柴油机进气管铸造设计说明书

1 文字说明与设计步骤 参考资料 一、设计任务及分析： 1105 柴油机进气管净重 3 公斤，才质 HT15-33，生产性质是大批量生产。 柴油机进气管是为柴油燃烧提供空气通道，即它一端与气缸的配气室相连（通过配气阀来控制进气量）。这就要求：一、进气管内壁要光滑，减少进气阻力；二、气管不得有粘砂等物，否则，就会造成气缸磨损、甚至使配气阀失控等严重事故；三、进气管不得有裂纹、夹渣、气孔、夹砂等缺陷，因进气管上承滤清器的重量，加之柴油机振动较大，仍造成进气管损坏而停机。 本零件的主要壁厚为 7mm，是合理的壁厚。虽有局部较 厚之处，如主视图右上部 16 22 处，但由于是 HT15-33，碳当量较高，故对铸件质量及工艺无大影响。此外，零件的结构及圆角连接设计也比较合理。 二、铸造工艺方案的确定与论证： 1、造型造芯方法的选择： 由于零件是大批量生产，故采用生产率高、质量比较稳定的机器造型、造芯来进行生产。造型机选用 Z145A，制芯机选用Z236A。 2、铸型、型芯种类的确定： 铸型种类选用湿型。优点是成本低、生产率高、劳动条件较好，适用于中小件。砂芯选用合脂砂，用以保证零件要求及管内壁光滑，成本也较低。 3、铸件凝固原则、 浇注位置和分型面的选取： 铸件的材质是 HT15-33，零件的壁厚差又较小，因此按同时凝固原则设计。 此零件有两个法兰端面需要加工，为保证加工质量，应将加工面置于浇注位置底面，但因两法兰面不在同一平面而是互成直角，这样两加工面都放在底面是不可能的。若一面放在底面，一 砂型铸造工艺、工装设计 P6 表 1-2 2 文字说明及设计步骤 参考资料 面置于侧面，对铸件质量虽好，却使制芯工作量加大，成本增大，权衡利弊将两加工面均置于侧面，这样 既保证让质量又降低了成本。 分型面的选择如工艺图所示，此分型面起模方便，简化操作（没有活块），砂芯的数量最少，分型面与浇注位置一致。 4、砂箱中铸件数量的确定： 小件在流水线上生产。一般采用通用砂箱，此采用 500 400 150 通用砂箱。查得铸件距砂箱壁最小尺寸为 20mm，铸件间最小尺寸为 30mm，此件的最大外轮廓尺寸为 210 100mm，故一箱内只能安放 4 个铸件，即长度方向 210 2 30 450、宽度方向 100 2 30 230。 5、主要工艺参数的选择： 1)铸造收缩率： 由表查得此件的收 缩率应为 0.9%，考虑此件采用湿型及合脂砂芯，收缩阻力较小，加之零件较小，取收缩率为 1%。 2)铸件精度等级、尺寸、重量及偏差： 查表得铸件尺寸精度是 5-6 级，选 6 级精度，按此精度查得铸件尺寸极限偏差值为 1.5mm,合格铸件允许重量偏差为 5%。 3)机械加工余量： 以铸件的精度等级及公称尺寸查得机械加工余量顶面、侧面为5mm、底面为 3.5mm，由于模具精度较高及冷加工希望减少加工余量（零件精度要求不高），取为 3.5mm。 4)拔模斜度： 此件可查得拔模斜度为 0 45 2之间，去 0 45 1.5 ,均取增厚型的。 6、砂芯设计： 1)砂芯数量及其分割面的确定： 由于一箱四体件，管子（ 56 46）砂芯可采用抛担砂芯， JB2854-80 砂型铸造工艺、工装设计 表 3-24 3 文字说明及设计步骤 参考资料 可以减少芯头长度和防止漂芯（不用芯撑）。 关于外皮型芯的设计有三种方案（因为若先下外皮芯，将使管芯下不去，若先下管芯，将使外皮芯下不下去。）： a、是在外皮芯后的一定空隙，芯子下完后填砂，这样放率太低； b、是将外皮芯沿 90 74 法兰水平分芯， 这样使下芯顺利。