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机械课设工艺流程说明书1002020年5月29日文档仅供参考摘 要本设计题目的任务是研究铣床箱体零件成形工艺及砂型铸造模具设计,根据零件结构特点和用途,确定采用铸造成形工艺方法制造该零件的毛坯。首先,根据零件的结构特征、技术要求、生产条件、生产批量等选择造型方法和砂芯结构,再由零件的尺寸和形状来确定最佳的工艺方案. 其具体内容包括选择理想的分型面和浇注位置,根据箱体尺寸选择工艺参数, 设计模样零件图及砂芯立体结构图, 设计造型模板. 其次, 根据和手册计算出阻流截面积. 采用封闭式浇注系统, 确定浇口比, 计算直浇道、横浇道的横截面积, 绘制铸造工艺图. 再次, 根据零件图绘制出模样图, 根据造型机选择模底板, 由零件的尺寸确定砂箱的尺寸. 最后绘制出上、下模底板图; 上、下模板装配图;上、砂箱装配图. 在零件铸造成型设计中确定共有5个砂芯, 均采用热芯盒的方法制造. 关键词:铸造工艺图;工艺参数;铸型工装设计AbstractThis design topic task is to study the milling machine parts forming process and sand casting mould design, structure features and use according to the parts, determination by casting parts forming process method of the manufacturing blank. First of all, according to the features of the structure of parts, technical requirements and production conditions, such as production batch choice model method and sand core structure, again by the size and shape of the parts to determine the best of craft project. The concrete contents include the choice of the ideal parting surface and pouring position, according to size selection box process parameters, the design drawing and sand core like three-dimensional structure, design modeling template. Second, according to the material forming technology foundation and the craft equipment design basis manual calculated resistance flow cross-sectional area. Using close gating system, sure than gate, calculation, the runner straight runner cross sectional area, draw casting process map. Again, according to the chart drawing parts like chart, according to ZaoXingJi choice model the bottom, by the size of the parts to determine the size of the sand box. Finally draw the upper