【盘插管零件的浇注系统设计案例8100字】

盘插管零件的浇注系统设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u286941工件零件分析 21221.1零件结构分析 2236112铸造工艺设计 423372.1工艺方案的选择 4197472.1.1型砂的选择 5162372.1.2浇注位置选择方案 646842.1.3铸件分型面的选择原则： 7118822.1.4砂箱中铸件数量及排列 897382.2铸造工艺参数的确定： 9319192.2.2机械加工余量 1071422.2.3铸造收缩率 104462.2.4起模斜度 11161112.3其他工艺参数的确定 12203802.3.1工艺补正量 12183072.3.2分型负数 1266472.3.3非加工壁厚的负余量 1231552.3.4反变形量 12285522.3.5分芯负数 12288592.4砂芯 1280962.4.1砂芯设计 1388653浇注系统设计 13135673.1浇注系统的选择 1431873.1.1浇注系统的选择原则： 14308133.2浇注系统的计算 15174113.2.1浇注时间的计算 15164653.2.2平均静压头 16177453.3各浇道截面积尺寸 17167743.4浇口杯设计 211工件零件分析1.1零件结构分析1.零件名称：盘插管2.材料：QT420。3.技术要求：加工表面不得有夹渣、缩孔和疏松缺陷，非加工面不得有明显缺陷、缩孔，不允许焊补处理。4.生产数量：中小批量。5.结构特点：圆柱形材料成分:C：3.5～4.0、Si：2.5～3.0、Mn<0.3、P<0.07、S<0.02、Mg:0.03～0.06、Re:0.02～0.05。按照零件二维图各项尺寸，利用SolidWorks软件进行三维造型，绘制出如图1-1所示的零件三维图。图图1-1零件三维图其结构为：该盘插公称通径DN300mm，公称压力PN10。由零件二维图（见图1-3）可知，零件的轮廓尺寸为455mm×325mm×425mm，主要壁厚为7.9～8.1mm，通孔直径309mm，属于中型薄壁件。零件分析：壁厚，由于壁厚过小填充的压力会偏大且不确定能不能可以完整填充，导致可以出现欠注、熔接痕明显等浇注缺陷且由于的压力比正常大，会导致损耗增大。所以我们壁厚会保证一个均匀的恒定值就基本可以满足要求，一般控制在合理的范围内。工件产品的壁厚可以是看作是否满足开模的其中的一个基本的条件并且是可以通过壁厚预测部分可能发生的工艺，可以提前进行调整避免后期发生的质量问题。如太厚或太薄的工件产品都认为是不符合基本的开模具条件，因为壁厚太厚填充时的阻力会变小，填充时间会增长，保压时间冷却时间都会增长。在冷却时容易造成由于冷却差异而使工件发生变形导致产生不合格的产品。其次是由于壁厚大大增加了不利于成本的控制。壁厚较小的情况下，在工件产品本身的缺点点是由于壁厚过小工件本身的强度和刚度会明显不足，外界施加的力会不能保持其正常工作，会降低使用寿命。对模具来说，壁厚过小部分地方会加工难度增大要通过特殊的加工工艺才能达到要求。模具在生产时，对本次的工件产品的壁厚分析，其壁厚基本在合理范围内且厚度变化均匀且基本恒定，符合开模工艺的基本条件。圆角，有圆角过度的地方更加符合流动力学的特性，材料的流动阻力明显降低，更加有利于材料的填充，不会容易出现欠注或熔接痕明显等的浇注缺陷。熔接痕部分要处理得当，因为熔接痕部看起来没其他问题但其实这部分的工件密度松散，强度会明显不足。使用时间久了容易开裂而导致产品报废。在条件允许的情况下，在工件各个地方的交接尽量要避免出现钝角、锐角、直角，要用圆角进行过度的链接。在工件产品结构本身看，如果出现直角过度时容易出现应力集中问题，其本身的强度也会下降从而影响使用寿命。在模具的结构上看，也是一样模具会跟随着工件出现圆角避免应力集中的问题，其次如果是模具需要热处理的情况下，由于有强烈的冷热交替应力问题会放大化。在模具的工艺上，本次的工件上从每个交接处能用圆角过度都设置了合理的圆角，所以基本能满足要求。

