一、零件鑄造工藝要求和特點
1.零件的生產條件、結構及技術要求
零件名稱：球閥閥體
零件生產批量：成批生產
零件材質：zg230--450
零件的外型示意圖如圖1所示，球閥的零件圖如圖2所示，球閥的外形輪廓尺寸為96mm80mm76mm，主要壁厚7mm，最小壁厚7mm，最大壁厚15mm，為一小型鑄件；鑄件除滿足幾何尺寸精度及材質方面的要求外，無其他特殊技術要求。
圖1 球閥外形示意圖
圖2 球閥零件圖
2.零件鑄造的工藝性
對於零件的鑄造工藝性審查、分析如下：
零件的輪廓尺寸為96mm80mm76mm。砂型鑄造條件下該輪廓尺寸的最小允許壁厚查《鑄造工藝課程設計手冊》表1-2得：最小允許壁厚為6mm。
而設計零件的最小壁厚為7mm。符合要求。
從零件的整體結果及尺寸看，該零件的壁厚相差並不是很大，而且在壁厚不一致處的過度屬於平緩過度，能夠滿足鑄造生產的要求，因此，該零件的結構滿足鑄造工藝性要求。
二.零件鑄造工藝方案
1.造型、造芯方法的選擇
零件的輪廓尺寸為96mm80mm76mm，鑄件尺寸較小，屬於中小型零件且要成批生產。採用濕型粘土砂造型靈活性大，生產率高，生產周期短，便於組織流水生產，易於實現機械化和自動化，材料成本低，節省烘乾裝置、燃料、電力等，還可延長砂箱使用壽命。因此，採用濕型粘土砂機器造型，模樣採用金屬模。
採用樹脂砂手工制芯。
2.澆注位置和分型面的確定
bc）圖3 零件分型面位置圖
根據該零件的結構特點可以選擇如圖3所示的三種分型位置。圖3(a)(b)的鑄件大部分置於下箱，有利於造型。但是砂芯放置比較麻煩，而且鑄件的重要部分沒有置於下部，大平面朝上放置容易產生氣孔、非金屬夾雜等缺陷。
採用圖3(c)所示分型位置，砂芯製作和放置都比較方便，有利於大批量生產。同時有利於實現順序凝固。綜合以上，採用圖3(c)所示分型位置。
澆注位置在分型面上。
三．鑄造工藝引數的確定
1.鑄件尺寸公差
零件為砂型鑄造機器造型大批量生產，由《鑄造工藝課程設計手冊》查表2-2得：鑄件的尺寸公差為ct8～10級，取ct9級。
零件的輪廓尺寸為96mm80mm76mm，由《鑄造工藝課程設計手冊》查表2-1得：鑄件尺寸公差數值為2.2mm。
2.鑄件重量公差
零件為砂型鑄造機器造型大批量生產，鑄件的重量公差與尺寸公差等級對應選取。則選mt9級。此零件估算重量為1.
5kg，由《鑄造工藝課程設計手冊》查表2-4得：鑄件重量公差值為14%。
3.機械加工餘量
零件為砂型鑄造機器造型大批量生產，由《鑄造工藝課程設計手冊》查表2-9得：鑄件的加工餘量h級。
零件的輪廓尺寸為96mm80mm76mm，由《鑄造工藝課程設計手冊》查表2-8得：鑄件加工餘量數值為2.5～3.
