畢業(yè)設(shè)計---中座的鑄造工藝設(shè)計

1、<p><b>　　中座的鑄造工藝設(shè)計</b></p><p>　　學(xué)院名稱： 材 料 工 程 學(xué) 院 </p><p>　　專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 </p><p>　　班 級： 08模具Z </p><p>　　學(xué) 號：

2、 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師職稱： 副 教 授 </p><p>　　二零一二 年 六 月</p><p>

3、;<b>　　中座的鑄造工藝設(shè)計</b></p><p>　　摘 要：本文通過對中座的結(jié)構(gòu)、材料、技術(shù)要求等的分析，在此基礎(chǔ)上設(shè)計出符合該零件的樹脂砂砂型鑄造工藝方案。根據(jù)鑄造工藝手冊和相關(guān)資料，確定加工余量、澆注位置、分型面、分模面和鑄造縮率等相關(guān)參數(shù)，并確定采用無冒口澆注方案；根據(jù)初步的鑄造工藝設(shè)計，確定型芯結(jié)構(gòu)、大小和位置；采用鑄造CAE，模擬凝固過程中鑄件的熱節(jié)和縮松傾向，設(shè)計冷鐵的

4、位置和大小以及冒口類型和大??；根據(jù)鑄造工藝手冊，設(shè)計鑄件的澆注系統(tǒng)，基于半封閉半開放澆注系統(tǒng)的設(shè)計方法，設(shè)計內(nèi)澆口、橫澆道和內(nèi)澆口的尺寸和布置；最后對鑄件的凝固過程和流動過程進(jìn)行計算分析，可視化觀察了鑄件的充型過程，驗證了澆注系統(tǒng)的設(shè)計。設(shè)計出了生產(chǎn)其所要用的模樣模板，芯盒等鑄造工裝圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)分析，工藝設(shè)計，模擬分析，工裝設(shè)計</p><p>　　Of the

5、seat in the casting process design</p><p>　　Abstract: This article through to in the structure of the bridge, the material, the technical requirements for analysis, based on this design meets the components

6、of the resin sand sand casting process scheme. According to the casting process manual and related material, sure machining allowance, pouring position, parting surface, parting surface and casting shrinkage and related

7、parameters, and sure to use without rising head pouring scheme, According to preliminary casting process design, fixe</p><p>　　Keywords: structural analysis, process design, simulation analysis, Assemble Des

8、ign</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　序 言1</b></p><p>　　第一章 鑄件的分析2</p><p>　　1.1鑄件結(jié)構(gòu)分析2</p><p>　　1.2鑄件的技術(shù)要求3</p><p>　

9、　1.3工藝性能分析3</p><p><b>　　1.4生產(chǎn)條件4</b></p><p>　　第二章 鑄造工藝設(shè)計6</p><p>　　2.1 加工余量6</p><p>　　2.2 鑄造收縮率6</p><p><b>　　2.3 分型面7</b><

10、/p><p><b>　　2.4 分模面7</b></p><p>　　2.5 型芯設(shè)計8</p><p>　　2.6 其他參數(shù)11</p><p>　　第三章 冷鐵冒口設(shè)計12</p><p>　　3.1 鑄件的凝固模擬12</p><p>　　3.2 鑄件的冒口設(shè)

11、計13</p><p>　　3.3鑄件冷鐵的設(shè)計15</p><p>　　第四章澆注系統(tǒng)設(shè)計17</p><p>　　4.1澆注時間的確定17</p><p>　　4.2 澆注系統(tǒng)的選擇18</p><p>　　4.3 澆注系統(tǒng)的流動模擬20</p><p>　　第五章 鑄造CAE驗

12、證23</p><p>　　5.1完整的鑄造工藝23</p><p>　　5.2鑄件的縮松預(yù)測24</p><p>　　5.3鑄件的工藝說明25</p><p>　　第六章 工裝設(shè)計26</p><p>　　6.1 型板設(shè)計26</p><p>　　6.2 砂箱設(shè)計27</p

13、><p>　　6.3芯盒設(shè)計和制芯工藝27</p><p>　　6-4其他說明29</p><p>　　第七章 鑄造工藝卡30</p><p><b>　　第八章 總結(jié)32</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p>

14、;<b>　　致 謝34</b></p><p><b>　　序 言</b></p><p>　　鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，已有約6000年的歷史。進(jìn)入20世紀(jì)，鑄造的發(fā)展速度很快，其重要因素之一是產(chǎn)品技術(shù)的進(jìn)步 ，要求鑄件各種機械物理性能更好，同時仍具有良好的機械加工性能；另一個原因是機械工業(yè)本身和其他工業(yè)如化工、儀表等的發(fā)展

15、，給鑄造業(yè)創(chuàng)造了有利的物質(zhì)條件。</p><p>　　本課題畢業(yè)設(shè)計是機械制造及其自動化專業(yè)的學(xué)生必須要經(jīng)歷的一個重要的實踐環(huán)節(jié)。通過本環(huán)節(jié)的鍛煉一方面可以把以前所學(xué)的知識融會貫通，從而達(dá)到溫故而知新的目的，提高解決實際工程課題的能力；另一方面，可以把理論知識與實踐相結(jié)合，從而學(xué)會真正的應(yīng)用。</p><p>　　該課題來源于第三屆“永冠杯”中國大學(xué)生鑄造工藝大賽的比賽選題。通過對該零件的