但由于分芯必然造成一道飞边，很难清理（砂轮有些地方磨不到）； c、是将外皮芯分成 2 块（ 1#及 3#）。优点是外皮芯是一整芯，没有飞边，缺点是增加了一个 3#砂芯，为保证逐渐质量选用此方案。 3#芯长 40mm 多，高 100mm，厚 20mm，为便于制造，将此芯分成 8 小块，每块宽度 50mm。 2）芯头形状、尺寸、斜度、间隙及防压环、压环、集砂槽设计： 2#芯系水平砂芯，可得 46 砂芯头长度应是 25-40mm， 56砂芯头长度应是 30-45mm，由于砂箱长度方向尺寸较紧，故将46 芯头长取 20mm， 56 芯头长取 30mm，为制芯方便芯头斜度取 5。 验算 46 芯头承压面积 砂芯重量 G（粗计） 3.14 0.562/4 1.2 1.6 0.48(kg) 砂芯浮力 P（粗计） 3.14 0.562/4 1.2 7 2.1(kg) 实际芯头面积 Sk 1.5（ P-G） /2 0.6 2(cm2) 1#芯是悬臂芯，查得芯头长度应为 50mm，但此芯是二件合用，中间有一段与铸型接触，为加大吃砂量悬臂芯取悬臂的一段，即60mm 3#芯是垂直砂芯，起填砂作用，故芯头长取 20mm，砂芯间隙为0.75mm。 3）芯骨填料： 1#芯采用 10 圆钢， 2#芯采用 8#铁丝。 7、浇注系统的选取和计算： 1） 浇注系统的类型、形式及在铸件上的开设部位： 砂型铸造工艺、工装设计 P64 表4-5 砂型铸造工艺、工装设计 P65 铸铁手册 P773 砂型铸造工艺、工装设计 P65 4 文字说明及设计步骤 参考资料 此件是小件，为了造型简便，采用与分型面一致的中间注入式。 由于零件较小，一箱四体，浇口开设位置只有两处，一处是加强筋处，一是法兰处，为了不使内浇口局部过大，采用两处分散开设。 2） 浇注时间和浇道中阻流截面的计算： a、 一个零件浇注金属总 重计算： 由于本件加工量较少，参考文献中表 7，取 3.067毛重 0.90 毛重 3.4(kg) 浇注系统估算，按教材取 25% 浇注金属总重为： 3.4 1.25% 4.26(kg) b、 单件浇注时间： 按公式： t S G S 1.85 G 4.26(kg) t 3.8(秒 ) 取 t 为 4 秒 c、 液面平均上升速度验算： v c/t 120/4 30(毫米 /秒 ) 查表允许上升速度为 2030 毫米 /秒，故上升速度符合要求。 d、 直浇道高度的 验算： 按 HM L tg 查得 120 L 224mm HM 47.62(mm),铸件一半高 60mm 直浇口最小高度： 60+47.62 107.62 (mm) 砂箱高度取 150mm， 150 107.62，故能满足要求。 e、 平均压头计算 : HP HO-c/8 150-120/8=135mm=13.5cm 用水力学公式计算最小阻流端面： 机床制造中的铸造 P17 铸造工艺学 P120 砂型铸件工艺工装设计 P85 同上 P86 表 5-7 同上 P86 及P87 砂型铸造工艺工装设计 5 文字说明与设计步骤 参考资料 F 内 =G/u.t.0.13 Hp u取 0.42 =4.26/0.42 4 0.31 13.5 =2.2(cm2) f、 用表格法查 F 内 按无锡柴油机厂资料为： F 阻 =1.9 北京第一机床厂资料： F 内 =2-3 查手册 F 内 =1.5 对上述结果分析比较后： 取 F 内 2 cm2 3） 浇道各基元的截面和尺寸的确定： 浇道各基元的截面比例取： F 内 :F 横 :F 直 =1:1.06:1.17,则浇口截面积比 (cm2)F 内 :F 横 :F 直=2:2.12:2.22 以上是一件的比例，一箱四件，若按此比例倍增，将会造成直、横浇口过大。