端盖零件铸造工艺课程设计说明书.docx

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端盖零件铸造工艺课程设计说明书

课程设计说明书（论文）

课程名称：

成型工艺及模具课程设计II

设计题目：

端盖零件铸造工艺设计

院系：

班级：

设计者：

学号：

指导教师：

设计时刻：

姓名：

院（系）：

专业：

材料成型及控制工程班号：

任务起至日期：

2012年2月27日至2012年3月16日

课程设计题目：

端盖零件铸造工艺设计

已知技术参数和设计要求：

端盖零件图一张

技术要求：

材料HT200

机器造型，手工制芯，机械化大批量生产

工作量：

设计零件的铸造工艺图

设计绘制模板装配图

设计并绘制所需芯盒装配图

编写铸造工艺设计说明书

工作计划安排：

2012．——了解设计任务，读图，画立体图

2012.——液态成型工艺图设计绘图

2012.——模板设计绘图

2012.——芯盒图绘制

2012.——编写设计说明书

2012.答辩

同组设计者及分工：

无

指导教师签字___________________

年月日

教研室主任意见：

教研室主任签字___________________

年月日

*注：

此任务书由课程设计指导教师填写。

1、设计任务

、设计零件的铸造工艺图

、设计绘制模板装配图

、设计并绘制所需芯盒装配图

、编写铸造工艺设计说明书

2、生产条件和技术要求

、生产性质：

大量量生产

、材料：

HT200

、零件加工方式：

零件上有多个孔，除中间的大孔需要铸造之外，其他孔在考虑加工余量后不宜铸造成型，采纳机械方式加工，均不铸出。

造型方式：

机械造型

造芯方式：

手工制芯

、要紧技术要求：

知足HT200的机械性能要求，去毛刺及锐边，未注明圆角为R3－R5，未注明的筋和壁厚为8，铸造拔模斜度不大于2度，漆以（A/C202QCATBD-12-2002），铸造表面不允取有缺点。

3、零件图及立体图结构分析

、零件图如下：

图1.零件主视图图2.零件左视图

三维立体图如下：

图3.三维图

（1）

图4.三维图

（2）

4、工艺设计进程

、铸造工艺设计方式及分析

铸件壁厚

为了幸免浇不到、冷隔等缺点，铸件不该太薄。

铸件的最小许诺壁厚与铸造的流动性紧密相关。

在一般砂型铸造的条件下，铸件最小许诺壁厚见表1。

表1.铸件最小许诺壁厚引【1，表1-3】

材料

铸件轮廓尺寸/mm

200x200以下

200x200~500x500

500x500以上

铸钢

6~8

10~12

18~25

铸铁

5~6

6~10

15~20

球墨铸铁

6

12

查得灰铁铸件在100~200mm的轮廓尺寸下，最小许诺壁厚为5~6mm。

由零件图可知，零件中不存在壁厚小于设计要求的结构，在设计进程中，也没有显现壁厚小于最小壁厚要求的情形。

造型、制芯方式

造型方式：

该零件需批量生产，为中小型铸件，应制造条件采纳技术先进的机械造型，暂选取水平分型顶杆范围可调剂的造型机，型号为Z145A。

制芯方式：

由生产条件决定，采纳手工制芯。

砂箱中铸件数量的确信

当铸件的造型方式、浇注位置和分型面确信后，应当初步确信一箱中放几个铸件，作为进行浇冒口设计的依据。

一箱中的铸件数量，应该是在保证铸件质量的前提下越多越好。

本铸件在一砂箱中高约52mm，长约130mm，宽约100mm，重约。

那个地址选用一箱四件，依照本铸件分型面的确信，能够先确信下箱的尺寸。

依照铸件重量在<5kg时，查得模型的最小吃砂量a=20mm，h=30mm，c=40mm，d或e=30mm，f=30mm，g=200mm，其中各字母所代表的含义如图5所示。

