第一章簡介

1.1中國古代鑄造技術發展

中華文明大體經歷了石器時代、銅器時代和鐵器時代三個歷史階段，這三種材質H勺

工具和技術日勺發明發明，伴隨人類的繁衍，不停推感人類文明向高級階段發展，金屬H勺

應用使人類文明產生了主線性口勺飛躍，而鑄造技術的運用和金屬的發展緊密聯絡在一

起。對古代諸多務農的人來說，鑄造技術是一門手藝。據歷史考證，我國鑄造技術開始

于夏朝初期，迄今已經有5000數年。到了晚商和西周初期，青銅的鑄造技術得到了蓬

勃發展，形成了燦爛的青銅文化，遺留到今天歐J有一批鑄造工藝水平較高的鑄造產品。

中國古代的鑄造措施有：石型即用石頭或石膏制作鑄型；泥型古稱“陶范”；金屬

型古稱“鐵范”；失蠟型有出蠟法、走蠟法、脫蠟法或刻蠟法；砂型這種措施是伴隨泥

型一起產生日勺。

中國古代鑄造中的精品有：滄州鐵獅，司母戊方鼎，四羊方尊，曾侯乙尊盤，永樂

大銅鐘，大型銅編鐘，銅車馬儀仗隊等。

1.2中國鑄造技術發展現實狀況

盡管近年來我國鑄造行業獲得迅速的發展，但仍然存在許多問題。第一,專業化程度

不高,生產規模小。我國每年每廠的平均生產量是8153遠遠低于美國口勺46D6t和日本

的4878「第二，技術含量及附加值低。我國高精度、高性能鑄件比例比日本低約20個

百分點。第三，產學研結合不夠緊密、鑄造技術基礎微弱。第四，管理水平不高,有些企

業盡管引進了國外的先進歐I設備和技術,但卻無法生產出高質量鑄件，究其原因就是管

理水平較低。第五，材料損耗及能耗高污染嚴重。中國鑄鐵件能耗比美國、日本高70%?

120機第六，研發投入低、企業技術自主創新體系尚未形成。

1.3發達國家鑄造技術發展現實狀況

發達國家總體上鑄造技術先進、產品質量好、生產效率高、環境污染少、原輔材料

已形成商品化系列化供應，如在歐洲已建立跨國服務系統。生產普遍實現機械化、自動

化、智能化（計算機控制、機器人操作）。

在大批量中小鑄件H勺生產中，大多采用微機控制H勺高密度靜壓、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。砂處理采用高效持續混砂機、人工智能型

砂在線控制專家系統，制芯工藝普遍采用樹脂砂熱、溫芯盒法和冷芯盒法。熔模鑄造普

遍用硅溶膠和硅酸乙酯做粘結劑日勺制殼工藝。鑄造生產全過程積極、從嚴執行技術原則,

鑄件廢品率僅2%-5%；原則更新快（標齡4-5年）；普遍進行IS09000、IS014000等認

證。

重視開發使用互聯網技術，紛紛建立自己的主頁、站點。鑄造業日勺電子商務、遠程

設計與制造、虛擬鑄造工廠等飛速發展。

1.4我國鑄造未來發展趨勢

自中國加入WT0以來，我國鑄造行業面臨機遇與挑戰。其未來發展將集中在如卜.幾

方面。第一，鼓勵企業重組發展專業化生產，包括鑄件大型化和輕量化生產。第二，加大

科技投入切實推進自主創新,實現鑄件日勺精確化生產和數字化鑄造。第三,培養專業人才

加強職工技術培訓。第四，大力減少能耗抓好環境保護,實現清潔化鑄造。

1.5蠕墨鑄鐵

蠕墨鑄鐵是在鑄鐵材料方面介于球墨鑄鐵與灰鑄鐵之間H勺一種材科。蠕蟲狀石墨是

介于球伏與片狀之間的一種過渡型石墨，因而使這種鑄鐵的材質性能也介于球墨鑄鐵與

灰鑄鐵之間。簡要地說，蠕墨鑄鐵具有靠近于球墨鑄鐵日勺強度、剛性，一定的韌性，良

好H勺耐磨性：另首先，它又具有靠近于灰鑄鐵的鑄造性能和熱傳導性能，因此這種鑄鐵

材料愈來愈引起人們的注意，并且巳開始在生產上獲得了應用。它具有獨特［I勺性能，在

汽車發動機、排氣管、玻璃模具、柴油機缸蓋、制動零、件剎車盤等方面應用獲得了良

好的效果。

第二章鑄造工藝方案確實定

2.1支座的生產條件、構造及技術規定

?產品生產性質一大批量生產

?零件材質——RuT3C0

?零件的外型示意圖如圖2.1所示，支座日勺零件圖如圖2.2所示，支座的外形輪廓尺

寸為160mm*135n】m*l00mm,重要壁厚18nm］，最大壁厚20nm1,為一小型鑄件；鑄件除滿足

幾何尺寸精度及材質方面的規定外，無其他特殊技術規定。

2.2支座構造的）鑄造工藝性

零件構造的鑄造工藝性是指零件的構造應符合鑄造生產H勺規定，易于保證鑄件品

質，簡化鑄件工藝過程和減少成本。審查、分析應考慮如下幾種方面：

1.鑄件應有合適H勺壁厚，為了防止澆不到、冷隔等缺陷，鑄件不應太薄。

2.鑄件構造不應導致嚴重的收縮阻礙，注意薄壁過渡和圓角鑄件薄厚壁的相接拐彎等

厚度的壁與壁的多種交接，都應采用逐漸過渡和轉變的形式，并應使用較大內圓角相連

接，防止因應力集中導致裂紋缺陷。

3.鑄件內壁應薄于外壁鑄件的內壁和肋等，散熱條件較差，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。