16、工藝設(shè)計，鍛煉機械制造模具專業(yè)畢業(yè)生綜合實踐的能力和綜合運用專業(yè)知識的能力，并為就業(yè)后的發(fā)展打下基礎(chǔ)。</p><p>　　本課題有利于培養(yǎng)我在實際的工業(yè)生產(chǎn)中綜合運用多學(xué)科知識和技能獨立工作的能力；而且讓我拓展了知識面，學(xué)會了如何分析問題和解決問題的能力。 </p><p>　　我的研究思路是首先根據(jù)零件圖對它做出詳盡的分析，接著對零件的工藝進(jìn)行設(shè)計，然后對該工藝進(jìn)行鑄造CAE模擬，其次

17、設(shè)計零件的工裝。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計是我們在大學(xué)里交的最后一份書面作業(yè)，所以我們一定要認(rèn)真對待！</p><p><b>　　第一章 鑄件的分析</b></p><p>　　鑄件技術(shù)要求、結(jié)構(gòu)特點和生產(chǎn)條件是進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計的基礎(chǔ)。根據(jù)《A件—中座》圖紙和技術(shù)要求，對鑄件結(jié)構(gòu)和技術(shù)特性進(jìn)行分析，為該鑄件的鑄造工藝設(shè)計提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和設(shè)計

18、依據(jù)。</p><p><b>　　1.1鑄件結(jié)構(gòu)分析</b></p><p>　　為便于進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，我們根據(jù)《A件—中座》圖紙，見附圖1。采用UG軟件進(jìn)行三維造型，圖1-1和圖1-2分別為鑄件的不同視角的三維效果圖。</p><p>　　圖1-1鑄件的前視角圖</p><p>　　圖1-2 鑄件后視角的效果圖<

19、/p><p>　　根據(jù)圖1-1和圖1-2，可看出該鑄件型腔較多，外形結(jié)構(gòu)簡單，圖上的左右兩端面的兩個Ф22的孔鑄不出來，上端面以及操作端上面的M16的孔均鑄不出來。</p><p>　　鑄件單重為912kg。</p><p>　　1.2鑄件的技術(shù)要求</p><p>　　根據(jù)圖紙規(guī)定，鑄件的技術(shù)要求有：</p><p>&

20、lt;b>　　材質(zhì)HT250；</b></p><p><b>　　未注圓角R10；</b></p><p>　　尺寸公差為CT12；</p><p>　　鑄件加工表面不得有夾渣，縮孔和疏松缺陷，非加工面不得有明顯的夾渣，凹陷；</p><p>　　樹脂砂造型，一模一件。</p><

21、p><b>　　1.3工藝性能分析</b></p><p>　　試棒直徑 30mm 的機械性能見表1.1[1]，HT250 的抗拉強度和塑性較低。</p><p>　　表1.1 HT250 機械性能</p><p>　　HT250 典型的化學(xué)成分見表1.2[2]，小型鑄件含碳量取3.2％左右，含硅量取1.7％左右，大鑄件的含碳量取2.9％

22、左右，和含硅量取1.4％左右，具體工藝參數(shù)根據(jù)各企業(yè)的情況確定，總之，HT250 的碳硅當(dāng)量接近共晶成分，鑄造流動性好。</p><p>　　表1.2 HT250 化學(xué)成分</p><p>　　HT250 須孕育處理，獲得中等大小的A 型石墨；增加共晶團數(shù)，促進(jìn)珠光體形成；減少白口傾向，改善斷面均勻性。一般采用FeSi75 作為孕育劑，硅鐵能夠滿足絕大部分鑄件的生產(chǎn)要求，是普遍使用的成熟孕

23、育劑，孕育劑帶入鐵液中的硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.3%，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.1%[3]。商品FeSi75 的化學(xué)成分如下見表1.3[4]。</p><p>　　表1.3 商品FeSi75 孕育劑化學(xué)成分</p><p><b>　　1.4生產(chǎn)條件</b></p><p>　　鑄件圖上只規(guī)定了鑄型采用樹脂砂，其余生產(chǎn)條件如生產(chǎn)批量、企業(yè)的工藝裝備能

24、力和是否有專用砂箱等都沒有具體規(guī)定，所以我們只能假定，生產(chǎn)數(shù)為1000件，生產(chǎn)企業(yè)備有專用砂箱，每箱做一件；采用感應(yīng)電爐溶化，鐵水成分合格的情況下，澆注，考慮到鑄件的重量和鑄鐵生產(chǎn)技術(shù)要求，每包澆2只鑄件。</p><p>　　第二章 鑄造工藝設(shè)計</p><p>　　根據(jù)以上對結(jié)構(gòu)特點和生產(chǎn)條件的分析，進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計。根據(jù)技術(shù)要求、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和鑄造工藝手冊等技術(shù)文件，確定機械加工余量、澆

25、注位置、分型面、分模面和型芯結(jié)構(gòu)等。</p><p><b>　　2.1 加工余量</b></p><p>　　《A件—中座》圖紙規(guī)定了鑄件的尺寸公差為CT12，根據(jù)GB6414-86和GB/T 1135 [5]，灰鑄鐵樹脂砂造型屬于手工造型，無論是大批量還是小批量，鑄件加工余量等級為H [6]，確定鑄件加工面的加工余量，兩端面間尺寸250mm，雙側(cè)加工，加工余量選1

