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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,液态成型工艺设计,吴士平 徐实谦,第1页,一、液态成型工艺与模具设计目标,课程设计是培养材料成形与控制工程专业人才一个主要实践步骤，其目标是经过设计实践来巩固和加深液态成形工艺基础课及相关基础课和技术基础课知识，并能够利用所学知识，比较系统地学习掌握液态成型工艺及工装模具设计方法，使学生能够制订出比较合理液态成型工艺规程并设计出结构正确工装模具；同时，经过课程设计，使学生深入提升运算、设计绘图和查阅利用铸造工艺及工装模具设计手册与其它技术资料而基本技能，培养学生分析、处理铸造生产实际问题能力，也为毕业设计和工作打好基础。,第2页,二、设计任务要求,每个学生在三周内必须独立完成某一零件（中等复杂程度，采取机械化造型生产线）液态成型工艺与模具设计及技术文件绘制工作，包含：,设计绘制零件铸造工艺图 1张；,设计绘制（上或下）模板装配图 1张；,设计并绘制芯盒模具图 1张,编写液态成型工艺与模具设计说明书 1份,第3页,二、设计任务要求,所设计图纸尺寸、投影图百分比及图面布置，均按机械制图标准和模具图纸要求设计绘图；图纸中应注明必要尺寸与技术要求，必要剖视、剖面和部件明细表。,完成液态成型工艺与模具课程设计，最终经过答辩进行考评（按优、良、中、及格、不及格评分），学生在参加答辩前一天，所设计图纸、设计说明书必须经指导教师审核签字，不然不允许参加答辩。,第4页,三、设计内容和步骤,每个学生接到液态成型工艺及模具设计任务后，先对零件图进行详细工艺分析，设计绘制工艺图，以工艺图为依据，设计绘制模样、模板、模具图与芯盒模具图，最终编写液态成型工艺模具设计说明书，（本指导书所列“查表”均引自砂型铸造工艺及工装设计参考书）,第5页,三、设计内容和步骤,（一）读图（见图1）分析液态成型工艺要求和特点,1）应清楚零件结构形状与格投影关系，绘出该零件立体图,第6页,三、设计内容和步骤,图1 零件图,第7页,三、设计内容和步骤,2）零件图应标注主要尺寸（壁厚、长、宽、高级主 要轮廓尺寸等），机械加工及公差要求，零件表面粗糙度，零件材质、性能与技术要求。,3）分析铸造零件承载情况与工作条件，零件生产批量按成批或大量生产进行设计。,第8页,三、设计内容和步骤,4）确定铸件技术条件，包含铸件材质、合金牌号（HT200）、化学成份、金相组织、机械性格和机械加工要求，铸件质量检验、热处理要求等。,5）审查零件结构是否符合液态成型工艺要求，对不合理结构、尺寸可提出结构修改意见。,6）分析该液态成型零件易产生铸造缺点并提出消除缺点对应工艺办法。,第9页,三、设计内容和步骤,（二）确定液态成型工艺方案绘制液态成型工艺图,1、确定液态成型工艺方案,依据设计任务可知，该铸件为大批量生产，故采取机械化流水线生产。对各种可能方案进行比较，选择最先进、经济、合理最正确方案进行设计，包含：,（1）造型方法,选择粘土砂造型、湿型机械化造型，树脂砂或粘土砂芯手工制芯,。,第10页,三、设计内容和步骤,（2）确定浇注位置与铸型分型面（模样分型面）,确定浇注位置时，考虑主要面、加工表面放在下（底）面，或侧面，考虑次序凝固应将厚壁部分放在上面或侧面，综合考虑确定该铸件浇注位置如图2所表示。,第11页,三、设计内容和步骤,图2 铸件浇注位置与分型面,第12页,三、设计内容和步骤,分型面选择有两种方案：,方案I：铸件可按放在上、下两铸型内，但不能确保铸件同心，下芯困难；,方案II：铸件在同一铸型内，下芯方便，可确保铸件尺寸精度，造型简单，排气方便，但上箱尺寸高。,综上，方案II较为合理。