鉤型連桿鑄造工藝設計

鉤型連桿鑄造工藝設計,連桿,鑄造,工藝,設計 鑄造工藝課程設計說明書設計題目鉤型連桿鑄造工藝課程設計學 院年 級專 業(yè)學生姓名學 號指導教師鑄造工藝課程設計說明書I目目 錄錄1 前前 言言.11.1 本設計的目的、意義.11.1.1 本設計的目的.11.1.2 本設計的意義.11.2 本設計的技術要求.11.3 本課題的發(fā)展現(xiàn)狀.21.3.1 國內(nèi)外鑄造工藝發(fā)展現(xiàn)狀.21.4 本領域存在的問題.21.5 本設計的指導思想.31.6 本設計擬解決的關鍵問題.32 設計方案設計方案.42.1 零件簡介.42.1.1 零件的技術要求.42.1.2 零件結構特點分析.52.1.3 零件材質特點分析.52.2 造型材料的選擇.52.2.1 造型、造芯方法的選擇.52.2.2 造型材料的選用.52.2.3 涂料的選擇.63 設計說明設計說明.83.1 澆注位置的選擇.83.1.1 分型面的選擇.104 鑄造工藝參數(shù)的確定.114.1.1 鑄件尺寸公差.114.1.2 鑄件質量公差.114.1.3 鑄件的加工余量.114.1.4 鑄造收縮率.134.1.5 起模斜度.134.1.6 最小鑄出孔.144.2 砂芯設計.144.2.1 砂芯設計方案.144.2.2 砂芯形狀.144.3 澆注系統(tǒng)設計.15鑄造工藝課程設計說明書II4.3.1 澆注類型選擇.154.3.2 澆注時間的確定.164.3.3 澆口杯設計.174.3.4 阻流截面計算及澆道斷面積.174.3.5 直澆噵窩設計.185 冒口設計.195.1 冒口種類及原理.195.2 冒口位置和數(shù)量.196 鑄造工藝圖.217 鑄造工藝裝備設計鑄造工藝裝備設計.227.1 上下模板設計.227.2 砂箱設計.237.3 芯盒設計.258 總結總結.26致致 謝謝.27參考文獻參考文獻.28鑄造工藝課程設計說明書11 前 言1.1 本設計的目的、意義1.1.1 本設計的目的鑄造業(yè)在我國發(fā)展起步起步較早，各種鑄造產(chǎn)品和工藝種類都很齊全,依然在當今社會制造業(yè)起到舉足輕重的作用，為當代國民經(jīng)濟的發(fā)展及國防力量的增強作出了杰出貢獻。我國自從改革開放以來大力發(fā)展鑄造業(yè)并取得了輝煌的成績。21 世紀以來，我國鑄造產(chǎn)品產(chǎn)量在世界連續(xù)位列第一，鑄件產(chǎn)量接近世界鑄件產(chǎn)量 1/3，在科技高速發(fā)展的今天，基于我國鑄造成型工藝獨有的優(yōu)勢，我國應更充分地發(fā)揮鑄造資源優(yōu)勢，發(fā)展自己的鑄造工業(yè)。20 世紀以來，鑄造金屬熱加工技術發(fā)展速度飛快，其重要因素之一是產(chǎn)品技術的進步要求鑄件機械性能更好，同時仍具有良好的機械性能；另一個原因是機械行業(yè)和其他行業(yè)的發(fā)展，為鑄造業(yè)打發(fā)展提供有利條件。如檢測技術的發(fā)展，使鑄件質量的提高得到了保證；電子顯微鏡等的發(fā)明，幫助人們更加全面、深入地了解金屬的微觀世界，探索金屬結晶的奧秘，研究金屬液態(tài)成型的理論。1.1.2 本設計的意義鉤型連桿作為-種常見的傳遞運動和力矩的器件，往往由于應力集中部位的損毀而導致整個零件報廢，造成很大的浪費。因此，在鑄造時保證鑄件整體質量，特別是在應力集中區(qū)域進行晶粒細化，改善金相組織有著重大的意義。1.2 本設計的技術要求連桿是機械中一種常見的機構，主要用于運動的傳遞，是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的重要器件。隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，其需求量變得越來越大，質量要求也越來越高。在生產(chǎn)中，我鑄造工藝課程設計說明書2們可以通過計算各個連桿的長度，實現(xiàn)比較復雜精確的運動傳遞，有效地推動了工業(yè)生產(chǎn)自動化的進程。連桿結構已經(jīng)被廣泛的應用于各種機械(動力機械，輕工機.械，重型機械)和儀表中。