BOB棋牌工学硕士学位论文 PAGE II PAGE I 铸造工艺课程设计 说明书 设计题目 操纵杆支架铸造工艺课程设计 学 院 年 级 专 业 学生姓名 学 号 指导教师 工学硕士学位论文 铸造工艺课程设计说明书 PAGE II PAGE II DATE \@ yy-M-d 21-11-4 DATE \@ yy-M-d 21-11-4 目 录 TOC \o \h \z 1 前 言 1 1.1 本设计的目的、意义 1 1.1.1 本设计的目的 1 1.1.2 本设计的意义 1 1.2 本设计的技术要求 1 1.2.1 技术要求 2 1.3 本课题的发展现状 3 1.3.1 现状 3 1.4 本领域存在的问题 4 1.4.1 本领域的进步 4 1.5 本设计的指导思想 4 1.6 本设计拟解决的关键问题 4 2 设计方案 5 2.1 铸造工艺方案分析 5 2.1.1 造型方法、造芯方法的选择 5 2.1.2 造型方法的选择 6 2.1.3 铸型种类的选择 6 2.2 分型面的选择 7 2.3 铸件浇注位置的确定 9 3 设计说明 10 3.1 铸造工艺参数 10 3.1.1 收缩率 10 3.1.2 灰铁铸出孔大小确定 11 3.1.3 加工余量的确定 11 3.1.4 起模斜度 13 3.1.5 吃砂量 15 3.2 砂芯设计 15 4 浇注系统的设计 19 4.1 浇注时间 19 4.2 浇注系统的阻流截面积的计算 20 4.3 冒口与冷铁设计 23 5 工装设计 25 5.1 合箱图 25 5.2 模板装配图 25 5.3 芯盒装配图 25 6 结 论 29 致 谢 30 参 考 文 献 31 PAGE \* Arabic 26 前 言 本设计的目的、意义 题目所给定的零件是汽车换挡部分的操纵杆支架，它的主要作用是固定操纵杆，使其在行驶过程中牢固可靠。零件上的3×φ11孔用螺栓固定在底座上，操纵杆用φ20的定位销固定在支架上，并且在换挡时依靠利用宽度为36mm的槽轨迹不会引起偏差。 本设计的目的 依据所给的零件图，完成操纵杆支架的铸造工艺设计，使最终得到的零件能够基本满足加工性能和使用性能。 本设计的意义 依靠本次铸造工艺设计，使学生熟悉铸件的生产设计的各过程，将理论知识转化到实际应用中去，能够对实际生产该类零件或相似类型的零件给出一定的启发和帮助，减少经济损耗，降低生产厂家的成本。 本设计的技术要求 操纵杆支架零件的结构如下图1.1操纵杆支架零件图所示，操纵杆支架底面为三角形安装座，侧面为操纵杆支架轴的孔支架部分，所有孔均需机械加工。 零件图规定材质为HT150，其成分如表1.1所示。 表1.1 HT150的成分 牌号 铸件壁厚/mm C Si Mn P≤ S≤ HT150 ＜30 30~50 ＞50 3.3~3.5 3.2~3.5 3.2~3.5 2.0~2.4 1.9~2.3 1.8~2.2 0.5~0.8 0.5~0.8 0.6~0.9 0.2 0.2 0.2 0.12 0.12 0.12 图1.1操纵杆支架零件图 技术要求 本次设计的操纵杆支架零件材质为HT150，最小抗拉强度为150MPa，布氏硬度为163～241HBW，伸长率0.3～0.8%抗弯强度为400 MPa，抗压强度为600～800 MPa，抗剪强度为248 MPa[1]，满足大多数操纵杆支架、操纵杆支架零件的机械性能要求。 技术要求： (1) 硬度163~229HBW。 (2) 铸造起模角度为2°，未注铸造圆角R2~R3。 (3) φ20塞规应能同时通过两个φ20孔。 (4) 线性尺寸未注公差为GB/T 1804-m。 (5) 未注形位公差为GB/T 1184-k。 (6) 非加工的外表面涂以铁红纯配底漆。 本课题的发展现状 现状 模具工业是国民经济中的基础工业，采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低、节省能源和原材料等一系列优点。在家电橡胶、塑料、汽车(摩托车)、机床(机械制造)、计算机等一些行业中，有60%~90%的零部件需要使用模具。我国模具业20世纪末和21世纪初十年间有了飞速发展，今后也将保持一定的速度稳步增长。 木模目前仍广泛应用于手工造型或单件小批量生产中，但随着环境保护要求日益加严.木材使用将日益受到限制，代之面起的将是实型铸造。实型铸造以泡沫塑料板材为材料。裁剪粘接而成模样，然后浇注而成铸件。该方法较之用本模，不仅节省了木材，而且使铸件有更高的尺寸精度和更好的表面粗糙度。 塑料模应用呈上升趋势，尤其是可加工塑料的推向市场和塑料模寿命的提高，更使得塑料模应用口益广泛。铝合金模由于重量轻，尺寸精度义较高，因此应用仍较广泛。但近来应用已有减少趋势，部分范围已分别为塑料模(当铸件批量较小时)或铸铁模(当铸件批量较大时)所取代。 铸铁模仍是大批量铸造生产的首选并被大量使用，它具有强度高、硬度高.耐磨、加工性好，成本低康、使用寿命长等优点。