,第13页,三、设计内容和步骤,（3）确定工艺参数,给出机械加工余量，查表3-24、25，是否铸出孔、槽，查表3-26；,因采取机器造型，金属模板、芯盒，铸件精度高，加工余量选小值（查表3-3），最小壁厚、圆角查表1-3、1-4、1-5.,选取拔模斜度，活块，查表3-21、3-22、3-23，普通选030130,选取铸造收缩率K、工艺补正量和分型负数等，查表3-1，普通选0.81.0%,第14页,三、设计内容和步骤,（4）确定砂芯数目/轮廓,选择砂芯种类（粘土、油砂、自硬砂、树脂砂芯）与制芯方法（手工、机器制芯）；,芯头种类、结构尺寸，其中垂直芯头、水平芯头，尺寸查表4-3、4-4。,压环、防压环、集砂槽，查表4-2，,砂芯通气系统、芯骨、芯撑形状、尺寸和数量,F,横,F,直,F,内，,F,内为控流断面,第15页,三、设计内容和步骤,（5）设计、计算浇注系统、冒口、冷铁、出气孔、铸筋,I 浇注系统类型选择,因为铸件材质为灰铁，要求浇注系统撇渣能力较强，铁水充型平稳，所以，选择半封闭式浇注系统，,F,横,F,直,F,内,，,F,内,为控流断面,第16页,三、设计内容和步骤,ii,)内浇口断面积计算,铸件重G,应包含零件浇冒口系统（重量为铸件重2030%），再加上给出加工余量，拔模斜度后增加重量，按照选定收缩率，再求得铸型内金属液总重量为G。,浇注时间,浇注时间按单件计算，按照铸件重G，查表3-13，浇注时间,s,=0.59,因为该件为灰铁，应对铁水上升速度进行校验，依据公式：,查表3-3，依据壁厚验算上升速度。,第17页,三、设计内容和步骤,计算内浇口截面积,a.取平均压头,Hp,，选取流量系数,=0.42（查表3-5）,依据奥赞公式,第18页,三、设计内容和步骤,b.图表法,见（附页图表），在表上按计算铸件毛坯重量G，垂直向上引线与铸件平均壁厚线相交，再向左引平行线与计算平均压头Hp线相交点向下引垂线，即可查出浇注系统总截面,F,内,尺寸（cm,2,）.,第19页,第20页,三、设计内容和步骤,确定每个铸件开设浇口数量。,从两种计算方法得出,F,内,有差异，实践中依据产品质量，,F,内,可做些修正，增大或减小截面积。,第21页,三、设计内容和步骤,确定浇注系统各组元断面积比与尺寸,依据表3-7半封闭式浇注系统各断面比取为：,计算各组元断面积，各组元断面形状、尺寸，查表5-25-23、5-24.,为了加强裆渣和含有足够压头，采取漏斗形浇口杯，详细形状和尺寸查表5-16,第22页,三、设计内容和步骤,最小压头验算,依据初步布置校核最小压头，已知静压头,H,M,（mm）及浇口中心距铸件远端距离,L,（mm），可依据,公式，计算压力角。,(6)砂箱尺寸、造型机初选,第23页,三、设计内容和步骤,（三）绘制液态成型工艺图,液态成型工艺图是最基本、最主要工艺文件，是生产过程指导性文件，是设计和制造工艺装备依据，它是液态成型工艺方案详细表达，必须认真绘制。绘制时将各种简明工艺符号标注在零件图上，表示模样、砂型、砂芯制造工艺及浇冒口系统等液态成型工艺方案基本内容。,第24页,三、设计内容和步骤,1）按机械制图要求绘制零件图（按百分比1:1或1:2百分比放大）；,2）标出不铸孔、槽及加工余量；,3）绘出拔模斜度；,4）标注浇注位置和分型面；,5）绘出芯子形状、芯头间隙、压紧环、防压环、集砂槽及相关尺寸；,6）按设计计算浇注系统，在零件图上绘出浇注系统（用红线）结构形状，按视图标准绘制，标注各部尺寸。,7）绘出铸筋、活块，标出相关尺寸和数量；,8）铸造收缩率确定后，各方向选同一缩尺，无须再图上分别标注，只在工艺条件中说明。,9）校核砂箱尺寸和造型机选择（顶箱式、顶杆式）；,第25页,六、工艺设计实例,工艺图,第26页,三、设计内容和步骤,（四）模板、模具设计绘制模板装配图,包含：模底板、模样（包含浇冒口、出气孔模样）及模样定位），紧固装置、砂箱定位装置、模板在造型机上紧固装置及起吊装置等。,第27页,三、设计内容和步骤,图 9-1 装配式,图 9-2 整体式,第28页,三、设计内容和步骤,1.设计标准,1）要求模板有足够强度和刚度,2）有良好耐磨性、较高表面光洁度及尺寸精度；,3）力争结构简单、合理、安装维修方便。,2.