1、精選優質文檔-傾情為你奉上 第一章 消失模鑄造技術的現狀 消失模鑄造技術是用泡沫塑料（EPS、STMMA等）制成與鑄件結構、尺寸完全一樣的模樣，經處理后埋入砂箱內緊實，并澆入金屬液使模樣受熱氣化分解而被金屬液取代的一次性成型鑄造新工藝。本章簡要的綜述了消失模鑄造技術的現狀，包括了消失模鑄造發展概述、工藝流程及特點、工藝的優缺點和消失模鑄造技術的適用性和經濟性等，目的在于對消失模鑄造技術有個較全面而又系統的了解，以便為消失模鑄造設計提供便捷。1.1 消失模鑄造發展概述 消失模鑄造完美的將“磁型鑄造”和“V法鑄造”的優勢集于一體，1956年美國人H.F.Shoyer開始了將聚苯乙烯泡沫塑料用于鑄造

2、的實驗，并獲得成果，人們對此便產生了極大的研究興趣。1958年H.F.Shoyer把自己的這項專利對外公布并稱之為“無型腔鑄造”。金屬雕像和藝術品鑄件的制造最先都是應用這個工藝，多年實踐研究之后，原聯邦德國于1962年開始把此專利從美國引進過來，就這樣開始了對消失模鑄造法的逐步開發，并很快應用和推廣到工業制造上。1999年一項來自美國人威斯康星大學的調查表明，在1990年使用該工藝鑄造鋁合金的有6%左右。在1997年快速的在灰鑄鐵和球鑄鐵鑄造方面發展起來并在2009年達到15%的應用。 消失模技術進入我國工業化應用的時間為20世紀90年代，經過發展幾十年之后，我國的消失模鑄造工業規范得到了很大

3、的完善，成為鑄造工業的重要組成部分。國家已重點把消失模鑄造技術作為改造傳統鑄造業應用最廣泛的高新技術。然而即便如此，發達國家在消失模鑄造生產方面的水平遠遠的走在我國的前面。我國的消失模鑄造技術目前應用比較廣泛有以下幾個方面。（1） 得以應用的合金鑄件種類 普通碳鋼、灰鑄鐵、球墨鑄鐵、特種鑄鐵（高鉻鑄鐵等）、鋁合金、特種鑄鋼（高Mn鋼、Ni-Cr耐熱鋼）、低C鋼及不銹鋼。（2） 應用成功的典型鑄件抗磨鑄件磨球、襯板、錘頭；曲軸壓縮機曲軸、汽車發動機曲軸；箱體鑄件發動機箱體、變速箱殼體、差速器殼體、轉向裝置殼體、消防栓箱體、炮彈殼體等；閥體鑄件鑄鋼閥體、球鐵閥體、閥蓋鑄件；缸蓋體鑄件壓縮機缸體、單

4、缸機缸體、缸蓋、汽車缸體；管體鑄件各種規格的灰、球鐵管件；制動系統鑄件剎車鼓、剎車盤；抗熱鑄件料框、熱處理用的底板等；支架類鑄件建筑鋼支板、車輛彈簧支架等；機械工程鑄件機械零件、齒輪、齒條、叉車鑄鋼件、斗齒。1.2 消失模鑄造工藝流程及工藝特點1.2.1 消失模鑄造工藝流程消失模鑄造大批量生產的生產工藝流程見圖1-1。該工藝流程的主要有熔化、制模、模型組合及涂層烘干、造型澆注和落砂清理五個工部。金屬成分復驗配料熔煉成分、溫度檢驗EPS原始珠粒復驗預發泡熟化模具成型模型干燥EPS模型檢查模型組合涂敷涂料烘干埋箱造型負壓澆注冷卻落砂鑄件清理鑄件檢查涂料原材料復驗配料混制造型新砂復驗冷卻篩分型砂澆冒

5、口 圖1.1 工藝流程圖1.2.2消失模鑄造工藝分類及特點消失模鑄造的工藝分類有兩種，一種根據其鑄型材料的屬性可分為無粘結劑干砂消失模鑄造和自硬砂消失模鑄造。第二種是根據澆注條件的不同可分為負壓消失模鑄造和普通消失模鑄造。消失模鑄造工藝與傳統的砂型鑄造相比具有優異的工藝特征，大量生產生產條件下工藝特征有：傳統砂型鑄造是“空腔”鑄型（即“空型”），而消失模鑄造是將一個與鑄件形狀完全一致、尺寸大小只差金屬收縮量的泡沫塑料模型保留在鑄型內，形成“實型”鑄型。在進行澆注時，高溫金屬液體使泡沫塑料模型分解氣化，因此金屬占據模樣位置，不同于傳統“空型”鑄造是一個金屬液填充于空腔內。同時鑄造一個鑄件，就需要

6、一個泡沫塑料模樣。泡沫塑料模樣可以根據結構分塊成型后再進行粘結組合成零件模樣。其砂型使用的干石英砂具有無粘結劑、無水分、無任何附加物特性；此外寶珠砂、鎂橄欖石砂等也可以滿足。1.3消失模鑄造工藝的優缺點1.3.1消失模鑄造工藝的優點 鑄件尺寸形狀精度高，加工余量少； 落砂極其容易，降低了落砂的工作量和勞動強度； 不存在了砂芯制作和制芯工部，避免了由于制芯、下芯造成的鑄造缺陷； 消失模鑄造采用負壓澆注，有利于金屬液的充型和補縮，提高鑄件的組織致密度； 產品質量好，不會因為添加物、水分和黏結劑造成各種鑄造缺陷。 消失模鑄造可以采用一箱多件澆注，鑄件的工藝出品率和生產效率有了很大的提高； 鑄件的表面

