阀盖的铸造工艺设计及模拟（可编辑）

阀盖的铸造工艺设计及模拟 阀盖的铸造工艺设计及模拟摘 要 本文完成了对铸钢件阀盖的铸造工艺方案设计,包括浇注位置、分型面的选择,砂芯和各项铸造工艺参数的确定以及浇注系统、砂箱、芯盒、模板的设计。根据铸件小的特点,分为一箱四件,并采用封闭-开放式的浇注系统的方法。在利用华铸CAE模拟的基础上,通过对凝固过程的温度场和铸造缺陷的分析,依据分析结果对工艺进行改进,最后设计出合理的铸造工艺方案。 铸造过程计算机模拟可以减少或取消新产品的工艺实验,能够有效地避免可能出现的铸造缺陷,保证工艺的可靠性,缩短新产品的试制周期。关键词:模拟;铸造工艺设计;浇注系统 Valve Cover Casting Process Design and SimulationAbstract This article completes the cast valve cover casting technology design, including the casting choice of location, a parting surface, sand cores and the casting pouring system for determination of process parameters and, sand box, box, template design。 According to the casting characteristics of small, divided into a box of four pieces, and closed-open-cast method of the system。 China casting CAE simulation on the basis of, through the analysis of solidification and temperature field of casting defects, analysis based on process improvement, and finally devise a reasonable casting technology。 Computer simulation of casting process to reduce or cancel the process of new product, can effectively prevent possible casting defects, ensure process reliability, shorten the development cycle of new products。Key words: valve cover; simulation; casting process design; pouring system目 录第1章 绪论.11.1 概述11.2 铸造行业的现状1 1.3国内铸造行业的现状及发展趋势.1 1.4发达国家铸造行业的现状及发展趋势.1 1.5本课题的研究内容.2第2章铸造工艺方案的设计3 2.1零件结构的铸造工艺性.32.2造型和造芯方法的选择.4 2.3 浇注位置的确定4 2.4 分型面的选择5 2.5砂箱中铸件的数量及排列方式.6第3章 铸造工艺参数及砂芯的设计.73.1铸造工艺参数的确定.73.2砂芯的设计10第4章 浇注系统的设计154.1浇注系统类型的选择154.2浇注时间15 4.2直浇道的设计16 4.3横浇道的设计16 4.4内浇道的设计16 4.5浇口杯的设计16 4.6冒口的设计17 4.7冷铁的设计17第5章 铸造工艺装备设计185.1 模样的设计.185.2 砂箱的设计.185.3 芯盒的设计.215.4 模板的设计.23第6章 铸造过程的凝固模拟27结论与展望.28致谢.29参考文献.30附录A: 主要参考文献摘要 31附录B: 英文原文及翻译 33附录C: 铸造工艺卡 56插图清单图2-1浇注位置示意图4图2-2分型面方案一5图2-3分型面方案二5图3-1铸件中砂芯的示意图11图3-2垂直砂芯芯头典型结构示意图.11图3-3垂直芯头各部分尺寸示意图.11图3-4扩大下芯头的垂直芯头示意图.12图3-5外砂芯示意图.14图4-1铸件在砂箱中的排布示意图.15图4-2各个浇道的截面图.16图5-1下模样示意图.18图5-2砂箱箱壁形状、定位销以及销套示意图20图5-3砂箱手把示意图.21图5-4芯盒示意图.22图5-5定位销套结构尺寸示意图.22图5-6定位销结构尺寸示意图.22图5-7芯盒紧固及定位装置图.23图5-8加强肋示意图.24图5-9模板与砂箱的定位方式及定位销示意图.24图5-10定位销耳示意图25图5-11紧固耳示意图25图6-1 