諸如人造衛(wèi)星太陽能板的展開結構，機械手的傳動機構，內(nèi)燃機，以及人體的假肢機構等。近年來，國內(nèi)外在連桿機構的研究方面都有長足的發(fā)展，不再限于單自由度四桿機構的研究，也注重更多自由度多桿機構的分析和綜合1.3 本課題的發(fā)展現(xiàn)狀1.3.1 國內(nèi)外鑄造工藝發(fā)展現(xiàn)狀國外鑄造技術先進、鑄件質量好、生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染小，產(chǎn)品普遍實現(xiàn)機械化、自動化、智能化。具體表現(xiàn)在：在鑄件生產(chǎn)中對原材料和材質要求高，采取先進的無損檢測技術有效控制質量，鑄造生產(chǎn)全過程自動；普遍采用液態(tài)金屬過濾技術；廣泛應用合金包芯線解決技術，使球磨鑄鐵工藝穩(wěn)定、合金元素收得率高、處理無污染，實現(xiàn)了微機自動化操作；重視開發(fā)使用互聯(lián)網(wǎng)，鑄造業(yè)的電子商務、遠程策劃與制造、虛擬鑄造廠等飛速成長。國內(nèi)鑄造生產(chǎn)技術水平具體表現(xiàn)在：鑄造原輔料生產(chǎn)供應的專業(yè)化、商品化差；工藝策劃多憑自己經(jīng)歷，計算機應用少；鑄造技術裝備等基礎條件差；產(chǎn)品過程手工操縱比例高，現(xiàn)場工人能力低等。大部分企業(yè)質量和市場意思不強，質量管理研究十分薄弱，鑄件廢品率高。20 世紀以來，市場上對中小型電機的需要呈上漲趨勢。2009 年中國中小型電機年產(chǎn)值超過了 2 億 KW,遙居世界首位，成為世界上中小型電機的制造大國。但與國際先進水平相比，國內(nèi)中小型企業(yè)數(shù)量龐大，技術水平落后，技術裝備陳舊，勞動生產(chǎn)率較低；質量參差不齊，廢品率高。1.4 本領域存在的問題雖然近年來國內(nèi)鑄造工藝技術得到了飛速發(fā)展但還是存在技術水平落后，技術裝備鑄造工藝課程設計說明書3陳舊，勞動生產(chǎn)率較低；質量參差不齊，廢品率高等問題。1.5 本設計的指導思想由于連桿的綜合力學性能要求較高，故鑄造前對原材料進行了必要的球化調(diào)質處理，初步改善其材質結構?；?QT450 的良好流動性，通過對零件整體結構的分析，采用中間注入式封閉澆注系統(tǒng)的快澆模式，保證了其充型的完整性。通過對樹脂砂造型常見缺陷的比較，在提高澆注溫度的同時給砂型涂上了耐火涂料，降低了粘砂的概率，也減少了樹脂高溫分解氣體的產(chǎn)生，使鑄件表面光潔無氣孔，表面質量要求高。針對鉤型連桿常見的報廢形式，在鑄件的高應力區(qū)均勻的設計了四塊冷鐵，準確的細化了局部晶粒組織，提高其總體綜合性能，增加其使用壽命。1.6 本設計擬解決的關鍵問題基于 QT450 的良好流動性，通過對零件整體結構的分析，采用中間注入式封閉澆注系統(tǒng)的快澆模式，保證了其充型的完整性。通過對樹脂砂造型常見缺陷的比較，在提高澆注溫度的同時給砂型涂上了耐火涂料，降低了粘砂的概率，也減少了樹脂高溫分解氣體的產(chǎn)生，使鑄件表面光潔無氣孔，表面質量要求高。鑄造工藝課程設計說明書42 設計方案2.1 零件簡介名稱：鉤型連桿 材料：QT450質量：294kg 體積：3.7105 cm外形尺寸：664660292mm 批量：單件批量鑄造工藝：砂型鑄造（給定）軸承座零件二維圖三維圖如下：1-1 零件二維圖、三維圖零件二維圖、三維圖2.1.1 零件的技術要求1）加工粗糙度為 Ra3.2，其它未標注為鑄造條件。2）去除所有毛刺和鋒利的邊緣。鑄造工藝課程設計說明書52.1.2 零件結構特點分析鉤型連桿零件分析可知，零件主要配合面為中心圓孔及圓孔兩側凸出部位；在中間肋部有兩個 40 加工孔，肋部為三角形，起到連接作用；中間為三個壁厚均勻（70mm）作用孔連接秤，起到連接兩側工作部位的作用，且在連接秤的一側有三個壁厚均勻的工作孔，別與下側連接秤分別鏈接；零件兩側，有兩個壁厚均勻（40mm）作用孔連接秤，起到連接兩側工作部位的作用。