1、摘 要本設計是對支承刀架進行鑄造毛坯工藝設計。首先，對設計任務進行分析。根據支承刀架的使用條件、結構特點和生產批量情況，對鑄件進行鑄造工藝分析，明確零件的結構特點，找出可能存在的結構問題。其次，根據支承刀架結構特點、技術要求、生產要求、生產批量和生產條件選擇正確的鑄造方法及造型方法。由零件的結構特點，提出多種澆注位置和分型面選擇為方案，綜合對比分析，選擇最為理想的澆注位置及分型面，制定出詳細的鑄造工藝方案。再次，根據所確定的鑄造工藝方案和零件的特點，選擇正確的工藝參數，合理設計鑄件的砂芯，設計正確的澆注系統并校核，再根據滾圓法結合生產經驗設計冒口并校核。最后進行砂箱、芯盒等相關工裝設備設計。關

2、鍵字：砂型鑄造；工藝分析；鑄造工藝設計；澆注系統 AbstractThe design of the valve cylinder casting blank process design.First, according to the conditions of use of parts, structural characteristics and production volume, combined with the existing plant equipment for casting the casting process analysis, clear parts of the

3、 structure characteristics, identify possible structural problems.Secondly, according to the structural characteristics of parts, technical requirements, production requirements, production volume, production conditions and modeling casting method selected.By the parts of the structure, this paper p

4、roposes a variety of casting and sub-type scheme, comprehensive comparative analysis, select the most ideal location and casting parting, to develop a detailed casting process.Again, according to the casting process and the characteristics of the part, the choice of suitable process parameters, the

5、design of the sand core casting, casting system.Finally, sand box, core box, gating system, riser and cold iron, associated tooling and equipment design.Key words：sand casting；technology analysis；casting technology design；gating sy遼寧工程技術大學畢業設計（論文）前言在現代科技進步與鑄造業蓬勃發展情況下，不同的鑄造方法需要做的鑄型準備內容也有所不同。當下應用最為廣泛的

6、還是砂型鑄造，鑄型準備工作主要有造型材料的準備和造型、造芯兩大項。砂型鑄造中用來造型、造芯的各種原材料稱為造型材料，主要有鑄造原砂、型砂粘結劑和其他一些輔料，還有由它們配制成的型砂、芯砂、涂料等。造型材料是根據鑄件的要求、金屬的性質來選擇的，選擇合適的原砂、粘結劑和輔料后，再按一定的比例把它們混合，使其成為具有一定性能的型砂和芯砂。常用的混砂設備有碾輪式混砂機、逆流式混砂機和連續式混砂機?；旌匣瘜W自硬砂需要用連續式混砂機，其優點是連續混合，混砂速度快。鑄造工藝由鑄造金屬準備、鑄型準備和鑄件處理三個部分組成。鑄造金屬是指澆注鑄件所用的金屬材料，它是以一種金屬元素為主要成分，再加入其他金屬或非金屬

7、元素而組成的合金，通常稱為鑄造合金，主要有鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色合金。 在確定好造型方法，準備好造型材料后，根據鑄造工藝要求進行造型、造芯。它決定鑄件的精度和生產過程的經濟效果，在現代化的鑄造車間里，造型、造芯都已實現了機械化或自動化。常用的砂型造型造芯設備有高、中、低壓造型機、氣沖造型機、無箱射壓造型機、冷芯盒制芯機和熱芯盒制芯機、覆膜砂制芯機等。鑄件澆注完成后，經一定時間冷卻從鑄型中取出，有澆口、冒口及金屬毛刺披縫，砂型鑄造時還粘附著砂子，因此必須經過清理工序。這種工作需要用拋丸機、澆口冒口切割機等來完成。有些鑄件有特殊要求，還要進行熱處理、整形、防銹處理、粗加工等處理1。鑄造的適用范圍很寬

8、，金屬種類幾乎不受限制，鑄出的零件除具有一般機械性能的同時，還具有耐磨、耐腐蝕、吸震等綜合性能，是鍛、軋、焊、沖等金屬成形方法所做不到的。 鑄造生產在不斷提高機械化自動化程度同時，將更多地向柔性生產方面發展，以實現不同批量和多品種的生產。鑄造產品發展的趨勢是使鑄件的質量更好，有更好的綜合性能，更高的精度，更少的余量和更光潔的表面。此外，還要開發新的鑄造合金，研究冶煉新工藝和新設備，以實現節能減排和恢復自然環境，減少對大氣的污染。1 緒論1.1概述鑄造生產是指將液態合金注入鑄型中，經過冷卻、凝固形成金屬產品的方法，簡稱鑄造，所鑄出的金屬制品稱為鑄件。鑄件絕大多數只能用作毛坯，經過機械加工后才能成

9、為合格的機器零件；少數鑄件當達到使用的尺寸精度和表面粗糙度要求時，才可作為成品或零件直接應用到機械設備中。鑄造生產具有適用范圍廣、鑄件的尺寸精度高、可制造各種合金鑄件、成本低廉等特點。1.2 國內鑄造行業的現狀及發展趨勢鑄造是國民經濟中的基礎產業，在制造業中占有重要地位，在汽車、機床、航空、航天、國防以及人們的日常生活中的用品都需要鑄件。因此，鑄造業的發展程度標志著一個國家的生產實力。有資料表明，我國鑄造生產中，材料和能源的投人之比可占到產值的55%到70%。我國鑄件總產量到2009年底已連續10年居世界首位。從2000年到2009年的10年間，我國鑄件產量以平均每年10.9%的速度增加，我國