26、1，上端面直徑551mm沉孔和兩側(cè)的四個直徑150mm的圓柱孔，加工余量選為5mm和3.5mm。四個直徑150mm圓柱孔的端面加工余量選4.5mm，兩側(cè)直徑為70的端面銑平面加工余量選3.5mm。 </p><p>　　圖2-1 加工余量圖</p><p>　　根據(jù)圖2-1，模型上，上下兩端面實際尺寸為261mm，上端面直徑551mm沉孔尺寸為541mm，兩側(cè)的四個圓柱孔的尺寸為140m

27、m，兩側(cè)直徑為70的端面銑平面的尺寸為58.5mm。</p><p><b>　　2.2 鑄造收縮率</b></p><p>　　該零件材料為HT250，屬于鐵素體球鐵，根據(jù)資料，鐵素體球鐵的自由收縮率和受阻收縮率分別為1.0%和0.9%[7]，做首件時，確定鑄造收縮率為0.9%，待首件劃線檢驗后，再修正模具。</p><p><b>

28、;　　2.3 分型面</b></p><p>　　根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)分析和圖2-1，所給資料中的標(biāo)注鑄件的其它加工面都與底部的操作端有關(guān)，根據(jù)有關(guān)理論，鑄件重要加工面放在鑄件下方，因此，把底部操作端放在澆注位置下方，即圖2-1所示的鑄件位置為鑄件的澆注位置。</p><p>　　根據(jù)分型面選擇的原則[8]，并根據(jù)鑄件的特點，選擇如圖2-2所示的分型面。這樣分型的優(yōu)點是：分型面數(shù)量只

29、有一個（分型面最少）；雖然鑄件分在兩個鑄型內(nèi)，但因為是樹脂砂造型，采用型板和定位銷，可以保證鑄件的精度，便于下芯、合箱和檢查型腔尺寸；上下部砂箱高度可以降低（分型面是鑄件的最大截面）砂鐵比也可減少。</p><p><b>　　圖2-2 分型面</b></p><p><b>　　2.4 分模面</b></p><p>　

30、　采用圖2-2分型面造成鑄件被上下分開，利用造型可獲得中間型腔的自然型芯，免去造型芯帶來的時間和經(jīng)濟的消耗。我們采用單一模面和吊砂的方案，如圖2-3所示。我們擬定兩種分模方案：采用A方案分模，上下砂型脫模容易，且砂箱高度適合：采用B方案分模，上下砂型脫模容易，但拔模時存在困難和材料的多余消耗，上下砂箱的高度相差太大，吊砂高度高。</p><p>　　根據(jù)我們確定的鑄件的澆注位置和分型面，為減少砂芯數(shù)量，我們采用A

31、分模方案，在本方案中，內(nèi)腔與四周圓孔通過自來芯形成，上砂型4 個圓孔吊砂高度為100mm，圓形凹面周圍8 個內(nèi)腔的吊砂高度為190mm，鑄件中心部位凹面4 個內(nèi)腔和2 個凹槽的吊砂高度分別為180mm 和90mm。工藝上可行；底部大平面兩個端面我們采用活塊，不用外模砂芯，通孔砂芯可直接定位在上砂型中，采用吊鉤固定在上砂型中。因此，采用本方案分模面設(shè)計，只要一只通孔型芯，通孔型芯為1#型芯。不需要其他型芯，減少模具成本，簡化生產(chǎn)工藝。&l

32、t;/p><p><b>　　A方案</b></p><p><b>　　B方案</b></p><p><b>　　圖2-3 分模面</b></p><p><b>　　2.5 型芯設(shè)計</b></p><p>　　根據(jù)以上的分型面和

33、分模面設(shè)計，型芯設(shè)計有兩個方案，一個是通過模具扯活，把鑄件底部影響鑄件起模的部分做成活塊，就只需一個通孔型芯；另一種方案就是做一圈外型芯，模具不扯活，還需一個通孔型芯，共需要5 個型芯。在鑄件批量小的時候，優(yōu)選第一種方案，在鑄件批量大的時候，優(yōu)先考慮第二種方案。由于我們假定生產(chǎn)數(shù)量為10 件，屬于小批量生產(chǎn)，如果采用第二種方案，需要至少三副型芯盒，增加成本和操作工序，也影響鑄件精度，所以我們采用A方案模具活塊設(shè)計如圖2-4所示，有二個活

34、塊。</p><p><b>　　圖2-4活塊</b></p><p>　　造型時，把活塊按圖2-7 所示的位置和模型組合，放砂，當(dāng)型砂硬化后，取出下模，再取出這兩個活塊。本方案中1 號型芯放置位置如圖2-5所示。</p><p>　　圖2-5 1號型芯的位置</p><p>　　圖2-6 1#型芯立體圖</p&g

35、t;<p>　　1號芯用來形成下方直徑為90mm的通孔，利用兩端芯頭起固定作用，芯骨采用直徑為20mm的鋼筋，1號芯幾乎全部被鐵水包圍，因此制芯時要注意砂芯的強度和透氣性。有兩個型芯頭，拔模斜度為3°，整個砂芯吊在上砂模，因此在制芯時，兩個型芯頭的上端面引出連接構(gòu)，用鐵絲把砂芯吊在上砂芯上。型芯在上砂型的位置如圖2-7所示。</p><p>　　圖2-7 1#型芯在上砂型中的位置與固定方式

