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防蚀壳体铸造工艺与注蜡模具设计,壳体,铸造,工艺,模具设计
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防蚀壳体铸造工艺与注蜡模具设计课题名称：注蜡模具设计说明书 作 者： 学 号： 专 业： 方 向： 指导老师： 专业技术职务 摘 要本次设计做的是模铸造零件的蜡模设计。消失模具在中国因为发展的时间比较短所以在很多方面现在比起一些机械工业发达的国家还有很大的差距。但我国近年来在汽车模具方面也取得不少的发展与进步。本次设计我做的是模铸造零件的蜡模设计。在模具设计中主要是根据设计好的板件来用UG软件进行三维造型设计来完成模具的结构设计然后进行模具加工调试来最终生产出合格的模具。在三维造型方面主要可以分为型芯、上模设计、凸模设计和下模本体设计。在进行各部分设计时要严格按照模具结构设计规范来进行设计。工艺流程的特点：使用易熔模，无分型面；用涂料浆制型壳，涂层对易熔模复印性好；热壳浇注金属液充型好。因此，熔模铸造可生产尺寸精确、表面粗糙度低的复杂件，既适用于大批生产，也适用于小批生产，甚至单件生产。它的产品精密、复杂，接近于零件最后的形状，可不加工或很少加工就可直接使用，被称为近净成型的一种先进工艺。 在本次设计中我严格按照冲压模设计标准来进行模具设计，其中有一部分技术规范属于企业内部规范。本设计经过反复检查没有发现大的纰漏，完全符合模具设计的要求。关键词：铸造模具 UG 消失模 设计标准AbstractStrengthen the design of drawing die plate for automobile pressure chamber. Automotive die in China due to the development of a comparatively short time it is in many ways than some mechanical industrial developed countries there is a great gap. However, in recent years, China has also made the car a lot of mold development and progress. The design of the car I did the cover drawing die design. In the die design are mainly based on panels designed to use the SolidWorks software design to complete the three-dimensional strcture of the mold and then mold design to final production of qualified commissioning of the mold. Main aspects of three-dimensional modeling can be divided into the blank holder design, the mold design, design and lower die punch body design. During the design of various parts of the structure to be in strict accordance with design specifications to the mold design.The process features: use the fusible mode, no parting surface, Paint, coating slurry system of fusible shell mould good copy, Hot filling liquid metal shell casting. Therefore, the investment casting production size can be accurately, surface roughness low complexity, applies both to mass production, also suitable for small batch production, even single production. Its product precision, complex, close to the final shape, parts processing or rarely processing can be used directly, called the net-shape forming an advanced technology.In this design I strictly in accordance with design standards for stamping die mold design, including technical specifications are part of the internal specification. After repeated checking of the design found no major flaws, in full compliance with the mold design.Keywords: car mold drawing die design standards UG目 录一.