湖南科技大學課程設計報告課程設計名稱：大小接頭鑄造工藝設計學生姓名：學院：機電工程學院專業及班級：材料成型及控制工程3班學號：指導教師：目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要1\o"CurrentDocument"一、零件簡介2零件介紹2生產方式的選擇3\o"CurrentDocument"二、鑄造工藝設計3工藝方案的選擇31）、分型面的選擇42）、澆注位置的選擇5鑄造工藝參數的確定61）、最小鑄出孔62）、機械加工余量73）、鑄造縮尺84）、起模斜度95）、砂芯與芯頭設計9\o"CurrentDocument"三、澆注系統11澆注系統類型的選擇11澆注系統的尺寸確定12四、冒口的尺寸計算15鑄件冒口補縮設計原理15設計冒口的基本條件15選擇冒口位置的基本原則16\o"CurrentDocument"五、冷鐵設計17\o"CurrentDocument"六、砂箱設計17\o"CurrentDocument"七、木模的設計18\o"CurrentDocument"設計體會20摘要鑄造件廣泛的應用在裝備制造業，冶金，建筑，農機，給排水以及國防工業各部門，如在機械制造業中，鑄鐵件所占比重約為機械重量的40%至80%。那么什么是鑄造呢？鑄造工藝設計又是怎么設計的呢？現代科學技術的發展，要求金屬鑄件具有高的力學性能、尺寸精度和低的表面粗糙度值；要求具有某些特殊性能，如耐熱、耐蝕、耐磨等，同時還要求生產周期短，成本低。因此，鑄件在生產之前，首先應進行鑄造工藝設計，使鑄件的整個工藝過程都能實現科學操作，才能有效地控制鑄件的形成過程，達到優質高產的效果。鑄造工藝設計就是根據鑄造零件的結構特點、技術要求、生產批量和生產條件等，確定鑄造方案和工藝參數，繪制鑄造工藝圖，編制工藝卡等技術文件的過程。鑄造工藝設計的有關文件，是生產準備、管理和鑄件驗收的依據，并用于直接指導生產操作。鑄件的生產過程，也就是從零件圖開始，一直到鑄件成品檢驗合格入庫為止，要經過很多道工序。例如涉及到合金熔煉、造型、制芯材料的配制，工藝裝備的準備，鑄型的制造、合箱、澆注、落砂和清理等多方面工作。人們把一個鑄件的生產過程稱為鑄造生產工藝過程。對于一個鑄件，編制出鑄造生產過程的技術文件就是鑄造工藝設計。這些技術文件必須結合工廠的具體條件，是在總結先進經驗的基礎上，以圖形、文字和表格的形式對鑄件的工藝生產過程加以科學的規定。它是生產的直接指導性文件，也是技術準備和生產管理、制定進度計劃的依據。、零件簡介零件介紹大小接頭工業名為異徑接頭又稱異徑管，化工管道配件之一，用于兩種不同管徑的連接。按照外觀分為同心異徑接頭和偏心異徑接頭兩種；按照連接形式分類有對接異徑接頭、內絲異徑接頭、外絲異徑接頭等，本次設計為對接異徑接頭；按照材質分類為不銹鋼（304、3041、316、3161），合金鋼，碳鋼（20#、Q234、Q345）等，本次設計的材料采用HT250OHT250（灰鐵250）為珠光體類型的灰鑄鐵，密度約為6800-7300kg/nft化學成分為碳C:3.16?3.30、硅Si:1.79?1.93、錳Mn:0.89?1.04、硫S:0.094?0.125、磷P:0.12?0.17。