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砂轮
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砂轮机体铸造工艺设计,砂轮,机体,铸造,工艺,设计
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I铸造工艺课程设计说明书设计题目砂轮机体学 院年 级专 业学生姓名学 号指导教师铸造工艺课程设计说明书I目目 录录1 1 前前 言言.11.1 本设计的目的、意义.11.2 本设计的技术要求.11.3 零件结构信息.22 2 设计方案设计方案.32.1 造型方法、造芯方法的选择.32.2 铸造方法的选择.32.3 铸型种类的选择.42.4 铸造工艺参数的选择.42.5 分型面的选择.43 3 铸造工艺参数铸造工艺参数.73.1 收缩率确定.73.2 砂轮机体铸出孔确定.73.3 加工量确定.83.4 起模斜度.113.5 砂芯设计.133.6 吃沙量确定.154 4 浇注系统设计浇注系统设计.164.1 浇注时间的确定.164.2 浇注系统的阻流截面积计算.175 5 冒口与冷铁设计冒口与冷铁设计.216 6 铸造工艺图铸造工艺图.227 7 工艺出品率工艺出品率.238 8 铸造工艺装备设计铸造工艺装备设计.258.1 工艺出品率校核.258.2 上、下模板设计.269 9 砂箱设计砂箱设计.301010 芯盒设计芯盒设计.31铸造工艺课程设计说明书II1111 结结 论论.34致致 谢谢.35参参 考考 文文 献献.36铸造工艺课程设计说明书11 前 言1.1 本设计的目的、意义1通过课程设计巩固和加深铸造工艺课及其它有关基础课和技术基础课的知识;2通过铸造工艺课程设计能较系统的掌握铸造工艺及工装的设计方法，锻炼运用铸造工艺手册及其它技术资料的基本技能，以达到培养学生分析和解决铸造生产实际问题的能力;3通过课程设计使学生进一步提高图纸、文字表达能力;4为今后工作打下基础。1.2 本设计的技术要求采用机器造型的主要铸造技术文件汇（编制工作。采用 CAD 出图，如有条件可以进行三维设计和动态模拟。华铸 CAE10.0 模拟软件可以开放使用。本次设计的砂轮机体零件材质为 ZL101，ZL101 合金牌号为：ZAlSi7Mg，为亚共晶Al-Si-Mg 系合金，主要化学成分为 Si:6.57.5%，Mg：0.250.45%，Al：90%。密度为2.68g/cm3，布氏硬度为 4570HBW，伸长率大于等于 2%，抗压强度为 135225 Mpa，固相线温度 557C，液相线温度 613C，ZL101 合金具有很好的气密性、流动性和抗热裂性能，有好的力学性能、焊接性能和耐腐蚀性能，成分简单，容易铸造，适合各种铸造方法。该合金用于承受中等负荷的复杂零件，如飞机零件、仪表、仪表壳体、发动机零件、汽车及船舶零件、气缸体、泵体、制动鼓和电气零件 ，满足大多数砂轮机体、砂轮机体零件的机械性能要求。依据标准GB/T1173-2013 铸造铝合金可知该材质可以采用砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、壳型铸造等方法铸造。本次砂轮机体生产方式选择砂型铸造。为了便于分析直观，依据砂轮机体的零件二维图纸，建立砂轮机体的三维零件如下铸造工艺课程设计说明书2图 1.2.1 砂轮机体三位零件图所示。 图 1.2.1 砂轮机体三维零件图技术要求：1.铸件尺寸公差按 HB6103-86-CT9。2.未注铸造圆角 R1R2。铸造工艺方案分析1.3 零件结构信息砂轮机体零的结构如下图 1.1 砂轮机体零件图所示，砂轮机体除了安装法兰为非回转体外，其余结构为台阶圆柱回转体组合。外形最大尺寸 141X43，法兰凸台尺寸如零件图 1.1 所示。砂轮机体的法兰安装台有 3 个 M10 螺丝孔，主题中间有 2 个 6H9 孔，中轴部位为 28 与 29 轴孔，同心度公差分别为 0.1、0.05，法兰端面和砂轮机体 220端面有垂直度要求，砂轮机体一头有 M39X1.5 螺纹，另一端为 35 和 40 光孔。安装凸台上分别有两个 18H8 配合的安装孔，详细尺寸及结构见下图 1.3.1 所示。图 1.3.1 砂轮机体零件图铸造工艺课程设计说明书32 设计方案2.1 造型方法、造芯方法的选择铸造工艺包括：造型方法、造芯方法、铸造方法及铸型种类的选择。根据手工造型和机器造型的特点，选择手工造型，本次设计选择 Z148E 型造型机对砂轮机体铸型造型，芯子为冷芯盒手工芯盒制芯。2.2 铸造方法的选择根据零件的各参数，及前文分析砂轮机体零部件材质特点，以及下表 2.2-1 Al-Si合金的铸造性能，选择砂型铸造。