根据生产单位经验按增加 50%计。 即一个横浇道浇 2 个件： 2.15 1.5 3.18(cm2) 一个直浇道浇 4 个件： 2.22 2.5 5.55(cm2) 经系列化后直浇道取 28(6.15cm)，横浇道为 （ 3.04 cm2） 内浇口开 2 个，一个开筋处，一个开法兰 处，按照开设处的情况，最后确定内浇口尺寸为： 砂型铸造工艺工装设计 P94 表 5-10及 P98表 5-13 铸铁手册P815 表 4-47 砂型铸造工艺工装设计P86 6 文字说明与设计步骤 参考资料 （ 0.42 cm2） （ 1.53 cm2） 8、冒口及工艺出品率核算： 零件壁厚较均匀，不需设计冒口，为便利型腔排气，设计四个 5、长度为 50mm的出气孔。 工艺出品率 =铸件重 /铸件重 +浇冒口重 =0.8 三、型、芯砂和涂料的种类、配方以及有关工艺的说明： 砂型采用煤粉单一砂，配方如下： 新砂 11.5% 旧砂 85% 膨润土 1% 煤粉 2.5% 水 4.5% （强度 0.50.7kg/cm2） 芯砂采用合脂砂，配方如下： 新砂 98% 膨润土 1% 糊精 1% 合脂 3.8% 水 2% （平拉强度 1216kg/cm2） 砂芯涂料采用烘 干涂料，即工业酒精加鳞片石墨粉，烘干的砂芯涂以一层快干涂料，涂完点火即可（ 3#芯不刷）。 型芯烘干工艺： 加热温度 210 保温时间 1.5 小时。 四、工艺装配设计要点说明： 1、模样所用材料及其主要轮廓尺寸的计算： 模样材料选 ZL102 模样的尺寸铸件尺寸（ 1+0.1）。 2、模样壁厚及加强筋的确定： 查表此件模样壁厚应为 8mm，考虑模样较小，故壁厚减至7mm。 加强筋选取 6mm。 3、模底板材料、结构及其造型机的配合： 为了更换模板方便，选用快换模板，模板通过 2 个 12 孔用 销钉与模 板框连成一体，模板框通过螺钉与工作合连接在一起。 由于砂箱箱口主要与模板框接触，故模板材料选用了容易加 砂型铸造工艺工装设计 P237 表 9-3 同上 P239 表 9-4 表 9-6 7 文字说明与设计步骤 参考资料 工的铝合金 ZL104。 4、模样与底板的装配： 通过两对 8 定位圆销，将模样与底板定位，定位基准是以定位销和定位销与导向销中心连线为纵横定位基准。 模样与底板的装配是采用上固定法。 5、芯盒的材料、结构及其内腔尺寸的计算： 1#芯盒的设计： 1#芯最大，约 4，形状比较简单，采用机器制芯（ Z236A 制芯机）， Z236A 制芯机的工作台尺寸为 500 800，一盒制造 4 块砂芯。 芯盒材料选用 ZL102。 芯盒内腔尺寸（零件尺寸工艺尺寸） （ 1+零件材料收缩率） 芯盒壁厚确定为 12mm。 芯盒加强筋厚度取与壁厚等值。筋的数量应为 4 4 条，考虑装配方便改成 3 4 条。 芯盒边缘及耐磨片型式选用型，边缘宽度取 30mm。 2#芯盒的设计： 2#芯较小，采用手工芯盒。 2#芯是一不等截面，弯管加工非常困难，故 采用了制造比较方便的内贴附塑料层芯盒。由于芯盒制造困难，可以只做半个芯盒，烘干后将两半砂芯粘合使用。但粘合、磨平都需特别胎具方可，且此件要求内壁光滑，故此芯采用两半芯盒整做。 2#芯盒定住选用可拆式定位销。手柄选型手柄。 为提高工作效率，为 2#芯的通气道设计了专用的通气板，为 使上下两半芯型贴合严密，设计了专用密封板和专用的烘干板。 为提高铸件质量和工作效率，若有条件（车间具备射芯机，使用树脂砂）也可设计热芯盒。 