抗拉強度為250MPa,硬度（RH=1時）為209HB（試樣尺寸：試棒直徑為30mm），強度、耐磨性、耐熱性均較好，減振性良好，鑄造性能較優，需進行人工時效處理。異徑接頭用于管道管徑需要改變的地方，所以用途十分廣泛，主要用于乳品、食品、啤酒、飲料、制藥、化妝品、汽車、造船等工業領域和民用建筑領域。零件尺寸圖如圖1所示：圖1.零件尺寸2.生產方式的選擇本設計按照大批量模板造型為生產條件。手工造型和造芯適用于單件或小批生產中，機器造型和造芯主要用于成批和大量生產，因此本設計選機器造型為造型、造芯方法。濕型主要用于生產中小型鑄件，機械化造型廣泛采用濕型，干型一般使用于單件或小批生產，結構復雜，技術要求高的鑄件及大重型復雜鑄件，因此本設計選擇濕型為鑄型種類。二、鑄造工藝設計工藝方案的選擇1）、分型面的選擇分型面是指兩半個鑄型相互接觸的表面。一般先從保證鑄件的質量出發來確定澆注位置，然后從工藝操作方便出發確定分型面。一些質量要求不高或者外形復雜，生產批量又不大，為了簡化工藝操作，也可以優先考慮分型面。分型面確立的基本原則是：1、為了起模方便，分型面一般選在鑄件的最大截面處，但是注意不要使模樣在一箱內過高。2、盡量將鑄件的重要加工面或大部分加工面和加工基準面放在同一個砂箱內，而且盡可能放在下箱。以保證鑄件尺寸的精確，減少鑄件的飛邊毛刺。3、為了簡化操作過程、保證鑄件尺寸精度應盡量減少分型面的數目，減少活塊的數目。4、為了便于生產，減少制造工藝裝備的費用，分型面應盡量采用平直面。5、分型面的選擇應盡量減少砂芯的數目。6、分型面的確定盡可能考慮到內澆口的引入位置，并使合箱后與澆注位置一致，以避免盒箱后再翻動鑄型。綜合上述，在本次設計中，鑄件是對稱的結構，考慮到分型面選在最大截面處，將中心對稱平面選為分型面。如圖2所示：圖2.分型面的確定2）、澆注位置的選擇澆注位置是指澆注時，鑄件所處的位置。鑄件澆注位置要符合鑄件的凝固方式，保證鑄型的充填，注意以下幾個原則：1、一般情況下鑄件澆注位置的上面比下面缺陷多，所以應將鑄件的重要加工面或者主要受力使用面等要求較高的部位放在下面若有困難則可放在側面或斜面。2、澆注位置的選擇應有利于鑄型的充填和型腔中氣體的排除，所以，薄壁鑄件應將大的平面放在下面或者側立、傾斜，以防出現澆不足和冷隔等缺陷。3、當鑄件壁厚不均，需要補縮時，應從順序凝固的原則出發，將厚大部分放在上面或者側面，以便于安放冒口和冷鐵。對于收縮較小的灰鑄鐵件，當壁厚差別不大時，也可以將厚部分放在下面靠自身上部的鐵水補縮而不用冒口。4、確定澆注位置時應盡量減少砂芯的數量，同時有利于砂芯的定位、穩定、排氣和檢驗方便。因此，較大的砂芯應盡可能使芯頭朝下，盡可能避免砂芯吊在上箱或僅靠芯撐來固定，可采用多個鑄件共用一個砂芯。根據以上的澆注位置的選擇原則，本鑄件的澆注位置選在鑄件的兩端側面，如圖3所表示的位置：郵罰圖3.澆注位置2.鑄造工藝參數的確定1）、最小鑄出孔鑄件的孔、槽：一般來說，較大的孔、槽應當鑄出，以減少切削加工工時，節約金屬材料，并可減小鑄件上的熱節;較小的孔則不必鑄出，用機加工較經濟。最小鑄出孔的參考數值見表1。對于零件圖上不要求加工的孔、槽以及彎曲孔等，一般均應鑄出。由表1可知該鑄件兩端面的孔應該鑄出。但考慮到型芯的設計過于復雜，故不鑄出，后續用機加工保證。