适合的铸造方法合金代号SJY抗热裂性气密性流动性凝固疏松倾向ZL101优优优优ZL101A优优优优ZL102优良优优ZL104优优优优ZL105优优优优ZL105A优优优优ZL106优优优优ZL107良良良良ZL108良良优中ZL109良良优中ZL111良良优中ZL114A优优优优ZL115良良优良铸造工艺课程设计说明书4ZL116优优优优ZL117中中优中注：“”表示适合于此种铸造， “”表示不适合于此种铸造。红砂是著杂工工业的重要型砂材料，可作为铸铁及各种有色金属铸件用砂。红砂的主要成为 SiO2 占比 79.4%，FeO3 占比 1.48%，Al2O3 占比 10.55%，CaO 占比 0.85%，MgO占比 0.52%。红砂耐火温度 1440C，含泥量 3.06%，烧损量 1.98%，红砂特点含硅高，透气性好，耐火度高，水份低，泥质少，铸件光洁度高等优点。故本次设计砂轮机体铸铝砂型铸造用砂件采用红砂。2.3 铸型种类的选择根据铸型的特点和应用情况选用自硬砂。2.4 浇注位置的选择铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置。浇注位置是根据铸件的结构特点、尺寸、重量、技术要求、铸造合金特铸造方法以及生产车间的条件决定的。正确的浇注位置能保证获得健全的铸件，并使造型、制芯和清理方便。浇注位置选择一般遵循以下原则：1）铸件最重要的部分或交大平面朝下。2）铸型的防止应有利于砂芯的定位与稳固支撑。3）当铸件需要冒口补缩时，最好使补缩部位处于铸件的上部。4）为避免铸件薄壁部分浇不足，浇注使，薄壁部分营放在下边或立放或斜放。5）铸型的放置应有利于在浇注时，砂型和砂芯排气。6）对于平板类铸件，为了防止夹砂，可以倾斜放置，同时也有利于排气，也可减少铁水对铸型的冲刷力。7）应尽量使砂芯全部或者主要部分位于下型，并尽量少用吊芯。8）应使下芯，合箱方便，便于检查型腔尺寸。综合上述原则，考虑到砂轮机体零件结构特点，本次设计采用底部浇注。2.5 分型面的选择铸造分型面是指铸型组元间的接合面，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，使铸造工艺简单，并易于保证铸件质量。浇注位置往往同分型面的选铸造工艺课程设计说明书5择密切相关，所以二者相互影响，为了便于充分考虑二者的相互关联的关系，砂轮机体零件可有以下两种分型方案。分型方案一：从砂轮机体中轴处做分型面，采用中间浇注系统，该分型方案如图 2.5.2分型方案一所示。图 2.5.2 分型方案一分型方案一的优点是：分型面简单，两箱造。该方案的缺点是：砂轮机体的法兰厚实部分位于分型面附近，无法灵活解决后续的铸造缺陷问题，比如在厚实部分假冒口补缩不方便。分型方案二：与分型方案一类似，区别在于将砂轮机体的安装法兰厚实部分放在上型，采用中间浇注系统，该分型方案如图 2.5.3 分型方案二所示。图 2.5.3 分型方案二分型方案二的优点是：分型面平直简单，中间为水平砂芯。将零件厚大部分置于上型，可以灵活的选择补缩冒口或者增加冷铁减少热节的铸造缺陷。缺点是：水平芯子有些长。综合比较，所有的分型方案均采用中间浇注形式，分型方案二在后续处理铸造缺陷铸造工艺课程设计说明书6问题比较灵活，故本次设计分型方案选择分型方案二进行分型分模，采用将铸型放在上、下砂箱之间的中间浇注形式。铸造工艺课程设计说明书73 铸造工艺参数3.1 收缩率确定铸件线收缩率又称铸件收缩率或者铸造收缩率，是指铸件从线收缩开始温度（从液相中析出枝晶搭成的骨架开始具有固态性质时的温度）冷却到室温时的相对线收缩量，以模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示，即 =1 21 100%式中摸样长度，铸件长度。由表 3.3-1AlSi 合金的铸造性能数据，可知12ZL101，对应的收缩率为 1.11.2%，本次设计取收缩率为 1.1%。表 3-3-1 Al-Si 合金的铸造性能数据收缩率（%）流动性/mm抗热裂性气密性合金代号线收缩体收缩700C750C浇注温度/C裂环宽度/mm试验压力/MPa试验结果ZL1011.11.23.73.9350385713无裂纹0.5裂而不漏 ZL101A1.11.23.73.9350385713无裂纹0.5裂而不漏ZL102091.03.03.5420460677无裂纹1.68裂而不漏ZL1041.01.13.23.4360395698无裂纹10.3裂而不漏ZL1051.151.24.54.93443757237.51.23裂而不漏ZL105A1.151.24.54.93443757237.51.23裂而不漏ZL1061.21.36.26.5360400730120.6裂而不漏ZL114A1.11.24.04.5345380715无裂纹1漏水ZL1161.11.24.04.6340380710无裂纹1裂而不漏3.2 砂轮机体铸出孔确定砂轮机体两头分别有 18H8 孔，依据前文分型方案的选择，便于分型及补缩，此处两孔不铸出，带后续机械加工；两侧断面的 3 个 M10 螺丝孔为后续机械加工，也不铸出；砂轮机体中间部位的 2 个 6H9 孔，由于孔径太小，也不铸出，后续机械加工；砂轮机铸造工艺课程设计说明书8体中轴孔 29 与 28，需要铸出，后续需设计砂芯，铸出中轴孔，具体砂芯设计下文详细论述。