2.1.3 零件材質特點分析QT450 球墨鑄鐵是以碳以球形石墨的形態(tài)存在，其機械性能遠勝于灰口鐵而接近與鋼，它具有優(yōu)良的鑄造、切削加工和耐磨性能，有一定的彈性，廣泛由于制造曲軸、齒輪、活塞等高級鑄件以及多種機械零件。 （GB/T1348-2009）QT450 為鐵素體型球墨鑄鐵，韌性和塑性較高。低溫時，韌性向脆性轉變，但低溫沖擊值較高，且有一定的抗溫度急性變和耐蝕性。2.2 造型材料的選擇2.2.1 造型、造芯方法的選擇根據(jù)鑄件的結構特點和材質特性，鉤型連桿工藝選擇樹脂砂手工造型，一箱一件，單件批量生產(chǎn)。造芯選用芯盒手工造芯。2.2.2 造型材料的選用由于樹脂砂流動性好易緊實，強度好（24h 抗拉強度可達 1.31.6MPa）且易潰散（殘留強度約為 0.2MPa） ，故此次采用樹脂砂造型。近幾年，樹脂砂發(fā)展較快的為呋喃樹脂自硬砂、堿性酚醛樹脂自硬砂、PEPEST 自硬砂。表 2-2-1 為三種砂子性能對比：表表 2-2-1 三種樹脂砂性能對比三種樹脂砂性能對比樹脂砂種類呋喃樹脂砂堿性酚醛樹脂自硬砂PEPEST 自硬砂鑄造工藝課程設計說明書6優(yōu)點樹脂加入量少，粘結強度大，耐熱性好，鑄件的表面質量好，落砂性能好，舊砂易再生。樹脂中不含 N、P、S 元素，高溫下有二次硬化現(xiàn)象，裂紋傾向比呋喃樹脂砂小，不放出刺激性氣體，生產(chǎn)環(huán)境好，落砂清理性能好。樹脂砂可使用時間長，型砂流動性好，可用于射砂制芯，硬化速度快，落砂性能好，舊砂再生較容易。缺點造型澆注時有刺激性氣味（有害氣體） ，勞動環(huán)境差，高溫型砂退讓性差，發(fā)氣量大。型砂強度比呋喃樹脂砂低，樹脂加入量較高，成本較呋喃樹脂砂高，舊砂再生較呋喃樹脂砂困難，存 放穩(wěn) 定 性 較差。脂加入量高，成本較呋喃樹脂砂高，制芯時有有毒氣體放出，作業(yè)環(huán)境差，含 N 量高，易產(chǎn)生氣孔類缺陷。本鑄件所需精度較高，需要保證鑄型的強度以及剛度，綜合考慮，選擇呋喃樹脂砂。具體成分如表 3-2-2 所示：表表 2-2-2 砂子成分砂子成分2.2.3 涂料的選擇根據(jù)樹脂砂產(chǎn)生粘砂等缺陷的主要原因的討論，可以看出樹脂砂鑄型對其所用涂料要求除了一般涂料應具有的各種性能之外，還應特別注意其抗裂紋性及能涂厚性即可以形成絕熱的涂層。因此選取涂料配方與性能分別如表 2-2-3 和表 2-2-4 所示：表表 2-2-3 樹脂砂用醇基石英粉涂料樹脂砂用醇基石英粉涂料成分 石英粉 有基膨潤土 CMC 水溶性酚醛樹脂 硅溶膠 氧化鐵粉 乙醇單位% 100 2 0.4 5 7 5 適量（質量）原材料名稱 舊砂 新砂 樹脂 固化劑 抗拉強度（%） （%） （%） （占樹脂%） （MPa）型砂 90 10 1.51.7 30 0.40.7芯砂 90 10 1.72.0 30 0.71.2鑄造工藝課程設計說明書7表表 2-2-4 涂料的性能指標涂料的性能指標懸浮穩(wěn)定性 密度 粘度 發(fā)氣量 滲透深度 抗裂性大于 8h 1.681.70 6.7s（6 16mL/g 34 個砂粒 1200急熱g/cm3 粘度杯測） 無裂紋（2min）鑄造工藝課程設計說明書83 設計說明3.1 澆注位置的選擇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：1） 、鑄件的重要加工面、主要工作面和受力面，應盡量放在低部或側面，以防止這些表而上產(chǎn)生砂眼、氣孔、夾渣等鑄造缺陷。2） 、盡量使大平面朝下，并采取傾斜澆注，以避免夾砂、夾渣缺陷。3） 、保證鑄件有良好的液態(tài)金屬導入位置，保證鑄件充滿4） 、應該有利于順序凝固和補縮。薄壁部分在下，厚大部分在上，以便安放冒口和發(fā)揮冒口的補縮效果。5） 、盡量減少砂芯數(shù)目， 使用砂芯時應保證砂芯定位穩(wěn)固、排氣通暢和下芯及檢驗方便。6） 、在大批量生產(chǎn)中，應使鑄件的毛刺、飛邊 易于清除。7） 、要避免厚實鑄件冒口下面的主要工作面產(chǎn)生偏析。8） 、應使合箱位置、澆注位置和鑄件的冷卻位置相一致。避免翻轉鑄型。