模拟结果图.27表格清单表2-1砂型铸造时铸件最小允许壁厚.3表2-2按铸件重量确定的吃沙量6表3-1铸件的尺寸公差值7表3-2铸件质量公差数值7表3-3用于成批或大量生产与铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量等级8表3-4与铸件尺寸公差配套使用的机械加工余量8表3-5砂型铸造普通合金铸件的铸造收缩率9表3-6起模斜度9表3-7铸件的最小铸出孔10表3-8垂直芯头的高度.12表3-9垂直芯头斜度.13表3-10垂直芯头与芯座之间的间隙13表3-11压环、防压环和积砂槽13表4-1铸钢件内浇道截面积.15表4-2内浇道、横浇道截面积尺寸16表4-3普通漏斗形浇口杯尺寸.16表5-1砂箱及其附件的材料.19表5-2最小吃砂量.19表5-3普通砂箱的规格.19表5-4简易砂箱转角部分结构及尺寸.20表5-5普通小型砂箱箱把部分的尺寸.21表5-6加强肋间距.24表5-7模底板上定位销耳的尺寸.25表5-8紧固耳的尺寸.26引 言 随着科技的进步与铸造业的蓬勃发展,不同的铸造方法有不同的铸型准备内容。以应用最广泛的砂型铸造为例,铸型准备包括造型材料准备和造型、造芯两大项工作。砂型铸造中用来造型、造芯的各种原材料,如铸造原砂、型砂粘结剂和其他辅料,以及由它们配制成的型砂、芯砂、涂料等统称为造型材料,造型材料准备的任务是按照铸件的要求、金属的性质,选择合适的原砂、粘结剂和辅料,然后按一定的比例把它们混合成具有一定性能的型砂和芯砂。常用的混砂设备有碾轮式混砂机、逆流式混砂机和连续式混砂机。后者是专为混合化学自硬砂设计的,连续混合,混砂速度快。 铸造工艺可分为三个基本部分,即铸造金属准备、铸型准备和铸件处理。铸造金属是指铸造生产中用于浇注铸件的金属材料,它是以一种金属元素为主要成分,并加入其他金属或非金属元素而组成的合金,习惯上称为铸造合金,主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金。 造型、造芯是根据铸造工艺要求,在确定好造型方法,准备好造型材料的基础上进行的。铸件的精度和全部生产过程的经济效果,主要取决于这道工序。在很多现代化的铸造车间里,造型、造芯都实现了机械化或自动化。常用的砂型造型造芯设备有高、中、低压造型机、气冲造型机、无箱射压造型机、冷芯盒制芯机和热芯盒制芯机、覆膜砂制芯机等。 造型造芯是根据铸造工艺要求,在确定好造型方法,准备好造型材料的基础上进行的。铸件的精度和全部生产过程的经济效果,主要取决于这道工序。在很多现代化的铸造车间里,造型造芯都实现了机械化或自动化。常用的砂型造型造芯设备有高、中、低压造型机、抛砂机、无箱射压造型机、射芯机、冷和热芯盒机等。 铸件自浇注冷却的铸型中取出后,有浇口、冒口及金属毛刺披缝,砂型铸造的铸件还粘附着砂子,因此必须经过清理工序。进行这种工作的设备有抛丸机、浇口冒口切割机等。有些铸件因特殊要求,还要经铸件后处理,如热处理、整形、防锈处理、粗加工等。 铸造的零件尺寸和重量的适应范围很宽,金属种类几乎不受限制;零件在具有一般机械性能的同时,还具有耐磨、耐腐蚀、吸震等综合性能,是其他金属成形方法如锻、轧、焊、冲等所做不到的。 铸造产品发展的趋势是要求铸件有更好的综合性能,更高的精度,更少的余量和更光洁的表面。此外,节能的要求和社会对恢复自然环境的呼声也越来越高。为适应这些要求,新的铸造合金将得到开发,冶炼新工艺和新设备将相应出现。 铸造生产的机械化自动化程度在不断提高的同时,将更多地向柔性生产方面发展,以扩大对不同批量和多品种生产的适应性。节约能源和原材料的新技术将会得到优先发展,少产生或不产生污染的新工艺新设备将首先受到重视。质量控制技术在各道工序的检测和无损探伤、应力测定方面,将有新的发展。第1章 绪 论1.1概述 铸造生产是用液态合金形成产品的方法,将液态合金注入铸型中使之冷却、凝固,这种制造金属制品的过程称为铸造生产,简称铸造,所铸出的金属制品称为铸件。绝大多数铸件用作毛坯,需要经过机械加工后才能成为各种机器零件;少数铸件当达到使用的尺寸精度和表面粗糙度要求时,可作为成品或零件而直接应用。