3.3 加工量确定铸件上的机械加工余量是铸件上要用机械加工的方法切去的金属层厚度。加工余量不足，会使铸件因加工表面上残存黑皮和表层缺陷而报废；加工余量太大，会增加机械加工的工作量，且浪费金属材料，从而增加了生产成本，有时还会因截面变厚，热节变大，使铸件晶粒粗大，力学性能降低。铸件的机械加工余量可以用查表的方法确定。铸件切削加工余量等级常常和铸件尺寸公差等级配套确定。铸件尺寸公差的代号用字母 CT 表示2。尺寸公差等级分为 16 级。单件和小批量生产的铸件尺寸公差等级见表 3.3.1 成批和大批量生产铸件的尺寸公差等级（摘自 GB/T6414-1999） 。砂轮机体为砂型铸造手工造型批量生生产故，依据表 3.3-1 成批和大批量生产铸件的尺寸公差等级（摘自 GB/T6414-1999）选用铸件公差等级为CT10（GB/T 6414-1999-CT10） 。表 3.3-1 成批和大批量生产铸件的尺寸公差等级（摘自 GB/T6414-1999）公差等级 CT铸 件 材 料方法钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金锌合金轻金属合金镍基合金钴基合金砂型铸造手工造型11141114111411141013101391211141114砂型铸造机器造型和壳型81281281281081081079812812金属型铸造（重力铸造或者低压铸造）8108108108107979压力铸造684647水玻璃79797958587979熔模铸造硅溶胶46464646464646注1 表中所列处的公差等级时至在大批量生产、且影响铸件尺寸精度的生产因素已得到充分改进时铸件通常能够达到的公差等级。2 本标准还适用于本表未列出的由铸造厂和采购方之间协议商定的工艺和材料。铸件切削加工余量的代号用字母 MA 表示。切削加工余量等级由精到粗分为A、B、C、D、E、F、G、H、J 共 9 个等级2。单件和小批量生产的铸件加工余量等级按表表 3.3-2 毛坯铸件典型的机械加工余量等级选取该砂轮机体的加工等级为 G 级。表 3.3-2 毛坯铸件典型的机械加工余量等级要求的机械加工余量等级铸件材质方法铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铜合金锌合金轻金属合金镍基合金钴基合金砂型铸造手工造型GKFHFHFHFHFHFHGKGK铸造工艺课程设计说明书9砂型铸造机器造型和壳型EHEGEGEGEGEGEGFHFH压力铸造DFDFDFDFDFDF熔模铸造EEEEEEE砂轮机体各加工部分尺寸的加工量计算包括浇注位置的侧面加工量计算、顶面加工量计算、底面加工量计算，具体计算如下：表 3.3-3 铸件尺寸公差数值（摘自 GB/T6414-1999） （单位：mm）毛坯铸件基本尺寸铸件尺寸公差等级 CT1）大于至123456789101112132）142）152）162）3）100.090.130.180.260.360.520.7411.522.84.210160.10.140.20.280.380.540.781.11.62.23.04.416250.110.150.220.300.420.580.821.21.72.43.24.668101225400.120.170.240.320.460.640.91.31.82.63.6579111440630.130.170.240.360.500.7011.422.845.68101216631000.140.180.260.400.560.781.11.62.23.24.4691114181001600.150.200.280.440.620.881.21.82.53.657101216201602500.220.300.500.7211.422.845.68111418222504000.240.340.560.781.11.62.23.24.46.29121620254006300.400.640.91.21.82.63.657101418222863010000.7211.422.84681116202532100016000.801.11.62.23.24.6791318232937160025002.63.85.48101521263342250040004.46.2912172430384940006300710142028354456630010000111623324050641）在等级 CT1CT15 中对壁厚采用粗一级公差（见第 7 章）2）对于不超过 16mm 的尺寸，不采用 CT13CT16 的一般公差，对于这些尺寸应标注个别公差。