7、光潔度； 比較清潔，降低了粉塵、煙塵和噪聲污染，工人的勞動環境得以改善，降低了勞動強度，女工也可以取代傳統只有男工的職位； 易于實現機械化自動流水線生產，生產線彈性大，可在一條生產線上實現不同合金、不同形狀、不同大小鑄件的生產； 澆冒口的設置不會受分型和取模等傳統因素的影響； 不需要合箱和取模操作，造型工藝得到了簡化，同時也減少了這種操作的缺陷； 砂處理系統得到了簡化，型砂可再次使用，降低了生產成本，避免了廢砂處理操作； 可適合鑄造形狀比較復雜的鑄件； 鑄件表面光潔無飛邊毛刺，減少了因打磨工作而耗時費力； 1.3.2 消失模鑄造工藝的不足 復雜大鑄件，模具制造比較復雜，成本較高，費工費時，一個

8、模具一個鑄件，一次性投資較多； 澆注系統設計要求嚴，設計難度高； 泡沫粒料EPS不能滿足所有鑄件鑄造的要求，適用有局限性； 一個泡沫模樣只能用一次； 工藝系統環環相扣，管理務必要嚴格認真，松懈不得。等等1.4 消失模鑄造關鍵技術 消失模鑄造現場有“白區”、“黃區”、“黑區”之分。“白區”是將泡沫塑料珠粒預發泡、模具成型及烘干的現場；將涂料的配料及混制、涂刷（浸涂）、烘干稱為“黃區”；將裝箱造型、熔煉、澆注及落砂、鑄件的取出稱為“黑區”，從“白區”、“黃區”到“黑區”，各個環節密切聯系，每個環節均有相應的技術要點。泡塑模型模具的制造技術鑄件消失模鑄造工藝設計；模具設計；模具維修、保養。模樣制作技

9、術粒子的預發泡工藝；模具成型（蒸缸成型）；模樣澆注系統內的排列組合。涂料及涂層制備技術烘干涂料選擇配方；涂料的混制；涂料的涂覆，涂層控制；涂層干燥；待造型模樣涂層烘干。微振實造型技術振動臺選用；振動參數；造型操作工藝要點。負壓澆注技術真空泵參數選定，真空系數選定；過濾技術的改善；負壓范圍選擇；澆注參數數設計。落砂清理不同合金鑄件開箱保溫時間的控制；清理、檢驗入庫；出現疵病、廢品及時進行分析解決辦法。1.5 消失模鑄造的適用性與經濟性1.5.1 消失模鑄造適用性 對鑄件材料的適用性一般來說凡可以鑄造的合金都可以用消失模鑄造，適應性超過砂型鑄造。鈦合金的澆注不能用傳統砂型來鑄造，而消失模鑄造可以滿

10、足鈦合金的需求，現在很多不同質地的零件都可以用消失模鑄造工藝來生產，典型的材料有灰鑄鐵、不銹鋼、碳鋼、球墨鑄鐵有色合金等等。 對鑄件大小的適用性 運用消失模鑄造工藝生產的鑄件的尺寸大小大小以及一個砂箱鑄造件的個數收到一些因素影響，其中有振實臺使用面積的大小和澆注系統砂箱的尺寸，因為消失模鑄造工藝的優勢，與傳統鑄造相比，消失模鑄造的適用性要廣泛很多，它可以在同一個砂箱內布置澆注不同的鑄件模樣，使鑄造具有包容性，同時它既可以澆注小尺寸零件也可以澆注大尺寸零件生產沒有局限性，大件以熔煉中頻爐容量而定，小件由砂箱尺寸大小對鑄件進行組串和串組的布置靈活機動多變。對鑄件各種結構的適用性 對于形狀結構繁瑣復

11、雜，很難去選擇分型面以及造型造型比較困難的零件選擇消失模鑄造生產最適合，其工藝特點可以滿足那些傳統澆注不能滿足的需求。這樣的零件有缸體、水泵葉輪、螺旋槳等。既可以單個生產亦可以規模生產 消失模生產需要很多的EPS塑料泡沫，因此大規模生產時成本變高，對于單個少數生產可以采用手工切割膠合成鑄造零件，由于模樣制作可用手工或粒子發泡模具成型大批量制出白模，其適用性應變靈活。消失模鑄件的質量優勢 從生產工藝流程可看出，消失模鑄造其制模過程類同于石蠟精密鑄造，澆注類同于V法鑄造，造型類同于實型鑄造。所以現代消失模鑄造技術結合了實型、V型、精鑄三者的優點。消失模鑄造容易實現清潔生產消失模鑄造采用的是負壓法，