2铸造工艺设计2.1工艺方案的选择择铸造工艺时，必须考虑以下因素。（1）零件的性能：零件的负载条件和工作环境（压力，温度，气体或液体介质特性等）对铸件尺寸精度和表面光洁度的要求。不会容易出现欠注或熔接痕明显等的浇注缺陷（2）零件的铸造工艺性能：工件产品的后工序处理指的是产品在与模具分离后，需要加工或矫正的工序都为后工序处理。如产品和浇注系统的分离过程，如侧浇口和直接浇口这类的结构都是与工件连合在一起的需要加工后人为去分离。矫正工序就是由于的限制或工件本身的结构特点引起的变形或尺寸稳定性不高，在与模具分离后由于工件还有一定的温度，在没有定型下使用夹具或其他工艺进行矫正工艺来达到尺寸和结构的要求。（3）经济上的合理性：即比较各种铸造方法的生产成本，需要根据没个产品特点制定必要的工艺文件，工艺文件制定后要保证在加工中不能随便更改各个参数。为了保证质量需要对工件件过程要有个抽检的监控点，如果当尺寸有偏差时间可以及时发现不良品避免较大的损失。并综合比较成品零件的总生产成本。在合理选择铸造方法时，后者的比较起决定性作用。2.1.1型砂的选择型砂根据所用粘黏剂的不同，区分为以下表中几种：表2SEQ表\*ARABIC\s11三种砂性能对比型砂类型粘土砂水玻璃砂树脂砂优势使用过的黏土湿砂经适当的砂处理后，可回收再用。铸造砂型的周期短、功效高。混好的砂型可使用的时间长。砂型舂实以后可容受少量变形而不至破坏对拔模和下芯都非常有利。退让性好，溃散性好，原材料成本低，退让性好，可防止铸件产生热裂缺欠。具有铸件尺寸精度高，表面光洁，造型效率高，可以制造形状复杂和内部质量要求严格的铸件，旧砂回收再生容易等缺点砂型混好后强度高，造型时型砂不易流动，难以舂实，手工造型时既费力又需一定的技巧,用手工造型时则设备复杂而庞大。铸型的刚度不高，铸件的尺寸精度较差。铸件易于产生冲砂、夹砂、气孔等缺陷。旧砂再生困难，废砂的排放造成对环境的碱性污染，水玻璃加人过多，水玻璃砂的溃散性便不好．清砂时粉尘飞扬，也会造成污染。树脂砂的生产成本高，环境污染严重根据现有类型型砂，对零件的性能要求和实际情况综合比较，考虑到DN300盘插属于中型球墨铸铁铸件，最终选定选择粘土砂为砂型材料，根据《铸造实用手册》书中对粘土砂的配比介绍，本文使用粘土砂具体配比如下表所示：表2SEQ表\*ARABIC\s12粘土砂成分表新砂（%）旧砂（%）膨润土（%）煤粉（%）碳酸钠（%）重油（%）158022.10.10.82.1.2浇注位置选择方案浇注位置的选择原则：同一类别的浇口开设在工件上不同的位置上，会产生不同的填充结果。我们要根据每个工件的结构特点来加以分析，保证工件产品能较容易实现填充位置上要选取胶位相对较厚的部分，进入型腔内部的时候没有太多的骨位，因为骨位太多会增加工件进入型腔内部时的阻力对填充造成一定的影响。当工件大部分是外观面时为了保证保证外观面的质量，浇口尽量选取对外面没有影响的类别。浇口选取的地方要尽量把熔接痕的数量降低最小，因为容易痕对工件的强度或多或小都会有影响。浇口一般以下几个方面为选取的依据：1）浇口的位置选取要尽可能地简化模具的结构降低加工难度。2）工件上的浇口开设要考虑其去除后留下的痕迹是否对工件的外观产生影响。3）浇口的位置是否有利于型腔内部的填充让工件较快的填充各处。4）浇口的位置尽量选设在工件的最壁厚处可以降低工件进入型腔内部时的阻力。5）浇口的开设要与工艺相适应。表23两种浇注方式的比较与分析方案位置选择优劣方案一优点：金属液在上升过程中，杂质虽然不会随金属液集中到达铸件顶端，模型制作方面，水平放置方式模型简单，因此造型方便。缺点：金属液在上升的过程中，杂质最终分散分布在毛坯面；金属静压头很高，会导致型砂被冲刷和铸件粘砂。方案二优点：砂芯定位简单且稳定性好。缺点：采用垂直放置方式浇注，杂质不能完全集中到达铸件顶端，影响铸件的二次加工；铸件壁厚尺寸控制困难；其下模困难，不易操作，更不宜大批量生产；取模困难，如果想要进行改进，需设计四箱造型，模型成本相对较高。