36、</p><p><b>　　2.6 其他參數(shù)</b></p><p>　　除了上述主要的工藝參數(shù)外，還有起模斜度、分型負(fù)數(shù)、工藝補正量和反變形量等，由于零件不大，加上樹脂砂造型，可不考慮分型負(fù)數(shù)、工藝補正量和反變形量，只規(guī)定起模斜度為1度[9]。</p><p>　　第三章 冷鐵冒口設(shè)計 </p><p>　　3.1

37、鑄件的凝固模擬</p><p>　　根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)，樹脂砂的強度，本工藝方案采用同時凝固原則，中座鑄件的模數(shù)為26mm，灰鑄鐵在凝固過程中析出石墨并伴隨相變膨脹，有一定的自補縮功能，結(jié)合鑄造CAE 的結(jié)果，進(jìn)行鑄件的冒口和冷鐵設(shè)計。</p><p>　　采用MAGMA 對鑄件凝固進(jìn)行模擬，預(yù)測鑄件的熱節(jié)、縮松。采用的工藝參數(shù)如下：澆注溫度1360℃，型砂溫度為20℃，型砂與鑄件熱交換系數(shù)為9

38、00。由于任務(wù)書沒有說明鑄鐵處理資料，根據(jù)相關(guān)資料，鑄鐵成分?。害豤=3.1%ωSi=1.6% ，ωMn=1.09%，ωS≤0.12%，ωP≤0.10%。其余參數(shù)為軟件提供的典型值。</p><p>　　在瞬態(tài)充型時，鑄造CAE 模擬的鑄件熱節(jié)如圖3.1 所示，鑄件熱節(jié)位于鑄件底部，鑄件最長的凝固時間為10101s，約為3小時。因為我們采用同時凝固的原則，在進(jìn)行工藝設(shè)計時，考慮在鑄件底部放置冷鐵，減少鑄件熱節(jié)，防

39、止熱節(jié)部位組織粗大和缺陷出現(xiàn)。</p><p>　　圖3-1 鑄件的熱節(jié)分布</p><p>　　在沒有設(shè)置澆冒口的情況下，鑄造CAE 的縮孔縮松如圖3-2 所示，鑄件上平面有縮松，縮孔，而且都出現(xiàn)在鑄件的最高點。</p><p>　　圖3-2 鑄件的縮松縮孔預(yù)測</p><p>　　因此，在鑄造工藝設(shè)計時應(yīng)采取工藝措施，對鑄件補縮，常用冒口

40、進(jìn)行補縮；但對鑄鐵來說，可充分利用鑄鐵的石墨自膨脹來減少冒口的補縮量。</p><p>　　3.2 鑄件的冒口設(shè)計</p><p>　　鑄鐵的冒口設(shè)計比其他鑄件復(fù)雜，不僅考慮鑄件的化學(xué)成分，還要考慮如孕育方式孕育量等生產(chǎn)條件，此外，還要考慮型砂強度等，灰鑄鐵件冒口設(shè)計采用兩種方法，收縮模數(shù)法和經(jīng)驗比例法。我們采用收縮模數(shù)法進(jìn)行冒口設(shè)計。</p><p>　　收縮模數(shù)

41、法在進(jìn)行補縮冒口設(shè)計時需采用兩個關(guān)鍵的參數(shù)：灰鑄鐵件的收縮時間分?jǐn)?shù)和鑄件的補縮率，分別用Pc 和Fc 表示。Pc 和Fc 與鑄件模數(shù)Mc 和質(zhì)量商周界Qm的回歸統(tǒng)計模型[10]為：</p><p><b>　　（3-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　灰鑄鐵件的收縮時間分?jǐn)?shù)為鑄

42、件收縮時間與鑄件凝固時間的比值，Pc 越小，鑄件就越不需要的補縮，鑄件的補縮率為外部補縮體積與鑄件總體積的比率，F(xiàn)c 越小，鑄件需要的補縮冒口越小。</p><p>　　冒口體模數(shù) MR 的計算公式為：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中， f1 為冒口平衡系數(shù)，一般取; f3為冒口壓力系數(shù)， f2 與

43、鐵件的收縮時間分?jǐn)?shù)有關(guān)。 f2 與鐵件的收縮時間分?jǐn)?shù)的關(guān)系見公式3-4， 為鑄件的模數(shù)。</p><p>　?。?3-4 ） </p><p>　　冒口壓力系數(shù)與鑄件的形狀有關(guān)，鑄件形狀可用鑄件的質(zhì)量商周界來表示，與的關(guān)系見表3.1[11]</p><p>　　表3.1 冒口壓

44、力系數(shù)取值推薦表</p><p>　　現(xiàn)在來計算中座鑄件的補縮冒口模數(shù)，把鑄件體積127244cm3 和鑄件的表面積49060cm2 代人相關(guān)以上公式得到：</p><p>　　由公式4-3 可得到冒口模數(shù)為：</p><p>　　我們采用耳冒口，模數(shù)超過1.85cm 標(biāo)準(zhǔn)耳冒口的重要尺寸見表3.2[12]。</p><p>　　表3.2 模