12、這樣就有利于排放物或氣體的收集并集中處理，而且舊砂可以重復使用，所以對于生產和環境都是雙贏。1.5.2 消失模鑄造經濟性 鑄件噸位消耗EPS成本比較經濟。這是應為EPS模樣價格比較低廉，而且在自動化生產條件下，模樣的加工時間短，生產成本低。表1.1列出了消失模鑄造工藝與砂型鑄造工藝生產鑄件相比的經濟性。 工藝過程 優點 缺點 制型 簡化工廠工程設計； 沒有砂型黏結劑； 不用砂型； 模具可重復造砂型 增加模樣澆注系統膠粘； 模樣僅能一次性使用 澆注 節約了金屬、合金澆注系統用量； 球鐵可無冒口均衡化凝固 增設了型砂鑄件冷卻輸送設備 清理 減少鑄件表面清理工作量； 無鑄造毛刺飛邊； 增設專用工具進

13、行模樣； 組串去除內澆口 機加工 減少了鑄件機加工余量； 鑄件劃一便于自動化 環境保護 降低了環境污染； 簡化環保措施 模具工裝 減少了模具傳統制作； 模具簡單專一便于維修； 模具使用壽命長 設計復雜和周期長而引起初始模具成本高 投資 工廠設計水平高度靈活； 總體具有經濟規范； 便于舊車間改造成消失模鑄造工藝 制模自動化程度低 表1.1 消失模鑄造工藝與砂型鑄造工藝生產鑄件相比的經濟性 第二章 三通管的工藝設計 本章主要針對三通管的消失模鑄造而進行了工藝分析和設計，首先對零件產品進行分析了解其質量要求和技術要求等，然后結合消失模的鑄造技術進行鑄造工藝分析和工藝參數的分析及選擇，最后基于各類的分

14、析結果設計出合理有效的澆注系統，計算出澆道的尺寸和形狀等一系列參數。目的在于設計出優秀的三通管消失模鑄造工藝，制作出精確的產品零件。2.1 三通管的結構分析及技術要求三通管零件的材質：灰口鑄鐵（HT200）生產要求：大批量生產，年產量10000t單個零件重量：6.5kg三通管就是工管件的一種，其主要是用于改變流體的方向，本設計的三通管為T形異口管徑的三通管。三通管零件圖如圖2.1所示，其外形輪廓尺寸為140mm*85mm*102.5mm，主要厚度為三通管的壁厚5mm，同時也是最小厚度，本零件為一小型零件，因為鑄件壁厚比較小，因此在保證鑄件幾何尺寸精度的同時也要保證鑄件壁厚的均勻性，防止受力不均

15、，除此之外還要防止起泡、疏松、縮孔、碳缺陷等缺陷的產生，因此三通管零件具有較高的質量要求。 圖2.1三通管零件圖2.2三通管的鑄造工藝分析三通管接頭是管道安裝中最常用到的一個零件，主要起到分流開支的作用。根據流經三通管的液體不同，其工作環境也不同，因此對三通管的要求也不相同，本設計的三通管僅用于水流分支，沒有特殊要求，但有個共同點就是所有管道都要受到徑向的張力作用，為了防止此因素導致管道脹裂，我們在澆注時要選擇合理的澆注溫度，使鑄件均勻冷卻，降低鑄件的殘余應力，同時保證鑄件的壁厚均勻，延長其使用壽命。此外對鑄件進行鑄造的時候必須嚴格遵守鑄造工藝的正確操作，加強安全意識，在正確操作的同時還要考慮

16、簡化步驟，提高鑄造價值性。 根據三通管的使用要求和條件進行分析、研究，總結出自己的設計方案：由于鑄件除了減少缺陷的產生之外沒有其他特殊質量要求，然而在滿足質量要求的同時也要滿足鑄造工藝對零件結構的要求，審查零件結構，三通管零件結構簡單且為對稱結構，符合鑄造生產的工藝要求，采用對稱分型發泡操作方便，易于保證鑄件品質也提高了生產效率降低成本。分析三通管零件結構特征和技術要求后，其鑄造工藝應考慮一下幾個方面：三通管的壁厚為最小壁厚，也是管道徑向力承受體，為了避免鑄件產生澆不到或冷隔缺陷，使鑄件的設計壁厚不小于最小壁厚；為了減少裂紋、縮孔縮松，鑄件的內壁厚度設計應比外壁薄一些才合理；壁厚要求均勻，防止

17、形成熱節，形成殘余應力；三通管零件材質為收縮較小的灰鑄鐵，可采用同時凝固原則來設計，保證鑄件質量；簡化或減少分型面的鑄件結構 盡量不用曲面分型，用平面分型，分型面盡量少；為了便于起模，對垂直于分型面的非加工面上的鑄件壁的內外兩側應設計適當的結構斜度；2.3 鑄造工藝參數的分析與設計鑄造工藝是確定鑄造設計、生產準備、造型工藝和鑄件檢驗的主要依據。這些工藝數據是由經對兩件結構分析、滿足生產技術要求、保證質量和應用條件、以及提高效率降低成本等多方面綜合分析而得出。這些工藝數據主要是指加工余量、起模斜度、鑄造收縮率、最小鑄出孔、型芯頭尺寸、鑄造圓角等。工藝參數選取的準確、合適，才能保證鑄件尺寸精確，方