1.2铸造行业的现状 铸造毛坯因近乎成形,而达到免机械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上减少了制作时间.铸造是现代装置制造工业的基础工艺之一。铸造产品发展的趋势是要求铸件有更好的综合性能,更高的精度,更少的加工余量和更光洁的表面。此外,节能的要求和社会对恢复自然环境的呼声也越来越高。为适应这些要求,新的铸造合金将得到开发,冶炼新工艺和新设备将相应出现。1.3国内铸造行业的现状及发展趋势 铸造工艺是机械制造工业的基础工艺之一,因此铸造业的发展标志着一个国家的生产实力。有资料表明1,我国铸造生产中。材料和能源的投人之比可占到产值的55%到70%。我国目前已经成为世界铸造机械大国之一,在铸造机械制造行业近年来取得了很大的成绩。我国是铸造大国,在十五期间,随着国民经济的高速发展.我国铸件年产量一直居世界铸件生产大国榜首。从数量上来看.整个形势是喜人的.但铸造生产的粗放特征没有得到根本改变。我国的铸件质量与国外先进水平相比有较大差距。铸件尺寸精度普遍低12级,表面粗糙度差12级,铸件壁厚也厚得多。中国的铸件材料仍以灰铸铁为主,约占铸件总产量的61.9%其中HT250以下牌号约占70%,球墨铸铁占16.7%,比世界平均值20%低,远低于日本30.8%、美国29.6%。合金钢在铸钢件中的比例,中国为25%,国外先进水平为42%60%。有色金属铸件.中国为7.9%,国外先进水平为11% 20%2。此外,材料成分、组织和性能的一致性、稳定性与发达国家相比也有差距3。1.4发达国家铸造业现状及发展趋势 发达国家总体上铸造技术先进、产品质量好、生产效率高、环境污染少、原辅材料已形成商品化系列化供应,如在欧洲已建立跨国服务系统。 生产普遍实现机械化、自动化、智能化(计算机控制、机器人操作)。铸铁熔炼使用大型、高效、除尘、微机测控、外热送风无炉衬水冷连续作业冲天炉,普遍使用铸造焦,冲天炉或电炉与冲天炉双联熔炼,采用氮气连续脱硫或摇包脱硫使铁液中硫含量达0。01%以下;熔炼合金钢精炼多用AOD、VOD等设备,使钢液中H、O、N达到几个或几十个10-6的水平。 在重要铸件生产中,对材质要求高,采用先进的无损检测技术有效控制铸件质量。普遍采用液态金属过滤技术,过滤器可适应高温诸如钴基、镍基合金及不锈钢液的过滤。过滤后的钢铸件射线探伤A级合格率提高13个百分点,铝镁合金经过滤,抗拉强度提高50%、伸长率提高100%以上4。广泛应用合金包芯线处理技术,使球铁、蠕铁和孕育铸铁工艺稳定、合金元素收得率高、处理过程无污染,实现了微机自动化控制。 铝基复合材料以其优越性能被广泛重视并日益转向工业规模应用,如汽车驱动杆、缸体、缸套、活塞、连杆等各种重要部件都可用铝基复合材料制作,并已在高级赛车上应用;在汽车向轻量化发展的进程中,用镁合金材料制作各种重要汽车部件的量已仅次于铝合金。 在大批量中小铸件的生产中5,大多采用微机控制的高密度静压、射压或气冲造型机械化、自动化高效流水线湿型砂造型工艺, 砂处理采用高效连续混砂机、人工智能型砂在线控制专家系统, 制芯工艺普遍采用树脂砂热、温芯盒法和冷芯盒法。熔模铸造普遍用硅溶胶和硅酸乙酯做粘结剂的制壳工艺。 用自动化压铸机生产铸铝缸体6、缸盖;已经建成多条铁基合金低压铸造生产线。用差压铸造生产特种铸钢件。所生产的各种口径的离心球墨铸铁管占铸铁管总量95%以上,球铁管占球铁年产量30%-50%。铸造生产全过程主动、从严执行技术标准,铸件废品率仅2%-5%;标准更新快(标龄4-5年);普遍进行ISO9000、ISO14000等认证。 重视开发使用互联网技术,纷纷建立自己的主页、站点。铸造业的电子商务、远程设计与制造、虚拟铸造工厂通过使用身临其境的虚拟环境系统,可以学习通过多媒体先进的产品技术和体验的技巧和诀窍通过虚拟技术实现,这些新元素都在飞速发展。 很明显7,中国现有的资源和能源已无法满足传统经济模式下高速发展的要求,大力发展循环经济,使中国经济和社会可持续发展,是中国经济发展模式的必然选择。我们应加大铸造业中循环经济的新技术、新工艺、新材料、新设备的研究和应用,以科学的发展观来发展中国的铸造业。1.5本课题的研究内容 本次毕业设计的题目是:阀盖的铸造工艺设计及模拟。我查阅了相关资料和书籍后,主要进行了铸造工艺性分析、铸造工艺设计及铸造工艺装备设计。这个过程看似一目了然,但具体工作却十分繁琐,首先,我们要确定这个零件是否适合铸造工艺性的要求;其次,我们还要确定浇注位置,分型面以及造型、造芯的方法;然后,开始铸造工艺参数的选择以及砂芯的设计;再然后,我们要进行浇注系统的设计;最后,要对铸造工艺装备进行选择和设计。