3）等级 CT16 仅适用于一般公差规定为 CT15 的壁厚。砂轮机体中轴孔，孔径为 35、28、37.5，双侧加工，查表 3.3-3 铸件尺寸公差数值（摘自 GB/T6414-1999）CT10 公差值为 2.6，位浇注位置的侧面，查表 3.3-4 要求的铸件加工余量(RMA) （摘自 GB/T6414-1999）加工余量等级 RMA(G)对应数值为 0.5 侧面双侧面加工量为：2.6/4+0.5=1.15mm，圆整取加工量为 1.5mm。 3.3-4 要求的铸件加工余量(RMA) （摘自 GB/T6414-1999） (单位：mm)铸造工艺课程设计说明书10最大尺寸1）要求的机械加工余量等级大于至ABCDEFGHJK400.10.10.20.30.40.50.50.711.440630.10.20.30.30.40.50.711.42631000.20.30.40.50.711.422.841001600.30.40.50.81.11.52.23461602500.30.50.711.422.845.582504000.40.70.91.31.42.53.557104006300.50.81.11.52.234691263010000.60.91.21.82.53.5571014100016000.711.422.845.581116160025000.81.11.62.23.24.5691418250040000.91.31.82.53.5571014204000630011.422.845.581116226300100001.11.52.234.5691217241）最终机械加工后铸件的最大轮廓尺寸。2）等级 A 和 B 仅用于特殊场合，例如，在采购方与铸造厂已就加持面或者基准目标商定模样装备、铸造工艺和机械工艺的成批上产情况下。砂轮机体中轴端面加工量计算，40X141 端面位于浇注位置的侧面，取 141 为基本尺寸，双侧加工，查表计算加工两量为：如上述步骤，砂轮机体的上下端面都加工，则加工量计算为 3.6/4+2.2=3.1mm，圆整取加工量为 3.0mm。砂轮机体的法兰端面加工量寸计算，法兰端面位于浇注位置的侧面，单侧加工量计算如上述步骤，则加工量计算为 2.6/2+0.5=1.8mm，圆整取加工量为 2.0mm。砂轮机体中间腰形凸台端面加工量寸计算，尺寸为 24X12X2 基本尺寸为 24，端面位于浇注位置的侧面，单侧加工，加工量计算如上述步骤，则加工量计算为2.4/2+0.5=1.7mm，圆整取加工量为 2.0mm。最终计算加工量后三维零件图，如下图 3.3 所示。图 3.3 三维加工量添加图红色为放加工量的铸件轮廓，绿色为零件轮廓铸造工艺课程设计说明书113.4 起模斜度为了使模样(或芯)易于从砂型(或芯盒)中取出(砂型铸造)，或者从铸型中取出铸件(金属型铸造)，铸件垂直分型面的表面要留有起模斜度(也称拔模斜度)。铸造斜度可以用不同的方法形成，起模斜度可采取增加铸件壁厚（如图 3.4.1 中图 1） 、增减铸件壁厚（如图3.4.1 中图 2）或者减小铸件壁厚（如图 3.4.1 中图 3）的方法来形成。图 3.4.1在铸件上添加起模斜度，原则上不应超过铸件的壁厚工差要求。铸件的起模斜度值参考表 3.4-1 起模斜度（JB/T 5105-1991） 。表 3.4-1 起模斜度 （摘自 JB/T 5015-1991）起模斜度金属模样、塑料模样木模样测量面高度 HmmAA mmAA mm103300.64000.810401501.42051.6401000501.60551.61001600351.60402.01602500302.20352.62504000303.60354.24006300254.60305.663010000205.80257.41000160002511.61600250002518.22500025如图 3.4.2 砂轮机体零件铸件二维图所示，采用金属模样造型，该砂轮机体零件垂直分型面的总高度小于 40 mm，采用增加壁厚添加起模角度为 11.5。铸造工艺课程设计说明书12图 3.4.2 砂轮机体铸件二维图依据表 3.4-1 起模斜度（JB/T 5105-1991）以及表 3.3-3 铸件尺寸公差数值（摘自GB/T6414-1999） ，超过 40mm 高，采用增减壁厚方式，选取金属模样的起模角度为 0.5。根据以上结果，最终确定砂轮机体铸件三维图如图 3.4.3 砂轮机体铸件三维图，图中天蓝色剖面部分为未计算加工量的砂轮机体零件，红色剖面为计算的加工量，通过软件计算该砂轮机体铸件质量为 0.56kg。铸造工艺课程设计说明书13图 3.4.3 砂轮机体零件三维图3.5 砂芯设计依据前文分析，砂轮机体在中轴处需设计砂芯，依据加工量数值计算此处砂芯长度为 148，砂芯最小端直径为 25 最大端直径为 34.5，查表表 3.5-1 水平芯头长度，选择芯头长度 l=30mm。