18、能使設計更成功，生產更高效。一、可鑄的最小壁厚和可鑄孔徑零件上的孔、槽、臺階等，究竟是鑄出來好還是靠機械加工出來好，這應該從品質及經濟角度等方面考慮。一般來說，較大的孔、槽等應該鑄出來，以便節約金屬和加工工時，同時還可以避免鑄件局部過厚所造成熱節，提高鑄件質量。較小的孔、槽或則鑄件壁很厚則不易鑄出孔，直接依靠加工反而方便。由于消失模工藝特點，可鑄最小壁厚和孔徑、凸臺、凹坑等細小部位的可能性大大提高，因此消失模工藝鑄件大部分孔都可以鑄出，最小壁厚主要受EPS模樣限制，只要能做出模樣就能鑄出鑄件。不同鑄造合金在生產中均有一適宜的最小壁厚和可鑄最小孔徑的限制，如表2.1： 鑄件合金種類 鑄鋁 鑄鐵

19、鑄鋼可鑄最小壁厚/mm 23 45 56可鑄最小孔徑/mm 46 810 1012 表2.1 最小壁厚和可鑄最小孔徑的限制 三通管零件的材質為灰鑄鐵，因此可鑄最小壁厚為4mm，可鑄最小孔徑為8mm，分析鑄件零件尺寸要求得知：鑄件最小壁厚為5mm，滿足消失模工藝要求，同時管道的內徑均滿足最小孔徑要求，因此可直接鑄出，然而對于而對于法蘭上的鏈接口直徑為7，該孔直徑較小，無法直接鑄造出，因此可采用機械加工，機械加工較為經濟方便。二、消失模鑄造收縮率設計模具型腔尺寸時要考慮雙重收縮，即金屬合金的收縮和模樣材料的收縮，零件模樣采用選用的是EPS，推薦收縮率為0.5%0.7%，因此可選取0.5%的模樣收縮

20、率。金屬合金的收縮與傳統砂型相近，參看表2.2： 鑄件合金種類 鑄鋁 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 鑄鋼線收縮率% 自由收縮 1.82.0 0.91.2 1.21.5 1.82.0 受阻收縮 1.61.9 0.61.0 0.81.2 1.61.8 表2.2 合金的線收縮率因此對于灰鑄鐵零件，選擇自由收縮為1.0%；受阻收縮為0.8%。則模樣尺寸可按如下公式來計算 L模=L鑄+K1L鑄 式中 K1鑄件收縮率； L鑄鑄件尺寸三、模樣分型面設計以及消失模鑄造脫模斜度 分型面的確定 鑄型分型面是指鑄型組員間的接合面。分型面的優劣在很大程度上影響鑄件的尺寸精度、成本和生產率。而選擇分型面時應考慮以下原則：1.為保證

21、鑄件精度，應盡可能將鑄件的全部或大部分放在下砂箱內。2.盡量把鑄件的加工定位面和主要加工面放在同一砂箱內，以減少加工定位的尺寸偏差。3.盡量減少分型面的數量，以簡化造型操作，提高鑄型精度。4.為方便合箱和檢驗砂芯，應盡量使基本砂芯位于下鑄型。5.盡量采用平直的分型面，以減少鑄造模樣等工藝裝備的工作量。6.分型面應選在鑄件的最大截面處，以便于起模。7.分型面盡量和澆注位置一致，避免翻箱導致鑄件尺寸不準。三通管鑄件結構完全對稱，可選擇其對稱面為分型面，既保證了分型面處于管件的大曲面上，也便于模片膠合；同時完全對稱相同的分模片在發泡時只需發泡一種即可，從而大大的提高的生產效率，降低了勞動程度。分型面

22、如2.2圖： 圖2.2 分型面 消失模鑄造脫模斜度消失模工藝的突出優點是干砂造型，無需起模、下芯、合箱等工序，不需要設計脫模斜度，但在制作EPS模樣過程中，喲與模具與模樣間有一定摩擦阻力，在模具設計時應考慮0.5o脫模斜度，如圖2.3： 圖2.3 脫模斜度 分型負數 干砂型、表面烘干型以及尺寸較大的濕砂型，分型面由于烘烤，修整等原因一般都不很平整，上下型接觸面很不嚴。為了防止澆注時炮火，合箱前需要在分型面之間墊以石棉繩、泥條等，這樣在分型面處明顯增加了鑄件的尺寸。為了保證鑄件尺寸精確，在擬定工藝時為抵掉鑄件增加的尺寸而在模樣上減去相應的尺寸稱為分型負數。而三通管是濕型且是小型鑄件故不予考慮分型

23、負數。四、鑄件尺寸公差鑄件尺寸公差是指鑄件公稱尺寸的兩個允許的極限尺寸之差。在兩個允許極限尺寸之內，鑄件可滿足機械加工，裝配，和使用要求。消失模鑄件精度高，鑄件尺寸公差介于普通砂型和石蠟精鑄之間，消失模鑄件尺寸基本公差數據可參考表2.3；根據鑄件零件尺寸可得三通管鑄件的尺寸基本公差0.13.鑄件基本尺寸 10 1040 40100 100250 250400鑄件基本公差 0.05 0.05 0.1 0.13 0.15 表2.3 鑄件尺寸公差五、機械加工余量為保證鑄件加工面尺寸和零件精度，在鑄造工藝設計是，在零件的加工表面上預先增加的、并在機械加工時應予以切除的金屬厚度，稱為機械加工余量。消失模

