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連接盤鑄造工藝設(shè)計
1 引言
鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，已有約6000年的歷史。中國約在公元前1700～前1000年之間已進入青銅鑄件的全盛期，工藝上已達到相當(dāng)高的水平。鑄造是指將室溫中為液態(tài)但不久后將固化的物質(zhì)倒入特定形狀的鑄模待其凝固成形的加工方式。被鑄物質(zhì)多為原為固態(tài)但加熱至液態(tài)的金屬（例：銅、鐵、鋁、錫、鉛等），而鑄模的材料可以是沙、金屬甚至陶瓷。因應(yīng)不同要求，使用的方法也會有所不同.
鑄造－熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得具有一定形狀、尺寸和性能金屬零件毛坯的成型方法
鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。鑄造毛坯因近乎成形，而達到免機械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上減少了制作時間．鑄造是現(xiàn)代裝置制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一。
鑄造可按金屬液的澆注工藝分為重力鑄造和壓力鑄造。重力鑄造是指金屬液在地球重力作用下注入鑄型的工藝，也稱澆鑄。廣意的的重力鑄造包括砂型澆鑄、金屬型澆鑄、熔模鑄造，泥模鑄造等；窄義的重力鑄造專指金屬型澆鑄。壓力鑄造是指金屬液在其他外力（不含重力）作用下注入鑄型的工藝。廣義的壓力鑄造包括壓鑄機的壓力鑄造和真空鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等；窄義的壓力鑄造專指壓鑄機的金屬型壓力鑄造，簡稱壓鑄。這幾種鑄造工藝是目前有色金屬鑄造中最常用的、也是相對價格最低的。
砂型鑄造是一種以砂作為主要造型材料，制作鑄型的傳統(tǒng)鑄造工藝。
砂型一般采用重力鑄造，有特殊要求時也可采用低壓鑄造、離心鑄造等工藝。砂型鑄造的適應(yīng)性很廣，小件、大件，簡單件、復(fù)雜件，單件、大批量都可采用。砂型鑄造用的模具，以前多用木材制作，通稱木模。旭東精密鑄件廠為改變木模易變形、易損壞等弊病，除單件生產(chǎn)的砂型鑄件外，全部改為尺寸精度較高，并且使用壽命較長的鋁合金模具或樹脂模具。雖然價格有所提高，但仍比金屬型鑄造用的模具便宜得多，在小批量及大件生產(chǎn)中，價格優(yōu)勢尤為突出。此外，砂型比金屬型耐火度更高，因而如銅合金和黑色金屬等熔點較高的材料也多采用這種工藝。但是，砂型鑄造也有一些不足之處：因為每個砂質(zhì)鑄型只能澆注一次，獲得鑄件后鑄型即損壞，必須重新造型，所以砂型鑄造的生產(chǎn)效率較低；又因為砂的整體性質(zhì)軟而多孔，所以砂型鑄造的鑄件尺寸精度較低，表面也較粗糙。不過，旭東精密鑄件廠集多年的技術(shù)積累，已大大改善了砂型鑄件的表面狀況，其拋丸后的效果可與金屬型鑄件媲美。 此次畢業(yè)設(shè)計目的是通過在鑄造工藝分析的過程中梳理大學(xué)四年中學(xué)到的專業(yè)知識，學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題并運用所學(xué)的知識來解決實際問題。通過畢業(yè)設(shè)計鞏固和拓展自己的專業(yè)知識，熟悉鑄造工藝設(shè)計的流程，領(lǐng)略鑄造工藝設(shè)計的要領(lǐng)，體驗鑄造工藝設(shè)計工作的內(nèi)涵，為即將步入社會，走向工作崗位做最后的準(zhǔn)備。
課題背景
鑄造是金屬成形的一種最主要方法，它是熱加工的基礎(chǔ)。鑄造的歷史與華夏文明的歷史一樣悠久，我們的祖先在4000多年前就鑄造出了“三星堆”那樣精美的青銅器，其技術(shù)水平令人嘆為觀止，然而到了現(xiàn)代，作為全球鑄件產(chǎn)量第一大國，中國的鑄造水平卻落后于發(fā)達國家。
早期
