目錄TOC\o"2-3"\h\z\t"標(biāo)題1,1"1緒論 砂芯及砂型設(shè)計(jì)5.1砂芯設(shè)計(jì)砂芯設(shè)計(jì)，主要包含芯頭設(shè)計(jì)、砂芯排氣設(shè)計(jì)等。必要時(shí)，還需有選用及安置芯撐的設(shè)計(jì)。本方案共有三個(gè)砂芯，分別為X1、X2、X3，需分別對其進(jìn)行設(shè)計(jì)。5.1.1芯頭設(shè)計(jì)砂芯主要靠芯頭固定在砂型上。對于垂直砂芯，為了保證其軸線垂直、牢固地固定在砂型上，必須有足夠的芯頭長度或者采用摽芯的方式。以承受砂芯的重力和金屬液的浮力。芯頭與芯座之間應(yīng)有適宜的間隙，以使砂型與砂芯的裝配方便，但又能確保金屬件的尺寸、精度；當(dāng)芯子有方向性要求時(shí)，應(yīng)在芯頭上做定位角。5.1.2排氣設(shè)計(jì)濕砂芯，干砂芯和自硬砂芯在澆注過程中，其粘合劑及表面中的有機(jī)物要揮發(fā)、分解、燃燒（氧化反應(yīng)）、短時(shí)間內(nèi)放出大量氣體，以及水分蒸發(fā)[6]。如果這些氣體不能及時(shí)排出型外，一旦鉆入金屬液體，就很可能留在里面而使鑄件產(chǎn)生氣孔。因此，在設(shè)計(jì)，制造砂芯及下芯，合箱的整個(gè)過程中，應(yīng)十分重視砂芯的排氣。一定要讓澆注時(shí)砂芯中產(chǎn)生的氣體能夠及時(shí)地從芯頭排出鑄型外。芯子的排氣一般都是用蠟線或尼龍管做排氣孔引氣，將蠟線或尼龍管埋入砂芯中，在做好砂芯后，尼龍管充當(dāng)砂芯中排氣孔道。最終從芯頭排出；若芯子沒有出芯頭，則可在芯子與鑄型分芯處，擺放一圈防火泥通過排氣孔引出。5.1.3分芯原則首先，先對芯子的分類做個(gè)簡單的了解。芯子分三類，即普通芯子（用X1等編號表示），置于砂芯中的NX，及預(yù)先粘到砂型上的SX三類。其中NX和SX是在特定情況下才用到的；NX應(yīng)用在當(dāng)一個(gè)芯子中間有凸臺等難撤料部位時(shí)，采用NX處理；SX用在當(dāng)芯子較小，與砂型直接相接且粘上后不影響其它芯子下芯時(shí)，就預(yù)先粘到砂型的相應(yīng)位置上，有定位準(zhǔn)確，下芯便捷的優(yōu)點(diǎn)。其次，分芯的一般原則：砂芯的填砂面應(yīng)寬敞，以便于造芯時(shí)填砂，舂砂，安放芯骨，及有利于采取排氣措施。砂芯在烘干時(shí)的支承面最好是一個(gè)比較大的平面，以便于放置在平的烘干板上烘干。一個(gè)砂芯分成兩半時(shí)，應(yīng)盡量沿著砂型的分型面分開。這樣可使砂芯的拔模斜度與模樣的斜度一致，保證鑄件壁厚均勻。便于下芯合箱，保證鑄件的精度。鑄件上位置精度要求高的部位，應(yīng)盡可能用一個(gè)砂芯形成。尺寸過大的砂芯，為了方便制芯下芯或者為了解決車間起重量不夠的困難，可將大砂芯分成數(shù)個(gè)較小的砂芯。將砂芯由大分小時(shí)，應(yīng)保證每個(gè)小芯應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。另外，關(guān)于芯撐要求如下：砂芯在鑄型中主要靠芯頭固定。但有時(shí)砂芯無法設(shè)置芯頭或只能靠芯頭固定難以保證砂芯穩(wěn)固。因此，在生產(chǎn)中常采用芯撐來加固，以起到輔助支撐作用。為了使芯撐良好地同鑄件焊合及不引起氣孔缺陷，使用芯撐時(shí)必須注意：a）芯撐材料的熔點(diǎn)應(yīng)該比鑄件材質(zhì)的熔點(diǎn)高，至少相同。