后羅拉過橋搖臂鑄造工藝及工裝設(shè)計(jì) 一、 鑄造工藝設(shè)計(jì) 1、 鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性分析 生產(chǎn)鑄件不僅需要采用先進(jìn)合理的鑄造工藝和設(shè)備，而且還要使零件結(jié)構(gòu)本身符合符合鑄造生產(chǎn)要求，易于保證鑄件品質(zhì)，簡化鑄造工藝過程。 1、 1 審查鑄件結(jié)構(gòu) （ 1） 鑄件應(yīng)有合適的壁厚 避免澆不到、冷隔等缺陷，鑄件壁不應(yīng)太薄，有零件圖可知本次設(shè)計(jì)的鑄件的材料為 HT150，最大尺寸約為 257.5x95x76，查課本第 17 頁知鑄件尺寸在 200400mm 之間時(shí)，鑄件的最小允許壁厚為 45mm 因此該鑄件最小壁厚滿足要求。 （ 2） 鑄件結(jié)構(gòu)不應(yīng)造成嚴(yán)重的收縮阻 礙 注意壁厚過度和圓角，兩壁交接若成直角易形成熱節(jié)，鑄件收縮時(shí)阻力較大，在此處經(jīng)常出現(xiàn)熱裂。鑄件薄厚壁相接拐彎，等厚度的壁與壁的各種交接，都應(yīng)采用逐漸過渡和轉(zhuǎn)變的形式，使用較大的圓角相連接，避免因應(yīng)力集中導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋缺陷。 由零件圖可知，鑄件中成直角相接的兩壁薄厚壁相接都用圓角過度，滿足設(shè)計(jì)要求。 2、 鑄造工藝方案的確定 2、 1 造型，造芯方法及鑄型種類 根據(jù)所給后羅拉過橋搖臂的零件圖，分析其結(jié)構(gòu)可知其最大尺寸為 257.5x95x76，鑄件的質(zhì)量約為 2.26Kg 所采用的材質(zhì)為 HT150. 根據(jù)本次課程設(shè)計(jì)要求確定鑄造方法為砂型鑄造，機(jī)器批量造型，所給砂箱的尺寸為850x550x165/165. 2、 2 確定澆注位置與分型面 澆注位置是指澆注時(shí)鑄件所處的位置，分型面是指兩半個(gè)鑄型相互接觸的表面。一般先從保證鑄件的質(zhì)量出發(fā)來確定澆注位置，然后從工藝操作方便出發(fā)確定分型面，一些質(zhì)量要求不高 =或者外形復(fù)雜生產(chǎn)批量又不大的鑄件，為簡化操作，也可以先考慮分型面。 2、 2、 1 澆注位置的確定原則 （ 1）鑄件重要加工面應(yīng)朝下或處于側(cè)面 （ 2）鑄件的大平面盡可能朝下因?yàn)樾颓豁斆鏉沧r(shí)烘烤嚴(yán)重 型砂易開裂形成夾砂 （ 3）鑄件的薄壁部分應(yīng)朝下或者處于側(cè)面以免產(chǎn)生澆不到、冷隔等缺陷 （ 4）鑄件的厚大部分應(yīng)置于上部或側(cè)面便于安置冒口補(bǔ)縮 分析說給零件的結(jié)構(gòu)，砂型呈水平放置，鑄件在型內(nèi)水平臥倒放置，采用水平分型，所有的砂芯都呈豎直放置，在分型面上設(shè)置內(nèi)澆道進(jìn)行澆注；鑄件在型內(nèi)呈水平、凹陷部位朝下放置，砂芯在型內(nèi)呈豎直放置，有利于砂芯的定位與固定，且砂芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為簡單，凹陷部位朝下放置，使吊砂轉(zhuǎn)變?yōu)樯芭_，有利于砂型的強(qiáng)度與完整性及型腔尺寸的檢驗(yàn)，保證了鑄件的完整性與尺寸精度。 2、 2、 2 分型面的選擇 選擇分型面應(yīng)使工藝簡單操作方便，原則如下 （ 1） 使鑄件或主要型芯位于同一注型以避免錯(cuò)箱 （ 2） 分型面盡量少，少用三箱，盡量減少型芯的數(shù)量 （ 3） 少挖砂，分型面盡量平直 （ 4） 便于下芯，合箱和檢查行腔尺寸 （ 5） 不使砂箱過高 分析零件的結(jié)構(gòu)初步確定兩種分型方法，如下圖所示 （圖一） （圖二） 圖一所示的分型方法，需三個(gè)砂芯，且砂芯橫放不便于排氣，鑄件容易產(chǎn)生氣孔等缺陷；而且該方法易產(chǎn)生錯(cuò)箱缺陷，根據(jù)零件工作條件，要求準(zhǔn)確定位，所以該方法不合理 圖二所示的分型方法，只用了有兩個(gè)砂芯，減少了砂芯數(shù)目，且 砂芯垂直安放便于排氣，而且鑄件整體位于一個(gè)半型，避免了因錯(cuò)箱而引起的缺陷，因此該分型方法較為合理。 