【正文】 Ⅰ 摘 要 本設(shè)計(jì)是對(duì)支承 刀架 進(jìn)行鑄造毛坯工藝設(shè)計(jì)。 首先 ，對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行分析。 根據(jù) 支承刀架 的使用條件、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)批量情況，對(duì)鑄件進(jìn)行鑄造工藝 分析，明確零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，找出可能存在的結(jié)構(gòu)問題。其次，根據(jù) 支承 刀架 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求、生產(chǎn)要求、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件選擇 正確的 鑄造 方法 及造型方法。由零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出多種澆注位置 和分型 面選擇為 方案，綜合對(duì)比分析，選擇最為理想的澆注位置及分型面，制定出 詳細(xì) 的鑄造工藝方案。再次，根據(jù)所確定的鑄造工藝方案和零件的特點(diǎn)，選擇 正確 的工藝參數(shù)， 合理 設(shè)計(jì)鑄件的砂芯， 設(shè)計(jì)正確的 澆注系統(tǒng) 并校核， 再根據(jù)滾圓法結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)冒口 并校核。最后進(jìn)行砂箱、芯盒等相關(guān)工裝設(shè)備 設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵字 ： 砂型鑄造；工藝分析；鑄造工藝設(shè)計(jì)；澆注系統(tǒng) II Abstract The design of the valve cylinder casting blank process , according to the conditions of use of parts, structural characteristics and production volume, bined with the existing plant equipment for casting the casting process analysis, clear parts of the structure characteristics, identify possible structural , according to the structural characteristics of parts, technical requirements, production requirements, production volume, production conditions and modeling casting method the parts of the structure, this paper proposes a variety of casting and subtype scheme, prehensive parative analysis, select the most ideal location and casting parting, to develop a detailed casting , according to the casting process and the characteristics of the part, the choice of suitable process parameters, the design of the sand core casting, casting , sand box, core box, gating system, riser and cold iron, associated tooling and equipment design. Key words： sand casting； technology analysis； casting technology design； gating sy 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前言 在現(xiàn)代科技進(jìn)步與鑄造業(yè)蓬勃發(fā)展 情況下 ，不同的鑄造方法需要做的鑄型準(zhǔn)備內(nèi)容也有所不同。當(dāng)下應(yīng)用最為廣泛的還是砂型鑄造，鑄型準(zhǔn)備工作主要有造型材料的準(zhǔn)備和造型、造芯兩大項(xiàng)。砂型鑄造中用來造型、造芯的各種原材料稱為造型材料，主要有鑄造原砂、 型砂粘結(jié)劑和其他一些輔料，還有由它們配制成的型砂、芯砂、涂料等。 造型材料是根據(jù)鑄件的要求、金屬的性質(zhì)來選擇的，選擇合適的原砂、粘結(jié)劑和輔料后， 再 按一定的比例把它們混合，使其成為具有一定性能的型砂和芯砂。常用的混砂設(shè)備有碾輪式混砂機(jī)、逆流式混砂機(jī)和連續(xù)式混砂機(jī)?