4.壁厚力爭均勻，減少把厚部分，防止形成熱節。

5.利于補縮和實現次序凝固。

6.防止鑄件翹曲變形。

7.防止澆注位置上有水平的大平面構造。

對于支座的鑄造工藝性審查、分析如下：

支座的輪廓尺寸為160mm*135mm*100mmo砂型鑄造條件下該輪廓尺寸容許的最小壁厚查

《鑄造工藝學》表3-2-1得：最小容許壁厚為3?4mmo而設計支座的最小壁厚為lOmm。

符合規定。

支座設計壁厚較為均勻，兩壁相連初采用了加強肋，可以有效構成熱節，不易產生熱烈。

2.3造型，造芯措施的選擇

支座的輪廓尺寸為160mm*135mm*100mm,鑄件尺寸較小，屬于中小型零件且要大批量

生產。采用濕型粘土砂造型靈活性大，生產率高，生產周期短，便于組織流水生產，易

于實現機械化和自動化，材料成本低，節省烘干設備、燃料、電力等，還可延長砂箱使

用壽命。因此，采用濕型粘土砂機器造型，模樣采用金屬模是合理的.

在造芯用料及措施選擇中，如用粘土砂制作砂芯原料成本較低，不過烘干后輕易產

生裂紋，輕易變形。在大批量生產的條件下，由于需要提高造芯效率，且常規定砂芯具

有高的尺寸精度，此工藝所需的砂芯采用熱芯盒法生產砂芯，以增長其強度及保證鑄件

質量。選擇使用射芯工藝生產砂芯。采用熱芯盒制芯工藝熱芯盒法制芯，是用液態固性

樹脂粘結劑和催化劑制成的一種芯砂，填入加熱到一定的芯盒內，貼近芯盒表面日勺砂芯

受熱，其粘結劑在很短日勺時間內硬化。并且只要砂芯表層有數毫米歐|硬殼即可自芯取出，

中心部分的砂芯運用余熱可自行硬化。

2.4澆注位置確實定

鑄件的澆注位置是指澆注時鑄件在型內所處日勺狀態和位置。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口勺難易

程度。

初步對支座對澆注位置確實定有：方案一如圖2.3、方案二圖2.4

圖2.4澆注位置確定方案二

確定澆注位置應注意如下原則:

1.鑄件的重要部分應盡量置于下部

2.重要加工面應朝下或直立狀態

3.使鑄件的答平面朝下，防止夾砂結疤內缺陷

4.應保證鑄件能充斥

5.應有助于鑄件的補縮

6.防止用吊砂，吊芯或懸臂式砂芯，便于下芯，合箱及檢查

對于方案一如圖2.3進行綜合分析如下：

1.鑄件的A面（如圖2.3所示）為重要加工面，朝上放置輕易產生氣孔、非金屬夾雜物

等缺陷。

2.鑄件的重要部分也沒能所有置于下部。

對于方案二如圖2.4進行綜合分析如下：

L鑄件口勺重要部分所有置于下部，這樣置于下部的重要部分可以得到上部金屬的靜壓力

作用下凝固并得到補縮，組織致密。

2.鑄件的重要加工面A面、B面（如圖2.4所示）位于側立面，比較光潔，產生氣孔、

非金屬夾雜物等缺陷的也許性小。

綜合比較，方案二愈加科學可行。

2.5分型面確實定

分型面是指兩半鑄型互相接觸的表面。分型面的優劣在很大程度上影響鑄件日勺尺寸

精度、成本和生產率。

初步對支座進行分型有：方案一如圖2.5、方案二圖2.6、方案三圖2.7

圖2.5分型面確定方案一

圖2.6分型面確定方案二

圖2.7分型面確定方案三

而選擇分型面時應注意一下原則：

1.應使鑄件所有或大部分置于同二分之一型內

2.應盡量減少分型面的數目

3.分型面應盡量選用平面

4.便于下芯、合箱和檢測

5.不使砂箱過高

6.受力件的分型面的選擇不應減弱鑄件構造強度

7.注意減輕鑄件清理和機械加工量

對方案一如圖2.5進行綜合分析如下：

1.鑄件沒有能盡量的位丁同二分之型內，這樣會由丁合箱對準識差使鑄件產生偏錯。

也有也許由于合箱不嚴在垂直面上增長鑄件尺寸。

2.砂芯不能所有位于下半型內。

3.上箱難于取出模樣。

對方案一如圖2.6進行淙合分析如下：

鑄件沒有能盡量的位于司二分之一型內，這樣會由于合箱對準誤差使鑄件產生偏錯。也

有也許由于合箱不嚴在垂直面上增長鑄件尺寸。

對方案三如圖2.7進行綜合分析如下：

此方案較之方案一與方案二愈加科學可行。

2.6砂箱中鑄件數量及排列方式確定

支座輪廓尺寸為160inm*135mm*100nim,單件質量約為妹g,因此看鑄件為小型簡樸

件。假如一箱一件生產則工藝出晶率會較低，如此生產成本較高。因此采用一箱四件生

產。這樣工藝出品率大幅提高，生產成本也大大減少。

初步選用砂箱尺寸由《鑄造實用手冊》查表1.5-45得：

上箱為450*350*200mm下箱為450*350*200mm

由《鑄造實用手冊》查表1.5-44得：

a>20e>30f>30

鑄件在砂箱中排列最佳均勻對稱，這樣金屬液作用于上砂型日勺抬芯力均勻，也有助

于澆注系統安排，在結合已經確定分型面及澆注位置以及砂箱尺寸，基本確定鑄件在砂

箱內日勺排列如圖2.8所示，其中模樣日勺吃砂量基本確定為：

al=30a2=40el=70e2=70f=35

圖2.8砂箱中鑄件排列示意圖

第三章鑄造工藝參數及砂芯設計

3.1工藝設計參數確定

鑄造工藝設計參數一般是指鑄型工藝設計時需要確定的某些數據，這些工藝數據一

般都與模樣及芯盒尺寸有關，及與鑄件的精度有親密關系，同步也與造型、制芯、下芯

及合箱的工藝過程有關，這些工藝數據重要是指加工余量、起模斜度、鑄造收縮率、最

小鑄出孔、型芯頭尺寸、鑄造圓角等。工藝參數選用的精確、合適，才能保證鑄件尺寸

精確，使造型、制芯、下芯及合箱以便，提高生產率，減少成本。

鑄件尺寸公差

鑄件尺寸公差是指鑄件公稱尺寸【付兩個容許口勺極限尺寸之差。在兩個容許極限尺寸

之內，鑄件可涉足機械加工，裝配，和使用規定。

支座為砂型鑄造機器造型大批量生產，由《鑄造工藝設計》查表1-10得：

支座的尺寸公差為CT8?12級，取CT9級。

支座的輪廓尺寸為1601Tm*135mm*100mm,由《鑄造工藝設計》查表1-9得：

支座尺寸公差數值為2.5mm.

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，即在鑄件

工藝設計時預先增長日勺，而后在機械加工時又被切去日勺金屬層厚度。

支座為砂型鑄造機器造型大批量生產，由《鑄造工藝設計》查表1T3得：

支座日勺加工余量為E?G級，取G級。

支座H勺輪廓尺寸為1601rm*135mm*100mm,由《鑄造工藝設計》查表1-12得：

支座加工余量數值為2.2mm,取2mm0

但在分型面及澆注系統設置中，不得已將重要加工面底面朝上放置，這樣使其輕易產生

氣孔、非金屬夾雜物等缺陷，因此將采用合適加大加工余量口勺措施使其在加工后不出現

缺陷。將底面的加工余量調整為3mm。

鑄造收縮率

鑄造收縮率又稱鑄件線收縮率，用模樣與鑄件的長度差除以模樣長度的比例表達：

￡=[(L1-L2)/Ll]*100%

￡一鑄造收縮率

“一模樣長度

L2一鑄件長度

支座受阻收縮率由《鑄造工藝設計》查表1T4得：

受阻收縮率為0.9%

起模斜度

為了以便起模，在模樣、芯盒啊出模方向留有一定斜度，以免損壞砂型或砂芯。這

個斜度，稱為起模斜度。起模斜度應在鑄件上沒有構造斜度日勺，垂直于分型面的表面上

應用。

初步設計的起模斜度如下：

外型模的A面（如圖3.1所示）高151nm時起模斜度由《鑄造工藝設計》查表卜15得：

粘土砂造型外表面起模斜度為a=1。1（/,a=0.8mm

外型模的B面（如圖3.1所示）高115mm的起模斜度由《鑄造工藝設計》查表1-15得:

粘土砂造型外表面起模斜度為a=0。25z,a=1.2mm

不過同一鑄件要盡量選用同一起模斜度，以免加工金屬模時頻繁口勺更換刀具。因此選用

同一起模斜度為a=l。10,，a=0.8mm

由于A面，B面（如圖3.1所示）均為非加工表面，因此起模斜度的形式選用增長和減

少鑄件尺寸n勺措施。

圖3.1外型模起模斜度示意圖

最小鑄出孔和槽

零件上口勺孔、槽、臺階等，究竟是鑄出來好還是靠機械加工出來好，這應當從品質

及經濟角度等方面考慮，一般來說，較大的孔、槽等應當鑄出來，以便節省金屬和加工

工時，同步還可以防止鑄件局部過厚所導致熱節，提高鑄件質量。較小的I孔、槽或則鑄

件壁很厚則不易鑄出孔，直接依托加工反而以便。

根據支座的輪廓尺寸160nlm*135mm*100mni由《鑄造工藝設計》查表1-5得：

最小鑄出孔約為6mm

支座的孔①25（如圖3.2所示）考慮加工余量后直徑為19mm,厚度為23mme該孔直徑

比較大，高徑比也不大，則應當鑄出。

支座的孔①14（如圖3.2所示）考慮加工余量后直徑為8mln,厚度為27mm。該孔直徑較

小，高徑比較大，不應當鑄出，機械加工較為經濟以便。

014

圖3.2最小鑄出孔不意圖

鑄件在砂型內日勺冷卻時間

鑄件在砂型內的冷卻時間短，輕易產生變形，裂紋等缺陷。為使鑄件在出型時有足

夠的強度和韌性，鑄件在砂型內應有足夠的冷卻時間。

支座時冷卻時間由《鑄造工藝設計》查表1-25得：冷卻時間為30?60min。

鑄件重量公差

鑄件重量公差是以占鑄件公稱重量的比例表達歐I鑄件重量變動的容許范圍。

支座的公稱重量約為4kg,尺寸公差為CT9級。

由《鑄造工藝設計》查表1-57得：支座的重量公差為MT14級。

工藝補正量

在單件小批量生產中，由于選用的縮尺與鑄件的實際收縮率不符，或由于鑄件產生

了變形等原因，使得加工后口勺鑄件某些部分口勺壁厚不不小于圖樣規定尺寸，嚴重時會因

強度太弱而報廢。因此工藝需要在鑄件對應的非加工壁厚上增長層厚度稱為工藝補正

量。但支座在大批量生產前的小批量試產過程中將進行調整，因此設計中不考慮工藝補

正量。

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長了鑄件的尺寸。為了保證鑄件尺寸精確，在

確定工藝時為抵掉鑄件增長的尺寸而在模樣上減去對應的尺寸稱為分型負數，而支座是

濕型且是小型鑄件故不予考慮分型負數。

反變形量

鑄造較大的平板類、床身類等鑄件時，由于冷卻速度的不均勻性，鑄件冷卻后常出

現變形。為了處理撓曲變形問題，在制造模樣時，按鑄件也許產生變形的相反方向做出

反變形模樣，使其于變形量抵消，這樣在模樣上做出的預變形量稱為反變形量。而支座

沒有較大平板故基本不會產生撓曲變形，因此不用設置反變形量。

1非加工壁厚負余量

在手工粘土砂造型、制芯過程中，為了取出木模，要進行敲模，木模受潮時將發生

膨脹，這些狀況均會使型腔尺寸擴大，從而導致非加工壁厚日勺增長，使鑄件尺寸和重量

超過公差規定。為了保證鑄件尺寸的精確性，凡形成非加工壁厚H勺木模或芯盒內日勺肋板

厚度尺寸應當減少，即不不小于圖樣尺寸。為減少的厚度尺寸稱為非加工壁厚的負余量。

支座砂芯屬于機器造芯，造型屬于機器造型。故不用設置非加工壁厚負余量，

3.2砂芯設計

砂芯的功用是形成鑄件H勺內腔、孔和鑄件外型不能出砂口勺部分。砂型局部規定特殊

性能的部分有時也用砂芯。

支座砂芯的外型如圖3.3所示。

圖3.3砂芯外型示意圖

芯頭的設計

砂芯重要靠芯頭固定在砂型上。對于垂直芯頭為了保證其軸線垂直、牢固地固定在

砂型上，必須有足夠的芯頭尺寸。

根據實際設計量取計算砂芯高度：I尸97mm

砂芯直徑：(A+B)/2=(80+64)/2=72nlm

芯頭長度初步選用由《鑄造工藝設計》查表1-31得：h=25?30mm取h=301nm

出于考慮分型面的選用等原因綜合芯頭選用垂直芯頭并旦不能做出上芯頭，只設計下芯

頭并且加大下芯頭。

下芯頭長度設計修正為：h=30*(1+40階=42mm

芯頭間隙初步選用由《鑄造工藝設計》查表1-31得：s=0.3mm

但考慮砂芯為垂直的I濕型小砂芯且不設置上芯頭，因此使用過盈的芯頭，過盈量為0.2mm

芯頭斜度選用由《鑄造工藝設計》查表1-32得：aW7取a=7

砂芯的定位構造

砂芯規定定位精確，不容許沿芯頭軸向移動或繞芯頭軸線轉動。對于形狀不對稱日勺

砂芯，為了定位精確，需要做出定位芯頭。定位芯頭構造如圖3.4

圖3.4定位芯頭構造圖

壓環、防壓環和集砂槽芯頭構造

在濕型大批量生產中，為了加速下芯、合芯及保證鑄件質量，在芯頭日勺模樣上常常

做出壓環、防壓環和集砂槽.