当这一切完成后,我们还要在华铸CAE上进行模拟,利用计算机模拟的帮助,修改工艺参数并选择较为合理的方案。 第2章 铸造工艺方案的设计2.1零件结构的铸造工艺性 砂型铸造工艺方案通常包括下列内容:造型、造芯方法和铸型种类的选择,浇注位置及分型面的确定等。要想定出最佳工艺方案,首先应对零件的结构有详细的铸造工艺性分析。 零件结构的铸造工艺性指的是零件的结构应符合铸造生产的要求,易于保证铸件品质,简化铸造工艺过程,降低生产成本。为了保证零件具有良好的铸造工艺性,在设计零件时应考虑以下几个方面的问题:铸件应有合适的壁厚 为了避免浇不到、冷隔等缺陷,铸件不应太薄。本次设计的阀盖使用的材料是ZG230-450,为碳素钢。密度为7830kg/m3,屈服强度为230Mpa,抗拉强度为450Mpa。此类铸钢件壁厚的选择参考表2-18。 表2-1 砂型铸造时铸件最小允许壁厚 由于本次设计的零件整体最大轮廓尺寸小于200mm,而且为铸钢件。根据表1-1得,铸造允许最小壁厚为8mm。由零件图知,本次设计阀盖的最小壁厚为6mm。貌似不合理,其实还需要把加工余量计算在内,这样铸件的最小壁厚就大于8mm,所以是合理的。(2)铸造结构不应造成严重的收缩障碍,注意壁厚和圆角;(3)铸件内壁应薄于外壁;(4)壁厚力求均匀,减少肥厚部分,防止形成热节;(5)利于实现补缩和顺序凝固;(6)防止铸件翘曲变形;(7)避免浇注位置上有水平的大平面结构 本次设计阀盖采用圆角过渡,避免了因应力集中导致的裂纹缺陷。 2.2造型和造芯方法的选择 造型和造芯方法的选择可参照以下原则:优先采用湿型;造型和造芯方法与生产批量相适应;造型方法应适合工厂条件 本次设计的铸钢件阀盖为小型铸件,大批量生产,铸件不高,无需长时间等待,也无需放置冷铁,故选用湿型砂。由于是小型、大批量生产,则选用机器造型、造芯、金属模、砂箱造型。虽然成本高,但由于是大批量生产,故合理。2.3浇注位置的确定 铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置。根据对合金凝固理论的研究和生产经验,确定浇注位置时,应考虑以下原则:铸件的重要部位应尽量置于下部;重要加工面应朝下或呈直立状;铸件大平面朝下,避免夹砂结疤类缺陷;应保证铸件能充满;应有利于铸件的补缩;避免吊砂、吊芯或悬臂式砂;应使合箱位置、浇注位置和铸件冷却位置相一致 综合考虑以上原则,本次设计的阀盖的浇注位置应选在如图2-1所示法兰盘朝上的大平面位置上。图2-1 浇注位置示意图2.4分型面的选择 分型面是指两半铸型相互接触的表面。生产中,浇注位置和分型面有时是同时确定的。分型面的优劣,在很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率。分型面的选择应尽量与浇注位置一致,以避免合型后翻转砂箱。在选择时,应注意以下原则: (1)尽量将铸件的全部或大部分放在同一箱内,以减少错型和不便验型造成的尺寸偏差; (2)尽量将加工定位面和主要加工面放在同一箱内,以减少加工定位的尺寸偏差; (3)尽量减少分型面数量,在机器造型中一般采用一个分型面; (4)尽量减少砂芯数量; (5)尽量使分型面为平面; (6)为了方便起模,分型面应在铸件的最大截面积处; (7)注意减轻铸件清理和机械加工; 综合上述原则,现有以下两种方案: 图2-2 分型面方案一 图2-3 分型面方案二 方案一:如图1-2所示,分型面选在阀盖法兰盘的大平面上,这样就保证了铸件的大部分都在同一个半型内,而且是重要部位尽量置于下箱,这样的话,下部金属液就会在上部金属液的静压力下形成致密的组织,保证了重要部位的质量。这种分型方法,貌似起模不方便,而且大平面的精度不易保证。但是这都可以通过一些措施补救,大平面是要留有加工余量的,所以不用担心精度问题。而且不易起模的部分,我们可以不铸出,用机加工把它加工出来。这样以上问题就解决了。这样分型很明显的一点优势就是可以保证圆柱表面的粗糙度和圆柱的垂直度。 方案二:如图1-3,分型面选在对称的面上,起模相当方便。但圆柱内壁的精度不能保证,而且浇注位置也不易确定。圆柱必须垂直浇注,方能保证精度,若水平放置,浇注时圆柱壁易遭冲刷,造成缺陷,圆柱的垂直度也不易保证。而圆柱内壁的加工又不方便,费工费时。 综上两种方案,还是选择方案一,虽免不了有些不合理的地方,但总体来讲还是要优于方案二,故选择方案一。 