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蓋鑄造工藝設計說明書 1鑄件結構工藝性分析 1.1鑄件基本情況： 鑄件材料為ZG310—570，鑄件屬半圓環(huán)厚壁零件，最大直徑780mm,最小直徑490mm,加工后最大壁厚210mm，最小145mm，加工后凈重238Kg，鑄件尺寸精度CT14，質量需符合GB/T6414—1999標準，允許深度不大的短小裂紋補焊，加工面不允許有肉眼看見的縮孔、縮松和裂紋等缺陷。 鑄件屬于中型鑄件，屬單件小批量生產性質類型。 根據(jù)零件三視圖，畫出鑄件三維圖如圖1-1所示。 圖1-1 鑄件三維圖 1.2鑄件結構工藝性分析 1.2.1鑄件壁厚的合適性分析 鑄件壁過薄，鑄件將產生澆不足、冷隔、澆注流痕等鑄造缺陷，鑄件壁過厚，將使鑄件由于冷卻過慢晶粒粗大，也影響鑄件的機械性能，因此對于一個具體的鑄件，根據(jù)其材料與鑄造方法，必須有一個最小臨界壁厚才能保證其鑄造工藝的實施。由于零件屬單件小批量生產類型，因此適宜的鑄造方法為砂型鑄造，根據(jù)材料的類型與鑄件最大尺寸，查閱資料[1]，從鑄件尺寸來看，臨界壁厚必須小于39mm，而本鑄件最小壁厚為145mm，遠遠大于臨界壁厚，所以本鑄件屬厚壁件，因此在鑄造過程中應想法使金屬液快速冷卻。 1.2.4鑄件壁的連接過渡圓角 鑄件的過渡圓角過小，將使連接處產生較大的鑄造應力，并有可能造成鑄件開裂，對于本鑄件來說，鑄件尺寸大，鑄件收縮亦大，從而鑄造應力更大，鑄件壁連接轉角更易開裂，因此對鑄造圓角的大小進行分析具有重要意義。 從圖1-2可知，其過渡圓角查閱資料[2]可知，鑄造合適的圓角應在R50較為合適，本鑄件的過渡圓角在圖中為R20，此處圓角過小，易在此處產生較大的鑄造應力，導致鑄件在此處開裂，因此，與廠家協(xié)商后，鑄造工藝設計中按鑄造圓角R50進行設計模樣與芯盒。 1.3鑄件可能產生的鑄造缺陷 本鑄件屬于中型半圓環(huán)厚壁鑄件，對于此類鑄件，鑄件由于壁太厚，鑄造完成后容易使晶粒粗大，以至于達不到廠家所要求的力學性能，為消除與防止這些缺陷的產生，鑄件除快速澆注外，還需采用加冷鐵等方法方法。 二．鑄件整體工藝方案設計 1.鑄造工藝方法選擇 本鑄件為中型鑄鋼件，屬于單件小批量，因而只能采用砂型鑄造，因水玻璃砂無論從環(huán)保、成本及鑄件質量來說，在所有砂型種類中綜合性能比較好，并且對鑄鋼件來說，抗粘砂性能也很好，因此本鑄件整體采用水玻砂造型最為合適，考慮到鑄件屬于中型鑄件，厚壁也比較大，型砂與金屬液接觸的時間較長，粘砂趨向嚴重，因此鑄型表面浸涂鋯英粉酒精涂料2mm左右。 2.鑄件澆注位置 本鑄件采用滴注式澆筑。 圖2-1 鑄件澆注位置 3.分型面確定 根據(jù)分型面選擇原則，盡可能使鑄件處于全部一個砂箱考慮，將分型面設置在下表面，這樣設置不僅分型面為平面，而且鑄件全部處在上砂箱，鑄件精度定位高，這樣造型、合箱等均較為方便。分型面設計如圖2-2。 圖2-2 鑄件分型面 4.砂箱中鑄件數(shù)量及排列 本鑄件尺寸較大，質量也大，澆注過程中所需鐵水多，如再考慮一箱多件，不僅鑄造生產操作不便，生產也不經(jīng)濟，鑄造過程報廢風險也大，因此本鑄件采取一箱一件原則，吃砂量根據(jù)鑄件重量及鑄件大小考慮，查表[4]確定吃砂量為400mm。 