【正文】 工藝裝備車間的加工能力）。 鑄造工藝設(shè)計(jì)的重要性 我國(guó)自從加入 WTO以后正逐步成為世界制造業(yè)中心之一，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)鑄件的需求將越來(lái)越多，鑄件的優(yōu)質(zhì)化程度越來(lái)越高，鑄造工藝設(shè)計(jì)水平對(duì)提高鑄件內(nèi)外質(zhì)量、提高工藝出品率、降低廢品率、提高經(jīng)濟(jì)效益上，起著非常重要的作用。 ZG代表 鑄鋼 的拼音縮寫， 230是指這種材料的最低屈服強(qiáng)度為 230Mpa， 450是指這種材料的最低抗拉強(qiáng)度為 450Mpa。用于受力不大，要求韌性的各種機(jī)械零件，如砧座、軸承蓋、外殼、底板、閥體等。需注意事項(xiàng) ：相對(duì)上限每減少 %的碳，允許增加 %的 Mn，但 Mn含量最高至 %。軸承座的輪廓尺寸為 350mm 350mm 175mm， 主要壁厚 30mm，最大壁厚 45mm，為一小型鑄件，鑄件除滿足幾何尺寸精度及材質(zhì)方面要求外，無(wú)其他特殊要求。 分析零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性主要考慮的內(nèi)容： 1）零件應(yīng)有合適的壁厚為避免冷隔，澆不到鑄 件鑄件不能太薄，鑄件太厚尺寸太大超過(guò)臨界壁厚時(shí)易產(chǎn)生縮孔縮松，最大壁厚以最小壁厚的 3倍來(lái)考慮； 2) 鑄件壁厚均勻避免熱解； 3) 有合適的鑄造圓角避免縮孔縮松； 4) 改進(jìn)妨礙起模的凸臺(tái)凸緣和肋板； 5) 取消鑄件外表側(cè)凹； 6）利于砂芯的固定和排氣。軸承座最小壁厚滿足要求，最大壁厚為 45mm，超過(guò)了臨界壁厚，工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取措施加以規(guī)避。 表 22 砂型鑄件最小壁厚 單位（ mm） 造型造芯方法的選擇 制造鑄型和型芯的工藝過(guò)程稱為 造型和造芯。造芯時(shí)用芯盒制成型芯，置于鑄型中經(jīng)澆注后大多形成鑄件的內(nèi)部輪廓。 砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)中依據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)條件和生產(chǎn)批量，在保證交貨期限的，質(zhì)量要求下選擇成本最低，生產(chǎn)組織最便捷的造型及制芯方法。 鑄造方法 鑄件尺寸 鑄鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 可鍛鑄鐵 鋁合金 鎂合金 砂型 ≈200200 200200~500500 500500 8 10~12 15~20 6 6~10 15~20 6 12 — 5 8 — 3 4 6 — 3 — 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 6 澆注位置的選擇 鑄件的澆注位置是指鑄件在澆注時(shí)在鑄型中所處的位置。有時(shí)為了方便造型，可采用“橫做立澆”、“平做立澆”的方法；鑄件的薄壁部分應(yīng)置于鑄件的底部或側(cè)面，以防澆不到、冷隔 等缺陷；在大批量生產(chǎn)中，應(yīng)使鑄件的飛翅、毛刺最少與易于清除；要避免厚實(shí)鑄鋼件冒口下面的受力面產(chǎn)生偏析；盡量使冒口置于加工面上，以減少鑄件清整工作量。此類澆注系統(tǒng)多用于鑄件高度較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的鑄件，薄壁件或需要用頂部冒口補(bǔ)縮的致密性要求較高的中、小型厚壁鑄件。