1 文字說明與設(shè)計(jì)步驟 參考資料 一、設(shè)計(jì)任務(wù)及分析： 1105 柴油機(jī)進(jìn)氣管凈重 3 公斤，才質(zhì) HT15-33，生產(chǎn)性質(zhì)是大批量生產(chǎn)。 柴油機(jī)進(jìn)氣管是為柴油燃燒提供空氣通道，即它一端與氣缸的配氣室相連（通過配氣閥來控制進(jìn)氣量）。這就要求：一、進(jìn)氣管內(nèi)壁要光滑，減少進(jìn)氣阻力；二、氣管不得有粘砂等物，否則，就會(huì)造成氣缸磨損、甚至使配氣閥失控等嚴(yán)重事故；三、進(jìn)氣管不得有裂紋、夾渣、氣孔、夾砂等缺陷，因進(jìn)氣管上承濾清器的重量，加之柴油機(jī)振動(dòng)較大，仍造成進(jìn)氣管損壞而停機(jī)。 本零件的主要壁厚為 7mm，是合理的壁厚。雖有局部較 厚之處，如主視圖右上部 16 22 處，但由于是 HT15-33，碳當(dāng)量較高，故對鑄件質(zhì)量及工藝無大影響。此外，零件的結(jié)構(gòu)及圓角連接設(shè)計(jì)也比較合理。 二、鑄造工藝方案的確定與論證： 1、造型造芯方法的選擇： 由于零件是大批量生產(chǎn)，故采用生產(chǎn)率高、質(zhì)量比較穩(wěn)定的機(jī)器造型、造芯來進(jìn)行生產(chǎn)。造型機(jī)選用 Z145A，制芯機(jī)選用Z236A。 2、鑄型、型芯種類的確定： 鑄型種類選用濕型。優(yōu)點(diǎn)是成本低、生產(chǎn)率高、勞動(dòng)條件較好，適用于中小件。砂芯選用合脂砂，用以保證零件要求及管內(nèi)壁光滑，成本也較低。 3、鑄件凝固原則、 澆注位置和分型面的選?。?鑄件的材質(zhì)是 HT15-33，零件的壁厚差又較小，因此按同時(shí)凝固原則設(shè)計(jì)。 此零件有兩個(gè)法蘭端面需要加工，為保證加工質(zhì)量，應(yīng)將加工面置于澆注位置底面，但因兩法蘭面不在同一平面而是互成直角，這樣兩加工面都放在底面是不可能的。若一面放在底面，一 砂型鑄造工藝、工裝設(shè)計(jì) P6 表 1-2 2 文字說明及設(shè)計(jì)步驟 參考資料 面置于側(cè)面，對鑄件質(zhì)量雖好，卻使制芯工作量加大，成本增大，權(quán)衡利弊將兩加工面均置于側(cè)面，這樣 既保證讓質(zhì)量又降低了成本。 分型面的選擇如工藝圖所示，此分型面起模方便，簡化操作（沒有活塊），砂芯的數(shù)量最少，分型面與澆注位置一致。 4、砂箱中鑄件數(shù)量的確定： 小件在流水線上生產(chǎn)。一般采用通用砂箱，此采用 500 400 150 通用砂箱。查得鑄件距砂箱壁最小尺寸為 20mm，鑄件間最小尺寸為 30mm，此件的最大外輪廓尺寸為 210 100mm，故一箱內(nèi)只能安放 4 個(gè)鑄件，即長度方向 210 2 30 450、寬度方向 100 2 30 230。 5、主要工藝參數(shù)的選擇： 1)鑄造收縮率： 由表查得此件的收 縮率應(yīng)為 0.9%，考慮此件采用濕型及合脂砂芯，收縮阻力較小，加之零件較小，取收縮率為 1%。 2)鑄件精度等級、尺寸、重量及偏差： 查表得鑄件尺寸精度是 5-6 級，選 6 級精度，按此精度查得鑄件尺寸極限偏差值為 1.5mm,合格鑄件允許重量偏差為 5%。 