近几年来，由于铸造水平的提高，已有越来越多的模样、模底板、模板框等采用强度和耐磨性更高的球铁或低稀土合金灰铸铁制作，而耐热疲劳性能更好的蠕墨铸铁也被用于芯盒材料。 钢材以往主要用于铸模上的标准件、耐磨镶块或内村，不太用于制作铸模本体.因为碳钢使用寿命并不高于球铁或低合金灰铁，而成本却高得多；合金钢价格又十分昂贵。但随着模具加工技术的提高及对铸模尺寸稳定性要求的提高，模具钢、铬铂合金钢也用于制作铸模。 本领域存在的问题 我国是铸造大国，但远非铸造强国。我国铸造工艺水平，铸件质量、技术经济指标等较之先进国家有很大差距，手工、半机械化造型仍占有很例。同样，我国的铸造工艺装备同先进国家相比也有很大差距。木模、木塑模仍被广泛使用，金属模具的加工仍以普通铣床为主，新产品的开发常常因模具设计，制造周期长，导致市场的丢失。 本领域的进步 进入上世纪90年代以来，巨大的市场需求特别是家电、汽车、摩托车业的快速发展，极大地推动了我国模具业的发展，铸模业同样有了巨变。这些变化表现在设计和制造技术方面的有：CAD的普遍使用；快速原型制造铸模已经进入到实用阶段；高速加工技术引进模具工业提高了模具精度并降低了加工时间；CAE、逆向工程初步取得成效[2]。 本设计的指导思想 铸造是将通过熔炼的金属液体浇注入铸型内，经冷却凝固获得所需形状和性能的零件的制作过程。铸造工艺是利用具有一定性能的原砂作为主要造型材料的铸造方法。应用铸造有关理论和系统知识生产铸件的技术和方法，包括铸件工艺，浇铸系统，补缩系统，特种铸造工艺等内容，设计出一个工件从零件图到浇注成铸件的过程思路。 铸造工艺设计内容包括：铸件工艺图、铸型装配图的设计以及工艺卡的制作等。 本设计拟解决的关键问题 本设计拟解决的问题如下： （1）解决整个过程中工艺参数的选取以及铸件工艺图、装配图、工艺卡等的制作； （2）初步消除模拟过程中出现的缺陷； 设计方案 灰铸铁具有良好的铸造性能[1]，材质为灰铁的铸件毛坯一般采用铸造方式获得，本次设计采用砂型铸造，手工造型，一箱四件生产该件。 为了便于分析直观，依据操纵杆支架的零件二维图纸，建立操纵杆支架的三维零件如下图2.1操纵杆支架三维零件图所示。 图2.1操纵杆支架三维零件图 铸造工艺方案分析 铸造工艺包括：造型方法、造芯方法、铸造方法及铸型种类的选取等。 造型方法、造芯方法的选择 铸造生产中造型和制芯的方法可分为手工和机器两大类。 手工造型和制芯所使用的工艺装备简单，灵活多样，适应性强。所以对单件、小批或成批生产，特别对重大型铸件和复杂形状铸件有着广泛的用途。但它生产率低，劳动强度大，铸件质量不易稳定。 机器造型和制芯的生产率高，劳动强度低，铸件质量比较稳定。但是，它需要庞大的机器设备，而且投资大。因此主要应用于成批生产或大量生产中。 根据手工造型和机器造型的特点，选择手工造型。 造型方法的选择 根据零件的各参数，对照表2.1中的各类造型方法比较，选择砂型铸造。 表2.1 手工造型的分类 造型方法 主要特点 应用情况 组芯造型 铸型由砂芯组成，可在砂箱、地坑中或用夹具组装 用于单件或成批生产结构复杂的铸件 脱箱造型 造型后取走砂箱。在无箱成加套箱的条件下浇注 用于大量成批或单件生产的小件 砂箱造型 在砂箱内造型，操作方便，劳动量较小 大、中、小铸件，大量、成批和单件生产 刮板造型 用的刮板刮制，可节省制造模样的材料和工时，操作麻烦，生产率低 用于单件外形简单的铸件 地坑造型 在地坑中造型，不用砂箱或只用一个盖箱。操作费时，生产周期长 用于单件生产的大、中型铸件 铸型种类的选择 选用原则如下： （1）优先采用湿型尤其是中小铸件。只有湿型不能满足要求时，才考虑用其他造型方法。如：①铸件过高，金属静压力超过湿型的抗压强度；②浇注位置上铸件有较大水平壁，用湿型容易引起夹砂缺陷；③造型过程长或需长时间等待浇注的砂型不宜用湿型；④型内放置冷铁多，应避免使用湿型。 认为湿型不可靠时，可考虑使用表干砂型、树脂自硬砂型、水玻璃砂型以及粘土干砂型。用树脂自硬砂型可以获得尺寸精确、表面光沽的铸件。 （2）造型、制芯方法应和生产批量相适应。大批量生产应创造条件采用技术先进的造型、制芯方法。中等批量的大型铸件可以考虑应用树脂自硬砂造型和制芯、抛砂造型等；单件小批量生产的重型铸件，手工造型仍是重要的方法。 （3）造型方法应适合工厂条件。 （4）要兼顾铸件的精度要求和成本。 根据铸型的特点和应用情况选用自硬砂。 分型面的选择 铸造分型面是指两半型相互接触的表面，分型面的选择应尽量与浇注位置一致，尽量使两者协调起来，使铸造工艺简单，并易于保证铸件质量[3]。浇注位置往往同分型面的选择密切相关，所以二者相互影响，为了便于充分考虑二者的相互关联的关系，操纵杆支架零件可有以下三种分型方案。 分型方案一：将以操纵杆支架零件左右对称面做分型面，将铸件完全置于上、下箱，中间浇注系统适合此分型方案，该分型方案如图2.2分型方案一。 