and lower die bottom graph; on, under template assembly drawing; Sand box, the assembly. In parts in the design of casting molding sure there were five sand cores, all use hot core boxes method of manufacturing. Keywords: casting process diagram; Process parameters; Casting tooling design 目 录1 绪论11.1国内外发展现状11.1.1发达国家铸造技术发展现状11.1.2中国铸造技术发展现状21.2铸造工艺设计的目的及意义31.3铸造工艺设计的概念41.4设计依据41.5设计内容52 铸造工艺设计72.1造型和制芯方法及铸型种类选择72.2浇注位置和分型面的确定92.2.1浇注位置的确定92.2.2分型面的选择102.3砂箱中铸件数量及排列122.4工艺参数的选择122.4.1铸件线收缩率122.4.2机械加工余量132.4.3铸件的尺寸和重量偏差152.4.4最小铸出孔162.5砂芯设计172.5.1 砂芯设计基本原则172.5.2 铸件中的砂芯172.5.3砂芯的固定和定位182.5.4 芯头的尺寸和间隙192.5.5芯撑202.6浇注系统的设计212.6.1浇注系统类型及特点212.6.2浇注系统引入位置的确定222.6.3浇注系统结构尺寸的设计232.7铸造工艺图263 模样和砂箱设计273.1模样图273.2模底板的设计303.2.1模底板材料303.2.2模底板平面尺寸的确定313.2.3模底板高度313.2.4模底板的壁厚和加强筋323.2.5模底板和砂箱的定位333.2.6模底板的搬运结构343.2.7模底板在造型机上的安装353.3模板装配图363.4造型机的选择383.5砂箱选择383.5.1砂箱本体设计393.5.2砂箱定位装置413.5.3砂箱夹紧装置433.5.4砂箱的搬运装置444 结论475 致谢48参考文献49附录 A50附录 B611 绪论1.1国内外发展现状1.1.1发达国家铸造技术发展现状发达国家总体上铸造技术先进、产品质量好、生产效率高、环境污染少、原辅材料已形成商品化系列化供应,如在欧洲已建立跨国服务系统。生产普遍实现机械化、自动化、智能化(计算机控制、机器人操作)。铸铁熔炼使用大型、高效、除尘、微机测控、外热送风无炉衬水冷连续作业冲天炉,普遍使用铸造焦,冲天炉或电炉与冲天炉双联熔炼,采用氮气连续脱硫或摇包脱硫使铁液中硫含量达0.01%以下;熔炼合金钢精炼多用AOD、VOD等设备,使钢液中H、O、N达到几个或几十个10-6的水平。普遍采用液态金属过滤技术,过滤器可适应高温诸如钴基、镍基合金及不锈钢液的过滤。过滤后的钢铸件射线探伤A级合格率提高13个百分点,铝镁合金经过滤,抗拉强度提高50%、伸长率提高100%以上。广泛应用合金包芯线处理技术,使球铁、蠕铁和孕育铸铁工艺稳定、合金元素收得率高、处理过程无污染,实现了微机自动化控制。铝基复合材料以其优越性能被广泛重视并日益转向工业规模应用,如汽车驱动杆、缸体、缸套、活塞、连杆等各种重要部件都可用铝基复合材料制作,并已在高级赛车上应用;在汽车向轻量化发展的进程中,用镁合金材料制作各种重要汽车部件的量已仅次于铝合金。 在大批量中小铸件的生产中,大多采用微机控制的高密度静压、射压或气冲造型机械化、自动化高效流水线湿型砂造型工艺。砂处理采用高效连续混砂机、人工智能型砂在线控制专家系统, 制芯工艺普遍采用树脂砂热、温芯盒法和冷芯盒法。熔模铸造普遍用硅溶胶和硅酸乙酯做粘结剂的制壳工艺。 用自动化压铸机生产铸铝缸体、缸盖;已经建成多条铁基合金低压铸造生产线。用差压铸造生产特种铸钢件。所生产的各种口径的离心球墨铸铁管占铸铁管总量95%以上,球铁管占球铁年产量30%-50%。