本鑄件鉤型連桿可用的澆注位置有如下三種方案：方案一：水平放置，加工圓孔在上箱優(yōu)點：這種澆注位置鑄件大部分至于上砂型保證鑄件質量，充型平穩(wěn)，有利于順序凝固；缺點：上箱砂芯難以制造，并且將加工圓孔至于上表面，容易出現(xiàn)夾砂，結巴等缺陷。鑄造工藝課程設計說明書9 圖圖 4-1-1 澆注位置方案澆注位置方案方案二：水平放置，加工圓孔在下箱優(yōu)點：這種澆注位置，重要加工部分在下方或側面，容易保證精度，能簡化砂芯，也方便起模。缺點：較方案一充型不是很平穩(wěn)。圖圖 4-1-2 澆注位置方案二澆注位置方案二方案三：垂直放置缺點：這種澆注位置鑄件放置較高，在充型過程中，金屬液的落差大，不利于平穩(wěn)充型，還有可能引起沖砂、卷氣等鑄造缺陷，無法保證鑄件的澆注質量。砂箱太高，砂芯也不好擺放，上下圓孔若采用懸臂砂芯也比較困難。內(nèi)澆口內(nèi)澆口鑄造工藝課程設計說明書10圖圖 4-1-3 澆注位置方案三澆注位置方案三綜上分析上述優(yōu)缺點的對比，所以綜合考慮方案二為最優(yōu)澆注位置。3.1.1 分型面的選擇鑄造分型面是指鑄型組元間的結合面。合理的選擇分型面，對于簡化鑄造工藝、提高生產(chǎn)率、降低成本、提高鑄件質量等都有直接關系。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，使鑄造工藝簡便，并易于保證鑄件質量。分型面一般選擇原則如下：1） 、便于起模，盡可能減少分型面的數(shù)目。2） 、應使鑄件全部或大部分至于同一半型。3） 、便于下芯、合型和檢查型腔尺寸。4） 、不應使砂箱高度太大。5） 、注意減少鑄件清理和機械加工負荷。根據(jù)分型面選擇原則，確立兩個分型方案。方案一：本方案采用兩個分型面三箱造型，優(yōu)點減少砂芯，缺點分型面過多，容易錯箱，并且分型面均在加工面，容易在加工面留有缺陷。方案二：本方案采用一個分型面，優(yōu)點減少分型面，避免錯箱，并且分型面的減少，可以保證小孔加工面的質量；缺點砂芯多，降低效率。通過對兩種分型方案優(yōu)缺點比較得出，方案一容易導致鑄件的精度降低甚至可能產(chǎn)內(nèi)澆口鑄造工藝課程設計說明書11生錯箱，不利于鑄件的生產(chǎn)。方案二雖然使用砂芯降低了生產(chǎn)效率但可以通過合理的設置模板，提高生產(chǎn)效率，且雖然要制作砂芯但砂芯的結構較為簡單。所以從鑄件生產(chǎn)效率及生產(chǎn)的經(jīng)濟性等多方面因素綜合考慮，選擇方案二。4 鑄造工藝參數(shù)的確定4.1.1 鑄件尺寸公差鑄件尺寸公差是指鑄件公稱尺寸的兩個允許極限尺寸之差。公差就是最大極限尺寸與最小極限尺寸代數(shù)和的絕對值。鑄件尺寸保持在兩個允許的極限尺寸之內(nèi)，就可以滿足加工、裝配和使用的要求。根據(jù)鑄件的要求，成批量生產(chǎn)，查表得：球墨鑄鐵砂型鑄造手工造型，造型材料為化學粘結劑砂的鑄件尺寸公差等級為 GB/T64141999CT8CT12。根據(jù)上表所選的鑄件尺寸公差等級 CT12,查表得，鑄件最大尺寸為 660mm，所以鑄件公差尺寸不應超過 11mm。4.1.2 鑄件質量公差鑄件重量公差是以占鑄件公稱重量的百分比表示的鑄件重量變動的允許范圍。鑄件重量公差等級與鑄件尺寸的公差等級應對應選取，故鑄件“鉤型連桿”的鑄件公差等級應選GB/T113511989MT12。依據(jù) GB/T113511989，以標準樣品的實稱重量作為公稱重量，按照圖所給的 294Kg 作為公稱重量，確定鑄件的重量公差不超過 12%。4.1.3 鑄件的加工余量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。鑄件為保證其加工面尺寸和零件精度，應有加工余量，即在鑄件工藝設計時預先增加的，而后在機械加工時又被切去的金屬層厚度，稱為機械加工余量，簡稱加工余量。機械加工余量值由精到粗共分為十個等級：A、B、C、D、E、F、G、H、J 和 K，根據(jù) 鑄造工藝課程設計說明書12GB/T64141999 所要求，不同的鑄造方法所采用的機械加工余量如表 4-3-3-1 所示。砂型鑄造手工造型，球墨鑄鐵，所以選擇機械加工余量等級 G。因此查表確定加工余量為下表 4-1-3-1。