拔叉铸造工艺设计说明书

1、工学硕士学位论文PAGE IIPAGE I铸造工艺课程设计说明书设计题目拔叉铸造工艺设计学 院年 级专 业学生姓名学 号指导教师工学硕士学位论文铸造工艺课程设计说明书PAGE IIPAGE 30 DATE yy-M-d 21-11-4 DATE yy-M-d 21-11-4目 录 TOC o h z HYPERLINK l _Toc59659131 1 前 言 PAGEREF _Toc59659131 h 1 HYPERLINK l _Toc59659132 1.1 本设计的目的、意义 PAGEREF _Toc59659132 h 1 HYPERLINK l _Toc59659133 1.2

2、零件结构特点分析 PAGEREF _Toc59659133 h 1 HYPERLINK l _Toc59659134 1.3 零件铸造工艺性分析 PAGEREF _Toc59659134 h 2 HYPERLINK l _Toc59659135 1.4 铸件材质特点 PAGEREF _Toc59659135 h 2 HYPERLINK l _Toc59659136 2 设计方案 PAGEREF _Toc59659136 h 4 HYPERLINK l _Toc59659137 2.1 造型材料的选择 PAGEREF _Toc59659137 h 4 HYPERLINK l _Toc596591

3、38 2.2 浇注位置的选择 PAGEREF _Toc59659138 h 5 HYPERLINK l _Toc59659139 2.3 分型面的选择 PAGEREF _Toc59659139 h 6 HYPERLINK l _Toc59659140 3 铸造工艺参数的确定 PAGEREF _Toc59659140 h 8 HYPERLINK l _Toc59659141 3.1 铸件尺寸公差 PAGEREF _Toc59659141 h 8 HYPERLINK l _Toc59659142 3.2 铸件重量公差 PAGEREF _Toc59659142 h 8 HYPERLINK l _To

4、c59659143 3.3 机械加工余量 PAGEREF _Toc59659143 h 9 HYPERLINK l _Toc59659144 3.4 铸件收缩率 PAGEREF _Toc59659144 h 10 HYPERLINK l _Toc59659145 3.5 起模斜度 PAGEREF _Toc59659145 h 11 HYPERLINK l _Toc59659146 3.6 铸件最小壁厚和最小铸出孔 PAGEREF _Toc59659146 h 12 HYPERLINK l _Toc59659147 4 砂芯的设计 PAGEREF _Toc59659147 h 13 HYPERL

5、INK l _Toc59659148 4.1 砂芯的设计方案 PAGEREF _Toc59659148 h 13 HYPERLINK l _Toc59659149 4.2 砂芯的固定 PAGEREF _Toc59659149 h 13 HYPERLINK l _Toc59659150 4.3 芯头的设计 PAGEREF _Toc59659150 h 14 HYPERLINK l _Toc59659151 5 浇注系统的设计 PAGEREF _Toc59659151 h 15 HYPERLINK l _Toc59659152 5.1 浇注系统的组成及其各自作用 PAGEREF _Toc59659

6、152 h 15 HYPERLINK l _Toc59659153 5.2 浇注时间的确定 PAGEREF _Toc59659153 h 16 HYPERLINK l _Toc59659154 5.3 平均静压头的确定 PAGEREF _Toc59659154 h 17 HYPERLINK l _Toc59659155 5.4 各浇道截面尺寸的确定 PAGEREF _Toc59659155 h 18 HYPERLINK l _Toc59659156 5.4.1 内浇道的设计 PAGEREF _Toc59659156 h 18 HYPERLINK l _Toc59659157 5.4.2 横浇道

7、的设计 PAGEREF _Toc59659157 h 19 HYPERLINK l _Toc59659158 5.4.3 直浇道的设计 PAGEREF _Toc59659158 h 19 HYPERLINK l _Toc59659159 5.5 直浇道窝的设计 PAGEREF _Toc59659159 h 19 HYPERLINK l _Toc59659160 5.6 浇口杯的设计 PAGEREF _Toc59659160 h 20 HYPERLINK l _Toc59659161 6 冒口的设计 PAGEREF _Toc59659161 h 21 HYPERLINK l _Toc596591