因此，對于鑄鐵件用低碳鋼或鑄鐵芯撐；有色金屬鑄件用與鑄件相同的合金材料做芯撐。b）金屬液體未凝固前，芯撐應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，不得過早熔化而喪失支撐作用；在鑄件凝固過程中，芯撐須與鑄件很好地焊合。因此芯撐的重量不能過小或過大。c）芯撐表面最好鍍錫。使用時(shí)，芯撐表面應(yīng)無銹、無油、無水、無空氣。同時(shí)芯撐在放入鑄型之后，要盡快澆注，特別是濕型，以免芯撐表面因凝聚水氣而引起氣孔及焊合不良。d）應(yīng)盡量將芯撐放置在鑄件的非加工面上或不重要的表面上。e）為了防止芯撐陷入砂型、砂芯（特別是濕型、濕芯）而造成鑄件壁厚不均，必要時(shí)，可在芯撐端面墊以面積較大的鐵片、干砂芯、或耐火磚。f）重要面不得以要用芯撐,只能用鑄鐵芯撐,最好設(shè)計(jì)成不用芯撐。g）對有防滲漏要求的面，不得已使用芯撐時(shí)，芯撐與低熔點(diǎn)材料防滲盒一起使用。5.1.4分芯方案根據(jù)已確定的工藝方案及分芯原則，砂芯設(shè)計(jì)情況具體如下:①X1(見工藝圖標(biāo)示)是形成立柱中部空腔的芯子，立柱兩側(cè)兩個(gè)φ60的孔由X1直接帶出，立柱后面10個(gè)φ80的孔也由X1直接帶出。采用吊芯法對其固定，芯子和外模引尼龍管導(dǎo)氣。下箱間隙為1，上箱間隙為2，主要防止合箱時(shí)將砂子碰落，最后造成缺陷。②X2(見工藝圖標(biāo)示)是形成導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)空腔的芯子，下X2時(shí)，由于被X1導(dǎo)軌處凸出部位阻擋，因此采用后填砂的方法?？刹捎玫跣緦ζ涔潭ǎ咀雍屯饽Ｒ猃埞軐?dǎo)氣。③X3(見工藝圖標(biāo)示)是形成立柱底座處空腔及兩側(cè)透門的芯子，由于下芯時(shí)先下X1,而X1的凸出部位將X3擋住，使X3無法下芯，因此在下箱設(shè)置一個(gè)后填砂工藝。即在下箱形成一個(gè)比X3芯頭大的空隙，使其繞過X1的凸出部位下進(jìn)去，然后將多余的空間用型砂填上。5.2外模設(shè)計(jì)所謂外模設(shè)計(jì)也即形成工件外表面的木模的設(shè)計(jì)過程，它主要從以下幾方面考慮：加工余量；透門處由芯子帶出還是由外模帶出，若由芯子帶出是否出芯頭及芯頭尺寸；凸臺及牙邊等難撤料部位應(yīng)采用活塊處理；與外部表面相關(guān)的不鑄出孔不鑄出面；外表面上的螺絲窩及拐角等部位芯頭尺寸。6澆冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì)6澆冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1澆注系統(tǒng)的概述和作用澆注系統(tǒng)是砂型中引導(dǎo)液態(tài)合金流入型腔的通道。生產(chǎn)中常常因澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)安排不當(dāng)造成：砂眼、夾砂、粘砂、夾渣、氣孔、鐵豆、抬箱、縮孔、縮松、冷隔、澆不足、變形、裂紋、偏折等鑄造缺陷。此外，澆注系統(tǒng)的好壞還影響造型和清理工作的繁簡，砂型的體積大小和型砂的耗用運(yùn)輸量，非生產(chǎn)性消耗的液態(tài)合金用量等等。所以，澆注系統(tǒng)與獲得優(yōu)質(zhì)鑄件，提高生產(chǎn)效率和降低鑄件成本的關(guān)系是密切相聯(lián)的。