材以往主要用于鑄模上的標準件、耐磨鑲塊或內(nèi)村，不太用于制作鑄模本體.因為碳鋼使用壽命并不高于球鐵或低合金灰鐵，而成本卻高得多；合金鋼價格又十分昂貴。但隨著模具加工技術(shù)的提高及對鑄模尺寸穩(wěn)定性要求的提高，模具鋼、鉻鉑合金鋼也用于制作鑄模。鑄造工藝課程設(shè)計說明書41.4 本領(lǐng)域存在的問題我國是鑄造大國，但遠非鑄造強國。我國鑄造工藝水平，鑄件質(zhì)量、技術(shù)經(jīng)濟指標等較之先進國家有很大差距，手工、半機械化造型仍占有很大比例。同樣，我國的鑄造工藝裝備同先進國家相比也有很大差距。木模、木塑模仍被廣泛使用，金屬模具的加工仍以普通銑床為主，新產(chǎn)品的開發(fā)常常因模具設(shè)計，制造周期長，導(dǎo)致市場的丟失。1.4.1 本領(lǐng)域的進步進入上世紀 90 年代以來，巨大的市場需求特別是家電、汽車、摩托車業(yè)的快速發(fā)展，極大地推動了我國模具業(yè)的發(fā)展，鑄模業(yè)同樣有了巨變。這些變化表現(xiàn)在設(shè)計和制造技術(shù)方面的有：CAD 的普遍使用；快速原型制造鑄模已經(jīng)進入到實用階段；高速加工技術(shù)引進模具工業(yè)提高了模具精度并降低了加工時間；CAE、逆向工程初步取得成效2。1.5 本設(shè)計的指導(dǎo)思想鑄造是將通過熔煉的金屬液體澆注入鑄型內(nèi)，經(jīng)冷卻凝固獲得所需形狀和性能的零件的制作過程。鑄造工藝是利用具有一定性能的原砂作為主要造型材料的鑄造方法。應(yīng)用鑄造有關(guān)理論和系統(tǒng)知識生產(chǎn)鑄件的技術(shù)和方法，包括鑄件工藝，澆鑄系統(tǒng)，補縮系統(tǒng)，特種鑄造工藝等內(nèi)容，設(shè)計出一個工件從零件圖到澆注成鑄件的過程思路。鑄造工藝設(shè)計內(nèi)容包括：鑄件工藝圖、鑄型裝配圖的設(shè)計以及工藝卡的制作等。1.6 本設(shè)計擬解決的關(guān)鍵問題本設(shè)計擬解決的問題如下：（1）解決整個過程中工藝參數(shù)的選取以及鑄件工藝圖、裝配圖、工藝卡等的制作；（2）初步消除模擬過程中出現(xiàn)的缺陷；鑄造工藝課程設(shè)計說明書52 設(shè)計方案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)計采用砂型鑄造，手工造型，一箱四件生產(chǎn)該件。為了便于分析直觀，依據(jù)操縱桿支架的零件二維圖紙，建立操縱桿支架的三維零件如下圖 2.1 操縱桿支架三維零件圖所示。圖 2.1 操縱桿支架三維零件圖2.1 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取等。2.1.1 造型方法、造芯方法的選擇鑄造生產(chǎn)中造型和制芯的方法可分為手工和機器兩大類。手工造型和制芯所使用的工藝裝備簡單，靈活多樣，適應(yīng)性強。所以對單件、小批或成批生產(chǎn)，特別對重大型鑄件和復(fù)雜形狀鑄件有著廣泛的用途。但它生產(chǎn)率低，勞動強度大，鑄件質(zhì)量不易穩(wěn)定。機器造型和制芯的生產(chǎn)率高，勞動強度低，鑄件質(zhì)量比較穩(wěn)定。但是，它需要龐大的機器設(shè)備，而且投資大。因此主要應(yīng)用于成批生產(chǎn)或大量生產(chǎn)中。鑄造工藝課程設(shè)計說明書6根據(jù)手工造型和機器造型的特點，選擇手工造型。2.1.2 造型方法的選擇根據(jù)零件的各參數(shù)，對照表 2.1 中的各類造型方法比較，選擇砂型鑄造。表 2.1 手工造型的分類造型方法主要特點應(yīng)用情況組芯造型鑄型由砂芯組成，可在砂箱、地坑中或用夾具組裝用于單件或成批生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件脫箱造型造型后取走砂箱。在無箱成加套箱的條件下澆注用于大量成批或單件生產(chǎn)的小件砂箱造型在砂箱內(nèi)造型，操作方便，勞動量較小大、中、小鑄件，大量、成批和單件生產(chǎn)刮板造型用專制的刮板刮制，可節(jié)省制造模樣的材料和工時，操作麻煩，生產(chǎn)率低用于單件外形簡單的鑄件地坑造型在地坑中造型，不用砂箱或只用一個蓋箱。操作費時，生產(chǎn)周期長用于單件生產(chǎn)的大、中型鑄件2.1.3 鑄型種類的選擇選用原則如下：（1）優(yōu)先采用濕型尤其是中小鑄件。只有濕型不能滿足要求時，才考慮用其他造型方法。如：鑄件過高，金屬靜壓力超過濕型的抗壓強度；澆注位置上鑄件有較大水平壁，用濕型容易引起夾砂缺陷；造型過程長或需長時間等待澆注的砂型不宜用濕型；型內(nèi)放置冷鐵多，應(yīng)避免使用濕型。