24、鑄造尺寸精度高，鑄件尺寸重復性好，因此加工量比砂型工藝要小，不同鑄造合金的機械加工余量可參考表2.4： 鑄件最大外輪廓尺寸 鑄鋁件 鑄鐵件 鑄鋼件 <50 頂面 1.5 2.5 3 側、下面 1.0 2 2.5 50100 頂面 1.5 3 3.5 側、下面 1.0 2.5 3 100200 頂面 2 3.5 4 側、下面 1.5 3 3 200300 頂面 2.5 4 4.5 側、下面 2 3.5 3.5 300500 頂面 3.5 5 5 側、下面 3 4 4 >500 頂面 4.5 6 6 側、下面 4 5 5 表2.4 鑄件機械加工余量三通管的形輪廓尺寸為140mm*85m

25、m*102.5mm，由表可得：三通管零件的頂面加工余量為3.5mm，側、下面加工余量為3mm。因此鑄件的外輪廓尺寸為：146mm*85mm*106mm，可得三通管零件的鑄件圖如圖2.4： 圖2.4 鑄件圖六、模片圖尺寸設計模片圖是和零件尺寸結構相似，誤差很小的塑料模樣，是澆注系統內的重要組成部分，模片圖的尺寸可由鑄件的尺寸計算得出，上文已討論由于鑄件鑄造收縮作用，鑄件尺寸都會小于模樣尺寸，可按公式 L模=L鑄+K1L鑄 計算模樣尺寸（其中K1取1%），經計算模片圖的外輪廓尺寸為148mm*86mm*107mm，其模片圖結構可見圖2.5，模片的脫模斜度為0.5o，圖2.3已給出。 圖2.5 模片

26、圖七、工藝補正量在單件小批量生產中，為防止因選用的鑄件線收縮率與實際值不符，或由于鑄件變形以及有規律的操作偏差等因素影響，造成鑄件局部壁厚不足，在鑄件相應部位的非加工面上增加的金屬層厚度，稱為工藝補差正量。帶有法蘭的三通管管件往往易產生尺寸偏差，因此常需要加上工藝補正量，但由于消失模鑄造工藝精確的優點，鑄件尺寸偏差很小，因此對于小型三通管消失模鑄造不考慮工藝補正量。八、鑄件重量公差 鑄件質量公差定義為占鑄件公稱質量的百分率為單位的鑄件質量變動的允許值。所謂公稱質量包括加工余量和其他工藝余量，作為衡量被檢驗鑄件輕重的基準質量。鑄件重量公差等級與鑄件尺寸公差等級應對應選擇，根據鑄件尺寸公差范圍查看

27、鑄件質量公差表GB/T11351-1989，可得到鑄件重量公差等級為MT2級，其公稱質量為2kg，零件質量為6.5kg，因此鑄件的毛重估為8kg。2.4 澆注系統的分析與設計 澆注系統是鑄型中液態金屬流入型腔的通道之總稱，它由澆口杯、直澆道、橫澆道和內澆道等部分組成。 澆注位置的確定 澆注位置是指澆注時鑄件在鑄型中所處的位置。正確的澆注位置保證獲得健全的鑄件，并使造型、制芯和清掃方便。確定澆注位置是鑄造工藝設計中重要的環節，關系到鑄件的內在質量，鑄件的尺寸精度及造型工藝過程的難易程度。根據生產實踐經驗，選擇澆注位置，應該有幾下原則：1.鑄件的重要加工面、主要受力面、寬大平面朝下，若不能朝下，可

28、側立或斜置。當鑄件有多個加工面時，應將較大的面朝下。2.厚薄不均勻的鑄件，應將其厚大部分朝上，以利于冒口補貼，實現定向凝固。3.對于薄壁鑄件，應將薄而大的平面朝下，有條件的，應側立或傾斜，以避免冷隔、澆不到等缺陷，此原則對流動性差的合金尤為重要。4.盡量減少砂芯的數量，少用吊砂、吊芯、懸臂芯或芯撐，以利于砂芯在鑄型中安放牢固、定位準確，排氣流暢。5.鑄件的合型、澆注、冷卻位置一致為宜，以免鑄型在翻轉過程中發生錯位或損壞。6.鑄件的澆注位置應方便造型、下芯及合箱，便于型（芯）重要尺寸的檢查。 圖2.6 澆注位置選擇澆注位置方案的分析與選擇：管道的曲面為只要加工面，且為壁厚比較薄的大面，為防止產生

29、氣孔或存在非金屬雜質，應將管道的大面朝下進行澆注，圖方案一滿足設計要求，同時重要的連接加工面為于澆注的兩側，能使側面比較光潔且都可以降低氣孔、非金屬雜質等缺陷的產生，方案二中澆注位置在某一端面，此端面與另一端面為管道最常距離，因此不利于金屬液的填充，導致壁厚不均或其他缺陷，所以相比較而言選擇方案一更有利于設計。 澆注系統類型選擇澆注系統按金屬液引入型腔的位置分為頂注、側注、底注或幾種方式綜合使用；按澆注系統各組元截面比例關系可分為：封閉式，開放式，半封閉式和封閉-開放式四種。因為半封閉式澆注系統控流截面積在內澆道，橫澆道截面最大，澆注中澆注系統能充滿，但擋渣能力次于封閉式，然而充型平穩性及沖刷