8、62 6.1 模数计算 PAGEREF _Toc59659162 h 21 HYPERLINK l _Toc59659163 6.2 实用冒口设计法 PAGEREF _Toc59659163 h 21 HYPERLINK l _Toc59659164 7 铸造工艺装备设计 PAGEREF _Toc59659164 h 23 HYPERLINK l _Toc59659165 7.1 模样 PAGEREF _Toc59659165 h 23 HYPERLINK l _Toc59659166 7.2 砂箱 PAGEREF _Toc59659166 h 24 HYPERLINK l _Toc59659

9、167 7.2.1 砂箱尺寸设计 PAGEREF _Toc59659167 h 24 HYPERLINK l _Toc59659168 7.3 芯盒设计 PAGEREF _Toc59659168 h 25 HYPERLINK l _Toc59659169 7.3.1 芯盒的类型和材质 PAGEREF _Toc59659169 h 26 HYPERLINK l _Toc59659170 7.3.2 芯盒的材质 PAGEREF _Toc59659170 h 26 HYPERLINK l _Toc59659171 7.3.3 芯盒的结构设计 PAGEREF _Toc59659171 h 26 HYP

10、ERLINK l _Toc59659172 8 结 论 PAGEREF _Toc59659172 h 28 HYPERLINK l _Toc59659173 9 致谢 PAGEREF _Toc59659173 h 29 HYPERLINK l _Toc59659174 参 考 文 献 PAGEREF _Toc59659174 h 30 前 言 本设计的目的、意义铸造是将通过熔炼的金属液体浇注铸型内，经冷却凝固获得所需形状和性能的零件的制作过程。本课题主要通过对回转盘进行铸造工艺设计的基础上，试图在里面找到最佳的设计方案，使我们对铸造工艺设计有着更深层次的了解，为我们以后的工作打下坚实的基础，同

11、时可以提高我们分析问题与解决问题的能力，使我们在现实生活中遇到问题时可以在短时间内发现并解决它。合理的运用铸造工艺设计，可以更好的保证铸件的质量，同时提升生产效率，降低使用成本，更好的避免一些不必要的缺陷，也可以使我们的操作规范，最大程度的保证了我们的人身安全。通过此次铸造工艺设计也可以更好的了解我们之前所学习过的课程，例如CAD、PRO/E等一些绘图软件，还可以让我们了解一些之前所学习不到的新内容，新方法。同时可以更好的提高我们寻找文献的能力，学到许多新的技术。零件结构特点分析从零件图和技术要求可知，拔叉的材质为HT200，轮廓尺寸为725*500*200mm，其左右结构对称，上下结构和前后

12、结构也比较对称，拨叉的内部结构相对简单，壁厚均匀，零件的主要壁厚为40mm,最大壁厚为67.5mm，最大孔径为400mm,最小孔径为30mm。拔叉主要用于汽车变速箱上,与变速手柄相连,位于手柄下端,拨动中间变速轮,使输入/输出转速比改变。生产性质是中型零件，单件小批量生产，砂型铸造。零件的技术要求：铸件不许有冷隔,缩松,砂孔等缺陷;未注倒角C5;未注铸造圆角R5-15;铸件质量124kg;铸件材质为HT200，热处理状态为T5；化学成分：符合GB/T 1173-1995规定；力学性能：试样力学性能满足GB/T 1173-1995；铸件尺寸公差等级符合GB/T 6414-1999 CT10要求。

13、零件的3D图如图1-1所示。图1-1 零件的三维图 零件铸造工艺性分析零件结构的铸造工艺性是指零件的结构应符合铸造生产的要求，易于保证铸件品 质，简化铸件工艺过程和降低成本。审查、分析应考虑如下几个方面：零件的最小壁厚为40mm，查询铸造手册表格，根据轮廓尺寸730mm对于砂型铸造HT200的最小壁厚为56mm，故该零件满足最小壁厚的要求。 铸件材质特点该件的材质为HT200，零件质量124kg。从铸造性能上说，灰铸铁流动性较好，收缩率 较小，需进行人工时效处理；HT200合金的强度、耐磨性、耐热性均较好，铸造性能较 优减振性良好，使用时有充分的强度和刚性，价格便宜。其物理性能、化学成分和力学