認為濕型不可靠時，可考慮使用表干砂型、樹脂自硬砂型、水玻璃砂型以及粘土干砂型。用樹脂自硬砂型可以獲得尺寸精確、表面光沽的鑄件。（2）造型、制芯方法應(yīng)和生產(chǎn)批量相適應(yīng)。大批量生產(chǎn)應(yīng)創(chuàng)造條件采用技術(shù)先進的鑄造工藝課程設(shè)計說明書7造型、制芯方法。中等批量的大型鑄件可以考慮應(yīng)用樹脂自硬砂造型和制芯、拋砂造型等；單件小批量生產(chǎn)的重型鑄件，手工造型仍是重要的方法。（3）造型方法應(yīng)適合工廠條件。（4）要兼顧鑄件的精度要求和成本。根據(jù)鑄型的特點和應(yīng)用情況選用自硬砂。2.2 分型面的選擇鑄造分型面是指兩半型相互接觸的表面，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3。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，操縱桿支架零件可有以下三種分型方案。分型方案一：將以操縱桿支架零件左右對稱面做分型面，將鑄件完全置于上、下箱，中間澆注系統(tǒng)適合此分型方案，該分型方案如圖 2.2 分型方案一。圖 2.2 分型方案一分型方案一的優(yōu)點是分型面平直，但是操縱桿孔處的砂芯設(shè)計為水平砂芯，只有一下下上上鑄造工藝課程設(shè)計說明書8端能固定支撐砂芯，造型下芯容易造成砂芯倒伏，不便于生產(chǎn)。分型方案二：將以操縱桿支架零件底面最大安裝臺最大面做分型面，將鑄件完全置于下箱，頂部澆注形式適合方案，該分型方案如圖 2.3 分型方案二所示。圖 2.3 分型方案二分型方案二的優(yōu)點分型面簡單，缺點是將重要的安裝免至于上箱，容易造成重要面的鑄造夾渣缺陷。分型方案三：與分型方案二類似，只是將上、下箱顛倒，將鑄件完全置于上箱，底部澆注形式適合方案，該分型方案如圖 2.4 分型方案三所示。圖 2.4 分型方案三綜合比較，方案三較為合理，故本次設(shè)計分型方案選擇分型方案三進行分型，采用底部澆注系統(tǒng)。鑄造工藝課程設(shè)計說明書92.3 鑄件澆注位置的確定澆注位置是指澆注時鑄件在型內(nèi)所處的狀態(tài)（姿態(tài)）和位置。也就是說哪個部位在上或在下，哪個面朝上、呈側(cè)立狀態(tài)或朝下。一般遵循以下原則3：（1）鑄件最重要的部分或較大平面朝下。（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，薄壁部分應(yīng)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，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(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，考慮到操縱桿支架零件結(jié)構(gòu)特點，操縱桿支架適合采用頂部、中間、底部澆注。澆注位置如圖 2.5 所示。圖 2.5 澆注位置鑄造工藝課程設(shè)計說明書103 設(shè)計說明3.1 鑄造工藝參數(shù)鑄造工藝設(shè)計參數(shù)(簡稱工藝參數(shù))通常是指鑄造工藝設(shè)計時需要確定的某些數(shù)據(jù)。這些參數(shù)是：鑄造收縮率(縮尺)、機械加工余量、起模斜度、最小鑄出孔的尺寸、工藝補正量、工藝肋、反變形量、非加工壁厚的負裕量、分型負數(shù)、砂芯負數(shù)(砂芯減量)等。工藝參數(shù)選取得準確、合適，才能保證鑄件尺寸(形狀)精確，使造型、制芯、下芯、合箱方便，提高生產(chǎn)率，降低成本。工藝參數(shù)選取不準確，則鑄件精度降低，甚至因尺寸超過公差要求而報廢。這些工藝參數(shù)，除鑄造收縮率、機械加工余量和起模斜度以外，其余的都只用于特定的條件下4。3.1.1 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 （3-1） =1 21 100%式中 L1模樣長度；L1鑄件長度。由表 3.1 灰鐵自由收縮率1，選取對應(yīng)牌號的灰鐵收縮率為 1%。 表 3.1 灰鐵收縮率HT100，HT150，HT200灰鑄鐵牌號小中件中大件特大件HT250HT300HT350自由線收縮率（%）鑄造收縮率（受阻收縮率（%） ）0.91.10.81.00.81.00.70.90.70.90.60.80.91.10.70.91.51.0鑄造工藝課程設(shè)計說明書113.1.2 灰鐵鑄出孔大小確定該操縱桿支架為成批生產(chǎn)，由表 3.2 灰鑄鐵不鑄出孔直徑可知，零件圖中孔直徑小于30 的孔不鑄出；圖中 M6 螺紋孔為后續(xù)機械加工，也不鑄出，側(cè)面兩個圓孔不用鑄出。