下上 下 上 图2.2分型方案一 分型方案一的优点是分型面平直，但是操纵杆孔处的砂芯设计为水平砂芯，只有一端能固定支撑砂芯，造型下芯容易造成砂芯倒伏，不便于生产。 分型方案二：将以操纵杆支架零件底面最大安装台最大面做分型面，将铸件完全置于下箱，顶部浇注形式适合方案，该分型方案如图2.3分型方案二所示。 图2.3分型方案二 分型方案二的优点分型面简单，缺点是将重要的安装免至于上箱，容易造成重要面的铸造夹渣缺陷。 分型方案三：与分型方案二类似，只是将上、下箱颠倒，将铸件完全置于上箱，底部浇注形式适合方案，该分型方案如图2.4分型方案三所示。 图2.4分型方案三 综合比较，方案三较为合理，故本次设计分型方案选择分型方案三进行分型，采用底部浇注系统。 铸件浇注位置的确定 浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态（姿态）和位置。也就是说哪个部位在上或在下，哪个面朝上、呈侧立状态或朝下。 一般遵循以下原则[3]： （1）铸件最重要的部分或较大平面朝下。 （2）铸型的防止应有利于砂芯的定位与稳固支撑。 （3）当铸件需要冒口补缩时，最好使补缩部位处于铸件的上部。 （4）为避免铸件薄壁部分浇不足，薄壁部分应放在下边或立放或斜放。 （5）铸型的放置应有利于在浇注时，砂型和砂芯排气。 （6）对于平板类铸件，为了防止夹砂，可以倾斜放置，同时也有利于排气，也可减少铁水对铸型的冲刷力。 （7）应尽量使砂芯全部或者主要部分位于下型，并尽量少用吊芯。 （8）应使下芯，合箱方便，便于检查型腔尺寸。 综合上述原则，考虑到操纵杆支架零件结构特点，操纵杆支架适合采用顶部、中间、底部浇注。浇注位置如图2.5所示。 图2.5浇注位置 设计说明 铸造工艺参数 铸造工艺设计参数(简称工艺参数)通常是指铸造工艺设计时需要确定的某些数据。这些参数是：铸造收缩率(缩尺)、机械加工余量、起模斜度、最小铸出孔的尺寸、工艺补正量、工艺肋、反变形量、非加工壁厚的负裕量、分型负数、砂芯负数(砂芯减量)等。工艺参数选取得准确、合适，才能保证铸件尺寸(形状)精确，使造型、制芯、下芯、合箱方便，提高生产率，降低成本。工艺参数选取不准确，则铸件精度降低，甚至因尺寸超过公差要求而报废。这些工艺参数，除铸造收缩率、机械加工余量和起模斜度以外，其余的都只用于特定的条件下[4]。 收缩率 铸件线收缩率又称铸件收缩率或者铸造收缩率，是指铸件从线收缩开始温度（从液相中析出枝晶搭成的骨架开始具有固态性质时的温度）冷却到室温时的相对线收缩量，以模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示，即 ε=L1 式中 L1—模样长度； L1—铸件长度。 由表3.1灰铁自由收缩率[1]，选取对应牌号的灰铁收缩率为1%。 表3.1灰铁收缩率 灰铸铁牌号 HT100，HT150，HT200 HT250 HT300 HT350 小中件 中大件 特大件 自由线收缩率（%） 铸造收缩率（受阻收缩率（%）） 0.9~1.1 0.8~1.0 0.8~1.0 0.7~0.9 0.7~0.9 0.6~0.8 0.9~1.1 0.7~0.9 1.5 1.0 灰铁铸出孔大小确定 该操纵杆支架为成批生产，由表3.2灰铸铁不铸出孔直径可知，零件图中孔直径小于φ30的孔不铸出；图中M6螺纹孔为后续机械加工，也不铸出，侧面两个圆孔不用铸出。 表3.2 灰铸铁件不铸出孔直径 （单位mm） 生产批量 不铸出孔直径 大量生产 ≤12～15 成批生产 ≤15～30 单件或小批生产 ≤30～50 加工余量的确定 铸件上的机械加工余量是铸件上要用机械加工的方法切去的金属层厚度。加工余量不足，会使铸件因加工表面上残存黑皮和表层缺陷而报废；加工余量太大，会增加机械加工的工作量，且浪费金属材料，从而增加了生产成本，有时还会因截面变厚，热节变大，使铸件晶粒粗大，力学性能降低。 铸件的机械加工余量可以用查表的方法确定。铸件切削加工余量等级常常和铸件尺寸公差等级配套确定。铸件尺寸公差的代号用字母CT表示[3]。尺寸公差等级分为16级。操纵杆支架为砂型铸造手工造型批量生产，依据表3.3选用铸件公差等级为CT12。 表3.3 成批和大批量生产铸件的尺寸公差等级 方法 公差等级CT 铸 件 材 料 钢 灰铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁 铜合金 锌合金 轻金属合金 镍基合金 钴基合金 砂型铸造 手工造型 11~14 11~14 11~14 11~14 10~13 10~13 9~12 11~14 11~14 砂型铸造机器造型和壳型 8~12 8~12 8~12 8~10 8~10 8~10 7~9 8~12 8~12 金属型铸造（重力铸造或者低压铸造） — 8~10 8~10 8~10 8~10 7~9 7~9 — — 压力铸造 — — — — 6~8 4~6 4~7 — — 熔模铸造 水玻璃 7~9 7~9 7~9 — 5~8 — 5~8 7~9 7~9 硅溶胶 4~6 4~6 4~6 — 4~6 — 4~6 4~6 4~6 铸件切削加工余量的代号用字母MA表示。