2.5 砂箱中铸件的数量及排列方式 铸件轮廓尺寸为75mm75mm48mm,单件质量约为0.74kg,属于小型铸件,由于是大批量生产,采用的是机器造型、造芯,因此选择一箱四件。查表2-29得:铸件与箱壁的距离为c40mm,铸件与砂箱底部的距离为b40mm,浇注系统内浇道的长度为f30mm。 表2-2 按铸件重量确定的吃沙量(单位:mm) 但这些数据也要根据实际情况来具体修改,以上数据在选择砂箱的时候可能会有所变动。因为在选择砂箱时,砂箱的尺寸是有规格的,所以会有相应的调整。 铸造工艺参数及砂芯的设计3.1 铸造工艺参数的确定 铸造工艺设计参数通常是指铸型工艺设计时需要确定的某些数据, 它包括了铸造收缩率(缩尺)、机械加工余量、起模斜度、最小铸出孔的尺寸、工艺补正量、分型负数、反变形量、非加工壁厚的负裕量、砂芯负数(砂芯减量)及分芯负数。这些工艺数据一般都与模样和芯盒尺寸有关,即与铸件的精度有密切关系,同时也与造型、制芯、下芯及合箱的工艺过程有关。3.1.1 铸件尺寸公差 铸件尺寸公差是指铸件各部分尺寸允许的极限偏差,它取决于铸造工艺方法等多种因素。在本次设计中,零件的铸造工艺为砂型铸造,大批量生产的铸钢件,查得8:铸件的尺寸公差等级为CT8-CT12,取CT10 。零件基本尺寸为75mm,查表3-19得,允许最大偏差为3.2mm。表3-1 铸件的尺寸公差值 (单位:mm)3.1.2 铸件重量公差 铸件质量公差定义为以占铸件公称质量的百分率为单位的铸件质量变动的允许值。按照规定,质量公差应与尺寸公差同级,所以,铸件重量公差等级为MT10,查表3-210得,本次设计的铸件的质量公差数值为18%。表3-2铸件质量公差数值3.1.3 机械加工余量 机械加工余量是铸件为了保证其加工面尺寸和精度,应有加工余量,即在铸造工艺设计时预先增加的,而在机械加工时又被切除的金属层厚度。 在本次设计中,尺寸公差等级为CT10,查表3-38得,铸钢件成批大量生产的机器造型的加工余量等级为H级。表3-3 用于成批或大量生产与铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量等级 但在实际零件当中,还有些特殊要求,由于本次设计零件尺寸为75mm,属于小于100mm的范畴,查表3-48得,本次设计的单侧加工余量为4.0mm,双侧为3.0mm。表3-4 与铸件尺寸公差配套使用的机械加工余量3.1.4 铸造收缩率 查表3-58可知:铸钢件的受阻收缩率选为2%。表3-5 砂型铸造普通合金铸件的铸造收缩率3.1.5 起模斜度 为了方便起模,在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度,以免损坏砂型或砂芯。这个斜度,称为起模斜度。 查表3-610得:对于外侧非加工表面,由于壁厚小于10mm因此选用增加铸件壁厚的方法,另外,同一铸件应尽量选用同一起模斜度,以免加工模样时频繁更换刀具,所以选用同一起模斜度110,a0.8mm ;对于外侧的加工表面,起模斜度也选择110,a0.8mm ;对于内表面的起模斜度,由于是加工表面。因此,选择增加壁厚的方法,起模斜度仍选110,a0.8mm。 表3-6 起模斜度3.1.6 最小铸出孔及槽 在本次设计中,铸件的法兰盘上有四个直径为14mm的通孔,中心处也有一个直径为20mm的通孔。大批量生产的铸钢件,其最小铸出孔直径查表3-79得30,50。于是法兰盘上的四个直径为14mm的通孔可以不铸出。中心通孔虽然也可以不铸出,但是考虑到机械加工不易,故铸出。表3-7铸件的最小铸出孔3.1.7 工艺补正量 工艺补正量可按照以下公式进行计算: 1 在本次的设计中,由于铸件的尺寸较小,可不考虑工艺补正量的影响。3.1.8 分型负数 本次设计属于尺寸较小的湿型,分型负数较小,可不考虑。3.1.9 其它工艺参数的设计 在本次设计中可不考虑其它如“反变形量”、“砂芯负数”、“非加工壁厚的负余量”、“分芯负数”的影响。3.2砂芯的设计 砂芯的功能是形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位。砂型局部要求特殊性能的部分,有时也用砂芯。 选用砂芯的总原则是:使制芯到下芯的整个过程方便,铸件内腔尺寸精确,不致造成气孔等缺陷,使芯盒结构简单。 具体原则如下:保证铸件内腔尺寸精度;保证操作方便;保证壁厚均匀;应尽量减少砂芯数目;填砂面应宽敞,烘干支撑面是平面;砂芯形状适应造型、制芯方法 本次设计要铸出一个孔,故需一个砂芯。