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1、湖 南 科 技 大 學課 程 設 計課程設計名稱： 圓形支座鑄造工藝設計 學 生 姓 名： 學 院： 專業(yè)及班級： 學 號： 指導 教師： 年 月 日鑄造工藝課程設計任務書 一、 任務與要求1完成產品零件圖、鑄件鑄造工藝圖各一張，鑄造工藝圖需要三維建模(完成3D圖)。2完成芯盒裝配圖一張。3完成鑄型裝配圖一張。4. 編寫設計說明書一份(1520頁)，并將任務書及任務圖放置首頁。二、 設計內容為2周1. 繪制產品零件圖、鑄造工藝圖及工藝圖的3D圖(2天)。2. 鑄造工藝方案設計：確定澆注位置及分型面，確定加工余量、起模斜度、鑄造圓角、收縮率，確定型芯、芯頭間隙尺寸。(1天)。3. 繪制芯盒裝配圖
2、(1天)。4. 繪制鑄型裝配圖、即合箱圖(包括流道計算共2天)。5. 編制設計說明書(4天)。三、主要參考資料1. 張亮峰，材料成形技術基礎M，高等教育出版社，2011.2. 丁根寶，鑄造工藝學 上冊 M ，機械工業(yè)出版社，1985.3. 鑄造手冊編委會，鑄造手冊：第五卷M ，機械工業(yè)出版社，1996.4. 沈其文, 材料成形工藝基礎(第三版)M，華中科技大學出版社，2003.摘 要 支座是支撐零部件的載體其主要承受了軸向的壓縮作用的機械零件。在日常生產中對支座的選用異常廣泛，因為它具有經濟型良好、結構穩(wěn)定性好、結構簡單美觀實用等特點。本文主要分析了支座的結構，并根據(jù)其結構特點確定了鑄造工藝，
3、確定了支座的鑄造工藝過程，繪制了芯盒裝配圖，鑄造裝配圖等。關鍵詞：圓形支座；砂型鑄造；鑄造工藝設計；裝配圖目 錄一、造型材料選擇1. 鑄造合金的選用12. 造型和造芯材料1二、澆注位置及分型面的確定2三、鑄造工藝參數(shù)設計1.加工余量的選擇52.鑄件孔是否鑄出的確定53.起模斜度的確定54.鑄造圓角的確定65. 鑄造收縮率的確定76反變形量8四、造型方法的設計8五、木模的設計10六、澆注系統(tǒng)的設計1.澆口杯122澆注系統(tǒng)的尺寸12七、冒口的設計14八、鑄型裝配圖設計15心得體會17參考文獻18一、造型材料選擇1. 鑄造合金的選用灰鑄鐵的力學性能與基體的組織和石墨的形態(tài)有關?；诣T鐵中的片狀石墨對基
4、體的割裂嚴重，在石墨尖角處易造成應力集中，使灰鑄鐵的抗拉強度、塑性和韌性遠低于鋼，但抗壓強度與鋼相當，也是常用鑄鐵件中力學性能最差的鑄鐵。同時，基體組織對灰鑄鐵的力學性能也有一定的影響，鐵素體基體灰鑄鐵的石墨片粗大，強度和硬度最低，故應用較少；珠光體基體灰鑄鐵的石墨片細小，有較高的強度和硬度，主要用來制造較重要鑄件；鐵素體一珠光體基體灰鑄鐵的石墨片較珠光體灰鑄鐵稍粗大，性能不如珠光體灰鑄鐵。故工業(yè)上較多使用的是珠光體基體的灰鑄鐵。灰鑄鐵具有良好的鑄造性能、良好的減振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、在鑄造過程中，應選用的金屬材料種類是灰鑄鐵，因為此鑄件結構基本為左右對稱，最大截面為地面，
5、因此可以采用整體造型進行鑄造?；诣T鐵的流動性好，易澆注，且收縮率最小。并隨含碳量的增加而減少，使鑄件易于切削加工。鑄鐵材料還可以減少噪音。在澆注時，澆注溫度為1200-1380。采用砂型鑄造方法，操作簡便，工藝性好，提高了工作效率?；诣T鐵材料抗壓能力強，保證了鑄件的使用性能。因為支座是指用以支承容器或設備的重量，并使其固定于一定位置的支承部件。還要承受操作時的振動與地震載荷，而且此鑄件為290120mm的灰鑄鐵，其型號應為HT250。2. 造型和造芯材料由于本次課程設計的鑄件是中等批量生產，所以造型和造芯的方法應采用靈活多樣，適應性強的手工造型。但它有生產率低，勞動強度大，鑄件質量不易穩(wěn)定的缺