切削加工余量等级由精到粗分为A、B、C、D、E、F、G、H、J共9个等级[3]。成批量生产的铸件加工余量等级按表3.4毛坯铸件典型的机械加工余量等级选取该操纵杆支架的加工等级为F级。 表3.4毛坯铸件典型的机械加工余量等级 方法 要求的机械加工余量等级 铸件材质 铸钢 灰铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁 铜合金 锌合金 轻金属合金 镍基合金 钴基合金 砂型铸造手工造型 G~K F~H F~H F~H F~H F~H F~H G~K G~K 砂型铸造机器造型和壳型 E~H E~G E~G E~G E~G E~G E~G F~H F~H 压力铸造 — D~F D~F D~F D~F D~F D~F — — 熔模铸造 E E E — E — E E E 操纵杆支架的底面尺寸为：120mm×92mm，基本尺寸120mm，查表3.5， CT12公差值为7mm，位于浇注位置的底面，查3.6，加工余量等级RMA(F)对应数值为1.5mm，操纵杆支架端面单侧加工，则该尺寸的加工余量为：7/2+1.5=5mm。 操纵杆支架两伸出支座部分加工尺寸为40mm×44mm，基本尺寸为44mm，位于浇注位置的侧面，则其加工量为：5.6/4+0.5=1.9mm，圆整取加工量为2.0mm。 表3.5铸件尺寸公差数值（单位：mm） 毛坯铸件基本尺寸 铸件尺寸公差等级CT 大于 至 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 — 10 0.09 0.13 0.18 0.26 0.36 0.52 0.74 1 1.5 2 2.8 4.2 — — — — 10 16 0.1 0.14 0.2 0.28 0.38 0.54 0.78 1.1 1.6 2.2 3.0 4.4 — — — — 16 25 0.11 0.15 0.22 0.30 0.42 0.58 0.82 1.2 1.7 2.4 3.2 4.6 6 8 10 12 25 40 0.12 0.17 0.24 0.32 0.46 0.64 0.9 1.3 1.8 2.6 3.6 5 7 9 11 14 40 63 0.13 0.17 0.24 0.36 0.50 0.70 1 1.4 2 2.8 4 5.6 8 10 12 16 63 100 0.14 0.18 0.26 0.40 0.56 0.78 1.1 1.6 2.2 3.2 4.4 6 9 11 14 18 100 160 0.15 0.20 0.28 0.44 0.62 0.88 1.2 1.8 2.5 3.6 5 7 10 12 16 20 160 250 — 0.22 0.30 0.50 0.72 1 1.4 2 2.8 4 5.6 8 11 14 18 22 250 400 — 0.24 0.34 0.56 0.78 1.1 1.6 2.2 3.2 4.4 6.2 9 12 16 20 25 400 630 — — 0.40 0.64 0.9 1.2 1.8 2.6 3.6 5 7 10 14 18 22 28 630 1000 — — — 0.72 1 1.4 2 2.8 4 6 8 11 16 20 25 32 1000 1600 — — — 0.80 1.1 1.6 2.2 3.2 4.6 7 9 13 18 23 29 37 1600 2500 — — — — — — 2.6 3.8 5.4 8 10 15 21 26 33 42 2500 4000 — — — — — — — 4.4 6.2 9 12 17 24 30 38 49 4000 6300 — — — — — — — — 7 10 14 20 28 35 44 56 6300 10000 — — — — — — — — — 11 16 23 32 40 50 64 表3.6 要求的铸件加工余量(RMA) (单位：mm) 最大尺寸 要求的机械加工余量等级 大于 至 A B C D E F G H J K — 40 0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.5 0.7 1 1.4 40 63 0.1 0.2 0.3 0.3 0.4 0.5 0.7 1 1.4 2 63 100 0.2 0.3 0.4 0.5 0.7 1 1.4 2 2.8 4 100 160 0.3 0.4 0.5 0.8 1.1 1.5 2.2 3 4 6 160 250 0.3 0.5 0.7 1 1.4 2 2.8 4 5.5 8 250 400 