閥體的鑄造工藝設(shè)計(jì)

閥體的鑄造工藝設(shè)計(jì),閥體,鑄造,工藝,設(shè)計(jì) 鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目閥體鑄造工藝設(shè)計(jì)學(xué) 院年 級(jí)專(zhuān) 業(yè)學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)指導(dǎo)教師鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)I目目 錄錄1 1 前前 言言 .11.1 本設(shè)計(jì)的目的、意義.11.1.1 本設(shè)計(jì)的目的 .11.1.2 本設(shè)計(jì)的意義 .21.2 閥體的鑄造工藝性分析.21.2.1 零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn) .21.3 零件技術(shù)與質(zhì)量要求.21.3.1 技術(shù)要求 .21.3.2 質(zhì)量要求 .31.4 鑄件工藝性分析.32 2 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案 .52.1 造型制芯方法選擇.52.1.1 造型制芯方法選擇 .52.1.2 造型制芯設(shè)備 .62.1.3 造型方法的選擇 .62.1.4 造芯方法及材料的選擇.62.2 分型面的確定.72.3 澆注位置的確定.83 3 設(shè)計(jì)說(shuō)明設(shè)計(jì)說(shuō)明 .93.1 工藝參數(shù)的設(shè)置.93.1.1 鑄件尺寸公差 .93.2 澆筑系統(tǒng)設(shè)計(jì).123.3 砂芯的設(shè)計(jì)及工藝設(shè)計(jì)參數(shù).173.3.1 砂芯的形狀 .173.3.2 砂芯的固定 .173.3.3 芯頭的設(shè)計(jì) .184 4 鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)鑄造工藝裝備設(shè)計(jì) .194.1 模樣及模板.194.2 芯盒設(shè)計(jì).205 5 結(jié)結(jié) 論論 .22致致 謝謝 .23鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)II參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn) .24鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)11 前 言1.1 本設(shè)計(jì)的目的、意義鑄造是用液態(tài)合金形成產(chǎn)品的方法，將液態(tài)合金注入鑄型中使之冷卻、凝固，這種制造金屬制品的過(guò)程稱(chēng)為鑄造生產(chǎn)。鑄造技術(shù)的發(fā)展具有悠久的歷史，在經(jīng)濟(jì)全球化的今天，鑄造技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械與材料行業(yè)。在鑄造生產(chǎn)中，制定的鑄造工藝過(guò)程又對(duì)鑄件的質(zhì)量起決定性作用。鑄件在鑄造之前，首先需要進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)，使鑄件整個(gè)工藝過(guò)程實(shí)現(xiàn)科學(xué)操作，獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的鑄件。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，確定工工藝方案和工藝參數(shù)，繪制鑄造工藝圖、模板圖、芯盒圖等。本設(shè)計(jì)通過(guò)閥體零件圖可知零件的技術(shù)要求、材料組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生產(chǎn)條件、生產(chǎn)批量以及性能要求。對(duì)零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性進(jìn)行分析，找出可能存在的結(jié)構(gòu)問(wèn)題并提出改進(jìn)措施或預(yù)防缺陷的措施，選擇鑄造和造型方法，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。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)并繪制出鑄造工藝圖。根據(jù)鑄造工藝設(shè)計(jì)模板和芯盒等鑄造工藝裝備，繪制出鑄造工藝圖。1.1.1 本設(shè)計(jì)的目的1.通過(guò)課程設(shè)計(jì)鞏固和加深鑄造工藝課及其它有關(guān)基礎(chǔ)課和技術(shù)基礎(chǔ)課的知識(shí);2.通過(guò)鑄造工藝課程設(shè)計(jì)能較系統(tǒng)的掌握鑄造工藝及工裝的設(shè)計(jì)方法，鍛煉運(yùn)用鑄造工藝手冊(cè)及其它技術(shù)資料的基本技能;3.通過(guò)課程設(shè)計(jì)使我們進(jìn)-步提高圖紙、文字表達(dá)能力;4.為我們今后工作打下基礎(chǔ)。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)21.1.2 本設(shè)計(jì)的意義鑄造工藝是研究做成產(chǎn)品的方法，更進(jìn)一步，提升生產(chǎn)效率，降低成本，規(guī)范操作，保證質(zhì)量，持續(xù)改進(jìn)，內(nèi)容涉及很多，是不可或缺的鑄造力量。