30、力都優于封閉式。適用于各類灰鑄鐵鑄件。而三通管就是灰鑄鐵小型鑄件，所以選擇半封閉式側注澆注系統，如圖方案一。內澆道的引入三通管為結構簡單的小型零件，采用了一箱兩件的澆注方式，因為管壁較薄，為防止澆注道在模樣單側對模樣產生集中力的作用而使模樣變形，因此每個鑄件上采用了兩個內澆道，既增強的模樣的承受強度也有利于金屬液的流通和填充。為了方便造型，內澆道開設在分型面上。因為鑄件采用中部管口朝上側注式澆注，這樣鑄件凝固順序為由下至上凝固，這樣有利于三通管的重要曲面先凝固并得到補縮，如此內澆道則設置在側面引入金屬液，如圖2.7所示。 圖2.7 內澆道的引入砂箱內模型簇設計三通管模樣的外形輪廓尺寸為140m

31、m*85mm*102.5mm，單件鑄件質量約為8kg，此鑄件為一小型鑄件。如果一個鑄件用一個砂箱來完成鑄造澆注，則必須制作出大量尺寸較小的砂箱，因為較大砂箱需要填充較多的砂粒，而鑄件較小，太多砂粒則會對模樣產生更大的擠壓力而會使模樣變形，同時也大大降低生產效率；若一個砂箱內澆注多個鑄件，鑄件越多，則澆道的設計也越復雜，同時澆注位置處的模樣也會受到澆道的作用，應避免澆道導致模樣變形或損壞。經比較，對三通管采用兩件一箱進行澆注，在保證鑄件質量和工藝要求的前提下又相對的提高了生產效率降低生產成本。砂箱內鑄件排列采用對稱分布，這有利于澆注系統的設計。砂箱模型族如圖2.8: 砂箱尺寸和吃砂量設計：零件模

32、樣在砂箱內對稱排列，根據模樣尺寸查看鑄造技術與應用案例中模樣吃砂量表，可取得圖中的a=50mm；b=60mm；c=55mm；d=40mm；e=50mm；f=73mm；h=117mm。且圖中的S1、S2、S3分別表示內澆道、直澆道和橫澆道的橫截面積，截面面積計算已在下文設計。結合模樣的尺寸和空間布局，可取砂箱尺寸為：350mm*250mm*200mm。 圖2.8 鑄件砂箱排列圖澆注系統尺寸設計三通管鑄件，材料HT200，毛重8kg，最大外形尺寸為140mm*85mm*102.5mm，平均壁厚5mm10mm，中間分型，屬于結構簡單的薄壁鑄件砂箱內沿尺寸為340mm*460mm*240mm，采用一箱

33、兩件澆注方式（如圖2.7），濕型機器造型。澆注系統方案：采用側注式、半封閉式澆注系統，內澆道四個，截面呈高梯形。灰鑄鐵件的內澆道總截面積計算公式為： A內=GL/0.31ut式中 A內內澆道總截面積（cm2）；GL鑄鐵件澆注總質量（kg）； T澆注時間（s）；u流量系數；Hp平均壓力頭高度（cm）計算上式中GL、t、u、Hp值。 計算鑄鐵件澆注重量GL 已知鑄件毛重8kg，因為采用一箱兩件澆注，因此鑄件總毛重為16kg，經查鑄造技術與應用案例表4-57得工藝出品率為80%。則GL =鑄件毛重/工藝出品率=16kg/0.8=20kg。 計算澆注時間t 鑄件屬于薄壁簡單零件，質量要求較高，按公式

34、t=s 來計算，s為與鑄件主要壁厚有關的系數，經查鑄造技術與應用案例表4-58得s取1.85.則t=s=1.85*s=9s 計算流量系數u 經查鑄造技術與應用案例表4-62，濕型，中等阻力，u=0.42，再按表4-63修正澆注溫度提高約100，u修正值取0.1；有出氣口，u修正值取0.1；橫澆道面積大于內澆道，并且A橫/A內>1.3，u修正值取0.05，內澆道四個，u修正值取-0.1，合計則u=0.42+0.1+0.1+0.05-0.1=0.57 計算平均壓頭力Hp Hp=Ho-ho2/2h式中 Ho內澆道至外澆道液面的高度（cm）；h鑄件高度（cm）； ho內澆道以上的鑄件高度因為澆注

35、系統采用側注式澆注方式，則ho=h/2，Ho=20cm，則 Hp=Ho-h/8=20-12.05/8=18.5cm將值帶入，則 A內=GL/0.31ut=3cm2半封閉式澆注系統各單元截面積比，取A內：A橫A直=1:1.3:1.1則：A橫=3*1.3=3.9cm2； A直=3*1.1=3.3cm2.澆道的形狀內澆道內澆道是控制充型速度和方向，分配金屬液，調節鑄件各部位的溫度和凝固順序，澆注系統的金屬液通過內澆道對鑄件有一定補縮作用。根據內澆道的橫截面積查看鑄造工藝設計手冊的截面尺寸表，可得內澆道結構如圖2.9，其中a=40mm；b=36mm；c=8mm。 圖2.9 內澆道形狀橫澆道橫澆道的功用