中國商朝的重875公斤的司母戊方鼎，戰(zhàn)國時期的曾侯乙尊盤，西漢的透光鏡，都是古代鑄造的代表產(chǎn)品。 早期的鑄件大多是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、宗教、生活等方面的工具或用具，藝術(shù)色彩濃厚。那時的鑄造工藝是與制陶工藝并行發(fā)展的，受陶器的影響很大。
發(fā)展
中國在公元前513年，鑄出了世界上最早見于文字記載的鑄鐵件－晉國鑄型鼎,重約270公斤。歐洲在公元八世紀前后也開始生產(chǎn)鑄鐵件。鑄鐵件的出現(xiàn)，擴大了鑄件的應(yīng)用范圍。例如在15～17世紀，德、法等國先后敷設(shè)了不少向居民供飲用水的鑄鐵管道。18世紀的工業(yè)革命以后，蒸汽機、紡織機和鐵路等工業(yè)興起，鑄件進入為大工業(yè)服務(wù)的新時期，鑄造技術(shù)開始有了大的發(fā)展。
近代
進入20世紀，鑄造的發(fā)展速度很快，其重要因素之一是產(chǎn)品技術(shù)的進步 ，要求鑄件各種機械物理性能更好，同時仍具有良好的機械加工性能；另一個原因是機械工業(yè)本身和其他工業(yè)如化工、儀表等的發(fā)展，給鑄造業(yè)創(chuàng)造了有利的物質(zhì)條件。如檢測手段的發(fā)展，保證了鑄件質(zhì)量的提高和穩(wěn)定，并給鑄造理論的發(fā)展提供了條件；電子顯微鏡等的發(fā)明，幫助人們深入到金屬的微觀世界，探查金屬結(jié)晶的奧秘，研究金屬凝固的理論，指導(dǎo)鑄造生產(chǎn)。
我國鑄造業(yè)的概況
我國鑄件產(chǎn)量從2000年起超越美國已連續(xù)6年位居世界第一，其中2004年為2242萬噸，2005年估計為2600萬噸，鑄件年產(chǎn)值超過2500億元，鑄件產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的1/4之多，已成為世界鑄造生產(chǎn)基地。根據(jù)全球主要鑄件生產(chǎn)國2004年的產(chǎn)量統(tǒng)計可以看出，十大鑄件生產(chǎn)國可分為兩類。一類是發(fā)展中國家，雖然產(chǎn)量大，但鑄件附加值低，小企業(yè)多，從業(yè)人員隊伍龐大，黑色金屬比重大。另一類是發(fā)達國家，如日本、美國及歐洲等，他們采用高新技術(shù)主要生產(chǎn)高附加值鑄件。
發(fā)達國家總體上鑄造技術(shù)先進、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染小、原輔材料已形成系列化。歐洲已建立跨國服務(wù)系統(tǒng)，生產(chǎn)實現(xiàn)機械化、自動化、智能化。生產(chǎn)過程從嚴執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，鑄件廢品率約為2%—5%。重視用信息化提升鑄造工藝設(shè)計水平，普遍應(yīng)用軟件進行充型凝固過程模擬和工藝優(yōu)化設(shè)計。
從批量和勞動生產(chǎn)率看，歐、美、日的優(yōu)勢很大，日本的勞動生產(chǎn)率是人均年產(chǎn)鑄件140噸，我國估計約為20噸，相差7倍。我國人工成本低于1美元/小時，與發(fā)達國家相差幾十倍，因而出口鑄件具有優(yōu)勢。但近年來材料價格猛漲，使我國出口鑄件在材料成本方面的優(yōu)勢消失殆盡。在產(chǎn)品質(zhì)量和檔次方面，我們遠落后于發(fā)達國家。近年我國鑄件出口雖有所增長，但出口只占我國總產(chǎn)量的97%，占世界鑄件市場流通量不到8%，總體增速緩慢，表現(xiàn)為質(zhì)量較差、價格低。長期以來，出口的鑄件以中低檔產(chǎn)品為主，各類管件、散熱器、廚具及浴具占到36%。一些出口鑄件雖可達到國際標(biāo)準(zhǔn)，但要達到歐美客戶標(biāo)準(zhǔn)還有距離。
在國內(nèi)，鑄造業(yè)是關(guān)系國計民生的重要行業(yè)，是汽車、石化、鋼鐵、電力、造船、紡織、裝備制造等支柱產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，是制造業(yè)的重要組成部份。在機械裝備中，鑄件占整機重量的比例很高，內(nèi)燃機占80%、拖拉機占50%—80%、液壓件、泵類機械占50%—60%。汽車中的關(guān)鍵部件幾乎全部鑄造而成；冶金、礦山、電站等重大設(shè)備都依賴于大型鑄鍛件，鑄件的質(zhì)量直接影響著整機的質(zhì)量和性能。