1.2 閥體的鑄造工藝性分析1.2.1 零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)閥體屬于中小型鑄件，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，左右結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)。因?yàn)殚y體的壁厚非均勻常，鑄造工藝比較簡(jiǎn)單，質(zhì)量要求較高。由于鑄件的內(nèi)部為中小空結(jié)構(gòu)，所以在鑄造的過(guò)程中小很容易出現(xiàn)夾砂、氣孔等缺陷，因此在確定鑄造工藝的時(shí)候，我們需要綜合考慮鑄件的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求等各方面的因素。該鑄件所選用的材料為 ZG230-450，鑄鋼材料容易制造出含有內(nèi)腔、外形復(fù)雜的毛坯，其在鑄件生產(chǎn)過(guò)程中小具有很高的靈活性，適用性廣泛，鑄鋼材料在液態(tài)成型鑄件的尺寸大小方面限制比較小，其壁厚可由 0.5mm 到 1m 左右。對(duì)于塑性比較低的鑄件，液態(tài)成型是生產(chǎn)其毛坯或零件的唯一的方法。(1) 零件名稱(chēng)：閥體(2) 材料：ZG230-450(3) 零件尺寸：225mm273mm225mm(4) 質(zhì)量：16kg(5) 體積：2235.5cm3(6) 生產(chǎn)批量：一箱四件1.3 零件技術(shù)與質(zhì)量要求1.3.1 技術(shù)要求(1)鑄件材質(zhì)為 ZG230-450，熱處理狀態(tài)為 T5。(2)化學(xué)成分：符合 GB/T 1173-1995 規(guī)定。(3)力學(xué)性能：試樣力學(xué)性能滿(mǎn)足 GB/T 1173-1995。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)3(4)鑄件尺寸公差等級(jí)符合 GB/T 6414-1999 CT10 要求。1.3.2 化學(xué)成分閥體零件的材料為鑄鋼，ZG230-450 是一種鑄造碳鋼也叫 ZG25 或者 25 號(hào)鋼。230是指這種鑄鋼件的屈服強(qiáng)度為 230MPa，450 是指這種材質(zhì)的抗拉強(qiáng)度為 450MPa。ZG 代表鑄鋼的拼音縮寫(xiě)。表 1-1 ZG230-450 化學(xué)成分SiMgSZnMnJCu質(zhì)量分?jǐn)?shù)6.5%7.5%0.25%0.45% 0.5%0.3%0.35% 0.9% 0.2%1.3.2 質(zhì)量要求鑄件不允許存在裂紋。鑄件液態(tài)成型不允許存在氣孔、砂眼、縮松、縮孔等缺陷。1.4 鑄件工藝性分析所要生產(chǎn)的鑄件的結(jié)構(gòu)合理與否直接影響鑄件的質(zhì)量，結(jié)構(gòu)合理的鑄件在鑄造過(guò)程中小能夠有效地避免許多鑄造缺陷。閥體的三視圖如圖所示，通過(guò)所給零件圖可知閥體的外輪廓尺寸為 225mm225mm273mm，其左右結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，上下結(jié)構(gòu)和前后結(jié)構(gòu)也比較對(duì)稱(chēng)，閥體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，壁厚均勻，主要壁厚為 18mm，最大壁厚處是 36mm，最大孔徑為 150mm,最小孔徑為 36mm。圖 1-4-1 零件三維圖鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)4圖 1-4-2 零件圖由于閥體是中小型鑄鋼件，而且鑄件的壁厚很薄，材料為 ZG230-450，屬于易氧化的非鐵合金，澆注溫度比較高，所以在澆注和凝固的過(guò)程中小容易產(chǎn)生澆不足、縮孔、縮松以及變形等缺陷。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)52 設(shè)計(jì)方案2.1 造型制芯方法選擇2.1.1 造型制芯方法選擇由于閥體的輪廓尺寸適中，屬于中小型鑄鋼件，所以屬于多件大批量生產(chǎn)。根據(jù)現(xiàn)如今生產(chǎn)條件和成本等綜合因素的綜合考慮一般選擇使用水玻璃砂造型制芯。1、水玻璃砂在造型過(guò)程中小具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1）使用水玻璃砂造型過(guò)程工藝比較簡(jiǎn)單，有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化造型；(2）型芯是硬化后取出，變形小，尺寸精度高，表面粗糙度低，提高了鑄件的尺寸精確度，可以減少加工余量；(3) 型、芯砂可以在芯盒中小在正常環(huán)境下逐漸硬化成型，可以極大地節(jié)約材料和人工成本，改善工人的作業(yè)環(huán)境；(4) 型、芯砂在正常工作中小還具有良好的流動(dòng)性，只需要給與非常小的緊實(shí)力，就可以在造型中小進(jìn)行較好地填充型腔、芯腔各個(gè)部位，操作方便、高效，可以有效地減少工人的工作量；(5) 水玻璃砂還具有良好的潰散性，鑄件沖型完后，可以方便落砂、便與清理；(6) 相對(duì)于傳統(tǒng)的濕型砂等，可以改善車(chē)間工作環(huán)境，極大減少車(chē)間的粉塵，有利于工人的健康，并且可以明顯提高車(chē)間的單位面積產(chǎn)；2、對(duì)于可以制芯采用自硬水玻璃砂，具有以下幾點(diǎn)好處：（1）造型和制芯都采用水玻璃砂造型，因?yàn)槎疾捎盟Ａ?