6、點。造型方法可選用砂箱造型，其操作方便，無論是大、中、小型鑄件，還是大量、成批和單件生產均可采用。型砂選擇：鑄鐵用的型砂和泥心砂，其主要的組成部分是石英砂和耐火粘土。作為造型材料的沙子性質，由砂粒形狀和大小，氧化硅的含量，以及沙子中存在的各種混合物來確定。該鑄件型砂選用瘦沙（粘土含量2-10%）來代替石英砂。在濕模造型時，小型和中小型鑄鐵件泥心砂可以采用小顆粒的半肥沙（粘土含量10-20%）作為附加物加入石英砂中。加入的耐火粘土，其工藝試樣的抗壓強度應為0.5-0.6kg/mm2。耐火粘土應該是白色或者淡灰色的，不應有可被肉眼看出的混雜物，如砂子、礦石、石灰等。碎粘土所含水分不應超過2%。（鑄
7、件材料是鑄鐵時，制造濕砂型的粘土砂所用粘土為膨潤土，濕抗壓強度一般為80-120kPa。含水量為4.5-5.5，透氣性為60-100，型砂配比70/140目占33，100/200目占17%， 紅砂占50%。芯砂選擇油砂或水玻璃砂。）造芯的方法可采用芯盒造芯和刮板造芯，前者用于造各種形狀、尺寸和批量的砂芯，后者用于造單件小批量生產，形狀簡單或回轉體砂芯。二、澆注位置及分型面的確定分型面是指上、下砂型的接觸面或鑄造模樣的分合面，分型面的選擇應在保證質量前提下，盡量簡化工藝過程，節(jié)省人力物力。對于零件質量要求不高、外形復雜且批量不大的支撐臺鑄件，為簡化工藝操作，可優(yōu)先考慮分型面，并找出零件的可分型方
8、案。選擇分型面時應注意一下原則：1) 應使鑄件全部或大部分置于同一半型內2) 應盡量減少分型面的數(shù)目3) 分型面應盡量選用平面4) 便于下芯、合箱和檢測5) 不使砂箱過高6) 受力件的分型面的選擇不應削弱鑄件結構強度7) 注意減輕鑄件清理和機械加工量該零件可能的分型方案有三種。a) 以支架的底面為分型面（如圖2-1所示） 圖2-1b)以凸臺為分型面（如圖2-2所示） 圖2-2c)以對稱中心線為分型面（如圖2-3所示）圖2-3分析比較各方案的特點并確定方案1）以支架的底面為分型面這種分型方法只需外加一活塊造型，其分型面數(shù)量不僅少而且鑄件全部放在下型，既便于型芯安放和檢驗，又可以使上型高度減低而便
9、于合箱和檢驗壁厚， 還有利于起模及翻箱操作。而且底面可以向下放，以保證其表面粗糙度，分型面為底面時便于起模。2）以凸臺為分型面 不利于起模及翻箱操作。3）以對稱中心線為分型面需采用兩箱造型造型復雜，容易造成錯箱，從而影響鑄件精度。三、鑄造工藝參數(shù)設計 確定鑄造工藝參數(shù)必須以零件尺寸為依據(jù)，零件的詳細尺寸如圖3-1所示。 圖3-1 零件圖1. 加工余量的選擇該支座為單件、小批量生產，可采用手工造型和造芯。由材料成形技術基礎P54表1.10查得尺寸公差等級CT應為13-15級，選13級，加工余量等級為MA為F-H,應選G。由課程設計題目知基本尺寸290mm，查材料成形技術基礎第三版P56表1.13
10、與尺寸公差配套使用的灰鑄鐵機械加工余量，并由確定加工余量中“頂面（相對于澆注位置）的加工余量等級應比底、側面加工余量等級降一級選用”的規(guī)定查得，頂面加工余量應按照CT14級、MA-H級；底面、側面的加工余量為CT13級、MA-G級。則頂面的加工余量取5mm,底面和側面的加工余量取3.5mm。所以頂面的加工余量取5mm，底面和側面的加工余量取3.5mm。加工余量如圖3-2所示。圖3-2 加工余量圖2.鑄件孔是否鑄出的確定因為該鑄件材料是HT250，單件、小批量生產，孔徑15mm，但是查得鑄件的最小鑄出孔直徑是30mm-50mm，則該六個孔沒必要鑄出。所以該孔徑為15mm的六個孔沒必要鑄出。3.起
11、模斜度的確定根據(jù)標準鑄件模樣起模斜度中的規(guī)定，該鑄件選用增加鑄件厚度的起模斜度形式如圖3-3：圖 3-3 起模斜度用手工方法加工模具時用寬度標注，該鑄件模具是木模，高度120mm，由材料成形技術基礎P57表1.14砂型鑄造時模樣外表面及內表面的起模斜度查得外表面起模斜度2mm，內表面起模斜度6mm。所以內表面起模斜度6mm，外表面起模斜度2mm。4. 鑄造圓角的確定根據(jù)鑄件的圓角確定鑄造圓角，如圖3-4，在做木模時外鑄造圓角設為2mm，內鑄造圓角設為4mm。 圖3-4 零件剖面圖5. 鑄造收縮率的確定該鑄件材料為灰鑄鐵，由材料成形技術基礎P57知灰鑄鐵的鑄造收縮率為0.7%-1.0%，該鑄件選