表 3.5-1 水平芯头的长度 l （单位：mm）铸造工艺课程设计说明书14D 或者（A+B）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为了便于下芯，芯头座与砂芯应留适合的间隙，查表 3.5.2 水平芯头的斜度及间隙，选取间隙值 S1=0.5mm，S2=1.0mm，S3=1.5mm。表 3.5.2 水平芯头的斜度及间隙 （单位：mm）D 或者（A+B）/25051 100101150151200201300301400401500501700701 10001001150015012000200010.50.51.01.01.51.52.02.02.52.53.03.021.01.51.51.52.02.03.03.04.04.04.54.5湿型31.52.02.02.03.03.04.04.05.05.06.06.011.01.51.51.52.02.02.52.53.03.04.05.021.52.02.03.03.04.04.05.05.06.08.010.0干型320.3.03.04.04.06.06.08.08.09.010.012.0铸造工艺课程设计说明书15图 3.5.1 砂轮机体砂芯二维图通过前文设计论述，将上模样、下模样、砂芯进行三维设计，图 3.5.2 砂轮机体上、下模样与砂芯三维剖面图所示。图 3.5.2 砂轮机体上、下模样与砂芯三维剖面图3.6 吃沙量确定模样与砂箱、箱顶、箱底和箱带之间的距离称为吃沙量。由前文可知砂轮机体单件重量为 0.56Kg，本次砂轮机体模具设计为一箱两件形式，依据表 3.6-1 按重量确定吃砂量表，可确定吃沙量最小尺寸为 a=40mm，b=40mm，c=30mm，d=30mm，e=30mm， f=30mm。铸造工艺课程设计说明书16实际选取数值略比该值大，可充分考虑现有模板及砂箱标准尺寸。表 3.6-1 按铸件重量确定的吃沙量 （单位 mm）铸件重量/kgabcdef100004050607090100120150200250275300350400405060709010012015020025027530035040030404050506070901001251501752002503040505060708090100125150175200250304050607010030303040506070120150200225250250250铸造工艺课程设计说明书174 浇注系统设计非铁合金铸件浇注系统的尺寸可按照铸铁、铸钢浇注系统的计算方法确定。通常是根据经验建立的表格建立的各种表格进行查找。可按照铸件重量与直浇道断面关系选择或根据铸件重铸件水平断面积与内浇道断面积关系建立的经验数据来选择。4.1 浇注时间的确定砂轮机体铸件单件重量为 0.56Kg。由于该件为一箱两件生产的砂型铸造生产形式，依据工艺出品率参照单件大批量生产，确定浇注过程中的总体金属液重量，浇冒占比为30%，则浇注时所需金属液总质量为 0.56X2X1.3=1.456Kg。工艺出品率 =铸件重量铸件重量 + 浇冒口重量 100%对于重量小于 450Kg 的形状复杂的薄壁铸铁件，其浇注时间可按经验公式（4-1）计算其他合金铸件的浇注时间 （4-1） = n式中；浇注时间（s）铸件或者浇注金属质量（kg） ；铸件壁厚（mm）B、p、n系数，见表 4.1-1表 4.1-1 公式 4-1 中的系数浇注时间: X =3.351S = n= 1.2511.50.351.4560.35铸造工艺课程设计说明书184.2 浇注系统的阻流截面积计算浇注系统常用的分类有两种：根据浇注系统个单元断面的比例关系，可分为封闭式、半封闭式、开放式、封闭开放式等 4 种类型；根据内浇道在铸件上的相对位置（引入位置） ，可分为顶注式、中注式、底注式和阶梯注入式等 4 种类型。本次砂轮机体浇注系统设计采用开放浇注系统、底部浇注式，查表 4.2.1 铝、镁铝合金浇注系统各单元常用端面比（A_直：A_横：A_内） ，因为该砂轮机体为中、小型灰铁件砂型铸造，故选择浇注系统的断面比关系为：A_内 ：A_横 ：A_直 =3：2：1。表 4.2-1 铝、镁铝合金浇注系统各单元常用端面比（）直：横：内合金种类大型铸件中型铸件小型铸件镁合金1：（35）：（38）1：（24）：（36）1：（23）：（1.54）铝合金1：（25）：（26）1：（24）：（24）1：（23）：（1.54）前文计算的铸件高度 103mm，缩尺为 1.1%，依据吃沙量前文查表选取为a=b=40mm，c=d=e=30，铸型在上、下型上都有型，依据前文分型面选择确定上型高度为56mm，则上砂箱最小高度为 56X1.01+40=96.616mm，取上砂箱高度 100mm，同样下砂箱高度为 47X1.01+50=97.517（下砂箱取 100mm） 。确定静压头高度，依据表 4.2-2 浇口杯的形式，初步选择漏斗形浇口杯，浇口杯高度尺寸，暂定为 40mm。