「永冠杯」第三屆中國大學生鑄造工藝設計大賽
參賽作品
鑄件名稱:a件--中座
自編**：aa0a0a0a
方案編號：
目錄摘要
1 零件簡介1
1.1 零件介紹1
1.2生產方式的選擇2
2 鑄造工藝設計2
2.1 工藝方案的選擇2
2.1.1 分型面的選擇2
2.1.2 澆注位置的選擇3
2.2 鑄造工藝引數的確定5
2.2.1 最小鑄出孔5
2.2.2 加工餘量與鑄造圓角6
2.2.3 鑄造收縮率6
2.2.4 鑄造斜度6
2.2.5 澆冒口的切割餘量7
2.2.6 鑄件在砂型中的冷卻時間7
2.2.7 砂芯設計7
3 澆注系統設計8
3.1 澆注系統的選擇原則8
3.2澆注系統的尺寸確定9
4 冒口的設計11
4.1 鑄件冒口補縮設計原理12
4.1.1基本條件12
4.1.2選擇冒口位置的原則12
4.1.3補縮壓力12
4.2灰鑄鐵中座冒口設計方法13
5 模板設計13
6 砂箱設計14
7 工藝模擬15
7.1 軟體簡介15
7.2工藝模擬16
參考文獻17
附圖18
中座零件的鑄造工藝設計
摘要本文主要介紹了該灰鑄鐵中座的結構特點，並通過工藝分析選擇了恰當的砂型鑄造機器造型生產方式進行小批量鑄造生產。通過計算機鑄造工藝模擬，驗證了鑄造工藝引數的合理性與鑄造工藝方案的可行性。
關鍵字： 灰鑄鐵中座砂型鑄造鑄造工藝計算機模擬
1 零件結構與生產方式分析
1.1 零件介紹
該框架零件屬於大中型灰鐵鑄件，結構複雜，薄壁部分佔較大比例，而且質量要求較高。由於有幾處複雜的內部中空結構，在鑄造過程中很容易出現夾砂、氣孔等缺陷，因此在確定鑄造工藝的時候必須要全面考慮與權衡。該鑄件所選材料為ht250，該牌號灰鐵在砂型鑄造中的抗拉強度、硬度等力學效能都相對較高，能夠滿足更高的使用要求。
從零件二維工程圖可以看出，該框架零件的尺寸規格為1320 mm ×950 mm × 250 mm，根據二維cad圖的各項尺寸，利用solidworks三維造型模組進行三維造型。然後利用體積工具測出體積，把體積與ht250的密度7.35g/cm3相乘，得到零件的質量在1000kg左右，屬於大中型零件。
內部中空結構如圖所示：
1.2 生產方式選擇
由於該框架零件為大型裝置配套件，根據實際需求，確定生產綱領，可知年產量不大，因此一般鑄造廠根據生產的實際情況應採用單件小批量的生產方式。根據目前各大廠家的生產水平，應至少採用自硬樹脂砂作為基本鑄造用砂，對於使用時用於成型鑄件內部空腔的並要求有較高表面質量要求砂芯應使用覆膜砂或者殼型。為提高效率和降低工作強度，一般採用機械臺機器兩箱造型、制芯，模型根據實際使用要求等情況選擇木模，並及時進行尺寸檢測及調整。
其他生產裝置和生產流程和工廠的實際水平情況進行匹配，盡量在滿足生產要求的情況下降低生產成本。
2 鑄造工藝設計
2.1 鑄造工藝方案的選擇
2.1.1 分型面的選擇
該零件幾何結構較為複雜，主要存在凸台、薄壁、中空等結構，其裝配面的精度要求較高。經過分析比較分型面選擇如下，優點：內部中空結構不需要分開造型，方案簡單定位可靠。如圖所示。
2.1.2 澆注位置的選擇
該零件大體輪廓屬於大平面構造，根據下芯方便以及確保重要面以及加工面的質量等原則，結合分型面的選擇，決定採用平放立澆側進的澆注方式，澆注位置如圖所示。
2.2 鑄造工藝引數的確定
2.2.1 最小鑄出孔
該零件屬於大件，對於灰鐵件，一般最小鑄出孔為φ30mm，因此在鑄造時零件上的小孔均不鑄出，而改為機械加工（如φ22mm孔），具體內容詳見鑄造工藝圖。但是該零件有許多中空部分需要砂芯成型，為了固定砂芯，需要設定芯頭，
2.2.2 加工餘量與鑄造圓角
由於工藝方法是砂型機器造型，結合零件材料灰鑄鐵，查表選擇加工餘量等級為9 g。根據各表面尺寸及精度的不同，結合鑄件收縮時的傾向，應選擇不同的加工餘量，範圍在4--10mm之間，具體內容與尺寸詳見鑄造工藝圖。
為了降低鑄造時的應力與熱裂傾向，鑄件各拐角部分應設定鑄造圓角以便圓滑過渡。鑄造圓角在鑄造工藝圖上有具體表示，未標註鑄造圓角為r10 mm。
2.2.3 鑄造收縮率