壓環、防壓環和集砂槽尺寸由《鑄造工藝設計》查表1-38得：

e=2mmf=3mmr=2mm

芯骨設計

為了保證砂芯在制芯、搬運、配芯和澆注過程中不開裂、不變形、不被金屬液沖擊

折斷，生產中一般在砂芯中埋置芯骨，以提高其剛度和強度。

由于砂芯尺寸較小，并且采用樹脂砂，故砂芯強度很好，砂芯內不用放置芯骨。

砂芯的排氣

砂芯在澆注過程中，其粘結劑及砂芯中口勺有機物要燃燒（氧化反應）放出氣體，砂

芯中的殘存水分受熱蒸發放出氣體，假如這些氣體排不出型外，則要引起鑄件產生氣孔。

而支座的砂芯采用熱芯盒造芯，故不用故意設置排氣道、排氣孔等排氣，

砂芯負數

大型粘土砂芯在春砂過程中砂芯向四面漲開，刷涂料以及在烘干過程中發生的變

形，使砂芯四面尺寸增大。為了保證鑄件尺寸精確，將芯盒的長、寬尺寸減去一定量，

這個被減去日勺量叫做砂芯負數。

由于砂芯負數只用于大型粘土砂芯，本設計中歐J砂芯為小型砂芯不設計砂芯負數。

第四章澆注系統及冒口、冷鐵、出氣孔等設計

4.1澆注系統日勺設計

澆注系統是鑄型中引導液體金屬進入型腔的通道，它由澆口杯，直澆道，橫澆道和

內澆道構成。

選擇澆注系統類型

澆注系統分為封閉式澆注系統，開放式澆注系統，半封閉式澆注系統和封閉-開放

式澆注系統。由于封閉式澆注系統控流截面積在內澆道，澆注開始后，金屬液輕易充斥

澆注系統，呈有壓流動狀態。擋渣能力強，但充型速度快，沖刷力大，易產生噴濺，金

屬液易氧化。合用于濕型鑄件小件。而支座就是采用濕型的鑄件小件，因此選擇封閉式

澆注系統。

確定內澆道在鑄件上的位置、數目、金屬引入方向

支座構造較為簡樸且是小型件，鑄造時采用一箱四件，故每個鑄件上只用一種內澆

道。為了以便造型，內澆道開設在分型面上。由于鑄件采用底座朝上且鑄件所有位于下

箱H勺方式進行鑄造，這樣鑄件凝固次序為由下至上凝固，這樣有助于支座的重要部分先

凝固并得到補縮，如此內澆道則設置在底部側面引入金屬液，如圖4.1所示,

圖4.1內澆道位置示意圖

決定直澆道的位置和高度

實踐證明，直澆道過低使充型及液態補縮壓力局限性，輕易出現鑄件棱角和輪廓不

清晰、澆不到上表面縮凹等缺陷。初步設計直澆道高度等于上沙箱高度200nlm。但應檢

查該高度與否足夠。

檢查根據為，剩余壓力頭應滿足壓力角日勺規定，如下式所列：

HGLtga

式中11M——最小剩余壓力頭

L——直澆道中心到鑄件最高且最遠點的水平投影距離

a——壓力角

由《鑄造工藝學》查表3-4-11得：a為9?10取10

Ltga=180*tgl0^32mm

由于鑄件所有位于下箱，因此剩余壓力頭HM等于上箱高度200mm

通過驗證剩余壓力頭滿足壓力角的規定。

計算澆注時間并核算金屬上升速度

根據鑄件圖計算單個鑄件的體積V=[(3.14*42/2+6*8)*1.8+3.14*32*0.5-3.14*0.95

2*2.3+(3*2.5/2)*1+8*1.8*10+3.14*12*0.6*2-3.3*0.6*10]*2??545cm3

儒墨鑄鐵密度由《鑄造實用手冊》查表L1-90得：7.0~7.2

取密度為7.1

一箱四件質量為"545*7.1*4=15.478kg^l5.5kg

支座大批量生產的工藝出品率約為85%,可估計鑄型中鐵水總重量G

G=15.5/85%*18kg

初步計算澆注時間由《鑄造實用手冊》查表1.4-61得：

T=SVG=2.2*J18=9s

計算鐵水液面上升速度v=C/t=ll5/9=13rnm/s

校核鐵水上升速度，一股容許鐵水的最小上升速度范圍由《鑄造實用手冊》查表1.4-62

得：上升速度v=10?20s

通過比對13mm/s日勺上升速度符合實際，不必調整經驗系數。

計算阻流截面積

根據水力學近似計算公式：

05

F內二m/[pt|i(2gHP)-]cm

式中m一流經阻流日勺金屬質量kg

t—充斥行腔總時間s

P—金屬液密度kg/cm3

N―澆注系統阻流截面|Kj流量系數

Hp—充填型腔時的平均計算壓力頭cm

F內=18/[0.0071*9*0.5*(2*1000*20)°-5]^3cm2

確定澆口比

澆口比由《鑄造實用手冊》查表1.4-58得：

ES直：ES橫：ES內=1.4：1.2：1

計算內澆道截面積

內澆道是控制充型速度和方向，分派金屬液，調整鑄件各部位的溫度和凝固次序,

澆注系統的金屬液通過內澆道對鑄件有一定補縮作用。

由于設計內澆口有四個,因此S內=3/8^0.4cm2

內澆道形狀取梯形斷面形狀如圖4.2

圖4.2內澆道截面示意圖

梯形斷面大小由《鑄造實用手冊》查表1.4-75得；

a=7mmb=5nlmc=7mm

計算橫澆道截面積

橫澆道日勺功用是向內澆道分派潔凈的金屬液，儲留最初澆入日勺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。

由于設計橫澆口有兩個,因此S橫=3*1.2/2=1.8cm2

橫澆道形狀取梯形斷面形狀如圖4.3

圖4.3橫澆道截面示意圖

梯形斷面大小由《鑄造實用手冊》查表1.4-75得；

A=15mmB=10mmC=16mm

計算直澆道截面積

直澆道日勺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。

并提供足夠日勺壓力頭，使金屬液在重力作用下能克服多種流動阻力充型。

由于設計直澆口有一種,因此S直=3*1.4=4.Zen?

