「永冠杯」第二屆中國大學生鑄造工藝設計大賽
參賽作品
鑄件名稱：e件—尾板
自編**：be092174
方案編號：
目錄1 零件結構特點及鑄造工藝分析 1
2 鑄型種類、造型及造芯方法選擇 4
3 澆注位置選擇 4
4 分型面選擇 5
5 砂箱中鑄件數目的確定 6
6 工藝引數確定 6
6.1 尺寸公差 6
6.2 鑄件收縮率 6
6.3 機械加工餘量 7
6.4 最小鑄出孔及槽 7
6.5 拔模斜度 7
7 砂芯設計 7
8 冒口設計 9
9 澆注系統設計 10
9.1 內澆口位置選擇 10
9.2 澆注系統形式的選擇 11
9.3 澆注系統計算 11
10 冷鐵設計 14
11 氣孔的設計 15
12工藝驗證 17
12.1 冒口補縮能力 17
12.2 工藝出品率 19
12.3 工藝軟體模擬驗證 20
參考文獻 22
附圖 23
尾板工藝設計說明書
材料：球墨鑄鐵fcd450 ；
鑄件淨重： 4142kg ；
造型材料：呋喃樹脂砂
由零件圖可知：尾板輪廓尺寸為：1615mm×1350mm×1260mm ；淨重4142 kg（零件圖紙），為大型鑄件。根據零件圖建立尾板pro/e實體模型如圖1.1。
圖1.1 尾板零件模型
（1）造型制芯尾板整體結構為橫豎的板相交，並有凸台和筋板，形成了複雜的內腔，故鑄件的砂芯複雜，其鑄造過程為組合造芯。鑄件的孔內外側均有圓角，不容易做芯頭，芯定位難，需要用芯撐。芯的長度較大，要用芯骨增加強度。
鑄件的外輪廓不完全對稱，且側面多凸臺及圓孔，不利於起模。
（2）壁厚尾板壁厚整體上比較均勻，最大壁厚為120mm，最薄為60mm，大部分壁厚為90mm。在不加工藝措施條件下，鑄件尺寸過大容易產生澆不足等缺陷；鑄件壁厚過大（＞30mm），凝固後內部組織疏鬆，力學效能不好[1]。
（3）壁過渡形式在鑄件中，壁相交或拐彎的地方存在熱節，冷卻後易產生縮松，縮孔和鑄造應力。在尾板中，壁相交形成的熱節多，且分散，但在壁相交或者拐彎的地方均為圓角過渡，不易產生鑄造應力。
（4）尾板鑄造材料為球墨鑄鐵即qt450，流動性好，但鑄件形狀較大且複雜，應仔細審查零件結構實現順序凝固的可能性，使之便於安放冒口、冷鐵，以避免縮孔、縮松缺陷。
為明確熱節位置，採用z-cast鑄造數值模擬軟體對尾板零件鑄造工藝性進行分析，模擬結果如圖1.2所示。
圖1.2 尾板凝固順序模擬結果
圖1.2為尾板的凝固模擬結果，從圖中可以看出，尾板大部分區域為同時凝固，不會產生縮孔縮松。但是在圖b)和 d)中,凝固1216s時候尾板的筋板處出現了孤立的凝固區域（紅色圈），為保證這部分鑄件不至產生鑄造缺陷，保證鑄件的順序凝固，故加設氣孔保證其更好的凝固。
在圖e)中尾板存在2個較大的液固混合區，凸台兩端的a區和b區。在固液混合區，鑄件枝晶骨架還未連成整體，金屬仍然具有一定的流動性，但是流動性降低。如果這種固液混合區形成孤立的區域，則只能靠本身進行補縮，其室溫組織必然疏鬆，甚至形成縮孔或縮松。
故開設冒口保證鑄件的補縮和凝固。
綜合，圖1.1、圖1.2可以知道，要保證尾板的質量，必須對尾板底部及壁相交處採取周密的工藝措施，改變其凝固順序，以期獲得合格鑄件。
尾板尺寸較大，選用強度較高的呋喃樹脂砂造型和制芯，均採用手工完成。
為了使鑄件充型平穩，容易充滿且充滿程度高，鑄件應該選封閉式澆注系統，澆注系統內澆道在鑄件上的澆注位置有圖3.1中a和b 兩種方案。在方案a中金屬液從底座向下流入筋板，但鑄件較高（1260mm），金屬液流入筋板處的紊流較大，筋板處易產生缺陷，且筋板處壁厚不均勻，下部較小金屬液流動性較差，故方案a不如方案b好。
因方案b中內澆口位置選在筋板的下端，金屬液從底端筋板開始注入（即底注式），充型過程平穩，金屬液對型、芯衝擊力小，有利於腔內氣體排出，適用於形狀複雜及大型的鑄件。且澆注系統也起到了對筋板的補縮作用，省去了開設新的冒口來對筋板處的熱節進行補縮。
圖3.1 兩種澆鑄方案示意圖
尾板採用兩箱造型，為了使砂芯的重心低和起模方便，在分型面選擇時應符合鑄件的重要部分應放在下箱的工藝設計原，則尾板的分型面有如圖4.1所示。這樣可將冒口設計在加工面上，可以用機械加工保證加工面精度，保證尾板的力學效能，且冒口補縮方向與重力方向一致，利於補縮。
圖4.1分型面方案
考慮到鑄件體積和重量較大，澆注後鑄件蓄熱量大，為了盡量使鑄件各個方向散熱均勻並降低澆注難度，故一箱一件。
根據零件圖技術要求：圖中未注壁厚偏差為±2mm；鑄件最大錯型值為13mm 。其餘鑄件尺寸公差按照gb/t6414-86《鑄件尺寸公差》中球墨鑄鐵砂型手工造型公差等級為ct12級。
重量偏差：零件重量：4142kg；設鑄件的工藝出品率為70% , 據此估計鑄件重量（包括澆注系統和冒口）為：5917kg。
鑄件材料為球墨鑄鐵，收縮過程為受阻收縮，根據表3-50[3]，得鑄造收縮率為1.0%。
尾板最大尺寸為1615mm，根據所選尺寸公差等級ct12級，加工餘量等級h級，根據表3-47[3]得：加工餘量為13mm 。
根據表3-60[3]查得最小鑄出孔為φ45mm。尾板中小於φ45mm的孔不鑄出，其餘孔均鑄出。對於凹槽、台階和胖肚形孔，當厚度t≤10mm時，不予鑄出。
根據已經確定的分型面和澆注位置，尾板的最小拔模高度為480mm，最大的為1260mm，根據表3-53[3]自硬砂造型時木模的拔模斜度為5.6mm-11.6mm。
本設計中共用了6個編號砂芯，和乙個砂胎的組合造芯方式，其組合方式見圖7.1。參考表3-73、3-74、3-77、3-78[3]得出3#、6#芯頭尺寸分別如圖7.