灰鐵在凝固過程中產生較大的線收縮，特別是結構複雜的薄壁件，鑄造過程中的收縮情況複雜。結合灰鐵鑄造特點和零件結構特點，確定其為阻礙收縮，初取線收縮率為0.8%左右。
2.2.4 鑄造斜度
以保證起模操作，應在模樣和芯盒的出模方向上設定鑄造斜度，以免破壞砂型和砂芯。因為該零件為自硬砂造型，查詢相關工藝手冊，根據測量面高度，選擇相應的起模斜度。
把相關工藝引數確定之後，畫好鑄造工藝圖，根據工藝圖的各項引數指標及要求，畫出鑄件三維圖，如圖所示。
2.2.5 澆冒口的切割餘量
對於灰鐵件，非加工面應清理到與鑄件表面齊平，待機加工面的澆冒口殘留量在15mm—20mm。
2.2.6 鑄件在砂型中的冷卻時間
鑄件在砂型中的冷卻時間短，容易產生變形、裂紋等缺陷。為使鑄件在出型時有足夠的強度和韌性，鑄件在砂型內應有足夠的冷卻時間。具體數值應根據經驗和實際生產做相應調整。
2.2.7 砂芯設計
由於該框架零件有太多中空結構，因此需要在鑄造時使用砂芯成型。結合零件結構特點和起模難易程度，鑄造時需要2個砂芯，砂芯編號與布置詳見鑄造工藝圖。
由於一號砂芯屬於水平砂芯，且砂芯分布在分型面上，因此需要在芯頭部位保持最大橫截面。一號芯為圓柱狀，芯頭部位應設計為方形。芯頭與芯頭座之間應有適宜的間隙,以使砂型與砂芯的裝配。
而且一號砂芯體積較大，需要內部放置芯骨並根據實際情況採取減輕砂芯自重及利於排氣的措施。
二號砂芯屬於水平砂芯，分布在分型面下部的側向，在分型面的邊緣兩側各分部五個小圓台，為簡便鑄造操作，在砂芯上部對應分布五個圓形凹槽。同時為了形成底板上的兩個φ220mm*10mm的凸台，在砂芯底面的前後兩側均分布有相應的凹槽。同時為了形成凸台上的通孔，在凹槽內應放置φ150mm*10mm的砂柱。
砂芯均需採用覆膜砂造芯，以提高表面光潔度和澆注時的發氣量。由於鑄造過程中各砂芯基本上被鐵液包裹，容易使砂芯產生偏移與旋轉，所以需要合適的定位。
砂芯的拐角較多，鑄件容易產生熱應力。因此在砂芯的相關部位還應塗上適宜的激冷劑。
3 澆注系統設計
3.1 澆注系統的選擇原則
灰鑄鐵密度大，不易氧化。因此對澆注系統的要求是：有較好的阻渣能力，可防止金屬液捲入氣體，消耗金屬少，清理方便。選擇封閉式澆注系統。
該零件高度較小空腔較多，選擇澆注系統放在分型面上，採用頂注式澆注系統。為了防止產生澆不足、冷隔等缺陷，開設八個內澆口。在內澆口的側面圍繞鑄件形成橫澆道，在拐角處設定圓形直澆道。
參考《鑄造手冊.第六卷》，澆注系統採用立澆側進的方式。
3.2 澆注系統的尺寸確定
根據鑄件質量以及冒口尺寸，得出澆注重量為1200kg(澆注系統佔鑄件質量的20%)。
由solidworks知，澆注質量為1200kg。
、灰鑄鐵澆注系統的確定方法採用奧贊公式法，該方法利用水力學公式求出澆注系統的最小截面積，再根據不同工藝條件下的澆注系統各組元介面比例（f內澆道：f橫澆道：f直澆道=1 :
1.1 : 1.
15）確定其他組元的橫截面積。
;澆注時間t的確定:
式中 t---澆注時間（s）
g---金屬液總質量
t ---鑄件壁厚
s2---經驗因數（取0.96）
經計算 t=35s
;流量因數的確定
因為鑄型種類為濕型，鑄型阻力為中，所以流量因數為0.42
；平均靜壓力頭hp的確定
因為澆注方式是頂注式，hp=ho（內澆道以上金屬液的靜壓頭）。經計算ho=245mm。
、澆注系統尺寸如下：
查表，橫澆道a=60㎜㎜，b=44㎜，c=66㎜
直澆道截d=90㎜
內澆道a=45㎜,b=㎜,c=14㎜
澆口杯採用池型，尺寸為l=450㎜,r=230㎜,r1=180㎜
這樣算的各澆道截面尺寸之比為
as : aru : ag=1.15: 1.1: 1
ag: 內澆道截面積；aru橫澆道截面積；as直澆道截面積
由於直澆道的高度較高，因此應在直澆道下面設定直澆道窩和集渣包，還要在直澆道與橫澆道結合部位放置過濾網。為了減少充型過程中的雜質，在流動的最末端即直澆道對面的鑄件旁邊還應開設集渣包。
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