直澆道形狀取圓形截面形狀如圖4.4

圖4.4直澆道截面示意圖

圓形斷面大小由《鑄造實用手冊》查表1.4-75得；

D=25mm

為了以便取模直澆道做成上小下大的倒圓錐形，(一般錐度取l/50)o

因此直澆道上端是直徑約為：

Dl=25-(1/50)*150=22mm

澆口窩的設計

澆口窩對于來自直澆道日勺金屬有緩沖作用，能縮短直一一橫澆道拐彎處的紊流區,

改善橫澆道內的壓力分布，并能浮出金屬液中的氣泡。

澆口窩直徑為直澆道下端直徑兩倍，因此D=2*25=50mm

澆口窩高度為橫澆道高度兩倍，因此h=2*16=32nm

澆口窩底部放置耐火磚防止充型。

澆口杯日勺設計

澆口杯是用來承接來自澆包口勺金屬液，防止金屬液飛濺和溢出，便于澆注，并可以

減輕金屬液對型腔向沖擊，還可分離渣滓和氣泡，制止其進入型腔。

澆口杯選用一般漏斗形澆口杯，其斷面形狀如圖4.5所示

D1

圖4.5澆口杯截面示意圖

澆口杯斷面大小由《鑄造實用手冊》查表1.4-89得：

Dl=68mm,D2=64mm,H=52mm

4.2冒口日勺設計

冒口是鑄型內用于儲存金屬液的空腔，在鑄件形成時補給金屬，有防止縮孔、縮松、

排氣、集渣口勺作用。

支座所用的蠕墨鑄鐵在凝固時其體積變化狀況與某些工業上常用的金屬及合金不

一樣，其特點是在液態冷卻時發生收縮，冷卻至共晶溫度時停止收縮，由于析出石墨而

發生膨脹，在靠近凝固終了時余下的液態金屬凝固時又開始收縮，直至凝固結束。因此

其凝固時的膨脹和液態收縮趨于互相賠償。故蠕墨鑄鐵補縮時需要IKJ鐵水量少，并且支

座壁厚均勻無厚大壁，因此可運用澆注系統進行補縮不設置冒口。

4.3冷鐵日勺設計

為了增長鑄件局部冷卻速度，在型腔內部及工作表面安放的金屬塊稱為冷鐵。

支座鑄件壁厚較為均勻，且無厚大壁，固不易產生裂紋縮松等缺陷。并且設置冷鐵

會增長生產工序，使成本增大。因此不設置冷鐵，不過采用在壁厚交叉部位的型腔和砂

芯上刷激冷涂料用以防止縮松等缺陷。

4.4出氣孔日勺設計

出氣孔用于排出型控內日勺氣體，改善金屬液充填能力、排除先沖到型腔中的過冷金

屬液與浮渣，還可作為觀測金屬液充斥型腔日勺標志。出氣孔設置位置詳見工藝圖。

防止出氣孔過大導致鑄件形成熱節，以至產生縮孔，出氣孔根部直徑，不應不小于

設置處鑄件壁厚的0.5倍。即出氣孔直徑應不不小于10.5mm(0.5*21mm)。

防止出氣孔過小導致型內氣壓過份增大，出氣孔根部總截面接應不小于內澆口總截

面積3cm2o

因此設計出氣孔根部直徑為10mm,一箱4件共4個出氣孔。為以便取模采用上小下

大日勺錐形，斜度為起模斜度a=1。10，

出氣孔總截面積為3.14*(1.0/2)2*4=3.14cm2

4.5鑄件工藝出品率日勺校核

鑄型中鐵水總重量=鑄件重量+澆注系統重量+冒口重量+氣孔等H勺重量

=15500+0.7*0.5*7*4*7,1+[(1.5+1)*1.6]/2*32*7,1+[(3.14*1.252+3.14*1.12)*15]

/2*7.1+[(3.14*3.4?+3.14*3.22)*5.2]/2*7.1+3.14*2.5?*3.2*7.1+3.14*(1.0/2)