重视开发使用互联网技术,纷纷建立自己的主页、站点。铸造业的电子商务、远程设计与制造、虚拟铸造工厂等飞速发展。1.1.2中国铸造技术发展现状总体上,中国铸造领域的学术研究并不落后,很多研究成果居国际先进水平,但转化为现实生产力的少。国内铸造生产技术水平高的仅限于少数骨干企业,行业整体技术水平落后,铸件质量低,材料、能源消耗高,经济效益差,劳动条件恶劣,污染严重。具体表现在,模样仍以手工或简单机械进行模具加工;铸造原辅材料生产供应的社会化、专业化、商品化差距大,在品种质量等方面远不能满足新工艺新技术发展的需要;铸造合金材料的生产水平、质量低;生产管理落后;工艺设计多凭个人经验,计算机技术应用少;铸造技术装备等基础条件差;生产过程手工操作比例高,现场工人技术素质低;仅少数大型汽车、内燃机集团铸造厂采用先进的造型制芯工艺,大多铸造企业仍用震压造型机甚至手工造型,制芯以桐油、合脂和粘土等粘结剂砂为主。大多熔模铸造厂以水玻璃制壳为主;低压铸造只能生产非铁或铸铁中小件,不能生产铸钢件;用EPC技术稳定投入生产的仅限于排气管、壳体等铸件,生产率在30型/小时以下,铸件尺寸精度和表面粗糙度水平低;虽然建成了较完整的铸造行业标准体系,但多数企业被动执行标准,企业标准多低于GB(国标)和ISO(国际标准),有的企业废品率高达30%;质量和市场意识不强,仅少数专业化铸造企业经过了ISO9000认证。结合铸造企业特点的质量管理研究十分薄弱。近年开发推广了一些先进熔炼设备,提高了金属液温度和综合质量,如外热式热风冲天炉开始应用,但为数少,使用铸造焦的仅占1%。一些铸造非铁合金厂仍使用燃油、焦炭坩埚炉等落后熔炼技术。冲天炉-电炉双联工艺仅在少数批量生产的流水线上得以应用。少数大、中型电弧炉采用超高功率(600-700kVA/t)技术。广泛应用国内富有稀土资源,如稀土镁处理的球墨铸铁在汽车、柴油机等产品上应用;稀土中碳低合金铸钢、稀土耐热钢在机械和冶金设备中得到应用;初步形成国产系列孕育剂、球化剂和蠕化剂,推动了铸铁件质量提高。高强度、高弹性模量灰铸铁用于机床铸件,高强度薄壁灰铸铁件铸造技术的应用,使最薄壁厚达4-6mm的缸体、缸盖铸件本体断面硬度差小于HB30,组织均匀致密。灰铸铁表面激光强化技术用于生产。人工智能技术在灰铸铁性能预测中应用。蠕墨铸铁已在汽车排气管和大马力柴油机缸盖上应用,汽车排气管使用寿命提高45倍。钒钛耐磨铸铁在机床导轨、缸套和活塞环上应用,寿命提高1-2倍。高、中、低铬耐磨铸铁在磨球、衬板、杂质泵、双金属复合轧辊上使用,寿命提高。应用过滤技术于缸体、缸盖等高强度薄壁铸件流水线生产中,减少了夹渣、气孔缺陷,改进了铸件内在质量。金属基复合材料研究有进步,短纤维、外加颗粒增强、原位颗粒增强研究都有成果,但较少实现工业应用。铸造业互联网发展快速,部分铸造企业某些重点行业的骨干铸造厂采用了直读光谱仪和热分析仪,炉前有效控制了金属液成分,采用超声波等检测方法控制铸件质量。环保执法力度日渐加强,迫使铸造业开始重视环保技术。沈阳铸造研究所等开发了大排距双层送风冲天炉和冲天炉除湿送风技术;中国初建铸造焦生产基地,形成批量规模。铸造尘毒治理、污水净化、废渣利用等取得系列成果,并开发出多种铸造环保设备(如震动落砂机除尘罩、移动式吸尘器、烟尘净化装置、污水净化循环回用系统,铸造旧砂干湿法再生技术及设备、铸造废砂炉渣废塑料制作复合材料技术和设备等)。1.2铸造工艺设计的目的及意义为了保证铸件质量,对于铸造过程中各个主要工序:如配砂、熔炼、造型和造芯、合箱浇注等,都要订出工艺守则,它规定了各个工序中共同遵守和执行的一般的工艺操作方法。可是仅仅有了工艺守则还不够,由于铸件的结构、技术要求等各不相同,它们的铸造工艺还有其本身的特殊要求,因此必须根据铸件的具体要求来编制各自的铸造工艺。工艺守则和铸造工艺设计是保证铸件质量的两项重要的技术管理措施。 在铸造生产中,工艺工装设备室一套不可分割的系统,好的工艺设计靠铸造工装来体现。