绪论51.1 熔模铸造的概述51.1.1 熔模铸造的历史51.1.2 熔模铸造的基本原理和特点61.1.3 熔模铸造工艺过程81.1.4 我国熔模铸造发展概况91.1.5 国外熔模铸造发展概况91.2 选题的目的和意义111.3 熔模铸造壳型材料对熔融合金化学稳定性研究12二. 铸造工艺方案的确定132.1. 防蚀壳体的生产条件及技术要求132.2防蚀壳体结构的铸造工艺性142.3.造型、造芯的方法选择142.4.模具的结构与类型142.5浇注位置及分型面152.6.总装技术要求24三 铸造工艺参数及砂芯设计263.1. 工艺设计参数263.2. 砂型主体部位及心头斜度设计30四 浇注系统及冒口、冷铁、出气孔等设计324.1.浇注系统的设计324.2.选择浇注系统类型324.3.确定内浇道在铸件上的位置、数目、金属引入方向334.4.冒口及冷铁36五铸造工艺装备375.1模样375.2.金属模样的技术要求385.4.模板的设计39六 参考文献40一.绪论1.1 熔模铸造的概述1.1.1 熔模铸造的历史熔模铸造的历史可以追溯到4000年前，最早发现的国家有埃及、中国和印度，然后才传到非洲和欧洲的其它国家。中国古代留下很多熔模铸件精品，如春秋晚期的王子午鼎、铜禁，战国的曾侯乙尊盘，汉代的铜错金博山炉、长信宫灯，隋朝的董钦造弥驼夔金铜像，明代浑天仪、武当真武帝君像，清故宫太和门铜脚等。举世闻名的晚商四羊铜尊如图 1)，是商代奴隶主用的盛酒器。它造型奇特，花纹十分复杂，尊身四隅有四只羊头，各长一对卷曲的羊角，尊的扇边镂空。这一作品经专家分析鉴定，是采用失蜡法铸造而成的。图1.1 晚商的四羊铜尊在西非，大约在5世纪以后，制造了大量的熔模铸件。在16世纪时，熔模铸造工艺被艺术家和雕刻家们广泛运用，蔡利尼(Benvenuto Cellini)所制造的 Petseus仙座和女妖首领的铜像就是其中最杰出的作品之一。世界上最早的失蜡铸造文字记述，当推中国南宋(公元1127一1279年)赵希鹊的洞天清禄集。随后有蔡利尼1568年的论文，明代宋应星天工开物及16世纪中期 VavrineeKrickes的大炮、球、追击炮、钟的铸造与制备指导等。19世纪末期，牙医用熔模铸造工艺，结合离心浇注技术生产牙科铸件。20世纪初为生产出更精密的牙科件，人们开始研究影响蜡模和型壳尺寸稳定性的因素，以及一些金属和合金的凝固收缩性能，20世纪30年代初期调整了熔模使用的材料。从1900年到1940年这方面的专利就多达400件以上。在恶劣环境中工作的航空发动机零件，如涡轮增压器，若采用传统合金，则不能满足性能上的要求。20世纪30年代末，人们发现了Austenal实验室为外科移植手术研制的钻基合金在高温下有优异的性能，可用于涡轮增压器。但这类合金很难加工，熔模铸造就成为该类合金成形的工艺方法，迅速地发展成工业技术，进入航空、国防工业部门，并迅速地应用到其它工业部门。1.1.2 熔模铸造的基本原理和特点熔模铸造又称“熔模精密铸造”、“失蜡铸造”。这种方法是用易熔材料制成精确光洁的模样易熔模，在易熔模上涂敷多层耐火材料，或灌注耐热的陶瓷浆料，硬化干燥后即成铸型。然后使铸型中的易熔模熔化流出，再将熔化的液体金属浇注入焙烧后的铸型，液体金属在铸型中冷却凝固后成为其获得尺寸精确、棱角清晰、表面光滑的铸件。利用其生产的铸件尺寸精度高，而且由于其可以使材料消耗保持最低点，因此其生产成本也要比锻造和机加工低廉的多。熔模铸造技术能够得到迅速发展是与它的众多优点分不开的，其主要优点有以下几点:1) 熔模铸件尺寸精度高、表面粗糙度小。2) 可以铸造出薄壁铸件以及重量很小的铸件。3) 可以铸造精细的图案、文字、带有细槽和弯曲细孔的铸件。4) 可以制造出用砂型铸造、锻压、切削加工等方法难以制造出的形状复杂的铸件。5) 可以制造各种合金的铸件，而且可以减少切削加工、降低材料消耗。6) 铸件采用强度较高、表面光滑的型壳作为与液体金属直接接触的型腔，因此，不易产生掉砂现象，宜于保证铸件内部质量。7) 模具成本低、寿命高。然而，事物总是一分为二的，熔模铸造也存在一定的缺点，其主要有:l) 熔模铸造工艺过程复杂、工序多，影响铸件质量的工艺因素多，必须严格控制各种原材料及各项工艺操作才能够稳定生产。2) 铸件不易过大，以免影响尺寸精度。3) 生产周期较长。4) 铸件冷却速度慢，容易引起铸件晶粒粗大。碳钢铸件还容易形成表面脱层。熔模铸造的缺点随着本身技术的发展而不断改进。自从四十年代后期，采用多层型壳，使生产周期缩短，材料消耗减少，生产成本降低。陶瓷型芯以及可溶型芯的采用，又利于使熔模铸件的形状更加不受限制。新的模料、耐火材料、粘结剂的研制和发展;真空熔模技术、表面孕育细化技术、定向结晶及先进检测技术的采用，更有利于进一步提高和保证精密铸件的质量，扩大它的应用范围。1.1.3 熔模铸造工艺过程图1.2 熔模制造的工艺流程熔模精密铸造的工艺过程，按其工艺排列，大致可以分为下述几个阶段:第一阶段 准备工艺技术资料及制造压型。工艺技术资料主要包括有:铸件图，浇注系统图，工艺规程，压型图及工夹量具图等。铸件图主要是依据产品零件图及其技术条件和铸造工艺要求设计的;浇注系统主要是依据铸件结构形状和合金种类等选择的;而工艺规程是生产现场指导操作的技术资料。第二阶段 制造熔模。即将具有一定温度的模料注入压型中，待其冷却后，得到与铸件几何形状相同的可溶性模型。制造熔模所用的材料称为模料。按模料熔点的不同，可分为低熔点、中熔点及高熔点三种。常用的模料有蜡料、塑料及可溶性盐等。目前教为广泛使用的为低熔点和高熔点的蜡料。