1、端盖零件铸造工艺课程设计说明书课程设计说明书（论文）课程名称： 成型工艺及模具课程设计II 设计题目： 端盖零件铸造工艺设计 院 系： 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 设计时间： 1、设计任务1.1、设计零件的铸造工艺图1.2、设计绘制模板装配图1.3、设计并绘制所需芯盒装配图1.4、编写铸造工艺设计说明书2、生产条件和技术要求2.1、生产性质：大批量生产2.2、材料：HT2002.3、零件加工方法：零件上有多个孔，除中间的大孔需要铸造以外，其他孔在考虑加工余量后不宜铸造成型，采用机械方法加工，均不铸出。造型方法：机器造型造芯方法：手工制芯2.4、主要技术要求：满足HT200的机
2、械性能要求，去毛刺及锐边，未注明圆角为R3R5，未注明的筋和壁厚为8，铸造拔模斜度不大于2度，铸造表面不允取有缺陷。3、零件图及立体图结构分析3.1、零件图如下： 图1.零件主视图 图2.零件左视图3.2三维立体图如下：图3.三维图（1） 图4.三维图（2）4、工艺设计过程4.1、铸造工艺设计方法及分析 4.1.1铸件壁厚为了避免浇不到、冷隔等缺陷，铸件不应太薄。铸件的最小允许壁厚与铸造的流动性密切相关。在普通砂型铸造的条件下，铸件最小允许壁厚见表1。表1. 铸件最小允许壁厚 引【1，表1-3】材料铸件轮廓尺寸/mm200x200以下200x200500x500500x500以上铸钢68101
3、21825铸铁566101520球墨铸铁612查得灰铁铸件在100200mm的轮廓尺寸下，最小允许壁厚为56mm。由零件图可知，零件中不存在壁厚小于设计要求的结构，在设计过程中，也没有出现壁厚小于最小壁厚要求的情况。4.1.2造型、制芯方法造型方法：该零件需批量生产，为中小型铸件，应创造条件采用技术先进的机器造型，暂选取水平分型顶杆范围可调节的造型机，型号为Z145A。制芯方法：由生产条件决定，采用手工制芯。4.1.3砂箱中铸件数目的确定当铸件的造型方法、浇注位置和分型面确定后，应当初步确定一箱中放几个铸件，作为进行浇冒口设计的依据。一箱中的铸件数目，应该是在保证铸件质量的前提下越多越好。本铸
4、件在一砂箱中高约52mm，长约130mm，宽约100mm，重约2.75Kg。这里选用一箱四件，根据本铸件分型面的确定，可以先确定下箱的尺寸。根据铸件重量在F直F内，F内为控流断面。浇注开始时液态金属很快充满浇注系统，铸件成品率高，撇渣能力较强，浇注初期也有一定的撇渣能力。4.4.2.2浇注系统断面尺寸的设计(1)水力学近似计算公式：计算浇注系统，主要是确定最小断面积(阻流断面)，然后按经验比例确定其他组元的断面积。封闭式浇注系统的最小断面是内浇道，以伯努利方程为基础的水力学近似计算公式是：F内=G/(t0. 31 Hp) ( cm2)式中：F内内浇道总断面积(cm2)； G流经内浇道的液态合金
5、重量(Kg )； 流量总耗损系数； t浇注时间(s)； Hp平均静压力头(cm)。(2)液态合金重量：灰铸铁的密度为7. 8kg/cm3，算出铸件的质量为2.2kg，加上浇注系统中金属液的损耗，铸件G=2.2kg X (1+25% ) =2.75kg。(3)浇注时间t：G=2.75kg，铸件壁厚在8-15mm，系数S取2. 2 。t=SG=3.648s 。(4)流量系数：a =0. 5(铸型阻力小)按表修正：有四个内浇道，阻力加大，值取0. 05，得= 0. 5-0. 05=0. 45。确定平均压头Hp：近似于顶端注入，p=0， c=52.5mm。由Hp=H0-p2/2c=Ho，HoHM= L
6、tan，其中，L=300mm，铸件壁厚在8 15mm，压力角910，取10，得H055mm，由于下芯头尺寸较大，所以高度适当增加，取H0=130mm，H0为上砂箱高度。得Hp=HM= 130mm。F内=2.75/(0. 45 X 3.648X 0. 31 X 13) =0.5cm2。设置四个内浇道，则每个内浇道截面积为0.5cm2。查表得选择I型内浇道，取F内=0.5cm2。则内浇道总截面积为1cm2。截面尺寸：A=11mm， B=9mm，C=5mm。由封闭式系统各组元的断面比为：F 内： F 横： F直=1： 2： 1. 2，则F横=2cm2，查表得选择甲-甲横浇道，取F横=1.92cm2。
7、截面尺寸：A=14mm，B=10.5mm，C=16.5mm。F直= 2.4cm2，圆形截面，查表可得，直浇道下部最小直径为19mm。查表得，浇口杯尺寸：D1=56mm，D2=52mm，h=40mm。各截面尺寸如图11所示。A、内浇道截面积 B、横浇道截面积图11. 各组元截面尺寸(5)核算最小剩余压头HMHM=上砂箱的高度，直浇道中心到铸件最高最远点距离L=150mm，若压力角=10，我们只需要HM大于26.4mm即可，这样进行浇铸，就能得到轮廓清晰的完整铸件。考虑到浇注系统的高度，我们取上箱高度为200mm，即砂箱的尺寸为500x400x200mm。4.4.2.3冒口的设计常见的铸造缺陷如缩
8、孔、缩松、裂纹等都与铸件的凝固和收缩有关，在铸件的厚实部位常设置冒口，并按顺序凝固原则使冒口最后凝固。灰铸铁的结晶范围窄，更接近于层状凝固。凝固时的膨胀和液态收缩趋于相互补偿。故灰铸铁件补缩所需要的铁水的量少，铸型刚度要求较低，一般灰铸铁件可不设置冒口。4.5、模板图的设计4.5.1金属模样的材料本次设计的为下模样，材料为HT150。4.5.2金属模样的结构1)模样尺寸的确定模样的尺寸=铸件尺寸X (1+K)；式中，K为铸件收缩率。计算结果如模板装配图中所示尺寸。对于芯头尺寸按原工艺图计算。因模样壁厚为5mm，查表得模样非工作面圆角半径为3mm。2)模样的壁厚和加强筋模样的壁厚按图12所示曲线