45、數(shù)超過1.85cm 的標(biāo)準(zhǔn)的耳冒口的重要尺寸</p><p>　　我們可選擇耳8冒口和耳9冒口，為安全起見，我們選耳9冒口。根據(jù)鑄件的形狀，我們選擇把冒口壓在中座柱孔的中間，如圖3-3 所示。由于還沒有確定澆注系統(tǒng)，我們直接采用計算機模擬凝固來觀察加入冒口后的鑄件的縮孔情況。</p><p>　　圖3-3 鑄件壓邊冒口的布置圖</p><p>　　圖3-4 加入耳冒

46、口的縮孔分布圖</p><p>　　由圖3-4 可知，加入壓邊冒口之后，鑄件上的縮孔全部移到壓邊冒口里面，我們先按這一工藝初步確定冒口。</p><p>　　3.3鑄件冷鐵的設(shè)計</p><p>　　由圖3-1可知，鑄件中心下部，有一熱節(jié)區(qū)，熱節(jié)區(qū)不僅影響冒口的補縮，而且組織粗大，為實現(xiàn)同時凝固，我們采用冷鐵來縮小鑄件的熱節(jié)。</p><p>

47、;　　為計算冷鐵的厚度和冷卻面積，我們把鑄件中心部分單獨分割出來，獨立計算該部分的體積和模數(shù)，圖3-4 為鑄件中心部分的形狀，采用三維軟件的查詢功能得知，分割出來的鑄件這部分體積為62693cm3，面積為17698cm2，則模數(shù)為3.5cm，而鑄件部分的模數(shù)為2.6cm，因此計算冷鐵時，要把這部分的模數(shù)盡量降低到鑄件平均模數(shù)，即把這部分模數(shù)從3.5 降低到2.6cm。根據(jù)經(jīng)驗，取冷鐵的厚度為被激冷部位的模數(shù)，我們?nèi)±滂F的厚度為3.5cm

48、，冷鐵沿?zé)峁?jié)分布，每塊冷鐵的寬度為10cm。圖3-5為冷鐵的布置圖。加入冷鐵后鑄件的熱節(jié)分布如圖3-6 所示。</p><p>　　圖3-4 分割出來的鑄件中心部分</p><p>　　圖3-5 冷鐵的布置圖</p><p><b>　　第四章澆注系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　根據(jù)鑄件的特點和生產(chǎn)條件，采用封閉式

49、澆注系統(tǒng),且使用陶瓷管做澆注系統(tǒng)。首先確定澆注時間、內(nèi)澆口的面積，澆注系統(tǒng)的分布、壓頭高度，最后采用鑄造CAE進(jìn)行流動模擬和凝固模擬，驗算和分析澆注系統(tǒng)。</p><p>　　4.1澆注時間的確定</p><p>　　資料介紹了一般鑄件的澆注時間的計算公式和圖表，綜合起來，灰鐵的澆注時間按下列公式[13]計算：</p><p><b>　?。?－1）<

50、;/b></p><p>　　式中：t——澆注時間（S）</p><p>　　GL——型內(nèi)金屬液體的重量（kg）</p><p>　　S1——與鑄件壁厚有關(guān)的系數(shù)</p><p>　　δ——鑄件壁厚（㎜）</p><p>　　式4－1為重量小于10T的鑄件的澆注時間計算公式。</p><p&g

51、t;　　鑄件的重量為912kg，假定鐵水的收得率為80%，即澆冒口重量占鑄件的20%， 需要金屬液體的重量為1140kg.</p><p>　　根據(jù)公式4－1，選S為2.0[14]，該鑄件的澆注時間為</p><p><b>　　取t＝30S</b></p><p>　　根據(jù)澆注時間驗算最小液面上升速度，按下列公式驗算：</p>

52、<p>　　ν =C / t （4－2） </p><p>　　式中：C——鑄件的壁厚（㎜）</p><p>　　t——澆注時間（s）</p><p>　　ν =250 / 30=8.3（㎜/s）</p><p>　　最小頁面上升速度 8

53、<8.3<10 所以滿足要求</p><p>　　4.2 澆注系統(tǒng)的選擇</p><p>　　根據(jù)灰鑄鐵的特性和零件的結(jié)構(gòu)，采用半封閉式樣澆注系統(tǒng)[15]：</p><p><b>　?。?－3）</b></p><p>　　把內(nèi)澆道作為阻流截面，按阻流截面設(shè)計法[16]：</p><p&

54、gt;<b>　?。?－4）</b></p><p>　　式中u為流量損耗系數(shù)，Hp為平均靜壓頭，t為澆注時間，GL為金屬液體總重量。</p><p>　　樹脂砂屬于干型，流量損耗系數(shù)u在0.55～0.65，取u為0.6[17]</p><p>　　平均靜壓頭Hp確定：</p><p><b>　　（4 - 5

55、）</b></p><p>　　根據(jù)鑄件的厚度，選擇300mm高的砂箱（上、下砂箱相同），澆口杯高度為150mm，則：</p><p><b>　?。?2.5㎝</b></p><p>　　澆注系統(tǒng)的設(shè)計校核：</p><p>　　根據(jù)圖紙，剩余壓頭hM＝300+150－90（上半鑄件的高度）=360mm，鑄