表 3.2 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)1215成批生產(chǎn)1530單件或小批生產(chǎn)30503.1.3 加工余量的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(xué)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3。尺寸公差等級分為 16 級。操縱桿支架為砂型鑄造手工造型批量生產(chǎn)，依據(jù)表 3.3 選用鑄件公差等級為 CT12。表 3.3 成批和大批量生產(chǎn)鑄件的尺寸公差等級公差等級 CT鑄 件 材 料方法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11141114111411141013101391211141114砂型鑄造機器造型和殼型81281281281081081079812812金屬型鑄造（重力鑄造或者低壓鑄造）8108108108107979壓力鑄造684647熔模水玻79797958587979鑄造工藝課程設(shè)計說明書12璃鑄造硅溶膠46464646464646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3。成批量生產(chǎn)的鑄件加工余量等級按表 3.4毛坯鑄件典型的機械加工余量等級選取該操縱桿支架的加工等級為 F 級。表 3.4 毛坯鑄件典型的機械加工余量等級要求的機械加工余量等級鑄件材質(zhì)方法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GKFHFHFHFHFHFHGKGK砂型鑄造機器造型和殼型EHEGEGEGEGEGEGFHFH壓力鑄造DFDFDFDFDFDF熔模鑄造EEEEEEE操縱桿支架的底面尺寸為：120mm92mm，基本尺寸 120mm，查表 3.5， CT12 公差值為 7mm，位于澆注位置的底面，查 3.6，加工余量等級 RMA(F)對應(yīng)數(shù)值為 1.5mm，操縱桿支架端面單側(cè)加工，則該尺寸的加工余量為：7/2+1.5=5mm。操縱桿支架兩伸出支座部分加工尺寸為 40mm44mm，基本尺寸為 44mm，位于澆注位置的側(cè)面，則其加工量為：5.6/4+0.5=1.9mm，圓整取加工量為 2.0mm。表 3.5 鑄件尺寸公差數(shù)值（單位：mm）毛坯鑄件基本尺寸鑄件尺寸公差等級 CT大于至12345678910111213141516100.090.130.180.260.360.520.7411.522.84.210160.10.140.20.280.380.540.781.11.62.23.04.416250.110.150.220.300.420.580.821.21.72.43.24.668101225400.120.170.240.320.460.640.91.31.82.63.6579111440630.10.10.20.30.50.711.22.45.8101216鑄造工藝課程設(shè)計說明書13374600486631000.140.180.260.400.560.781.11.62.23.24.4691114181001600.150.200.280.440.620.881.21.82.53.657101216201602500.220.300.500.7211.422.845.68111418222504000.240.340.560.781.11.62.23.24.46.29121620254006300.400.640.91.21.82.63.657101418222863010000.7211.422.84681116202532100016000.801.11.62.23.24.6791318232937160025002.63.85.48101521263342250040004.46.291217243038494000630071014202835445663001000011162332405064表 3.6 