通过以上比较，针对此铸件最终选择方案二最为合理。2.1.3铸件分型面的选择原则：分型面的选取往往都与多个因数都有关联，我们一般以下几大点为选取分型面的依据。1）模具分型面的选取要与工件的外观面为依据不要对工件的外观有影响。2）分型面尽可能设计成简单的平面尽可能不设计成曲面可以降低加工难度和装配难度。3）分型面的选取要尽可能地符合常规的工艺的要求能把模具内的气体从分型面排出。4）模具的分型面要考虑到模具的顶出要求要让模具打开后工件停留在动模那边。5）当模具需要设计滑块结构时分型面的选取要尽量让滑块在动模那边。6）分型面的选取能有效地控制工件的尺寸精度。通过上面的条件分析和实际工件的情况选择以下方案一分型面：图2-2分型面方案二图2-2分型面方案二图2-1分型面方案一2.1.4砂箱中铸件数量及排列在造型的过程，由于盘插外形简单，采用一箱四件。依照铸件重量确定的吃砂量如表2-4所示：表24按铸件重量确定的吃沙量（单位mm）铸件重量/kgabcdef<55~1011~2021~5051~100101~250251~500501~10001001~20002001~30003001~40004001~50005001~10000>1000040506070901001201502002502753003504004050607090100120150200250275300350400304040505060709010012515017520025030405050607080901001251501752002503040506070100———————30303040506070120150200225250250250由计算可知盘插单件重量为35.74kg，依据表2-4按重量确定吃砂量表，可确定吃沙量最小尺寸为a=70mm，b=70mm，c=50mm，d=50mm，e=60，f=40mm。2.2铸造工艺参数的确定：2.2.1铸造尺寸公差和重量公差铸件尺寸公差：铸件各个部分尺寸所被允许的最大偏差。批量生产铸件的尺寸公差等级如下表3-4所示，用于批量生产的铸件重量的公差等级如下表2-5所示。表2-5用于成批和大量生产的铸件重量的公差等级工工艺方法重差等级MT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手工造型11~1311~1311~1311~1310~129~11砂型机器造型8~108~108~108~108~107~9金属性铸造7~97~97~97~97~96~8低压铸造7~97~97~97~97~96~8压力铸造6~84~65~7熔模铸造5~75~75~74~64~65~75~7由于该盘插铸件的材质为QT420，属于球墨铸铁，铸造用砂为粘土砂，选择砂型手工造型或壳型，尺寸公差等级CT为7，重量公差等级MT为8～10，即选取重量公差等级MT8。2.2.2机械加工余量为确保能够得到预想的零件，常在加工表面预一定的金属层用于加工时的去除，这预留金属层的厚度就被被称为机械加工余量。机械加工余量值分为从A~K的十个等级。国家规定了加工余量的数值，可以由下表2-6和下表2-7查阅。表2SEQ表\*ARABIC\s13机械加工余量等级方法要求的机械加工余量等级铸件材料铸钢铸铁铜合金锌合金轻金属合金镍基合金砂型铸造或手工造型G～KF～HF～HF～HF～HG～K砂型铸造或机械造型E～HE～GE～GE～GE～GF～H因为该盘插铸件的造型方法选择砂型铸造手工造型，其材质为QT420，属于铸铁，所以机械加工余量等级为E～G，即选取机械加工余量等级G。其中，表3-7为要求的铸件机械加工余量（RAM）。表2SEQ表\*ARABIC\s14要求的铸件机械加工余量（RAM）（单位：mm）最大尺寸要求的机械加工余量等级G≤400.5＞63～1001.4＞400～6304最终选定盘插铸件的机械加工余量为4。