因此對澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須慎重認(rèn)真。澆注系統(tǒng)除導(dǎo)入液態(tài)合金這一基本作用外，正確的澆注系統(tǒng)還應(yīng)具有以下功能和注意事項(xiàng)：a）使液態(tài)合金平穩(wěn)充滿砂型，不沖擊型壁和砂芯，不產(chǎn)生激濺和渦流，不卷入氣體，并順利地讓型腔內(nèi)的空氣和其他氣體排除型外，以防止金屬過渡氧化及產(chǎn)生砂眼、鐵豆、氣孔等缺陷。b）阻礙夾雜物進(jìn)入型腔，以免在鑄件上形成渣孔。c）起一定的補(bǔ)流作用，一般是在內(nèi)澆道凝固前補(bǔ)給部分液態(tài)收縮。d）讓液態(tài)合金以最短的距離，最合宜的時(shí)間充滿型腔，并有合適的型內(nèi)液面上升速度，得到輪廓完整清晰的鑄件。e）充型流股不要正對冷鐵和芯撐，防止降低外冷鐵的激冷效果及表面溶化，造成鑄件壁變化。6.2澆注系統(tǒng)的組成及其各自作用常用的澆注系統(tǒng)大多由澆口杯（澆口盆或外澆口）、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道等部分組成。其各自作用分別為[6]：澆口杯：承接金屬液，避免金屬液飛濺，并將其導(dǎo)入直澆道，防止液流直接沖入直澆道。一般澆口杯容積較大，當(dāng)儲存有足夠的金屬液量時(shí)，還可以減少或消除在直澆道頂面產(chǎn)生水平旋渦，防止熔渣、夾雜物和氣體卷入直澆道的危險(xiǎn)。直澆道：引導(dǎo)澆口杯中的金屬液進(jìn)入橫澆道，建立起足夠的壓力頭，將金屬液在重力作用下克服流動阻力，及時(shí)充滿型腔和防止鑄件產(chǎn)生侵入性氣孔。橫澆道：除了將金屬液引入內(nèi)澆道外，主要是撇渣（澆口杯往往起不到很好的撇渣作用）。因此，它應(yīng)有一定的高度和長度。封閉式澆注系統(tǒng)一般要求橫澆道為窄、高形的橫截面，它的高度應(yīng)為內(nèi)澆道高度的4—6倍，以使內(nèi)澆道的吸動作用達(dá)不到橫澆道的頂面，避免將浮渣吸入鑄件。橫澆道的末端長度應(yīng)距最后一道內(nèi)澆道的距離不少于75mm內(nèi)澆道：控制金屬液流入型腔的速度和方向，調(diào)節(jié)鑄件各部分的溫差。另外，澆注系統(tǒng)還有澆口窩組成。對金屬液具有緩沖作用，能縮短直——橫澆道拐角處的紊流區(qū)，改善橫澆道內(nèi)的壓力分布。其底部要放干砂芯片或耐火磚塊，可防止沖砂。內(nèi)澆道位置設(shè)置的通則：a）凝固體收縮率大的、且壁厚差大的鑄件，內(nèi)澆道開設(shè)在設(shè)有冒口的厚壁處，最好進(jìn)入冒口，以形成順序凝固。b）凝固體收縮率小的、且壁厚差大的鑄件，內(nèi)澆道應(yīng)分散地開設(shè)在薄壁處和次薄壁處，不開設(shè)在鑄件的熱節(jié)和冒口的根部，以有利于鑄件的凝固。c）內(nèi)澆道不應(yīng)開設(shè)在靠近有芯撐或冷鐵的部位。即使需要開在有外冷鐵的部位，也需加厚冷鐵和采用鋼、銅或石墨冷鐵。d）內(nèi)澆道應(yīng)有利于平穩(wěn)、快速充型和排氣、排渣，不嚴(yán)重沖刷砂型和砂芯，能盡量縮短金屬液在型腔中的流程。e）內(nèi)澆道盡可能開在分型面上，但對有一定高度的鑄件，最好采用底注式或階梯式澆道。f）內(nèi)澆道與鑄件的接合處的厚度，對凝固體收縮率大的合金，一般應(yīng)不厚于鑄件壁厚的1/2，最多不超過2/3。