要求的鑄件加工余量(RMA) (單位：mm)最大尺寸要求的機械加工余量等級大于至ABCDEFGHJK400.10.10.20.30.40.50.50.711.440630.10.20.30.30.40.50.711.42631000.20.30.40.50.711.422.841001600.30.40.50.81.11.52.23461602500.30.50.711.422.845.582504000.40.70.91.31.42.53.557104006300.50.81.11.52.234691263010000.60.91.21.82.53.5571014100016000.711.422.845.581116160025000.81.11.62.23.24.5691418250040000.91.31.82.53.5571014204000630011.422.845.581116226300100001.11.52.234.5691217243.1.4 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。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、增減鑄件壁厚或者減小鑄件壁厚的方法來形成。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。鑄件的起模斜度值鑄造工藝課程設(shè)計說明書14表 3.7 起模斜度 起模斜度金屬模樣、塑料模樣木模樣測量面高度 HmmAA mmAA mm103300.64000.810401501.42051.6401000501.60551.61001600351.60402.01602500302.20352.62504000303.60354.24006300254.60305.663010000205.80257.41000160002511.61600250002518.22500025該操縱桿支架零件垂直分型面的高度大于 40mm 不超過 100mm 的，采用金屬模樣造型，中間澆注，分型面在操縱桿支架中間對稱面上，依據(jù)表 3.7 起模斜度（JB/T 5105-1991）以及表 3.5 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(cè)面均加起模斜度為 0.5。根據(jù)以上結(jié)果，最終確定操縱桿支架鑄件三維圖如圖 3.1 所示，通過軟件計算該操縱桿支架鑄件質(zhì)量為 1.44kg。鑄造工藝課程設(shè)計說明書15圖 3.1 操縱桿支架鑄件三維圖3.1.5 吃砂量模樣與砂箱、箱頂、箱底和箱帶之間的距離稱為吃砂量。由前文可知操縱桿支架單件重量為 1.44kg，依據(jù)表 3.8，可確定吃砂量最小尺寸為a=40mm，b=40mm，c=30mm，d=30mm，e=30mm， 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 3.8 按鑄件重量確定的吃砂量 （單位 mm）鑄件重量/kgabcdef1000040506070901001201502002502753003504004050607090100120150200250275300350400304040505060709010012515017520025030405050607080901001251501752002503040506070100303030405060701201502002252502502503.2 砂芯設(shè)計依據(jù)前文分析，操縱桿支架中間位置腰形孔太小，而且要鑄出，所以該處設(shè)計垂直鑄造工藝課程設(shè)計說明書16砂芯，砂芯尺寸為 50mm24mm，高度為 23mm，查表 3.9，設(shè)計垂直砂芯芯頭高度，其中上芯頭高度為 15mm，下芯頭高度為 15mm，由于上芯頭距離上型太近，故不設(shè)計上芯頭，只設(shè)計下芯頭。表 3.9 垂直芯頭的高度 h 和 h1 (單位 mm)當 D 或者（A+B）/2 為下列數(shù)值時的高度 hL30306061100101150151300301500501700701100010012000200030151520315020252025202551100253025302530202520253040406010115030353035303525302530406040605070507015130035453545354530403040406050705070608060803015004060406035553555406050705070801008010050170060806080456545655070608060808010080100由 h 查 h1上芯頭高度 h1520253035404550556065708090100120150下芯頭高度h11515152020252530303535404550556580鑄造工藝課程設(shè)計說明書17查表 3.10，下芯頭斜度為 5。