，可以防止不同種砂的造型而造成混砂，導(dǎo)致難以清理。（2）制芯與造型都采用水玻璃砂造型，可用可以使用同一種新砂，可以方便進(jìn)行組織生產(chǎn)，能夠極大增強(qiáng)生產(chǎn)效率，從而縮減生產(chǎn)成本；（3）型芯可以直接在芯盒里加熱硬化，不需要烘干，可以取消烘爐；鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)62.1.2 造型制芯設(shè)備1、混砂設(shè)備：型砂采用雙臂水平連續(xù)混砂機(jī)混制，型號(hào)為 S2530，生產(chǎn)率為 25-30th。制芯采用單臂連續(xù)混砂機(jī)，型號(hào) TYHD-05，生產(chǎn)率 3-6 th。2、緊實(shí)：可以通過(guò)利用震實(shí)臺(tái)對(duì)造型進(jìn)行緊實(shí)。2.1.3 造型方法的選擇因?yàn)殚y體是一中小型鑄鋼件，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，可以成批量生產(chǎn)，所以采用機(jī)器造型的方法。機(jī)器造型有以下優(yōu)點(diǎn)，鑄件的尺寸精度相對(duì)較高，其加工表面光潔，而且生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)條件好，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，可以節(jié)約生產(chǎn)成本。2.1.4 造芯方法及材料的選擇造芯的方法選擇和造芯用料的選擇時(shí)，粘土砂作為原料制作砂芯雖然成本較低，但是缺點(diǎn)卻很突出，其制作出的砂芯烘干后將會(huì)出現(xiàn)裂紋、變形等缺陷。所以隨著鑄造技術(shù)的提高，產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提升，粘土砂制芯逐漸被水玻璃砂取代，閥體是中小型鑄鋼件，為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)高效，降低生產(chǎn)成本，所以采用批量生產(chǎn)，所以閥體的砂芯制作采用熱芯盒法生產(chǎn)砂芯，以保證制作出的砂芯確保其精度符合標(biāo)準(zhǔn)。熱芯盒法制芯，將液態(tài)固性樹(shù)脂粘結(jié)劑和催化劑制混合在一起而制作成芯沙，將混合制作成的的芯砂加熱于芯盒之中小，采用熱芯盒制芯當(dāng)砂芯表層出現(xiàn)硬化成殼時(shí)就可以自芯盒取出，內(nèi)部砂芯可以通過(guò)余熱自行硬化。使用熱芯盒法制芯的一些原材料配比如下表所示：表 2-1-4 熱芯盒砂的配比配比（質(zhì)量比）樹(shù)脂固化劑附加物混砂時(shí)間/min原砂型號(hào)用量類(lèi)別占樹(shù)脂重（%）氧化鐵粉水抗拉強(qiáng)度/MPa干混濕混100呋喃型2.5氯化銨尿素水溶液50.250.150.302.812鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)72.2 澆注位置的確定鑄件的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。由于閥體是中小型鑄鋼件，質(zhì)量較輕。充型金屬液 ZG230-450，澆注溫度較高冷卻較快，金屬凝固時(shí)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)順序凝固的可能，所以設(shè)置澆注位置時(shí)盡量使金屬液同時(shí)凝固，而且澆注位置要設(shè)置到零件的加工面上，易于清理，保證鑄件的表面質(zhì)量與美觀。如下圖所示：圖 2-2-1 澆注位置確定方案一 圖 2-2-2 澆注位置確定方案二方案一：如圖 2-2-1 所示，閥體從圖中小可以看到具有二條對(duì)稱(chēng)中小心線(xiàn)，所以分型要做成階梯分型，分型面不是平面，這將會(huì)極大地增加造型過(guò)程的工作量和工作難度；方案二：如圖 2-2-2 所示，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）分型面位于同一個(gè)平面且在鑄件最大斷面處，造型時(shí)相比階梯面更加的簡(jiǎn)單方便；（2）在同一平面可以方便起模，保證鑄件質(zhì)量；以便于鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮。綜合上述二種方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較，可以確定澆注位置依據(jù)上述方案二。2.3 分型面的確定鑄造分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。充分分析零件的結(jié)構(gòu)從而選擇出最佳的分型面，可以極大的簡(jiǎn)化鑄造工藝、節(jié)約勞動(dòng)成本，增強(qiáng)生產(chǎn)的效率，在提升鑄件質(zhì)量方面起到關(guān)鍵作用。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)8選擇分型面需要符合以下要求： (1)盡可能使鑄件全部或大部置于同一箱內(nèi)，以減少錯(cuò)型帶來(lái)的尺寸偏差保證鑄件尺寸精度，便于造型和合型操作。(2)在合理的情況下，盡可能的的降低分型面的數(shù)目，最好只有一個(gè)分型面，可以方便造型、合型等工藝。