表表 4-1-3-1 立柱加工量計算立柱加工量計算序號加工部位尺寸基本尺寸CT12RMA(G)RMA(H)加工量計算1直徑 70mm 孔7062孔，降一級雙側加工加工余量為：6/4+2=3.5取整數(shù)為：4mm2直徑 95mm 孔9562孔，降一級雙側加工6/4+2=3.5 取整數(shù)為：4mm3直徑 70mm 孔兩側8061.4雙側加工6/4+1.4=2.9 取整數(shù)為：3mm4直徑 70mm 孔單側7461.4單側加工6/4+1.4=2.9 取整數(shù)為：3mm5直徑 95mm 孔兩側 13306.23.5雙側加工6.2/4+3.5=5.05 取整數(shù)為：5mm6直徑 95mm 孔兩側 23306.23.5雙側加工6.2/4+2.5=5.05 取整數(shù)為：5mm635421鑄造工藝課程設計說明書134.1.4 鑄造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K=(-)/L12 式中 摸樣長度；1鑄件長度。2因為 QT450 屬于鐵素體球墨鑄鐵，所以選擇鑄件收縮率為 1.1%。4.1.5 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 4-1-5-1）圖圖 4-1-5-1 起模斜度起模斜度鉤型連桿鑄件采用中間分型，上下型高度基本相同，并且需要做起模斜度面大部分為加工面，因此選擇增加鑄件壁厚的方式做起模斜度。通過前文已知鑄件高度在 95mm，查表 4-1-5-2 選擇斜度取斜度 =055，a=1.6mm。表表 4-1-5-2 自硬砂造型時砂起模斜度自硬砂造型時砂起模斜度測量面高度 mm 起模斜度 起模斜度 a/mm鑄造工藝課程設計說明書1410 -40 205 1.640-100 055 1.64.1.6 最小鑄出孔零件上的孔、槽、臺階等是否鑄出，這應從品質及經(jīng)濟角度等方面全面考慮。一般來說，較大的孔、槽等，應鑄出來，以便節(jié)約金屬和加工工時，同時還可以避免鑄件局部過厚所造成的熱節(jié)，提高鑄件質量。較小的孔、槽，或者鑄件壁很厚，則不宜鑄出孔，直接依靠加工反而方便。根據(jù)鑄造手冊的規(guī)定，零件中最小孔為 40mm，并且在孔的位置在中間斜連接筋上，不易鑄出，因此最小鑄出孔 40mm，不鑄出。4.2 砂芯設計4.2.1 砂芯設計方案對于鉤型連桿此類鑄件，分析可知共五處需要出芯子。如圖 4-2-1-1 所示。 圖圖 4-2-1-1 砂芯位置示意圖砂芯位置示意圖4.2.2 砂芯形狀為了水平芯合箱準確，根據(jù)砂芯的結構，要在水平砂芯的兩側增加芯頭，如圖 4-2-2-1 所示。2 處1 處4 處5 處3 處鑄造工藝課程設計說明書15圖圖 4-2-2-1 芯頭示意圖芯頭示意圖4.3 澆注系統(tǒng)設計澆注系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道，主要由澆口杯、直澆道、橫澆道、和內(nèi)澆道 4 個部分組成。澆注系統(tǒng)設計的合理與否對鑄件質量影響很大，大約 30%的鑄件廢品是由于澆注系統(tǒng)設計不當導致的。設計時應根據(jù)鑄件的結構特點、合金種類、技術要求合理地設計澆注系統(tǒng)。設計澆注系統(tǒng)應遵守以下原則：1） 、金屬液的充型過程中應控制金屬液的流動方向和速度，盡可能使金屬液平穩(wěn)，連續(xù)地充滿型腔；2） 、在合適的時間內(nèi)充滿型腔，避免形成夾砂、冷隔、皺皮等缺陷，保證鑄件輪廓清晰、完整；3） 、調(diào)節(jié)鑄型內(nèi)的溫度分布，有利于強化鑄件的補縮、減少鑄造應力，防止鑄件出現(xiàn)變形、裂紋等缺陷；4） 、澆注系統(tǒng)應具備擋渣、溢渣、凈化金屬液的能力；5） 、澆注系統(tǒng)應該結構簡單、可靠、減少金屬液的消耗，且便于清理。4.3.1 澆注類型選擇（1）澆注形式：球鐵經(jīng)過球化、孕育處理后溫度下降很多，且易產(chǎn)生氧化。因此，鑄造工藝課程設計說明書16其澆注系統(tǒng)有兩個特點，即大流量地輸送鐵液和具有比灰鐵更好的阻渣作用。