先确信下箱的尺寸，再依照表格能够选择标准的砂箱。

选用Z145A顶杆式起模的震实式造型机，砂箱最大内尺寸为500mmX400mmX300mm。

依照本铸件的可能尺寸，在设计中采纳一箱四件，因为浇注系统位于上箱，因此上砂箱的高度咱们还要考虑到浇注系统才能够确信。

铸件在砂箱中的放置方式初步设计为图6所示方式。

图5.最小吃砂量示用意图6.铸件排布的初步设计

、铸造工艺参数的确信

铸件尺寸公差和重量公差

在实际生产中，铸件的实际尺寸和重量与设计图纸所规定的尺寸和重量相较，总会有一些误差，这种误差愈小，铸件的精度也愈高。

但铸造进程中阻碍铸件精度的因素很多，如铸造收缩率等工艺参数的选择，分型面、浇冒口系统和砂芯的设计，造型和制芯的工艺操作和工艺装备本身的精度等。

若是其中某个因素处置不妥，就会降低铸件的精度。

因此也不该该不顾铸件的要求和具体生产条件，盲目提高对铸件的精度要求，不然会致使铸件本钱的提高和使工艺复杂化，造成没必要要的浪费。

二级精度灰铸铁铸件的尺寸误差如表2所示，重量误差如表3所示。

表2.二级精度灰铸铁件的尺寸误差（JZ67-62）（毫米）

表3.灰铸铁件重量误差

机械加工余量

机械加工余量是指在铸件加工表面上留下的、预备用机械加工方式切去的金属层的厚度，目的是取得精准的尺寸和光洁的表面，以符合设计的要求。

铸件加工余量的大小，要依照铸件的合金种类，生产方式，尺寸大小和复杂程度，和加工面的要求和所处的浇注位置等因素来确信。

二级精度灰铸铁件的机械加工余量如表4所示。

表4.二级精度灰铸铁件机械加工余量（mm）

查表得，铸件的加工余量为：

顶面——，侧面——3mm，底面——4mm，如图7所示。

图7.铸件加工余量示用意

拔模斜度

为了在造型和制芯时便于起模而不致损坏砂型和砂芯，应该在样子或芯盒的出模方向带有必然的斜度。

若是零件本身没有设计出相应的结构斜度时，就要在铸型工艺设计时给出拔模斜度。

拔模斜度的大小应依照样子的高度，样子的尺寸和表面光洁度和造型方式来确信，见表5。

关于本设计中的零件，选取拔模斜度为1°30′。

表5拔模斜度

铸孔起模斜度

由表6可知，关于大量量生产的灰铁铸件来讲，最小铸出孔的直径为12~15mm，在端盖零件上，最大的孔径为12mm，故该孔不铸出。

因此不需要考虑铸孔的拔模斜度。

表6.铸件的最小铸出孔（毫米）

铸铁的铸造收缩率

铸件在冷却和凝固进程中，体积一样都要收缩。

由于铸件的固态收缩（线收缩）使铸件各部份的尺寸小于样子原先的尺寸，为了使铸件冷却后的尺寸与铸件图示尺寸一致，那么需要在样子或芯盒上加上其收缩的尺寸。

增加的这部份尺寸为铸件的收缩量，一样用铸造收缩率表示：

k=（L样子一L铸件）/L铸件X100%

式中：

L样子—样子尺寸；L铸件—铸件尺寸。

铸造收缩率要紧和铸造合金的种类及成份有关，同时还取决于铸件在收缩时受到阻碍的大小等因素。

由表7可知，本设计当选用中小型灰铸铁件受阻收缩，其收缩率为%。

表7.铸件收缩率

、砂芯

砂芯尺寸

依照铸件浇注位置、分型面和内腔的形状，确信在此铸件中只需设计一个砂芯就可达到铸造工艺要求。

具体结构见图8。

图8.砂芯结构与尺寸

（1）芯头设计

选择垂直芯头，并设置压环和集砂槽。

（2）芯头尺寸

（a）垂直芯头的尺寸包括其长度，斜度和芯头与芯座之间的间隙。

依照铸型种类为湿型，芯头直径小于34mm。

查《砂型铸造工艺设计》表4-4，垂直芯头与芯座之间的间隙S取。

（b）查表4-2，砂芯长度取，在51~100mm之间，因此下芯头高度h选取25~30mm，那个地址取h为30mm。

由下芯头高度h，查得上芯头高度h1为20mm。