(3)分型面的選擇一般情況下應(yīng)該選擇平面，分型面選擇平面可以極大地簡(jiǎn)化造型總作以及模底板的制作，可以確保鑄件的精度。鑄件結(jié)構(gòu)特殊的情況下，為了方便工藝設(shè)計(jì)可以選擇曲面。(4)應(yīng)盡量把鑄件加工定位面和主要加工面放在同一箱內(nèi)，減少加工定位尺寸的偏差。(5)盡可能使鑄件澆筑后的清理工作能夠方便容易。根據(jù)閥體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定了以下分型面分型方法。圖 2-3-1 分型面適宜圖鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)93 設(shè)計(jì)說(shuō)明3.1 工藝參數(shù)的設(shè)置3.1.1 鑄件尺寸公差鑄件尺寸公差是指鑄件各部分尺寸允許的極限偏差，閥體是大批量生產(chǎn)砂型鑄造、機(jī)器造型，根據(jù)表 3-54，鑄件尺寸公差等級(jí)取 GB/T 6414-1999 CT10。查表得鑄件尺寸公差為 4.4mm。表 3-1-1 毛坯鑄件典型的公差等級(jí)公差等級(jí)（GT）鑄件材質(zhì)方法鑄鋼砂型鑄造手工造型11-14砂型鑄造機(jī)器造型和殼型8-12壓力鑄造表 3-1-2 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(jí) CT大于至12345678910111213141516100.090.130.180.260.360.520.7411.522.84.210160.10.140.20.280.380.540.781.11.62.23.04.416250.110.150.220.300.420.580.821.21.72.43.24.668101225400.120.170.240.320.460.640.91.31.82.63.6579111440630.130.170.240.360.500.7011.422.845.68101216631000.140.180.260.400.560.781.11.62.23.24.4691114181001600.150.200.280.440.620.881.21.82.53.657101216201602500.220.300.500.7211.422.845.68111418222504000.400.560.781.101.602.23.24.46.29121620253.1.2 鑄件重量公差鑄件重量公差是以占鑄件公稱(chēng)質(zhì)量的百分率為單位的鑄件質(zhì)量變動(dòng)的允許值。查鑄造工程師手冊(cè)表 6-29 得到閥體的重量公差等級(jí)為 9 級(jí)，鑄件的重量為 16kg，重量公差數(shù)值 10%。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)10表 3-1-3 鑄件重量公差等級(jí)要求的重量公差等級(jí)鑄件材質(zhì)工藝方法鑄鋼砂型鑄造手工造型11-13砂型鑄造機(jī)器造型和殼型8-10低壓鑄造3.1.3 機(jī)械加工余量閥體為中小型鑄鋼件，因?yàn)椴捎脵C(jī)器造型。根據(jù)表 3-60，閥體為 GB/T6414-1999-CT9-RMA6.3(G).查表得機(jī)械加工余量為 4mm。表 3-1-4 毛坯鑄件典型的機(jī)械加工余量等級(jí)要求的機(jī)械加工余量等級(jí)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(jī)器造型和殼型EHEGEGEGEGEGEGFHFH壓力鑄造DFDFDFDFDFDF熔模鑄造EEEEEEE表 3-1-5 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(jī)械加工余量等級(jí)大于至ABCDEFGHJK400.10.10.20.30.40.50.50.711.440630.10.20.30.30.40.50.711.42631000.20.30.40.50.711.422.841001600.30.40.50.81.11.52.23461602500.30.50.711.422.845.582504000.40.70.91.31.42.53.557104006300.50.81.11.52.234691263010000.60.91.21.82.53.5571014100016000.711.422.845.581116160025000.81.11.62.23.24.5691418250040000.91.31.82.53.5571014204000630011.422.845.581116226300100001.11.52.234.5691217241）最終機(jī)械加工后鑄件的最大輪廓尺寸。2）等級(jí) A 和 B 僅用于特殊場(chǎng)合，例如，在采購(gòu)方與鑄造廠已就加持面或者基準(zhǔn)目標(biāo)商定模樣裝備、鑄造工藝和機(jī)械工藝的成批上產(chǎn)情況下。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)113.1.4 鑄造收縮率鑄件的線(xiàn)收縮率又稱(chēng)鑄件收縮率或鑄造收縮率，是指鑄件從線(xiàn)收縮開(kāi)始溫度（從液相中析出枝晶搭成的骨架開(kāi)始具有固相性質(zhì)的溫度）冷卻到室溫時(shí)的相對(duì)線(xiàn)收縮量，以模樣與鑄件的長(zhǎng)度差除以模樣長(zhǎng)度的百分比表示： （3-1）121100%LLL式中： 鑄件線(xiàn)收縮率； L1模樣長(zhǎng)度； L2鑄件長(zhǎng)度。