【正文】 取 D1=，D2=14mm，則 。垂直芯頭的高度查表 38， 得芯頭高度為 20~25mm，具體是上芯頭高度h1為 20mm，下芯頭高度為 25mm。 本次設(shè)計(jì)的第一個(gè)是垂直砂芯。 圖 31 鑄件中砂 芯的示意圖 寧夏大 學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 芯頭的設(shè)計(jì) 芯頭：伸出鑄件以外不與金屬接觸的砂芯部分。根據(jù)本次設(shè)計(jì)中所選取的分型面及澆注位置，為了能夠順利取出模樣，應(yīng)該在鑄件無(wú)法取出的部位設(shè)置一個(gè)外芯。 本次設(shè)計(jì)要鑄出一個(gè)孔，故需一個(gè)砂芯。 選用砂芯的總原則是：使制芯到下芯的整個(gè)過(guò)程方便，鑄件內(nèi)腔尺寸精 確，不致造成氣孔等缺陷，使芯盒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 砂芯的設(shè)計(jì) 砂芯的功能是形成鑄件的內(nèi)腔、孔和鑄件外形不能出砂的部位。 分型負(fù)數(shù) 本次設(shè)計(jì)屬于尺寸較小的濕型，分型負(fù)數(shù)較小，可不考慮。 表 37 鑄件的最小鑄出孔 生產(chǎn)批量 最小注出孔直徑 d/mm 灰鑄鐵件 鑄鋼件 大量生產(chǎn) 12~15 成批生產(chǎn) 15~30 30~50 單件、小批量生產(chǎn) 30~50 50 注：最小鑄出孔直徑指的是毛坯孔直徑。于是法蘭盤(pán)上的四個(gè)直徑為 14mm 的通孔可以不鑄出。350? 最小鑄出孔及槽 在本次設(shè)計(jì)中，鑄件的法蘭盤(pán)上有四個(gè)直徑為 14mm的通孔，中心處也有一個(gè)直徑為 20mm的通孔 。450? 39。250? 39。400? 160~250 39。550? 39。300? 39。550? 100~160 39。151? 39。400? 39。052? 40~100 39。502? 39。251? 39。004? 10~40 39。455? 39。552? 39。 表 36 起模斜度 測(cè)量面高度h 或 h1/mm 粘土砂造型時(shí)，模樣 外表面起模斜度 粘土砂造型時(shí)，模樣凹處 內(nèi)表面起模斜度 自硬砂造型時(shí)，模樣 表面起模斜度 金屬模樣 塑料模樣 木模樣 金屬模樣 塑料模樣 木模樣 金屬模樣 塑料模樣 木模樣 α ɑ/mm α ɑ/mm α ɑ/mm α ɑ/mm α ɑ/mm α ɑ/mm ≤10 39。因此，選擇增加壁厚的方法，起模斜度仍選 α=1176。10′， a= ；對(duì)于外側(cè)的加工表面，起模斜度也選擇 α=1176。這個(gè)斜度，稱為起模斜度。 鑄造收縮率 查表 35 可知：鑄鋼件的受阻收縮率選為 2%。 表 33 成批或大量生產(chǎn)鑄件的機(jī)械加工余量等級(jí)（摘自 GB/T11350—1989） 鑄造工藝方法、尺寸公差、加工余量 加工余量等級(jí) 鑄鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 銅合金 輕金屬合金 砂型手工造型 CT 11~13 11~13 11~13 10~12 10~12 9~11 MA J H H H H H 砂型機(jī)械造型 CT 8~10 8~10 8~10 8~10 8~10 7~9 MA H G G G G G 金屬型 CT — 7~9 7~9 7~9 7~9 6~8 MA — F F F F F 壓力鑄造 CT — — — — 6~8 5~7 MA — — — — E E 融模鑄造 CT 5~7 5~7 5~7 — 4~6 4~6 MA E E E — E E 公稱質(zhì)量（ kg） 質(zhì)量公差等級(jí) MT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 — 5 6 8 10 12 14 16 18 20 24 — — — — — ~1 — 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 24 — — — — 1~4 — 3 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 24 — — — 4~10 — 2 3 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 24 — — 10~40 — — 2 3 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 24 — 40~100 — — — 2 3 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 24 100~400 — — — — 2 3 4 4 6 8 10 12 14 16 18 20 400~1000 — — — — — 2 3 3 5 6 8 10 12 14 16 18 1000~4000 — — — — — — 2 2 4 5 6 8 10 12 14 16 4000~10000 — — — — — — — — 3 4 5 6 8 10 12 14 10000~40000 — — — — — — — — 2 3 4 5 6 8 10 12 寧夏大 學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 但在實(shí)際零件當(dāng)中，還有些特殊要求，由于本次設(shè)計(jì)零件尺寸為 75mm，屬于小于 100mm 的范疇，查表 34 得，本次設(shè)計(jì)的單側(cè)加工余量為 ，雙側(cè)為 。 