第三阶段 制造铸型。它包括制壳、造型与铸型焙烧等工艺。所谓制壳就是在熔模表面涂覆一定层数的耐火涂料，待其硬化干燥后，熔出熔模而得到型壳。造型按其所用填充料的不同，分为湿法和干法两种。湿法即采用石英砂、矾土水泥与水调和成流体的填充料进行造型，而干法只是用干态的石英砂作为填充料。第四阶段熔注合金及其他独立工序。熔注合金即熔炼合金并将熔炼好的合金液，浇注到己准备完成的铸型中。合金凝固后即进行打箱、清理和切割浇冒口。清除铸件表面型壳和氧化皮的方法有两种，是机械清理法(震动清理和喷砂清理等)和化学清理法(例如碱煮、碱爆和氢氟酸清理)。实际生产中，往往两种同时采用，谓之综合清理法。随后即进行热处理、检验等工序。 1.1.4 我国熔模铸造发展概况熔模精密铸造，在我国源远流长，战国时期，我们的祖先采用蜂蜡配制模料，生产曾侯乙铜尊、大型铜禁器座等铸件。现代熔模铸造进入工业领域，始于二次世界大战期间，因军事的需要，美、英等国用该种工艺方法生产了大量的涡轮喷气发动机的静叶片。特别是熔模铸造技术在生产单晶涡轮叶片中取得了显著成功后，它就被越来越多的应用于生产航天工业的各种产品零件中。我国于20世纪50年代初期，首先在航空、军品等领域引进苏联技术，开始了现代熔模铸造生产;20世纪60年代，我国熔模铸造基本处于停顿状态，从20世纪70年代起，进入新的发展时期，针对水玻璃型壳，开展了快速制壳，开发新的硬化剂，提高型壳强度的研究；同时，进行了完善硅酸乙醋，开发硅溶胶，改善模料性能，提高制芯技术，发展新的熔模铸造工艺方法等研究。然而，我国精密铸造业真正的飞速发展时期却是20世纪末至现在的十年，特别是最近的几年。1998年后，随着国家改革开放政策的深入，企业经济体制的变革，以及市场经济观念的转变，推动了我国原有水平的铸造业在数量上的发展，同时先进的精铸工艺和设备，以合资和独资的形式开始进入大陆，使精密铸造业在质量水平上有了显著的提高，从而是使我国精密铸造业进入到一个飞速发展的时期。据统计2001年熔模铸造总产量己达27.4万t，总产值约47.8亿元，年产量和年产值分别为1988年的5.48倍和14.48倍。1990年中国新建一批以生产出口精铸件为主的企业，产品于1993年首次外销国际市场之后，出口产量和产值逐年增长，2001年已达到7万t，以不锈钢件为主，有部分碳钢、合金钢件，产值达28.8亿元。同时，原有的水玻璃型壳企业也在出口，每年外销以碳钢为主的品质档次较低的精铸件约6万t，产值4.5亿元，中国熔模铸造业已走向国际市场，在21世纪有望成为一个熔模铸造大国。1.1.5 国外熔模铸造发展概况西方工业发达国家的熔模铸造业，近十几年来平均每年以7%9%的增长率发展，1996年西方熔模铸件的总产值达44.5亿美元，其中美国占50%，欧洲占25%。80年代是美国熔模铸造发展最快的时期。图1.3 各地区熔模铸造产值的比例据美国熔模铸造协会的统计1984年至1990年美国熔模铸造产量和产值年平增长率分别为8%10%和18%。现有熔模铸造厂家400多个，熔模铸件产量约15万t。日本1980年至1989年熔模铸件产量增加了3倍，日本现有熔模铸造厂点100多个，熔模铸件年产量近1万t，产值4亿美元，居亚洲之首。英国于1958年就成立熔模铸造师协会，由于采用机器制壳，使熔模铸件的单件重量65kg增为350kg。目前英国有60多家熔模铸造厂家.产值4亿美元.为欧洲第一位。德国熔模铸造业的年产值为2亿美元，其中13%为航空产品的超级合金。西方熔模铸造主要为本国的军工产品和高科技产品服务。军工产品是美国、欧洲熔模铸造业的主要市场，其销售额的50%70%为航天、航空和军工产品。国外最近几年熔模铸造的相关技术得到了巨大发展，其中粘结剂的发展很快，从环境保护出发，还出现了代替硅酸乙醋的粘结剂。为了实现快速制模和制壳，国外采用了多种快速制模技术、制模的设备。如德国SHOTT公司的压注机，用于制作大型熔模，还有的压注机适合大批量生产优质熔模。美国的MPI公司生产的压蜡机，可通过计算机来控制压注工艺参数及整个加工过程，制造出高质量的熔模。制壳机器人，例如英国Deritde精铸公司采用机器人制壳，型壳采用真空干燥、热气流干燥等新工艺，脱蜡采用微波技术。防蚀壳体起固定和保护内部结构的正常工作，并使他们在工作过程中不被外界腐蚀性物品侵蚀。每年我们国家需要数千万个轴和壳体，壳体结构需要严格的密封和高强度，耐磨性，耐腐蚀性。在其保护零件损坏之前一般要求其质量完好，保证机器正常运行。防蚀壳体用蜡模铸造方法生产，“蜡模”是一种常用铸造方式，首先用铝制作工件的型模，然后将蜡注如型模这一步叫“打蜡”，然后等蜡冷却后将蜡型取出这一部叫“退模”，这时蜡模与实物大小一致（实际尺寸根据铸造收缩比例有所放大），然后用沙将其蜡模表面沾满、沾实达到一定的厚度，这一步叫“沾沙”，等蜡模表面的铸造沙粘合后将沾满沙的蜡模放入水中煮将蜡煮化最终留下一个沙壳这一步叫“煮蜡”，最后将沙壳埋入铸造沙坑中将铁水延沙壳倒入，最后留在沙模里的铁水冷却了，就成为了铸件了。1.2 选题的目的和意义我国熔模铸件质量可分为三种：1.航空及燃气轮机用熔模铸件。该铸件质量要求高，不允许有内、外缺陷，检验项目有力学性能、化学成分、内部缺陷、尺寸公差、表面粗糙度和表面缺陷等。铸件有高温合金、镍基或钴基合金、铝合金、钛合金等。2.商业熔模铸件。这里指一般机器零件、文体用品、五金、马具等零件。该类铸件质量不如航空及燃气轮机熔模铸件，现在用合金主要为不锈钢和碳钢。3.精度要求低的铸件。该种铸件指第二类工艺水玻璃型壳生产件，合金以碳钢为主。 