為了保證鑄件尺寸精度，需要通過(guò)對(duì)鑄件的結(jié)構(gòu)分析來(lái)選擇適合鑄件的收縮率。金屬液在凝固之后的冷卻過(guò)程中的收縮介于“自由收縮”和“受阻收縮”，查鑄造手冊(cè)8，所以選擇 ZG230-450 的收縮率為 2.0%。3.1.5 起模斜度當(dāng)鑄件沒(méi)有結(jié)構(gòu)斜度時(shí)，為了保證鑄件的順利起模，有必要在鑄件上設(shè)置起模斜度，以免損壞砂型或砂芯。起模斜度可采取增加鑄件壁厚、增減鑄件壁厚或減少鑄件壁厚的方式來(lái)形成。在鑄件上加起模斜度，原則上不應(yīng)超出鑄件的壁厚公差要求，并且同一鑄件上，上、下兩個(gè)模樣的起模斜度應(yīng)取在分型面上的同一點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用增加鑄件壁厚的方法來(lái)設(shè)置起模斜度。鑄件成型后，為了方便起模，在模樣、芯盒的出模方向留有一定的出模斜度。查鑄造手冊(cè)（鑄造工藝第三版）技術(shù)要求起模斜度為 1O。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)123.1.6 最小鑄出孔該閥體為成批生產(chǎn)，依據(jù)表 1 鑄鋼不鑄出孔直徑可知零件圖中直徑小于 60 的孔,不鑄出，閥體上的 36 的孔不鑄出。表 3-1-5 鑄鋼件最小鑄出孔尺寸（mm）孔壁厚度2526-5051-7576-100孔深鑄孔最小直徑100606070803.2 砂芯的設(shè)計(jì)及工藝設(shè)計(jì)參數(shù)砂芯的工用是形成鑄件的內(nèi)腔、孔和鑄件外形不能出砂的部位。在制作砂芯時(shí)要認(rèn)真分析鑄件的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)一般要符合以下幾個(gè)基本要求：砂芯的形狀和尺寸要根據(jù)鑄件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)符合鑄件地一些技術(shù)要求，砂芯在沙箱中小的放置也需要根據(jù)鑄件的技術(shù)要求，砂芯還需要有足夠的強(qiáng)度和剛度。要確保鑄件形成過(guò)程中小由于砂芯產(chǎn)生的氣體可以及時(shí)排出型外。3.2.1 砂芯的形狀在對(duì)砂芯設(shè)計(jì)時(shí)需要符合下面幾個(gè)原則：(1)盡量減少砂芯的數(shù)量；(2)復(fù)雜的砂芯分塊設(shè)計(jì)；(3)設(shè)計(jì)砂芯時(shí)要根據(jù)鑄件型腔選擇合適的形狀，鑄型時(shí)方便填砂、排氣、安置芯骨等措施。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)13(4)砂芯的分盒面應(yīng)盡量與砂型的分型面一致；(5)便于下芯和合型；(6)多個(gè)砂芯相連需要有良好的固定。對(duì)于本次設(shè)計(jì)的零件閥體，采用樹(shù)脂自硬砂制芯，涉及不到砂芯的烘干。砂芯可以幫助鑄件成型、確保鑄件精度的關(guān)鍵因素。分析鑄件的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵撹T件為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，鑄件的尺寸較大，需要做 1 個(gè)砂芯。3.2.2 砂芯的固定砂芯放置在沙箱中小需要固定在合理的位置，保證砂芯在金屬液的沖擊下不可以發(fā)生偏移和損壞，而且砂芯在金屬液體的浮力作用下不可以發(fā)生浮動(dòng)。由于閥體的砂芯使用樹(shù)脂自硬砂，所以制出的砂芯會(huì)有很高的強(qiáng)度，不容易發(fā)生損壞。砂芯在沙箱中小發(fā)生偏移或者浮動(dòng)，鑄件將會(huì)容易產(chǎn)生一些損壞、缺失甚至發(fā)生較嚴(yán)重的變形從而導(dǎo)致鑄件作廢，因此，必須保證鑄件的砂芯在砂型之中小的位置足夠的牢固。砂芯 3 個(gè)水平芯頭可以確保砂芯在型砂中小牢牢固定，不發(fā)生移動(dòng)。因?yàn)殍T件的內(nèi)腔較簡(jiǎn)單，在整個(gè)砂芯的固定中小無(wú)需采用芯撐等結(jié)構(gòu)。3.2.3 芯頭的設(shè)計(jì)芯頭是伸出鑄件型腔以外的砂芯一部分，它可以起到定位砂芯的作用。根據(jù)閥體的型腔結(jié)構(gòu)，設(shè)置 3 個(gè)水平芯頭。水平芯頭：根據(jù)鑄造工藝手冊(cè) 5表（3-83）因?yàn)?L=225mm,D=138mm,取間隙S=2mm，H水平=30mm。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)14圖 3-2-1 砂芯圖3.3 澆筑系統(tǒng)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)是引導(dǎo)金屬液進(jìn)入鑄型型腔的通道，如果澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不合理，可能造成鑄件夾砂、冷隔、澆不到等多種缺陷，從而使鑄件的質(zhì)量大大降低。所以澆注系統(tǒng)對(duì)鑄件的質(zhì)量影響非常大，容易引起各類(lèi)鑄造缺陷。所以合理的澆注系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足金屬液流動(dòng)均勻平穩(wěn)，盡量消除紊流，在金屬中小形成理想的溫度分布，分離金屬液中小的非金屬夾雜或渣滓。