澆注系統(tǒng)必須保證金屬液平穩(wěn)、均勻地引人型腔中，避免沖壞鑄型和型芯，避免紊流，防止裹氣，造渣。球鐵采用轉包球化澆注快澆方式，金屬的溫度和流動性降低幅度小，易充滿型腔，并且能減小皮下氣孔的產(chǎn)生，充型期間對砂型上表面的熱作用時間短，可減少夾砂結疤類缺陷，對于球墨鑄鐵件，快澆可充分利用共晶膨脹消除縮孔、縮松缺陷。（2）封閉式澆注系統(tǒng)：封閉式澆注系統(tǒng)有良好的阻渣功能力，可防止金屬液卷入氣體，消耗金屬少，清理方便。采用封閉式澆注系統(tǒng)：F 內(nèi)：F 橫：F 直=1:1.2:1.4。（3）內(nèi)澆口位置：澆注系統(tǒng)根據(jù)其內(nèi)澆口的設置位置，可以分為頂注式、中注式、底注式、階梯注入式。頂注式澆注系統(tǒng)的充型能力強，有利于冒口的補縮，但對鑄型底部的沖擊較大，金屬液在充型過程中容易二次氧化；底注式澆注系統(tǒng)充型過程平穩(wěn)，金屬液不容易氧化，缺點是不利于頂部冒口的補縮，金屬液的充型能力相對較差；中間注入式澆注系統(tǒng)同時具有頂注式澆注系統(tǒng)和底注式澆注系統(tǒng)的優(yōu)點和缺點；階梯式澆注系統(tǒng)具有充型能力強、充型平穩(wěn)、金屬液不易氧化、補縮能力強的優(yōu)點，但其缺點是結構較復雜，消耗的金屬液量多。根據(jù)本鑄件的特點，采用中注式。4.3.2 澆注時間的確定鉤型連桿零件鑄件單件重量為 300Kg。由于該件為一箱一件生產(chǎn)的砂型鑄造生產(chǎn)形式，依據(jù)工藝出品率參照單件批量生產(chǎn)。由于澆注時間對鑄件的影響很大，考慮到鑄件結構、合金和鑄型等方面的影響，選擇快澆的方式澆注。根據(jù)經(jīng)驗公式計算澆注時間 nAG 其中 澆注時間； G鑄件或澆注金屬質量；鑄件壁厚；、nPBA系數(shù)。式中系數(shù)據(jù)可查得：鑄造工藝課程設計說明書17本設計為一箱一件，鑄件的質量為 300kg，取球墨鑄鐵 A 為 2.5，n 為 0.33 帶入得t=14.6s。4.3.3 澆口杯設計澆口杯作為金屬液的承接器皿，可以防止金屬液的飛濺和溢出，減小金屬液對鑄型的沖擊作用，以及防止熔煉過程中產(chǎn)生的熔渣、雜質進入到直澆道中。且可以利用澆口杯來提高金屬液的靜壓力，減小砂箱的尺寸。本次選用外置澆口杯，鑄件重量 300kg，參照表 5-3-1 池形澆口杯的形式，選擇A=320，B=200，l=110，H=155，H1=15，d=50，a=20,R=30,R1=25,H2=45。表表 5-3-1 池形澆口杯尺寸池形澆口杯尺寸澆口杯尺寸/mm編號鑄件重量/kgABlHH1d a R R1 H212006003202001101551550 20 30 25 45260010004502501301852060 25 40 25 654.3.4 阻流截面計算及澆道斷面積計算出內(nèi)澆道截面面積，再根據(jù)截面比的關系：=1：1.2：1.4，分內(nèi)橫直別計算澆注系統(tǒng)各截面面積。根據(jù) Osann 公式計算最小阻流面積：鑄造工藝課程設計說明書18pgHmS2/阻其中 m澆鑄金屬質量； 金屬液密度； g重力加速度； ph阻流截面的平均計算壓力頭； 流量系數(shù)。鉤型連桿屬于中型鑄件，樹脂砂造型屬于濕型砂，故查表得鑄鐵件的 值為 0.42，根據(jù)奧贊公式計算可得：阻流截面積 S阻=19.3cm2，根據(jù)截面比關系，算得 A內(nèi)=19.3 cm2、A橫=23.16 cm2、A直=25.09 cm2。根據(jù)表經(jīng)驗值選擇，本次設計選擇 5 個內(nèi)澆口，1個橫澆道，1 個直澆道。澆道各組元斷面圖表表 4-3-4-1 澆注系統(tǒng)組元斷面尺寸澆注系統(tǒng)組元斷面尺寸ab cA內(nèi)ab cA橫dA直3835113.8050385022.05725.5圖 4-3-4-2 各組元斷尺寸圖4.3.5 直澆道窩設計金屬液由于澆口窩的緩沖作用，縮短了拐彎處的紊流區(qū)高度，改變了金屬液在內(nèi)澆道的的流量分布。具體尺寸見圖4-3-5-1。