生產批量最小鑄出孔的直徑d（mm）灰鑄鐵件鑄鋼件大量生產12~15—成批生產15~3030~50單件、小批量生產30~5050表1.最小鑄出孔的確定2）、機械加工余量機械加工余量是指在鑄件加工表面上留下的、準備用機械加工方法切去的金屬層的厚度，目的是獲得精確的尺寸和光潔的表面，以符合設計的要求。鑄件加工余量的大小，要根據鑄件的合金種類，生產方法，尺寸大小和復雜程度，以及加工面的要求和所處的澆注位置等因素來確定。鑄件加工面在澆注時的位置，一般上面比下面和側面的加工余量要大些，鑄面內表面則要比鑄件外表面的加工余量大些。鑄件最大尺寸澆注時位置加工面與基準面之間的距離（mm）<5050~120120~260260~500<120頂面底、側面3.5?4.52.5~3.54.0~4.53.0~3.5120~260頂面底、側面4.0?5.03.0~4.04.5~5.03.5~4.05.0~5.54.0~4.5260~500頂面底、側面4.5~6.03.5~4.55.0~6.04.0~4.56.0~7.04.5~5.06.5~7.05.0~6.0表2.灰鑄鐵的機械加工余量（mm）由上表我們可以確定加工余量，本鑄件的最大尺寸為400mm，由公稱尺寸可以知道鑄件的機械加工余量：頂面7.0mm,側面5.0mm,底面4.0mm。鑄件各位置的加工余量如下圖所示：圖4.加工余量圖3）、鑄造縮尺鑄件在冷卻和凝固過程中，體積一般都要收縮。金屬在液態和凝固過程中的收縮量以體積的改變量表示，稱為體收縮。在固態下的收縮量常用長度表示，稱為線收縮。由于鑄件的固態收縮（線收縮）將使鑄件各部分的尺寸小于模樣原來的尺寸，因此，為了使鑄件冷卻后的尺寸與鑄件圖示尺寸一致，則需要在模樣或者芯盒上加上其收縮的尺寸。增加的這部分尺寸為鑄件的收縮量，一般用鑄造收縮率表示，可以用下式列出：鑄造收縮率k=（L模樣一L鑄件）/L鑄件XI00%式中：L模樣—模樣尺寸；L鑄件—鑄件尺寸鑄造收縮率主要和鑄造合金的種類及成分有關，同時還取決于鑄件在收縮時受到阻礙的大小等因素。在決定鑄件的收縮率時，應該充分考慮到各種因素的影響，力求比較正確的確定鑄造收縮率的大小。通過查得，在本次設計中材料為灰鑄鐵，其采用的鑄造收縮率選為1%。4）、起模斜度為了在造型和制芯時便于起模而不致損壞砂型和砂芯，應該在模樣或芯盒的出模方向帶有一定的斜度。如果零件本身沒有設計出相應的結構斜度時，就要在鑄型工藝設計時給出拔模斜度。在鑄造工藝圖上，加工表面上的起模斜度應結合加工余量直接表示出，而不加工表面上的斜度（結構斜度）僅需用文字注明即可。其結構如下圖所示：圖5.起模斜度結論：內表面起模斜度2mm，外表面起模斜度1mm。5）、砂芯與芯頭設計芯頭是砂芯的重要組成部分，其作用一般為定位、支撐和排氣。定位主要是通過芯頭與芯座的配合，便于將砂芯準確的安放在砂型中；支撐主要是砂芯通過芯頭支撐在鑄型中，保證砂芯在它本身的重力和金屬液的浮力作用下位置不變；排氣主要是在澆注凝固過程中，保證砂芯中產生的大量氣體能夠及時的從芯頭排出鑄型。一個砂芯的芯頭能否滿足砂芯對于定位、支撐和排氣這三方面的要求，主要是由芯頭的形式、個數、形狀和尺寸決定的。在滿足砂芯支撐穩固、定位準確和排氣通暢的情況下，芯頭的數量越少越好。根據芯頭在砂型中的位置，可分為垂直芯頭和水平芯頭。考慮到該鑄件內腔和外型結構較簡單，故將砂芯設計為兩對，兩對砂芯的形狀一樣、大小不等。