澆注系統(tǒng)是包括四個(gè)基本組成部分，分別是澆口杯、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道。根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)和鑄件材料的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)也可以適當(dāng)?shù)卦黾踊驕p少組員。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括對(duì)澆注系統(tǒng)類(lèi)型的選擇，內(nèi)澆道在鑄件位置上的選擇，對(duì)阻流截面、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道的截面積計(jì)算，和通過(guò)各組員的界面劑對(duì)各組員大小的選擇。在對(duì)澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循以下原則：（1）所確定的內(nèi)澆道的位置、方向和個(gè)數(shù)應(yīng)符合鑄件的凝固原則或補(bǔ)縮方法；鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)15（2）在所計(jì)算出的時(shí)間內(nèi)確保金屬液進(jìn)入型腔到充型完畢；（3）具有良好的阻渣能力；（4）澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要保證適當(dāng)?shù)鼐彌_力，確保金屬液流入鑄型內(nèi)的線(xiàn)速度不能夠太快了，防止產(chǎn)生飛濺、沖刷型壁或砂芯的不良后果；（5）在澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要確保冷鐵和芯撐不被毀壞；（6）保證在澆注時(shí)最大限度減少對(duì)金屬液的消耗，并且在澆注完畢后方便進(jìn)行清理。（7）盡可能地縮中小型腔體積，使造型變得更加簡(jiǎn)單，方便制出模樣；3.3.1 澆注系統(tǒng)的類(lèi)型 澆注系統(tǒng)有不同的分類(lèi)方式：按阻元截面積分類(lèi)，可分為封閉式澆注系統(tǒng)、開(kāi)放式澆注系統(tǒng)、半封閉半開(kāi)放式澆注系統(tǒng)；由于閥體是鑄鋼件，根據(jù)鑄造工藝手冊(cè)表 3-132 各類(lèi)型澆注系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用,可以知道開(kāi)放式澆注系統(tǒng)適用于非鐵合金等易氧化金屬件，閥體屬于鑄鋼件，選擇開(kāi)放式澆注系統(tǒng)。 澆注系統(tǒng)根據(jù)內(nèi)澆道在鑄件上的位置，可以將澆注系統(tǒng)分成頂注式、中注式、底注式和階梯注入式。閥體采用中注式澆注。綜合上面幾點(diǎn)的分析可以確定閥體應(yīng)該采用開(kāi)放式中注式澆注系統(tǒng)，開(kāi)放式澆注系統(tǒng)具備以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：開(kāi)放式澆注系統(tǒng)具有充型相對(duì)平穩(wěn)，而且對(duì)型腔沖刷能力小，發(fā)生卷氣可能性小，不容易發(fā)生氧化。中注式澆注系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：有助于進(jìn)行自下而上的凝固，金屬液流入型腔比較平穩(wěn)并且?guī)椭懦颓粌?nèi)的空氣。3.3.2 決定直澆道的位置和高度實(shí)踐證明，直澆道過(guò)低使充型及液態(tài)補(bǔ)縮壓力不足，容易出現(xiàn)鑄件棱角和輪廓不清晰、澆不到上表面縮孔等缺陷。將直澆道高度設(shè)置為沙箱的高度為 300mm。但應(yīng)檢驗(yàn)該高度是否足夠。3.3.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)16F內(nèi)：F橫：F直=1：0.8：1.2（各組元面積之比）內(nèi)澆道截面積 F內(nèi)=G/tKL （3-1）其中小，F(xiàn)內(nèi)內(nèi)澆道總截面積（cm2）； G鋼液注入的總質(zhì)量(kg)； t澆注時(shí)間（s）； K澆注比速（kg.cm-2.s-1）； L鋼液流動(dòng)系數(shù)，取 1.0。澆注時(shí)間 t=s4（G）1/2 （3-2）其中，t澆注時(shí)間（s）； G鋼液注入的總質(zhì)量(kg)； s4經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。 Kv=Ge/VL（t/m3） （3-3）KV 為鑄件相對(duì)密度，GC 為鑄件質(zhì)量，VL 為鑄件輪廓體積。由三維鑄件圖可得鑄件的質(zhì)量為 16Kg, 鑄件輪廓體積為 2170 cm3，則鑄件相對(duì)密度計(jì)算為 1.16 t/m3。查文獻(xiàn)5表 4-36 可知 s4 為 0.9。假設(shè)澆冒口系統(tǒng)占鑄件重量的 30%，則鋼液注入的總質(zhì)量 G 約為 84Kg。t=s4（G）1/2=0.9（84）1/2=9s則F內(nèi)=20/90.81.0=2.7 cm2，一個(gè)鑄件采用 1 個(gè)內(nèi)澆道，故一個(gè)內(nèi)澆道的橫截面積為2.7cm2。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)17本次設(shè)計(jì)采用一箱 4 鑄造，則F內(nèi)為 8.4cm2，F(xiàn)橫為 6.7cm2.