模板模具设计,1)选择模板类型、结构，查表10-1.,第29页,三、设计内容和步骤,2）设计模底板、材料（HT150）、结构尺寸及定位销，销耳尺寸，查表10-7、9-4、9-5、9-6、9-7,模底板平面尺寸+A0=A+2b B0=B+2b,模板高度选80-150mm,模底板加强筋厚度t=15mm、间隙、底板厚度,=14mm,第30页,三、设计内容和步骤,3)设计金属模样结构及储存,包含铸件模样、浇口、冒口、出气孔及芯头模样，反形成铸件轮廓尺寸均应放缩尺；芯头尺寸、压紧环、集砂槽以及浇冒口系统不用放缩尺，只需按照工艺图上给出尺寸绘制。,模样尺寸=件尺寸（1+K）,件尺寸=零件尺寸+加工余量+拔模斜度,选定模样材料，表面粗糙度，尺寸公差。,第31页,三、设计内容和步骤,4）模样在底板上装配、布置、定位、紧固,一型多铸，只画一个模样安装固定详图，用视图表示清楚，其它只画出模样外形轮廓线。所选取标准件应符合国家标准。查表10-14、15、16、17.浇口、芯头装配查表10-18、19.,第32页,三、设计内容和步骤,5）模底板、砂箱定位装置（定位、导向销）,定位销中心距C=A+2M 差 M=75 mm,定位销形状、尺寸,销耳尺寸,6）砂箱尺寸设计，查表12-3，确定砂箱最大内尺寸（确定吃砂量）。造型机查表12-14,7）出气孔,8）模板装配图视图及明细表。（2-3个视图表示清楚）,第33页,三、设计内容和步骤,图5-2 模底板和砂箱尺寸关系,第34页,第35页,第36页,图5-3 模底板与砂箱直接定位方式,第37页,图5-12 模板装配图上模样定位尺寸标注,第38页,六、工艺设计实例,模板图,第39页,三、设计内容和步骤,（五）设计、绘制芯盒装配图,包含：芯盒本体、防磨片、镶块、定位夹紧装置、吊运装置、排气与芯骨定位元件、在制芯机上紧固结构。参考表11-2,。壁厚加强筋，查表11-4、11-5.,手工制芯，芯盒设计结构力争简单，体积小，重量轻，操作方便，芯盒材料选ZL104.（查表11-3）,第40页,三、设计内容和步骤,1、芯盒材料,第41页,三、设计内容和步骤,2、金属芯盒结构形式,（1）金属芯盒按不一样分盒面分类,第42页,三、设计内容和步骤,第43页,（2）金属芯盒结构实例,铰链式对开芯盒,三、设计内容和步骤,第44页,水平对开芯盒,三、设计内容和步骤,第45页,水平对开,圆棒芯芯盒结构,三、设计内容和步骤,第46页,链式对开芯盒结构,三、设计内容和步骤,第47页,三、设计内容和步骤,1）芯本体结构、防磨片（厚度查表11-6）、镶块与 活块,（查表11-7）设计。,第48页,三、设计内容和步骤,2）芯盒分盒面确实定（几个方案比较）,第49页,三、设计内容和步骤,3）芯盒内腔尺寸（砂芯尺寸）计算及芯头尺寸、斜度、间隙。,芯盒内腔尺寸=（零件尺寸工艺尺寸）(1+K),第50页,三、设计内容和步骤,4)芯盒定位（查表11-9），夹紧装置（查表11-5）设计,第51页,芯盒几个夹紧结构,第52页,芯盒几个夹紧结构,第53页,三、设计内容和步骤,5）芯盒吊运装置、排气与芯骨定位装置设计,。,第54页,第55页,手工制芯用手柄,第56页,三、设计内容和步骤,6）芯盒尺寸精度与标注尺寸,第57页,三、设计内容和步骤,7)芯盒装配图视图与明细表,第58页,三、设计内容和步骤,（六）编写设计说明书,设计说明书是液态成型工艺与模具设计一个主要部分，是各部分设计和计算一个综合汇报，也是设计者设计思想、设计能力与水平集中表达，同时，也是对设计进行检验一个主要依据。说明书要系统、简明、扼要，论证清楚，逻辑清楚、标点、符号、单位应规范使用，计算准确、图表清楚，主要包含：,第59页,三、设计内容和步骤,1)设计任务及设计任务分析（铸件结构、材质、性能特点、技术要求及生产批量）,2)工艺方案分析论证,比较优缺点，选定最正确方案。包含零件结构,铸造工艺性欲技术条件分析,3）液态成型工艺图,浇注位置、分型面选择：铸型种类、造型方法及设备选择；各项工艺参数确定依据；浇注系统、冒口类型、结构选择与比较；工艺出品率核实。