表1.1 各类工艺铸件的数值与比例工艺分类铸件质量分类年产值年产量数值/亿元比例（）数值/万t比例（）第一类工艺一般机器零件22155.264.518.07航空件137.900.41.61第二类工艺31436.842080.32 2005年我国不同质量熔模铸件的产值和产量见表1.1。我国高质量航空及燃气轮用熔模铸件产量很少。仅为1.61。这与美、英、欧、日等先进国家和地区熔模铸件市场结构（见表1.2）有明显的差距。这说明我国熔模铸件中的高质量件所占的比例过低。而且我国商业熔模铸件中精度要求较高的机器零件所占比例也偏低，现生产的多数熔模铸件是精度相对要求低的五金、马具、高尔夫球头等铸件。表1.2 各国熔模铸件市场结构比较 （）美国英国欧洲日本中国军用航天熔模铸件607055158.2商业熔模铸件4030458591.8随着科学技术的发展，以及对熔模铸造材料成分、结构和性能深入研究，经济价值高、使用价值高、技术含量高的熔模铸造的高科技产品将层出不尽。但由于对熔模铸造原料、工艺条件的认识不足，致使铸件粗糙，产品性能与用户要求相差较大。为了使资源得到有效的利用，充分发挥资源本身的作用，从工艺上解决对铸件性能的影响，因此对熔模铸造的工艺进行研究，最终制备出具有优良性能的铸件，具有重要的意义。1.3 熔模铸造壳型材料对熔融合金化学稳定性研究在熔模铸造过程中，壳型作一个“容器”布满了熔融金属，尤其在定向和单晶工艺中，合金保持液态的时间长达60min，壳型材料组织成分很轻易与合金液发生化学反应，为了较好地体现壳型材料与合金发生反应的情况，本试验选用含强活性金属元素Nd较多的某合金作为研究对象，研究了各种壳型材料与这种熔融合金的反应情况，为选用合适的壳型材料提供依据。1) 试验方法试验用合金的主要成分为：Nd 24%28， B 0.7%1.2， Al0.05%， Si0.1% ，Fe 余量。 试验采用三种制成坩埚状的壳型，壳型材料和分组情况见表2.1。 表2.1试验用的壳型壳型类别浆 料涂料挂砂A硅溶胶刚玉粉高岭土(矿化剂)刚玉砂B硅溶胶刚玉粉刚玉砂C硅溶胶电熔氧化钇粉氧化钇砂把10kg合金放入这三种壳型内熔炼，在ZG-0.025型真空感应炉内升温至1550保温20min，炉内压力20Pa，自然冷却，取样后用能谱仪分析合金中Al，Si和Y等各元素的含量。2) 试验结果及讨论用三种壳型熔炼合金部分元素的分析结果见表2。表2.2合金与三种壳型反应后的分析结果(wt)壳型AlSiYA0.350.10-B0.150.10-C-0.100.0084从表2.2可以看出，与原合金成分相比，用三种壳型熔炼后的合金成分有所变化，说明在高温下三种壳型都与熔融合金发生过一定的化学反应，其中壳型A的反应最为严重，致使合金中Al含量提高了约7倍。壳型A的组分中最重要的特点是含有经过锻烧的高岭土作为矿化剂。高岭土的主要成分是SiO2与Al2O3，从微观结构看，具有层状结构，一层硅氧四面体和一层铝氧八面体互相重叠，层间以氧键连接且距离较大，高温下与合金液接触时，合金中的活性金属元素Nd大量进入层间结构，与其中的Al2O3发生置换反应，置换出的Al进入合金中，反应式如下：2NdAl2O3Nd2O32Al，从分析结果看，壳型B也有一定程度的反应，该壳型与壳型A不同处是不含矿化剂，只含电熔刚玉，电熔刚玉的主要成分是Al2O3，熔化后再结晶的Al2O3以铅氧八面体的铺展形成晶体，键结构稳定，要破坏这种结构需要很高的能量，当电熔刚玉与合金接触时，Nd原子不轻易深入Al2O3的晶格中把Al置换出来，但仍有部分处于晶体边缘的Al参加了反应，只是量很少，对比结果A和B，少量的矿化剂（约4wt）被置换出来的Al与电熔刚玉（约95wt）中被置换出的Al几乎相等。这说明，当壳型材料与合金发生化学反应时，矿化剂的活性比电熔刚玉的活性大得多。从分析结果看，采用壳型C熔炼的熔炼合金中钇的含量仅为 0.0084，这说明与合金反应的Y2O3的量很少，其反应式为：2NdY2O3Nd2O3Y2。由于Y2O3是结构坚强的离子键化合物，键结构非常稳定，从原子结构看，Nd与Y的原子半径和三价离子半径相差不多，因此化学性质极为相近，所以Nd不轻易置换Y。仅有少部分Y2O3参加了化学反应，这也说明氧化钇壳型具有很好的化学稳定性。对于矿化剂中的SiO2和粘结剂SiO2，则有如下反应：SiO2 Nd2O3Nd2O3。SiO2，Nd2O3由原材料带入或在熔炼过程中产生，Nd2O3。SiO2熔入合金液中，由于生产条件的控制，Nd2O3的带入量是有限的，从反应结果看三种情况的Si含量变化不大。3) 结论在本试验条件下，三种壳型中，含有高岭土的壳型与熔融合金中的活性金属元素发生严重化学反应，而氧化钇壳型的化学稳定性最好。二. 铸造工艺方案的确定2.1. 防蚀壳体的生产条件及技术要求（1） 产品生产性质中小批量生产（2） 零件材质YL102（3） 轴壳体的外形轮廓尺寸为148128182mm，主要壁厚3mm，最大壁厚5mm，为一小型铸件；铸件除满足几何尺寸精度及材质方面的要求外，无其他特殊技术要求。2.2防蚀壳体结构的铸造工艺性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：（1） 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。（2） 铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意薄壁过渡和圆角 铸件薄厚壁的相接拐弯等厚度的壁与壁的各种交接，都应采取逐渐过渡和转变的形式，并应使用较大的圆角相连接，避免因应力集中导致裂纹缺陷。（3） 铸件内壁应薄于外壁 铸件的内壁和肋等，散热条件较差，应薄于外壁，以使内、外壁能均匀地冷却，减轻内应力和防止裂纹。