36、是向內澆道分配潔凈的金屬液，儲留最初澆入的含氣和渣污的低溫金屬液并阻留渣滓，使金屬液流平穩和減少產生氧化夾雜物。同樣根據截面尺寸查表得其結構如圖2.10，其中a=29mm；b=24mm；c=15mm。 圖2.10 橫澆道形狀直澆道直澆道的功用是從澆口杯引導金屬液向下，進入橫澆道、內澆道或直接進入型腔。并提供足夠的壓力頭，使金屬液在重力作用下能克服各種流動阻力充型。在設計中采用的直澆道為圓柱體直澆道，便于金屬流動，減少棱角帶來的粘滯效果。其結構形狀如圖2.11，其中D=20mm。 圖2.11 直澆道形狀 第三章 三通管消失模鑄造的生產線設計 為滿足大批量年產10000t的生產需求，本章主要介紹了

37、消失模生產線的設計和相關設備的選用，以實現鑄造生產機械自動化，降低勞動強度，提高生產效率，確保產品質量與環境保護協調發展。4.1 生產綱領車間生產綱領是進行車間設計的基本依據。鑄造車間的生產綱領包括：產品名稱和產量、鑄件種類和質量、材質及最大件特征、需要生產的備件數量及外協件數量等。本設計中，產品名稱為三通管，年產量為10000噸，鑄件為管件，質量要求較高，材質為灰口鐵，零件具有典型的對稱結構特征等。4.2 制模部4.2.1 模樣材料泡沫塑料是一種泡沫體，它的質地很輕，比同類的塑料輕幾倍，甚至幾十倍；泡沫塑料的泡孔具有防止空氣對流的作用，因此不易傳熱，起隔熱的作用。為此，在高溫金屬液的作用下，

38、它的氣化和消失的速度也比同類塑料快幾倍到幾十倍。泡沫塑料種類很多，常見的有聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛、和聚氨酯泡沫塑料等。這里三通管接頭所采用的是聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）。EPS相對來說比較廉價；在不高的蒸汽、大氣壓及水的要求下極易成形；生產出的EPS模樣表面非常光滑；EPS能夠滿足這個過程冶金方面的要求；由于泡沫聚苯乙烯具備密度小、氣化迅速、殘留物少、資源豐富和易加工成形等優點。4.2.2三通管消失模模樣制作 三通管結構分析 下圖為三通管零件圖,其材質為灰口鑄鐵，此件為中型的管體件，壁厚均勻，結構對稱，因此模具采用垂直分型，發泡模樣為該零件的一半，然后可以用黏合劑膠合成一個完整的模樣進行砂箱

39、澆注。蒸汽預發泡蒸汽預發泡原理 當樹脂珠粒被蒸汽加熱到軟化溫度之前，珠粒并不發泡，只是發泡劑外逸。當溫度升到樹脂軟化溫度時，珠粒開始軟化具有塑性。由于珠粒中的發泡劑受熱汽化產生壓力，使珠粒膨脹，形成互不連通的蜂窩狀結構。泡孔一旦形成，蒸汽就向泡孔內滲透使泡孔內壓力逐漸增大，泡孔進一步脹大。在泡孔脹大過程中發泡劑也向外擴散外逸，直到泡孔內外壓力相等時才停止脹大。冷卻后，發泡珠粒大小固定下來。發泡工藝過程及操作參數 珠粒預發泡是在間歇式發泡機中進行的，其工藝過程如下： 預熱 加料 加熱發泡 出料 干燥 清理料倉。預熱的目的是為了減少預發筒中的水分，縮短預發時間，當預熱溫度達到要求后即可將已準備好的

40、料加入預發機中。加入料后，繼續加入蒸汽，樹脂珠粒在發泡筒中處于沸騰狀態，當料位達到一定高度或加熱時間達到設定值時，停止加熱。啟動出料閥出料。出料在攪拌和壓縮空氣的雙重作用下完成。 表3.1為富陽江南KF-SJ-450型間歇式蒸汽預發泡機的操作工藝參數 物料名稱 預熱溫度/% 蒸汽壓力/Mpa 發泡溫度/ EPS 8085 0.100.12 8590 StMMA 9095 0.120.15 95105工藝參數為：EPS預熱溫度85，蒸汽壓力0.12Mpa，預發溫度5060，壓縮空氣0.5Mpa。對預發后的珠粒密度控制在2025g/L，當密度超出設定密度時，及時調整珠粒加入量，預發后的珠粒要在流化

41、床內充分混合干燥后再輸送到料斗內，儲存一段時間進行熟化，熟化時間保證在12h以上，再通過氣力輸送管道送到其他料斗內儲存待用。 圖3.1為SJ-KF-450半自動預發泡機 發泡成型發泡成型實際就是預發泡后的泡沫塑料珠粒被填充入模具內，然后放入蒸汽中，這樣塑料珠粒又一次被發泡長大并把模具型腔充實，將模樣脫模后，由于還存在一定余溫所以珠粒再一次發泡，最后檢測尺寸，對于合格的模樣進行加工并膠結成模樣整體。成型發泡工藝如下：發泡工藝參數為：設計中的發泡溫度110，蒸汽壓力0.30.5Mpa，水壓0.40.6Mpa，壓縮空氣0.60.8Mpa。模具預熱次數為8次左右，成型時蒸汽壓力穩定在0.3Mpa，水溫