14、性能分别如表1-1，1-2，1-3所示。表1-1 HT200的物理性能合金牌号密度/gcm-3HT2007.15 g/cm表1-2 HT200化学成分（%）CSiMnSP3.03.61.42.00.61.000.1200.15表1-3 HT200 力学性能表抗拉强度b硬度200Mpa163255HB设计方案 造型材料的选择基于铸件的生产批量、铸件材料、尺寸、精度及技术要求等综合考虑，采用木模和手工造型，造型材料采用呋喃树脂砂。呋喃树脂自硬砂工艺以其铸件质量好、废品率低而著称。与粘土湿型砂和水玻璃砂相比，高温强度和耐冲刷性较好，发气量小，粘结强度大，铸件的表面质量好，落砂性能好，旧砂易再生。由于

15、树脂砂流动性好易紧实，强度好（24h抗拉强度可达1.31.6MPa）且易溃散（残留强度约为 0.2MPa），故此次采用树脂砂造型。近几年，树脂砂发展较快的为呋喃树脂自 硬砂、碱性酚醛树脂自硬砂、PEPEST 自硬砂。下表2-1为三种砂子性能对比：表2-1 三种树脂砂性能对比树脂砂种类呋喃树脂砂碱性酚醛树脂自硬砂PEPEST 自硬砂优点树脂加入量少，粘结强度大，耐热性好，铸件的表面质量好，落砂性能好，旧砂易再生。树脂中不含 N、P、S元素，高温下有二次硬化现象，裂纹倾向比呋喃树脂砂小，落砂清理性能好。树脂砂可使用时间长， 型砂流动性好，可用于射砂制 芯 ， 硬化速度 快，落砂性能好，裂纹倾向小，

16、 旧砂再生较容易。缺点造型浇注时有刺激性气味（有害气体），劳动环境差，高温型砂退让性差，发气量大。型砂强度比呋喃树脂砂低，树脂加入量较高，成本较呋喃树脂砂高，旧砂再生较呋喃树脂砂困难 。脂加入量高，成本较呋喃树脂砂高，制芯时有有毒气体放出，作业环境差，含 N 量高，易产生缺陷。考虑到灰铸铁件容易出现铸件表面质量差，尺寸精度不高等问题，而影响铸件质量，所以型砂应具有较好的溃 散性，故本此工艺设计使用呋喃树脂自硬砂。具体成分如下表2-2所示：表2-2 砂子成分原材料名称旧砂（%）新砂（%）树脂（%）固化剂（占树 脂%）抗拉强度（MPa）型砂406535601.51.7300.40.7浇注位置的选择

17、浇注系统位置的选择就是选择将金属液引进入型腔的位置和考虑怎样安排浇冒口系统以到达有效的充满型腔和控制铸件的凝固过程。浇注位置在很大程度上着眼于控制铸件的凝固。浇注位置的确定应遵循以下原则：浇注时主要加工表面，主要工作面和受力面应尽量放在底部和侧面，以防止产生砂眼，气孔，夹渣等缺陷。对于凝固体收缩较大的铸件合金，应满足顺序凝固的原则，铸件厚实部分应尽可能置于上方，利于冒口补缩。应有利于砂芯的定位，固定和排气，尽量避免摽芯和悬臂砂芯。大平面应置于下部或倾斜位置，以防夹砂等缺陷,有时为了方便造型，可采用“横做立浇”“平做立浇”的方法。铸件的薄壁部分应置于铸件的底部或侧面，以防浇不到冷隔等缺陷。在大批

18、量生产中，应使铸件的飞翅，毛刺最少与易于清除。.要避免厚实铸件冒口下面的受力面产生偏析。尽量使冒口置于加工面上，以减少铸件清理工作量。根据浇注位置的选择原则和本铸件综合考虑，采用浇注位置为分型面（中间）注入式。金属液经过开在分型面上的横浇道和内浇道进入型腔。也就是对于分型面以下的那部分是顶注，而对于分型面以上的那部分则为底注，故部分兼有顶注和底注的优点。由于内浇道在分型面上开设，就能方便地按需作出布置，有利于控制金属液的流量分布和铸型的热分布，对形状复杂的铸件十分有利。这种浇注系统应用很普遍，适用于中等重量、高度不大、中等壁厚的铸件。分型面的选择分型面是指上半铸型和下半铸型的分界面,它往往也是