鑄造工藝課程設計說明書19圖圖 4-3-5-1 直澆道窩直澆道窩5 冒口設計5.1 冒口種類及原理冒口是鑄型內(nèi)儲存金屬液的空腔，主要作用為鑄件及時補充金屬液，這樣可以防止縮孔、縮松等缺陷的出現(xiàn)，還可以起到排氣和阻渣的作用。冒口分類一般分為通用冒口和實用冒口兩大類，本次冒口采用實用冒口。冒口補縮的基本條件：1) 冒口凝固時間大于或等于鑄件凝固時間；2) 有足夠的金屬液補縮鑄件；3) 冒口和被補縮位置要有補縮通道。5.2 冒口位置和數(shù)量冒口在鑄件中的位置關系遵循以下原則：1) 冒口應就近設在鑄件熱節(jié)的上方或者側旁；2) 冒口應盡量設置在鑄件最高、最厚部位；3) 冒口不應設在鑄件重要的、受力大的部位，以防組織粗大降低強度；4) 冒口位置不要選在鑄造應力集中位置，應注意減輕對鑄件的收縮阻礙，以免引起裂紋；5) 盡量用一個冒口同時補縮幾個熱節(jié)鑄造工藝課程設計說明書206) 冒口布置在加工面上，可節(jié)約鑄件精整工時，零件外觀好；7) 不同高度上的冒口，應用冷鐵使各個冒口的補縮范圍隔開。由于本鑄件采用的是呋喃樹脂砂造型，砂型的剛度高，所以能夠抵制灰鑄鐵共晶膨脹的壓力，保證鑄型不發(fā)生塑性變形。為了充分利用灰鑄鐵的體積膨脹和砂型的剛度條件，本設計采用“控制壓力冒口”。澆注時利用冒口進行液態(tài)補縮，澆注結束后通過金屬液回填冒口釋放初期共晶膨脹的壓力，在冒口頸凝固后，利用部分共晶膨脹在鑄件內(nèi)部形成的內(nèi)壓力抵消鑄件的二次收縮缺陷，從而獲得既無塑性變形又無縮孔、縮松缺陷的高品質鑄件。為了能夠對鑄件冒口設計合理，先對鑄件的幾個熱節(jié)圓處進行分析，從下圖可以看出圖中熱節(jié)的分布的范圍，因此要加兩個冒口對鑄件進行補縮。圖圖 5-2-1 熱節(jié)處熱節(jié)處冒口經(jīng)驗公式：D=(1.23.5)T H=(1.22.5)D鑄件厚度 70mm，D 取 100mm，H 取 250mm。即冒口形狀如下圖所示鑄造工藝課程設計說明書21圖圖 5-2-2 冒口冒口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，因為一箱一件生產(chǎn)該鉤型連桿零件，可確定鑄造工藝排布圖，鉤型連桿零件的鑄造工藝圖如圖 6-1 零件鑄造工藝圖所示。圖圖 6-1 鉤型連桿鑄造工藝圖鉤型連桿鑄造工藝圖鑄造工藝課程設計說明書227 鑄造工藝裝備設計鑄造工藝裝備是造型、制芯、合箱及澆注過程中使用的模具和裝置的總稱，鑄造工裝設計對于保證鑄件質量，提高勞動生產(chǎn)效率，減輕勞動輕度起很大作用。設計工裝設備既要滿足工藝要求，又要便于加工制造。本節(jié)重點說明模板、砂箱、芯盒的設計。7.1 上下模板設計確定模板長寬為 1050mmX950mm。設計上下模板選擇類型和參數(shù)如下所示。圖圖 7-1-1 模底板壁厚、加強肋厚度及連接圓角半徑模底板壁厚、加強肋厚度及連接圓角半徑型板 =16,1=16,2=14, r=4圖圖 7-1-2 銷耳銷耳鑄造工藝課程設計說明書23最終上模板圖如下圖所示圖圖 7-1-3 上模板上模板7.2 砂箱設計砂箱是鑄造車間造型所必需的工藝裝備，用于制造和運輸砂型，砂箱結構既要符合砂 型工藝的要求，又要符合車間的造型、運輸設備的要求。因此，正確地設計砂箱的結構和尺寸，對于保證鑄件的質量，提高生產(chǎn)效率，減輕勞動強度，降低成本以及保證生產(chǎn)安全，都有重要的意義。在砂箱的設計中，應遵循以下原則： 1) 砂箱應滿足鑄件在生產(chǎn)過程中的各項工藝要求； 2) 砂箱應有足夠的強度和剛度； 3) 砂箱定位裝置應保證鑄件精度要求，并持久耐用； 4) 砂箱材料應來源廣泛、價格低廉； 5） 尺寸和結構應符合造型機、起重設備、烘干設備的要求； 6）對砂型有足夠的附著力，使用中不掉砂或塌箱，但又要便于落砂。按照以上原則，砂箱材料采用成本低、制造方便、強度與剛度均較高的鑄鐵。鉤型連桿零件的上砂箱內(nèi)框尺寸為 1050X950X350mm，下砂箱內(nèi)框尺寸為1050X950X350mm。