砂型铸造工艺工装设P297 表 11-3 同上 P298 表 11-4 同上 P298 表 11-4 同上 P299 表 11-5 及表11-6 砂型铸造工艺工装设计P305 表 11-10及表 11-11 同上 P313 图 11-8 P314 图 11-20 P316 图 11-23 铸铁手册 8 文字说明及设计步骤 参考资料 2#芯热芯盒如图所示： 3#芯盒的设计： 3#芯较小，也采用手工芯盒。设计过程与 2#芯盒同，信和形状见 3#芯盒总装图。 6、砂箱内框尺寸、结构特点及定位紧锁方法 砂箱的内框尺寸是根据造型机工作太尺寸而选定的，即 500400 150,材料选用 QT42-10，砂壁结构选用 型 1 种。 下箱要翻箱，故设计了吊轴，并与箱耳整铸；上箱则把吊轴与箱耳分别开来。 为合箱方便采用了座销，为防止销孔磨损选用了销套。 砂箱的紧固采用楔型箱卡。 砂箱上铸字以分类管理。 五、合金熔炼方法、成分、配料、出炉温度： 此铸件的化学成分可查得： C3.2-3.8 Si2.0-2.4 Mn0.5-0.8 P 0.3 S 0.15 采用 2.5T 冲天炉熔化铁水，其配料单如下： （批料以 200kg计） 生铁 92kg 回炉铁 80kg 废钢 28kg 硅铁（ 45%）1.94kg 锰锌 0.65kg 层焦 25kg 石灰石 7.5kg 要求铁水出炉温度高于 1420 六、铸件浇注、热处理的要求及工艺说明： 浇注温度 1370-1350。 铸件在铸工输送环上冷却时间不得少于 8-12 分钟。 热处理规范：装炉温度 150，加热温度 50-70 /小时，退 P127 表 5-126 砂型铸造工艺工装设计P10741101 砂型铸造工艺工装设计P328 表 12-5 P330 表 12-6 同上 P342、P343 及 P356有关表格 同上 P350 表 12-25 铸造合金熔炼 P26表 1-11 铸铁手册 9 文字说明及设计步骤 参考资料 火温度 500-550，保温时间 1.5 小时，冷却速度 30-40 /小时，出炉温度 150。 七、可能出现的铸造缺陷及其预防措施： 此铸件可能产生的铸造缺陷，有夹渣、气孔等，原因是浇注系统撇渣能力不够理想。因此浇注时尽量避免渣子进入浇注系统。砂芯全是油砂，发气量较大，但在工艺、工装设计时考虑了型腔排气及砂芯排气通道，气孔发生机会较少。 同上 10 材料 重 量 材料及规格 厂名 铸造工艺卡 产品 零件号 零件净重 铸件毛重 浇冒口重量 本厂牌号 标准牌号 硬度 3.067KG 3.4KG 0.86KG HT15-33 HB170-241 进气管 每台件数 1 造型 造型方法 砂箱 模板 合箱定位销 零件名称 砂型 砂型种类 造型设备 一型件数 长 宽 高 重量 长 宽 厚 材料 重量 图量 名称 规格 上型 湿型 Z145 4 500 400 150 15KG 510 410 12 ZL104 下型 湿型 Z145 4 500 400 150 15KG 510 410 12 ZL104 造型材料及其配比（重量 %）、性能与重量 型砂编号 型砂类别 砂型部别 新砂 回用砂 粘土 膨润土 煤粉 水分 透气性 湿压强度KG/cm 干拉强度KG/cm 砂型重量 NO 单一砂 11.5 85 1 25 4.5 780 0.5-0.7 45KG NO 制芯 制芯方法 芯砂配比（重量 %） 型砂性能 干燥规范 砂型编量 芯砂类别 芯砂编号 制芯设备 芯盒材料 芯砂重量 新砂 膨润土 糊稿 冰 干拉强度KG/c