表 4.2-2 浇口杯的形式形 式图 例特 点 与 应 用漏斗形可在砂型中直接挖出或者用简单的金属浇口圈做出，操作方便。一般用于小型铸件本次设计采用中间浇注形式， 则计算静压头高度为:10.0=+0.4-103X1.011/8=12.698cm铸造工艺课程设计说明书19则依据截面比的关系：=3：2：1。内浇道采用内横直截面比设计法，则内浇道计算公式为：内= 2其中本次设计浇注系统为浇口杯、直浇道、内浇道 4 个部分的四单元浇注系统，则有：X12.6981.036599cm =(k221 +k21+k22)p=0.52(1 +(13)2+ 0.52)=7.19cm2内= t2h=1.4560.002680.53.351X29811.036599=选取与计算的=7.19cm2接近的面积，本次设计内浇道断面积为 7.2cm2，一箱两件，内设计六个内浇道，则每个内浇道断面积为 1.2 cm2，查表 4.2-3 选内浇道断面积 1.3 cm2的内浇道，对应的尺寸为 a=12mm，b=10mm，c=12mm。表 4.2-3 梯形断面内浇道的断面尺寸h=ah=1.2ah=1.5aababhabhmm断面积/cm2mm断面积/cm2mm断面积/cm210121518208101215160.91.32.03.03.6101215182081012151612141822241.11.52.43.64.3101215182081012151615182327301.42.03.14.55.4铸造工艺课程设计说明书20222518204.45.72225182026305.26.82225182033386.68.6计算出横浇道总断面面积为= 7.2X2/3=4.8cm2,因为从直浇道根部分出两个横浇横道，则每段横浇道断面面积为 2.4cm2，查表 4.2.5 梯形横浇道尺寸，取面积为 2.0cm2对应的横浇道尺寸，取数值近似，设计横浇道为：a=14mm，b=11mm，b=19.5mm。表 4.2-4 梯形横浇道尺寸h=ah=1.2ah=1.5aababhabhmm断面积/cm2mm断面积/cm2mm断面积/cm215122.01613192.81613243.51814.52.91713.520.53.21713.525.53.919153.21814.521.53.51814.5274.420163.61915233.9191528.5521174.02016244.22016305.42217.54.42117254.8211731.562318.54.82217.526.55.22217.5336.524195.22318.527.55.72318.534.57.225205.62419296.22419367.226216.12520306.8252037.58.52721.56.52621317.32621399.22822.57.12721.532.57.92721.540.59.829237.52822.533.58.52822.54210.630248.12923359.1292343.511.33225.59.23024369.730244512.2342710.43225.538.511.13225.54813.8362911.534274112.534275115.5铸造工艺课程设计说明书213830.51336294314352852.516.5403214.43830.545.515.536295417.3443517.440324817.33830.55719.54838.520.845365421.840326021.6计算出直浇道总断面面积为=7.2X1/3 =2.4cm2,选取直浇道截面面积取直2.4cm2，对应直径大约为 17.5mm。最终确定各浇道截面尺寸如下图 4.2 浇道截面尺寸所示。图 4.2 浇道截面尺寸铸造工艺课程设计说明书225 冒口与冷铁设计由于铸件本身结构、合金成分、冷却条件等原因，不能建立足够的后补缩和自补缩的情况下才应用冒口，一个需要设置冒口补缩的铸件，也必须利用后补缩和自补缩，冒口仅是补充后补和自补不足的差额，本次砂轮机体参照图 5.1.1 典型热节冒口尺寸设计冒口。图 5.1.1 典型热节冒口尺寸= 1.2dc或= 1.21.5= 1.41.8式中，h冒口根部的切割量，一般取 h=58mm 冒 冒口根部直径d铸件热节直径口向上有 5倾斜，也可按 1：10 斜度设计，冒口根的切割量 h=58mm。砂轮机体两热节轴处，壁厚为 21、24mm，采用图 5.1.2 形式冒口，图一形式冒口计算采用冒口的高度，暂定dc=20,则 DR=24mm，DN=18mm，h=5mm，斜度取 5，冒口延伸到上砂箱顶面，做明冒口，即方便造型又可以观察浇注时液面状况，最终设计砂轮机体冒口如图 5.1.2 砂轮机体冒口图示所示。