在现代经济社会高速发展时期,新产品层出不穷,产品更新周期短,这就要求制造业的发展与之相适应,作为制造业基础的铸造行业,也必须随之进行相应发展。1.3铸造工艺设计的概念现代科学技术的发展,要求金属铸件具有高的力学性能、尺寸精度和低的表面粗糙度值;要求具有某些特殊性能,如耐热、耐蚀、耐磨等,同时还要求生产周期短,成本低。因此,铸件在生产之前,首先应进行铸造工艺设计,使铸件的整个工艺过程都能实现科学操作,才能有效地控制铸件的形成过程,达到优质高产的效果。铸造工艺设计就是根据铸造零件的结构特点、技术要求、生产批量和生产条件等,确定铸造方案和工艺参数,绘制铸造工艺图,编制工艺卡等技术文件的过程。铸造工艺设计的有关文件,是生产准备、管理和铸件验收的依据,并用于直接指导生产操作。因此,铸造工艺设计的好坏,对铸件品质、生产率和成本起着重要作用。1.4设计依据在进行铸造工艺设计前,设计者应掌握生产任务和要求,熟悉工厂和车间的生产条件,这些是铸造工艺设计的基本依据。另外,要求设计者有一定的生产经验和设计经验,并应对铸造先进技术有所了解。具有经济观点和发展观点,才能很好地完成设计任务。1、 生产任务(1)铸造零件图样提供的图样必须清晰无误,有完整的尺寸和各种标记。设计者应仔细审查图样。注意零件的结构是否符合铸造工艺性,若认为有必要修改图样时,须与原设计单位或订货单位共同研究,取得一致意见后以修改后的图样作为设计依据。(2)零件的技术要求金属材质牌号、金相组织、力学性能要求、铸件尺寸及重量公差及其它特殊性能要求,如是否经水压、气压试验,零件在机器上的工作条件等。在铸造工艺设计时应注意满足这些要求。(3)产品数量及生产期限产品数量是指批量大小。生产期限是指交货日期的长短。对于批量大的产品,应尽可能采用先进技术。对于应急的单件产品,则应考虑使工艺装备尽可能简单,以便缩短生产周期,并获得较大的经济效益。2、生产条件(1)设备能力包括起重运输机的吨位和最大起重高度、熔炉的形式、吨位和生产率、造型和制芯机种类、机械化程度、烘干炉和热处理炉的能力、地坑尺寸、厂房高度和大门尺寸等。(2)车间原材料的应用情况和供应情况。(3)工人技术水平和生产经验。(4)模具等工艺装备制造车间的加工能力和生产经验。3、考虑经济性对各种原材料、炉料等的价格、每吨金属液的成本、各级工种工时费用、 设备每小时费用等,都应有所了解,以便考核该项工艺的经济性。1.5设计内容由于每个铸件的生产任务和要求不同,生产条件不同,因此,铸造工艺及工装设计的内容也不同。一般情况下,铸造工艺设计包括以下几种主要技术文件。1、铸造工艺图铸造工艺图是铸造生产所特有的一种图纸,它规定了铸件的形状和尺寸及铸件的生产方法和主要工艺过程。铸造工艺图是铸造工艺设计最根本的指导性文件,是设计和编制其它技术的基本依据。2、铸造工艺卡 说明造型、造芯、浇注、开箱、清理等工艺操作过程及要求,用于生产管理和经济核算。依据批量大小,填写必要内容 3、铸型装配图表示出浇注位置,分型面、砂芯数目,固定和下芯顺序,浇注系统、冒口和冷铁布置,砂箱结构和尺寸等,是生产准备、合箱、检验、工艺调整的依据。4、铸件图反映铸件实际形状、尺寸和技术要求。用标准规定符号和文字标注,反映内容:加工余量,工艺余量,不铸出的孔槽,铸件尺寸公差,加工基准,铸件金属牌号,热处理规范,铸件验收技术条件等,是铸件检验和验收、机械加工夹具设计的依据。5、模样图当使用模板造型法时,表示模样的全部结构尺寸和加工要求的图形。6、砂箱图表示出砂箱的材料、结构、紧固和定位方式及有关尺寸的图纸。7、模板图表示模板上各种模样安装情况。 2 铸造工艺设计2.1造型和制芯方法及铸型种类选择砂型铸造一般不受零件形状、大小以及复杂程度的限制,而且原材料来源广,见效快、成本低,当前它所生产的铸件约占总产量的80%以上。铸造生产可分为手工和机器两大类。手工造型因其操作灵活、适应性强,工艺装备简单,无需造型设备等特点,被广泛应用于单件小批量生产。但手工造型生产率低,劳动强度较大,质量不易稳定。机器造型和制芯生产率高,质量稳定,劳动强度低;但费用较高,生产准备时间长,适用于大批量生产。 