（c）查表4-3，由h选取上、下芯头的a值别离为5mm，。

（3）压环与集砂槽

图9.压环与集砂槽尺寸

为了快速下芯、合型及保证铸件质量，在芯头的样子上常常做出压环和集砂槽。

查表4-7，得出e=，f=3mm，r=，具体结构示意如图9。

芯骨

关于小砂芯或砂芯的细薄部份，通常采纳易弯曲成形、回弹性小的退火铁丝制作芯骨，可避免砂芯在烘干进程中变形或干裂。

由于本设计中砂芯没有细薄部份，因此芯骨的设计能够不考虑。

、浇注系统

浇注系统是砂型中引导液态合金流入型腔的通道。

生产中常常因浇注系统设计安排不合理，造成砂眼、夹砂、气孔、粘砂、缩孔、缩松、浇不足、变形、裂纹、偏析等缺点。

浇注系统与取得优质铸件，提高生产效率和降低铸件本钱的关系是密不可分的。

经常使用的浇注系统大多由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道等部份组成。

分型面设计及浇注位置的选择

浇注位置选择原那么：

1）.浇注位置应有利于所确信的凝固顺序，而且要有利于铸件的补缩和冒口的安放

2）.铸件的重要部份应尽可能置于下部

3）.重要加工面应朝下或呈直立状态

4）.应使铸件的大平面朝下

5）.应保证铸件能充满

6）.应使合型位置、浇注位置和铸件冷却位置相一致

分型面选择原那么：

1）.应使铸件全数或大部置于同一半型内

2）.应尽可能减少分型面的的数量

3）.分型面应尽可能选用平面

4）.分型面通常选在铸件的最大截面处，尽可能不使砂箱太高

确信方案：

方案一：

如图10-1，将铸件大部份（重要部份）置于下部，且分型面为最大截面。

此方案容易保证浇注质量，能够实现顺序凝固，使其金相组织均匀，减少没必要要的缺点。

方案二：

如图10-2，上下砂箱对称散布；但由于侧表面是非加工面，在分型面处会产生飞边，阻碍铸件表面精度。

综上，选择方案一。

图10-1方案一图10-2方案二

浇道的设计

浇注系统截面的选择：

如表8所示。

表8.浇注系统截面

浇注系统分为开放式，封锁式，半封锁式，封锁一开放式几种类型，由于铸件的材质为灰铁，要求浇注系统撇渣能力较强，铁水充型平稳，因此，选择半封锁式浇注系统，F横>F直>F内，F内为控流断面。

浇注开始时液态金属专门快充满浇注系统，铸件成品率高，撇渣能力较强，浇注初期也有必然的撇渣能力。

浇注系统断面尺寸的设计

（1）水力学近似计算公式：

计算浇注系统，主若是确信最小断面积（阻流断面），然后按体会比例确信其他组元的断面积。

封锁式浇注系统的最小断面是内浇道，以伯努利方程为基础的水力学近似计算公式是：

F内=G/（μ×t×0.31√Hp）（cm2）

式中：

F内—内浇道总断面积（cm2）；

G—流经内浇道的液态合金重量（Kg）；

μ—流量总花费系数；

t—浇注时刻（s）；

Hp—平均静压力头（cm）。

（2）液态合金重量：

灰铸铁的密度为7.8kg/cm3，算出铸件的质量为，加上浇注系统中金属液的损耗，铸件G=X（1+25%）=。

（3）浇注时刻t：

G=，铸件壁厚在8-15mm，系数S取2.2。

t=S

G=。

（4）流量系数μ：

a=0.5（铸型阻力小）按表修正：

有四个内浇道，阻力加大，μ值取0.05，得μ=0.5-0.05=0.45。

确信平均压头Hp：

近似于顶端注入，p=0，c=。

由Hp=H0-p2/2c=Ho，Ho>HM=Ltanα，其中，L=300mm，铸件壁厚在8~15mm，压力角α＝9°~10°，取10°，得H0>55mm，由于下芯头尺寸较大，因此高度适当增加，取H0=130mm，H0为上砂箱高度。