2*4*20*7.1^15500+70+455+469+1264+446+445=18649g=18.649kg

工藝出品率二鑄件重量/鑄型中鐵水總重量二15.5/18.649283%

在計算澆注系統時估計工藝出品率為85%,基本符合事實。

第五章鑄造工藝裝備設計

鑄造工藝裝備是造型、造芯及合箱過程中所使用的模具和裝置的總稱。

5.1模樣日勺設計

模樣材料的選用

模樣是造型工藝過程必須的工藝裝備，用來形成鑄型的型腔，因此直接關系著鑄件

日勺形狀和尺寸精確度。支座為大批量生產，因此用金屬模樣，該金屬模樣日勺材料選用如

下：

模樣：鋁合金（質輕、不生銹，加工性能好，加工后表面光滑，并有一定的耐磨性，但

耐磨性較差）

出氣針、氣孔針：45號鋼

金屬模樣尺寸確實定

模樣尺寸=鑄件尺寸x（1+K）,（模樣尺寸精確到小數點后兩位）

注：K―鑄件線收縮率

支座的收縮率K=0.9%

壁厚與加強筋日勺設計

模樣壁厚由《鑄造實用手冊》查表1.5—2得：

模型壁厚6mmo

由于模樣輪廓尺寸較小約為：160mm*135mln*100mm,內部不用設置加強筋。

金屬模樣日勺技術規定

模樣的尺寸精度、表面光潔度是影響鑄件質量的一種重要原因，因此對其表面光潔

度和尺寸偏差應嚴格控制。

由《鑄造實用手冊》查表1.5—5得：

模樣表面的粗糙度為3.2,模樣與模板接觸面的粗糙度為6.3o

金屬模樣的生產措施

為增長材料澆注后H勺致密度，現將材料制作成與該模樣形狀類似H勺腔體，然后進行

熱處理，以增長其硬度，增長抗磨損能力，然后在用機器按模樣日勺尺寸加工成模樣的形

狀。

5.2模板的）設計

模板也稱型板，是由摸底板和模樣、澆冒口系統及定位銷等裝配而成。模底板用來

連接與支承模樣、澆冒系統、定位銷等。本設計采用單面模底板，其工作面是平面。

模底板材料的選用

對模底板材料的規定是有足夠的強度，有良好的耐磨性，抗震耐壓，鑄造和加工性。

根據模樣的構造及生產規定，選用鑄造鋁合金作為模底板日勺材料。

模底板尺寸確定

模底板長=砂箱長+2X砂箱分型面出邊緣厚度

=450+2X25=500mm

模底板寬=砂箱寬+2X砂箱分型面出邊緣厚度

=350+2X25=400mm

由《鑄造實用手冊》查表1.5—34得：模底板的壁厚取為12rmn

模底板與砂箱的定位

模底板與砂箱之間采用定位銷與銷套定位。

5.3芯盒日勺設計

芯盒的類型和材質

采用熱芯盒，芯盒材料為鋁合金。

芯盒的）構造設計

芯盒的壁厚由《鑄造實用手冊》查表得：6?8mm,取7nmi

5.4砂箱的設計

砂箱的設計內容有：選擇類型和材質，確定砂箱尺寸。構造設計，定位及緊固等。

砂箱的材質及尺寸

支座零件機械造型用砂箱可選用的材料牌號由《鑄造工藝課程設計手冊》查得有：

HT15-33,HT20-40,QT45-5,QT60-2,QT40-10,ZG15?ZG45。選擇HT200為砂箱材料，需進

行人工時效或退火處理，

根據通用砂箱的規格尺寸選砂箱日勺尺寸：

上箱為450*350*200mm下箱為450*350*200mm

砂箱型壁尺寸及圓角尺寸

一般機械造型砂箱常用向下擴大H勺傾斜壁，底部設突緣，防止塌箱，保證剛性，便

于落砂，箱壁上流出氣孔。

由《鑄造實用手冊》表1.5-47查得：

箱壁壁厚為10mm,bl=25mm,hl=10mm,h2=15mm

箱壁型式如圖5.1：

3

e

q

圖5.1箱壁形式示意圖

砂箱過渡圓角示意圖如空5.2。其中R=20mm,R1-10mm

圖5.2砂箱過渡圓角示意圖

砂箱排氣孔尺寸

由《鑄造實用手冊》表1.5-49查得：

C=40mm,cl=50mm,c2=20mm,d=10mm

上箱通氣孔共2排，下箱通氣孔共2排

第六章蠕墨鑄鐵（RuT300）的配料及熔煉計算

6.1蠕墨鑄鐵（RuT300）的配料計算

鑄造生產支座用儒墨鑄鐵RuT300合金成分控制為：C3.4%~3.8%,Si2.5%?

2.9%,MnO.1%?0.3%,S<0.02%,P<0.1%,MnO.015%?0.025%

生產原料選用天津Q10生鐵，回爐料，廢鋼，75#硅鐵，65#鎰鐵。

原料化學成分由《鑄造合金配料速查手冊》查表1.3-9得：

爐料名爐料成分（％）

CSiMnPS

天津Q10生鐵4.30.880.10.040.036

回爐料3.612.70.310.04<0.01

廢鋼0.210.240.520.03一

75#硅鐵—77——一

65#缽鐵——67—一

沖天爐燒損率5-15-200+50

首先考慮由爐前蠕化孕育處理后，原鐵液質量分數減少0.1%?0.2%,硅吸取0.8%,

鎬微減，硫的質量分數減少40%?80%,因此原鐵液化學成分應控制在:C3.5%?3.9%,

Sil.7%?2.3%,MnO.1%?0.3%,S<0.03%,P<0.1%.