3)機(jī)械加工余量： 以鑄件的精度等級及公稱尺寸查得機(jī)械加工余量頂面、側(cè)面為5mm、底面為 3.5mm，由于模具精度較高及冷加工希望減少加工余量（零件精度要求不高），取為 3.5mm。 4)拔模斜度： 此件可查得拔模斜度為 0 45 2之間，去 0 45 1.5 ,均取增厚型的。 6、砂芯設(shè)計(jì)： 1)砂芯數(shù)量及其分割面的確定： 由于一箱四體件，管子（ 56 46）砂芯可采用拋擔(dān)砂芯， JB2854-80 砂型鑄造工藝、工裝設(shè)計(jì) 表 3-24 3 文字說明及設(shè)計(jì)步驟 參考資料 可以減少芯頭長度和防止漂芯（不用芯撐）。 關(guān)于外皮型芯的設(shè)計(jì)有三種方案（因?yàn)槿粝认峦馄ば?，將使管芯下不去，若先下管芯，將使外皮芯下不下去。）?a、是在外皮芯后的一定空隙，芯子下完后填砂，這樣放率太低； b、是將外皮芯沿 90 74 法蘭水平分芯， 這樣使下芯順利。但由于分芯必然造成一道飛邊，很難清理（砂輪有些地方磨不到）； c、是將外皮芯分成 2 塊（ 1#及 3#）。優(yōu)點(diǎn)是外皮芯是一整芯，沒有飛邊，缺點(diǎn)是增加了一個(gè) 3#砂芯，為保證逐漸質(zhì)量選用此方案。 3#芯長 40mm 多，高 100mm，厚 20mm，為便于制造，將此芯分成 8 小塊，每塊寬度 50mm。 2）芯頭形狀、尺寸、斜度、間隙及防壓環(huán)、壓環(huán)、集砂槽設(shè)計(jì)： 2#芯系水平砂芯，可得 46 砂芯頭長度應(yīng)是 25-40mm， 56砂芯頭長度應(yīng)是 30-45mm，由于砂箱長度方向尺寸較緊，故將46 芯頭長取 20mm， 56 芯頭長取 30mm，為制芯方便芯頭斜度取 5。 驗(yàn)算 46 芯頭承壓面積 砂芯重量 G（粗計(jì)） 3.14 0.562/4 1.2 1.6 0.48(kg) 砂芯浮力 P（粗計(jì)） 3.14 0.562/4 1.2 7 2.1(kg) 實(shí)際芯頭面積 Sk 1.5（ P-G） /2 0.6 2(cm2) 1#芯是懸臂芯，查得芯頭長度應(yīng)為 50mm，但此芯是二件合用，中間有一段與鑄型接觸，為加大吃砂量懸臂芯取懸臂的一段，即60mm 3#芯是垂直砂芯，起填砂作用，故芯頭長取 20mm，砂芯間隙為0.75mm。 3）芯骨填料： 1#芯采用 10 圓鋼， 2#芯采用 8#鐵絲。 7、澆注系統(tǒng)的選取和計(jì)算： 1） 澆注系統(tǒng)的類型、形式及在鑄件上的開設(shè)部位： 砂型鑄造工藝、工裝設(shè)計(jì) P64 表4-5 砂型鑄造工藝、工裝設(shè)計(jì) P65 鑄鐵手冊 P773 砂型鑄造工藝、工裝設(shè)計(jì) P65 4 文字說明及設(shè)計(jì)步驟 參考資料 此件是小件，為了造型簡便，采用與分型面一致的中間注入式。 由于零件較小，一箱四體，澆口開設(shè)位置只有兩處，一處是加強(qiáng)筋處，一是法蘭處，為了不使內(nèi)澆口局部過大，采用兩處分散開設(shè)。 2） 澆注時(shí)間和澆道中阻流截面的計(jì)算： a、 一個(gè)零件澆注金屬總 重計(jì)算： 由于本件加工量較少，參考文獻(xiàn)中表 7，取 3.067毛重 0.90 毛重 3.4(kg) 澆注系統(tǒng)估算，按教材取 25% 澆注金屬總重為： 3.4 1.25% 4.26(kg) b、 單件澆注時(shí)間： 按公式： t S G S 1.85 G 4.26(kg) t 3.8(秒 ) 取 t 為 4 秒 c、 液面平均上升速度驗(yàn)算： v c/t 120/4 30(毫米 /秒 ) 查表允許上升速度為 2030 毫米 /秒，故上升速度符合要求。 