12、1.0%，則制造尺寸放大一個線收縮率。所以鑄造收縮率1.0%。綜上所述考慮到鑄件的加工余量、收縮量、拔模斜度、鑄造圓角、工藝補正量及芯頭間隙后的鑄件尺寸如圖3-5所示。圖3-5 鑄件圖6、反變形量鑄造較大的平板類、床身類等鑄件時，由于冷卻速度的不均勻性，鑄件冷卻后常出現(xiàn)變形。為了解決撓曲變形問題，在制造摸樣時，按鑄件可能產生變形的相反方向做出反變形摸樣，使其與反變形量抵消，這樣在鑄造摸樣上做出的預變形量稱為反變形量。而支座沒有較大平板做基本不會產生撓曲變形，所以不用設置反變形量。四、造型方法設計要確定造型方法必須根據(jù)鑄件的外形來選擇分型面和型芯形狀。鑄件的外形如圖4-1所示圖4-1 鑄件的外形
13、由上圖可看出，該鑄件結構簡單，基本成中心對稱，根據(jù)澆注位置確定原則中重要面、大平面及薄壁部位朝下或側立，厚壁部位朝上，另外又是一個圓盤類零件，所以可以確定該鑄件需要平放，即平做平澆，如前所述分型面選在底面。砂芯主要靠芯頭固定在砂型上，對于垂直砂芯，為了保證其軸線垂直、牢固地固定在砂型上，必須有足夠的芯頭尺寸，對于水平砂芯，必須有足夠的芯頭長度，以承受砂芯的重力和金屬液的浮力。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，但又能確保鑄件的尺寸精度。而該方案是采用垂直砂芯且是濕型砂，而且該方案的砂芯高度與直徑比不大，且直徑較大，所以采用的是上芯頭去除形式的垂直砂芯。經查表得s=1.5，1=
14、7=8mm，而h=35但是去除了上芯，所以高度應增加30%，所以h=35(1+30%)=46mm。如下圖4-2所示。圖4-2 芯頭尺寸圖4-3 芯盒剖面圖芯盒裝配三維圖圖4-4 芯盒裝配圖五、木模的設計根據(jù)鑄件工藝參數(shù)中鑄件的收縮量、加工余量、拔模斜度、鑄造圓角、工藝補正量及芯頭間隙，設計木模。木模每處的尺寸=鑄件實際尺寸+加工余量+收縮量+型芯與芯頭的間隙量。則木模的形狀如圖5-1所示。 圖5-1經設計：木模的剖面圖如圖5-2所示 圖5-2經計算：木模的尺寸如圖5-3所示 圖5-3六、澆注系統(tǒng)的設計澆注系統(tǒng)是鑄型中引導液體金屬進入型腔的通道，它由澆口杯（盆）、直澆道、橫澆道和內澆道組成。1、
15、 澆口杯澆口杯是用來承接來自澆包的金屬液，防止金屬液飛濺和溢出，便于澆注，并可以減輕金屬液對型腔的沖擊，還可分離渣滓和氣泡，阻止其進入型腔。分為漏斗型和盆型兩大類。漏斗型澆口杯又分成兩類，一類是中、小型鑄件和非鐵合金鑄件用的容積較大的漏斗型澆口杯；一類是鑄鋼件用的漏斗型澆口杯。而澆口盆用于中、大型鑄鐵件和中、大型非鐵合金鑄件。澆口盆形底部筑有壩，待達到適宜的液面高度和適宜的澆注速度以后，金屬液再流入直澆道。因為鑄件的材料是HT250，且考慮到鑄件屬于中型鑄件，故采用盆形澆口杯。經估算該零件質量為53Kg，所以查表得L=110mm，R=70mm,R1=40mm,r=25mm, r1=13mm,H
16、=110mm,l=78mm,d=27mm，因而得出澆口杯尺寸如圖6-1所示 圖6-12、澆注系統(tǒng)的尺寸澆注系統(tǒng)分為封閉式澆注系統(tǒng)，開放式澆注系統(tǒng)，半封閉式澆注系統(tǒng)和封閉-開放式澆注系統(tǒng)。因為封閉式澆注系統(tǒng)控流截面積在內澆道，澆注開始后，金屬液容易充滿澆注系統(tǒng)，呈有壓流動狀態(tài)。擋渣能力強，但充型速度快，沖刷力大，易產生噴濺，金屬液易氧化。適用于濕型鑄件小件。而支座就是采用濕型的鑄件小件，所以選擇封閉式澆注系統(tǒng)。1、采用封閉式的澆注系統(tǒng)，各組元比例如下： F內：F橫：F直=1：1.2: 1.4； 查表得，鑄件的內澆口總截面積F內 為4.25平方厘米，取值4.5平方厘米，采用圓截面內澆口。查表得圓截