但不利于自上而下的順序凝固和補(bǔ)縮。 綜上分析方案二較好。確定分型面時(shí)遵循的原則： 1) 盡量使鑄件全部或大部置于同一半型內(nèi)； 2) 盡量減少分型數(shù)目； 3) 分型面盡量選平面； 4) 注意降低沙箱的高度； 5) 便于下芯合箱檢查型腔尺寸； 6) 為便于起模分型面應(yīng)在鑄件最大截面處； 7) 注意減輕鑄件清理和機(jī)加工余量。 方案二鑄件在同一鑄型內(nèi)，合箱時(shí)不容易錯(cuò)箱，提高了鑄件的質(zhì)量。 砂箱中鑄件數(shù)目的確定 軸承座輪廓尺寸 350mm 350mm 175mm。 軸承座鑄造工藝設(shè)計(jì) 9 3 鑄造工藝參數(shù)的確定 鑄造工藝參數(shù)是指鑄造工業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)需要確定的工藝參數(shù)，工藝參數(shù)的選擇是鑄造工藝設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。 表 31 砂型鑄件最小壁厚 單位（ mm） 鑄件輪廓尺寸 鑄件材質(zhì) 鑄鋼 灰鑄鐵 球鐵 可鍛鑄鐵 鋁合金 鎂合金 ≤200200 8 ≈6 6 5 3 — 200200500500 1012 610 12 8 4 3 500500 1520 1520 — — 6 — 最小鑄出的孔和槽 鑄件上的孔和槽是否鑄出，要根據(jù)具體情況而定，一般較大的孔和槽直接鑄出來(lái)，以節(jié)約金屬減少機(jī)械加工，較小的孔和槽則不宜鑄出。 鑄件的尺寸公差 鑄件尺寸公差是指鑄件公稱尺寸的兩個(gè)允許極限尺寸之差。 影響鑄件尺寸精度的主要原因有：鑄造合金，鑄件的結(jié)構(gòu)，鑄造方法，鑄造工藝設(shè)計(jì)水平，操作水平，造型、造芯設(shè)備及工裝的精度，造型、造芯材料的性能，鑄件的精整和表面質(zhì)量，生產(chǎn)技術(shù)管理和質(zhì)量控制手段等等。 因此，產(chǎn)品設(shè)計(jì)，必須用價(jià)值工程的理念考慮鑄件的尺寸公差等級(jí)；生產(chǎn)批量 最小鑄出孔的直徑 d 灰鑄鐵件 鑄鋼件 大批量生產(chǎn) 12 ~15 — 成批量生產(chǎn) 15~30 30~50 單件 ,小批量生產(chǎn) 30~50 50 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 10 生產(chǎn)廠家必須從實(shí)際出發(fā)綜合考慮各種因素，達(dá)到既保證鑄件質(zhì)量又不過(guò)多的增加生產(chǎn)成本的目的。 鑄件尺寸公差代號(hào) CT，所規(guī)定的公差等級(jí)由精到粗 16級(jí)，即 CT1— CT16，查《鑄造工藝設(shè)計(jì)》知：鑄鋼的公差等級(jí)為 1114，選 CT10，鑄件的基本尺寸為36 23 16 14 13 75的孔公差數(shù)值分別為 、 、 、 、 。機(jī)械加工余量值由精到粗分為 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 H、 J和 K共十個(gè)等級(jí)。 鑄造收縮率 鑄造收縮率又稱鑄件的線收縮率，用模樣與鑄件的長(zhǎng)度之差除以模樣長(zhǎng)度的百分比表示： ε=【（ L1L2） /L1】 100% 式中 ε是鑄造收縮率（ %） L1 是模樣長(zhǎng)度（ mm) L2 是鑄件長(zhǎng)度（ mm) 鑄造收縮率與鑄造的合金種類、鑄件結(jié)構(gòu)、澆冒口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、鑄型的種類等因素有關(guān)。鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，澆冒口結(jié)構(gòu)阻礙收縮，砂型和砂芯的退讓性差，都要阻礙鑄件由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的收縮。結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型鑄件，其立體三維方向上的線收縮率各不相同。做模樣時(shí)，稱它為縮尺或放縮。根據(jù)工廠里的鑄造工程師的經(jīng)驗(yàn)知鑄鋼的收縮率為 %。這個(gè)斜度，稱為起模斜度。模樣表面粗糙度值以及造型、芯的方法而定 。查《鑄造工藝學(xué)》可知： A、 B兩面的起模斜度均為 a= α =0176。如圖 31 所示： 圖 31 起模斜度 澆注溫度和冷卻時(shí)間 鑄鋼 230450的出爐溫度一般為 1580℃，澆注溫度一般為 15301550℃ . 從《鑄造工藝學(xué)》中可得此軸承座的的冷卻時(shí)間為 4050分鐘。 型芯應(yīng)滿足以下要求：型芯的形狀，尺寸以及在鑄型中的位置應(yīng)符合鑄件的要求，具有足夠的強(qiáng)度和剛度；在鑄件形成過(guò)程中型芯所產(chǎn)生的氣體能及時(shí)排出型外；鑄件收縮時(shí)阻力小；造芯，烘干，組合裝配和鑄件清理等工序操作簡(jiǎn)單。必要時(shí)，仍有選用及安置芯撐的的設(shè)計(jì)。 芯頭設(shè)計(jì) 芯頭是指伸出鑄件以外不與金屬液接觸的砂芯部分。芯頭的作用是固定，支撐和排氣，芯頭可以分為垂直芯頭和水平芯頭，由前面的澆注位置的選擇可知：應(yīng)該是選擇垂直芯頭。 軸承座采用的是垂直砂芯，需確定砂芯的高度和芯頭于芯座的間隙。其芯頭的結(jié)構(gòu)如圖 4— 1所示： 軸承座鑄造工藝設(shè)計(jì) 13 圖 4— 1 芯頭的結(jié)構(gòu) 砂芯的定位結(jié)構(gòu) 砂芯要求定位準(zhǔn)確，不允許沿芯頭軸向移動(dòng)或繞芯頭軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)于形狀不對(duì)稱的砂芯，為了定位準(zhǔn)確必須做出定位芯頭。 芯骨 放在砂芯中以強(qiáng)化砂芯整體強(qiáng)度并具有一定形狀的金屬構(gòu)件稱為芯骨。 芯撐 砂芯在砂型中主要靠芯頭固定，但有時(shí)砂芯只靠心頭難于穩(wěn)固，因此在生產(chǎn)中場(chǎng)采用芯撐加固，以起到輔助支撐的作用。 砂芯的排氣 砂芯在高溫金屬作用下，其粘接劑和砂芯中的有機(jī)物要燃燒放出氣體，砂芯中的殘余水分受熱蒸發(fā)放出氣體，如果這些氣體不排除型外，則會(huì)產(chǎn)生氣孔等缺陷。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 14 5 澆注系統(tǒng)及冒口、冷鐵、出氣孔的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)的組成及其應(yīng)用 澆注系統(tǒng)是鑄型中引導(dǎo)液態(tài)金屬進(jìn)入型腔的通道，它由澆口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖 51 所示： 圖 51 澆注系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 澆口杯的作用是承接金屬液，并將其導(dǎo)入直澆道。漏斗形澆口杯又分成兩類，一類是中小型鑄鐵件和非鐵合金鑄件用的漏斗形澆口杯；一類是鑄鋼件用的漏斗形澆口杯。供中、小型鑄鋼件用的澆口杯，用水玻璃砂舂制而成；供中、大型鑄鋼件用的漏斗形澆口杯是用耐火材料制作并經(jīng)過(guò)燒結(jié)的漏斗磚砌成。 