0.4 0.7 0.9 1.3 1.4 2.5 3.5 5 7 10 400 630 0.5 0.8 1.1 1.5 2.2 3 4 6 9 12 630 1000 0.6 0.9 1.2 1.8 2.5 3.5 5 7 10 14 1000 1600 0.7 1 1.4 2 2.8 4 5.5 8 11 16 1600 2500 0.8 1.1 1.6 2.2 3.2 4.5 6 9 14 18 2500 4000 0.9 1.3 1.8 2.5 3.5 5 7 10 14 20 4000 6300 1 1.4 2 2.8 4 5.5 8 11 16 22 6300 10000 1.1 1.5 2.2 3 4.5 6 9 12 17 24 起模斜度 为了使模样(或芯)易于从砂型(或芯盒)中取出(砂型铸造)，或者从铸型中取出铸件(金属型铸造)，铸件垂直分型面的表面要留有起模斜度。铸造斜度可以用不同的方法形成，起模斜度可采取增加铸件壁厚、增减铸件壁厚或者减小铸件壁厚的方法来形成。 在铸件上添加起模斜度，原则上不应超过铸件的壁厚工差要求。铸件的起模斜度值 表3.7 起模斜度 测量面 高度H mm 起模斜度≤ 金属模样、塑料模样 木模样 A A mm A A mm ≤10 3°30＇ 0.6 4°00＇ 0.8
10~40 1°50＇ 1.4 2°05＇ 1.6
40~100 0°50＇ 1.6 0°55＇ 1.6
100~160 0°35＇ 1.6 0°40＇ 2.0
160~250 0°30＇ 2.2 0°35＇ 2.6
250~400 0°30＇ 3.6 0°35＇ 4.2
400~630 0°25＇ 4.6 0°30＇ 5.6
630~1000 0°20＇ 5.8 0°25＇ 7.4
1000~1600 — — 0°25＇ 11.6
1600~2500 — — 0°25＇ 18.2
2500 — — 0°25＇ — 该操纵杆支架零件垂直分型面的高度大于40mm不超过100mm的，采用金属模样造型，中间浇注，分型面在操纵杆支架中间对称面上，依据表3.7起模斜度（JB/T 5105-1991）以及表3.5铸件尺寸公差数值（摘自GB/T6414-1999），综合比较，为了使脱模顺利，增大起模斜度，采用增减壁厚方式，选取金属模样的起模角度为0.5°，即每个垂直分型面的侧面均加起模斜度为0.5°。 根据以上结果，最终确定操纵杆支架铸件三维图如图3.1所示，通过软件计算该操纵杆支架铸件质量为1.44kg。 图3.1操纵杆支架铸件三维图 吃砂量 模样与砂箱、箱顶、箱底和箱带之间的距离称为吃砂量。由前文可知操纵杆支架单件重量为1.44kg，依据表3.8，可确定吃砂量最小尺寸为a=40mm，b=40mm，c=30mm，d=30mm，e=30mm， f=30mm。实际选取数值略比该值大，可充分考虑现有模板及砂箱标准尺寸。 表3.8 按铸件重量确定的吃砂量 （单位mm） 铸件重量/kg a b c d e f
10000 40 50 60 70 90 100 120 150 200 250 275 300 350 400 40 50 60 70 90 100 120 150 200 250 275 300 350 400 30 40 40 50 50 60 70 90 100 125 150 175 200 250 30 40 50 50 60 70 80 90 100 125 150 175 200 250 30 40 50 60 70 100 — — — — — — — — 30 30 30 40 50 60 70 120 150 200 225 250 250 250 砂芯设计 依据前文分析，操纵杆支架中间位置腰形孔太小，而且要铸出，所以该处设计垂直砂芯，砂芯尺寸为50mm×24mm，高度为23mm，查表3.9，设计垂直砂芯芯头高度，其中上芯头高度为15mm，下芯头高度为15mm，由于上芯头距离上型太近，故不设计上芯头，只设计下芯头。 表3.9 垂直芯头的高度h和h1 (单位mm) L 当D或者（A+B）/2为下列数值时的高度h ≤30 30~60 61~100 101~150 151~300 301~500 501~700 701~1000 1001~2000
2000 ≤30 15 15~20 — — — — — — — — 31~50 20~25
20~25 20~25 — — — — — — — 51~ QUOTE ~ 100
25 QUOTE ~ ~30
25 QUOTE ~ ~30
25 QUOTE ~ ~30 20 QUOTE ~ ~25 20 QUOTE ~ ~25 30~40 40~60 — — — 101 QUOTE ~ ~150
30 QUOTE ~ ~35
30 QUOTE ~ ~35
30 QUOTE ~ ~35
25 QUOTE ~ ~30 25 QUOTE ~ ~30