我國鑄造生產(chǎn)企業(yè)主要分布在東部，西部產(chǎn)量較少。目前全國鑄造企業(yè)約有24000家、從業(yè)人員約120多萬。從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)看，既有從屬于主機生產(chǎn)廠的鑄造分廠或車間，也有專業(yè)鑄造廠，還有大量的鄉(xiāng)鎮(zhèn)鑄造廠。就規(guī)模和水平而言，既有工藝先進、機械化程度高、年產(chǎn)數(shù)萬噸鑄件的大型鑄造廠，如重型行業(yè)、汽車行業(yè)、航空工業(yè)的一些先進的鑄造廠；也有工藝落后、設(shè)備簡陋、手工操作，年產(chǎn)鑄件百余噸的小型鑄造廠。
發(fā)達國家鑄造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
發(fā)達國家總體上鑄造技術(shù)先進、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染少、原輔材料已形成商品化系列化供應(yīng)，如在歐洲已建立跨國服務(wù)系統(tǒng)。生產(chǎn)普遍實現(xiàn)機械化、自動化、智能化（計算機控制、機器人操作）。
鑄鐵熔煉使用大型、高效、除塵、微機測控、外熱送風(fēng)無爐襯水冷連續(xù)作業(yè)沖天爐，普遍使用鑄造焦，沖天爐或電爐與沖天爐雙聯(lián)熔煉，采用氮氣連續(xù)脫硫或搖包脫硫使鐵液中硫含量達0.01%以下；熔煉合金鋼精煉多用AOD、VOD等設(shè)備，使鋼液中H、O、N達到幾個或幾十個10-6的水平。
在重要鑄件生產(chǎn)中，對材質(zhì)要求高，如球墨鑄鐵要求P≯0.04%、S≯0.02%，鑄鋼要求P、S均≯0.025%，采用熱分析技術(shù)及時準(zhǔn)確控制C、Si含量，用直讀光譜儀2~3分鐘分析出十幾個元素含量且精度高，C、S分析與調(diào)控可使超低碳不銹鋼的C、S含量得以準(zhǔn)確控制，采用先進的無損檢測技術(shù)有效控制鑄件質(zhì)量。
普遍采用液態(tài)金屬過濾技術(shù)，過濾器可適應(yīng)高溫諸如鈷基、鎳基合金及不銹鋼液的過濾。過濾后的鋼鑄件射線探傷A級合格率提高13個百分點，鋁鎂合金經(jīng)過濾，抗拉強度提高50%、伸長率提高100%以上。
廣泛應(yīng)用合金包芯線處理技術(shù)，使球鐵、蠕鐵和孕育鑄鐵工藝穩(wěn)定、合金元素收得率高、處理過程無污染，實現(xiàn)了微機自動化控制。
鋁基復(fù)合材料以其優(yōu)越性能被廣泛重視并日益轉(zhuǎn)向工業(yè)規(guī)模應(yīng)用，如汽車驅(qū)動桿、缸體、缸套、活塞、連桿等各種重要部件都可用鋁基復(fù)合材料制作，并已在高級賽車上應(yīng)用；在汽車向輕量化發(fā)展的進程中，用鎂合金材料制作各種重要汽車部件的量已僅次于鋁合金。
采用熱風(fēng)沖天爐、兩排大間距沖天爐和富氧送風(fēng)，電爐采用爐料預(yù)熱、降低熔化溫度、提高爐子運轉(zhuǎn)率、減少爐蓋開啟時間，加強保溫和實行微機控制優(yōu)化熔煉工藝。在球墨鑄鐵件生產(chǎn)中廣泛采用小冒口和無冒口鑄造。鑄鋼件采用保溫冒口、保溫補貼，工藝出品率由60%提高到80%?？紤]人工成本高和生產(chǎn)條件差等因素而大量使用機器人。由于環(huán)保法制嚴格（電爐排塵有9國規(guī)定100-250mg/m3、沖天爐排塵，11國規(guī)定100-1000mg/m3，或0.25-1.5kg/t鐵液；砂處理排塵，8國規(guī)定100-250mg/m3。），鑄造廠都重視環(huán)保技術(shù)。
在大批量中小鑄件的生產(chǎn)中，大多采用微機控制的高密度靜壓、射壓或氣沖造型機械化、自動化高效流水線濕型砂造型工藝。