表 3.10 垂直芯頭的斜度 (單位 mm)芯頭高度 h1520253035405060708090100120150用/h表示斜度時用角度 表示時上芯頭2345679111214161922281/510下芯頭11.522.533.545678910131/105查表 3.11，設(shè)計砂芯間隙為 0.5。表 3.11 垂直芯頭與芯座之間的間隙 S (單位 mm)D 或（A+B）/2鑄型種 類5151100101150151200201300301400401500501700701100010011500150120002000濕型0.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.0干型0.51.01.51.52.02.53.03.54.05.06.07.0最終完成操縱桿支架砂芯設(shè)計如圖 3.2 操縱桿支架砂芯圖所示。鑄造工藝課程設(shè)計說明書18圖 3.2 操縱桿支架砂芯圖最終完成操縱桿支架三維砂芯設(shè)計如圖 3.3 操縱桿支架三維砂芯圖所示。圖 3.3 操縱桿支架三維砂芯圖鑄造工藝課程設(shè)計說明書194 澆注系統(tǒng)的設(shè)計4.1 澆注時間對于重量小于 450kg 的形狀復(fù)雜的薄壁鑄鐵件，其澆注時間可按經(jīng)驗公式計算： 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)，取決于鑄件壁厚，可由表 4.1 系數(shù) S 和鑄件壁厚 的關(guān)系查出。表中壁厚 指鑄件的主要壁厚，對實心體鑄件取壁厚 =2E（E為鑄件的當量厚度）E=鑄件的體積/鑄件的面積。表 4.1 系數(shù) S 和鑄件壁厚 的關(guān)系鑄件壁厚 mm2.53.53.588.015系數(shù) S1.631.852.2因為操縱桿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。澆注時間為： t=SGL=2.27.2=5.9S (4-2)型內(nèi)金屬液面上升速度 V型用下式（4-3）表示：V型=C/t （4-3）其中 C 為鑄件高度，合適的澆注時間 t 應(yīng)滿足如下條件：C/V型 maxtC/V型 min （4-4）對鑄鐵件可依表 4.2 決定型內(nèi)鐵液液面的最小上升速度。表 4.2 型內(nèi)鐵液液面的最小上升速度鑄件壁厚 /mmV型 min/(mms-1)40，水平澆注大平板40，上箱有大平板1040410810203010202030鑄造工藝課程設(shè)計說明書201.5430100經(jīng)驗算：V型 minC/t=（74+5）/5.9=13.39mms-1，符合上表型內(nèi)最小上升速度，因此澆注時間 t 為 5.9S。4.2 澆注系統(tǒng)的阻流截面積的計算澆注系統(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(guān)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(shè)計采用封閉澆注系統(tǒng)、頂注式，查表 4.3 澆注系統(tǒng)各單元斷面比例及其應(yīng)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(guān)系為：A內(nèi)：A橫：A直=1：1.1：1.155。表 4.3 澆注系統(tǒng)各單元斷面比例及其應(yīng)用截面比例直橫內(nèi)應(yīng)用21.51大型灰鑄鐵砂型鑄造1.41.21中、大型灰鑄鐵件砂型鑄造1.151.11中、小型灰鑄鐵件砂型鑄造1.111.061薄壁灰鑄鐵件砂型鑄造1.51.11可鍛鑄鐵1.11.21.31.51表面干燥型中、小型鑄鐵件1.21.41表面干燥型重型機械鑄鐵件1.11.251.11.51干型中、小型鑄鐵件1.21.11干型中型鑄鐵件1241.54球墨鑄鐵件124鋁合金、鎂合金鑄件1.231.221青銅合金鑄件11212鑄鋼件漏包澆注前文計算的鑄件總高度 79mm，鑄件鑄造在上箱，上箱鑄件高度為 79mm，縮尺為 1%，依據(jù)吃沙量前文查表選取為 a=b=40mm，則上砂箱最小高度為 791.01+40=119.79mm，鑄造工藝課程設(shè)計說明書21取上砂箱高度 150mm（下砂箱取 100mm） 。確定靜壓頭高度，依據(jù)表 4.4 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 46mm。