10、2009年鑄件總產量已達3530萬噸，鑄造廠點近3萬家，從業人員約200萬人2，在國際市場中也具備了一定的競爭能力。我國在大量引進國外的先進技術和設備后,加強自主技術的開發,中國的鑄造技術取得了明顯的進展34,主要體現在造型材料、鑄造工藝、鑄造設備、鑄造合金材料、熔煉以及計算機等新技術在鑄造中的應用等。我國的鑄造行業經過近些年的發展,逐漸在各地區形成了以鑄造產業為核心的鑄造產業集群5。鑄造行業也成為了當地的支柱性行業,如機械、冶金、汽車、建筑等的配套行業,呈現明顯的地區性特征。我國鑄造行業的地理分布主要分布在遼寧省、山東省、珠江三角洲、長江三角洲和山西省5個區域,我國大約一半的鑄件產自這5個區

11、6。中國已是鑄造大國,但遠非鑄造強國7。首先，我國的鑄件質量與發達國家相比有較大差距。鑄件尺寸精度普遍低12級，表面粗糙度差12級，鑄件壁厚也厚得多。中國的鑄件材料仍以灰鑄鐵為主，約占鑄件總產量的61.9%，球墨鑄鐵占16.7%，遠低于世界平均值20%，遠低于日本(30.8%)、美國(29.6%)。中國合金鋼在鑄鋼件中的比例為25%，國外先進水平為42%60%。中國有色金屬鑄件為7.9%，國外先進水平為11% 20%8。其次，我國鑄造行業鑄造成本比其他國家相對較低,但生產率卻只有每人每年20 t,遠遠美國的133 t和日本的140.85 t。此外，材料成分、組織和性能的一致性、穩定性也與發達國

12、家存在較大差距9。綜上所述，我國必須克服現實的能源、資源、人才瓶頸和環境問題的困擾，才能從鑄造大國轉型為鑄造強國。因此，必須研究開發高新技術以提升鑄件質量和鑄造企業的實力，改變鑄上技術含量不高、價格低廉的現狀10。要扶持一批能帶動中國鑄件出口的鑄造企業，使之成為具有國際競爭力的龍頭企業。1）大力支持企業、研究機構或學校研究鑄造新工藝、新材料、新設備。企業應與研究機構學校等開展深度合作，使生產實踐與理論研究更好的結合，共同研究鑄造新工藝、新材料、新設備。2）開發新型、環保原輔材料。大力開發舊砂重復利用新技術，環保型砂處理及再生技術；研究清潔無毒的原輔材料并推廣使用，使用無毒無味的變質劑、精煉劑、

13、粘結劑，開發環保型砂芯無機粘結劑；用濕型砂無毒無污染粉料光潔劑代替煤粉等；發展循環經濟，以“減量化、再利用、再循環”為行業準則（3R原則），走集約化清潔生產之路。3）改善車間環境。鑄造行業對環境產生的污染嚴重，同時工人工作的車間條件也非常惡劣。因此，應加大管理力度，使技術得到改造、設備進行升級。4）注重自主創新。調整鑄造企業結構，進行專業化生產，實現地域化聚集，發展壯大龍頭企業，使中小企業圍繞龍頭企業形成產業鏈。在集聚企業、產品的同時，還要實現信息的集聚、人才的集聚、技術的集聚，甚至競爭的集聚，產生規模效應。要合理地購買技術、設備和產品，加強自主創新，生產更多滿足國民經濟和國防安全的高質量鑄件

14、，并融入新材料的研究，具有國際競爭力。1.3 發達國家鑄造業現狀及發展趨勢近些年來，全世界鑄造業持續增長。巴西鑄件產量增長最快，達到25.8%。而發達國家的鑄件增長率普遍較低。自2000年以來，美國鑄件產量已經退居到第2位。2004年美國鑄件總產量為1231萬t，其中灰鐵件占35%、球鐵件占33%、鑄鋼件占8.4%、鋁合金件占16%。從需求上看，球鐵鑄件和鋁鑄件的需求有所增長。2003年進口鑄件占總需求的15%，進口鑄件的價格比美國國內低20%50%11。近年來由于鑄造環保要求高、能源消耗大、勞動力昂貴等因素，導致美國大型汽車公司生產普通汽車鑄件的鑄造廠紛紛關閉，逐步將鑄件的生產轉向發展中國家

15、，如中國、印度、墨西哥、巴西等。總體上，發達國家的鑄造技術先進、產品質量好、生產效率高、環境污染少、原輔材料的商品化系列化供應已形成。生產普遍實現了機械化、自動化、智能化(計算機控制、機器人操作)。鑄鐵熔煉使用大型、高效、除塵、微機測控、外熱送風無爐襯水冷連續作業沖天爐，普遍使用鑄造焦，沖天爐或電爐與沖天爐雙聯熔煉，采用氮氣連續脫硫或搖包脫硫使鐵液中硫含量達0.01%以下；熔煉合金鋼精煉多用AOD、VOD等設備，使鋼液中H、O、N達到幾個或幾十個10-6的水平。在重要的鑄件生產中，對材質要求很高，通過采用先進的無損檢測技術來有效控制鑄件的質量。大多采用液態金屬過濾技術，過濾器能適應鈷基、鎳基合

16、金及不銹鋼液的高溫的過濾。過濾后可使鋼鑄件射線探傷A級合格率提高13%，鋁鎂合金經過濾，抗拉強度提高50%、伸長率提高100%以上12。大量應用了合金包芯線處理技術，使球鐵、蠕鐵和孕育鑄鐵工藝更穩定、合金元素收得率高、無污染的處理過程，實現了計算機機自動化控制。 鋁基復合材料被廣泛重視并日益轉向工業規模化應用，其優越性能可滿足汽車驅動桿、缸體、缸套、活塞、連桿等各種重要部件的制作，并已在高級賽車上應用；在汽車向輕量化發展的進程中，用鎂合金材料制作各種重要汽車部件的量已僅次于鋁合金。 在大批量中小鑄件的生產中，普遍采用微機控制的高密度靜壓、射壓或氣沖造型機械化、自動化高效流水線濕型砂造型工藝，通