（4） 壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节。 （5） 利于补缩和实现顺序凝固。（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。对于轴壳体的铸造工艺性审查、分析如下：轴壳体的轮廓尺寸为148128182mm。蜡模铸造条件下该轮廓尺寸允许的最小壁厚。查表得：最小允许壁厚为34 mm。而轴壳体的最小壁厚为3mm。符合要求。2.3.造型、造芯的方法选择（1）铸造方法的选择轴壳体的轮廓尺寸为148128182mm，铸件尺寸不大，属于小型零件 。零件形状相对不太复杂，且壁厚比较均匀，故毛坯生产方法为蜡模铸造，所用石蜡类型为58到62的低温石蜡，加4%到5%的聚乙烯硬化。（2）模具结构设计2.4.模具的结构与类型 图3-1所示为常见手工压蜡的模具结构，主要由型体、型芯、定位元件、锁紧机构、抽芯机构、起模机构等组成。造型示意图见下图；2.5浇注位置及分型面 2.5.1铸件的浇注位置 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。确定浇注位置是铸造工艺设计中重要的环节，关系到铸件的内在质量，铸件的尺寸精度及造型工艺过程的难易程度。确定浇注位置应注意以下原则：（1.铸件的重要部分应尽量置于下部（2.重要加工面应朝下或直立状态（3.使铸件的答平面朝下，避免夹砂结疤内缺陷（4.应保证铸件能充满（5.应有利于铸件的补缩考虑到砂芯安放固定与排气、起模、充型等，选择将浇注位置确定为防蚀壳体顶部。 2.5.2分型面的确定分型面是指两半铸型相互接触的表面。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。分型面确定为输出轴壳体底部，以便顺利起模、下芯、充型，及铸造出质量和强度高的铸件。 2.5.3分型面选择 选择不同的分型面会导致模具结构明显不同，并直接影响到模具的加工、使用及熔模的生产率。分型面的选择原则见表3-2。表3-2分型面的选择原则原 则图 例说 明1.保证能从模具中方便地取出熔模-、-均能保证方便取出熔模，-则由于突缘A过长和B处凹陷而难以取出熔模2.方便模具加工和起模操作型腔不要太深-分型面较-分型面型腔浅，加工方便，起模容易分型面尽量平直，但当不能满足起模和型面加工要求时可采用有规则的曲面-分型面为曲折分型面，加工困难。-分型面为平直分型面，加工方便原 则图 例说 明2.方便模具加工和起模操作尽量减少抽芯和镶件-分型面P处需设置抽芯。-分型面P处不必设置抽芯有利于设置顶出机构和抽芯机构-分型面可以保证开型后熔模留在预定的型体内，便于设置顶出机构3.保证熔模的精度要求尺寸精度要求较高非加工部位尽量放在同一型体内 -为分型面时熔模上有飞边，难以保证（20+-0.15）mm的尺寸精度，-则可以保证尽量把加工基准和加工面放在同一型体内 加工螺纹时一方头为基准，-为分型面时方头和螺纹处于不同型体内，同轴度低，因此螺纹部位加工余量大。-为分型面加工余量小尽量避免分型面截过重要表面 -分型时月牙面易产生错移和飞边，加工修正困难。-分型时月牙面完整光洁4.有利于内浇道的设置 -分型面不利于带斜度内浇道部位的取出，且型腔较深。-有利于熔模取出原 则图 例说 明4.有利于内浇道的设置 -分型面不能满足设置易割内浇道，-分型面能设置易割内浇道5. 有利于型腔内气体排除，避免形成气袋 -分型面的蝶翼部位型腔过深，形成气袋。-分型面时加工起模方便，熔模成形好2.5.4 形体结构设计 1.型体外形与壁厚 型体外形尺寸应与压蜡机相配。为了减轻重量、便于操作，在保证强度和刚度条件下，模具型体壁厚应尽可能薄。表3-3所示为型体壁厚的参考尺寸。表3-3 型 体 壁 厚 （单位：mm）型体材料b钢10-2015-25铝合金15-2520-302.型体定位 表3-4所示为型体的常见定位方式。定位销的相关尺寸见表3-5。选择定位销位置和直径的参考尺寸见表3-6。每一对定位面一般需设置两个以上定位销才能限制其自由度，但过多的定位销会引起过定位。定位销之间的间距越大，定位精度越高。2.5.5 模具排气 模料注入模具时，如果型腔内的气体来不及排除或在型腔深处形成气袋，往往造成熔模成形不良，因此模具型腔应有良好的排气条件。不通孔型芯的端部，抽芯时易产生负压造成熔模凹陷、破裂，因此也应采取防治措施。表3-10所示为模具的排气方式。表3-10 模具的排气形势排气方式图 例排气部位分型面间隙排气分型面、活动块、镶块的界面处型芯间隙排气型芯与型体的配合处顶杆间隙排气顶杆与型体的配合处排气槽排气分型面，活动块界面处排气孔排气型腔封闭气袋处2.5.5模具工作图设计 1.型腔工作尺寸计算 模具型腔的工作尺寸要综合考虑铸件的综合收缩率和铸件的尺寸精度要求等因素。由于模料对型腔的磨损非常小，因此一般说型腔尺寸的计算可以不必考虑磨损量。表3-11所示为模具型腔工作尺寸的计算公式及其图解。 表3-11 型腔工作尺寸计算铸件尺寸型腔尺寸的计算式图 解L+a=(l-/2) (1+) -a/2+a L+a=l(1+) - a/2+aL+a=(l-+/2) ( (1+) - a/2+aL-a=(l +/2) (1+) + a/2-a注：L型腔尺寸（mm）; l铸件基本尺寸（mm）; la铸件尺寸平均值（mm）; -铸件公差（mm）；、-铸件偏差值； 考虑了合金的收缩率、模料的收缩率、型壳的膨胀率后的铸件综合收缩率（%）; a-模具制造公差。表3-11中的综合收缩率值受原材料性质、铸件结构及工艺因素等的影响而很难精确确定，模具设计人员习惯按经验选定，重要的零件可经试生产实测再对模具进行修正。