計算爐料中各元素應有的含量(質量分數)，公式如下：

w爐料二w原鐵液/(1±n)

式中w爐料一一爐料中元素含量(質量分數)

w原鐵液—原鐵液中元素含量(質量分數)

n——熔煉過程中元素口勺增減率

因此據公式計算爐料中各元素應有的含量(質量分數)如下：

Wc爐料二肌原鐵液/(1±He)=3.80/(1-5%)=4%

Wsi爐料二Wsi原鐵液/(l±nsi)=2.20/(1-15%)=2.59%

W'ln爐料二Mn原鐵液/(l±riMn)=0.3/(1一20%)=0.38%

W'p爐料:W'p原鐵液/(1±np)=0.06/(1+0%)=0.06%

Ws爐料3's原鐵液/(1±ns)=0.02/(1+50%)=0.03%

根據工藝出品率及成品率估算用回爐料為25%,設天津Q10生鐵用量為A,廢鋼用量為B

則可列方程有:

4.3%*A+3.61%*25%*0.21%*B=4%.....................1式

A+25%+B=100%.............................................................2式

連列1式，2式解方程得：A處68%B^7%

計算硅鐵和鎰鐵MJ加入量，設硅鐵用量為C,鎰鐵為D

C二(爐料中應加入日勺硅含量-爐料日勺硅含量)/硅鐵日勺硅含量

二⑵59%-(0.88%*68%+2.7%*25%+0.24%*7%)}/77%

=1.69%

D二(爐料中應加入日勺鎘含量-爐料日勺鎰含量)/硅鐵日勺鎬含量

={0.38%-(0.10%*68%+0.31%*25%+0.52%*7%))/67%

=0.30%

核算磷，硫含量與否超標：

WP,爐料=0.04%*68%+0.04%*25%+0.03%*7%=0.0393%<0.06%

Ws,爐料=0.0036%*68%+0.01%*25%+0*7%=0.005%<0.03%

通過計算得回爐料為25%,天津Q10生鐵用量為68%,廢鋼用量為7%,硅鐵用量為1.69%,

缽鐵用量為0.30%.

6.2蠕墨鑄鐵生產控制

蠕化劑及蠕化處理

鑄造支座用RuT30c選用稀土硅鐵合金(RE30)作為蠕化劑，蠕化率規定到達50%,

稀土硅鐵合金(RE30)蠕化處理反應平穩。

蠕化處理的措施是在將顆粒狀合金均勻H勺在出鐵槽隨流加入，每包處理0.8?It。

此措施操作簡樸，吸取率高。

孕育化處理

由于蠕化處理后鐵液中鎂和稀土的作用，使鐵液輕易具有結晶過冷和在組織中出現

游離滲碳體n勺傾向，因此孕育處理亦是蠕婚鑄鐵生產中口勺一種必要環節，其作用為消除

結晶過冷傾向，減少自由滲碳體；提供足夠日勺石墨晶核，增長共晶團體，使石墨呈細小

均勻分布，提高力學性能；延緩蠕化衰退。

孕育劑選用含硅75%的硅鐵。孕育處理日勺措施是將硅鐵在出鐵槽隨流加入。

第七章砂型鑄造設備選用

7.1造型工部設備選用

工藝分析確定采用砂箱內尺寸為450X350X100/200mm日勺微振壓實造型線生產支

座。選擇這種造型線組織造型生產，在技術上是先進日勺，經濟上是合理的。選用半自動

氣動微震壓實造型機（型號ZBI48B）進行造型。

7.2制芯工部設備選用

為了提供造型用的強度高、尺寸精確口勺砂芯，采用熱芯盒射砂生產樹脂砂芯，此零

件R勺砂芯屬于小砂芯，根據所需型芯形狀及生產效率，選用2ZZ8612熱芯盒對芯機。

7.3溶化工部設備選用

根據車間的I生產大綱、設備資源狀況、投資等原因，確定采用沖天爐融化蠕墨鑄鐵。

7.4砂處理工部設備選用

混砂裝備選用碾輪式混砂機，該型混砂機的混砂質量很好。

制備型（芯）砂所需要的多種原材料、如新砂、煤粉、粘土等一般都通過烘干后使

用，在批量較大日勺鑄造車間多采用臥式烘干滾筒。

松砂是很重要的工藝環節。生產批量較大的鑄造車間，采用雙輪松砂機，

7.5清理工部設備選用

為了減輕清理工段H勺勞動強度，改善勞動條件，提高鑄件清理質量和清理速度，設

計中采用雙行程持續拋丸室和Q118拋丸清理滾筒進行鑄件的表面清理；采用M3040

固定式砂輪機、M3140懸掛式砂輪機鑄件的飛邊毛刺。清理好的鑄件用電泳浸漆遠紅外

線烘干自動線進行油漆防銹。廢砂用帶式輸送機、斗式提高機集中送至廢砂斗內，定期

用汽車運走。

總結

通過了近一種學期的精心準備，畢業設計已經靠近尾聲了，由于我所學的知識有限,

因此有諸多局限性和沒有考慮到口勺地方還請老師予以指正。

本設計重要開篇對我國鑄造口勺歷史及現實狀況，其他國家鑄造發展