17、過采用高效連續混砂機、人工智能型砂在線控制專家系統進行砂處理，通過采用樹脂砂、溫芯盒法和冷芯盒法制芯工藝制芯13。熔模鑄造的制殼工藝普遍用硅溶膠和硅酸乙酯做粘結劑。 鑄鋁缸體、缸蓋用自動化壓鑄機生產，已經建成多條鐵基合金低壓鑄造生產線14。特種鑄鋼件用差壓鑄造生產。所生產的各種口徑的離心球墨鑄鐵管占鑄鐵管總量95%以上，球鐵管占球鐵年產量30%50%。鑄造生產全過程中從嚴執行技術標準，鑄件廢品率僅為2%5%；標準更新快（標齡45年）；普遍進行ISO9000、ISO14000等認證15。 開發使用互聯網技術，紛紛建立自己的主頁、站點。鑄造業的電子商務、遠程設計與制造、虛擬鑄造工廠通過使用身臨其境

18、的虛擬環境系統，可以學習通過多媒體先進的產品技術和體驗的技巧和訣竅通過虛擬技術實現，這些新技術都在飛速發展。我國鑄造業作為世界鑄造產業之林中一支重要的力量，在世界上的影響力還相當的微弱，中國市場無法容納國內鑄造產業龐大的生產能力，因此，我國鑄造產業必須 要到世界市場中尋求發展空間。業內相關專家表示，國內鑄造產業必需要走向世界才能更好的發展，必須要加快實施鑄造產業走出去戰略。我國自改革開放以來,鑄造業的發展有十分大的變化，包括技術水平、質量、服務等方面.我國的鑄件質量顯著有所提高。主要表現在在鑄件生產過程中產生的廢品相比以前下降了很多；然后是是很多種鑄件的精度(幾何精度、尺寸精度)表面粗糙、度力

19、學性能等達到了國際水平。鑄造企業已經擁有能力在我國及外國展覽會上展出自己的鑄件,并獲得較高認可。除此之外，我國鑄造技術大大提高，已經可以和國外發達國家相匹敵.改革開放以來，原來許多企業采用砂型鑄造工藝，而現在已經開始向數控化、自動化、智能化、機械化的方向挺進。我國是鑄造大國，我國要轉型為鑄造強國必須克服資源、能源、人才和環境問題，追求高效、優質、環保等方向。所以，必須利用高新技術提升鑄件質量,改變中國鑄件在國際市場上技術含量不高，價格低廉的狀況。目前，我國鑄造行業正在面臨著良好的發展機遇。一是是我國經濟的高速發展使得我國各領域也都進入高速發展狀態;然后是經濟全球化導致各個國家鑄造業都發展的很成

20、熟，帶動了我國進入全球化。中國加入世界貿易組織后，必將從中受益匪淺，學到了先進的科學技術，管理方法等。這些機遇給中國鑄造行業實現由鑄造大國轉向鑄造強國的轉變提供了極好的機會。鑄造業也將向著下面的方向發展。1.4 本課題的研究內容 本次畢業設計的題目是：支承刀架鑄造工藝設計。經過查閱了相關論文和書籍后，分析設計任務，審視閥缸零件圖，對零件鑄造工藝性進行了分析，進行鑄造工藝設計以及鑄造工藝裝備設計。首先，要確定零件圖上零件的結構、尺寸是否正確，是否符合鑄造工藝性的要求，接下來選擇正確的澆注位置，分型面以及造型、造芯的方法；其次，選擇正確的鑄造工藝參數以及合理的設計砂芯，還要進行澆注系統以及冒口的設

21、計；最后，還要正確的選擇設計鑄造工藝裝備。對工藝設計圖及設計方案進行一定的改進，使設計更合理規范，更符合實際生產條件，并減少和避免鑄件缺陷，從而提高鑄件質量和工作性能。2 設計任務分析2.1審圖及零件的技術要求1) 審閱零件圖零件名稱：支承刀架零件材料：鑄鋼生產批量：單件生產鑄件質量：15kg2) 零件的技術要求技術要求：1、支承刀架重量15Kg，重量偏差小于0.1kg2、25D7槽5面對A面的平行度及等高度允差0.05mm 測量長度不小于85mm3、16D4孔的同心度允差0.03mm4、20D4孔的同心度允差0.03mm5、尺寸41兩平面對20D4孔的不垂直度允差0.05mm6、108兩平面

22、對16D4孔20D4孔與25D7槽的不垂直度允差0.05mm7、其余鑄造圓角半徑為R3mm 支承刀架的零件圖如圖2-1所示：支承刀架的外形輪廓尺寸為290mm×200mm×120mm，主要壁厚15mm，為一個小型鑄鋼件。支承刀架中間有伸出的兩個小圓柱，鑄造時需要設置砂芯，此位置為重要加工處，而且在鑄造時有可能影響起膜，鑄造時需要考慮如何放置才有利于保證質量，確定澆注位置時也需要考慮。刀架作為數控車床的重要配置，在機床運行工作中起著至關重要的作用，一旦出現故障很可能造成工件報廢，甚至造成卡盤與刀架碰撞的事故。它是車床的支撐部件之一，其中起支撐、刀具裝夾作用；同時它也是進給系統

23、的一部分。最重要的是在工件加工過程中還提供切削力、定位精度。鑄鋼作為材料，這種設計有與對鑄件形狀和大小有最大的選擇自由度，尤其是復雜的形狀和空心部分，而且鋼鑄件可以由核心鑄件的獨特工藝制造。易成型和易改變形狀并可以快速根據圖紙制作出成品可以提供快速響應并縮短交貨時間。 圖2-1 支承刀架圖 Fig 2-1 Valve cylinder parts chart2.2零件結構的鑄造工藝性分析 零件結構的鑄造工藝性指的是零件的結構應符合鑄造生產的要求，有利于保證鑄件的質量，進而使鑄造工藝過程簡化和成本降低17。零件一旦設計成型，其結構一般情況下是不能修改的，所以必須在鑄造工藝上采取各種措施，最終實現