；旌匣瘜W(xué)自硬砂 需要用 連續(xù)式混砂機(jī)， 其優(yōu)點(diǎn)是 連續(xù)混合，混砂速度快。 鑄造工藝由鑄造金屬準(zhǔn)備、鑄型準(zhǔn)備和鑄件處理三個(gè)部分組成。鑄造金屬是指澆注鑄件所用的金屬材料，它是以一種金屬元素為主要成分，再加入其他金屬或非金屬元素而組成的合金，通常稱為鑄造合金，主要有 鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色合金。 在確定好造型方法，準(zhǔn)備好造型材料后，根據(jù)鑄造工藝要求進(jìn)行造型、造芯。它決定鑄件的精度和生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)效果，在現(xiàn)代化的鑄造車間里，造型、造芯都已實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化或自動(dòng)化。常用的砂型造型造芯設(shè)備有高、中、低壓造型機(jī)、氣沖造型機(jī)、無(wú)箱射壓造型機(jī)、冷芯盒制芯機(jī)和熱芯盒制芯機(jī)、覆膜砂制芯機(jī)等。 鑄件澆注 完成 后， 經(jīng)一定時(shí)間冷卻從鑄型中取出， 有澆口、冒口及金屬毛刺披縫，砂型鑄造 時(shí) 還粘附著砂子，因此必須經(jīng)過清理工序。 這種工作 需要用 拋丸機(jī)、澆口冒口切割機(jī)等 來完成 。有些鑄件 有 特殊要求，還要 進(jìn)行 熱處理、整形、防銹處理、粗加工等 處理 [1]。 鑄造的 適 用 范圍很寬，金屬種類幾乎不受限制 ，鑄出的 零件 除 具有一般機(jī)械性能的同時(shí)，還具有耐磨、耐腐蝕、吸震等綜合性能，是鍛、軋、焊、沖等 金屬成形方法 所做不到的。 鑄造生產(chǎn)在不斷提高機(jī)械化自動(dòng)化程度同時(shí)，將更多地向柔性生產(chǎn)方面發(fā)展，以 實(shí)現(xiàn)不同批量和多品種 的 生產(chǎn)。鑄造產(chǎn)品發(fā)展的趨勢(shì)是 使 鑄件 的質(zhì)量更好， 有更好的綜合性能，更高的精度，更少的余量和更光潔的表面。此外， 還要開發(fā) 新的鑄造合金， 研究 冶煉新工藝和新設(shè)備 ，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和 恢復(fù)自然環(huán)境 ，減 少對(duì)大氣的污染 。 劉長(zhǎng)福：閥缸鑄造工藝設(shè)計(jì) 2 1 緒論 概述 鑄造生產(chǎn)是指將液態(tài)合金注入鑄型中，經(jīng)過冷卻、凝固形成金屬產(chǎn)品的方法，簡(jiǎn)稱鑄造，所鑄出的金屬制品稱為鑄件。鑄件絕大多數(shù)只能用作毛坯，經(jīng)過機(jī)械加工后才能成為合格的機(jī)器零件；少數(shù)鑄件當(dāng)達(dá)到使用的尺寸精度和表面粗糙度要求時(shí)，才可作為成品或零件直接應(yīng)用到機(jī)械設(shè)備中。鑄造生產(chǎn)具有適用范圍廣、鑄件的尺寸精度高、可制造各種合金鑄件、成本低廉等特點(diǎn)。 國(guó)內(nèi)鑄造行業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 鑄造是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在制造業(yè)中占有重要地位，在汽車、機(jī)床、航空、航天、國(guó)防以及人們的日常生活中的用品都需要鑄件。因此，鑄造業(yè)的發(fā)展程度標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的生產(chǎn)實(shí)力。 有資料表明，我國(guó)鑄造生產(chǎn)中，材料和能源的投人之比可占到產(chǎn)值的 55%到 70%。 我國(guó)鑄件總產(chǎn)量到 2021 年底已連續(xù) 10 年居世界首位。從 2021 年到 2021 年的 10 年間，我國(guó)鑄件產(chǎn)量以平均每年 %的速度增加，我國(guó) 2021 年鑄件總產(chǎn)量已達(dá) 3530 萬(wàn)噸，鑄造廠點(diǎn)近 3 萬(wàn)家，從業(yè)人員約 200 萬(wàn)人 [2]，在國(guó)際市場(chǎng)中 也具備了一定 的競(jìng)爭(zhēng) 能力。 我國(guó)在 大 量引進(jìn)國(guó)外 的先進(jìn) 技術(shù)和設(shè)備 后 ,加強(qiáng) 自主技術(shù) 的 開發(fā) ,中國(guó)的鑄造技術(shù)取得了明顯的進(jìn)展 [3~4],主要體現(xiàn)在造型材料、鑄造工藝、鑄造設(shè)備、鑄造合金材料、熔煉以及計(jì)算機(jī)等新技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用等。我國(guó)的鑄造行業(yè)經(jīng)過近些年的發(fā)展 ,逐漸在各地區(qū)形成了以鑄造產(chǎn)業(yè)為核心的鑄造產(chǎn)業(yè)集群 [5]。