40~60 40~60 50~70 50~70 — 151 QUOTE ~ ~300
35 QUOTE ~ ~45
35 QUOTE ~ ~45
35 QUOTE ~ ~45 30~40 30~40
40~60 50~70 50~70 60 QUOTE ~ ~80 60 QUOTE ~ ~80 301~500 — 40~60 40~60 35~55 35~55
40~60 50~70 50~70 80 QUOTE ~ ~100
80~100 501 QUOTE ~ ~700 —
60 QUOTE ~ ~80
60 QUOTE ~ ~80 45~65 45~65 50~70 60 QUOTE ~ ~80 60 QUOTE ~ ~80 80 QUOTE ~ ~100
80 QUOTE ~ ~100 由h查h1 上芯头高度h 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 80 90 100 120 150 下芯头高度h1 15 15 15 20 20 25 25 30 30 35 35 40 45 50 55 65 80 查表3.10，下芯头斜度为5°。 表3.10垂直芯头的斜度α (单位mm) 芯头高度h 15 20 25 30 35 40 50 60 70 80 90 100 120 150 用α/h表示斜度时 用角度α 表示时 上芯头 2 3 4 5 6 7 9 11 12 14 16 19 22 28 1/5 10? 下芯头 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 5 6 7 8 9 10 13 1/10 5? 查表3.11，设计砂芯间隙为0.5。 表3.11 垂直芯头与芯座之间的间隙S (单位mm) 铸型种 类 D或（A+B）/2 ≤51 51~100 101~150 151~200 201~300 301~400 401~500 501~700 701~1000 1001~1500 1501~2000
2000 湿型 0.5 0.5 1.0 1.0 1.5 1.5 2.0 2.0 2.5 2.5 3.0 3.0 干型 0.5 1.0 1.5 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 5.0 6.0 7.0 最终完成操纵杆支架砂芯设计如图3.2操纵杆支架砂芯图所示。 图3.2操纵杆支架砂芯图 最终完成操纵杆支架三维砂芯设计如图3.3操纵杆支架三维砂芯图所示。 图3.3操纵杆支架三维砂芯图 浇注系统的设计 浇注时间 对于重量小于450kg的形状复杂的薄壁铸铁件，其浇注时间可按经验公式计算： QUOTE t=SGL QUOTE t=SGL t=S√GL （4-1） 式中 t—浇注时间（s）； GL—型内金属液总重量，包含浇冒口系统重量（kg）； S—系数，取决于铸件壁厚，可由表4.1系数S QUOTE S 和铸件壁厚δ的关系查出。 表中壁厚δ指铸件的主要壁厚，对实心体铸件取壁厚δ=2δE QUOTE δ=2δE （δE为铸件的当量厚度）δE=铸件的体积/铸件的面积。 表4.1 系数S和铸件壁厚δ的关系 铸件壁厚δmm 2.5~3.5
3.5~8
8.0~15 系数S 1.63 1.85 2.2 因为操纵杆支架铸件的斜度依据增加壁厚方式来形成，故壁厚适当取大值计算。 浇注时间为： QUOTE t=SGL t=S√GL=2.2×√7.2=5.9S (4-2) 型内金属液面上升速度V型用下式（4-3）表示： V型=C/t （4-3） 其中C为铸件高度，合适的浇注时间t应满足如下条件： C/V型max≦t≦C/V型min （4-4） 对铸铁件可依表4.2决定型内铁液液面的最小上升速度。 表4.2 型内铁液液面的最小上升速度 铸件壁厚δ/mm V型min/(mm·s-1)
40，水平浇注大平板
40，上箱有大平板 10~40 4~10 1.5~4 8~10 20~30 10~20 20~30 30~100 经验算：V型min≦C/t=（74+5）/5.9=13.39mm·s-1，符合上表型内最小上升速度，因此浇注时间t为5.9S。 浇注系统的阻流截面积的计算 浇注系统常用的分类有两种：根据浇注系统个单元断面的比例关系，可分为封闭式、半封闭式、开放式、封闭开放式等4种类型；根据内浇道在铸件上的相对位置（引入位置），可分为顶注式、中注式、底注式和阶梯注入式等4种类型。 本次支撑座浇注系统设计采用封闭浇注系统、顶注式，查表4.3浇注系统各单元断面比例及其应用，因为该支撑座为中、小型灰铁件砂型铸造，故选择浇注系统的断面比关系为：∑A内：∑A横：∑A直=1：1.1：1.15[5]。 