2.2.3铸造收缩率模具的型芯和型腔的尺寸直接影响到工件件的尺寸精度，所以我们如果合理地确定型芯和型芯的尺寸精度是至关重要。平均收缩率、公差、尺寸来进行计算。首先我们要对工件上的要求高的尺寸进行计算，并且确定其精度公差范围是否可以通过加工得到。对本次的工件产品其等等级精度按中等精度计算就可以。K=LM式中，K铸造收缩率；LMLJ表2SEQ表\*ARABIC\s15球墨铸铁铸件的铸造收缩率铸件种类铸件收缩率受阻收缩自由收缩球墨铸铁珠光体球墨铸铁0.8～1.21.0～1.3铁素体球墨铸铁0.6～1.20.8～1.2由于盘插的材料为QT420，所以根据表2-8得取铸件的铸造收缩率为1.1%。2.2.4起模斜度我们要从模具的结构出发，把外观面拆分成滑块就没有了脱模时的摩擦力存在。这样保证了外观也降低了脱模时的阻力。但这种方法的缺点是大大增加了模具结构的难度，模具会更加复杂化，所以要综合考虑到各个方面。工件上的斜度其作用是产品上的斜度用途是让工件可以更加顺畅地从模具上分离出来，在工件产品上可以看到其一般不是有很明显的变化脱模斜度，为了部分脱模能否顺畅我们需要增加多些顶针来保证脱模的顺畅。其顶针直径在结构允许的情况下尽可能大，这样推出力就会更加平稳，工件产品定出来时不会容易发生变形。在正常情况下每个部分都需要设置合适的斜度来帮助脱模的，但部分由于结构或外观原因不能设置斜度的情况下，由于没有斜度的情况下脱模力会加工。本次工件的斜度基本在1-3度的范围内，对脱模起到顺利脱模的作用。表26粘土砂模样外表面的起模斜度（JB/T--91）测量面高度H（mm）起模斜度≤金属模样、塑料模样木模样aa（mm）aa（mm）≤102°20′0.42°55′0.6＞10～400°10′0.81°25′1.0＞40～1000°30′1.00°40′1.22.3其他工艺参数的确定2.3.1工艺补正量为了补偿，有必要增加铸件的未加工表面上的金属层的厚度，但是由于该部件在圆柱表面上具有较大的拔模角，因此不使用工艺补偿量。2.3.2分型负数只能将干砂，表面干燥，自硬化砂，尺寸为2m或更大的湿砂分类为负砂。该铸件由树脂自硬化砂制成，砂箱尺寸小于2m，因此没有负的分离数。2.3.3非加工壁厚的负余量必须减小厚度尺寸以确保铸造尺寸的准确性，但是由于零件没有拔模角并且零件不是很大，因此不允许原始壁厚的负边距。2.3.4反变形量一般中小型壁厚差别不大且结构上刚度较大时，不必留反变形量。由于该铸件为中小型铸件，所以不需留反变形量。2.3.5分芯负数冷却后铸件变形的结果抵消了变形保护并获得了符合设计要求的铸件。通常，当中小尺寸的壁厚差不大且结构的刚性大时，无需留有防止变形的量。铸件是中小型铸件，因此无需留下任何应力消除量。2.4砂芯砂芯是用于形成铸件内腔的部分。对砂芯的要求主要是：1) 外形尺寸和在定位要符合铸件要求；2) 具有足够的强度和刚度；3) 受热产生的气体能及时排出；4) 不阻碍铸件收缩，容易清砂。2.4.1砂芯设计该盘插铸件，采用的是粘土砂制芯，并不需要烘干砂芯，因此主要应确保铸件的成型和精度以及砂芯的准确定位。该铸件结构简单需设置三个砂芯成型，应注重砂芯的定位准确，防止砂芯发生移动和转动,造成铸件尺寸出现偏差。该铸件结构，砂芯设置及成型形状如下图2-2所示。图2-3砂芯示意图

3浇注系统设计3.1浇注系统的选择因为要保证每个型腔的形状公差一致性不会偏差太大，同时保证每个型腔间的位置精度要高，都要同时保证才能在型腔上的精度能保证。本次的水平面积为中等，从工件的精度控制、模具的大小、生产效率等因数考虑，采用一模一腔排位。同时由于型腔内的数量越多，从主流道到每个型腔间的路程不一样，造成填充时间不一样，会出现填充的差异性。从而导致冷却的差异性存在，会产生不同尺寸的工件产品每个工件件的尺寸变化会不一样，可能造成一部分的废品。