綜上所述：分型面選取方案二較為適宜，將其作為分型面選取的最終方案。 2、 2、 3 確定砂箱中鑄件的數(shù)目 確定在一個(gè)砂箱中放幾個(gè)鑄件，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的因素，鑄件尺寸、砂箱尺寸、吃砂量和車間起重能力等。一個(gè)砂箱中的鑄件數(shù)目應(yīng)該是在保證鑄件質(zhì)量的前提下越多越好。 本次設(shè)計(jì)的鑄件在一個(gè)砂箱中長約為 260mm，寬約為 100mm，高約為 80mm，重量約為 2.26Kg，砂箱尺寸為 850x550x165/165 查鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊表 1-12 可知模型的最小吃砂量為 因此在長度方向上可以放置 2個(gè)鑄件距離分別為 120+260+90+260+120=850 在寬度方向上可以放置 3 個(gè)鑄件距離分別為 45+100+120+100+40+100+45=550。 示意圖如下圖 3、 確定主要鑄造工藝參數(shù) 3、 1 確定機(jī)械加工余量 鑄件為保證其加工面尺寸和零件精度，應(yīng)有加工余量，即在鑄件工藝設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先增加的而后又在機(jī)械加工時(shí)被切去的餓金屬層厚度。加工余量過大，浪費(fèi)金屬和加工工時(shí)，過小降低刀具壽命，不能完全 去除表面缺陷，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，因此應(yīng)該合理選擇鑄件的機(jī)械加工余量。 鑄件機(jī)械加工余量的大小要根據(jù)鑄造合金種類，鑄造工藝方法，生產(chǎn)批量，鑄件尺寸精度，鑄件尺寸及澆注位置等來確定。 查鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊表 2-9 可知灰鑄鐵砂型機(jī)器造型的鑄件機(jī)械加工余量等級為 810/G ；再由表 2-8 可知該零件的基本尺寸面為 95mm，面為 76mm，面為70mm，面為 78mm，由于基本尺寸均小于 100mm，尺寸公差等級選擇 9，加工余量等級選擇 G，因而可確定所有機(jī)械加工余量均為 3mm。其余面均不需 要機(jī)械加工，因而無需加工余量。此外面 由于分型的需要面與面應(yīng)處于同一表面，因此加工余量應(yīng)在原有的3mm上再加 2mm（如下圖）。 3、 2確定起模斜度 為了方便起模，再摸樣和砂芯的出模方向留有一定的斜度，以免損壞砂型或砂芯。這個(gè)斜度稱為起模斜度。起模斜度應(yīng)在鑄件上沒有結(jié)構(gòu)斜度的垂直于分型面的表面上使用，其大小以模樣的起模高度表面粗糙度以及造型方法而定。 查鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊表 2-11 可知粘土砂造型模樣外表面的起模斜度 由表 2-14可知鑄孔起模斜度 由零件圖給定的尺寸根據(jù)上面兩表來確定各面的 起模斜度（部分零件圖如下） 面的起模斜度為 0 30 面的起模斜度為 1 10 鑄孔的起模斜度為 7 3、 3最小鑄出孔 查鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊表 2-16 由于本次設(shè)計(jì)零件為批量生產(chǎn)，材料為 HT150 因此最小鑄出孔直徑為 1530mm有零件圖所給尺寸可知，鑄件中 M6， M10的孔均不需鑄出。 3、 4鑄造收縮率 鑄件在冷卻過程中，體積一般都要收縮，由于收縮使鑄件各部分尺寸均小于模樣原來尺寸，為了使鑄件冷卻后的尺寸與鑄件圖尺寸一致，則需要在模樣上加上收縮尺寸，增加尺寸的收縮量一般用鑄造收縮率 K表示 查鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊表 2-15 可知 通常簡單的厚實(shí)鑄件可視為自由收縮，其余均視為阻礙收縮。