d、 直澆道高度的 驗(yàn)算： 按 HM L tg 查得 120 L 224mm HM 47.62(mm),鑄件一半高 60mm 直澆口最小高度： 60+47.62 107.62 (mm) 砂箱高度取 150mm， 150 107.62，故能滿足要求。 e、 平均壓頭計(jì)算 : HP HO-c/8 150-120/8=135mm=13.5cm 用水力學(xué)公式計(jì)算最小阻流端面： 機(jī)床制造中的鑄造 P17 鑄造工藝學(xué) P120 砂型鑄件工藝工裝設(shè)計(jì) P85 同上 P86 表 5-7 同上 P86 及P87 砂型鑄造工藝工裝設(shè)計(jì) 5 文字說明與設(shè)計(jì)步驟 參考資料 F 內(nèi) =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 內(nèi) 按無錫柴油機(jī)廠資料為： F 阻 =1.9 北京第一機(jī)床廠資料： F 內(nèi) =2-3 查手冊 F 內(nèi) =1.5 對上述結(jié)果分析比較后： 取 F 內(nèi) 2 cm2 3） 澆道各基元的截面和尺寸的確定： 澆道各基元的截面比例?。?F 內(nèi) :F 橫 :F 直 =1:1.06:1.17,則澆口截面積比 (cm2)F 內(nèi) :F 橫 :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，將會(huì)造成直、橫澆口過大。根據(jù)生產(chǎn)單位經(jīng)驗(yàn)按增加 50%計(jì)。 即一個(gè)橫澆道澆 2 個(gè)件： 2.15 1.5 3.18(cm2) 一個(gè)直澆道澆 4 個(gè)件： 2.22 2.5 5.55(cm2) 經(jīng)系列化后直澆道取 28(6.15cm)，橫澆道為 （ 3.04 cm2） 內(nèi)澆口開 2 個(gè)，一個(gè)開筋處，一個(gè)開法蘭 處，按照開設(shè)處的情況，最后確定內(nèi)澆口尺寸為： 砂型鑄造工藝工裝設(shè)計(jì) P94 表 5-10及 P98表 5-13 鑄鐵手冊P815 表 4-47 砂型鑄造工藝工裝設(shè)計(jì)P86 6 文字說明與設(shè)計(jì)步驟 參考資料 （ 0.42 cm2） （ 1.53 cm2） 8、冒口及工藝出品率核算： 零件壁厚較均勻，不需設(shè)計(jì)冒口，為便利型腔排氣，設(shè)計(jì)四個(gè) 5、長度為 50mm的出氣孔。 工藝出品率 =鑄件重 /鑄件重 +澆冒口重 =0.8 三、型、芯砂和涂料的種類、配方以及有關(guān)工藝的說明： 砂型采用煤粉單一砂，配方如下： 新砂 11.5% 舊砂 85% 膨潤土 1% 煤粉 2.5% 水 4.5% （強(qiáng)度 0.50.7kg/cm2） 芯砂采用合脂砂，配方如下： 新砂 98% 膨潤土 1% 糊精 1% 合脂 3.8% 水 2% （平拉強(qiáng)度 1216kg/cm2） 砂芯涂料采用烘 干涂料，即工業(yè)酒精加鱗片石墨粉，烘干的砂芯涂以一層快干涂料，涂完點(diǎn)火即可（ 3#芯不刷）。 