24、用戶對零件提出的各項技術要求。除非在不能保證鑄件質量時，或在使用性能不受影響的情況下又可簡化生產工藝時，但也要征得用戶同意，才能更改鑄件的結構。鑄造零件的設計結構除了使機器設備本身的使用性能和機械加工的要求得到滿足外，還要滿足鑄造工藝的要求。鑄件結構的合理性，直接影響鑄造合金的種類、產量的多少、鑄造方法和生產條件等。審查、分析應考慮如下兩個方面。2.2.1從避免鑄件缺陷方面確定鑄件的結構合理的零件結構可以消除許多鑄造缺陷。為保證獲得質量優良的鑄件，對零件結構的要求要從以下幾個方面考慮：1）鑄件應該有合適的壁厚，為了防止澆不到、冷隔等缺陷的產生，鑄件壁厚不應太薄。支承刀架的外形輪廓尺寸為290m

25、m×200mm×120mm，主要壁厚15mm。砂型鑄造條件下該輪廓尺寸允許的最小壁厚查表2-1得：最小允許壁厚為45mm。而支承刀架的最小壁厚為15mm，從零件的整體結果及尺寸看，支承刀架的設計壁厚均勻，不易產生熱裂，因此，該零件的結構滿足鑄造工藝性要求。2）鑄件結構不應造成嚴重的收縮阻礙，注意薄壁過渡和圓角過度。 鑄件薄、厚壁的相接，拐彎等壁厚的壁與壁的各種連接，都采用鑄件過渡轉變的形式，并應使用較大的圓角相連接，避免因應力集中導致裂紋缺陷。 分析閥缸的零件圖可知，零件的各邊緣部分均采用了圓角過渡，這一點也符合鑄造工藝要求。3）鑄件內壁應薄于外壁 鑄件的內壁和肋等，散熱條

26、件較差，應薄于外壁，以使內、外壁能均勻地冷卻，減輕內應力和防止裂紋。本設計中，閥缸的主要壁厚度為7mm，底部壁厚度10mm，右側外壁厚為14mm，滿足冷卻要求。4）壁厚力求均勻，減少肥厚部分，防止形成熱節 薄厚不均的鑄件在冷卻過程中會有較大的內應力產生，在熱節處容易產生成縮孔、縮松和熱裂紋等缺陷，因此應取消那些不必要的厚大部分。因零件的結構要求鑄件的內外壁形狀不可改變，不可能完全達到厚度均勻，因此，鑄件各個部分不同壁厚的連接采用的是逐漸過渡。5）利于補縮和實現順序凝固。6）防止鑄件翹曲變形。7）避免澆注位置上有水平的大平面結構。2.2.2從簡化鑄造工藝方面改進零件結構 當不能保證鑄件質量，或在

27、不影響使用性能的條件下又可簡化生產工藝時，可改變零件結構，使制造工藝過程簡化，使產品質量穩定，提高生產效率和降低成本。其主要改進方法如下：1）改進妨礙起模的凸臺、凸緣和肋板的結構。2）盡量減少砂芯數目，以降低成本并提高生產率。 鑄件內腔的肋條，常是造成砂芯多、工藝復雜的重要原因。改進后可以使工藝、工裝設計簡化，進而降低鑄件成本。3）有利于砂芯的固定和排氣。若鑄件必須采用不平分型面，增加了制造模樣和模板的工作量，盡量改進用一平直的分割面進行造型。4）減少和簡化分型面。工藝圖上需要使用多個砂芯時，盡量使多個砂芯連成一體，變成一個砂芯，取消芯撐。5）減少鑄件清理的工作量。 鑄件清理包括：消除表面粘砂

28、、內部殘留砂芯，去除澆注系統、冒口和飛刺等操作。這些操作勞動量大且環境惡劣，鑄件結構設計應使清理的工作量減少。6）簡化模具的制造。 單件、小批生產中，鑄件成本中模樣和芯盒的費用占很大比例。為使模具制造工時減少和節約材料，應將鑄件設計成規則的、容易加工的形狀。7）大型復雜件的分體鑄造和簡單小件的聯合鑄造。有些大而復雜的鑄件可考慮分成幾個簡單的鑄件，鑄造后再用焊接方法或用螺栓將其連接起來。這次設計的鑄件為小型鑄鋁件，所以不需聯合鑄造。通過以上分析，再根據對閥缸零件結構的分析可知，閥缸的零件結構符合鑄造工藝生產的要求。3 鑄造工藝方案的確定3.1 造型方法的選擇鑄型按其型體構成材料可分為砂型、金屬型

29、、熔模型、壓力型、陶瓷型和快速成形RP技術等。其中，最常用的是砂型，因為砂型一般不受零件形狀、尺寸大小及復雜程度限制。盡管有諸多缺點，但其制造材料來源廣、適應性強、見效快、成本低，生成的鑄件約占鑄件總產量的80%以上，因此到目前為止仍是生產中應用最廣泛的鑄造方法。3.1.1 按鑄型種類分類 砂型按鑄型種類不同，可分為干型、濕型和水玻璃砂型、黏土砂型、表面烘干型、雙快水泥砂型和石灰石砂型等。所以，本次設計鑄件技術要求不是很高，中和成本，故采用的是黏土砂型。3.1.2 按模樣材料分類 砂型按模樣材料不同，可分為金屬模造型、塑料模造型和木模造型。金屬模樣使用壽命長，表面光滑易起模，造型方便，鑄件尺寸