三、鑄造工藝參數(shù)確定 1.鑄件尺寸公差 本鑄件屬于單件小批量生產的砂型鑄造，對于單件手工造型的鑄鋼件生產，國家標準規(guī)定鑄造精度在CT13—15范圍內，本鑄件要求鑄造精度在CT14級，精度要求合適，為提高鑄件精度，除了精確考慮鑄件收縮外，但為了提高鑄件精度，應重點考慮模具結構及模具材料，同時鑄型要用高強度型砂，為此本鑄件采用整體模樣，呋喃樹脂自硬砂造型。 2.鑄件重量公差 本鑄件重量不影響其質量及使用功能，重量公差不考慮，只要其尺寸在范圍內即可，因此重量公差根據(jù)按MT14控制。 3.機械加工余量 根據(jù)GB/T6414-1999機械加工余量標準規(guī)定，本鑄件加工余量等級為G~K范圍，考慮到鑄件鑄造精度不是太高，精度按J控制，鑄件加工后最大尺寸210mm，查表[5]加工余量為10mm，因此鑄件的下表面加工余量為10mm，上表面由于有冒口及其它鑄造缺陷存在，精度降低一級，按K級考慮，加工余量為14mm，鑄件上的孔都處于側壁，考慮到孔尺寸小，實際定位尺寸也小，鑄造工藝又處于高精度控制思想控制，因處孔的加工余量按G級最高精度確定加工余量較為合理，其加工余量為8mm?？椎呐_階面雖也為加工面，但其實只需表面平整利于擰緊螺帽就行，如圖3-1為孔的螺母擰緊面。這個面的尺寸精度要求不高，只需加工后平整就行，因此孔的擰緊面確定3mm加工余量。 4.鑄件收縮率 本鑄件屬于自由收縮，這里查表得收縮率為2.0% 5.模樣起模斜度 由于鑄件是單件小批生產，模樣采用木模結構，根據(jù)鑄件澆注位置與分型面設置，鑄件全部處于上箱，因而模樣全部在上箱，鑄件高度為210mm，模樣高度比鑄件高度加放一個收縮量，因此模樣高度為252mm，按自硬砂木模造型查表[7]，起模斜度為030′，即0.5。起模斜度方向為加大法 7.不鑄出結構 根據(jù)鑄造工藝理論，需要加工的孔與槽只有在尺寸大于一定值時才鑄出，其最小鑄出尺寸根據(jù)鑄造工藝類型，鑄造合金種類，鑄件壁厚大小及孔、槽的深度或長度有關，根據(jù)孔長度及壁厚查找碳鋼件的最小鑄出孔[9]，可知最小鑄出孔為100mm，本鑄件的加工孔在放置加工余量后小于這個尺寸，因此本鑄件的孔全部不鑄出，本鑄件的槽，也不鑄出。 8.反變形量 因鑄件為不易變形結構，不考慮反變形量 9.工藝補正量 鑄件的理論收縮與實際收縮的不同，可能影響鑄件孔之間的毛坯距離與加工距離不同，因此鑄件孔的的臺階面需加一個工藝補正量，根據(jù)孔的定位距離與孔臺階半徑，查表[10]，當孔距離在501~1000，凸臺半徑為>25時，工藝補正量為3.5，本鑄件的螺孔臺階直徑為39，，因此工藝補正量按3.5mm計，即將孔臺階的半徑尺寸在制作模樣時根據(jù)原有尺寸加大3.5mm的半徑。 10.分型負數(shù) 本鑄件全部在上箱，鑄件分型面的大小不對其它尺寸造成影響，只影響鑄件下表面的厚度，鑄件下表面為加工面，分面面間隙越大，鑄件上表面加工余量越大，因此在模樣上不考慮鑄件的分型負數(shù)。 11.收縮筋的設計 本鑄件工藝筋設計如圖所示 為一薄板連接鑄件兩腳 補著補正量為10~15 取15 板厚36 如圖 3-1 所示 圖3-1 拉筋 四、砂芯設計 本鑄件為簡單鑄件，不需要砂芯！ 