在排位上我们要首先选取平衡填充的排位，就是从主流道，分流道，浇口间的到每个型腔间的距离都是一致的，这样就不会出现填充差异的情况出现，由于填充、保压、冷却的时间每个型腔基本上都是一样的，这样每个产品的尺寸一致性就高且机调整工艺参数也较容易，但缺点是这样排位会导致模具偏大成本稍重。3.1.1浇注系统的选择原则：合理的浇注系统可以改善工件缺陷如气纹、困气、熔接痕明显等缺陷。在常规的浇注系统中其这部分属于工艺的废料部分，所以在满足要求的情况下尽可能小对成本效益的控制尤为重要。模具的浇注系统是模具上重要的组成部分他起到调节和分流的作用，合理的浇注系统提高填充时间从而提高生产效率，模具的浇注系统需要满足以下几个方面：模具的浇注系统光洁度要高降低流动时的阻力。浇口的位置要避开骨位、镶件等地方设置在厚度较厚的地方以增加其填充的流动性。由于浇注系统里面部分属于工艺废料所以其长度越短越有利于成本的控制浇注系统在可以设置冷料井的情况下一定要设置提件的外观和强度。浇注系统的截面要可能简单方便加工。（1）浇注方式DN300盘插属于中型的球墨铸铁件，为了减少浇注过程中的氧化的影响，提高浇注系统的挡渣能力，本铸件采用保温性能好、阻渣能力强的漏包浇注。漏包浇注的浇注系统结构简单、截面积大，使得充型快而平稳，减少浇注过程中的氧化，有利于铸件的顺序凝固和冒口对厚大部位的补缩。（2）浇注系统根据浇注系统各组元截面积的比例，可分为开放式的浇注系统和封闭式的浇注系统。因为封闭式浇注系统会使进入型腔的金属液流速高，易产生喷溅和冲砂，使金属氧化，不适用于易于氧化的球墨铸铁件，故选择开放式的浇注系统。（3）内浇口的位置浇注系统根据其内浇口的设置位置，可以分为顶注式、中注式、底注式、阶梯注入式。根据我们采用的浇注位置以及中心轴垂直分型面，选组采用中注式浇注系统方便进行浇注系统的设计，方便造型。图3-1浇注系统简图图3-1浇注系统简图3.2浇注系统的计算3.2.1浇注时间的计算（1）浇注时间计算公式如式3.1所示:τ=（式3.1）其中：τ--浇注时间（s）；m--型内金属液总重量（kg）；S1表31系数S1与铸件壁厚的关系铸件壁厚/mm2.5~3.53.5~8.08.0~15系数S1.631.852.2因铸件壁厚为8mm查表可知S1=2.2，m=35.74×4=142.96kg。此工艺中浇注时间使用式3.1进行计算，得到浇注时间t为26.3s。（2）在浇注时间固定下来后，应对结构复杂或者大型的铸件进行校核，另外需检验型内液面上升速度。最小液面上升速度与壁厚的关系如表3-2所示。若计算结果不符合，则进行更正。表32最小液面上升速度与铸件壁厚关系铸件壁厚δ/mmV1/cm·s-1δ≥40，水平位置浇注0.8～1.0>10～401.0～2.0>4～102.0～3.01.5～43.0～10.0金属液在型内的上升速度型内金属液面升速度V型V型式中：hT——浇注时间（或浇注某段时间）（26.3s）对于本次浇注型内的上升速度3.2.2平均静压头（1）盘插铸件以分型面为对称面被平均分为上下两部分且平均分布于上下砂型，浇注方式采取中部注入式。根据文献的计算公式，HP式中，HPH0C——铸件总高度；P——阻流断面以上的型腔高度。对于中间注入式：P=本铸件总高度C=455mm，P=227.5mm；H0=227.5（2）最小剩余压头高度H𝑀的计算为了生产出优质的盘插铸件，应确保金属液能完全充满铸件上最高的部分，盘插铸件最高点到浇口杯内液面的距离不得小于最小值HM。其计算公式如下：HM≥L∙式中：HM——最小剩余压头高度；L——金属液的流程；A——最小压力角（°）。经查表最小压力角7°。L=269+1000+320+100=1689mmL∙tanα=1689×tan7°=207.3mm计算可知H0≥L∙tanα，则设计符合要求。3.3各浇道截面积尺寸根据相关文献查找得到球墨铸铁生产常采用的浇注系统截面比如下所示：一般球铁件采用封闭式浇注系统：A内：A横：厚壁球件采用开放式浇注系统：A内：A横：薄壁小型球铁件多采用半封闭式浇注系统：A内：A横：最后，根据对该零件铸件类型的分析，浇注系统应该选择封闭式类型，预定断面