综合考虑,选用垂直砂芯,为了制芯和下芯的方便,零件的一些部分改成机械加工。根据本次设计中所选取的分型面及浇注位置,为了能够顺利取出模样,应该在铸件无法取出的部位设置一个外芯。最终的砂芯在零件中的模样就如图2-1所示。 图3-1 铸件中砂芯的示意图3.2.1 芯头的设计 芯头:伸出铸件以外不与金属接触的砂芯部分。 对芯头的要求:(1)定位和固定砂芯,使砂芯在铸造中有准确的位置,并能承受砂芯重力及浇(2)注时液体金属对砂芯的浮力,使之不被破坏;(3)芯头应能及时排出浇注后砂芯所产生的气体至铸型外;(4)上下芯头及芯号容易识别,不致下错方向或芯号;(5)下芯、合型方便,芯头应有适当斜度和间隙。 第一种砂芯:本次设计的第一个是垂直砂芯,其芯头典型的结构见图3- 2。 图3-2 垂直砂芯芯头典型结构示意图包括:芯头长度、斜 度、间隙、压环、防 压环和积砂槽等结构。3.2.2芯头长度 砂芯伸入铸型部分的长度(露出铸件外部的长度),垂直芯头的长度称为芯头高度。如图3-3(a)中的h(下芯头高度)、h1(上芯头高度)。图3-3 垂直芯头各部分尺寸示意图 垂直芯头的高度查表3-811,得芯头高度为2025mm,具体是上芯头高度h1为20mm,下芯头高度为25mm。表3-8 垂直芯头的高度 (单位:mm) 对于垂直芯头,由于L:D2大于2.5,所以下芯头要加大直径。取D11.5D2,D214mm,则D121mm。如图3-4 所示。 图3-4 扩大下芯头的垂直芯头示意图 3.2.3 芯头斜度 对垂直芯头,上、下芯头都应设有斜度。查表3-911知,上芯头斜度10o,下芯头斜度5o。 表3-9 垂直芯头斜度(单位:mm)3.2.4 芯头间隙 查表3-1011得,垂直芯头间隙s0.5mm。表3-10 垂直芯头与芯座之间的间隙 (单位:mm)3.2.5压环、防压环和集砂槽 压环的作用:合箱后它能把砂芯 压紧,避免金属液沿间隙 钻入芯头防压环的作用:下芯、合箱时,它 可防止此处砂型被压塌, 因而可以防止掉砂。集砂槽的作用:用来存放个别的散 落砂粒,这样就可以加快 下芯速度。 查表3-1111知,垂直芯头e1.5mm,f3mm,r1.5mm。表3-11压环、防压环和积砂槽 (单位:mm) 第二种砂芯:为方便起模,增设的外芯。如图3-5所示。 图3-5外砂芯示意图 3.2.6 芯骨的设计 为了保证砂芯的制造、搬运、配型和浇注中不开裂、不变形、不被金属液冲击折断,生产中常在砂芯中埋置芯骨,以提高其强度和刚度。 在本次设计中,由于砂芯尺寸较小,而且采用树脂砂,砂芯强度较好,因此砂芯内不用放置芯骨。 第4章浇注系统的设计4.1 浇注系统类型的选择 浇注系统分为开放式、封闭式、半封闭式和封闭-开放式。本次设计的阀盖为小型铸钢件,宜选用封闭-开放式浇注系统。而且铸件高度不高,结构比较简单,因此采用顶注式浇注。又根据铸件形状,采用顶注式浇注系统中的搭边式浇注系统。 封闭-开放式浇注系统:以转包浇注的小铸件,其内浇道面积可查表3-1,表中d的计算式:dGL/V(kg/dm3),GL是铸件浇注重量,V是铸件轮廓体积,是铸件三维最大尺寸的乘积。可以从表3-2选取Ag和Aru的截面尺寸。 浇注系统各组元的截面积比为 内浇道:横浇道:直浇道1:(0.80.9):(1.11.2),取为1:0.9:1.1。 铸件浇注重量GL为0.74kg,计算得d2.74kg/dm3。 查表4-19得内浇道(Ag)截面积尺寸为1.8cm2,则横浇道截面积为1.6cm2,直浇道截面积为2.0cm2。 表4-1 铸钢件内浇道截面积 本次设计采用一箱四件,排布如图4-1所示,因此要设计4个内浇道,1个横浇道和1个直浇道。 图4-1 铸件在砂箱中的排布示意图4.2 浇注时间 铸钢件的浇注时间,可用经验数据决定浇注时间,本次设计的铸钢件由于太小,所以浇注时间暂取t3s。 4.3直浇道的设计 本次设计采用最普通的圆柱形直浇道,如图4-2所示。前面已经得出直浇道截面积为2.0cm2。则通过计算得直径d16mm,长度视砂箱尺寸而定,取100mm。直浇道窝长度取5mm。图4-2 各个浇道的截面图 (mm)4.4 横浇道的设计 本次设计采用截面是梯形的横浇道,如图4-2所示。已知截面积为1.6cm2。查表4-2知,取a13.5mm,b10.5mm,h13.5,长度视砂箱尺寸而定,取220mm。4.5 内浇道的设计 本次设计的内浇道截面同样采用梯形,如图4-2所示。已知截面积为1.8cm2。查表4-29知,取a31mm,b28mm,h6.0mm,长度视砂箱尺寸而定,取92mm。