，F(xiàn)直為 10.08cm2。故直澆道 D=39mm,長(zhǎng)度取 300mm。且內(nèi)澆道、橫澆道、直澆道的橫截面積如圖 1，圖 2，圖 3。圖 3-3-2 內(nèi)澆道橫截面 圖 3-3-3 橫澆道橫截面 圖 3-3-4 直澆道橫截面3.3.4 澆注系統(tǒng)的校核最小剩余壓頭 HM校核直澆道高度一般等于上砂箱高度，但應(yīng)檢驗(yàn)該高度是否足夠，其剩余壓力頭應(yīng)該滿(mǎn)足壓力角的要求： HMLtan （3-4）式中：HM最小剩余壓力頭；L直澆道中心到鑄件最高且最遠(yuǎn)點(diǎn)的水平投影距離（309mm）；壓力角（根據(jù)鑄件壁厚與尺寸查閱手冊(cè)取 9）。計(jì)算可得 Ltan=49mmHM,即設(shè)計(jì)符合。圖 3-3-5 壓力角鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)183.3.4 澆口杯設(shè)計(jì)澆口杯是承接來(lái)自澆包的金屬液，防止金屬液飛濺和溢出，便于澆注；減輕液流對(duì)型腔的沖擊；分離渣滓和氣泡，阻止其進(jìn)入型腔，增加充型的壓力頭。澆口杯分為漏斗形和池型兩大類(lèi)，漏斗形澆口杯擋渣效果差，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，消耗金屬少。池型澆口杯內(nèi)液體深度大，可阻止水平漩渦的產(chǎn)生而形成垂直旋渦，從而有助于分離熔渣和氣泡，所以選擇池型澆口杯。圖 3-3-6 澆口杯3.3.5 冒口設(shè)計(jì) 冒口位置的選擇有以下五種：（1）冒口應(yīng)就近設(shè)在鑄件熱節(jié)的上方或側(cè)旁；（2）冒口應(yīng)盡量設(shè)在鑄件最高、最厚的部位。對(duì)低處的熱節(jié)增設(shè)補(bǔ)貼或使用冷鐵造成補(bǔ)縮的有利條件；（3）冒口不應(yīng)設(shè)在鑄件重要的、受力大的部位，以防止該處組織粗大從而降低鑄件的強(qiáng)度；（4）冒口位置不要選在鑄造應(yīng)力集中處，應(yīng)注意減輕對(duì)鑄件的收縮阻礙，以防引起裂紋；（5）盡量用一個(gè)冒口同時(shí)補(bǔ)縮幾個(gè)熱節(jié)或鑄件部位。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)19根據(jù)以上原則，我們把冒口設(shè)置在鑄件大平板頂處，由于鑄件高度不高，采用暗冒口中的頂冒口，圓柱形。在鑄件的材料、鑄型的性質(zhì)和澆注條件確定之后，鑄件的凝固時(shí)間決定于鑄件的模數(shù)。模數(shù) M=V/A(厘米)，V 一體積(厘米)；A 一散熱面積(厘米 2)。 隨著辦公條件的改善，計(jì)算機(jī)的普及，模數(shù)可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。方法是：用SolidWorks 軟件畫(huà)出鑄件(或鑄件被補(bǔ)縮部分)的立體圖，計(jì)算出鑄件的體積和散熱面積，然后用公式 M=V/A 計(jì)算模數(shù)。 冒口的凝固時(shí)間大于鑄件的凝固時(shí)間，冒口的模數(shù)一般是鑄件模數(shù)的 1.11.2 倍，Ma=1.1-1.2M。 對(duì)于厚實(shí)鑄件，如：圓柱體、塊狀鑄件，用模數(shù)法確定的冒口往往偏大，故必須采取一些方法加快鑄件的凝固，同時(shí)延長(zhǎng)冒口的凝固時(shí)間。通常采用以下方法：1、加放內(nèi)、外冷鐵；2、補(bǔ)澆冒口；3、采用保溫冒口。采用以上措施后，Ma=KMw，K 按下表進(jìn)行選擇。鑄件壁厚鑄件模數(shù)內(nèi)冷鐵及冒口補(bǔ)澆情況K不下內(nèi)冷鐵1.251.2100局部下內(nèi)冷鐵1.21.1通過(guò)計(jì)算鑄件的模數(shù) M=1.0cm冒口的凝固時(shí)間大于鑄件的凝固時(shí)間，冒口的模數(shù)一般是鑄件模數(shù)的 1.11.2 倍，Ma=1.2M=1.2cm。對(duì)于頂暗冒口 f=1.2查表得冒口的尺寸為 h=80mm，d=80mm鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)20（1）冒口數(shù)量校核：半圓周長(zhǎng)：L=80mm/2=125.7mm，冒口補(bǔ)縮距離 L冒=113mm，LL冒故冒口置于中間且用一個(gè)冒口即可（2）校核冒口最大補(bǔ)縮能力：查標(biāo)準(zhǔn)圓柱形明冒口表，當(dāng) M=1.2cm 時(shí)，最大補(bǔ)縮鑄件重量為 2.3kg，鑄件的重量為 1.4kg，m補(bǔ)m件，故冒口設(shè)置合理。圖 3-3-7 冒口鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)214 鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)4.1 模樣及模板木質(zhì)模樣具有輕便、容易加工、來(lái)源廣、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，而且木模的傳熱系數(shù)小，有利于水玻璃砂的硬化，適合于手工造型單件小批量生產(chǎn)的鑄件。在本次設(shè)計(jì)中小采用多塊紅松木料合理拼接組合制成模樣。