造型和造芯还能够按制作过程中的主要特点来分类。现将其特点和应用情况列入下表2.1和表2.21。表2.1 造型的各种方法造型方法主要特点应用情况砂箱造型在沙箱内造型,操作方便,劳动量小大、中、小铸件,大量成批和单件生产劈箱造型将模板和砂箱分成相应的几块,分别造型,然后组装起来,使造型、烘干、搬运、合箱、检验等工序操作方便,但制造模样、砂箱的工作量大常见于成批生产的大型复杂铸件,如机床床身、大型柴油机体等叠箱造型将几个甚至十几个铸型重叠起来浇注,可节约金属,充分利用生产面积可用于成批生产的中小件(特别使小型铸钢件)脱箱造型造型后将砂箱取走,在无箱或加套箱的情况下浇注用于大量成批或单件生产的小件地坑造型在车间的地坑中造型,不用砂箱或只用盖箱,操作较麻烦,劳动量大,生产周期长在何时砂箱时单件生产的中大型铸件才采用刮车板造型用专用的刮板刮制铸型可节省制造模样的材料和工时,操作麻烦,生产率低多用于单件小批量的外形简单的或回转体的铸件组芯造型铸型由多块砂芯组装而成,可在砂箱、地坑中或用夹具组装用于单件或成批生产的结构复杂的铸件表2.2 造芯的各种方法造芯方法主要特点应用情况芯盒造芯用芯盒内表面形成砂芯的形状,砂芯尺寸准确,可制造小而复杂的砂芯各种形状、尺寸和批量的砂芯均可采用刮车板造芯与刮车板造型相似用于单件小批生产、形状简单的或回转体砂芯机器造型,可按其紧砂方式进行分类,其特点和应用如表2.3。表2.3 机器造型分类及特点造型方法主要特点应用情况震实式靠震击来紧实铸型。机器结构简单,制造成本低。但噪音大,生产率低,对厂房基础要求高;铸型出现上松下紧现象,常需人工补实上表面,劳动强度大可用于成批大量上产的中小件做上半铸型,但应用较少压实式用较低的比压压实铸型。机器结构简单,噪音小,生产率较高。但铸型上下部位紧实度差别较大,因此铸件高度不可太高适用于成批大量生产的矮小铸件震压式在震击后加压紧实铸型,克服震击后铸型上部疏松的缺点。机器结构简单,上产率较高,但噪音仍大用于成批大量生产的中小件,常见于脱箱造型微震压实式在微震的同时加压紧实铸型。生产率较高,但机器结构复杂,仍有噪音用于成批大量生产的中小件高压造型用较高的比压压实铸型。生产率高,铸件尺寸准确,易于实现自动化。但机器结构复杂,制造成本高用于大量生产的中小件射压式用射砂法填砂,水平分型,再用高压比压压实铸型。生产率高,易于实现自动化。能够是有箱或无箱造型法用于大量生产的中小件挤压式是垂直分型的射压式造型,不用砂箱,自动化程度高,生产率高,占地面积小主要用于成批大量生产的小件抛砂造型用抛砂的方法填砂和紧实铸型。机器的制造成本较高用于各种批量的大型铸件真空密封造型利用极薄而富有弹性的塑料薄膜,将砂箱内无粘结剂的干砂密封,利用真空负压,使型砂形成铸型和紧实,生产率高,表面光洁,特别容易落砂,成本低,但设备复杂适用于成批大量生产的中小件砂型铸造常见的铸型有干型、表面干燥型、湿型、自硬型和铁模复砂型。一般情况下,中小型铸件应尽量可能的选用湿型,因为大批大量机械化的流水线生产中不可能采用干型。大中型结构复杂、质量要求较高的铸件,可考虑用表面干燥型或干型。中大的铸型和砂芯可考虑用自硬性铸型,特别是对于大件铸型和砂芯更为合适。厚大的球铁件,如曲轴等,当批量较大时,可考虑应用铁模复砂型。根据特点,本设计采用砂箱造型、震压式机器造型和芯盒造芯的方法。2.2浇注位置和分型面的确定浇注位置是指浇注时,机床铸件所处的位置,分型面是指两半个铸型相互接触的表面。2.2.1浇注位置的确定浇注位置要符合于铸件的凝固方式,保证铸型的充填,注意以下几个原则:1、机床铸件上对质量要求较高的部位,如重要的加工面或主要受力面应朝下。在工艺上若有困难,也应尽量使这些面处在侧立面或斜面的位置。这是由于金属液中的渣、气泡等易上浮,使机床铸件上部的缺陷比下部多,组织不如下部致密。例如机床床身,导轨面是关键部分,不允许有铸造缺陷,并要求组织致密和均匀。其浇注位置应当是将导轨面朝下。