芯頭橫截面的尺寸，一般決定于鑄件相應部位孔眼的尺寸，為了便于下芯合箱，芯頭應有一定的斜度，芯頭和芯座之間應留一定的間隙。經查表得芯頭的斜度分別為5°、10。，芯頭與芯座的間隙為1mm。根據芯頭的設計，砂芯與芯頭的大小、形狀配合如下圖所示:圖6.砂芯三、澆注系統澆注系統類型的選擇澆注系統是鑄型中液態金屬流入型腔的通道之總稱。鑄鐵件澆注系統的典型結構如圖所示，它由澆口杯（外澆口）、直澆道、直澆道窩、橫澆道和內澆道等部分組成。生產中常常因澆注系統設計安排不合理，造成砂眼、夾砂、氣孔、粘砂、縮孔、縮松、澆不足、變形、裂紋、偏析等缺陷。此外，澆注系統的好壞還影響造型和清理工作的繁簡，砂型的體積大小和型砂的耗用運輸量，非生產性消耗的液態合金用量等等。所以，澆注系統與獲得優質鑄件，提高生產效率和降低鑄件成本的關系是密不可分的。圖典型澆注系統的結構（a）封閉式；（h）開放式1一澆口杯；2一直澆道‘3一直澆道窩I4一橫澆道5一末端延長段：6一內澆道澆注系統的各組成部分:澆口杯3結構簡單，制作方便,容積小，消耗的金屬液少，能緩沖股流，撇渣能力小直澆道◎方便起模，金屬液能較快充滿在直澆道中呈正壓狀態流動減少吸氣和卷渣橫澆道二渣粒能在橫澆道中浮起，能夠滯留渣粒，確保夾雜物不被吸入內澆道考慮本鑄件采用濕型鑄造且鑄件本身較大的特點，以及考慮了澆注系統各組元的斷面比關系，內澆道對鑄件型腔的引注高度，澆道的結構等，選擇封閉式澆注系統其斷面比例關系為F/F/F內。特點為澆注開始后，液態合金很快充滿澆注系統;鑄件成品率高撇渣能力較強，澆注初期也有一定的撇渣能力。本次設計中采用封閉式。澆注系統的尺寸確定計算澆注系統，主要是確定最小斷面積（阻流斷面），然后按經驗比例確定其他組元的斷面積。封閉式澆注系統的最小斷面是內澆道，以伯努利方程為基礎的水力學近似計算公式是：F內二G/（p,t?0.31?H1/2）（cm2）式中：F內內澆道總斷面積（cm2）；G——流經內澆道的液態合金重量（Kg）；p流量總耗損系數；t澆注時間（s）；Hp——平均靜壓力頭（cm）。p值的理論計算不僅繁瑣，而且難以準確的計算，故多用實驗方法或根據經驗確定之，通常是查表獲得。本鑄件為濕型薄壁簡單件，砂芯多，鑄型阻力大，取J=0.35.修正數值為：①濕型薄壁簡單件，澆注溫度要高+0.05②在鑄型上需要安放橫截面積大于內澆道總面積的通氣孔+0.05③有兩個內澆道，阻力加大，J值取-0.05，所以J=0.40。根據質量計算公式：m=pv可知可先計算出鑄件的體積/，然后再乘以灰鑄鐵密度p(p=7.2X103kg/m3)。本鑄件可分為3部分來計算它的體積：、小端面的體積V1V=40X(3.14X1602-3.14X502-4X3.14X182)1=2738582.4mnt、大端面的體積V2V=40X(3.14X2002-3.14X902-4X3.14X212)2=3785081.6mm^、中間圓錐臺環的體積V3V3=3.14X(100+180)/2X20X(400-40X2)=2813440mm3總體積V=V+V+V=2738582.4+3785081.6+2813440123=9337104mnt=0.00934皿所以鑄件的質量m=pv=7200X0.00934=67.25k流經內澆道的液態合金重量G為鑄件重加上澆冒口重量。而澆冒口質量約占鑄件質量的20%到30%，取G=1.2m，所以G=80.7kg。澆注時間ts*G，查表可知S=1.85，所以t=16.65s。