砂處理采用高效連續(xù)混砂機、人工智能型砂在線控制專家系統(tǒng), 制芯工藝普遍采用樹脂砂熱、溫芯盒法和冷芯盒法。熔模鑄造普遍用硅溶膠和硅酸乙酯做粘結(jié)劑的制殼工藝。
用自動化壓鑄機生產(chǎn)鑄鋁缸體、缸蓋；已經(jīng)建成多條鐵基合金低壓鑄造生產(chǎn)線。用差壓鑄造生產(chǎn)特種鑄鋼件。所生產(chǎn)的各種口徑的離心球墨鑄鐵管占鑄鐵管總量95%以上，球鐵管占球鐵年產(chǎn)量30%-50%。
成功地采用EPC技術(shù)大批量生產(chǎn)汽車4缸缸體、缸蓋等復(fù)雜鑄件，生產(chǎn)率達180型/小時。在工藝設(shè)計、模具加工中，采用CAD/CAM/RPM技術(shù)；在鑄造機械的專業(yè)化、成套化制備中，開始采用CIMS技術(shù)。
鑄造生產(chǎn)全過程主動、從嚴執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，鑄件廢品率僅2%-5%；標(biāo)準(zhǔn)更新快（標(biāo)齡4-5年）；普遍進行ISO9000、ISO14000等認證。
重視開發(fā)使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，紛紛建立自己的主頁、站點。鑄造業(yè)的電子商務(wù)、遠程設(shè)計與制造、虛擬鑄造工廠等飛速發(fā)展。
2 設(shè)計任務(wù)
2.1鑄造工件圖
鑄件的cad三維圖如下：
圖2.1a鑄造工件主視圖
圖2.1b零件三維圖
圖2.1c零件三維圖
連接盤材料為HT200，采用砂型鑄造，年生產(chǎn)量200件
2.2分析生產(chǎn)性質(zhì)
（1）該零件屬小批生產(chǎn)，零件上φ60 mm的孔要鑄出，需用一個型芯。
（2）四個φ12 mm的小孔可不鑄出，鑄后再用機械加工出該孔，鑄造工藝圖上的不鑄出孔用紅線打叉
3 工藝分析
3.1 鑄造工藝圖
圖3.1鑄造工藝圖
鑄造工藝圖是鑄造行業(yè)所特有的一種圖紙，它規(guī)定了鑄件的形狀和尺寸，也規(guī)定了鑄件的基本生產(chǎn)方法和工藝過程。單件，小批量的生產(chǎn)情況下，用規(guī)定畫法，以便模具制造，造型，檢驗和技術(shù)存檔。
鑄造生產(chǎn)時，首先要根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特征、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)條件等因素，確定鑄造工藝方案。其主要內(nèi)容包括澆注位置、分型面、鑄造工藝參數(shù)（機械加工余量、起模斜度、鑄造圓角、收縮率、芯頭等）的確定，然后用規(guī)定的工藝符號或文字繪制成鑄造工藝圖。鑄造工藝圖是生產(chǎn)過程的指導(dǎo)性文件，它為設(shè)計和指導(dǎo)鑄造工藝設(shè)備提供了基本依據(jù)。
3.2 澆注位置
澆注位置：澆注時鑄件在鑄型中所處的位置稱為澆注位置。鑄件的澆注位置對鑄件的質(zhì)量、尺寸精度、造型工藝的難易程度都有很大的影響。通常按下列基本原則確定澆注位置。
（1）鑄件的重要工作面或主要加工面朝下或位于側(cè)面。澆注時金屬液中的氣體、熔渣及鑄型中的砂粒會上浮，有可能使鑄件的上部出現(xiàn)氣孔、夾渣、砂眼等缺陷，而鑄件下部出現(xiàn)缺陷的可能性小，組織較致密。如圖所示機床床身的澆注位置，應(yīng)將導(dǎo)軌面朝下，以保證該重要工作面的質(zhì)量。如圖所示的卷揚筒，其圓周面的質(zhì)量要求較高，采用立澆方案，可使圓周面處于側(cè)面，保證質(zhì)量均勻一致。 如圖機床床身的澆注位置，應(yīng)將導(dǎo)軌面朝下，以保證該重要工作面的質(zhì)量。
（2）鑄件的大平面朝下或傾斜澆注。由于澆注時熾熱的金屬液對鑄型的上部有強烈的熱輻射，引起頂面型砂膨脹拱起甚至開裂，使大平面出現(xiàn)夾砂、砂眼等缺陷。大平面朝下或采用傾斜澆注的方法可避免大平面產(chǎn)生鑄造缺陷。下圖為平板鑄件的澆注位置。
（3）鑄件的薄壁朝下、側(cè)立或傾斜。 為防止鑄件的薄壁部位產(chǎn)生冷隔、澆不到缺陷，應(yīng)將面積較大的薄壁置于鑄件的下部，或使其處于側(cè)壁或傾斜位置.