56、件的長度為958mm，內(nèi)澆道長度為100mm，則壓力角為</p><p>　　大于資料規(guī)定的7° [18]</p><p>　　因此，設(shè)計的直澆道的高度是合理的。</p><p>　　由此根據(jù)式4－4計算的內(nèi)澆道面積為</p><p><b>　?。īM2）</b></p><p>　　內(nèi)

57、澆道從鑄件的底部進(jìn)入，分布6道：每道澆道的面積為8 cm2，選用9 cm2，則d=34㎝。</p><p>　　根據(jù)式4－3，橫澆道的面積為30 cm2，直澆道的面積為48cm2。</p><p>　　由此確定直澆道和橫澆道尺寸：</p><p>　　直澆道選直徑88㎜，橫澆道的上澆流道上下寬度為60㎜和44㎜，高度66㎜。</p><p>

58、<b>　　根據(jù)選定的</b></p><p>　　澆注系統(tǒng)安排如圖4－1所示。立體圖如圖4－2所示</p><p>　　圖4-1 鑄件的澆注系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　圖4-2 鑄件的澆注系統(tǒng)立體圖</p><p>　　內(nèi)澆道從鑄件的下部進(jìn)入鑄件，防止金屬液體沖砂（型芯1）。金屬液面的上升速度為12.5mm/s，符合

59、最小液面上升速度的要求 [19] 。</p><p>　　4.3 澆注系統(tǒng)的流動模擬</p><p>　　根據(jù)5-1 確定的澆注系統(tǒng)，采用鑄造CAE 進(jìn)行流動模擬，分析金屬液體流動速度。</p><p>　　圖4-3 充型10％的時候金屬液體的流動速度分布</p><p>　　圖4-4 充型20％的時候金屬液體的流動速度分布</p>

60、;<p>　　圖4-5 充型50％的時候金屬液體的流動速度分布</p><p>　　圖4-6 充型70％的時候金屬液體的流動速度分布</p><p>　　從圖4-3 可看出，金屬液體先充滿橫澆道，再由陶瓷管內(nèi)澆道進(jìn)入型腔，金屬液體從型腔的底部流入，流動速度內(nèi)澆口高；當(dāng)充型20%左右時，金屬平板底部充滿，鑄件內(nèi)金屬液體流動還不平穩(wěn)，如圖4-4；當(dāng)充型50%左右時，行腔內(nèi)的金屬液

61、體開始平穩(wěn)上升，如圖4-5有利于金屬液中的非金屬夾上??；當(dāng)充型到70%左右的時候行腔內(nèi)的金屬平穩(wěn)充型，如圖4-6。</p><p>　　第五章 鑄造CAE驗證</p><p>　　根據(jù)上述澆冒口設(shè)計方案，我們對鑄件在整個鑄造過程中的凝固行為進(jìn)行了模擬分析，主要是分析鑄件的縮孔縮松傾向。</p><p>　　5.1完整的鑄造工藝</p><p>

62、;　　上述的澆冒口系統(tǒng)設(shè)計是根據(jù)理論得到的，為使編制的工藝滿足實際生產(chǎn)要求，把鑄件的澆注系統(tǒng)模型進(jìn)行了完善，圖5-1 為完整的鑄造工藝三維圖。</p><p>　　圖5-1 完整的鑄造工藝的立體圖</p><p>　　為便于澆注時型腔排氣，我們設(shè)計了出氣片，共16 個，出氣片放在鑄件的最高位置；冒口放在鑄件兩邊，冒口采用標(biāo)準(zhǔn)耳冒口，2 只耳9，冒口的理論重量為51x2kg。直澆口上部接澆口

63、杯，澆口杯高度為200mm。冷鐵5 塊，尺寸為100x200x50，在制作下模的時，把放置放冷鐵的位置凸出2mm 以便在造型時冷鐵定位；冷鐵表面拋丸，上涂料后，用噴燈或熱風(fēng)烘干。</p><p>　　根據(jù)完整的澆注系統(tǒng)，我們進(jìn)行綜合模擬，對鑄件各部分的縮松進(jìn)行了預(yù)測。</p><p>　　5.2鑄件的縮松預(yù)測</p><p>　　我們對鑄件的各個斷面進(jìn)行了縮松分析，

64、 分析本設(shè)計工藝鑄件的缺陷分布和大</p><p>　　小，如果有缺陷，我們必須改進(jìn)鑄造工藝設(shè)計的設(shè)計。我們采用剖面法對鑄件的各個縱剖面進(jìn)行縮松觀察，圖5-2 為整個鑄件的外觀縮松預(yù)測，圖5-3 為冒口下方的鑄件水平端面的縮松分布圖，圖5-4 為鑄件的熱節(jié)位置的水平面縮松分布。</p><p>　　由圖5-2 可看出，整個鑄件的外觀無縮松點，鑄件完整；由圖5-3 可看出，在冒口附近鑄件的水

65、平面沒有縮松點（其他顏色的點），說明沒有形成反補縮；5-4 為鑄件加入冷鐵后的熱節(jié)位置水平面縮松分布；我們也對沿x 方向和y 方向的端面進(jìn)行同樣的分析，在鑄件內(nèi)沒發(fā)現(xiàn)縮松。按這一澆冒口設(shè)計的鑄造工藝生產(chǎn)鑄件，理論上說，鑄件內(nèi)不出現(xiàn)縮松。</p><p>　　圖5-2 鑄件外部的縮松分布圖</p><p>　　圖5-3 鑄件冒口以下水平端面的的縮松分布</p><p>