上模板如圖所示：圖 4-1 上模板圖1、定位銷(xiāo)突耳；2、吊軸；3、1 型六角螺母 M20；4、標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈 20；5、定位銷(xiāo)；6、M16螺絲；7、滑動(dòng)銷(xiāo)釘；8、導(dǎo)向銷(xiāo)鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)22圖 4-2 下模板圖1、定位銷(xiāo)突耳；2、吊軸；3、1 型六角螺母 M20；4、標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈 20；5、定位銷(xiāo)；6、M16螺絲；7、滑動(dòng)銷(xiāo)釘；8、導(dǎo)向銷(xiāo)4.2 芯盒設(shè)計(jì)作砂芯過(guò)程中必須用到芯盒，芯盒設(shè)計(jì)的合理與否對(duì)砂芯的質(zhì)量具有關(guān)鍵作用，也會(huì)直接影響到鑄件的質(zhì)量。在對(duì)芯盒的設(shè)計(jì)制作過(guò)程中小必須符合下面幾點(diǎn)要求：（1）在設(shè)計(jì)芯盒結(jié)構(gòu)時(shí)需要根據(jù)生產(chǎn)的批量進(jìn)行相配；鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)23（2）制作出的芯盒必須具有一定的強(qiáng)度、剛度和耐磨性等方面優(yōu)點(diǎn)，從而保證設(shè)計(jì)出的芯盒具有一定的使用壽命；（3）芯盒的類(lèi)型選擇和尺寸要求要根據(jù)設(shè)計(jì)的砂芯形狀和尺寸進(jìn)行合理設(shè)計(jì)；（4）在確保砂芯設(shè)計(jì)合理的情況下，可以通過(guò)減小芯盒尺寸等因素來(lái)降低芯盒重量，從而減輕能耗和勞動(dòng)強(qiáng)度；（5）設(shè)計(jì)的芯盒需要方便操作，在其制作過(guò)程盡量可以簡(jiǎn)單，降低生產(chǎn)成本；綜合封閉開(kāi)關(guān)所使用地造型方法，因?yàn)殍T件使用覆膜砂造芯，所以選用覆膜砂砂手工制芯。其優(yōu)點(diǎn)可以制作方便，降低制作成本。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖 4-3 芯盒圖鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)245 結(jié)結(jié) 論論本次對(duì)閥體的鑄造工藝課程設(shè)計(jì)中，我去圖書(shū)館借閱了許多相關(guān)書(shū)籍，仔細(xì)研究所做課題的設(shè)計(jì)過(guò)程和注意事項(xiàng)。通過(guò)一段時(shí)間的學(xué)習(xí)我對(duì)自己的課題更加了解，在軟件制圖上的應(yīng)用方面也有了很大提升，在繪制閥體零件圖時(shí)遇到復(fù)雜結(jié)構(gòu)，在向老師請(qǐng)教后，成功解決了問(wèn)題。我選用砂型鑄造是因?yàn)榇髓T件璧薄且內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還是中型零件單件成產(chǎn)。分型面的選擇非常合適，選在零件的對(duì)稱(chēng)線(xiàn)上，易分型，澆注更充分。從澆注系統(tǒng)上分析，采用中間注入開(kāi)放式澆注系統(tǒng)，其具有阻渣性能好，不易吸氣，內(nèi)澆道易清理，金屬消耗少，不易氧化，金屬澆注平穩(wěn)且不噴射等優(yōu)點(diǎn)。把直澆道放置于靠近砂箱內(nèi)壁處，便于澆注。由于選用的造型材料為脲醛水玻璃砂，含氮量高，因此要仔細(xì)考慮砂芯的透氣性。設(shè)置出氣孔，其主要目的是降低型腔內(nèi)壓力，使整體砂芯和砂型有良好的排氣環(huán)境。經(jīng)分析此方案選用的參數(shù)合理，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)良和有可行性，可以在實(shí)際生活中使用。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)25致 謝感謝賈克明老師對(duì)此次課程設(shè)計(jì)的知道，我從此次課程設(shè)計(jì)當(dāng)中收獲良多，學(xué)到了許多課堂上沒(méi)有收獲到的知識(shí)。鑄造工藝課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)26參 考 文 獻(xiàn)1 李魁盛主編. 鑄造工藝設(shè)計(jì)基礎(chǔ), 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 19812 葉榮茂等.鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊(cè), 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 19953 鑄造手冊(cè)-鑄造工藝, 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社.4王建國(guó)，安娜機(jī)械制圖M 內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古大學(xué)出版社2011 年 1 月第四版：3-75砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)及工裝設(shè)計(jì)M 北京：北京出版社 1980 年 8 月6 石德全造型材料M 北京：北京大學(xué)出版社 2009 年 9 月第一版：184-2227 陸文華，李隆盛，黃良余鑄造合金及熔煉M 北京：機(jī)械工業(yè)出版社2012 年 8 月 第一版：262-278