机床铸件上的宽大平面也应尽量朝下,这不但减少大平面上的夹渣、气孔等缺陷,还可防止砂型表面长时间受烘烤而产生夹砂等缺陷。2、对于易产生缩孔的机床铸件,如璧厚不均匀的铸钢件、球墨铸铁件,应尽量将机床铸件的厚大部分放在上部或侧面,以保证机床铸件由下而上顺序凝固,使处于上部或侧面的督口能充分地进行补缩。如铸钢双排链抢采用这种浇注位咒容易保证质量。3、应选择有利于液态金属充满铸型的浇注位置。如薄壁机床铸件应将薄而大的平面放在下部、侧面或倾斜位置,以防止产生浇不足、冷隔等缺陷。对于流动性差的铸造合金,特别要注意这一点。是铝合金的曲轴箱,采用的浇注位置时,薄壁部分在上部,金属液是最后由底下慢慢上升来的,流动性差,容易产生浇不足、冷隔等缺陷,采用的浇注位置较合理。4.确定有型芯的机床铸件的浇注位置时,应考虑型芯的定位、稳固和检验方便。浇注位置如图2.1所示。图2.1 浇注位置示意图2.2.2分型面的选择分型面确定原则:1、为了起模方便,分型面一般选取在铸件的最大截面上,但注意不要使模样在一箱内过高。2、尽可能使铸件全部或主要部分置于同一砂箱中,以避免错型而造成尺寸偏差,而且尽可能放在下箱。3、为了简化操作过程,保证铸件尺寸精度应尽量减少分型面的数目,减少活块的数目。4、尽可能使分型面为一平面。5、分型面的选择应尽量减少砂芯的数目。6、尽可能考虑到内浇口的引入位置,并使合箱后浇注位置一致,以避免合箱后再翻动铸型。分型面的确定如图2.2所示,由于(b)方案不利于拔模,(c)方案使上下砂箱过高,因此最终确定分型面的选择为(a)方案。(a)(b)(c)图2.2 分型面的确定示意图2.3砂箱中铸件数量及排列当铸件的造型方法、浇注位置和分型面确定后,应当初步确定一箱中放几个铸件,作为进行浇冒口设计等的依据。一箱中的铸件数目,应该是在保证铸件质量的前提下越多越好。确定这个数目时有两种情况:1、在大批量生产的条件下,在同一条流水线上,砂箱的种类不宜太多,一般都是一种到两种,这时就根据所设计铸件尺寸的大小考虑浇注系统的位置和必要的吃砂量,大致确定选用哪种砂箱和一箱中铸件的数目即可。但要考虑到机器造型流水线生产的特点,如一箱中砂芯的数量不宜太多以免影响各工序间的平衡。若是人工脱箱造型要考虑到砂箱选择不可太大,以便降低人工劳动强度。2、在单件小批生产中,当车间已有的砂箱满足不了要求,需设计新沙箱时,应根据造型方法,铸件尺寸大小,车间起吊能力、吃砂量,大致确定砂箱尺寸。若是采用机器造型还应根据选用的造型机,所允许的最大砂箱内尺寸来确定砂箱尺寸。根据这个尺寸来考虑砂箱中的铸件数目。应指出的是上面确定的砂箱尺寸只是一个参考值,确定地设计砂箱尺寸还应考虑到芯头、浇冒口、模样在模底板上的布置等因素。本设计铸件重 公斤,根据分型面的确定,最终确定为一箱一件造型。2.4工艺参数的选择2.4.1铸件线收缩率铸件在凝固和冷却过程中,体积一般要收缩。金属在液态和凝固过程中的收缩量以体积的该变量表示,称为体收缩。在固态下的收缩量常以长度表示,称为线收缩。由于铸件的固态收缩将使铸件各部分尺寸小于模样原来的尺寸,因此,为了使铸件冷却后的尺寸与铸件图尺寸一致,则需要在模样或芯盒上加上其收缩的尺寸。加大的这部分尺寸为铸件的收缩量,一般用铸造收缩率表示,可用下式求出铸造收缩率K:K= 100% (2.1)式中:L模样模样尺寸;L铸件铸件尺寸。表2.4为砂型铸造时各种铸造合金的铸造收缩率的经验数据。表2.4 几种合金的铸造收缩率合金种类铸造收缩率%自由收缩受阻收缩灰铸铁中小型铸件1.00.9中大型铸件0.90.8特大型铸件0.80.7白口铁1.751.5一般简单厚实铸件的收缩率可视为自由收缩,本设计收缩率采用0.9%。2.4.2机械加工余量机械加工余量是指在铸件加工表面上留出的、准备用机械加工方法切去的金属层的厚度。目的是获得精确的尺寸和光洁的表面,以符合设计的要求。过大的加工余量不但会增加金属材料的消耗和机械加工的工作量,而且由于铸件表面层的金属组织一般较为致密,故机械性能,耐压和耐腐蚀性能都比较好,过大的加工余量就会使铸件加工后的表面质量下降。