30、精度高但成本高，用于大量、成批生產的大、中、小件；塑料模樣輕，造型方便，因有脆性修整不便，鑄件尺寸精度較高，使用壽命也較長，用于大量、成批生產的中、小簡單件；木模易吸潮變形，生產準備周期短，不易起模，鑄件尺寸精度不高，用于單件、小批生產。本次設計的是單件生產的小件，故采用木模造型。3.1.3 按砂型緊實成型方式分類造型是砂型鑄造最基本的工序，通常按砂型緊實成型方式不同，可分為手工造型、機器造型兩大類。手工造型操作靈活、適應性強、工藝裝備簡單，因此本次設計采用手工造型法中的砂箱造型。3.2 造芯方法的選擇總體上可分為手工制芯和機器制芯，本次采用的是手工制芯。手工造芯還可分為：芯盒造芯和刮板造芯。

31、芯盒造芯是用芯盒內表面形成砂芯的形狀，砂芯尺寸準確，可制造小而復雜的砂芯，各種形狀、尺寸和批量的砂芯均可采用；刮板造芯與刮板造型相似，用于單件小批生產，形狀簡單或回轉體砂芯。由于閥缸的生產，為小鑄件單件生產，故采用的造芯方法為芯盒制芯。砂芯的材料選擇黏土砂型。3.3 澆注位置及分型面的選擇3.3.1 澆注位置的確定鑄件的澆注位置是指澆注時鑄件在型內所處的狀態和位置。鑄件的澆注位置應根據零件的結構特點、技術要求、鑄型合金的特性、零件尺寸、重量及鑄造方法、車間條件等因素綜合考慮。它直接影響到鑄件的質量好壞，也涉及到鑄件的尺寸精度以及造型工藝的過程。根據對合金凝固理論的研究和實際生產經驗，確定澆注位

32、置時，應考慮原則如下14：1）澆注位置應有利于所確定的凝固順序；2）鑄件的重要部位應盡量置于下部；3）重要加工面應朝下或呈直立狀；4）鑄件大平面朝下，避免夾砂結疤類缺陷；5）應保證鑄件能充滿；6）避免吊砂、吊芯或懸臂式砂；7）應使合箱位置、澆注位置和鑄件冷卻位置相一致。綜合考慮以上原則，本次設計的閥缸的澆注位置為以下方案：圖3-1 澆注位置確定方案一Fig 3-1 Scheme to a pouring position方案一：如圖3-1所示，分析可知：鑄件處于這種澆注位置時，支承刀架旋轉180度放置，復雜部分放下面。有利于支承的起模，而且只做中間一個整體砂芯，從而減少了砂芯數量，還可以防止吊

33、芯。而且鑄件全部位于下砂箱中，澆注時需要采取頂鑄式，利于澆筑和鑄液凝固，本鑄件屬于小型鑄鋼件，高度不大，可以保證鑄件的質量，鑄造相對簡單。3.3.2 分型面的選擇分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。生產中，澆注位置和分型面大多情況下是同時確定的。分型面的選擇是否合理，直接影響鑄件的尺寸精度、成本和生產效率。分型面的選擇應盡量與澆注位置保持一致，以避免合型后翻轉砂箱。在選擇時，應注意以下原則：1）應使鑄件的全部或大部分置于同一半型內，以避免因錯型和不便驗型而造成尺寸偏差。如果做不到上述要求，也應盡可能把鑄件的加工面和加工基準面放在同一半型內。2）應盡量減少分型面的數目。分型面數量少，鑄件精度易得到

34、保證，且砂箱數目少。3）分型面應盡量選用平面。4）分型面通常選在鑄件的最大截面處，盡量不使砂箱過高。5）便于下芯、合型和檢查型腔尺寸。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。綜合上述原則，對于閥缸分型面的選擇為以下方案，如圖3-2所示： 圖3-2 分型面選擇方案Fig 3-2 type selection scheme方案：如圖3-2所示，鑄造時將支承刀架翻轉放置，分型面選在支承刀架的下表面，分型面為平面，使鑄件下箱中。這樣的話，有利于支承刀架的起膜，便于下芯，只做內腔中一個整體砂芯，從而減少了砂芯數量，并且其全部位于下半型中，還可以防止吊芯。而且鑄件全部

35、位于下砂箱中，澆注時需要采取頂鑄式，利于澆筑和鑄液凝固，本鑄件屬于小型鑄鋼件，高度不大，可以保證鑄件的質量。4 鑄造工藝參數的選擇及砂芯的設計4.1鑄造工藝參數的選擇鑄造工藝設計參數通常是指鑄型工藝設計時需要確定的某些數據， 它包括了鑄造收縮率（縮尺）、機械加工余量、起模斜度、最小鑄出孔的尺寸、工藝補正量、分型負數、反變形量、非加工壁厚的負余量、砂芯負數（砂芯減量）及分芯負數。這些工藝數據一般都與模樣和芯盒尺寸有關，既與鑄件的精度有密切關系，同時也與造型、制芯、下芯及合箱的工藝過程有關。4.1.1 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，鑄件的

36、尺寸精度取決于工藝設計及工藝過程控制的嚴格程度，其主要影響因素有：鑄件結構的復雜程度；鑄件設計及鑄造工藝設計水平；造型、造芯設備及工藝裝備的精度和質量；造型、造芯材料的性能及質量；鑄造金屬和合金種類；鑄件熱處理工藝；鑄件清理質量；鑄件表面粗糙度和表面質量；鑄造廠的管理水平等。在本次設計中，零件的鑄造工藝為砂型鑄造，考慮到支承刀架生產的實際情況和結構特點它屬于小批量生產的中小型鑄件，查詢鑄造手冊第5卷表3-40和3-61可知：鑄件的尺寸公差等級為CT13-CT15，這里取CT13。零件基本尺寸最大為290mm，查表得，允許最大偏差為12mm。4.1.2 鑄件重量公差鑄件質量公差定義為以占鑄件公稱