表 4.4 普通漏斗形外澆口尺寸直澆道下端直徑d/mmD1/mmD2/mmh/mm鐵液容量/kg165652400.516185854420.618206056440.720226258460.822246460480.924266662501.026286864521.228307066541.3本次設(shè)計采用底部澆注形式， 則計算靜壓頭高度為： Hp=h0-p/2=15+4.6-7.9/2=15.65cm （4-5）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： 內(nèi)= 2其中本次設(shè)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： 15.656.06cm =(k221 +k21+k22)p=1.152(1 +(1.151.1)2+ 1.152)=（4-7） =3.1cm2 內(nèi)= t2h=72007.850.55.9X29816.044514（4-8）（4-6）鑄造工藝課程設(shè)計說明書22依據(jù)表 4.5 內(nèi)澆道尺寸，選取與計算的 A內(nèi)=3.1cm2稍大的斷面的面積，本次設(shè)計選取內(nèi)澆口面積為 3.2cm2為本次設(shè)計的內(nèi)澆口總斷面面積，一箱四件，每件設(shè)計 2 個內(nèi)澆口，設(shè)計為 8 個內(nèi)澆口，則每個內(nèi)澆口面積為 0.4cm2，對應(yīng)的內(nèi)澆口尺寸a=7mm，b=5mm，c=7mm，則內(nèi)澆道總斷面面積為 4.2cm2。表 4.5 內(nèi)澆道尺寸（單位：mm）序號內(nèi)澆道斷面積/A內(nèi)cm2abcabcabcabcda10.311936464399536.58.520.41194757531096479.530.5119586764101074810.540.611968.66.586.54.511117591250.8141261089851212861013.561.015137119109514149711.51571.218147.5121011106151610712.516.581.52018814111211717181181418.591.82119916121312818201291520.5計算出橫澆道總斷面面積為A橫=1.14.2=4.62cm2，查表 4.6 澆注系統(tǒng)截面尺寸，設(shè)計橫澆道截面面積為 4.62cm2的橫澆道，橫澆道布置在直澆道兩側(cè)，則每段橫澆道斷面面積為 2.31cm2對應(yīng)的橫澆道尺寸為：A=16mm，B=11mm，H=18mm。計算出直澆道總斷面面積為A直=1.154.2=4.83cm2，故查表 4.6 澆注系統(tǒng)截面尺寸，直澆道截面面積取 4.83cm2，直徑為 25mm。鑄造工藝課程設(shè)計說明書23表 4.6 澆注系統(tǒng)截面尺寸最終確定各澆道截面尺寸如下圖 4.1 澆道截面尺寸所示。圖 4.1 澆道截面尺寸橫澆道直澆道序號斷面積/A橫cm2A /mmB /mmC /mmA /mmB /mmC /mm序號斷面積/A橫cm2D/mm11.0119101810611.81522.01510162013823.12032.416111822141034.92543.017132024151147.13053.619142228171259.63564.0201523301813612.64075.0241625352015715.94586.0271728362216819.65097.0281830382417923.755108.03020324026181028.260鑄造工藝課程設(shè)計說明書244.3 冒口與冷鐵設(shè)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(yīng)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(chǔ)，只是由于鑄件本身結(jié)構(gòu)、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(yīng)用冒口，一個需要設(shè)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。本次操縱桿支架不設(shè)計冒口。綜上，操縱桿支架的澆注系統(tǒng)三維如圖 4.2 所示。圖 4.2 操縱桿支架鑄件及澆注系統(tǒng)三維圖鑄造工藝課程設(shè)計說明書255 工裝設(shè)計工裝設(shè)計5.1 砂箱設(shè)計由前文計算選取的吃砂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：400mm350mm150mm，下砂箱內(nèi)框尺寸為：400mm350mm100mm。