但机械加工余量也不能太小,这是因为一方面当前普通砂型铸造的铸件精度还比较低,而且有时铸件还会产生变形和表面缺陷,这就要靠加工余量来弥补,另外铸件表面上常粘有或多或少的砂粒,特别是铸钢件因浇注温度高,更为常见。而铸铁件的表面则常因冷却速度较快而形成白口组织。因此,过小的加工余量将影响机加工时刀具的寿命。GB/T64141999中规定,要求的机械加工余量适用于整个毛坯铸件,且该值应该根据最终机械加工后成品铸件的最大轮廓尺寸和相应的尺寸范围选取,如图2.3所示。图2.3 最终机械加工后铸件的最大轮廓尺寸灰铸铁的机械加工余量可按表2.5选取。 表2.5 二级精度铸铁件的机械加工余量(JZ67-62) (mm)铸件最大尺寸浇注位置公称尺寸80012501250 31508001250顶面8.5地面、侧面6.51250 顶面9.010.0地面、侧面6.57.5 3150顶面10.011.012.0地面、侧面7.08.09.0根据铸件最大尺寸1430mm和浇注位置的确定,机械加工余量为10.0mm。 铸件个别部位的加工余量如图2.4所示。此时铸件受阻收缩,受阻收缩率取0.8%,由公式(2.1)计算出模样与铸件的尺寸差为1mm,为了保证工件的精度因此机械加工余量选取9mm。图2.4 个别部位的加工余量2.4.3铸件的尺寸和重量偏差在实际生产中,铸件的实际尺寸和重量与设计图纸所规定的尺寸和重量相比,总会有一些偏差,这种偏差愈小,铸件的精度也愈高。但铸造过程中影响铸件精度的因素很多,如果其中某个或多个因素处理不当,就会降低铸件的精度。因此不应该不顾铸件的要求和具体生产条件,盲目提高对铸件的精度要求,否则会导致铸件成本的提高和使工艺复杂化,造成不必要的浪费。根据第一机械工业部的指导性技术文件(JZ67-62),灰铸铁铸件的尺寸偏差和重量偏差见表2.6,表2.71。 表2.6 二级精度灰铸铁件的尺寸偏差(JZ67-62) (mm)铸件最大尺寸公称尺寸80012501250 315050012502.53.0125031503.04.05.0315063004.05.06.0取偏差为4.0mm。表2.7 灰铸铁件重量偏差铸件公称重量(公斤)精度等级偏差%8057880500467500356取偏差为5%。2.4.4最小铸出孔铸件上常有各种孔,如螺栓孔、减重孔、观察孔、油孔、气道、工艺孔等等。为铸造出这些孔,一般都得使用型芯。型芯由于受到高温金属液的包围,工作条件比铸型恶劣,它很易过热而在孔的表面产生热枯砂,在孔的周围产生缩孔和缩松缺陷。如果型芯透气性不良,还易产生气孔。另外,由于型芯受到金属液的浮力作用很易变形,甚至断裂。如果铸造盲孔(不通孔,由于型芯只能从一头支承固定,比铸造通孔更困难.由此可见,尺寸太小的孔或又细又长的孔,若不采取特殊的工艺措施是难以铸造的。因此,在铸造工艺上有最小铸孔的限制,小于最小铸孔尺寸的孔,一般就不直接铸出,而用切削加工方法来获得,.这样较经济合理。灰铸铁的最小铸出孔经验取值如表2.8所示: 表2.8 铸件最小铸出孔 (mm)铸件壁厚200应铸出的最小孔径灰铸铁303540另行规定球墨铸铁354045另行规定铸件上有24个不铸出孔,由于孔的直径过小(直径17.5、直径16和直径8(mm)等),是铸出后加工获得。2.5砂芯设计2.5.1 砂芯设计基本原则1.、尽量减少砂芯数量 为了减少制造工时,降低铸件成本和提高其尺寸精度,对于不太大复杂的铸件,应该尽量减少砂芯的数量。2、复杂砂芯能够分块制造。3、选择合适的砂芯形状 砂芯形状的选择,便于填砂、安放芯骨和采取排气措施。4、砂芯烘干支撑面最好是平面。5、砂芯的分盒面应尽量与砂型的分型面一致。6、便于下芯、合箱。7、沿高度方向的分层砂芯。8、被分开的砂芯每段要有好的定位条件要尽量避免靠芯撑支撑。2.5.2 铸件中的砂芯铸件上一共有5个芯子,2#芯子是悬臂芯,需要使用芯撑。1#砂芯为圆柱形,由于比较大,因此分成大小相等的8块,生产之后粘在一起,组合成1#砂芯。