鑄造行業(yè)也成為了 當(dāng)?shù)氐闹е孕袠I(yè) ,如機(jī)械、冶金、汽車、建筑等的配套行業(yè) ,呈現(xiàn)明顯的地區(qū)性特征 。 我國(guó)鑄造行業(yè)的地理分布主要分布在遼寧省、山東省、珠江三角洲、長(zhǎng)江三角洲和山西省 5 個(gè)區(qū)域 ,我 國(guó)大約一半的鑄件產(chǎn)自這 5 個(gè)區(qū) [6]。 中國(guó)已是鑄造大國(guó) ,但遠(yuǎn)非鑄造強(qiáng)國(guó) [7]。 首先， 我國(guó)的鑄 件質(zhì)量與發(fā)達(dá)國(guó)家 相比有較大差距。鑄件尺寸精度普遍低 1~2 級(jí)，表面粗糙度差 1~2 級(jí)，鑄件壁厚也厚得多。中國(guó)的鑄件材料仍以灰鑄鐵為主，約占鑄件總產(chǎn)量的 %，球墨鑄鐵占 %，遠(yuǎn)低于 世界平均值 20%，遠(yuǎn)低于日本 (%)、美國(guó) (%)。 中國(guó)合金鋼在鑄鋼件中的比例 為 25%，國(guó)外遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 先進(jìn)水平為 42%~60%。中國(guó)有色金屬鑄件 為 %，國(guó)外先進(jìn)水平為 11%~ 20%[8]。 其次，我國(guó)鑄造行業(yè) 鑄造成本 比其他國(guó)家相對(duì)較低 ,但 生產(chǎn)率卻只有每人每年 20 t,遠(yuǎn)遠(yuǎn) 美國(guó)的133 t 和日本的 t。 此外，材料成分、組織和性能的一致性、穩(wěn)定性 也與發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大 差距 [9]。 綜上所述，我國(guó) 必須克服現(xiàn)實(shí)的能源、資源、人才瓶頸和環(huán)境問題的困擾 ，才能從 鑄造大國(guó)轉(zhuǎn)型為鑄造強(qiáng)國(guó) 。因此，必須研究開發(fā) 高新技術(shù) 以 提升鑄件質(zhì)量 和 鑄造企業(yè) 的 實(shí)力，改變鑄上技術(shù)含量不高、價(jià)格低廉的現(xiàn)狀 [10]。要扶持一批能 帶動(dòng)中國(guó)鑄件出口 的鑄造企業(yè) ，使之成為具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的龍頭企業(yè)。 1）大力支持企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)或?qū)W校 研究 鑄造新工藝、新材料、新設(shè)備。 企業(yè)應(yīng)與研究機(jī)構(gòu)學(xué)校等開展深度合作， 使生產(chǎn)實(shí)踐與 理論研究更好的結(jié)合， 共同研究鑄造新工藝、新材料、新設(shè)備。 2） 開發(fā) 新型、環(huán)保原輔材料 。大力開發(fā)舊砂重復(fù)利用 新技術(shù)，環(huán)保型砂處理及再生技術(shù)；研究清潔無(wú)毒的原輔材料 并推廣使用 ，使用無(wú)毒無(wú)味的變質(zhì)劑、精煉劑、粘結(jié)劑，開發(fā)環(huán)保型砂芯無(wú)機(jī)粘結(jié)劑；用濕型砂無(wú)毒無(wú)污染粉料光潔劑代替煤粉等；發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，以“減量化、再利用、再循環(huán)”為行業(yè)準(zhǔn)則（ 3R 原則），走集約化清潔生產(chǎn)之路。 3）改善 車間 環(huán)境。鑄造行業(yè)對(duì)環(huán)境 產(chǎn)生的 污染嚴(yán)重，同時(shí)工人 工作的車間 條件也非常惡劣。 因此， 應(yīng)加大管理力度， 使 技術(shù) 得到 改造、設(shè)備 進(jìn)行 升級(jí)。 4）注重自主創(chuàng)新。調(diào)整 鑄造企業(yè)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行專業(yè)化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)地域化聚集， 發(fā)展 壯大龍頭企業(yè)，使中小企業(yè)圍繞 龍頭企業(yè)形成 產(chǎn)業(yè)鏈。在 集聚 企業(yè)、產(chǎn)品的同時(shí)， 還要 實(shí)現(xiàn)信息的 集聚、人才的集聚、技術(shù)的集聚，甚至競(jìng)爭(zhēng)的集聚，產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)。要合理地購(gòu)買技術(shù)、設(shè)備和產(chǎn)品， 加強(qiáng)自主創(chuàng)新，生產(chǎn)更多滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防安全的高 質(zhì)量鑄件，并融入 新材料的研究，具有 國(guó)際競(jìng)爭(zhēng) 力 。 