19、模样的分模面。在确定铸件分型面的同时，实际上也确定了铸件在砂箱中的位置(即浇注位置),因此，分型面的选择对铸件的质量和整个生产过程影响很大，是铸造工艺是否合理的关键问题之一。分型面的选择应尽量与浇注位置一致，尽量使两者协调起来，使铸造工艺简便，并易于保证铸件质量。充分分析零件的结构从而选择出最佳的分型面，可以极大的简化铸造工艺、节约劳动成本，增强生产的效率，在提升铸件质量方面起到关键作用。选择分型面需要符合以下要求： (1)尽可能使铸件全部或大部置于同一箱内，以减少错型带来的尺寸偏差保证铸件尺寸精度，便于造型和合型操作。(2)在合理的情况下，尽可能的的降低分型面的数目，最好只有一个分型面，可以

20、方便造型、合型等工艺。(3)分型面的选择一般情况下应该选择平面，分型面选择平面可以极大地简化造型总作以及模底板的制作，可以确保铸件的精度。铸件结构特殊的情况下，为了方便工艺设计可以选择曲面。(4)应尽量把铸件加工定位面和主要加工面放在同一箱内，减少加工定位尺寸的偏差。(5)尽可能使铸件浇筑后的清理工作能够方便容易。根据拨叉的结构特点确定了以下表2-3中两种分型面分型方案。表2-3 两种分型面分型方案分型面方案分型面方案1方案2方案一：拨叉从表中可以看到具有二条对称中心线，所以分型要做成阶梯分型，分型面不是平面，这将会极大地增加造型过程的工作量和工作难度；方案二：有以下几个优点：（1）分型面位于

21、同一个平面且在铸件最大断面处，造型时相比阶梯面更加的简单方便；（2）在同一平面可以方便起模，保证铸件质量；综合上述二种方案的优缺点比较，可以确定分型面依据上述方案二。铸造工艺参数的确定铸件尺寸公差铸件尺寸公差是指铸件公称尺寸的两个允许极限尺寸之差。公差就是最大极限尺寸与最小极限尺寸代数和的绝对值。铸件尺寸保持在两个允许的极限尺寸之内，就可以满足加工、装配和使用的要求。根据铸件的材质为HT200，砂型种类为树脂砂，查询表格3-1（铸造手册第五卷铸造工艺）得，该件的尺寸公差等级取为CT12级。表3-1 小批和单件生产铸件的尺寸公差等级（摘自GB/T6414-1999）方法造型材料公差等级铸钢灰铸铁

22、球墨铸铁可锻铸铁铜合金轻金属合金镍基合金钴基合金砂型铸造手工造型粘土砂13151315131513151315111313151315化学黏结剂砂12141113111311131012101212141214根据铸件的技术要求，铸件尺寸公差应符合 GB/T 6414 的 CT11-12 级规定，查阅手册即下表3-2得：表3-2 铸件尺寸公差（mm）铸件基本尺寸铸件尺寸公差等级CT12CT132504009124006301014根据铸件的尺寸，铸件尺寸公差值取10mm。铸件重量公差铸件的重量公差定义为以占铸件公称重量的百分率为单位的铸件重量变动的允许值。所谓公称重量是包括加工余量和其他工艺余

23、量，作为衡量被检验铸件轻重的标准。根据铸件的材质为HT200，砂型种类为树脂砂，查询表格3-3得，该件的重量公差等级取为MT12级。表3-3 小批和单件生产铸件的重量公差等级造型材料公差等级CT铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金轻金属合金干、湿型砂131513151315131513151113自硬砂121411131113111310121012根据铸件的技术要求，重量公差按 GB/T 11351 的同等级规定执行，查阅手册即下表3-4得：表3-4 铸件重量公差等级（%）铸件重量铸件重量公差等级CT11CT124010012141004001012根据铸件的重量为124kg，铸件重量公差值取1

24、2。机械加工余量铸件为保证其加工面尺寸和零件精度，应有加工余量，即在铸件工艺设计时预先增加的，而后在机械加工时又被切去的金属层厚度，称为机械加工余量，简称加工余量。机械加工余量值由精到粗共分为十个等级：A、B、C、D、E、F、G、H、J 和 K，根据 ISO 8062 所要求，不同的铸造方法所采用的机械加工余量下表3-5所示。表3-5 灰铁铸件的加工余量等级方法砂型铸造手工造型砂型铸造机器造型和壳型机械加工余量等级FHEG由上表可知采用砂型铸造机器造型时，加工余量等级为 EG，本方案选取为G级，机械加工余量值应根据最终机械加工后成品零件的最大轮廓尺寸和相应的的尺寸范围选取。本零件的最大轮廓尺寸