機(jī)械加工余量 機(jī)械加工余量是鑄件為了保證其加工面尺寸和精度，應(yīng)有加工余量，即在鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先增加的，而在機(jī)械加工時(shí)又被切除的金屬層厚度。按照規(guī)定，質(zhì)量公差應(yīng)與尺寸公差同級(jí)，所以，鑄件重量公差等級(jí)為MT10，查表 32 得，本次設(shè)計(jì)的鑄件的質(zhì)量公差數(shù)值為 18%。 鑄件的基本尺寸小于或等于 16mm 時(shí)， CT13 至 CT16 的公差值需單獨(dú)標(biāo)注，可提高 2~3 級(jí)。零件基本尺寸為 75mm，查表 31 得，允許最大偏差為 。 鑄件尺寸公差 鑄件尺寸公差是指鑄件各部分尺寸允許的極限偏差 ， 它取決于鑄造工藝方法等多種因素 。 寧夏大 學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 3 鑄造工藝參數(shù)及砂芯的設(shè)計(jì) 鑄造工藝參數(shù)的確定 鑄造工藝設(shè)計(jì)參數(shù)通常是指鑄型工藝設(shè)計(jì)時(shí)需要確定 的某些數(shù)據(jù)，它包括了鑄造收縮率（縮尺）、機(jī)械加工余量、起模斜度、最小鑄出孔的尺寸、工藝補(bǔ)正量、分型負(fù)數(shù)、反變形量、非加工壁厚的負(fù)裕量、砂芯負(fù)數(shù)（砂芯減量）及分芯負(fù)數(shù) 。 但這些數(shù)據(jù)也要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)具體修改 ， 以上數(shù)據(jù)在選擇砂箱的時(shí)候可能會(huì)有所變動(dòng)。 砂箱中鑄件的數(shù)量及排列方式 鑄件輪廓尺寸為 75mm75mm48mm， 單件質(zhì)量約為 ，屬于小型鑄件，由于是大批量生產(chǎn)，采用的是機(jī)器造型、造芯，因此選擇一箱四件。而圓柱內(nèi)壁的加工又不方便，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。但圓柱內(nèi)壁的精度不能保證，而且澆注位置也不易確定。 這樣分型很明顯的一點(diǎn)優(yōu)勢(shì)就是可以保證圓柱表面的粗糙度和圓柱的垂直度。而且不易起模的部分，我們可以不 鑄出，用機(jī)加工把它加工出來(lái)。這種分型方法，貌似起模不方便，而且大平面的精度不易保證。在選擇時(shí)，應(yīng)注意以下原則： （ 1）盡量將 鑄件的全部或大部分放在同一箱內(nèi)，以減少錯(cuò)型和不便驗(yàn)型造成的尺寸偏差； （ 2）盡量將加工定位面和主要加工面放在同一箱內(nèi)，以減少加工定位的尺寸偏差； （ 3）盡量減少分型面數(shù)量，在機(jī)器造型中一般采用一個(gè)分型面； （ 4）盡量減少砂芯數(shù)量； （ 5）盡量使分型面為平面； （ 6）為了方便起模，分型面應(yīng)在鑄件的最大截面積處； （ 7）注意減輕鑄件清理和機(jī)械加工 。分型面的優(yōu)劣，在很大程度上影響鑄件的尺寸精度、成本和生產(chǎn)率。 圖 23 澆注位置示意圖 分型面的選擇 分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。 寧夏大 學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 綜合考慮以上原則，本次設(shè)計(jì)的閥蓋的澆注位置應(yīng)選在法蘭盤(pán)朝上的大平面位置上。 澆注位置的確定 鑄件的澆注位置是指澆注時(shí)鑄件在型內(nèi)所處的狀態(tài)和位置 。由于是小型、大批量生產(chǎn)，則選用機(jī)器造型、造芯、金屬模、砂箱造型。 寧夏大 學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 表 21 砂型鑄造時(shí)鑄件最小允許壁厚 合金種類 鑄件輪廓尺寸 /mm 200 200~400 400~800 800~1250 1250~2020 2020 碳素鑄鋼 低合金鋼 高錳鋼 不銹鋼、耐熱鋼 灰鑄鐵 孕育鑄鐵（ HT300 以上） 球墨鑄鐵 高磷鑄鐵 8 8~9 8~9 8~10 3~4 5~6 3~4 2 9 9~10 10 10~12 4~5 6~8 4~8 2 11 12 12 12~16 5~6 8~10 8~10 — 14 16 16 16~20 6~8 10~12 10~12 — 16~18 20 20 20~25 8~10 12~16 12~14 — 20 25 25 — 10~12 16~20 14~16 — 合金種類 鑄件輪廓尺寸 /mm 50 50~100 100~200 200~400 400~600 600~800 可鍛鑄鐵 ~ 3~4 ~ 4~ 5~7 6~8 鋁合金 3 3 4~5 5~6 6~8 8~10 造型和造芯方法的選擇 造型和造芯方法的選擇可參照以下原則： （ 1）優(yōu)先采用濕型； （ 2）造型 和造芯方法與生產(chǎn)批量相適應(yīng)； （ 3）造型方法應(yīng)適合工廠條件。 （ 1）鑄造結(jié)構(gòu)不應(yīng)造成嚴(yán)重的收縮障礙，注意壁厚和圓角； （ 2）鑄件內(nèi)壁應(yīng)薄于外壁； （ 3）壁厚力求均勻，減少肥厚部分，防止形成熱節(jié)； （ 4）利于實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縮和順序凝固； （ 5）防止鑄件翹曲變形； （ 6）避免澆注位置上有水平的大平面結(jié)構(gòu)。由零件圖知，本次設(shè)計(jì)閥蓋的最小壁厚為 6mm。 由于本次設(shè)計(jì)的零件整體最大輪廓尺寸小于 200mm，而且為鑄鋼件。密度為 7830kg/m3，屈服強(qiáng)度為 230Mpa，抗拉強(qiáng)度為 450Mpa。為了保證零件具有良好的鑄造工藝性，在設(shè)計(jì)零件時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題： （ 1）鑄件應(yīng)有合適的壁厚 為了避免澆不到、冷隔等缺陷，鑄件不應(yīng)太薄。要想定出最佳工藝方案，首先應(yīng)對(duì)零件的結(jié)構(gòu)有詳細(xì)的鑄造工藝性分析。 ZG230450 這種材質(zhì)的碳鋼鑄造性能較好，熔點(diǎn)較高，實(shí)際流動(dòng)性較差，易氧化，鑄造縮水率約 %~%，凝固收縮約 %，澆注溫度約 1500~1550℃ 。 230 是指這種鑄鋼件的屈服強(qiáng)度為 230Mpa， 450 是指這種材質(zhì)的抗拉強(qiáng)度為 450Mpa。 鑄件三維造型見(jiàn)圖 22 圖 22 鑄件三維造型 寧夏大 學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 鑄件材料屬性 碳素鑄鋼： 一般的，低碳鋼 ZG15 的熔點(diǎn)較高、 鑄造性能 差，僅用于制造電機(jī)零件或 滲碳 零件； 中碳鋼 ZG25～ ZG45，具有高于各類鑄鐵的綜合性能，即強(qiáng)度高、有優(yōu)良的塑性和韌性，因此適于制造形狀復(fù)雜、強(qiáng)度和韌性要求 高的零件，如火車車輪、鍛錘機(jī)架和砧座、 軋輥 和 高壓閥門(mén) 等，是 碳素鑄鋼 中應(yīng)用最多的一類； 高碳鋼 ZG55 的熔點(diǎn)低，其鑄造性能較中碳鋼的好，但其塑性和韌性較差，僅用于制造少數(shù)的耐磨件。概述如下： （ 1）對(duì)鑄件鑄造過(guò)程中的相關(guān)工藝進(jìn)行計(jì)算以及設(shè)計(jì)； （ 2）用 SolidWorks 軟件對(duì)鑄件及澆注系統(tǒng)進(jìn)行三維 實(shí)體造型，然后導(dǎo)出 *.stl 文 寧夏大 學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 件， 繪制的準(zhǔn)確度直接影響后期的模擬結(jié)果； （ 3）將 *.stl 文件導(dǎo)入 AnyCasting 軟件，并運(yùn)用 AnyCasting 軟件對(duì)鑄件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，然后模擬鑄件的鑄造過(guò)程； （ 4）分析鑄造過(guò)程中充型、凝固過(guò)程，及其速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)的變化情況； （ 5） 根據(jù)鑄造模擬的結(jié)果鑄件中出現(xiàn)的缺陷，優(yōu)化鑄造工藝，然后分析結(jié)果再次優(yōu)化方案，最終確定最優(yōu)方案。最后 分析模擬 結(jié)果。它可以在不進(jìn)行實(shí)際澆注的情況下，模擬鑄造的充型、凝固、傳熱、應(yīng)力場(chǎng)、微觀組織分布、縮孔及縮松的形成等過(guò)程，可以大大提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于鑄造生產(chǎn)具有十分重要的意義。是專門(mén)針對(duì)各種鑄造工藝過(guò)程開(kāi)發(fā)的仿真系統(tǒng)，可以進(jìn)行鑄造的充型、熱傳導(dǎo)、凝固過(guò)程和應(yīng)力場(chǎng)的模擬分析。傳統(tǒng)的方法對(duì)鑄造工程的最佳化工作既耗資又費(fèi)時(shí)，時(shí)程的壓力使得很多鑄造工程無(wú)法發(fā)揮全面的潛力。鑄型的充填、凝固、機(jī)械性能、殘余應(yīng)力及扭曲變形等的模擬為全面最佳化鑄造工程提供了最可靠的保證。多年來(lái)在提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品，減少