37、質量的百分率為單位的鑄件質量變動的允許值。考慮到支承刀架生產的實際情況和結構特點它屬于小批量生產的中小型鑄件，查詢鑄造手冊第5卷表3-46可得，本次支承刀架鑄造工藝設計的重量公差等級為MT13-MT15，這里取MT13，再根據表3-62可知，本次設計的鑄件重量公差數值為18%。4.1.3 機械加工余量 機械加工余量是鑄件為了保證其加工面尺寸和零件精度，應有加工余量，即在鑄造工藝設計時預先增加的，而在機械加工時又被切除的金屬層厚度?！癎B/T11350-89”鑄件機械加工余量與“GB6416”鑄件尺寸公差配套使用，規定加工余量的代號用字母MA表示。在本次設計中，支承刀架屬于單件或小批量生產、造型

38、材料為黏土砂，尺寸公差等級為CT13，本次設計零件基本尺寸為290mm，查詢鑄造手冊第5卷表3-48和表3-47，最后選擇鑄件的機械加工余量等級為J級，單側加工的加工余量值為13mm，雙側加工的加工余量值為10mm。由支承刀架零件圖2-1可知，支承刀架的下底板的加工余量值為4mm，閥缸的右側肋板的加工余量值為4mm，閥缸的內腔的加工余量值為3mm。先確定鑄件的尺寸公差等級和機械加工余量等級，查表（GB/T 1135089），得出用于大批量生產與鑄件尺寸公差配套使用的鑄件機械加工余量等級為13J。各部位加工余量加工方式上法蘭的加工余量15.0mm雙側加工上半管道內圈的加工余量6.0mm 雙側加工

39、側凸臺的加工余量11.0mm雙側加工直徑50mm的凸臺的加工余量4.5mm雙側加工側法蘭的加工余量15.0mm雙側加工4.1.4 鑄造收縮率鑄造收縮率又稱鑄件收縮率12，是鑄件從線收縮開始溫度（從液相中析出枝晶搭成的骨架開始具有固態性質時的溫度）冷卻至室溫時的相對線收縮量，用模樣與鑄件的長度差除以模樣長度的百分比表示：式中：L1模樣長度； L2鑄件長度。對于大批量生產的鑄件，應通過生產測量鑄件的實際尺寸，求出鑄件各部位、各方向的實際收縮率，修正模樣。對于單件、小批量生產的鑄件，鑄造收縮率一般是根據生產中長期積累的經驗來選取的，為了保證鑄件的尺寸合格，對于形狀復雜的鑄件，還可以考慮采用工藝補正量

40、，適當加大機械加工余量等措施。根據支承刀架的結構特點以及鑄造材料為鑄鋼，查詢鑄造手冊5中表3-51可知，查表得該鑄件的受阻收縮率為2.0%,自由收縮2.0%，綜合取2.0%。4.1.5 起模斜度為了使起模方便，在模樣、芯盒的出模方向要留有一定斜度，避免免砂型或砂芯被損壞。這個斜度，稱為起模斜度，若鑄件本身沒有足夠的結構斜度使起膜方便，就要在鑄造工藝設計時設計出鑄件的起模斜度。在非加工面上留起模斜度，要注意與零件的外形一致，保持零件的美觀。同一鑄件的起模斜度應盡量只選擇一種或兩種斜度。起模斜度可以采用增加鑄件壁厚、增減鑄件壁厚或減小鑄件壁厚等三種形式。本設計采用木模樣，當零件本身沒有足夠的結構斜

41、度，應在鑄件設計或鑄造工藝設計時給出鑄件的起模斜度以保證鑄型的起模斜度，原則上不應超過鑄件的壁厚公差。根據閥缸的模樣高度為120mm，起模斜度可按起模斜度形成的傾斜角表示，鑄件的起模斜度參考表3-53（JB/T510591）得：兩側板的=0°30,a=1.4mm4.1.6 最小鑄出孔及槽機械零件上常常有很多孔、槽和臺階等，一般情況下應盡可能在鑄造時直接鑄出，這樣既可以節約金屬、減少機械加工的工作量，降低生產成本，又可以使鑄件的壁厚比較均勻，避免縮孔、縮松等鑄造缺陷等的產生。有些有特殊要求的孔，如彎曲孔和異形孔，無法實現機械加工，則一定要鑄出。但是，在許多情況下，孔和槽又不宜鑄出，如孔

42、、槽尺寸太小。而鑄件又較厚或金屬壓頭較高時，鑄出孔、槽使此處產生粘砂，造成清鏟和機械加工困難；有的孔、槽必須采用復雜而且難度較大的鑄造工藝措施才能鑄出；又是由于孔的中心距要求很精確，鑄出的孔有如偏心，再用鉆擴孔無法糾正中心位置。在確定零件上需要鑄出的孔時，必須既要考慮能否鑄出這些孔或槽，又要考慮是否有必要鑄出這些孔、槽以及鑄造需要的經濟成本。查詢鑄造手冊第5卷（后面如不特殊指明，都默認參考此書）表3-59可知，本次設計中鑄鋼件的最小鑄出孔直徑為60mm。由支承刀架零件圖2-1可知，閥缸底板上的個孔直徑均為小于60mm，以及兩側側+板上的4個螺孔和兩長條孔，小于最小鑄出直徑60mm，故可以都不鑄