五澆注系統(tǒng)設計 5.1澆注系統(tǒng)類型的選擇 鑄件材料為ZG310—570，鑄件屬半圓環(huán)厚壁零件，最大直徑780mm,最小直徑490mm,加工后最大壁厚210mm，最小145mm，加工后凈重238Kg，因為鑄件采用兩箱造型，鑄件結構簡單，結合鑄件要求及鑄件結構及分型面設置，底注式澆注系統(tǒng)較為合適，故本設計采用底注式澆注系統(tǒng)。 根據(jù)資料[6]，厚壁球墨鑄鐵采用開放式澆注系統(tǒng)，其澆注比為： ∑A內：∑A橫：∑A直﹦1.0:(0.8~0.9):(1.1~1.2) 參照教材及其它資料，確定澆注系統(tǒng)截面計算比例為： ∑A內：∑A橫：∑A直﹦1.0: 0.9: 1.2 5.2澆注系統(tǒng)形式及內澆口位置 根據(jù)根據(jù)澆注系統(tǒng)設計原則以及澆注系統(tǒng)的類型，內澆口開設在鑄件底面，開設薄片式內澆口，內澆口盡量分散，以減少鑄造應力，內澆口不對正砂芯等，本鑄件開設1個直澆道，1個總橫澆道，2個分橫澆道，2個內澆口?？紤]到本鑄件是小型件，且澆注高度比較低，直澆道、橫澆道及內澆道均采用木模造型，內澆口采用楔形式，造型時也由木模成型。 鑄件澆注的布置形式如圖5.2所示。 5.3 澆注載面比計算 澆注系統(tǒng)的計算根據(jù)鑄造工藝手冊第三版中引入的大口出流理論計算公式，其內澆口計算公式為： （5-3） 公式中：——鑄件重量（Kg） t——鑄件澆注時間（秒） ——內澆品出口處的平均壓頭（cm） 內澆口出口處的平均壓頭與傳統(tǒng)計算平均壓頭的關系為： （5-4） 公式中：——直澆道斷面與橫澆道斷面之比，則為4/3 ——直澆道斷面與內澆道斷面之比，則為6/5 傳統(tǒng)平均壓頭的計算公式為： (5-5) 式中：——內澆口到澆口杯的高度，也就是直澆道+澆口杯的高度 P——內澆口到型腔頂面的距離 C——型腔高度 由于鑄件高度為210mm，所以C=21cm，由于鑄件為底注式，P=C。 澆注最小剩余壓頭根據(jù)鑄件的大小、壁厚及合金種類查資料[6]計算，根據(jù)直澆道到離鑄件最遠距離及壓力角計算 （5-6） 式中：L——直澆道到鑄件最遠水平距離，根據(jù)澆注系統(tǒng)布置與鑄件長度，按60cm計 算 α——壓力角，查表為6~7 計算得到 H M≥Ltanα﹦60tan 7﹦7.36(cm)，取整數(shù)， 得H M﹦8(cm) 則：H0﹦型腔高度+HM﹦29（cm） 代入公式（5-5）計算得到： Hp﹦18.5（cm） 代入公式（5-5）得到 hp﹦6.35（cm） 根據(jù)鑄件重量查鑄鋼澆注時間[6]為15秒，根據(jù)型腔高度45及澆注時間得到型腔中液面平均上升高度為： V﹦21/15﹦1.5(cm/s) 根據(jù)資料[6]，液面上升速度與鑄件壁厚的關系，得本鑄件最小液面上升速度為0.8~2.0cm/s，因此澆注時間合適。 根據(jù)鑄件三維零件圖，鑄件毛重為238Kg，將澆注時間與內澆口平均壓頭代入公式（5-3）得內澆道總面積為： ∑A內﹦7.56cm2 根據(jù)截面比計算，直澆道與橫澆道總截面積為： 9.1 6.9