得Hp=HM=130mm。

F内=（0.45X0.31X√13）=。

设置四个内浇道，那么每一个内浇道截面积为。

查表得选择I型内浇道，取F内=。

那么内浇道总截面积为1cm2。

截面尺寸：

A=11mm，B=9mm，C=5mm。

由封锁式系统各组元的断面比为：

F内：

F横：

F直=1：

2：

1.2，则F横=2cm2，查表得选择甲-甲横浇道，取F横=。

截面尺寸：

A=14mm，B=，C=。

F直=，圆形截面，查表可得，直浇道下部最小直径为19mm。

查表得，浇口杯尺寸：

D1=56mm，D2=52mm，h=40mm。

各截面尺寸如图11所示。

A、内浇道截面积B、横浇道截面积

图11.各组元截面尺寸

（5）核算最小剩余压头HM

HM=上砂箱的高度，直浇道中心到铸件最高最远点距离L=150mm，假设压力角α=10°，咱们只需要HM大于即可，如此进行浇铸，就能够取得轮廓清楚的完整铸件。

考虑到浇注系统的高度，咱们取上箱高度为200mm，即砂箱的尺寸为500x400x200mm。

冒口的设计

常见的铸造缺点如缩孔、缩松、裂纹等都与铸件的凝固和收缩有关，在铸件的厚实部位常设置冒口，并按顺序凝固原那么使冒口最后凝固。

灰铸铁的结晶范围窄，更接近于层状凝固。

凝固时的膨胀和液态收缩趋于彼此补偿。

故灰铸铁件补缩所需要的铁水的量少，铸型刚度要求较低，一样灰铸铁件可不设置冒口。

、模板图的设计

金属样子的材料

本次设计的为下样子，材料为HT150。

金属样子的结构

1）样子尺寸的确信

样子的尺寸=铸件尺寸X（1+K）；式中，K为铸件收缩率。

计算结果如模板装配图中所示尺寸。

关于芯头尺寸按原工艺图计算。

因样子壁厚为5mm，查表得样子非工作面圆角半径为3mm。

2）样子的壁厚和增强筋

样子的壁厚按图12所示曲线选择。

由于样子的平均轮廓尺寸小于200，故关于灰铁样子取壁厚为5mm。

图12.金属样子壁厚

1.铝合金2.铸铁3.青铜

样子增强筋取明白分型面上的筋，一样将增强筋的厚度设计为样子壁厚的80%，查表增强筋下端厚度为4mm。

因样子形状属于圆形截面，增强筋的布置属I类，依照（A+B）/2<250mm，仅在样子长度和宽度中心轴上设有交叉十字形增强筋。

样子高度55mm<100mm，查得筋的斜度取1°30'。

3）样子类型的选择

本次设计采纳机械造型用金属单面样子。

4）样子技术要求

样子表面光洁度：

样子工作表面为▽6，样子分型面为▽4，样子定位销孔为▽6~▽7。

样子装配凸耳采纳外凸耳。

模底板的设计

图13.Z145A造型机

本次设计的是下模板，单面模板采取的是顶杆式，模底板材料决定为灰铸铁。

本次设计选用的Z145A造型机为可调剂顶杆式起模的镇压式造型机，顶杆起模行程为150mm。

Z145A造型机砂箱最大内形尺寸为500X400mm。

图13为造型机外观图。

依照铸件重量在<5kg时，查得模型的最小吃砂量a=20mm，h=30mm，c=40mm，d或e=30mm，f=30mm，g=200mm。

砂箱最大尺寸适合，且其内放四个模样，造型选用的砂箱尺寸500X400X180mm。

材料为铸铁。

砂箱平均尺寸<500mm，高度<200mm，查表得b=18mm。

其配合的模底板尺寸：

A0=A+2b=536mm，B0=B+2b=436mm。

模底板的材料为铸铁，高度在80~150mm，取80mm，小于顶杆的起模行程。

模底板定位销孔中心距应依照所配用砂箱销套的中心距C来确信，用同一钻模钻出。

表9（单位：

mm）

本设计当选用直径20mm的定位销。

M的值取75mm，那么C=A+2M=500+2X75=650mm。

模底板与砂箱之间常经常使用定位销和销套定位，此处只设计定位销。

在造型进程中为使砂箱不被卡死常将两个定位销别离做成圆形的和带有平面的，别离为定位销和导向销。

模底板上的定位销安放在销耳上，设在沿中心线长度方向的两头，样式如图14所示。

图14.定位销安放方式

图15.定位销与导向销尺寸结构示用意

由模底板平均尺寸（A0+B0）/2≦500mm，查表得，d=18+，h=20mm，e=40mm，A=60mm，D=25mm。

装配上的定位销和导向销材料选45号钢淬火，查标准尺寸得，d=20mm，d1=18mm，d2=13mm，d3=16mm，l1=18mm，l2=40mm，l3=20mm，