0mm，因採用機器造型，金屬模板，芯盒，鑄件尺寸精度高，故加工餘量選值3.0mm。
4.最小鑄出孔和槽
根據零件生產批量由《鑄造工藝課程設計手冊》查表2-16得：最小鑄出孔直徑尺寸為30～50mm。因此只需鑄出直徑較大的孔，其餘孔無需鑄出，機械加工較為經濟方便。
5.起模斜度
設計採用金屬模具，根據零件的結構及尺寸，採用「增加厚度法」設定拔模斜度，初步設計的起模斜度如下：
上模外型模的高40mm的起模斜度由《鑄造工藝課程設計手冊》查表2-11得：粘土砂造型外表面起模斜度為а=1°10＇,a=0.8mm。
高22mm的起模斜度為а=1°10＇,a=0.8mm。
下模外型模的高40mm的起模斜度由《鑄造工藝課程設計手冊》查表2-11得：粘土砂造型外表面起模斜度為а=1°10＇,a=0.8mm。
高22mm的起模斜度為а=1°10＇,a=0.8mm。
所以起模斜度為а=1°10＇,a=0.8mm。
6.鑄造收縮率
鑄造收縮率又稱鑄件線收縮率，用模樣與鑄件的長度差除以模樣長度的百分比表示：k=[（l1-l2）/l2]*100％
k—鑄造收縮率
l1—模樣長度
l2—鑄件長度
零件受阻收縮率由《鑄造工藝學》查表3-3-7得：自由收縮1.6～2.
0%，受阻受挫1.3～1.7%。
採用受阻收縮1.3～1.7%。
取1.5%。
7．其他工藝引數
本課程設計所進行的鑄鋼球閥閥體鑄造工藝設計，由於屬於大批量生產，並且為中小型件。因此，經過工藝優化之後，無需進行如「分型負數」、「工藝補正量」、「反變形量」等工藝引數的設計。
四．砂芯設計
球閥閥體需乙個整體砂芯，三個芯頭，採用樹脂砂手工制芯。
1.芯頭的設計
芯頭長度由《鑄造工藝課程設計手冊》查表3-4，3-5，3-6可得
第一種芯頭根據實際設計量取計算砂芯長度：l=43mm，d=42mm。查表得：l=30～35mm，s=0.5mm，а=7°，a=5mm。
第二種芯頭長度：l=35mm，d=16mm。查表得：l=20～25mm，s=0.5mm，а=7°，a=5mm。
第三種芯頭長度：l=33mm，d=26mm。查表得：l=25～40mm，s=0.3mm，а=7°，a=5mm。
2. 壓環、防壓環和集砂槽芯頭結構
壓環、防壓環和集砂槽尺寸由《砂型鑄造工藝設計》查表3-7得：a=5mm，b=0.5mm。
3．芯骨設計
為了保證砂芯在制芯、搬運、配芯和澆注過程中不開裂、不變形、不被金屬液衝擊折斷，生產中通常在砂芯中埋置芯骨，以提高其剛度和強度。
因為砂芯尺寸較小，而且採用樹脂砂，故砂芯強度較好，砂芯內不用放置芯骨。
五.冒口的設計
已知每個鑄件重約為1.5kg,每箱2件,每箱兩個冒口,乙個冒口補縮乙個鑄件。冒口的計算用補縮液量法：
設zg230-450的體收縮率為0.03，鋼液的密度為7.8g/cm。
法蘭根部熱節圓直徑約為t=14mm。那麼可以計算出該鑄件從澆注到凝固以後所需要的鋼液體積，把體積視為球形，求出其直徑d0。把d0加上熱節圓直徑t，則可為冒口的最小直徑。
d0==2.23cm
冒口的直徑d= d0+t=22.3+14=36.3mm採用40mm
冒口高度按經驗公式關係求得h=（1.15～1.8）d，取h=1.5d=1.540=60mm。
冒口全部放入上箱內，使直徑18mm的大氣壓力砂芯，插入冒口深度為15mm。
六．澆注系統的設計
大批量生產小型鑄鋼件時,常採用機器造型,並用轉包澆注。這些特點決定了澆注系統必須有較好的擋渣能力，因此採用半封閉式澆注系統——阻流澆口。
鑄件重量
在本設計中鑄件單重1.5kg，考慮一砂箱中澆注兩個鑄件，又因澆注系統中同樣需要金屬液，澆注系統中金屬初步按鑄件重量的20%估算，並且加上兩個冒口的重量則澆注重量g0==1.2kg。
g=1.5*（1+20%）+1.5+1.