25、为725mm，查询表格3-6得，该件的加工余量确定为7mm。表3-6 要求的铸件机械加工余量（RMA）（摘自GB/T6414-1999）（单位：mm）最大尺寸要求的机械加工余量等级ABCDEFGHJK400.10.10.20.30.40.50.50.711.440630.10.20.30.30.40.50.711.42631000.20.30.40.50.711.422.841001600.30.40.50.81.11.52.23461602500.30.50.711.422.845.582504000.40.70.91.31.42.53.557104006300.50.81.11.52.23

26、4691263010000.60.91.21.82.53.5571014铸件收缩率铸造收缩率的定义为：K=（式3-1）式3-1中 ：LM模样（或芯盒）工作面的尺寸； LJ铸件尺寸。铸造收缩率与铸造合金种类、浇冒口系统结构、铸件结构、铸型种类（含砂型和砂芯的退让性）等因素有关。铸造合金从凝固状态转变为固态会产生收缩；合金的成分与其含 量不同，其收缩率同样会发生变化，这是铸造合金的特性。浇冒口结构阻碍收缩，铸件结 构的复杂性，砂型和砂芯的退让性差，都会阻碍到铸件由液态变为固态的收缩。本铸件属于壁厚较薄结构复杂的铸件，且用树脂砂造型，铸件的收缩阻较大，因而其线收缩率较小。查询下表3-7得，选取该件的

27、线收缩率为1%。表3-7 灰铸铁的收缩率铸件种类收缩率受阻收缩自由收缩灰铸铁中小型铸件0.81.00.91.1大中型铸件0.70.90.81.0特大型铸件0.60.80.70.9特殊的圆长度方向0.70.90.81.0筒形铸件直径方向0.50.60.60.8起模斜度当铸件本身没有足够的结构斜度，应在铸件设计或在工艺设计时给出铸件起模斜度，以保证铸型的起模。起模斜度可采取增加铸件壁厚、增减铸件壁厚或减少铸件壁厚的方式来形成。在铸件上加起模斜度，原则上不应超出铸件的壁厚公差要求，查下表3-8得：表3-8 起模斜度（JB/T5105-1991）测量面高度h/mm自硬砂造型时，模样外表面的起模斜度起模

28、斜度（木模样）a/mm1001600402.01602500352.6选用模样拔模斜度，原则上不应超过铸件的壁厚公差要求即可，根据自硬树脂砂造型，最终确定 =035，a=2.6mm。铸件最小壁厚和最小铸出孔合金的流动性、铸件的轮廓尺寸和铸造方法，决定了合金液的充型能力。为了避免铸件浇不到和冷隔缺陷，应要求铸件壁厚应不小于最小壁厚。最小铸出孔和槽的尺寸，和铸件的生产批量、合金种类、铸件大小、孔处的铸件壁厚、孔的长度和直径有关，。 根据铸造工艺手册，查 3-69 灰铸铁不铸出孔直径表，由于本铸件为单件小批生产，最大孔径为400mm,最小孔径为30mm，由下表3-9可知。表3-9 不铸出孔大小（mm

29、）生产批量不铸出孔直径大量生产1215成批生产1530单件或小批生产3050故本零件上孔选择铸造出。砂芯的设计砂芯的功用是形成铸件内腔、孔和铸件外形不能铸出砂的部位。砂型局部要求特殊性 能的部分，有时也用砂芯。对砂芯的要求主要是：砂芯的形状、尺寸以及在砂型中的位置均应保证铸件的形状和尺寸符合要求。具有足够的强度和刚度。在铸件形成过程中砂芯所产生的气体能及时排出型外。铸件收缩时的阻力小，容易清砂。砂芯的设计方案砂芯设计原则如下： 尽量减少砂芯数量，复杂砂芯才分块制造。 选择合适的砂芯形状。 便于下芯、合型。对于本次设计的零件拨叉，采用树脂自硬砂制芯，涉及不到砂芯的烘干。砂芯可以帮助铸件成型、确保