K=12mm，l=50mm，S=12mm，D=23mm。

导向销前端倾斜角度为10°。

配套的螺母尺寸：

d=M16，c=，dM=，e=，m=，s=24mm，尺寸结构见图15。

模板用螺栓固定在造型机工作台上，这时应设置紧固耳。

其位置要和造型机工作台上台面上的T型槽相对应。

因模底板平均轮廓尺寸（A0+B0）/2<500mm，查得模底板铸铁固耳尺寸：

h=20mm，h1=h+5mm，a=8mm，A=30mm，L=50mm，L1=70mm，b=15mm，b1=25mm，R=10mm，如图15所示。

紧固耳数为4。

图15.紧固耳结构示用意

样子在底面上的装配

（1）样子在模底板上的放置形式

以简单方便节约本钱考虑，采取平放式将模板平放在模底板上，模底板没必要挖槽。

（2）样子在模底板上的定位

样子在模底板上经常使用定位销来定位，定位销采取的是圆柱销，定位销将样子装配在模底板上的形式见图纸所示。

定位销类型选择不淬硬钢圆柱销。

定位销不穿透样子装配在模底板，查得，R取（~2）d，定位销中心到铸件上边缘距离A可取≥R，d可取0.75t=。

（3）样子在模底板上的紧固方式

为了样子和底板的定位和紧固，在现成凸缘或凸耳上设置定位销孔，紧固螺纹孔。

采纳螺栓紧固时用的是下固定法。

螺栓的个数及散布见图纸。

单面样子在模底板上的紧固有2处用45号钢全螺纹六角螺栓。

螺栓尺寸为M8X25，如图16。

图16.样子的固定方式和定位方式

、芯盒的设计

材料的选择

芯盒是制芯工艺进程中所必需的工艺装备，为了提高砂芯精度和芯盒的耐用性，采纳金属芯盒，铝质，ZL104。

分盒面的设计

由于砂芯是圆柱回转体，因此采纳水平分盒面。

芯盒内腔尺寸的确信

芯盒内腔尺寸=（零件尺寸±工艺尺寸）×（1+零件材料的铸造收缩率）。

砂芯直径D=，砂芯长度L=。

芯盒主体结构的设计

依照芯盒的平均轮廓尺寸（A+B）/2，及芯盒材质来决定壁厚。

本工艺的芯壁较小，小于200，铝质，因此取壁厚7mm。

定位采纳定位销和定位销套，在芯盒的两头各设置一个。

定位销套的尺寸如图17所示。

定位销的结构尺寸如图18所示，与定位销套的装配示用意如图19所示。

图17.定位销套结构尺寸

图18.定位销结构尺寸

图19.定位销与定位销套装配示用意

芯盒的夹紧装置采纳快速螺杆。

其下螺母用来调整松紧程度，上螺母用来併紧下螺母。

此装置结构简单，紧凑，夹紧成效好，磨损后便于调剂、操作方便。

经常使用于小芯盒上，是工厂中利用较多的一种。

其结构尺寸如图20所示，与其配合的垫片如图21所示。

图19.芯盒夹紧装置

图20.垫片示用意

芯盒与耐磨护板的确定

为了增加芯盒边缘的强度和刚度，芯盒边缘要加宽加厚，而且为了增加芯盒刮砂面的耐磨性，特在刮砂面上设置防磨片芯盒边缘及耐磨片。

耐磨片用30钢制成，用沉头螺钉固定在盒体边缘上，耐磨片的厚度为3mm。

5、参考文献

[1]联合编写组.《砂型铸造工艺及工装设计》.北京.北京出版社,1980

[2]李希晨主编.《铸造工艺及铸件缺点操纵》.北京.化学工业出版社,2005

[3]李宏英,赵成志主编.《铸造工艺设计》.北京.机械工业出版社，2005

[4]冯秋官主编.《工程制图》.北京.机械出版社，2006