6.3澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)表8灰鑄鐵件澆注系統(tǒng)各組元的截面積比和應(yīng)用范圍類型∑Ag：∑Aru：∑As應(yīng)用范圍封閉式1:1.5:21:1.2:1.41:1.1:1.151:1.06:1.111:1.25:1.5大型鑄件中、大型鑄件中、小型鑄件薄壁件和濕型生產(chǎn)的小鑄件用樹脂砂生產(chǎn)的鑄件半封閉式1:(1.3～1.5):(1.1～1.2)1:1.4:1.21:1.5:1.1中、小型鑄件重型機(jī)械鑄件表干型生產(chǎn)的鑄件注：∑Ag：內(nèi)澆道總面積∑Aru：橫澆道總面積∑As：直澆道總面積由已知條件：本零件是用樹脂砂生產(chǎn)的鑄件，并且為封閉式，根據(jù)表8，選取內(nèi)澆道，橫澆道與直澆道的總截面積比為[5]：∑Ag：∑Aru：∑As=1：1.25：1.5。用鑄件重量，壁厚確定內(nèi)澆道的總截面積：∑Ag。零件材料HT250，壁厚等于44mm，重量為294kg，再加上澆注系統(tǒng)質(zhì)量294×20%＝58.8kg，總重量為294+58.8＝352.8kg。根據(jù)表9可查得當(dāng)鑄件壁厚為40～60cm2。所以選取∑Ag＝9cm2。本方案設(shè)有一個(gè)內(nèi)澆道和兩個(gè)陶管內(nèi)徑φ20（見工藝圖）。內(nèi)澆道面積Ag＝(內(nèi)澆道總面積-兩陶管截面積)/內(nèi)澆口數(shù)量＝(9-2×3.14×12)/2=1.36cm2，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，選取Ag=1.5cm2。圖6-1內(nèi)澆道橫截面表9灰鑄鐵件內(nèi)澆道總截面積∑Ag鑄件重量G/kg鑄件壁厚/mm<55～1010～1515～2525～4040～6060～100∑Ag/mm21～30.80.80.6～0.8————————3～51.61.61.2～2.21.2～2.01.2～1.8————5～102.01.8～3.01.6～2.61.6～2.41.2～2.2————10～152.62.4～3.72～32～3.21.8～2.7————15～204.03.8～4.23.2～3.63～3.42.7～2.8————20～405.04.4～5.24～53.6～4.23.2～4.0————40～607.25.8～7.05.6～6.45.2～6.04.2～5.0————60～100——7～86.5～7.46.2～6.55～6————100～150——8～128～108～8.66～7.66——150～200——10～159～129～107～8.87.5——200～250——13～1812～1410～119.4～108——300～400——15～2313～15.412～1310～129——2000～3000————54～6034～5030～3428～3224～28橫澆道總面積為：∑Aru＝1.25×∑Ag=11.25cm表10橫澆道尺寸……36384044……2930.53235……11.51314.417.4……36384045……2930.53236……4345.54854……1415.517.321.8……35363840……282930.532…52.5545760…16.517.319.520.6已知：∑Aru＝11.25cm2與11.5cm2接近，所以 圖6-2橫澆道的形狀 圖6-3橫澆道橫截面 