表4.3 浇注系统各单元断面比例及其应用 截面比例 应用 A A A 2 1.5 1 大型灰铸铁砂型铸造 1.4 1.2 1 中、大型灰铸铁件砂型铸造 1.15 1.1 1 中、小型灰铸铁件砂型铸造 1.11 1.06 1 薄壁灰铸铁件砂型铸造 1.5 1.1 1 可锻铸铁 1.1~1.2 1.3~1.5 1 表面干燥型中、小型铸铁件 1.2 1.4 1 表面干燥型重型机械铸铁件 1.1~1.25 1.1~1.5 1 干型中、小型铸铁件 1.2 1.1 1 干型中型铸铁件 1 2~4 1.5~4 球墨铸铁件 1 2 4 铝合金、镁合金铸件 1.2~3 1.2~2 1 青铜合金铸件 1 1~2 1~2 铸钢件漏包浇注 前文计算的铸件总高度79mm，铸件铸造在上箱，上箱铸件高度为79mm，缩尺为1%，依据吃沙量前文查表选取为a=b=40mm，则上砂箱最小高度为79×1.01+40=119.79mm，取上砂箱高度150mm（下砂箱取100mm）。 确定静压头高度，依据表4.4普通漏斗形外浇口尺寸，初步浇口杯高度尺寸，暂定浇口杯高度为46mm。 表4.4 普通漏斗形外浇口尺寸 直浇道下端直径d/mm D1/mm D2/mm h/mm 铁液容量/kg ≤16 φ56 φ52 40 0.5
16～18 φ58 φ54 42 0.6
18～20 φ60 φ56 44 0.7
20～22 φ62 φ58 46 0.8
22～24 φ64 φ60 48 0.9
24～26 φ66 φ62 50 1.0
26～28 φ68 φ64 52 1.2
28～30 φ70 φ66 54 1.3 本次设计采用底部浇注形式， 则计算静压头高度为： QUOTE HP=15 Hp=h0-p/2=15+4.6-7.9/2=15.65cm （4-5） 则依据截面比的关系∑A内：∑A横：∑A直=1：1.1：1.15。内浇道采用截面比设计法，则内浇道计算公式为： （4-6）A内 （4-6） 其中本次设计浇注系统为浇口杯、直浇道、内浇道4个部分的四单元浇注系统，则有： hp=k221+k12+ A内=GLρ?μ?t2gh 依据表4.5内浇道尺寸，选取与计算的A内=3.1cm2稍大的断面的面积，本次设计选取内浇口面积为3.2cm2为本次设计的内浇口总断面面积，一箱四件，每件设计2个内浇口，设计为8个内浇口，则每个内浇口面积为0.4cm2，对应的内浇口尺寸a=7mm，b=5mm，c=7mm，则内浇道总断面面积为4.2cm2。 表4.5内浇道尺寸（单位：mm） 序号 内浇道断面积A内/ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ a b c a b c a b c a b c d a 1 0.3 11 9 3 6 4 6 4 3 9 9 5 3 6.5 8.5 2 0.4 11 9 4 7 5 7 5 3 10 9 6 4 7 9.5 3 0.5 11 9 5 8 6 7 6 4 10 10 7 4 8 10.5 4 0.6 11 9 6 8.6 6.5 8 6.5 4.5 11 11 7 5 9 12 5 0.8 14 12 6 10 8 9 8 5 12 12 8 6 10 13.5 6 1.0 15 13 7 11 9 10 9 5 14 14 9 7 11.5 15 7 1.2 18 14 7.5 12 10 11 10 6 15 16 10 7 12.5 16.5 8 1.5 20 18 8 14 11 12 11 7 17 18 11 8 14 18.5 9 1.8 21 19 9 16 12 13 12 8 18 20 12 9 15 20.5 计算出横浇道总断面面积为∑A横=1.1×4.2=4.62cm2，查表4.6浇注系统截面尺寸，设计横浇道截面面积为4.62cm2的横浇道，横浇道布置在直浇道两侧，则每段横浇道断面面积为2.31cm2对应的横浇道尺寸为：A=16mm，B=11mm，H=18mm。 计算出直浇道总断面面积为∑A直=1.15×4.2=4.83cm2， QUOTE ， 故查表4.6浇注系统截面尺寸，直浇道截面面积取4.83cm2，直径为φ25mm。 表4.6浇注系统截面尺寸 横浇道 直浇道 Ⅰ Ⅱ 序号 断面积A横/ A /mm B /mm C /mm A /mm B /mm C /mm 序号 断面积A横/ D/mm 1 1.0 11 9 10 18 10 6 1 1.8 φ15 2 2.0 15 10 16 20 13 8 2 3.1 φ20 3 2.4 16 11 18 22 14 10 3 4.9 φ25 4 3.0 17 13 20 24 15 11 4 7.1 φ30 5 3.6 19 14 22 28 17 12 5 9.6 φ35 6 4.0 20 15 23 30 18 13 6 12.6 φ40 7 5.0 24 16 25 35 20 15 7 15.9 φ45 8 6.0 27 17 28 36 22 16 8 19.6 φ50 9 7.0 28 18 30 38 24 17 9 23.7 φ55 10 8.0 30 20 32 40 26 18 10 28.2 φ60 最终确定各浇道截面尺寸如下图4.1浇道截面尺寸所示。 