图 5.1.2 砂轮机体冒口图示铸造工艺课程设计说明书236 铸造工艺图铸造工艺图由前文铸造工艺参数选取以及吃砂量的确定，因为一箱两件生产该砂轮机体，可确定铸造工艺排布图，砂轮机体的铸造工艺图如图 6.1.1 砂轮机体铸造工艺图所示。图 6.1.1 砂轮机体铸造工艺图铸造工艺课程设计说明书247 工艺出品率工艺出品率由前文铸造工艺选择的浇注系统尺寸，预估工艺出品率，计算如下：浇口杯体积为：V浇=(402)2+(402)(17.52)+(17.52)23.14403= 27278.753直浇道体积为：V直=(17.52)2 3.14 100 = 24040.633直浇道窝体积为：V窝=2 (17.52)33 3.14 = 1402.373横浇道体积为：V横=(14 + 11) 19.52 193 = 47043.753内浇道体积为：V内=(12 + 10) 122 101.1 2 = 26690.43V冒= 2X(28.82)2+(242)(28.82)+(242)23.14273+2 (242)33 3.14 +(182)2 3.14 5= 88023.723则浇冒质量为：浇冒=(27278.75+24040.63+1402.37+47043.75+26690.4+88023.72)10000000002.68=0.575K铸造工艺课程设计说明书25一箱两件，铸件质量为 0.56X2=1.12Kg则预估工艺出品率为：1.121.12 + 0.575100%=66.08%铸造工艺课程设计说明书268 铸造工艺装备设计铸造工艺装备设计由前文计算选取的吃沙量以及铸造工艺排布，选择砂箱内框尺寸，上砂箱内框尺寸为：350X300X100，下砂箱内框尺寸为：350X300X100。根据表 8.1-1 常用造型机所用砂箱的最佳尺寸，依据本次设计数据，选择 400X300砂箱尺寸对应的造型机为 Z114A。 表 8.1-1 常用造型机所用砂箱的最佳尺寸 砂箱尺寸（mm）400300500400600500800600造型机Z114A，Z124Z145，ZZ415Z146，ZB326ZB148A，3ZZ318砂箱尺寸8007001000800110090016001200造型机Z148A，Z158Z2310，Z2410ZB1410ZB1416铸造工艺装备是造型、制芯、合箱及浇注过程中使用的模具和装置的总称。模板是由模底板、模样（包括铸件的本体模样、芯头模样和浇冒口模样）和定位销等组合而成。8.1 工艺出品率校核依据前文铸造工艺参数确定及铸造布置，绘制三维铸件及浇注系统如图 8.1.1 砂轮机体铸件及浇注系统三维图所示，依据造型设备参数以及铸造工艺排布，设计砂轮机体的上、下模板。由三维分析校核浇注系统和冒口质量为 0.54Kg，两个铸件总质量为 1.15Kg，则实际工艺出品率为：1.151.15+0.54100%=68.05%图 8.1.1 砂轮机体铸件及浇注系统铸造工艺课程设计说明书278.2 上、下模板设计模板一般使用模底板和模样、浇冒口系统及定位销等装配而成，通常模底板的工作平面形成铸件的分型面，模样及浇冒口系统形成铸件的外轮廓及浇冒口系统型腔，依据表 8.1-1，选择螺栓将模样与模底板固定。砂箱内框尺寸为：350X300，考虑砂箱四周砂箱厚度，所以模底板水平方向尺寸设计为 364X324，则平均砂箱内框尺寸为小于 500，按照图 8.2.1 所示选择与定位销与导向销结构。图 8.2.1 模底板用定位销及导向销的结构材料：20 渗碳，5255HRC依据砂箱内框平均尺寸500 从表 8.2-1 中选择公称直径为的定位销与导20- 0.065- 0.117向销。表 8.2-1 模底板用定位销及导向销的尺寸 （单位：mm）模底板平均轮廓尺寸（A0+B0）/25005017507511500150125002500（d9）20- 0.065- 0.11725- 0.065- 0.11730- 0.065- 0.11730- 0.065- 0.11735- 0.080- 0.14240- 0.080- 0.142（h81）18- 0.033- 0.0020- 0.033- 0.0024- 0.033- 0.0024- 0.033- 0.0030- 0.033- 0.0034- 0.039- 0.0021313161620243M16M16M20M20M24M30424303535404512023282833382455060607080铸造工艺课程设计说明书28121620202530S121620202430D2330363640462530505050503040606075755050707010010075758080125125100100100100150150125125125125175175l150150150150200200Ll+60l+75l+90l+90l+105l+120注：1.工作不分长度 可根据生产需要选取，但尾数应为 0 或 5.l2.