30、铸件精度的关键因素。分析铸件的结构，因为该铸件为对称结构，铸件的尺寸较大，需要做一个砂芯。砂芯的固定砂芯放置在沙箱中需要固定在合理的位置，保证砂芯在金属液的冲击下不可以发生偏移和损坏，而且砂芯在金属液体的浮力作用下不可以发生浮动。由于拨叉的砂芯使用树脂自硬砂，所以制出的砂芯会有很高的强度，不容易发生损坏。砂芯在沙箱中发生偏移或者浮动，铸件将会容易产生一些损坏、缺失甚至发生较严重的变形从而导致铸件作废，因此，必须保证铸件的砂芯在砂型之中的位置足够的牢固。砂芯有两个垂直芯头可以确保砂芯在型砂中牢牢固定，不发生移动。因为铸件的内腔较简单，在整个砂芯的固定中无需采用芯撑等结构。芯头的设计芯头是伸出铸件

31、型腔以外的砂芯一部分，它可以起到定位砂芯的作用。根据拨叉的型腔结构，设置两个垂直芯头。垂直芯头：根据铸造工艺手册5表（3-83）因为L=200mm，D=125mm，取间隙S=2.5，H垂直=50mm。浇注系统的设计浇注系统是铸型中液态金属流入型腔的通道，主要由浇口杯、直浇道、横浇道、和内浇道 4 个部分组成。浇注系统设计的合理与否对铸件质量影响很大，大约 30%的铸件废品是由于浇注系统设计不当导致的。设计时应根据铸件的结构特点、合金种类、技术要求合理地设计浇注系统。设计浇注系统应遵守以下原则：1）金属液的充型过程中应控制金属液的流动方向和速度，尽可能使金属液平稳，连 续地充满型腔；2）在合适的

32、时间内充满型腔，避免形成夹砂、冷隔、皱皮等缺陷，保证铸件轮廓清 晰、完整；3）调节铸型内的温度分布，有利于强化铸件的补缩、减少铸造应力，防止铸件出现 变形、裂纹等缺陷；4）浇注系统应具备挡渣、溢渣、净化金属液的能力；5）浇注系统应该结构简单、可靠、减少金属液的消耗，且便于清理。 浇注系统的组成及其各自作用工艺常用的浇注系统大多由浇口杯(浇口盆或外浇口)、直浇道、横浇道、内浇道等部分组成。其各自作用分别为: 浇口杯:承接金属液，避免金属液飞溅，并将其导入直浇道，防止液流直接冲入直浇道。一般浇口杯容积较大，当储存有足够的金属液量时，还可以减少或消除在直浇道顶面产生水平旋涡，防止熔渣、夹杂物和气体卷

33、入直浇道的危险。 直浇道:引导浇口杯中的金属液进入横浇道，建立起足够的压力头,将金属液在重力作用下克服流动阻力，及时充满型腔和防止铸件产生侵入性气孔。横浇道:除了将金属液引入内浇道外，主要是撇渣(浇口杯往往起不到很好的撇渣作用)。因此，它应有-定的高度和长度。封闭式浇注系统一般要求横浇道为窄、高形的横截面，它的高度应为内浇道高度的4- 6倍，以使内浇道的吸动作用达不到横浇道的顶面，避免将浮渣吸入铸件。横浇道的末端长度应距最后一道内浇道的距离不少于75mm。内浇道:控制金属液流入型腔的速度和方向，调节铸件各部分的温差。另外,浇注系统还有浇口窝组成。对金属液具有缓冲作用，能缩短直-横浇道拐角处的紊

34、流区，改善横浇道内的压力分布。其底部要放干砂芯片或耐火砖块，可防止冲砂。本设计则采用中间注入封闭式浇注系统。浇注时间的确定浇注时间对铸件质量有重要影响，而合适的浇注时间与铸件结构、铸型工艺条件、合金种类与选择的浇注系统等有关；本设计采用以下公式计算浇注时间：（式5-1）式中 ：t浇注时间（s）S系数G铸件或浇注金属质量G：型内金属液重量，由3D数模测得，铸件重GC=124kg，工艺出品率查询表格5-1取为75%，故Gl=124/0.75=166kg；表5-1 铸铁件工艺出品率（%）铸件重量/kg大量流水生产成批生产单件小批生产1000-85908090S：系数由铸造工艺手册表5-2所得，S=1