如图2.5所示砂芯。1#柱砂芯角 2#悬臂芯 3#复杂芯4#芯 5#芯图2.5 所示为各个砂芯立体图2.5.3砂芯的固定和定位1. 砂芯的固定 砂芯在砂型中的位置一般是靠心头来固定的,也能够用芯撑或铁丝来固定。对于某些要求较高的铸件,尽可能不用芯撑;对于悬臂砂芯可用加大芯头的尺寸或者采用芯撑。以便于对砂芯的稳定。2. 砂芯的定位 砂芯定位要准确,不允许沿芯头方向移动或绕芯头转动。对于形状不对称的的砂芯或用一砂型中数种砂芯,其芯头形状和尺寸相同时,为了定位准确和不至于弄错方向,均采用定位芯头。如图2.3所示为1#圆柱砂芯图。图2.3 1#圆柱砂芯及芯头如图2.4所示为3#复杂砂芯形状及芯头。图2.4 3#复杂砂芯及芯头2.5.4 芯头的尺寸和间隙芯头的尺寸与采用的铸造工艺有关,一般决定于铸件相应部位孔、槽的尺寸。为了下芯和合型的方便,芯头应有一定的斜度,芯头与芯座之间应有一定的间隙。在实际生产中,芯头的尺寸、斜度和间隙可根据生产经验来确定。一般来说,上芯头的高度比下芯头低,上芯头的斜度比下芯头大。如图2.5所示1#芯子与下砂箱之间的装配截面图,图中所指空隙为芯头间隙。图2.5 1#芯子与下砂箱装配截面图2.5.5芯撑砂芯在铸型中主要靠芯头固定,可是有时砂芯无法设置芯头或者只靠芯头来固定难以稳定。因此,实际生产中要采用芯撑加以固定砂芯,以起到辅助支撑的作用。使用芯撑需要注意以下几点:1、芯撑材料的熔点应该比铸件材质的熔点高,至少相同。2、金属液体未凝固之前,芯撑应有足够的强度,不得过早熔化而丧失支撑作用;在铸件凝固过程中,芯撑须与铸件很好的焊合。3、芯撑表面最好无镀锡。4、应尽量将芯撑放置在铸件的非加工面上或不重要的表面上。5、为了防止芯撑陷入砂型、砂芯而造成铸件壁厚不均,必要时可在芯撑端面垫以面积较大的铁片、干砂芯或耐火砖。砂箱装配如图2.6所示,由于2#芯子过长,大部分悬在砂箱里。为了保证芯子的稳定,充型时不被浇倒采用芯撑。图2.6 芯撑的使用2.6浇注系统的设计浇注系统是为将液态金属引入铸型型腔而在铸型内开设的通道。成功的浇注系统工艺取决于金属本身的性质、铸型的性质和浇注系统的结构。合理的浇注系统设计,应该根据铸件的结构特点、技术要求、合金种类,选择浇注系统结构类型、确定引入位置、计算截面尺寸等。浇注系统设计得正确与否对铸件品质影响很大,铸件废品中约有30%是因为浇注系统设计不当引起的。2.6.1浇注系统类型及特点 对浇注系统的基本要求是:1、所确定的内浇道的位置、方向和个数应该符合铸件的凝固顺序或补缩方法。2、在规定的时间内充满型腔。3、提供必要的充型压力头,保证铸件轮廓、棱角清晰。4、使金属流动平稳,避免严重紊乱。防止卷入、吸气和金属过度氧化。5、具有良好的阻渣能力。6、金属液进入型腔时线速度不可过高,避免飞溅、冲刷砂芯等。7、保证型腔内金属液面具有足够的上升高度,以免产生缺陷等。8、不破坏芯撑的作用。9、浇注系统的金属消耗小,而且容易清理。10、减小砂型体积,造型简单,模样容易制造容易。图2.7为本铸件采用的封闭式浇注系统的示意图。图2.7封闭式浇注系统示意图图2.7为封闭式浇注系统,其截面积比例关系A杯A直A横A内,其中特点及应用是:阻流截面在内浇道上。浇注开始后,金属液容易充满浇注系统,挡渣能力较强,可是速度快,冲刷力大,容易产生喷溅。一般适用于铸铁的湿型小件及干性中大件等。2.6.2浇注系统引入位置的确定浇注系统的引入位置影响到浇注系统结构类型的确定,同时对液态金属充型方式、铸型温度分布、铸件质量影响很大,因此,在浇注系统设计中,对于内浇道的引入位置,要给予充分考虑。1、有利于铸件的补缩凝固。2、有利于改进铸件铸态组织。3、有利于提高铸件外观质量。4、有利于金属液平稳地充满铸型。5、有利于减少铸件收缩力和防止裂纹的产生。6、有利于铸件的清理。7、内浇道应该尽量设置在分型面上,便于造型操作。8、在满足浇注的前提下,应尽量减少浇注系统的金属消耗。图2.8所示为该铸件选择的浇注位置。图2.8 引入浇注位置2.6.3浇注系统结构