型芯烘干工藝： 加熱溫度 210 保溫時(shí)間 1.5 小時(shí)。 四、工藝裝配設(shè)計(jì)要點(diǎn)說明： 1、模樣所用材料及其主要輪廓尺寸的計(jì)算： 模樣材料選 ZL102 模樣的尺寸鑄件尺寸（ 1+0.1）。 2、模樣壁厚及加強(qiáng)筋的確定： 查表此件模樣壁厚應(yīng)為 8mm，考慮模樣較小，故壁厚減至7mm。 加強(qiáng)筋選取 6mm。 3、模底板材料、結(jié)構(gòu)及其造型機(jī)的配合： 為了更換模板方便，選用快換模板，模板通過 2 個(gè) 12 孔用 銷釘與模 板框連成一體，模板框通過螺釘與工作合連接在一起。 由于砂箱箱口主要與模板框接觸，故模板材料選用了容易加 砂型鑄造工藝工裝設(shè)計(jì) P237 表 9-3 同上 P239 表 9-4 表 9-6 7 文字說明與設(shè)計(jì)步驟 參考資料 工的鋁合金 ZL104。 4、模樣與底板的裝配： 通過兩對 8 定位圓銷，將模樣與底板定位，定位基準(zhǔn)是以定位銷和定位銷與導(dǎo)向銷中心連線為縱橫定位基準(zhǔn)。 模樣與底板的裝配是采用上固定法。 5、芯盒的材料、結(jié)構(gòu)及其內(nèi)腔尺寸的計(jì)算： 1#芯盒的設(shè)計(jì)： 1#芯最大，約 4，形狀比較簡單，采用機(jī)器制芯（ Z236A 制芯機(jī)）， Z236A 制芯機(jī)的工作臺尺寸為 500 800，一盒制造 4 塊砂芯。 芯盒材料選用 ZL102。 芯盒內(nèi)腔尺寸（零件尺寸工藝尺寸） （ 1+零件材料收縮率） 芯盒壁厚確定為 12mm。 芯盒加強(qiáng)筋厚度取與壁厚等值。筋的數(shù)量應(yīng)為 4 4 條，考慮裝配方便改成 3 4 條。 芯盒邊緣及耐磨片型式選用型，邊緣寬度取 30mm。 2#芯盒的設(shè)計(jì)： 2#芯較小，采用手工芯盒。 2#芯是一不等截面，彎管加工非常困難，故 采用了制造比較方便的內(nèi)貼附塑料層芯盒。由于芯盒制造困難，可以只做半個(gè)芯盒，烘干后將兩半砂芯粘合使用。但粘合、磨平都需特別胎具方可，且此件要求內(nèi)壁光滑，故此芯采用兩半芯盒整做。 2#芯盒定住選用可拆式定位銷。手柄選型手柄。 為提高工作效率，為 2#芯的通氣道設(shè)計(jì)了專用的通氣板，為 使上下兩半芯型貼合嚴(yán)密，設(shè)計(jì)了專用密封板和專用的烘干板。 為提高鑄件質(zhì)量和工作效率，若有條件（車間具備射芯機(jī)，使用樹脂砂）也可設(shè)計(jì)熱芯盒。 砂型鑄造工藝工裝設(shè)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 砂型鑄造工藝工裝設(shè)計(jì)P305 表 11-10及表 11-11 同上 P313 圖 11-8 P314 圖 11-20 P316 圖 11-23 鑄鐵手冊 8 文字說明及設(shè)計(jì)步驟 參考資料 2#芯熱芯盒如圖所示： 3#芯盒的設(shè)計(jì)： 3#芯較小，也采用手工芯盒。設(shè)計(jì)過程與 2#芯盒同，信和形狀見 3#芯盒總裝圖。 