又由于本次設(shè)計(jì)鑄件為小型灰鐵件，為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁件，因而鑄造收縮率選擇 0.9%。 3、 5砂芯數(shù)量，形狀和固定方法 一個(gè)鑄件所需要的砂芯數(shù)量主要取決于鑄件的結(jié)構(gòu)和鑄造工藝方案，在滿足砂芯支撐穩(wěn)固，定位準(zhǔn)確和排氣通暢的情況下，芯子的數(shù)量越少越好。 本次工藝設(shè)計(jì)，根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)和前面所確定的分型方法選取兩個(gè)砂芯，如圖所示號砂芯，號砂芯。 號砂芯長度約為 76，直徑約為 47，芯頭采用垂直芯頭，芯頭尺寸可 查鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊得到 查表 3-1可得垂直芯頭高度和芯座的配合間隙 干型砂芯 L100mm 40mmD63mm所以取 S=0.5 h=2530選 h=25 取 S1=1.8S=0.9 取 1mm h1=0.65h=16.25 取 16mm 查表 3-2可得垂直芯頭頂面與芯座的配合間隙 干型砂芯 40mmD263mm 取 S2=1mm 查表 3-3可得垂直芯頭的斜度（芯頭高度 h， h1均小于 40mm） 上部芯頭 1 10取 7 a17mm 下部芯頭 7 取 7 a5mm 取 3 號砂芯砂芯高度約為 15mm，長 X 寬 =25X13.5，芯頭也采用垂直芯頭，尺寸可查手冊得到 查表 3-1可得垂直芯頭高度和芯座的配合間隙 干型砂芯 L100mm A+B/2=19.25mm25mm所以取 S=0.2 h=1520選 h=15 由于砂芯尺寸較小可取 S1=S h1=0.65h=9.75 取 10mm 查表 3-2可得垂直芯 頭頂面與芯座的配合間隙 干型砂芯 A+B/2=19.25mm25mm 取 S2=0mm 查表 3-3可得垂直芯頭的斜度（芯頭高度 h， h1均小于 40mm） 上部芯頭 1 10取 7 a17mm 下部芯頭 7 取 7 a5mm 3、 6壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽芯頭結(jié)構(gòu) 在濕型大批量生產(chǎn)中，為了加速下芯、合芯及保證鑄件質(zhì)量，在芯頭的模樣上常常做出壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽。 壓環(huán)、防壓環(huán)和 集砂槽尺寸由鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊查表 3-7： 由于砂芯直徑較小不需要壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽芯頭結(jié)構(gòu)。 4確定澆注系統(tǒng) 金屬液流入鑄型型腔的通道為澆注系統(tǒng)，主要是選擇澆注系統(tǒng)的類型，內(nèi)澆道的開設(shè)位置，各組元截面積，形狀和尺寸。 4、 1選擇澆注系統(tǒng)類型 由于本次設(shè)計(jì)的鑄件體積小，鑄件壁為薄壁，故可選用頂注搭邊式澆注系統(tǒng)。采用該種澆注系統(tǒng)，金屬液沿型壁注入，充型快而平穩(wěn)，可減少?zèng)_砂。 4、 2確定內(nèi)澆道在鑄件上的位置、數(shù)目、金屬引入方向 后羅拉過橋搖臂結(jié)構(gòu)較為簡單屬于中小類鑄件，鑄造時(shí)采取一箱六 件，為便于造型，內(nèi)澆道開設(shè)在分型面上。因?yàn)殍T件采用底座朝上且鑄件大部位于下箱的方式進(jìn)行鑄造，這樣鑄件凝固順序?yàn)橛上轮辽夏?，這樣有利于鑄件的重要部分先凝固并得到補(bǔ)縮，如此內(nèi)澆道則設(shè)置在分型面上，由一個(gè)內(nèi)澆道從側(cè)面引入金屬液。 內(nèi)澆道具體位置如下圖所示： 4、 3直澆道的位置和高度 高度 125mm 位置在砂箱偏離中心一定距離的位置 4、 4 計(jì)算澆注時(shí)間并核算金屬夜上升速度 液態(tài)金屬從開始進(jìn)入鑄型到充滿鑄型所經(jīng)歷的時(shí)間澆注時(shí)間。