35、.9。表5-2 系数S和铸件壁厚的关系铸件壁厚4080系数S1.11.41.71.9最后代入数据求得浇注时间t=6s浇注时间的校核，金属液在型腔内的上升速度Vl可以根据公式5-2算得V（式5-2）式中：VL型内液面上升速度（cm/s）hc铸件在浇注位置时的高度（cm）t浇注时间（s）将hc=20cm，t=6s，带入公式得，Vl=3.3cm/s根据基本壁厚查询表格5-3可得，金属液的最小上升速度应为0.81.0。故浇注时间t=6s设计合理，不需要修正。表5-3 最小液面上升速度与铸件壁厚关系铸件壁厚mmVL/cm*s-140,水平位置浇注0.81.040,上箱为大平面2.03.010401.02

36、.04102.03.01.54310平均静压头的确定对于中间注入封闭式浇注系统，平均静压力头的计算公式为5-3：式中：H0内浇道以上金属液压头，即内浇道至浇口杯液面的高度（cm）C内浇道以上的铸件的高度（cm）代入数据H0=40cm，C=20cm，求得平均静压力头HP=37.5cm。各浇道截面尺寸的确定按阻流断面设计法确定阻流面积为公式5-4：A（式5-4）式中：A阻阻流截面面积(cm2）； GL型内金属液总重量,取 166kg； 流量损耗系数取 0.50； t浇注时间为6s；HP平均静压力头为37.5cm； 代入公式得 A阻=3.7cm。为了提高挡渣能力，使充型平稳，让金属液的消耗降低，我们

37、在设计浇注系统时采用封闭式浇注系统，各组元面积比例如下： A直：A横：A内=1.15:1.1:1 ，可得A横=4.025cm2；A直=4.4cm2。内浇道的设计内浇道是引导金属液平稳地流入型腔，控制充型速度和方向，调节铸件各部位的温差和凝固顺序，对铸件质量有较大影响。本次方案中F内 = 3.7cm2 ，故 F内 =3.7 cm2，由于整个浇注系统有两个内浇道，所以得到内浇道截面积为1.875 cm2。中型铸铁件一般选择截面为扁平平面的内浇道。根据铸造手册5表3-189，a=50mm,b=40mm,h=25mm,内浇道尺寸如图5-1所示：图5-1 内浇道尺寸横浇道的设计根据铸造手册5表（3-17

38、8），确定A横=4.025cm2。查铸造工艺手册5表（3-187）,得a=65mm,h=70mm,b=50mm，横浇道尺寸如图5-2所示。图5-2 横浇道尺寸直浇道的设计本次设计选取圆锥形直浇道，因为圆锥形直浇道模制造容易、造型方便，所以适用于中型铸件，图5-3即为直浇道尺寸。图5-3 直浇道尺寸直浇道窝的设计金属液对直浇道底部有强烈的冲击作用，并产生涡流和高度紊流区，常引起冲砂，渣孔和大量氧化夹杂物等铸造缺陷。设置直浇道窝可改善金属液的流动情况。浇口窝常做成半球形、圆锥台等形状。浇口窝直径为直浇道下端直径的1.42.0倍，高度为横浇道直径的两倍。本次设计的浇口窝直径取d=1.575=110m

39、m。浇口杯的设计浇口杯是承接来自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢出，便于浇注；减轻液流对型腔的冲击；分离熔渣和气泡，阻止其进入型腔，增加充型的压力头。浇口杯分为漏斗形和池型两大类，漏斗形浇口杯挡渣效果差，但结构简单，消耗金属少。池型浇口杯内液体深度大，可阻止水平漩涡的产生而形成垂直旋涡，从而有助于分离熔渣和气泡。本次工艺采用池型浇口杯，根据手册得到下表5-4：表5-4 浇口杯尺寸铸件质量/kg浇口杯尺寸/mm铁液消耗量/kg29AB1HH1daRR1H210020025014090140123815252035冒口的设计冒口的主要作用是贮存金属液，对铸件进行补缩，此外，还有出气和集渣的作用。为