表3-12和3-13所示为值选用的参考数据。表3-12 碳钢、合金结构钢熔模铸件综合收缩率参考数据铸件壁厚/mm模料及型壳分类综合收缩率（%）自由收缩部分受阻收缩受阻收缩1-30.61.21.21.81.62.20.41.01.01.61.42.00.20.80.81.41.11.73-100.81.41.42.01.82.40.61.21.21.81.62.20.41.01.01.61.31.910-201.01.61.62.22.02.60.81.41.42.01.82.40.61.21.21.81.52.120-301.21.81.82.42.22.81.01.61.62.22.02.60.81.41.42.01.72.3301.42.02.02.62.43.01.21.81.82.42.22.81.01.61.62.21.92.5注：1.模料和型壳分类为： -蜡基模料，硅酸乙酯（或硅溶胶）-石英粉涂料型壳。-蜡基模料，水玻璃-石英粉涂料型壳。-树脂基模料，硅酸乙酯（或硅溶胶）-刚玉粉涂料型壳。2.高温合金综合收缩率可参照表中选用。表3-13 有色合金熔模铸件综合收缩率参考数据铝合金1-31.21.40.81.10.50.73-101.31.51.01.30.60.8注：-蜡基模料，硅酸乙酯（或硅溶胶）-石英粉涂料型壳。 -树脂基模料，硅酸乙酯（或硅溶胶）-刚玉粉涂料型壳。2.模具的尺寸精度和表面粗糙度 模具型腔的尺寸精度和表面粗糙度应视铸件的技术要求而定。一般模具型腔尺寸的制造公差为铸件公差的1/41/8。型腔的表面粗糙度比铸件细24级。模具如需镀铬，镀层厚度一般取0.0050.01mm，非加工面镀铬时表面粗糙度Ra=3.26.3m。表3-14和表3-15所示为模具各部位的加工尺寸精度和表面粗糙度。表3-14 模具各部位的加工精度模具部位型腔和型芯的形成部位活塞、镶块、顶杆等的配合部位不影响铸件尺寸的自由尺寸尺寸精度等级IT6IT10IT6IT9IT12IT14表3-15模具各部位的表面粗糙度模具部位表面粗糙度Ra模具部位表面粗糙度Ra型腔表面0.20.8浇注系统表面1.66.3芯销、活块、镶块的配合面、定位面0.81.6非工作部分表面6.312.5分型面0.81.63.组合件的配合 模具有许多部件组合而成。这些组合件相互间的配合关系应根据制模时的动作要求确定，表3-16所示为模具常用组合件的配合。表3-16 模具常用组合件的配合组合件配合图例组合件配合图例顶模块与型体定位销与型体型体与型芯活块复位杆与型体芯销与型芯、型体或活块稳定销与连接杆销轴与型体型体与镶块顶杆与型体销套与型体4.模具材料 表3-17所示为模具常用材料及热处理要求。表3-17 模具常用材料零件名称材料热处理型体、型芯、镶块、活块锻铝2A50、2A80、2A1490HBS铸铝ZL102-45钢调质，28-32HRC定位销、销套、插销、顶杆、复位杆45钢淬火，35-40HRC工具钢T7,T8淬火，40-45HRC垫板、压板，顶杆固定板，手柄，支脚45钢，Q235-A钢正火浇注系统模具铸铝ZL102-2.6.总装技术要求（1）分型面及贴合面的不贴合间隙不大于0.05mm。（2）各组合块及上下型体错位不大于0.05mm。（3）顶杆不得高出型腔表面，可低于型腔表面0.05mm以内；复位杆不得高出分型面，可低于分型面0.05mm以内。（4）型腔表面应平整、光洁，应无凹凸不平和毛刺、麻坑、伤痕等；型腔边缘除注明者外应保持锐边，非型腔表面锐边倒角0.5mm。（5）总装后应经压蜡试模，起模时应无阻卡现象，熔模飞边厚度不大于0.05mm。（1） 模具外表面应打上产品型号、零件号、模具号、制造日期等标记。2.7.浇注补缩系统模具及熔模校正用模具2.7.1 浇注补缩系统模具 浇注补缩系统模具根据其用途可分为通用和专用两种浇注补缩系统用模具，根据其注蜡方式可分为自由浇注用和压注用模具。自由浇注用模承受压力较小，不必设置夹紧力大的锁紧机构，也可采用简单的C形弹性夹。压注用模的结构与机械加工金属模具基本相同。尺寸较小的单一浇注补缩系统组元（如直浇道）也可采用沾帮法成形，沾棒一般采用铝质芯棒，其单边尺寸一般比原组元尺寸小2mm左右的沾蜡量。浇注补缩系统模具的结构应简单，操 作方便，并方便焊装。浇注补缩系统模具的型腔尺寸无需精确计算收缩量，加工精度和表面粗糙度要求可适当放低，但贴合面必须平整。表3-18所示为浇注补缩系统用模的参考结构。（2） 表3-18 浇注补缩系统模具类别及结构类别结 构 图 例自由浇注用模具类别结 构 图 例压力注蜡用模具组合浇注系统用模具类别结 构 图 例联模模具三 铸造工艺参数及砂芯设计3.1. 工艺设计参数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，这些工艺数据一般都与模样及芯盒尺寸有关，及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。这些工艺数据主要是指加工余量、起模斜度、铸造收缩率、最小铸出孔、型芯头尺寸、铸造圆角等。工艺参数选取的准确、合适，才能保证铸件尺寸精确，使造型、制芯、下芯及合箱方便，提高生产率，降低成本。3.1.1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的极限尺寸之差。在两个允许极限尺寸之内，铸件可满足机械加工，装配，和使用要求。轴壳体为砂型铸造手工造型中小批量生产，查表得：轴壳体的尺寸公差为CT1315级，取CT13级。