66、;　　圖5-4 鑄件熱節(jié)位置的水平端面的的縮松分布</p><p>　　5.3鑄件的工藝說明</p><p>　　由以上的數(shù)值模擬分析可知，理論上，我們設(shè)計的工藝可獲得致密的鑄件，工藝可操作性符合實際的鑄造生產(chǎn)，采用的材料經(jīng)濟；鑄件工藝出品率為85％，滿足產(chǎn)品經(jīng)濟性要求。本工藝僅為理論設(shè)計，還不能直接用于生產(chǎn)工藝，僅可作為實際生產(chǎn)工藝的參考，在實際生產(chǎn)上，各企業(yè)的生產(chǎn)條件不同，管理水平不一

67、致，這就需要結(jié)合企業(yè)的實際，進(jìn)行試生產(chǎn)，檢查鑄件的質(zhì)量情況，確定中座鑄件的實際生產(chǎn)工藝。</p><p><b>　　第六章 工裝設(shè)計</b></p><p>　　在鑄造工藝設(shè)計完成的基礎(chǔ)上，進(jìn)行簡單的工裝設(shè)計，內(nèi)容為型板設(shè)計和砂箱要求。</p><p><b>　　6.1 型板設(shè)計</b></p><

68、p>　　考慮到鑄件的技術(shù)要求（上下型錯模不得大于1mm）和樹脂砂工藝的特點（連續(xù)放砂的要求），采用型板，上型板的三維圖如圖6-1所示，下型板的三維圖如圖6-2所示。型板的尺寸：長1550mm，寬為1250mm。型板上設(shè)計定位孔，安裝定位銷。</p><p>　　圖6-1鑄件的上型板</p><p>　　圖6-2鑄件的下型板</p><p>　　型板設(shè)計采用UG

69、設(shè)計，基于UG的CAM功能，進(jìn)行數(shù)控加工。</p><p><b>　　6.2 砂箱設(shè)計</b></p><p>　　根據(jù)型板和鑄件工藝設(shè)計的要求，設(shè)計砂箱的形狀為長方形，內(nèi)長設(shè)計為1500mm，內(nèi)寬為1200mm，高300mm。在保證砂型剛性和強度的前提下，即可采用鑄鐵，也可采用鋼板焊接而成。上下砂箱都采用箱擋。</p><p>　　6.3芯

70、盒設(shè)計和制芯工藝</p><p>　　本工藝設(shè)計只有一個型芯，用來形成鑄件的中心孔，考慮型芯的排氣，型芯有定位孔和透氣孔，根據(jù)鑄造工藝圖，型芯的體積為6.6dm3，計算的理論重量為10kg，砂芯可以人工搬運。</p><p>　　根據(jù)以上要求，我們設(shè)計的型芯如圖6-3 所示?？紤]到型芯受到金屬液體浮力，浮力大小為300N，所以型芯芯骨采用直徑為20mm 的鋼材，焊接成圖中右邊的結(jié)構(gòu)，在制芯

71、時，放在型砂中，在芯骨上纏上透氣的尼龍管，并引到型芯的頂端，在配模時，與上砂型的通氣孔接通。</p><p><b>　　型芯</b></p><p><b>　　芯骨在型芯中的位置</b></p><p><b>　　芯骨</b></p><p>　　圖6-3 型芯結(jié)構(gòu)圖&l

72、t;/p><p>　　設(shè)計如圖7-4的兩個型芯盒，左型芯盒和右型芯盒，芯盒裝配時設(shè)計兩個定位銷。制芯時，先把左芯盒和右芯盒組合起來，放芯骨，放砂，注意芯骨的定位，把砂填滿，緊實。型芯進(jìn)入自硬階段，把芯骨的吊扣挖出，然后等型芯自硬完成，取走左芯盒和右芯盒，把型芯吊運到涂料工部，刷醇基涂料，點火干燥后再上一遍涂料，點火烘干，備用。</p><p><b>　　左型芯盒</b>

73、</p><p><b>　　右型芯盒</b></p><p>　　圖6-4型芯盒結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　6-4其他說明</b></p><p>　　造型和制芯時，采用振動臺，保證型砂的緊實率。脫模時間根據(jù)氣溫和砂溫條件確定；采用醇基石墨涂料，鑄型和型芯上涂料兩遍，上好涂料，點火烘干。內(nèi)

74、澆道和直澆道采用流涂機上涂料。</p><p><b>　　第七章 鑄造工藝卡</b></p><p>　　根據(jù)以上結(jié)果，為指導(dǎo)生產(chǎn)人員生產(chǎn)和檢驗員對產(chǎn)品的監(jiān)控，我們編制了鑄造工藝卡。表7.1 為鑄造工藝卡，為生產(chǎn)鑄件作總的指導(dǎo)。</p><p>　　表7.1 鑄造工藝卡</p><p><b>　　第八章 總

75、結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過這半年的不懈努力，我完成了中座的模具設(shè)計和工藝設(shè)計，在對零件結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，制定了中座的各方面的工藝，以上中座的工藝設(shè)計是根據(jù)鑄造工藝的理論和鑄造CAE軟件的計算結(jié)果完成的，并沒有考慮到生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)水平、管理水平和工裝條件，待首件生產(chǎn)出來，畫線檢驗后進(jìn)行修正。</p><p>　　在對中座的鑄造工藝設(shè)計過程中，我熟悉了編制鑄