销子外径允许的磨损量（按尺寸下限）：定位销中心距小于 1000mm 为 0.25mm，大于 1000mm 为0.5mm。3.用双螺母固定时可加长。l2销子的工作部分，分为定位和导向两部分，在选取倒像部分的斜度何高度时，应保证有导向作用和保证在放置砂箱时不至于碰坏模样。手工或者桥式起重机起模时，倒像部分的顶端应高出模样 2025mm，定位销中心矩按表 8.2-2 选择 A+110mm，即 460mm。表 8.2-2 模底板定位销孔中心距 （单位：mm）定位销孔中心距砂箱上的箱耳和吊轴分开铸出砂箱平均内框尺寸(A+B)/2砂箱上的箱耳和吊轴整铸在一起铸铁铸钢500A+80100A+140A+120501750A+100140A+150A+1407511000A+140160A+190A+15010011500A+160200A+230A+18015012500A+200240A+250A+220定位销耳选择图 8.1.3 定位销耳结构图中的 c）型。铸造工艺课程设计说明书29图 8.2-3 定位销耳结构对于平均轮廓尺寸小于 500mm 的小型模底板一般不设手柄。为了方便生产起吊模板工装，需设计吊轴，吊轴可以和模底板一起铸出，称为整铸式，也可以铸接。铸铁模底板整铸式吊轴的结构和尺寸见表 8.2-3，选择 d=30mm 的整铸吊轴。表 8.2-3 铸铁模底板整铸式吊轴的结构和尺寸 （单位：mm）吊轴上允许负荷/kNdd0DabLrR2.53012519122535385451876141535555119602410218185070615158032136242265958202510040160303080120102535120481903640951451230注：吊轴直径为d=30mm 和 45mm 时，则d0=12mm 和 18mm 的孔，在浇注时应插入冷铁。铸造工艺课程设计说明书30上模板上设计阀盖零件的主体部分，依据前文，将阀盖零件的上模样，安装固定在上模板上；浇筑系统，依据铸造工艺分析及排布，设计在上模板上；上模板的基板按照手册参考设计定位耳以及定位销；依据手册设计合适的板厚以及筋条厚度与位置，上模样选择 M10 内六角螺栓装配，具体上模板尺寸与安装定位详见上模板的二维图所示，最终设计上模板装配如图 8.2.4 所示。1定位销，2M8X30L 螺钉，3上模样，4直浇道+横浇道+内浇道，5M8X45L 螺钉，6上模底板，7导向销，86 定位销，9补缩冒口图 8.2.4 上模板三维装配图下模板设计与上模板设计类似，不再论述。铸造工艺课程设计说明书319 砂箱设计砂箱内框尺寸为 300X300，前文选择上下砂箱高度为 100mm，查表 9.1-1 可知砂箱内框平均尺寸500 的砂箱高度为 120200mm，砂箱厚度选择 12mm。表 9.1-1 简易砂箱箱壁断面尺寸 (单位：mm)砂箱内框平均尺寸（A+B）/2h h1 1b bh h1 1h h2 25001202001215101350175015030018221518200300283025277511000301400252822252503003035273210011500301450283225282530352732一般内框平均尺寸小于 500mm 的手工砂箱，砂箱把手可采用图 8.1.1 所示把手。图 9.1.1 砂箱把手砂箱的定位销与导向销依据手册借本尺寸为 20 和 20 的定位销与导向销，砂箱高度按照标准选取高度为 100mm，将铸型与砂箱装配关系用下图 9.1.2 合箱图表示。1 下砂箱，2下砂型，3定位销，4定位套，5上砂箱，6上砂型，7浇口杯，8导向位销，9导向套图 9.1.2 合箱铸造工艺课程设计说明书3210 芯盒设计芯盒是制芯过程中所必须的工艺装备，本次阀盖中间的水平芯子采用金属材质的铸铝芯盒，因为芯子为圆柱回转体，设计采用对半开铸铝芯盒，根据芯子尺寸大小，采用25mm 厚铸铝版设计芯盒。定位销套采用过盈配合式定位销和定位销套，具体结构与尺寸如下图 10.1.1、图10.1.2、表 10.1-1、表 10.1-2。图 10.1.1 A）I 型（螺母紧固式）定位销 b）II 型（过盈配合式）定位销材料：45 钢；硬度：4550HRC；d与D1同轴度误差不得大于 0.01mm表 10.1-1 定位销结构尺寸 （单位：mm）DD1d1d2DLlL1l2I 型I、II型I、II 型I、II 型I 型II 型I 型II型I、II 型长销短销长销短销长销短销I型II型I、II型8- 0.040- 0.07616+ 0.025+ 0.00716+ 0.034+ 0.023M16X1.5132065503015131618610- 0.040- 0.07616+ 0.025+ 0.00716+ 0.034+ 0.023M16X1.513207060
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