表4-2 内浇道、横浇道截面积尺寸 (单位:mm)4.6 浇口杯的设计 本次设计选用普通漏斗形浇口杯,已知直浇道下端直径d16mm。查表4-39知,D158mm,D254mm,h42mm。由于是一箱四件,所以要加大浇口杯尺寸,其体积要乘以4,最终尺寸得出D189mm,D282mm,h63mm。 表4-3 普通漏斗形浇口杯尺寸4.7 冒口的设计 冒口是铸型内用以储存金属液的空腔,在逐渐形成时补给金属,有防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用。本次设计的铸钢件为小型铸钢件,尺寸为75mmX75mmX48mm,由于铸件太小,无需补缩,所以不设置冒口。4.8 冷铁的设计 为了增加铸件局部冷却速度,在型腔内部及工作表面安放的金属块称为冷铁。本次设计铸钢件,结构简单,壁厚很小,无需设置冷铁。第5章 铸造工艺装备设计5.1 模样的设计5.1.1 金属模样的材料 本次设计的模样为大批量生产的铸钢件,为小铸件,故宜选用铝合金模样。机器造型使用寿命达90000130000次。它质轻,易加工,加工后表面光滑,具有良好的耐蚀表面。5.1.2 模样类型 本次设计选用分开模样,造型简便,沿分型面分为上下模样。5.1.3 模样尺寸的计算A模(A件+A艺)(1+K) 2式中 A模?模样的工作尺寸; A件?产品零件尺寸; A艺?零件铸造工艺附加尺寸(加工余量+起模斜度+其它工艺与量); K?铸造的收缩率5.1.4 壁厚及加强肋 本次设计为小型铸钢件,上下模样尺寸很小,可制成实心模样,故不必选择壁厚和加强肋。5.1.5 模样的形状 由于外芯的存在,遂将外芯与下模样本体造成一个整体,如图5-1所示。 图4-1 下模样示意图5.2 砂箱的设计 设计和选用砂箱的基本原则:满足铸造工艺要求。如砂箱和模样间应有足够的吃砂量,箱带不妨碍浇冒口的安放、不严重阻碍铸件收缩等;尺寸和结构应符合造型机、起重设备、烘干设备的要求;有足够的强度和刚度,使用中保证不断裂或发生大变形;对砂型有足够的附着力,使用中不掉砂或塌箱,但又要便于落砂。为此,只有在大的砂箱中才设置箱带;经久耐用,便于制造;应尽可能的标准化,系列化和通用化本次设计选用通用砂箱?整铸式?机器造型用砂箱。5.2.1 砂箱材质和名义尺寸 查表5-112知:砂箱的材料选择HT200,进行自然实效或退火处理。 表5-1 砂箱及其附件的材料 砂箱名义尺寸是指分型面上砂箱内框尺寸(长度X宽度)乘以砂箱高度。确定砂箱尺寸时要考虑一箱内放置铸件的个数和吃砂量。吃砂量的选择参照表5-28,得出最小吃砂量为35mm。 表5-2 最小吃砂量(单位:mm) 初步估算砂箱长度为270mm,宽度为270mm,高度为86mm。由于所设计的砂箱长度和宽度应是50或100mm的倍数,高度应是20或50mm的倍数。所以根据表5-313得出,砂箱的长度为350mm,宽度为300mm,高度为100mm。最终砂箱的尺寸确定为350mmX300mmX100mm。表5-3 普通砂箱的规格(单位:mm)5.2.2 箱壁 本次设计选用机器造型沙箱。如图5-1(a)所示,底部设置突缘,防止塌箱,保证刚性,便于落砂。本次设计箱壁壁厚取10mm。5.2.3 圆角尺寸 简易砂箱的转角一般不作圆弧过渡,而是做成直角或内壁转角加厚,以增加转角的强度。查表5-413知, b20mm25mm, 取b=22mm。表5-4 简易砂箱转角部分结构及尺寸 (单位:mm) (a) (b)(c)图5-1 砂箱箱壁形状、定位销以及销套示意图 (mm)5.2.4 砂箱定位 本次设计采用机器造型,采用定位销定位,需要销套。本次设计选用插销定位砂箱。如图5-1(b)所示,选用M20的定位销。销套如图5-1(c)所示。新砂箱用标准套(外径D);第一次更换采用销套I,外径为D+0.2mm;第二次更换用销套II,外径为D+0.4mm。5.2.5 箱带 箱带用于中、大型砂箱内,平均内框小于500mm的可不设箱带。本次设计砂箱内框尺寸为350mmX300mmX100mm,故无需设置箱带。5.2.6 砂箱外壁加强肋的布置和尺寸 对于内框尺寸小于750mm的铸铁件,可以不设计加强肋。5.2.7 砂箱壁排气孔的形式和尺寸 由于砂箱的尺寸较小,仅靠插砂排气即可满足要求,因此砂箱壁不需设排气孔。5.2.8 搬运、翻箱结构 本次设计为小型砂箱,采用手把作为搬运、翻箱结构。一般采用铸接法同砂箱相连。手把如图5-2所示,查表5-513可知各部分尺寸。 