轴壳体的轮廓尺寸为552410316mm，查表得：铸件基本尺寸（mm）公差等级 CT（mm）大于 至13级 16 25 40 25 40 63 678 63 100 160 100 160 250 91011 250 400 630 400 630 1000 12 14 16 3.1.2 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。轴壳体为砂型铸造手工造型中小批量生产，查表得：轴壳体的加工余量为H级。轴壳体的轮廓尺寸为552410316mm，查表得：轴壳体加工余量数值为4-6mm，根据具体尺寸选取。参考图如下图3.1.3铸造收缩率铸造收缩率又称铸件线收缩率，用模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示：=（L1-L2）/L1*100铸造收缩率L1模样长度L2铸件长度查表得：受阻收缩率为0.8-1.0，自由收缩率为0.9-1.1%。3.1.4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。起模斜度应在铸件上没有结构斜度的，垂直于分型面的表面上应用。初步设计的起模斜度如下：轴壳体为一较复杂铸件，其本身就有斜度，部分铸孔需要起模斜度。120，h=50, =5100，h=25，=790，h=12, =750，h=60, =746，h=49, =7但有具体技术条件知道允许的拔模斜度为1-2，所以均取拔模斜度为2。如下图 3.1.5 最小铸出孔和槽零件上的孔、槽、台阶等，究竟是铸出来好还是靠机械加工出来好，这应该从品质及经济角度等方面考虑。一般来说，较大的孔、槽等应该铸出来，以便节约金属和加工工时，同时还可以避免铸件局部过厚所造成热节，提高铸件质量。较小的孔、槽或则铸件壁很厚则不易铸出孔，直接依靠加工反而方便。根据轴壳体的轮廓尺寸为552410316mm。查表得：单件小批量生产灰铸铁最小铸出孔直径为30-50mm。铸件壁厚小于50mm时，灰铸铁应铸出的最小铸出孔约为30mm。3.1.6铸件在砂型内的冷却时间铸件在砂型内的冷却时间短，容易产生变形，裂纹等缺陷。为使铸件在出型时有足够的强度和韧性，铸件在砂型内应有足够的冷却时间。查表得：当铸件质量在50-100kg时，壁厚小于30mm时的冷却时间为80100min。3.1.7铸件重量公差铸件重量公差是以占铸件公称重量的百分比表示的铸件重量变动的允许范围。轴壳体的公称重量约为77kg，尺寸公差为CT13级。查表得：轴壳体的重量公差为MT14级。3.1.8工艺补正量在单件小批量生产中，由于选用的缩尺与铸件的实际收缩率不符，或由于铸件产生了变形等原因，使得加工后的铸件某些部分的壁厚小于图样要求尺寸，严重时会因强度太弱而报废。因此工艺需要在铸件相应的非加工壁厚上增加层厚度称为工艺补正量。但该轴壳体在大批量生产前的小批量试产过程中将进行调整，所以设计中不考虑工艺补正量。3.1.9分型负数干砂型、表面烘干型以及尺寸较大的湿砂型，分型面由于烘烤，修整等原因一般都不很平整，上下型接触面很不严。为了防止浇注时炮火，合箱前需要在分型面之间垫以石棉绳、泥条等，这样在分型面处明显增加了铸件的尺寸。为了保证铸件尺寸精确，在拟定工艺时为抵掉铸件增加的尺寸而在模样上减去相应的尺寸称为分型负数。而该轴壳体是湿型且是中小型铸件故不予考虑分型负数。3.1.10反变形量铸造较大的平板类、床身类等铸件时，由于冷却速度的不均匀性，铸件冷却后常出现变形。为了解决挠曲变形问题，在制造模样时，按铸件可能产生变形的相反方向做出反变形模样，使其于变形量抵消，这样在模样上做出的预变形量称为反变形量。而该轴壳体没有较大平板且有肋及圆柱结构故基本不会产生挠曲变形，所以不用设置反变形量。3.2. 砂型主体部位及心头斜度设计3.2.1轴壳体中心部分对于该轴壳体中心部分，其可以用一个整体砂芯来形成，因此为该中心部位单独设一个砂芯，以便下芯后检查并调整四周壁厚至均匀及方便。芯头设计：由设计资料得，芯头长度确定为l=60mm ，=7，垂直芯头底面与芯座的间隙为S=2mm 。 主砂芯形状 3.2.2两侧面肋及圆筒下部分对于两侧面肋及圆筒下部分，两边砂芯采用相同的垂直芯头来定位和固定。由设计资料得，芯头长度确定为l=35mm ，=7，垂直芯头与芯座的间隙为S=2mm 。3.2.3轴壳体顶部部分由设计资料得，芯头长度确定为l=40mm ，=7，垂直芯头与芯座间隙为S=2mm3.2.3压环、防压环和集砂槽芯头结构在湿型大批量生产中，为了加速下芯、合芯及保证铸件质量，在芯头的模样上常常做出。 此造型为中小批量生产不需要压环、防压环和集砂槽。3.2.4 芯骨设计为了保证砂芯在制芯、搬运、配芯和浇注过程中不开裂、不变形、不被金属液冲击折断，生产中通常在砂芯中埋置芯骨，以提高其刚度和强度。因为砂芯尺寸为中小型，而且采用树脂砂，故砂芯强度较好，砂芯内不用放置芯骨。3.2.5砂芯的排气砂芯在浇注过程中，其粘结剂及砂芯中的有机物要燃烧（氧化反应）放出气体，砂芯中的残余水分受热蒸发放出气体，如果这些气体排不出型外，则要引起铸件产生气孔。砂芯排气采用扎通气孔形式，通气孔大小及位置根据具体情况确定。3.2.6砂芯负数大型粘土砂芯在春砂过程中砂芯向四周涨开，刷涂料以及在烘干过程中发生的变形，使砂芯四周尺寸增大。为了保证铸件尺寸准确，将芯盒的长、宽尺寸减去一定量，这个被减去的量叫做砂芯负数。因为砂芯负数只用于大型粘土砂芯，本设计中的砂芯为小型砂芯不设计砂芯负数。四 浇注系统及冒口、冷铁、出气孔等设计4.1.浇注系统的设计浇注系统是铸型中引导液体金属进入型腔的通道，它由浇口杯，直浇道，横浇道和内浇道组成。4.2.