43、出，所以該鑄件的所有孔皆采用機加工形式獲得。 4.1.7 工藝補正量工藝補正量可按照以下公式進行計算：e 0.002L 對于小批量的鑄件生產，由于選用的收縮尺寸與實際的收縮率不符，或由于鑄件產生變形、操作中不可避免的誤差等原因使加工后鑄件的尺寸小于圖樣要求尺寸，為使尺寸精度提高，要在鑄件相應的非加工表面上增加金屬層厚度來彌補。但由于該件在垂直分型面的立壁上都設有較大的拔模斜度，故不放工藝補正量。4.1.8 分型負數干砂型、表面烘干型、自硬砂型以及砂型尺寸超過2m以上的濕型才應用分型負數。而此鑄件砂箱尺寸小于2m，故不留分型負數。4.1.9 其它工藝參數的設計在本次設計所進行的鑄鋼支承刀架的工藝

44、設計，由于屬于小批量單件生產，并且為中小型件。因此，經過工藝優化之后，可不考慮其它如“反變形量”、“砂芯負數”、“非加工壁厚的負余量”、“分芯負數”的影響。 4.2 砂芯的設計砂芯的功能是形成鑄件的內腔、孔和鑄件外形不能出砂的部位。砂型局部要求特殊性能的部分，有時也設置砂芯。應滿足以下要求：砂芯的形狀、尺寸以及在砂型中的位置應符合鑄件要求，具有足夠的強度和剛度，在鑄件形成過程中砂芯所產生的氣體能及時排出型外，鑄件收縮時阻力小和容易清砂。選用砂芯的總原則是：使制芯到下芯的整個過程方便，鑄件內腔尺寸精確，避免氣孔等缺陷的產生，使芯盒結構簡單15。具體原則如下：1） 保證鑄件內腔尺寸精度；鑄件內腔尺

45、寸要求較嚴格的部分要由同一半砂芯形成，但手工造型中大的砂芯，為保證某一部位精度有時需將砂芯分塊。2） 保證操作方便； 可將復雜的大砂芯、細而很長的砂芯分為幾個小而簡單的砂芯。3） 保證壁厚均勻； 使砂芯的起模斜度和模樣的起模斜度大小、方向保持一致，使鑄件壁厚均勻。4） 應盡量減少砂芯數目； 用砂胎或吊砂可減少砂芯。5） 填砂面應寬敞，烘干支撐面是平面；需要進爐烘干的大砂芯常被沿最大截面切分為兩半制作。6）砂芯形狀適應造型、制芯方法。根據以上原則，再根據分析本次設計支承刀架的結構可知，支承刀架的內腔需要放置砂芯，考慮到砂芯的固定要穩固及要減少砂芯數量，做成一個整體砂芯。砂芯的示意圖如圖4-1所示

46、。 圖4-1 砂芯示意圖Fig 4-1 Schematic sand core4.2.1 芯頭的設計芯頭是指伸出鑄件以外不與金屬接觸的砂芯部分。對芯頭有如下要求：1）定位和固定砂芯，使砂芯在鑄造過程中有準確的位置，并能承受砂芯自身的重力以及澆注時液體金屬對砂芯的浮力，以免破壞砂芯；2）芯頭應能使澆注后砂芯所產生的氣體及時排出至鑄型外；3）上下芯頭及芯號容易識別，避免下錯方向或芯號；4）下芯、合型方便，芯頭要設置適當斜度和間隙。 根據砂芯形狀，本次砂芯需要設置一個下芯頭水平芯頭，其芯頭典型的結構如圖4-2所示： 圖 4-2水平砂芯芯頭典型結構示意圖 Fig 4-2 Schematic diagr

47、am of horizontal sand core head structure4.2.2 芯頭長度芯頭長度為砂芯伸入鑄型部分的長度，即露出鑄件外部的長度。本次設計中砂芯長度為115mm，砂芯（A+B）/2=40.5m，設計的是下芯頭，查詢鑄造手冊5表3-77可知，確定芯頭的長度h為30mm。4.2.3芯頭間隙為了使下箱方便，通常要在芯頭和芯座之間留有一定的間隙。這個間隙的大小由砂芯的大小和精度以及芯座本身的精度決定。根據砂芯的長度及直徑查詢鑄造手冊5表3-75可知，垂直芯頭的間隙為：s=0.5mm，=2.5°5 澆注系統的設計澆注系統是鑄型中引導液態金屬液流入型腔的通道的總稱。成

48、功的澆注工藝由金屬本身的性質、鑄型的性質和澆注系統的結構等決定。因此，合理的澆注系統設計，應根據鑄件的結構特點、技術條件、合金種類、澆注系統的結構類型、確定引入位置、計算各澆道截面尺寸等。 一般澆注系統由澆口杯、直澆道、直澆道窩、橫澆道和內澆道幾部分組成。對澆注系統滿足的要求如下：1）控制金屬液流動的速度和方向，使液態合金平穩地充滿鑄型。2）調節鑄件上各部分的溫度分布。3）澆注系統應具有除渣功能，阻擋夾雜物進入鑄型型腔。4）有一定的補縮作用，一般是在內澆道凝固前補給部分液態收縮。5）保證液態金屬以最短的距離、最合宜的時間充滿鑄型，并保證金屬液面在型腔內有合適的上升速度，以獲得輪廓完整清晰的鑄件

49、。6）在保證鑄件品質的前提下，澆注系統要有利于減少冒口體積。結構應簡單緊湊，以利提高鑄型面積的利用率，同時要方便工作操作和鑄件的清理。5.1 澆注系統類型的選擇 澆注系統按澆注系統各組元的截面積比例可分類為17： 1）封閉式澆注系統：阻流截面在內澆道上。澆注開始后，金屬液容易充滿澆注系統檔渣能力較強，但充型液流的速度較快，沖刷力大，易產生噴濺。一般地說，消耗的金屬液少且容易清理，適用于鑄鐵的濕型小件及干型中、大件。2）開放式澆注系統：阻流截面在直澆道上口。當各單元開放比例較大時，金屬液不不能充滿直、橫、內澆道，呈非充滿流動的狀態。充型平穩，對型腔的沖刷力小，但檔渣能力較差。一般地說，消耗的金屬