直澆道總面積為：∑As＝1.5×∑Ag=13.5cm表11直澆道尺寸D端面積As∕cm2D∕mm直澆道每厘米長重量∕㎏9.612.615.919.6354045504345474850525355575860624005006004005006004005006004005006000.0690.0920.0170.144已知：直澆道∑As＝13.5cm2，且鑄件高度的一半為262.5mm,所以選用D端面積As＝12.6cm2的D＝40mm,＝50mm，＝上箱高度（600mm）＋100mm－上模鑄件高度（262.5＝600mm＋100mm－262.5取整＝500mm其尺寸及結(jié)構(gòu)如鑄造工藝圖。6.4出氣孔設(shè)計(jì)6.4.1出氣孔的作用及設(shè)置原則出氣孔用于排出型腔中的氣體，改善金屬液充填能力、排除先充填到型腔中的過冷金屬液與浮渣，還可以作為觀察充滿型腔的標(biāo)志。出氣孔一般設(shè)在鑄件按澆注位置的最高點(diǎn)及容易產(chǎn)生氣阻（窩氣）的法蘭、上平面、筋板、凸臺與暗冒口等處。出氣孔根部直徑（或厚度），不應(yīng)大于設(shè)置處鑄件厚度的1/2，間接出氣孔的直徑可大些。要防止因出氣孔尺寸過大，導(dǎo)致鑄件形成熱節(jié)，以致產(chǎn)生縮孔。如果沒有明冒口，雖然砂型能透氣，但對金屬液的快速充型，它是無法將型腔內(nèi)的氣體及時(shí)排出型外，因此，通常認(rèn)為出氣孔根部總截面積至少應(yīng)與內(nèi)澆道總截面積相等；對于采用暗出氣孔的砂型，出氣孔根部總截面積至少應(yīng)為內(nèi)澆道總截面積的1.5倍；以防止型內(nèi)氣壓過分增大。對于濕型鑄造和采用暗冒口的工藝，應(yīng)特別重視排除型內(nèi)的氣體，防止鑄件澆不足和產(chǎn)生氣孔缺陷。6.4.2出氣孔的分類及尺寸出氣孔按是否與型外大氣直接相通，分為明出氣孔和暗出氣孔。按是否與鑄件直接相連，分為直接出氣孔和間接出氣孔。出氣孔分圓形截面與扁形截面兩種。扁形出氣孔多用在鑄件的法蘭和大平面上；圓柱形出氣孔多用在凸臺、筋板及暗冒口等處。根據(jù)所鑄零件的實(shí)際形狀和生產(chǎn)中所總結(jié)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。本方案設(shè)計(jì)采用四排明冒口，分布在上箱四處充型時(shí)的厚壁上方，因?yàn)樗鼈儾坏挥阼T件的最高點(diǎn)而且都需要大量的補(bǔ)給量。其截面為：10×40mm。其高度為5007砂箱的設(shè)計(jì)7砂箱的設(shè)計(jì)7.1砂箱尺寸的確定圖7-1砂箱形狀表12模型的最小吃砂量鑄件重量（kg）最小吃砂量砂箱尺寸abcd或efg<52030403030204005～1020405040302011～25305060503030401～70026～5040607060404051～100507090704050701～1000101～25060801001005060251～50070100120——60701001～2000501～100080125150——70801001～200090150180——80902001～30002001～3000100175210——1001003001～4000125200250——1251253001～40004001～5000150225280——1501505001～10000175250310——175175>4000>10000200300350——200200由于鑄件的最大尺寸是1140mm,根據(jù)上表a≥70mm,b≥100mm,c≥120mm,f≥60mm,g≥70mm。最小砂箱長度：a＋芯頭尺寸（395mm）＋f＋