根據(jù)表 5.1 常用造型機所用砂箱的最佳尺寸，依據(jù)本次設(shè)計數(shù)據(jù)，選擇500mm400mm 砂箱尺寸對應(yīng)的造型機為 Z145。表 5.1 常用造型機所用砂箱的最佳尺寸砂箱尺寸（mm）400300500400600500800600造型機Z114A，Z124Z145，ZZ415Z146，ZB326ZB148A，3ZZ318砂箱尺寸8007001000800110090016001200造型機Z148A，Z158Z2310，Z2410ZB1410ZB1416最終確定操縱桿支架的合箱圖如下圖 5.1 合箱圖所示。5.2 模板設(shè)計模樣材質(zhì)選用金屬模。金屬型的熱導(dǎo)率和熱容量大，冷卻速度快，鑄件組織致密，力學(xué)性能比砂型鑄件高 15%左右；能獲得較高尺寸精度和較低表面粗糙度值的鑄件，并且質(zhì)量穩(wěn)定性好；因不用和很少用砂芯，改善環(huán)境、減少粉塵和有害氣體、降低勞動強度，適用于大批，成批的各種鑄件。依據(jù)鑄造工藝圖確定模樣本體結(jié)構(gòu)類型為平裝式。最終確定操縱桿支架的上模板裝配圖如下圖 5.2 所示。5.3 芯盒設(shè)計操縱桿支架砂芯，芯盒設(shè)計芯盒材質(zhì)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。最終確定操縱桿支架的芯盒裝配圖如下圖 5.3 芯盒裝配圖所示。鑄造工藝課程設(shè)計說明書26圖 5.1 合箱圖1.下砂型 2.下砂箱 3.砂箱用定位銷 4.砂箱定位套 5.上砂型 6.上砂箱 7.澆口杯 8.砂箱用導(dǎo)向銷 9.砂箱導(dǎo)向套鑄造工藝課程設(shè)計說明書27圖 5.2 上模板裝配圖1.模板 2.M10 內(nèi)六角螺絲 3.上模樣定位銷 4.上模樣 5.橫澆道 6.直澆道 7.上模板導(dǎo)向銷鑄造工藝課程設(shè)計說明書28圖 5.3 芯盒裝配圖1.上芯盒定位銷 2.下芯盒定位套 3.下芯盒 4.上芯盒 5.活節(jié)螺栓 6.直澆道窩 7.蝶形螺母鑄造工藝課程設(shè)計說明書296 結(jié)結(jié) 論論通過這次工藝課程設(shè)計，使我對鑄造設(shè)計過程有了更進一步的認識和了解，也加深了對大學(xué)四年中所學(xué)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和理解。課程設(shè)計是理論聯(lián)系實際的最直接有效的方法。在具體設(shè)計過程中，必須考慮到方方面面的問題，在理論上正確無誤的設(shè)計，但是當你運用結(jié)合實際的時候往往會存在各種問題。采用底部澆注操縱桿支架，在最大面積處分型，鑄件正立置于上箱分模，兩側(cè)的通孔不需鑄出，采用一塊砂芯鑄出底部的腰形孔，采用的工藝比較簡單實用，鑄件的缺陷較少，成品率較高。期間存在不足之處，如在設(shè)計的過程中一些數(shù)值參考書籍，沒有結(jié)合實際經(jīng)驗，為理論值，后期鑄件可能因此出現(xiàn)一些缺陷，要進一步進行模擬以減少實際生產(chǎn)中的成本損耗。鑄造工藝課程設(shè)計說明書30致 謝本課程設(shè)計在選題及進行過程中得到朱永長老師的悉心指導(dǎo)。在設(shè)計過程中，朱永長老師多次幫助我分析思路，開拓視角，在我遇到困難的時候給予我最大的支持和鼓勵，及時幫助我分析問題解決阻礙。在朱永長老師的耐心指導(dǎo)下，我完成了該次鑄造設(shè)計，期間朱老師教會我的知識和治學(xué)的態(tài)度精神使我終身受益。再多華麗的言語也顯蒼白，在此，謹向朱永長老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。鑄造工藝課程設(shè)計說明書31參 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 萬仁芳. 砂型鑄造工藝裝備的地位、現(xiàn)狀及發(fā)展J. 中國鑄造裝備與技術(shù), 2003, 45(05): 1-4.3 機械工程學(xué)會鑄造學(xué)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: 156-.4 葉榮茂、吳維岡、高景燕. 鑄造工藝課程設(shè)計手冊（M）. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 1989: 345-.5 王文清, 李魁盛. 鑄造工藝學(xué)M. 機械工業(yè)出版社: 北京, 1998: 250-.