發(fā)達(dá)國(guó)家鑄造業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 近些年來，全世界 鑄造業(yè)持續(xù)增長(zhǎng)。巴西鑄件產(chǎn)量增長(zhǎng)最快，達(dá)到 %。而發(fā)達(dá)國(guó)家的鑄件增長(zhǎng)率普遍較低。 自 2021 年以來， 美國(guó)鑄件產(chǎn)量 已經(jīng)退居到第 2 位。 2021 年美國(guó)鑄件總產(chǎn)量為 1231 萬(wàn) t，其中灰鐵件占 35%、球鐵件占 33%、鑄鋼件占 %、鋁合金件占 16%。從需求上看，球鐵鑄件和鋁鑄件的需求 有所 增長(zhǎng)。 2021 年進(jìn)口鑄件占總需求的劉長(zhǎng)福：閥缸鑄造工藝設(shè)計(jì) 4 15%，進(jìn)口鑄件的價(jià)格比美國(guó)國(guó)內(nèi)低 20%~50%[11]。近年來由于鑄造環(huán)保要求高、能源消耗大、勞動(dòng)力昂貴等因素 ， 導(dǎo)致 美國(guó)大型汽車公司生產(chǎn)普通汽車鑄件的鑄造廠紛紛關(guān)閉，逐步將鑄件的生產(chǎn)轉(zhuǎn)向 發(fā)展中國(guó)家，如 中國(guó)、印度、墨西哥、巴西等。 總體上 ，發(fā)達(dá)國(guó)家的 鑄造技術(shù)先進(jìn)、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染少、原輔材料 的 商品化系列化供應(yīng) 已形成 。生產(chǎn)普遍實(shí)現(xiàn) 了 機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化 (計(jì)算機(jī)控制、機(jī)器人操作 )。 鑄鐵熔煉使用大型、高效、除塵、微機(jī)測(cè)控、外熱送風(fēng)無(wú)爐襯水冷連續(xù)作業(yè)沖天爐，普遍使用鑄造焦，沖天爐或電爐與沖天爐雙聯(lián)熔煉，采用氮?dú)膺B續(xù)脫硫或搖包脫硫使鐵液中硫含量達(dá) %以下；熔煉合金鋼精煉多用 AOD、 VOD 等設(shè)備，使鋼液中H、 O、 N 達(dá)到幾個(gè)或幾十個(gè) 106的水平。 在重要 的 鑄件生產(chǎn)中，對(duì)材質(zhì)要求 很 高， 通過 采用先進(jìn)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù) 來 有效控制鑄件 的質(zhì)量。大多 采用液 態(tài)金屬過濾技術(shù)，過濾器能 適應(yīng)鈷基、鎳基合金及不銹鋼液 的高溫的過濾。過濾后可使 鋼鑄件射線探傷 A 級(jí)合格率提高 13%，鋁鎂合金經(jīng)過濾，抗拉強(qiáng)度提高 50%、伸長(zhǎng)率提高 100%以上 [12]。大量 應(yīng)用 了 合金包芯線處理技術(shù)，使球鐵、蠕鐵和孕育鑄鐵工藝 更 穩(wěn)定、合金元素收得率高、 無(wú)污染 的 處理過程 ，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī) 機(jī)自動(dòng)化控制。 鋁基復(fù)合材料被廣泛重視并日益轉(zhuǎn)向工業(yè)規(guī)模 化應(yīng)用，其優(yōu)越性能可滿足 汽車驅(qū)動(dòng)桿、缸體、缸套、活塞、連桿等各種重要部件 的 制作，并已在高級(jí)賽車上應(yīng)用；在汽車向輕量化發(fā)展的進(jìn)程中，用鎂合金材料制作各種重要汽車部件的量已僅次于鋁合金。 在大批量中小鑄件的生產(chǎn)中，普遍 采用微機(jī)控制的高密度靜壓、射壓或氣沖造型機(jī)械化、自動(dòng)化高效流水線濕型砂造型工藝， 通過 采用高效連續(xù)混砂機(jī)、人工智能型砂在線控制專家系統(tǒng) 進(jìn)行 砂處理 ， 通過采用樹脂砂 、溫芯盒法和冷芯盒法 制芯工藝 制芯 [13]。熔模鑄造 的制殼工藝 普遍用硅溶膠和硅酸乙酯做粘結(jié)劑。 鑄鋁缸體、缸蓋 用自動(dòng)化壓鑄機(jī)生產(chǎn)，已經(jīng)建成多條鐵基合金低壓鑄造生產(chǎn)線 [14]。 特種鑄鋼件用 差壓鑄造生產(chǎn)。所生產(chǎn)的各種口徑的離心球墨鑄鐵管占鑄鐵管總量 95%以上，球鐵管占球鐵年產(chǎn)量 30%~50%。鑄造生產(chǎn)全過程 中 從嚴(yán)執(zhí)行技術(shù) 標(biāo)準(zhǔn)，鑄件廢品率僅 為2%~5%；標(biāo)準(zhǔn)更新快（標(biāo)齡 4~5 年）；普遍進(jìn)行 ISO9000、 ISO14000 等認(rèn)證 [15]。 開發(fā)使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，紛紛建立自己的主頁(yè)、站點(diǎn)。鑄造業(yè)的電子商務(wù)、遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)與制造、虛擬鑄造工廠通過使用身臨其境的虛擬環(huán)境系統(tǒng)，可以學(xué)習(xí)通過多媒體先進(jìn)的產(chǎn)品