图5-2 砂箱手把示意图d40mm, D60mm, D175mm, L110mm,H10mm, r16mm,r15mm表5-5 普通小型砂箱箱把部分的尺寸(单位:mm)5.2.9 砂箱的紧固 为防止胀箱、跑火等缺陷,上下砂箱应紧固。本次设计为小型铸件,采用压铁法紧固即可。 5.3 芯盒的设计 芯盒是制芯工艺过程中所必需的工艺设备,为了提高砂芯精度和芯盒的耐用性,采用金属芯盒。铝质,ZL104。5.3.1 分盒面的设计 由于砂芯是圆柱回转体,所以采用水平分盒面。5.3.2 芯盒内腔尺寸的确定 芯盒内腔尺寸(零件尺寸+/-工艺尺寸)X(1+零件的铸造收缩率),通过计算得砂芯直径为14.24mm,取14.3mm;砂芯长度57.12mm,取57.2mm。5.3.3 芯盒主体结构的设计 芯盒主体结构如图5-3所示。 图5-3芯盒示意图 根据芯盒的平均轮廓尺寸(A+B)/2及芯盒材质来确定壁厚。本次设计的芯壁较小,小于200,铝质,所以取壁厚7mm。定位采用定位销和定位销套,在芯盒的两端各设置一个。定位销套的尺寸如图5-413所示。定位销的结构尺寸如图5-513所示,与定位销套的装配示意图如图5-6(c)13所示。 图5-4 定位销套结构尺寸示意图 图5-5 定位销结构尺寸示意图5.3.4芯盒的夹紧装置 采用快速螺杆。其下螺母用来调整松紧程度,上螺母用来?紧下螺母。此装置结构简单,紧凑,夹紧效果好,磨损后便于调节、操作方便。常用于小芯盒上,是工厂中使用较多的一种。其结构尺寸如图5-6(a)所示,与其配合的垫片如图5-6(b)所示。 (a) (b) (c) 图5-6 芯盒紧固及定位装置图5.3.5芯盒与耐磨护板的确定 为了增加芯盒边缘的强度和刚度,芯盒边缘要加宽加厚,并且为了增加芯盒刮砂面的耐磨性,特在刮砂面上设置防磨片芯盒边缘及耐磨片。耐磨片用30钢制成,用沉头螺钉固定在盒体边缘上,耐磨片的厚度为3mm。5.4模板的设计5.4.1模板的类型 本次设计的模板采用装配式单面模板。单面模板采取的是顶杆式,模底板材料决定为灰铸铁(HT150)。5.4.2 造型机的选用 本次设计选用的Z145A造型机为可调节顶杆式起模的镇压式造型机,顶杆起模行程为150mm。 Z145A造型机砂箱最大内形尺寸为500 X 400mm 。砂箱最大尺寸适合,且其内放四个模样,造型选用的砂箱尺寸350 X 300 X 100mm。材料为铸铁。5.4.3确定模板尺寸 模板尺寸 A0A+2b 3 B0B+2b 4式中A0?模板的长度; B0?模板的宽度;砂箱内框长度;砂箱内框宽度; 砂箱平均尺寸500mm,高度200mm,查表得b18mm。其配合的模底板尺寸:A0A+2b386mm,B0B+2b336mm。模底板的材料为铸铁,高度在80150mm,取80mm,小于顶杆的起模行程。模底板定位销孔中心距应根据所配用砂箱销套的中心距C来确定,用同一钻模钻出。已知砂箱销套的中心距为430mm,故C430mm。5.4.4 加强肋壁厚与间距 本次设计的模板,加强肋如图5-7所示,其中t12mm,t210mm。加强肋间距参考表5-613。图5-7 加强肋示意图表5-6 加强肋间距 (单位:mm) 由于模底板尺寸,现将K,K1适当调整。其中K163mm;K1138mm。5.4.5 模板与砂箱的定位 本次设计中,模板与砂箱的定位采用直接定位法,如图5-8(a)。模底板与砂箱之间常常用定位销和销套定位,此处只设计定位销。在造型过程中为使砂箱不被卡死常将两个定位销分别做成圆形的和带有平面的,分别为定位销和导向销。本设计中选用M20的定位销,其配套螺母选用M16。模底板上的定位销安放在销耳上,设在沿中心线长度方向的两端,样式如图5-8(b)所示。(a) b图5-8 模板与砂箱的定位方式及定位销示意图 定位销耳的结构如图5-9所示,其尺寸参考表5-713。图5-9 定位销耳示意图表5-7 模底板上定位销耳的尺寸(单位:mm)5.4.6 模板的紧固装置 模板用螺栓固定在造型机工作台上,这时应设置紧固耳。其位置要和造型机工作台上台面上的T型槽相对应,紧固耳数为4。其结构如图5-10所示。模底板平均轮廓尺寸小于500mm。尺寸参考表5-813,紧固螺钉的规格为M12。 图5-10 紧固耳示意图 表5-8 紧固耳的尺寸 (单位:mm)5.4.7模样在底面上的装配1模样在模底板上的放置形式 以简单方便节约成本考虑,采取平放式将模板平放在模底板上,模底板不必挖槽。2模样在模底板上的定位和紧固 模样在模底板上常用定位销来定位,定位销采取的是圆柱销,定位销将模样装配在模底板