（4）鑄件的厚大部分應(yīng)放在頂部或在分型面的側(cè)面。主要目的是便于在厚處安放冒口進行補縮
圖 3.2澆注系統(tǒng)
3.3 分型面
分型面：是鑄型組元間的接合面。為便于起模，一般分型面選擇在鑄件的最大截面處。分型面的選定應(yīng)保證起模方便、簡化鑄造工藝、保證鑄件的質(zhì)量。確定分型面應(yīng)遵循如下原則。
（1） 分型面應(yīng)選擇在模樣最大截面處，以便于起模。
（2） 盡量減少分型面。
（3） 盡量使分型面平直。
（4） 盡量使鑄件的全部或大部分位于同一砂箱中。
（5） 盡量使型芯位于下箱，并注意減低砂箱的高度。
依據(jù)分型面應(yīng)選擇在模樣最大截面處，以便于起模。盡量減少分型面盡量使分型面平直。盡量使鑄件的全部或大部分位于同一砂箱中。盡量使型芯位于下箱，并注意減低砂箱的高度幾點鑄件的分型面如下圖
圖3.3分型面
3.4 工藝參數(shù)的選定
3.4.1 機械加工余量和公差
機械加工余量：是指鑄件加工面上預(yù)留的、準(zhǔn)備切除的金屬層厚度。加工余量取決于鑄件的精度等級，與鑄件材料、鑄造方法、生產(chǎn)批量、鑄件尺寸、澆注位置等因素有關(guān)。
鑄件的尺寸公差 CT，其精度等級從高到低有1、2、3.．．．．．16共16個等級；加工余量等級MA，從精到粗可分為A、B、C、D、E、F、G、H、J共9個級別。下表為砂型鑄造常用鑄造合金單件和小批生產(chǎn)時公差等級及與之配套的加工余量等級。
鑄件的公差等級和加工余量等級確定后，加工余量數(shù)值可根據(jù)GB/T11350-1989選?。还畹臄?shù)值可按 GB6414—86 選取
鑄件最大尺寸
澆注時位置
加工面與基準(zhǔn)面之間的距離
<50
50-120
120-260
260-500
500-800
800-1250
<120
頂面底，側(cè)面
3.5-4.5 2.5-3.5
4.0-4.53.0-3.5
120-260
頂面底 側(cè)面
4.0-5.0 3.0-4.0
4.5-5.03.5-4.0
5.0-5.5 4.0-4.5
260-500
頂面底 側(cè)面
4.5-6.0 3.5-4.5
5.0-6.04.0-4.5
6.0-7.0 4.5-5.0
6.5-7.0 5.0-6.0
500-800
頂面底 側(cè)面
5.0-7.0 4.0-5.0
6.0-7.04.5-5.0
6.5-7.0 4.5-5.5
7.0-8.0 5.0-6.0
7.5-9.0 6.5-7.0
800-1250
頂面底 側(cè)面
6.0-7.0 4.0-5.5
6.5-7.5 5.0-5.5
7.0-8.0 5.0-6.0
7.5-8.0 5.5-6.0
8.0-9.0 5.5-7.0
8.5-10 6.5-7.5
表3.4.1鑄件加工余量
3.4.2 起模斜度
起模斜度：為使模樣（或型芯）易從鑄型（或芯盒）中取出，在模樣（或芯盒）上與起模方向平行的壁的斜度稱為起模斜度，可用角度 α 或?qū)挾?a表示，提倡使用寬度a。模樣的起模斜度可采用增加壁厚、加減壁厚、減小壁厚三種取法。
圖3.4.2工件的起模斜度與加工余量
起模斜度需要增減的數(shù)值可按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取，采用粘土砂造型時的起模斜度可按 JB/T5105—1991確定。一般木模的斜度 α =0.3°~3°，a=0.6~3.0mm；金屬模的斜度α=0.2°~2°，a=0.4~2.4mm。模樣越高，斜度越小。當(dāng)鑄件上的孔高度與直徑之比小于1（H/D<1）時，可用自帶芯子的方法鑄孔，用自帶芯子的起模斜度一般應(yīng)大于外壁斜度。見下表
測量面高度（毫米）
金屬模
木模
a(毫米)
α°
a(毫米)
α°
<20
0.5-1.0
1°30′-3°
0.5-1.0
1°30′-3°
20-50
0.5-1.2
0°45′-2°
1.0-2.0
1°30′-2°30′
50-100
1．0-1.5
0°45′-1°
1.5-2.0
1°-1°30′
100-200
1.5-2.0
0°30′-0°45′
2.0-2.5
0°45′-1°
表3.4.2砂芯鑄造用起模斜度
3.4.3 收縮率
收縮率：為補償鑄件在冷卻過程中產(chǎn)生的收縮，使冷卻后的鑄件符合圖樣的要求，需要放大模樣的尺寸，放大量取決于鑄件的尺寸和該合金的線收縮率。一般中小型灰鑄鐵件的線收縮率約取 1%；非鐵金屬的鑄造收縮率約取1.5%；鑄鋼件的鑄造收縮率約取2%。
3.4.4 鑄造圓角
鑄造圓角：模樣壁與壁的連接和轉(zhuǎn)角處要做成圓弧過渡，稱為鑄造圓角。鑄造圓角可減少或避免砂型尖角損壞，防止產(chǎn)生粘砂、縮孔、裂紋。但鑄件分型面的轉(zhuǎn)角處不能有圓角。鑄造內(nèi)圓角的大小可按相鄰兩壁平均壁厚的 1/3~1/5選取，外圓角的半徑取內(nèi)圓角的一半。