选择浇注系统类型浇注系统分为封闭式浇注系统，开放式浇注系统，半封闭式浇注系统和封闭-开放式浇注系统。因为封闭式浇注系统控流截面积在内浇道，浇注开始后，金属液容易充满浇注系统，呈有压流动状态。挡渣能力强，但充型速度快，冲刷力大，易产生喷溅，金属液易氧化。适用于湿型铸件中小件。而输出轴壳体就是采用湿型的铸件小件，所以选择封闭式浇注系统。4.3.确定内浇道在铸件上的位置、数目、金属引入方向轴壳体为较复杂的壳体铸件，每个铸件上需要两个内浇道。为了方便造型，内浇道开设在分型面上。因为铸件采用铸件全部位于上箱的方式进行铸造，这样铸件充型平稳，可避免金属液发生喷溅、氧化及由此形成的铸件缺陷 。浇注系统的一般设计内容有:浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道。浇注系统截面积的大小对铸件质量也有很大影响。截面积太小，浇注时间长，可能产生浇不足、冷隔、砂眼等缺陷；截面积过大，浇注速度快，又可能引起冲砂，带入熔渣和气体，使铸件产生渣孔、气孔等缺陷。为了使金属液以适宜的速度充填铸型，就必须合理确定浇注系统的面积。4.3.1浇注系统类型的选择根据零件的结构选择封闭式（底注入式）浇注系统较好，因为封闭式浇注系统有较好的阻渣能力，可防止金属液卷入气体，消耗金属少，清理方便。4.3.2浇注系统的设计与计算按照铸件的基本尺寸（包括加工余量在内）计算出铸件的体积和铸件的质量。此铸件为85kg，金属液总质量G为铸件的1.25倍，则金属液总质量为：G = 85 kg1.25= 106.25kg 根据公式：式中 t-浇注时间G-浇注重量,此时G=106.25kgS-系数查设计资料得，S = 0.7代入GL和S相应数值计算可得浇注时间:t = 7.22s平均静压头Hp的确定：选择=0.50，由设计资料查得。选择浇注方式为底部注入式，运用平均静压力头高度计算公式：Hp= H0-C/2 其中： H0-浇口杯顶面到分型面的距离；C-铸件在铸型中的总高度。 Hp=H0-C/2=500-316/2=500-158=342mm。 运用灰铸铁件浇注系统内浇道的最小横截面积计算公式：代入G、Hp、t相应数值计算，得内浇道的最小控流截面积为5.39。取F内=6 cm对于封闭式浇注系统，中、小型铸铁件（砂型）直浇道截面积为内浇道截面积的1.15倍，横浇道截面积为内浇道截面积的1.1倍，即F直=1.156=6.9cm,F横=1.16=6.6cm。查表得各浇道的具体尺寸：取两个F内=3cm，a =28mm，b=24mm，c=12mmF直=7.1cm2，直径d=30mmF横=7cm，a =28mm，b=18mm，c=30mm 4.3.3横浇道末端延长段设计横浇道末端延长段，其功用为容纳最初浇注的低温、含气及渣污的金属液，防止其进入型腔；吸收液流动能，使金属液平稳进入型腔。末端呈坡形可阻止金属液流到末端时出现折返现象。末端延长段长度为75150mm，铸件大取上限。本件取80mm。4.3.4计算直浇道锥度及长度直浇道的功用是从浇口杯引导金属液向下，进入横浇道、内浇道或直接进入型腔。并提供足够的压力头，使金属液在重力作用下能克服各种流动阻力充型。由于设计直浇口有一个，由于取S直=7.1cm直浇道形状取圆形截面形状如图 查表得：圆形断面大小D=30mm为了使直浇道充满直浇道做成上大下小的圆锥形，（通常锥度取1/50）。因此直浇道上端是直径约为：D1=30+（1/50）*400=38mm4.3.5 浇口窝的设计浇口窝对于来自直浇道的金属有缓冲作用，能缩短直横浇道拐弯处的紊流区，改善横浇道内的压力分布，并能浮出金属液中的气泡。浇口窝直径为直浇道上端宽度B的2.5倍，因此D=2.2*18=45mm浇口窝高度等于横浇道高度，因此h=30mm浇口窝底部放置耐火砖防止充型。4.3.6 浇口杯的设计浇口杯是用来承接来自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢出，便于浇注，并可以减轻金属液对型腔的冲击，还可分离渣滓和气泡，阻止其进入型腔。浇口杯选用普通漏斗形浇口杯，其断面形状如图所示浇口杯断面大小为：D1=70mm, D2=66mm, H=70mm4.4.冒口及冷铁由于该铸件是中小型件，材料为灰铸铁（HT250），铸件壁厚较为均匀，且无厚大壁，固不易产生裂纹缩松等缺陷。而且设置冷铁会增加生产工序，使成本增大。因此，在铸造时不需要冒口和冷铁，石墨化膨胀前的液态收缩由浇注系统补给。为了防止铸件浇不足和产生气孔缺陷，须设计出气孔，以排除型内的气体。4.5.出气孔出气孔用于排出型腔内的气体，改善金属液充填能力、排除先冲到型腔中的过冷金属液与浮渣，还可作为观察金属液充满型腔的标志。出气孔设置位置详见工艺图。防止出气孔过大导致铸件形成热节，以至产生缩孔，出气孔根部直径，不应大于设置处铸件壁厚的0.5倍。即出气孔直径应小于15mm(0.5*30mm)和小于13mm（0.5*26mm）。防止出气孔过小导致型内气压过份增大，出气孔根部总截面接应大于内浇口总截面积6cm。因此设计出气孔根部直径为两个为12mm，另外四个为12mm，一箱1件共6个出气孔。为方便取模采用上小下大的锥形，斜度为起模斜度=1出气孔总截面积为3.14*（1.2/2）*6=6.78cm五铸造工艺装备铸造工艺装备是造型、造芯及合箱过程中所使用的模具和装置的总称。5.1模样（1）模样材料的选用 模样是造型工艺过程必须的工艺装备，用来形成铸型的型腔，因此直接关系着铸件的形状和尺寸精确度。支座为大批量生产，所以用金属模样，该金属模样的材料选用如下：模样：铝
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