合適的澆注時(shí)間與鑄件的結(jié)構(gòu)、鑄型工藝條件、合金種類和選用的澆注系統(tǒng)類型等 有關(guān)。 根據(jù)課本第 62 頁知，計(jì)算 10t 以下各類鑄件的澆注時(shí)間，常用以下公式： 31 G s 式中 為澆注時(shí)間，單位為 S G 為鑄件總質(zhì)量，單位為 Kg 為鑄件壁厚，對于壁厚不均勻的鑄件，取平均壁厚、主要壁厚或最小壁厚，單位mm 1s 為系數(shù)。對于普通灰鑄鐵一般取 2.0 對于本次設(shè)計(jì)的鑄件，一箱六件總質(zhì)量約為 15Kg，平均壁厚約為 20mm 所可得澆注時(shí)間為 331 2 2 0 1 5 1 3 . 3S G s 計(jì)算鐵水液面上升速度 85 6 . 3 /1 3 . 3C m m s 查詢課本第 63 頁表 3-3 可知型內(nèi)鐵液液面允許的最小上升速度 為 1020mm/s，所以上式所求的 V10,不滿足要求，由于金屬液上升較慢容易造成氣孔夾渣等缺陷，說一要強(qiáng)行縮短澆注時(shí)間，說以取澆注時(shí)間為 =8s，此時(shí)金屬夜上升速度為 85 1 0 . 6 /8C m m s 此時(shí)滿足型內(nèi)鐵液液面允許的最小上升速度的要求。 綜上確定，澆注時(shí)間為 =8s。 4、 5 計(jì)算阻流截面積 查尋課本知根據(jù)水力學(xué)近似計(jì)算公式 = 0 . 3 1 HGF阻 均 式中， F阻 內(nèi)澆道截面積， 2cm G 流經(jīng)阻流的金屬質(zhì)量 kg； 充滿行腔總時(shí)間 ； 澆注系統(tǒng)阻流 截面的流量系數(shù) ； H均 充填型腔時(shí)的平均計(jì)算壓力頭 cm； 由于鑄件的工藝出品率為 70%，所以流經(jīng)阻流的金屬質(zhì)量約為 G=2.5X6/70%=21.4Kg，充型時(shí)間 =8s,.流量系數(shù) =0.42，澆注溫度升高， +0.05，頂注式能使增大 0.1，所以=0.42+0.05+0.1=0.57，充填型腔時(shí)的平均計(jì)算壓力頭 H均 =16.5cm,將數(shù)據(jù)代入上式得 22 1 . 4= = 3 . 7 3 c m0 . 3 1 8 0 . 5 7 1 6 . 5F 阻 4、 6確定澆口比 澆口比由課本 可 查表 3-6 得： = 1 . 1 5 : 1 . 1 : 1S S S 直 內(nèi)橫： ： 式中 : S直 直澆道截面 積； 橫S 橫澆道截面積； 內(nèi)S 內(nèi)澆道截面積； 4、 7 計(jì)算內(nèi)澆道截面積 由于有 6 個(gè)內(nèi)澆道，所以由 4.5 計(jì)算可知內(nèi)澆道截面積為 S內(nèi) =F阻 /6=0.6 2cm ，查手冊取 S內(nèi) =0.6 2cm 橫澆道形狀取梯形斷面形狀如下圖（ a）：梯形斷面大小由查表得：a=9mm； b=6mm； c=11mm。 4、 8 計(jì)算橫澆道截面積 本次設(shè)計(jì)一個(gè)橫澆道連接 4 個(gè)內(nèi)澆道，而另一個(gè)橫澆道連接 2 個(gè)內(nèi)澆道則 2= 0 . 6 4 1 . 1 = 2 . 6 4 c mS 橫 1 查手冊取 =3cmS橫 1 2= 0 . 6 2 1 . 1 5 = 1 . 3 8 c mS 橫 2 查手冊取 2=2cmS橫 2 綜上為了加工過程方便與滿足鑄造要求取 2=3cmS橫 1 橫澆道形狀取梯形斷面形狀如下圖（ b）：梯形斷面大小由鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊查表得： a=13mm； b=20mm； c=17mm。 4、 9 計(jì)算直澆道截面積 設(shè)計(jì)直澆口有一個(gè)則 2= 0 . 6 6 1 . 1 5 = 4 . 1 4 c mS 直 查手冊取并根據(jù)給定的直澆道尺寸取截面積為 4.9，直澆道截面取圓截面如下圖 c，尺寸取直徑， D=25mm a 內(nèi)澆道 b 橫澆道 c 直澆道 4、 10 澆口窩的設(shè)計(jì) 查詢課本 52 頁，可粗略定出澆口窩的尺寸如下 澆口窩上