3.4.5 芯頭
芯頭：是指砂芯的外伸部分，用來定位和支承砂芯。芯頭有垂直和水平芯頭兩種。芯座是指鑄型中專為放置芯頭的空腔。芯頭和芯座尺寸主要有芯頭長度 L（高度H）、芯頭斜度 α 、芯頭與芯座裝配隙s等，其數(shù)值與型芯的長度（高度）和直徑有關(guān)
L
S
h1
h
S/2
S/2
A
A
D
B
A
A
A
圖4.4.5A垂直芯頭高度h和h1
L
當(dāng)D或（A+B）/2為下列數(shù)值時的高度h
≤30
31-60
61-100
101-150
≤30
15
15-20
—
—
31-50
20-25
20-25
20-25
—
51-100
25-30
25-30
25-30
20-25
101-150
30-35
30-35
30-35
25-30
表3.4.5A垂直芯頭高度h和h1
由h查h1
下芯頭高度h
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
上芯頭高度h1
15
15
15
20
20
25
25
30
30
35
表3.4.5B由h 查 h1
圖3.4.5B垂直芯頭的斜度α
芯頭高度h
15
20
25
30
35
40
50
60
70
用α/h表示斜度時
用角度α表示時
上芯頭
2
3
4
5
6
7
9
11
12
1/5
10°
下芯頭
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
5
6
1/10
5°
表3.4.5C垂直芯頭的斜度α
鑄型種類
D或(A+B)/2
≤50
51-100
101-150
151-200
201-300
301-400
401-500
501-700
濕型
0.5
0.5
1.0
1.0
1.5
1.5
2.0
2.0
干型
0.5
1.0
1.5
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
表3.4.5D垂直芯頭與芯座之間的間隙s
由連接盤的鑄件圖以及查上表可知型芯直徑為L=38mm長度為120mm上芯頭高度為h1=15MM下芯頭為h=25MM，s=0.5.上芯頭斜度7.5°下芯頭斜度為4.5°，如圖:
15
25
0.5
0.25
7°
4.5
圖3.4.5C芯頭尺寸
3.5 澆注系統(tǒng)
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)襯套中常常因澆注系統(tǒng)設(shè)計安排不當(dāng)，造成砂眼、夾砂、粘砂、夾渣、氣孔、鐵豆、抬箱、縮孔、松孔、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輸量，非產(chǎn)生性消耗的液態(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)計必須慎重認真。
常用的澆注系統(tǒng)大多由澆口杯（外澆口）、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道等部分組成。正確的澆注應(yīng)該：
1）使液態(tài)鑄鐵平穩(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，并順利的讓型腔內(nèi)的空氣和其他氣體排出型外，以防止金屬過渡氧化及產(chǎn)生砂眼、鐵豆、氣孔等缺陷。
2）阻擋夾雜物進入型腔，以免在鑄件上形成渣孔。
3）調(diào)節(jié)砂型及鑄件上各部分溫差，控制鑄件的凝固順序，不阻礙鑄件的收縮，減少鑄件變形和開裂等缺陷。
4）起一定的補縮作用，一般是在內(nèi)澆道凝固前補給部分液態(tài)收縮。
5）讓液態(tài)合金以最短的距離，最合宜的時間充滿型腔，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。
6）在保證鑄件質(zhì)量的前提下，澆注系統(tǒng)要有利于減小冒口體積，結(jié)構(gòu)要簡單，在砂型中占據(jù)的面積和體積要小，以便工人操作、清除和澆注系統(tǒng)模樣的制造，節(jié)約金屬液和型砂的消耗量，提高砂型有效面積的利用。
7）設(shè)計澆注系統(tǒng)主要是在滿足上述各項要求的原則下，根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)條件、鑄件合金的特性、生產(chǎn)批量及具體的生產(chǎn)條件等，選擇澆注系統(tǒng)的類型和結(jié)構(gòu)，合理的布置澆注系統(tǒng)的位置，確定內(nèi)澆道數(shù)目和澆注系統(tǒng)各組員的斷面尺寸、斷面比例等。