9、选择。由于模样的平均轮廓尺寸小于200，故对于灰铁模样取壁厚为5mm。图12.金属模样壁厚1.铝合金 2.铸铁 3.青铜模样加强筋取知道分型面上的筋，一般将加强筋的厚度设计为模样壁厚的80%，查表加强筋下端厚度为4mm。因模样形状属于圆形截面，加强筋的布置属I类，根据(A+B) /2 250mm，仅在模样长度和宽度中心轴上设有交叉十字形加强筋。模样高度55mm 100mm，查得筋的斜度取130。3)模样类型的选择本次设计采用机器造型用金属单面模样。4)模样技术要求模样表面光洁度：模样工作表面为6，模样分型面为4，模样定位销孔为67。模样装配凸耳采用外凸耳。4.5.3模底板的设计图13. Z14
10、5A造型机本次设计的是下模板，单面模板采取的是顶杆式，模底板材料决定为灰铸铁。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 。图13为造型机外观图。根据铸件重量在5kg时，查得模型的最小吃砂量a=20mm， h=30mm， c=40mm，d或e=30mm， f=30mm， g=200mm。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500 X 400 X 180mm。材料为铸铁。砂箱平均尺寸500mm，高度200mm，查表得b=18mm。其配合的模底板尺寸：A0=A+2b=536m
11、m，B0=B+2b=436mm。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。表9 (单位：mm )本设计中选用直径20mm的定位销。M的值取75mm，则C=A+2M=500+2 X 75=650mm。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。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14所示。 图14. 定位销安放方式图15. 定位销与导向销尺寸结构示意图由模底
12、板平均尺寸(A0+B0 ) /2 500mm，查表得，d=18+0.035mm，h=20mm， e=40mm，A=60mm，D=25mm。装配上的定位销和导向销材料选45号钢淬火，查标准尺寸得，d=20mm，d1=18mm， d2=13mm，d3=16mm，l1=18mm，l2=40mm， l3=20mm，K=12mm， l=50mm，S=12mm， D=23mm。导向销前端倾斜角度为10。配套的螺母尺寸：d=M16， c=0.8mm，dM=22.5mm，e=26.75mm，m=14.8mm， s=24mm，尺寸结构见图15。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
13、作台上台面上的T型槽相对应。因模底板平均轮廓尺寸(A0+B0) /2500mm，查得模底板铸铁固耳尺寸：h=20mm， h1=h+5mm， a=8mm， A=30mm， L=50mm， L1=70mm，b=15mm，b1=25mm，R=10mm，如图15所示。紧固耳数为4。 图15. 紧固耳结构示意图4.5.4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上的形式见图纸所示。定位销类型选择不淬硬钢圆柱销。定位销不穿透模
14、样装配在模底板，查得，R取(1.52) d，定位销中心到铸件上边缘距离A可取R， d可取0. 75t=3.75mm。(3)模样在模底板上的紧固方式为了模样和底板的定位和紧固，在现成凸缘或凸耳上设置定位销孔，紧固螺纹孔。采用螺栓紧固时用的是下固定法。螺栓的个数及分布见图纸。单面模样在模底板上的紧固有2处用45号钢全螺纹六角螺栓。螺栓尺寸为M8X25，如图16。 图16. 模样的固定方式和定位方式4.6、芯盒的设计4.6.1材料的选择芯盒是制芯工艺过程中所必须的工艺装备，为了提高砂芯精度和芯盒的耐用性，采用金属芯盒，铝质，ZL104 。4.6.2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
15、。4.6.3芯盒内腔尺寸的确定芯盒内腔尺寸=（零件尺寸工艺尺寸）（1+零件材料的铸造收缩率）。砂芯直径D=34.3mm，砂芯长度L=53.0mm。4.6.4芯盒主体结构的设计根据芯盒的平均轮廓尺寸（A+B）/2，及芯盒材质来决定壁厚。本工艺的芯壁较小，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17所示。定位销的结构尺寸如图18所示，与定位销套的装配示意图如图19所示。图17. 定位销套结构尺寸图18. 定位销结构尺寸图19. 定位销与定位销套装配示意图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，上螺母用来併紧下螺母。此装置
16、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20所示，与其配合的垫片如图21所示。图19. 芯盒夹紧装置图20. 垫片示意图4.6.5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、参考文献1 联合编写组.砂型铸造工艺及工装设计.北京.北京出版社, 19802 李希晨主编.铸造工艺及铸件缺陷控制.北京. 化学工业出版社, 20053 李宏英,赵成志主编.铸造工艺设计.北京.机械工业出版社，20054 冯秋官主编.工程制图.北京. 机械出版社，2006