40、了实现这样的目的，设计冒口应遵照以下原则：1)冒口能提供足够的补缩金属液；2)在整个补缩过程中，冒口与铸件被补缩部位存在补缩通道；3)有足够的补缩压力，使补缩金属液能够流到要求补缩的区域；4)冒口的凝固时间应小于铸件被补缩部位的凝固时间，充分利用球墨铸铁的自补缩特 点。冒口设计的主要内容是：选择冒口形状以及安放位置、计算冒口的尺寸。模数计算铸件被补缩部位的体积与散热表面积的比值称为模数用下式表示M=（式6-1）式中：V铸件的体积;A铸件的表面积;利用上述可求得铸件的模数为21.78。实用冒口设计法实用冒口设计法是让冒口和冒口颈先于铸件凝固，利用全部或部分共晶膨胀量在铸件内部建立压力，实现自补缩

41、.该法具有铸件成品率高，铸件质量好，成本低等优点，比普通冒口更实用。查铸造工艺学P207可得实用冒口的种类及适用范围如下图6-1：图6-1 实用冒口的种类及适用范围由于本铸件为HT200，砂型采用干型，根据上面计算所得的铸件模数为21.782.5。故根据上图和实际情况分析采用无冒口补缩法。无冒口铸造是令人感兴趣的高经济效益的方法，只要球铁冶金质量高，铸件模数大，采用低温浇注和紧固的铸型，就能保证浇注型内的铁液，从一开始就膨胀，从而避免了收缩缺陷缩孔的可能性，因而无需冒口。尽管以后的共晶膨胀率较小，但因为模数大，即铸件壁厚大，仍可以得到很高的膨胀内压高达5MPa)，在坚固的铸型内，足以克服二次收

42、缩缺陷。从现代观点看，球瞾铸铁件的无胃口铸造是一种可靠的方法，应大力提倡。在生产中要认真满足下列应用条件:要求铁液的冶金质量好。球铁件的平均模数应在2.5cm以上。当铁液冶金质量非常好时，模数比2.5小的铸件也能成功地应用无冒口上艺。使用强度高、刚性大的铸型，可用干型、白硬砂型、水泥砂型等铸型。上下箱之间要用机械法(螺栓、卡钩等)牢靠地锁紧。要低温浇注,浇温控制在3001350。要求快浇，防止铸型顶部被过分地烘烤和减少膨胀的损失。采用小的扁薄内浇道，分散引人金属。每个内浇道的断面积不超过15nm60rnm。希望尽早凝固完,以促使铸件内部尽快建立压力。铸造工艺装备设计砂型铸造工艺装备是造型，制芯

43、及合箱过程中所使用的模具和装置的总称。包括模样、模板、模板框、砂箱、砂箱托板、芯盒、烘干板、砂芯修整模具、组芯及下芯夹具、量具及检验样板等。对于大批量生产的铸件和批量虽小但重要的产品铸件，应经过试制阶段，证明铸造工艺切实可行后，才进行工装设计。所设计的各种模具应满足铸件要求，加工、使用方便和成本低廉。模样结构设计总的原则是在满足铸造工艺要求的前提下，便于加工制造。特别复杂，难于加工的模样，可采用陶瓷型等精密铸造法铸出。一般金属模应尽量采用机床加工，减少钳工量。(1)模样本体结构类型可参照表选择。平装式结构简单，容易加工，最常用。嵌入式在特殊条件下应用。选定模样结构后，便可依据铸造工艺图确定模样

44、的外形。(2)壁厚及加强筋在保证模样使用寿命和足够强度和刚度的前提下，应尽量减轻模样重量，除了小于50 x50mm或高度低于30mm的薄小铸件以外，都应制成空心结构。平均轮廓尺寸大于150mm的模样设加强筋。图7-1，7-2即为模板图。图7-1 上模板图7-2 下模板砂箱砂箱是砂型的成型和运输工具，其结构和尺寸合理与否，对铸件质量、生产效率、劳动强度有很大的影响。砂箱设计的内容有:选择砂箱类型和材质，确定砂箱尺寸，结构设计，定位及紧固等。设计和选用砂箱的基本原则：满足铸造工艺要求。如砂箱和模样之间应有足够的吃砂量;箱带不妨碍浇冒口的安放、不严重阻碍铸件的收缩;定位装置的公差配合应保证铸件的尺寸精度等。尺寸和结构应符合造型机、起重设备、烘干设备的要求。砂箱的吊轴、吊环、手把和紧固装置要稳定可靠。有足够的强度和刚度，使用中