直澆道是引導(dǎo)澆口杯中的金屬液進(jìn)入橫澆道，建立起足夠的壓力頭，將金屬液在重力作用下克服流動(dòng)阻力，及時(shí)充滿型腔和防止鑄件產(chǎn)生侵入性氣孔。其底部宜放干砂芯片或耐火磚塊，可防止沖砂。 橫澆道的作用除了將金屬液引入內(nèi)澆道外，主要是撇渣（澆口杯往往起不到很好的撇渣作用）。封閉式澆注系統(tǒng)，一般要求橫澆道為窄、高形的橫截面，它的高度應(yīng)為內(nèi)澆道高度的 4~6倍，以使橫澆道的吸動(dòng)作用達(dá)不到橫澆道的頂面，避免將浮渣吸入鑄件。必要時(shí)，橫澆道末端可設(shè)一個(gè)集渣包。 內(nèi)澆道的用 途是控制金屬液流入型腔的速度和方向，調(diào)節(jié)鑄件各部分的熱差。讓最初進(jìn)入橫澆道的污冷金屬液靠慣性力流過(guò)內(nèi)澆道，集于末端延長(zhǎng)段或集渣包，而不進(jìn)入型腔內(nèi)。橫澆道的橫截面可做的矮些、寬些。與直澆道相鄰的第一個(gè)內(nèi)澆道與直澆道的距離應(yīng)大于橫澆道高度的 5倍，避開紊流區(qū)。對(duì)特殊結(jié)構(gòu)件，為避免造成應(yīng)力過(guò)大而產(chǎn)生裂紋，冒口中心往往不與熱節(jié)中心重疊，離開熱節(jié)一定距離設(shè)置冒口，此時(shí)，內(nèi)澆道仍要開到設(shè)置冒口的鑄件部位或進(jìn)冒口。 （ 2）凝固體收縮率小的、壁厚差大的鑄件，內(nèi)澆道應(yīng)分散的開設(shè)在薄壁處和次薄壁處，不開設(shè)在鑄件的熱節(jié)和冒口的根部。 （ 3）壁厚差不大的鑄件，為造成同時(shí)凝固，內(nèi)澆道開在薄壁處，且數(shù)量不多，分散布置，特別是對(duì)鑄鐵件和錫青銅鑄件。 （ 4）凝固體收縮率大的中、大型鑄件，若內(nèi)澆道開設(shè)在沒有設(shè)置冒口的部位，內(nèi)澆道處會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱，可引起鑄件局部產(chǎn)生縮孔、縮松；對(duì)重要鑄件，為消除這類缺陷，必 須對(duì)其增設(shè)補(bǔ)貼，以形成順序凝固，將縮孔、縮松引入冒口中。即使需要開在有外冷鐵的，也需要加厚冷鐵和采用鋼、銅或石墨冷鐵。 （ 7）內(nèi)澆道盡可能開在分型面上；但對(duì)有一定高度的鑄件，最好采用底注式或階梯式澆道。 澆注系統(tǒng)的類型和應(yīng) 用范圍 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 16 澆注系統(tǒng)按各組元橫截面積比的分類與應(yīng)用 （ 1）封閉式： 截面積比例關(guān)系： Σ AcuΣ AsΣ AruΣ Ag（注： Ag內(nèi)澆道橫截面積； Aru橫澆道截面積； As直澆道截面積； Acu澆口杯下注孔截面積）。 （ 2）開放式 : 截面比例關(guān)系：Σ AgΣ AruΣ As。在球墨鑄鐵中常有采用灰鑄鐵件也有應(yīng)用。其特點(diǎn)與應(yīng)用：控流截面在內(nèi)澆道；橫澆道截面最大。流速較封閉式慢，有一定的擋渣能力，充型較平穩(wěn)，又稱緩流封閉式。 （ 4）封閉 開放式：截面比例關(guān)系：Σ AgΣ AruΣ As。 綜上分析：采用開放式澆注系統(tǒng)。此類澆注系統(tǒng)多用于鑄件高度較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的鑄件，薄壁件或需要用頂部冒口補(bǔ)縮的致密性要求較高的中、小型厚壁鑄件。但不利于自上而下的順序凝固和補(bǔ)縮。 （ 3)中間注入式：從鑄件中間某一高度引入澆注系統(tǒng)中稱為中間注入式。中