2=4.5kg。
內澆道、橫澆道、直澆道的設計
內澆道的總斷面積f內可按下式計算：
式中：q—澆入鑄型內的鋼液總質（重）量kg；
k—澆注比速（kg/cm2·s）見表1；
l—流動性修正係數，碳鋼為1.0，高錳鋼為0.8；
t—澆注時間（s），；
c—係數，見表1
係數c、k均由鑄件相對密度kv=q/ v決定，v是鑄件輪廓體積，是鑄件三個方向最大尺寸的乘積。則kv=4.5/963=0.00508kg/ cm2。
根據鋼液總重量q和鑄件相對面積kv查《鑄造工程師手冊》表6-99：f內=2.7cm2。
澆注系統各組元截面積比例關係：f內：f橫：f直=1：（0.8-0.9）：（1.1-1.2）。
f內=2.7/2=1.35cm2；f橫=f內*0.8=1.12cm2；f直=f內*1.2=1.68cm2。
根據《鑄造工程師手冊》表6-100：內澆道和橫澆道截面尺寸，
內澆道橫澆道直澆道
內澆道 ：a=27mm，b=25mm，h=5.5mm；
橫澆道：a=13mm，b=9.5mm，h=12.5mm；
直澆道:d=14.6mm。
3.澆注時間
初步計算澆注時間由《砂型鑄造工藝設計》p85頁得：t=s=0.8≈1.7s
計算鋼液液面上公升速度 v上公升=c/t=76/1.7≈44.7mm/s
校核鋼液上公升速度，一般允許鋼液的最小上公升速度範圍由《砂型鑄造工藝設計》查表5-33得：上公升速度v上公升=25mm/s
通過比對44.7mm/s的上公升速度符合實際，不必調整經驗係數。
4．靜壓頭的計算
對於中間注入式澆注系統，平均靜壓頭hp可按如下公式計算：
在本設計中，c=96mm、p=48mm、h0=125mm，代入上式計算得：
= 124.875 mm
5.直澆道窩的設計
澆口窩對於來自直澆道的金屬有緩衝作用，能縮短直——橫澆道拐彎處的紊流區，改善橫澆道內的壓力分布，並能浮出金屬液中的氣泡。
澆口窩直徑為直澆道下端直徑兩倍，因此d=214.6=29.2 mm
澆口窩高度為橫澆道高度兩倍，因此h=212.5=25mm
6.澆口杯的設計
澆口杯是用來承接來自澆包的金屬液，防止金屬液飛濺和溢位，便於澆注，並可以減輕金屬液對型腔的衝擊，還可分離渣滓和氣泡，阻止其進入型腔。
澆口杯選用普通漏斗形澆口杯，其斷面形狀如圖4所示，由《鑄造工藝課程設計手冊》查表4-14得：d1= 56mm d2=52mm h=40mm
圖4 澆口杯截面示意圖
直澆道高度：h直=h0-h=125-40=85mm。
直澆口棒查《鑄造工藝課程設計手冊》表4-18：d=15mm，d1= 19mm，l=200mm。
圖5 直澆口棒示意圖
7.砂箱尺寸及造型機選擇
球閥尺寸為96mm80mm76mm，單件質量約為1.5kg，因此鑄件為小型簡單件。如果一箱一件生產則工藝出品率會較低，如此生產成本較高。
所以採用一箱兩件生產。這樣工藝出品率大幅提高，生產成本也大大降低。
初步選取砂箱尺寸由《鑄造工藝課程設計手冊》查表6-63得：上箱為400 300 100mm 下箱為400 300 125m。
造型機選擇由《砂型鑄造工藝設計》查附表1-1得：選擇型號為z114型滿足砂箱尺寸。
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