按澆注系統(tǒng)各組元的斷面比例關(guān)系，內(nèi)澆道對鑄件型腔的引注高度，澆道的結(jié)構(gòu)等.根據(jù)襯套的結(jié)構(gòu)特點和可以確定澆口杯用漏斗形澆口杯，澆口在側(cè)面位置，液態(tài)鑄鐵沿鑄型壁導(dǎo)入，充型快而平穩(wěn)，可防止沖砂。由于液態(tài)金屬凝固時的體積收縮，會在鑄件的厚實不易散熱部位中心產(chǎn)生縮孔，就必須在鑄件頂部設(shè)置冒口以消除縮孔。
澆注系統(tǒng)各尺寸的選取
鑄件重量可以算出約為9kg。澆注規(guī)格可根據(jù)《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計》表5-22
鑄件毛重（kg）
內(nèi)澆道
橫澆道
直澆道
內(nèi)澆道數(shù)量
每個斷面積（cm2）
總斷 面積 （cm2）
斷面積
（cm2）
搭接 尺寸 x（mm）
直徑（mm）
斷面積（cm2）
5~10
1
1.5
1.5
1.92
12.6
15.5
1.85
2
0.8
1.6
3
0.5
1.5
表3.5.1鑄鐵件單面緩流式澆注系統(tǒng)
根據(jù)《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計》表5-23 得出以下數(shù)據(jù)：
內(nèi)澆道斷面各尺寸a=14mm b=11mm c=12mm 斷面積1.5cm2
直澆道斷面直徑d=15.5mm 斷面積1.85cm2
橫澆道斷面各尺寸a=14mm b=10.5mm c=16.5mm 斷面積1.92cm2 如圖4.5.1
內(nèi)澆道 直澆道 橫澆道
圖3.5.1鑄鐵件緩流式澆注系統(tǒng)斷面尺寸
漏斗形澆口杯尺寸根據(jù)《砂型鑄造工藝及工裝設(shè)計》 表5-16得D1=56mm,D2=52mm，h=40mm如圖4.5.2
圖3.5.2漏斗形澆口杯
圖3.5.3 澆注系統(tǒng)
4 裝備設(shè)計
4.1造型
造型是指用型砂，模樣，砂箱等工藝裝備制造砂型的過程。造型是鑄造生產(chǎn)中最重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一。
造型方法按砂型緊實方式分為手工造型和機器造型兩大類。 手工造型是全部用手工或手動工具緊實型砂、制成砂型的造型方法。其優(yōu)點是操作方便，靈活性強，特別適合于單件小批生產(chǎn)。 用機器全部完成或至少完成緊砂操作的造型方法稱為機器造型。按緊砂和起模方式不同，有多種不同類型的機器造型方法及相應(yīng)的造型機 。
我們所使用的是砂箱造型砂箱造型就是將模樣安置在砂箱內(nèi)進行造型的一種造型方法，也是手工造型中最主要的的造型方法。砂箱造型猶豫鑄件結(jié)構(gòu)形狀和大小的不同而有多種形式。 有整模造型，分模造型，活塊模造型，挖砂造型等。
而我們所選用的就是整模造型，原因有模樣可以做成整體形，而分型面位于模樣某個斷面上，模樣就可以直接從砂型中起出，這樣的操作簡便，幾何形狀清晰，尺寸準(zhǔn)確。
4.2模樣
模樣是造型工藝過程必須的工藝裝備。用來形成鑄型的型腔，因此直接關(guān)系著鑄件的形狀和尺寸精確度。根據(jù)模樣的所用的材料不同分為木模，金屬模，塑料模，聚苯乙烯泡沫塑料模?？梢愿鶕?jù)鑄件的要求，造型方法和生產(chǎn)批量等，經(jīng)濟合理選用。
木模樣 是模樣中應(yīng)用最廣泛的一種，具有質(zhì)輕，廉價和容易加工等優(yōu)點，但強度低容易變形和損壞。一般用于單件和小批量生產(chǎn)。常用木材有紅木，杉木，銀杏等
根據(jù)以上優(yōu)點本次課題我們所選用的就是木模其結(jié)構(gòu)如下圖，其詳細規(guī)格查JBT 7699-1995
該工件的鑄造使用木模 由鑄件的收縮率為1%可知木模的尺寸如下圖
圖 4.2.1模樣圖
圖4.2.2模樣三維圖
4.3芯盒
芯盒是將芯砂制成型芯的工藝裝備?？捎赡静?、塑料、金屬或其他材料制成。設(shè)計芯盒時，根據(jù)型芯的特點、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件等因素來確定芯盒材料及其結(jié)構(gòu)形式。
芯盒的類型
1.芯盒依制芯方法分為普通芯盒，熱芯盒，殼芯盒和冷芯盒
2.依分盒面和內(nèi)腔結(jié)構(gòu)情況不同，芯盒又可分為整體式，拆開式和脫落式三大類
隨著芯盒材質(zhì)的不同，芯盒設(shè)計內(nèi)容及設(shè)計特點也不同，而本次設(shè)計選用的木制芯盒，因為木制芯盒制造周期短，易于加工，成本低，但使用壽命短適用于小批或大件生產(chǎn)。其詳細規(guī)格查JBT 7699-1995木質(zhì)芯盒一般不用設(shè)計，只需選擇合理的結(jié)構(gòu)形式。芯盒的大致如圖5-3
圖4-3 芯盒
4.4 砂箱
由于是年產(chǎn)200件的單件小批量生產(chǎn)，為節(jié)約成本沙箱使用木質(zhì)沙箱。由鑄件的重量和尺寸和澆注系統(tǒng)得出內(nèi)框?qū)挾葹?00mm，上箱高度根據(jù)澆注系統(tǒng)澆口杯，直澆道的高度來確定為150mm。下箱高度根據(jù)鑄件高度可以確定為200mm