图4.1浇道截面尺寸 冒口与冷铁设计 灰铸铁和球磨铸铁在凝固过程中都析出石墨并伴随相变膨胀，有一定的自补缩能力，因而缩松、缩孔的倾向小性较铸钢件小。铸铁件的补缩应以浇注系统后补缩（浇注系统在完成教主以后，对铸件的补缩，称为后补缩）和石墨化膨胀自补缩为基础，只是由于铸件本身结构、合金成分、冷却条件等原因，不能建立足够的后补缩和自补缩的情况下才应用冒口，一个需要设置冒口补缩的铸件，也必须利用后补缩和自补缩，冒口仅是补充后补和自补不足的差额。本次操纵杆支架不设计冒口。 综上，操纵杆支架的浇注系统三维如图4.2所示。 图4.2操纵杆支架铸件及浇注系统三维图 工装设计 砂箱设计 由前文计算选取的吃砂量以及铸造工艺排布，选择砂箱内框尺寸，上砂箱内框尺寸为：400mm×350mm×150mm，下砂箱内框尺寸为：400mm×350mm×100mm。 根据表5.1常用造型机所用砂箱的最佳尺寸，依据本次设计数据，选择500mm×400mm砂箱尺寸对应的造型机为Z145。 表5.1 常用造型机所用砂箱的最佳尺寸 砂箱尺寸 （mm） 400×300 500×400 600×500 800×600 造型机 Z114A，Z124 Z145，ZZ415 Z146，ZB326 ZB148A，3ZZ318 砂箱尺寸 800×700 1000×800 1100×900 1600×1200 造型机 Z148A，Z158 Z2310，Z2410 ZB1410 ZB1416 最终确定操纵杆支架的合箱图如下图5.1合箱图所示。 模板设计 模样材质选用金属模。金属型的热导率和热容量大，冷却速度快，铸件组织致密，力学性能比砂型铸件高15%左右；能获得较高尺寸精度和较低表面粗糙度值的铸件，并且质量稳定性好；因不用和很少用砂芯，改善环境、减少粉尘和有害气体、降低劳动强度，适用于大批，成批的各种铸件。依据铸造工艺图确定模样本体结构类型为平装式。最终确定操纵杆支架的上模板装配图如下图5.2所示。 芯盒设计 操纵杆支架砂芯，芯盒设计芯盒材质为ZL101，对开式两半芯盒，芯盒采用定位销定位，蝶形螺母和活节螺栓紧固及开合。最终确定操纵杆支架的芯盒装配图如下图5.3芯盒装配图所示。 图5.1合箱图 1.下砂型 2.下砂箱 3.砂箱用定位销 4.砂箱定位套 5.上砂型 6.上砂箱 7.浇口杯 8.砂箱用导向销 9.砂箱导向套 图5.2上模板装配图 1.模板 2.M10内六角螺丝 3.上模样定位销 4.上模样 5.横浇道 6.直浇道 7.上模板导向销 图5.3芯盒装配图 1.上芯盒定位销 2.下芯盒定位套 3.下芯盒 4.上芯盒 5.活节螺栓 6.直浇道窝 7.蝶形螺母 结 论 通过这次工艺课程设计，使我对铸造设计过程有了更进一步的认识和了解，也加深了对大学四年中所学基础知识的学习和理解。课程设计是理论联系实际的最直接有效的方法。在具体设计过程中，必须考虑到方方面面的问题，在理论上正确无误的设计，但是当你运用结合实际的时候往往会存在各种问题。 采用底部浇注操纵杆支架，在最大面积处分型，铸件正立置于上箱分模，两侧的通孔不需铸出，采用一块砂芯铸出底部的腰形孔，采用的工艺比较简单实用，铸件的缺陷较少，成品率较高。期间存在不足之处，如在设计的过程中一些数值参考书籍，没有结合实际经验，为理论值，后期铸件可能因此出现一些缺陷，要进一步进行模拟以减少实际生产中的成本损耗。 致 谢 本课程设计在选题及进行过程中得到朱永长老师的悉心指导。在设计过程中，朱永长老师多次帮助我分析思路，开拓视角，在我遇到困难的时候给予我最大的支持和鼓励，及时帮助我分析问题解决阻碍。在朱永长老师的耐心指导下，我完成了该次铸造设计，期间朱老师教会我的知识和治学的态度精神使我终身受益。再多华丽的言语也显苍白，在此，谨向朱永长老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 参 考 文 献 中国铸造协会. 铸造工程师手册(第三版). 北京: 机械工业出版社，2010. 万仁芳. 砂型铸造工艺装备的地位、现状及发展[J]. 中国铸造装备与技术, 2003, 45(05): 1-4. 机械工程学会铸造学会编. 铸造手册（第5卷: 铸造工艺）（M）. 北京: 机械工业出版社，2006: 156-. 叶荣茂、吴维冈、高景燕. 铸造工艺课程设计手册（M）. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 1989: 345-. 王文清, 李魁盛. 铸造工艺学[M]. 机械工业出版社: 北京, 1998: 250-.
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