平均壓頭Hp=H。2c澆注系統為底注式澆注系統，鑄件澆注位置高度C=360mm,C=P自由液面至內澆道的高度H0=200mm，故:H=H。一C/8=18.3cm。所以內澆道總斷面積F內=80.7/而軟心汴0.3*18*）=9.1cm。由于有兩個內澆道，故單個內澆道最小截面積為4.55cm2。由于采用的是封閉式澆注系統，取截面比為:Fz：ZFD：ZFn=1.2:1.4:1可知：內澆道總截面積9.1cm2可知：內澆道總截面積9.1cm2橫澆道總截面積12.74cm2直澆道截面積10.92cm2驗算內澆道截面積（經驗公式）:EF=x亳驗算內澆道截面積（經驗公式）:EF=x亳心和=9.45cm^HcpV182，計算結果相同于水力學公式計算。整個澆注系統形狀如下圖所示:橫澆道整個澆注系統形狀如下圖所示:橫澆道圖8.澆注系統四■哥口的I尺5翩蹲鑄件冒口補縮設計原理在鑄件厚壁處和熱節部位（即鑄件上熱量集中，內接圓直徑較大的部位）設置冒口，是防止縮孔、縮松的有效措施。冒口的尺寸應保證冒口比它要補縮的部位凝固得晚，并有足夠的金屬液供給。采用“順序凝固原則”，在鑄件上建立一個從遠離冒口的部分到冒口之間逐漸遞增的溫度梯度，從而實現由遠離冒口處向冒口方向順序地凝固，即遠離冒口的部位先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。設計冒口的基本條件通用冒口適用于所有合金鑄件，它遵循順序凝固的基本條件：（1）、冒口凝固時間大于或等于鑄件（被補縮部分）的凝固時間。（2）、有足夠的金屬液補充鑄件的液態收縮和凝固收縮，補償澆注后型腔擴大的體積。（3）、在凝固期間，冒口的被補縮部位之間存在補縮通道，擴張角向著冒口。為實現順序凝固，要注意冒口的選擇，冒口有效補縮距離是否足夠，并充分利用補貼和冷鐵的作用。選擇冒口位置的基本原則（1）、冒口就近設在鑄件熱節上方或側旁。（2）、冒口應盡量設在鑄件最高、最厚的部位。（3）、冒口不應設在鑄件重要的、受力大的部位，以防止組織粗大降低強度。（4）、冒口位置不要選在鑄造應力集中處，應注意減輕對鑄件的收縮阻礙，以免引起裂紋。（5）、盡量用一個冒口同時補縮幾個熱節或鑄件。（6）、冒口布置在加工面上，可節約鑄件精整工時，零件外觀好。（7）、不同高度上的冒口，應用冷鐵使各個冒口的補縮范圍隔開。綜合上述條件，設計冒口數量為兩個，其相對大小及位置如下圖所示：圖9.冒口的設計五、冷鐵設計為增加鑄件局部冷卻速度，在型腔內部及工作表面安放的金屬塊稱為冷鐵。鑄造生產中常將冷鐵、澆注系統和冒口配合使用，控制鑄件的凝固過程，以獲得合格的鑄件。冷鐵的作用主要有：（1）、在冒口難以補縮的部位防止縮松、縮孔。（2）、劃分冒口的補縮區域，控制和擴大冒口的補縮距離，提高冒口的補縮效率。（3）、加速壁厚交叉部位及急劇變化的凝固，避免產生熱裂紋。（4）、改善鑄件局部的金相組織和力學性能。如細化基體組織，提高鑄件的力學性能。由于本鑄件結構簡單，壁厚均勻，故不考慮冷鐵的設計。六、砂箱設計砂箱按制造材料分為木質砂箱、鋁質砂箱、鑄鐵砂箱、球鐵砂箱和鑄鋼砂箱。按制造方法分為整鑄式砂箱、焊接式砂箱和裝配式砂箱。按構造形式分為普