42、保持在25左右。成型后的模片應及時進烘房烘干、定型，擺放整齊，以免白模變形，烘干時烘模房溫度保持在55左右，模片進出烘模房要快出快進，以免降低烘模房溫度。4.3 熔化工部 中頻電阻爐計算：1t/h的中頻電阻爐3座。每天按照二班制工作 3*16*300=1440t年產鑄件量=14400X80%=11520t。從沖天爐的熔化量計算14400t，折合工藝出品率11520t，完全可滿足鑄造車間1萬t的生產綱領目標。4.4砂處理部1）振實臺裝置 本條生產線配置的是帶鉗式液壓夾緊機構的變頻三維振實臺，具有高頻低幅的振實特性，主題結構包括：固定架、振動架、振動電機、橡膠空氣彈簧、液壓油缸及鉗式加緊機構等，主

43、要參數： 額定負荷：68t 砂箱可適用的有效尺寸：1600mm×1600mm×1600mm 配套液壓站系統包括：磁閥系統、葉片泵、傳動架、過濾器、儲油箱、液壓管路等。 2）雨淋加砂裝置 雨淋式加砂器是被安裝在儲砂斗外面的同時被安裝在砂斗外面的還有三維變頻振動臺，此加砂裝置加砂方式是采用皮帶送砂機加砂的，此外送砂機的工作范圍可以將砂斗包圍，這樣可以對砂斗環繞加砂。最重要的是要保證加砂與振動兩種操作同時進行，因為這需要雨淋加砂機和三維振實臺的共同作用（如圖3.2）。圖3.2雨淋加砂機與振實工位3）翻箱機構根據不同結構砂箱需求設計不同的落砂方式，在消失模鑄造生產線中，一般有兩種落

44、砂方式：采用底卸砂箱時砂箱無需翻轉、底卸落砂，其他砂箱均需要翻箱落砂。翻箱機是翻箱落砂工序的關鍵設備，目前有三種形式的翻箱機：電動葫蘆吊掛式翻箱機、液壓翻箱機、行車配合簡易支架翻箱方式。行車配合簡易翻箱支架的人工翻箱方式對工人的要求比較嚴，工作強度大，且工作環境對人體有一定傷害，此外需要在廠房內安置一定規格的行車，及占據廠也增加投入成本；電動葫蘆吊掛式翻箱機翻箱速度可達20箱/h，適用于小型砂箱批量生產；對于液壓回轉翻箱機，要求砂箱與翻箱機架重心在運行過程中要始終處于底座范圍內，因此，設備不會因工作外移錯位產生隱患，安全可靠。為了滿足大型生產的要求，液壓回轉翻箱機在本消失模鑄造設計的生產線中發

45、揮重要作用。4） 砂處理設備消失模鑄造砂處理系統的作用是：型砂篩分除塊、除粉、保證型砂的良好的粒度狀態；型砂磁選去除金屬雜物；型砂降溫至60以下；型砂輸送。砂處理系統的組成：篩分設備、磁選設備、提升設備、冷卻設備及水平輸送設備。水平輸送篩分設備水平輸送篩分設備重要組成部分為水平篩分輸送機，本設計采用的是振動式水平篩分輸送機，其由篩分輸送槽、振動電動機、彈簧及底座組成。其作用主要以下三種：型砂篩分、型砂水平輸送和高溫型砂冷卻。振動式水平輸送篩分機結構簡單、耗能少、造價低、易于維修，生產效率可達10t/h以上。磁選設備對于型砂中的鐵磁金屬雜物，選用普通鑄造砂處理的磁分離設備，一般多采用電（永）磁帶

46、輪。磁選設備可安裝在提升機后部，也可安裝在水平篩分輸送機出口。砂冷卻設備型砂冷卻設備，是消失模鑄造砂處理的關鍵設備。型砂溫度對生產幾何尺寸要求嚴格的負壓實型鑄件非常重要，不同的砂溫對鑄件的收縮影響很大。這就要求砂溫過高時將其溫度降下來，溫度低的時候則要提起來。消失模鑄造常用的型砂冷卻設備有好幾種，在本設計中采用的是臥式振動沸騰冷卻床，通過抽風將熱量帶撤走，使砂降溫，達到砂冷卻作用。這種冷卻設備結構簡單，維修方便，生產效率較高。型砂提升設備消失模鑄造使用的提升機，所提升的型砂是高溫干砂，鑄件打箱后接觸鑄件的型砂溫度可達600以上。經過落砂斗和水平篩分輸送機進入一級提升機的砂溫也高達300400，

47、因此，消失模鑄造用的提升機要有良好的耐高溫性能和冷卻降溫功能。安裝在生產線上的型砂提升裝備為振動提升機，其特點為：振動式提升機適用于0.310m范圍內的散料提升；設備有一定的生產效率，可以達到1020t/h的提升速度；結構緊湊，占地少。且物料對設備的磨損小，維修量小；易密封，粉塵小，噪聲小，改善的工作環境；能源消耗低；型砂提升過程有一定冷卻作用。4.4真空穩壓系統 真空穩壓系統的作用 真空穩壓系統其實就是使鑄造的砂箱處于負壓狀態下，通過負壓場形成一定的壓力施加在砂粒上，這樣就會有利于砂型的緊實定型，此外泡沫模樣被高溫金屬液氣化產生的氣體也會隨著壓力場消失，既可以保證澆注順利有序進行，也可以確保鑄件產品質量。