,第60页,三、设计内容和步骤,4）型板模具设计与说明,模板类型，结构；模底板结构，材料；定位销，销耳结构尺寸；金属模样尺寸，材料，模样装配、定位紧固。,5）砂芯与型砂材料选择,6）砂箱尺寸和造型机选择,7）芯盒模具设计,芯盒分盒面选择与本体结构、防磨片；芯盒定位与紧固；通气孔；技术条件,8）铸件缺点分析与处理方案,9）设计主要参考资料,10）编写说明书目录,第61页,四、设计进度和安排,有效设计时间共计13天，答辩1天，讲课1天（8课时）。,其中：读图1天,阅读资料1天,确定工艺方案设计、计算浇注系统、绘制零件,图、绘制铸造工艺图共计3天,设计模板装配图及绘制工装图4天,设计芯盒及绘制芯盒装配图2天,编写液态成型工艺与模具设计说明书1天教学授,课1天（8课时）,答辩1天,第62页,五、设计参考资料,（1）联合编写组砂型铸造工艺及工装设计，1980年,（2）李魁胜主编铸造工艺设计基础机械工业出版社1981年,（3）叶荣茂等编铸造工艺课程设计手册哈尔滨工业大学出版社，1989年,（4）铸造用模手册机械工业出版社，1987年,（5）铸造工艺装备设计手册机械工业出版社，1989年,（6）施廷莲，铸造实用手册，东北大学出版社，1994年,（7）机械工程学会铸造分会编，铸造手册（5 铸造工艺），机械工业出版社，年,第63页,六、工艺设计实例,立体图,第64页,六、工艺设计实例,零件图,第65页,六、工艺设计实例,工艺图,第66页,六、工艺设计实例,模板图,第67页,六、工艺设计实例,芯盒图,第68页,六、工艺设计实例,设计说明书,第69页,第70页,第71页,设计说明书,一、设计任务,1、设计零件铸造工艺图。,2、设计绘制模板装配图。,3、设计并绘制所需芯盒装配图。,4、编写铸造工艺设计说明书。,第72页,设计说明书,二、生产条件和技术要求,1、生产性质：大批量生产,2、材料：HT200,3、零件加工方法：,零件上有多个孔，除中间大孔需要铸造以外，其它孔在考虑加工余量后不宜铸造成型，采取机械方法加工，均不铸出。,造型方法：机器造型,造芯方法：手工制芯,4、主要技术要求：,满足HT200机械性能要求，去毛刺及锐边，未注明圆角为R3R5，未注明筋和壁厚为8，铸造拔模斜度小于2度，漆以（A/C 202 QCATBD-12-），铸造表面不允取有缺点,第73页,三、设计详细过程,1、铸造工艺设计方法及分析,1.1铸件壁厚,1.2造型、制芯方法,1.3砂箱中铸件数目确实定,2、铸造工艺参数确实定,2.1铸件尺寸公差和重量公差,2.2机械加工余量,2.3拔模斜度,2.4铸孔起模斜度,2.5铸铁铸造收缩率,2.6铸铁铸造收缩率,2.7铸造表面粗糙度,3、砂芯,3.1芯头尺寸,（1）垂直芯头,第74页,设计说明书,（2）水平芯头,4、浇注系统,4.1分型面设计及浇注位置选择,4.2浇道设计,5、模板图设计,5.1金属模样材料,5.2金属模样结构,5.3金属模样尺寸公差和表面粗糙度,5.4模样在底面上装配,5.5 模板设计,第75页,设计说明书,6、芯盒设计,6.1材料选择,6.2分盒面设计,6.3芯盒内腔尺寸确实定,6.4芯盒主体结构设计,6.5芯盒与耐磨护板定,6.6金属芯盒尺寸偏差和表面粗糙度,四、参考文件,第76页,七、答辩注意事项,汇报提要,说明铸件材质、形状特点、铸件要求、拟采取铸造方法,结合立体图，经过对比喻案说明浇注位置选择、分型面选择理由、优缺点,结合工艺图说明主要工艺参数选择方法、理由，如收缩率、加工余量、拔模斜度、最小铸出孔等。,结合工艺图说明浇注系统设计方法、采取浇注系统类型、浇注系统各单元截面尺寸设计方法、标准，内浇道引入位置及其理由。,结合工艺图说明砂芯设计过程、砂芯结构、定位方法及砂芯种类。,结合模板图说明铸件在砂箱中布置，浇注系统怎样布置，模板大小、定位、导向，摸样定位、固定、气针。顶出机构、吊装机构。,结合芯盒图说明砂芯结构、填砂口、芯盒定位、固定等。,最终说明本工艺特点、工艺出品率，可能存在问题。,第77页,谢谢,第78页,
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