6、砂箱內(nèi)框尺寸、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及定位緊鎖方法 砂箱的內(nèi)框尺寸是根據(jù)造型機(jī)工作太尺寸而選定的，即 500400 150,材料選用 QT42-10，砂壁結(jié)構(gòu)選用 型 1 種。 下箱要翻箱，故設(shè)計(jì)了吊軸，并與箱耳整鑄；上箱則把吊軸與箱耳分別開來。 為合箱方便采用了座銷，為防止銷孔磨損選用了銷套。 砂箱的緊固采用楔型箱卡。 砂箱上鑄字以分類管理。 五、合金熔煉方法、成分、配料、出爐溫度： 此鑄件的化學(xué)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 沖天爐熔化鐵水，其配料單如下： （批料以 200kg計(jì)） 生鐵 92kg 回爐鐵 80kg 廢鋼 28kg 硅鐵（ 45%）1.94kg 錳鋅 0.65kg 層焦 25kg 石灰石 7.5kg 要求鐵水出爐溫度高于 1420 六、鑄件澆注、熱處理的要求及工藝說明： 澆注溫度 1370-1350。 鑄件在鑄工輸送環(huán)上冷卻時(shí)間不得少于 8-12 分鐘。 熱處理規(guī)范：裝爐溫度 150，加熱溫度 50-70 /小時(shí)，退 P127 表 5-126 砂型鑄造工藝工裝設(shè)計(jì)P10741101 砂型鑄造工藝工裝設(shè)計(jì)P328 表 12-5 P330 表 12-6 同上 P342、P343 及 P356有關(guān)表格 同上 P350 表 12-25 鑄造合金熔煉 P26表 1-11 鑄鐵手冊 9 文字說明及設(shè)計(jì)步驟 參考資料 火溫度 500-550，保溫時(shí)間 1.5 小時(shí)，冷卻速度 30-40 /小時(shí)，出爐溫度 150。 七、可能出現(xiàn)的鑄造缺陷及其預(yù)防措施： 此鑄件可能產(chǎn)生的鑄造缺陷，有夾渣、氣孔等，原因是澆注系統(tǒng)撇渣能力不夠理想。因此澆注時(shí)盡量避免渣子進(jìn)入澆注系統(tǒng)。砂芯全是油砂，發(fā)氣量較大，但在工藝、工裝設(shè)計(jì)時(shí)考慮了型腔排氣及砂芯排氣通道，氣孔發(fā)生機(jī)會(huì)較少。 同上 10 材料 重 量 材料及規(guī)格 廠名 鑄造工藝卡 產(chǎn)品 零件號 零件凈重 鑄件毛重 澆冒口重量 本廠牌號 標(biāo)準(zhǔn)牌號 硬度 3.067KG 3.4KG 0.86KG HT15-33 HB170-241 進(jìn)氣管 每臺件數(shù) 1 造型 造型方法 砂箱 模板 合箱定位銷 零件名稱 砂型 砂型種類 造型設(shè)備 一型件數(shù) 長 寬 高 重量 長 寬 厚 材料 重量 圖量 名稱 規(guī)格 上型 濕型 Z145 4 500 400 150 15KG 510 410 12 ZL104 下型 濕型 Z145 4 500 400 150 15KG 510 410 12 ZL104 造型材料及其配比（重量 %）、性能與重量 型砂編號 型砂類別 砂型部別 新砂 回用砂 粘土 膨潤土 煤粉 水分 透氣性 濕壓強(qiáng)度KG/cm 干拉強(qiáng)度KG/cm 砂型重量 NO 單一砂 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 干燥規(guī)范 砂型編量 芯砂類別 芯砂編號 制芯設(shè)備 芯盒材料 芯砂重量 新砂 膨潤土 糊稿 冰 干拉強(qiáng)度KG/c