17、面的直徑d=24mm，即如圖 6-2所示尺寸。 圖6-2采用兩條內澆道，則橫澆道的截面積為10.8平方厘米，查表得A=45mm,H=30mm,R=21mm即如圖6-3所示的橫截面積。 圖6-3直澆道下端截面積F直=2x1.4x4.5cm2=12.6cm2。查表得： 下端截面直徑為40mm，上端直徑為48mm，直澆道每厘米長重量0.092kg。采用分型面澆注法，則得出澆注系統(tǒng)如圖6-4所示。圖6-4 澆注系統(tǒng)三維圖七、冒口的設計鑄件從液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)，體積會縮小，即有體收縮。因體積的縮小而得不到液體的補縮時，則在凝固后，于鑄件內那些模數(shù)較大的部位會產生縮孔或縮松。為了獲得致密的鑄件，基本的條件是實
18、現(xiàn)順序凝固。這就必須在補縮通道上設置儲有足夠多的液體和初始模數(shù)比補縮通道模數(shù)大的冒口，使鑄件在凝固過程中，能不斷地從冒口獲得液體進行補縮，以消除鑄件的縮孔和縮松，使縮孔移入冒口之中。鑄件采用縮頸頂冒口，冒口如圖7-1所示：圖7-1因為鑄件安裝冒口處厚度e為30mm，又因為d=(0.8-1.0)*e，所以取d為30mm，查表得Dm=53mm,h=14mm,R=7mm,Hm=300mm,Gm=7kg則得出冒口三維圖如圖7-2所示 圖7-2 冒口三維圖八、鑄型裝配圖設計以上述一些數(shù)據(jù)的計算以及設計為基礎以及澆注系統(tǒng)、冒口、鑄件和型芯等裝配起來，鑄型裝配圖如圖8-1所示。 圖8-1 鑄型CAD裝配圖圖
19、8-2 鑄造裝配三維圖圖8-3 鑄造裝配內部圖心得體會為期兩個星期的設計終于結束了，這是累卻快樂的兩個星期。這次關于材料成形技術的課程設計使我對Pro/E建模以及CAD知識掌握得更加熟練了，使我更加深刻地理解了材料成形技術的知識，對鑄造工藝有了更深層次的了解，為以后的學習和工作打下了堅實的基礎。在這個設計任務下發(fā)，還沒借到工藝設計書時，望著老師發(fā)下來的模板，望著那模板里嵌著的復雜的Pro/E、CAD圖，尤其是芯盒裝配的三維圖，我慌了。Pro/E雖然學了，但是要我做出那樣的芯盒裝配圖還是有點吃力，而且都不知從何著手。而且CAD學了這么久，連最基本的操作都不怎么熟了，這次真是遇到了一個難題。但是我
20、從不會因困難而嚇到，于是開始自己一步一步慢慢來解決一個一個問題。按照圖書館借來的鑄造工藝設計書中的設計步驟查數(shù)據(jù)，設計圖紙，溫習CAD，探究Pro/E，慢慢覺著我開始有點頭緒了。但是正當我有點頭緒了，新的難題又擺在我面前，零件的分型面的選擇分析了好半天都分析不出一個好的方案，多虧了老師的詳細指導后，我的思路頓時明朗，突然覺著設計也不像我最初想象的那么難了。這次課程設計，感謝同學們對我的幫助，感謝老師對我的耐心的指導以及詳細講解，使我對鑄造工藝設計有了更多的了解和認識。這次課程設計是我們真正理論聯(lián)系實際、深入了解設計概念和設計過程的實踐考驗，對于提高我們模具設計的綜合素質大有用處。參考文獻1 張亮峰.材料成形技術基礎M.北京：高等教育出版社,2014.2 武志明,姚涵珍.野火5.0機械設計基礎及應用M. 北京：人民郵電出版社，20143 大連理工大學工程圖學教研室.機械制圖M.北京：高等教育出版社，20124 曹瑜強.鑄造工藝及設備M. 北京：機械工業(yè)出版社，20035 劉小年.AutoCAD計算機繪圖基礎M. 長沙：湖南大學出版社，20106 李弘英，趙成志.鑄造工藝設計M. 北京：機械工業(yè)出版社，2005鑄造工藝圖鑄造裝配圖
圓形支座鑄造工藝設計