2和圖7.3所示。砂芯數量如表7.
1。表7.1 砂芯數量
圖7.1砂型組合示意圖
尾板中有大量板相交的厚大部分而形成的熱節，其中兩端凸台處熱節較大。本設計中僅在尾板中部兩個凸台處設計兩個腰柱形明冒口，並且根據球墨鑄鐵的凝固特點，凝固時產生收縮由冒口進行補縮，但會產生共晶膨脹，形成由鑄件向冒口的反補縮，所以應選擇縮頸冒口，使冒口頸處先開始凝固，避免金屬液向冒口處的倒流膨脹。
採用模數法設計冒口：由模數計算公式ms=v/s，計算鑄件模數ms=6.5cm。
由公式mn=（tp-1150℃）/（tp-1150℃+l/c）×ms
式中l/c為250℃，tp澆注溫度為1380℃，故得冒口模數為mn=3.1cm由表3-245，3-291[3]得冒口尺寸如圖8.1：
圖8.1冒口形狀尺寸
圖8.2冒口俯檢視
採用底注式澆注系統，內澆口開設有a、b方案。通過數值模擬軟體對其進行充型和溫度場的模擬，可以看出方案a中每個筋板處開設乙個內澆道，但金屬液充入鑄型的位置直衝砂芯，由於金屬液溫度較高，對砂芯強度影響較大，圖9.1.
1中芯頭處溫度較高（紅色圈）。方案b中，避開砂芯位置，故在每個筋板處開設兩個內澆口。
圖9.1.1充型溫度場
由於鑄件較大，故開設的澆注系統較大，從生產的角度考慮選用同一規格的耐火管作為澆注系統。故澆道均為圓形，並在直澆道處設計澆口杯。
根據表16-98[3]；表11-99[3]；表16-100[3]；表16-101[3]，選擇澆孔直徑為40 mm的5噸澆包，則澆注速度為27kg/s；
（1）澆注時間
根據球墨鑄鐵件澆注時間的經驗公式確定澆注時間。
t=（2.5 ~ 3.5）×g1/3
式中：t---澆注時間（s）；
g---鑄型中鐵液的總重量（kg）。
假設工藝出品率為70%，由圖紙可知鑄件毛重q=4142kg。所以鑄型中鐵液的總重量為5917kg。由上式求得澆注時間t=（2.
5 ~ 3.5）×18.087=45s。
套筒鑄造工藝設計說明書
一 工藝分析 1 審閱零件圖 檢視零件圖的具體尺寸與圖紙繪製是否正確。零件名稱 上部套筒 工藝方法 鑄造 零件材料 zl101a 2 零件的技術要求 零件在鑄造方面的技術要求 詳見圖紙 3 選材 套筒座選用的材料是zl101a，為鋁矽合金。型砂選擇粘土砂 製造溼砂型的粘土砂所用粘土為膨潤土，溼抗壓強...
槓桿鑄造工藝設計說明書
一 工藝分析 1 審閱零件圖 檢視零件圖的具體尺寸與圖紙繪製是否正確。零件名稱 槓桿 工藝方法 鑄造 零件材料 ht200 零件重量 0.68kg 毛坯重量 0.9001kg 生產批量 10000件，為大批量生產 2 零件的技術要求 零件在鑄造方面的技術要求 由於有機械加工的要求，鑄造圓角半徑不得超...
套筒座鑄造工藝設計說明書
一 工藝分析 1 審閱零件圖 檢視零件圖的具體尺寸與圖紙繪製是否正確。零件名稱 套筒座 工藝方法 鑄造 零件材料 ht250 生產批量 600件 年 2 零件的技術要求 零件在鑄造方面的技術要求 未鑄造圓角半徑 r 2 3 mm 時效處理。3 選材的合理性 套筒座選用的材料是ht250，為灰鑄鐵。灰...