4.5型砂的成分和比例
型砂的組成:型砂主要由原砂、粘結(jié)劑、水和煤粉等組成，具體材料成分如下:
一、舊砂
舊砂一般占80%～90％。從經(jīng)濟效益考慮，型砂必須回收使用，故稱為舊砂。由于型砂在使用過程中受高溫金屬液的熱作用，使砂粒彼裂，型砂中煤粉燃燒成灰分，部分粘土燒毀而失去粘結(jié)力，所以舊砂不能直接回用。必須經(jīng)過磁選（去除舊砂中的鐵塊、鐵釘?shù)龋?、破?破碎大砂團）、除塵、篩分等工藝過程，才能作為基本骨架材料使用。
二、新砂
新砂一般占型砂的10％一20％。由于舊砂回收使用后，有效粘土和煤粉減少，灰分增加，使型砂性能急劇下降，型砂量減少，所以每次混砂時都要附加一部分新砂(同時成比例加入粘土和煤粉），目的是詞整型砂性能。
三、粘土
在型砂中作為粘結(jié)劑的粘土分為普通粘土和膨潤土兩種。干型砂中常用普通粘土，濕型砂中常用膨潤土。由于膨潤土粘結(jié)力大，型砂濕壓強度高，加入量一級是5%-7％（包括舊砂中有效粘上量)。
四、水
水的作用是潤濕粘土，使粘土產(chǎn)生粘結(jié)力，加入量為4%～6%。一般要在混砂過程中，根據(jù)型砂性能和環(huán)境的溫度、濕度進行調(diào)整。
五、煤粉
型砂中加人附加物的目的是為了使型砂具有某些特殊性能。鑄鐵件濕型砂中加入煤粉是為了防止鑄件產(chǎn)生粘砂，降低鑄件表面粗糙度，加入量為4％～6％。對于干型砂，常加人鋸末等，是為了提高型砂的退讓性。
在手工造型時，為了降低成本，保證襯套鑄件表面質(zhì)量，把型砂分為面砂和背砂。面砂是特殊配制的在造型時與模樣接觸的一層型砂，具有較好的性能，常加八較多的新砂配制；背砂是在模樣上覆蓋面砂后，填充砂箱用的型砂，用100％舊砂稍加處理即可。
5總結(jié)
連接盤鑄造工藝方案采用手工兩箱整模造型，確定各工藝參數(shù)。共一個砂芯，一箱一件生產(chǎn)，砂芯采用粘土芯砂。型砂采用粘土型砂，鑄件毛重9kg。
由于鑄鐵件的流動性好，且尺寸不大，所以不需要冒口
經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，綜合的學(xué)習(xí)了了鑄造工藝設(shè)計各個流程。了解掌握了分型面，起模斜度，澆注系統(tǒng)，裝備設(shè)計等確定以及設(shè)計方法。還熟悉的運用CAD，PROE等軟件。
參考文獻
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[12] 劉瑞玲，范金輝.鑄造實用數(shù)據(jù)速查手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2006.8
致謝
這次畢業(yè)設(shè)計得到了很多老師、同學(xué)和同事的幫助，其中我的導(dǎo)師老師對我的關(guān)心和支持尤為重要，每次遇到難題，我最先做的就是向張老師尋求幫助，而張老師每次不管忙或閑，總會抽空來找我面談，然后一起商量解決的辦法。
另外，感謝校方給予我這樣一次機會，能夠獨立地完成一個課題，并在這個過程當(dāng)中，給予我們各種方便，使我們在即將離校的最后一段時間里，能夠更多學(xué)習(xí)一些實踐應(yīng)用知識，增強了我們實踐操作和動手應(yīng)用能力，提高了獨立思考的能力。再一次對我的母校表示感謝。
感謝在整個畢業(yè)設(shè)計期間和我密切合作的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個方面給予過我?guī)椭幕锇閭?，在大學(xué)生活即將結(jié)束的最后的日子里，我們再一次演繹了團結(jié)合作的童話，把一個龐大的，從來沒有上手的課題，圓滿地完成了。正是因為有了你們的幫助，才讓我不僅學(xué)到了本次課題所涉及的新知識，更讓我感覺到了知識以外的東西，那就是團結(jié)的力量。
最后，感謝所有在這次畢業(yè)設(shè)計中給予過我?guī)椭娜?。上述朋友，再一次真誠地表示感謝！
- 27 -
目錄
1 引言 1
2 設(shè)計任務(wù) 5
2.1鑄造工件圖 5
2.2分析生產(chǎn)性質(zhì) 8
3 工藝分析 8
3.1 鑄造工藝圖 8
3.2 澆注位置 9
3.3 分型面 10
3.4 工藝參數(shù)的選定 11
3.4.1 機械加工余量和公差 11
3.4.2 起模斜度 12
3.4.3 收縮率 14
3.4.4 鑄造圓角 14
3.4.5 芯頭 15
3.5 澆注系統(tǒng) 19
4 裝備設(shè)計 21
4.1造型 21
4.2模樣 22
4.3芯盒 24
4.4 砂箱 24
4.5型砂的成分和比例 24
5總結(jié) 25
參考文獻 27
致謝 28