76、造工藝的方法，查閱了與鑄造工藝相關(guān)的手冊，按規(guī)范進(jìn)行了鑄造工藝設(shè)計，并采用鑄造CAE對鑄件的凝固過程和流動過程進(jìn)行計算分析，優(yōu)化冒口和冷鐵設(shè)計，通過對鑄件澆注過程的流動分析，可視化觀察了鑄件的充型過程，驗證了澆注系統(tǒng)的設(shè)計。</p><p>　　通過這次的工藝設(shè)計，我不僅獲得了鑄造工藝方面的知識，還掌握了分析工程問題和解決工程問題的能力，學(xué)會查閱和使用設(shè)計手冊，為將來的工作打下了良好的基礎(chǔ)。</p>

77、<p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]中國機械工程學(xué)會鑄造分會 鑄造手冊（鑄鐵），機械工業(yè)出版社，2010:257</p><p>　　[2] 中國機械工程學(xué)會鑄造分會 鑄造手冊（鑄鐵），機械工業(yè)出版社，2010:260</p><p>　　[3] 中國機械工程學(xué)會鑄造分會 鑄造手冊（鑄鐵），機械工業(yè)出版社

78、，2010:237</p><p>　　[4] 中國機械工程學(xué)會鑄造分會 鑄造手冊（鑄鐵），機械工業(yè)出版社，2010:240</p><p>　　[5]中國機械工程學(xué)會鑄造分會 鑄造手冊（鑄造工藝），機械工業(yè)出版社，2002:117</p><p>　　[6]中國機械工程學(xué)會鑄造分會 鑄造手冊（鑄造工藝），機械工業(yè)出版社，2002:122</p>&l

79、t;p>　　[7]中國機械工程學(xué)會鑄造分會 鑄造手冊（鑄造工藝），機械工業(yè)出版社，2002:123</p><p>　　[8]呂廣庶，張遠(yuǎn)明. 工程材料及成形技術(shù)基礎(chǔ)，高等教育出版社，2001:163</p><p>　　[9]中國機械工程學(xué)會鑄造分會 鑄造手冊（鑄造工藝），機械工業(yè)出版社，2002:126</p><p>　　[10] 中國機械工程學(xué)會鑄造分

80、會 鑄造手冊（鑄造工藝），機械工業(yè)出版2010:381</p><p>　　[11] 中國機械工程學(xué)會鑄造分會 鑄造手冊（鑄造工藝），機械工業(yè)出版社2010:382</p><p>　　[12] 中國機械工程學(xué)會鑄造分會 鑄造手冊（鑄造工藝），機械工業(yè)出版2010:389</p><p>　　[13]中國機械工程學(xué)會鑄造分會 鑄造手冊（鑄造工藝），機械工業(yè)出版社，2

81、002:199</p><p>　　[14]中國機械工程學(xué)會鑄造分會 鑄造手冊（鑄造工藝），機械工業(yè)出版社，2002:212</p><p>　　[15]中國機械工程學(xué)會鑄造分會 鑄造手冊（鑄造工藝），機械工業(yè)出版社，2002:192</p><p>　　[16]中國機械工程學(xué)會鑄造分會 鑄造手冊（鑄造工藝），機械工業(yè)出版社，2002:192</p>

82、<p>　　[17] 張秀偉，康秀紅，夏立軍，等. 大型鋼錠凝固數(shù)值模擬與試驗研究[J]. 鑄造，2010，59 （3）：276-279.</p><p>　　[18]中國機械工程學(xué)會鑄造分會 鑄造手冊（鑄造工藝），機械工業(yè)出版社，2002:197</p><p>　　[19]中國機械工程學(xué)會鑄造分會 鑄造手冊（鑄造工藝），機械工業(yè)出版社，2002:197</p>

83、<p>　　[20]Rappaz M, Gadin Ch-A. Predication of grain structure in various solidification process. Metall Trans,1996, 27A3, 27A(3): 695-905</p><p>　　[21]Brown and Spittle. Computer simulation of grain an

84、d microstructure</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生活，隨著本文的結(jié)束，四年的大學(xué)學(xué)習(xí)生活也即將畫上句號。畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)期間的最后一個環(huán)節(jié)，同時也是最重要的一個環(huán)節(jié)，它是對大學(xué)四年所學(xué)知識的一次綜合的檢驗，也是我們進(jìn)入工作崗位之前的一次最好的鍛煉和實踐的機會。</p><p>　

85、　在這次的畢業(yè)設(shè)計過程中，特別要感謝我的老師——xx，感謝他對我一遍又一遍的悉心講解和指導(dǎo)，以及對我在學(xué)習(xí)上所提供的一切教育、關(guān)心和幫助，在這里表示我最衷心的謝意。同時也要感謝xx大賽提供了該研究課題，為我們在校大學(xué)生參加社會實踐活動提供有意義的平臺，在此表示衷心的謝意！</p><p>　　通過本次設(shè)計，我對鑄件的工裝設(shè)計及工藝設(shè)計有了完全的認(rèn)識；對AutoCAD的使用能力有了一定的提高，同時，對MAGMA軟件