設計砂箱適當?shù)谋诤瘢O計砂箱選擇如下：鑄造工藝課程設計說明書24圖圖 7-2-1 砂箱箱壁斷面尺寸砂箱箱壁斷面尺寸圖圖 7-2-2 定位銷尺寸和導向銷尺寸定位銷尺寸和導向銷尺寸表表 7-2-3 B 型定位套尺寸和導向套尺寸型定位套尺寸和導向套尺寸d30+ 0.0330D45+ 0.05+ 0.03D154D243D450h35h15e3c1.5 砂箱的零件圖 如圖 7-2-3 所示：鑄造工藝課程設計說明書25最終合箱圖如圖 7-2-4 所示圖圖 7-2-4 合箱圖合箱圖7.3 芯盒設計芯盒是用來形成鑄件內(nèi)腔的重要元素，是制芯的重要工具，對于砂芯的結構尺寸和鑄造工藝課程設計說明書26表面形狀影響很大，因此正確合理的設計芯盒很重要。根據(jù)工藝需求，砂芯采用的都是呋喃樹脂砂砂，鑄件批量生產(chǎn)，形狀復雜，使用的芯盒次數(shù)多，因此選用鋁制作芯盒，符合芯盒設計的原則。砂芯形狀圓柱形，分盒面為圓柱中心，芯盒內(nèi)腔尺寸=（零件尺寸工藝尺寸）（1+K） 。式中 K零件材料的鑄造收縮率；取收縮率為 1.0%，計算有工藝變化的尺寸為：小孔直徑 d=46（1+1.0%）=46.46mm 中部大孔直徑 D=87（1+1.0%）=87.87mm 其他表面為非加工表面，無工藝尺寸變化。為使筋板順利出模，設置起模斜度 =25，由于厚度較小，設為增減壁厚方式。底部大孔處設為 225。芯盒的鎖緊裝置，采用蝶形螺母。由于開分盒面的芯盒，為了保證砂芯外形與尺寸的精確必須設有定位裝置。而砂芯外形與尺寸的精確采用定位銷來進行定位。定位銷的位于分盒面處，通過和夾緊裝置的配合來進行使用，選用直徑 12 圓柱定位銷以及與之尺寸相配套的銷套。芯盒的零件圖如圖所示：鑄造工藝課程設計說明書278 總結總結對鉤型連桿的鑄造工藝課程設計中，通過課上所學和課下去圖書館查閱了許多相關鑄造的書籍，并認真仔細地研究鑄造工藝和注意事項。通過課程設計這段時間的學習，對我自己有了很大的提高，并對鑄造研究有了更加深入的了解，同時對自己所學的專業(yè)有了更大的興趣。此次課程設計，我對軟件制度應用方面有了很大的提升，繪制鉤型連桿時，會有一些問題，通過自己研究和老師的指導，成功解決所遇道的問題。在鑄造工藝選擇過程中，我選用砂型鑄造是因為了解球墨鑄鐵的鑄造性能適合鑄造，并且此鑄件厚壁，還有中型零件批量生產(chǎn)。分型面的選擇合理，鑄件為對稱圖形，易分型，選擇中間分型上下箱，鑄件外觀完整，澆注充分。從澆注系統(tǒng)方面，澆注平穩(wěn)，易充型，阻渣效果好，內(nèi)澆道易于清理。經(jīng)分析此方案選用的參數(shù)，澆注系統(tǒng)設計優(yōu)良和有可行性，可以在實際生產(chǎn)中應用。鑄造工藝課程設計說明書28致 謝在這次鑄造工藝課程設計中，得到了材料科學與工程學院李俊剛教授的具體指導，感謝老師的信心教導，對我自己有了很大的提高，并對鑄造研究有了更加深入的了解，同時對自己所學的專業(yè)有了更大的興趣。鑄造工藝課程設計說明書29參考文獻參考文獻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，1989.4 李日. 鑄造工藝裝備設計手冊.中國水利電出版社,2010 年 01 月第 1 版.5 范金輝，華勤.鑄造工程基礎 M. 北京：北京大學出版社，2009.8.6 王再友，王澤華.鑄造工藝設計及應用M.7 中國機械工程學會鑄造分會，鑄造手冊 （第三版 第 2 卷：鑄鋼）M.北京：機械工業(yè)出版社，2006.8彭顯平， 機械工人熱加工2004 年第一 期淺談球墨鑄鐵廢品的控制9 湯酞則，周增文，吳安如， 材料成型工藝基礎.長沙市華中印刷廠.中南大學出版社.2003 年 P1-P71.10 張亞男，李長明， 熱加工工藝2008 年第 37 卷第 23 期球化劑和澆注溫度對QT450-12 球鐵組織和性能的影響11 秦建林，陳品達，顧建明.工廠經(jīng)驗 論文題目樹脂砂生產(chǎn)鑄鐵件的工藝設計P21-26.12 蔣云峰，張香杰，劉通， 鑄造技術2004/6 論文題目提高澆注溫度解決球墨鑄鐵皮下氣孔問題P458.13 萬學樣影響球墨鑄鐵(QT40-10)機械性能因素的統(tǒng)計規(guī)律 中國知網(wǎng)。