50、液多，不利于清理，常用于非鐵合金、球墨鑄鐵及鑄鋼等易氧化的金屬鑄件，在灰鑄鐵件上很少應用。3）半封閉式澆注系統：阻流截面在內澆道上，橫澆道截面為最大。澆注中，澆注系統能充滿，但較封閉式晚。具有一定的檔渣能力，由于橫澆道截面大，金屬液在橫澆道中流速較小。充型的平穩性及對型腔的沖刷力都優于封閉式，適用于各類灰鑄鐵件及球墨鑄鐵件。4）封閉開放式澆注系統：阻流截面設在直澆道下端，或在橫澆道中，或在集渣包出口處，或在內澆道之前設置的阻流檔渣裝置處。阻流截面之前封閉，其后開放，故既有利于檔渣，又使充型平穩，兼有封閉式和開放式的優點。適用于各類鑄鐵件，較多應用于中、小件上，尤其是在一箱多件時應用廣泛。按內澆

51、道在鑄件上的注入位置分類為：1）頂注式澆注系統：以澆注位置為基準，內澆道開設在鑄件頂部。這種澆注系統的優點是容易充滿，可減少薄壁件澆不到、冷隔等方面的缺陷，并有利于鑄件自上而下的順序凝固和冒口補縮；缺點是易造成沖砂缺陷，易產生砂眼、鐵豆、氣孔和氧化夾雜物缺陷。2）底注式澆注系統：內澆道設在鑄件底部，這種澆注系統優點是內澆道基本上在淹沒狀態下工作，充型平穩，可避免金屬液發生激濺、氧化及由此而形成的鑄件缺陷，有利于阻渣；缺點是充型后金屬的溫度分布不利于金屬液順序凝固和冒口的補縮，內澆道附近容易過熱，產生縮孔、縮松和結晶粗大等缺陷。3）中間注入式澆注系統：在鑄件中部某一高度上開設內澆道，這種澆注系統

52、對內澆道以下的型腔部分為頂注式，對于內澆道以上型腔部分相當于底注式。它兼有頂注式和底注式的優缺點，特別適用高度不大的中等壁厚的鑄件。4）階梯式澆注系統：在鑄件不同高度上開設多層內澆道，使金屬液從底部開始，逐層的從不同高度內澆道引入型腔。這種澆注系統的優點是充型平穩，有利于阻渣、氣上??；缺點是結構復雜，制造和清理較麻煩。本次設計金屬材料為鑄鋼件，有更大的設計靈活性，冶金制造最強的靈活性和可變性，提高整體結構強度，可以大范圍的重量變化，不易引起夾雜，凝固體收縮率大，易產生縮孔和縮松。根據鑄鐵特性及支承刀架的結構特點，本次設計采用封閉式澆注系統，內澆道開設在鑄件頂部的頂注式澆注系統。5.2 計算澆注

53、時間并校核上升速度1) 澆注時間t：合適的澆注時間與鑄件的結構、鑄型工藝條件、合金種類及選用的澆注系統類型等有關。對于重量小于20Kg的鑄件，根據下式計算澆注時間，t = C (5-1)式中：GL澆注金屬液的總重量；C系數，取C=1.1； 該鑄件重量為15kg，鑄件有冒口，本次設計鑄件工藝出品率取70%，所以GL=G/0.7=22kg。代入公式（5-1）得t=5.2s。 2) 金屬液在型內的上升速度：V= (5-2)式中：C鑄件的高度； t澆注時間。 將數據代入式（5-2）得： V4.2mm/s本次設計的鑄件材料為45號鋼，且鑄件為小型件，校核合格。5.3 計算阻流截面積并確定澆注系統各組元面

54、積根據相對密度d=G/V決定，V是鑄件的輪廓體積，是鑄件三個方向最大尺寸的乘積。本鑄件G=22kg，V=42390mm3，d=5.19，根據鋼液重量G和鑄件相對密度d就可從表3-155查的F內。查得F內=4.5cm2， 本次設計采用封閉式澆注系統，常采用的澆注系統截面積比為： F內: 5.4 澆注系統各組元尺寸的確定5.4.1靜壓頭的計算 對于頂注式澆注系統，示意圖如6-6175頁。圖6-6 平均靜壓頭HP可按公式（6-2）計算： （6-2）在本設計中，C=120mm,H0=150mm,P=0,代入上式計算得：HP=150mm。5.4.1 直澆道的設計直澆道是從澆口杯將金屬液引入到橫澆道、內澆

55、道或直接進入型腔，提供足夠的壓力頭，使得金屬液在重力作用下克服阻力，使其在規定時間內充滿型腔。直澆道通常做成等截面的柱形、上大下小或上小下大的錐形。金屬液也成充滿式和非充滿式兩種。本次設計采用的直澆道形狀如圖5-1所示。圖5-1 直澆道示意圖Fig.5-1 Straight runner schematic根據A直=4.95cm²，查詢鑄造手冊5表3-224可選擇直澆道尺寸為：D=25mm，D1=33mm，L=100mm。實際證明，直澆道過低會導致充型及液體補縮不足，容易導致鑄件棱角和輪廓不清晰、澆不到、上表面縮凹等缺陷的產生。為了保證金屬液能充滿鑄件上距離直澆道最高最遠的部分、獲得輪廓清晰、結構完整的鑄件，直澆道的高度應足夠。一般直澆道的高度等于上箱高度，但應檢驗高度是否足夠，所以可以利用直澆道的剩余壓力角大于鑄造工藝學中對剩余壓力角的規定來進行校核，如下式：HmLtg (5-6)式中：Hm最小剩余壓頭；L自直澆道中心線到鑄件最高、最遠點的水平距離；保險壓力角，根據鑄造工藝學表中規定要求而定。 取直澆道與鑄件的距離25mm，直澆道到鑄件最高、最遠的水平距離L=3