材料成型及控制工程毕业设计论文初稿

1、摘 要本设计是对支承刀架进行铸造毛坯工艺设计。首先，对设计任务进行分析。根据支承刀架的使用条件、结构特点和生产批量情况，对铸件进行铸造工艺分析，明确零件的结构特点，找出可能存在的结构问题。其次，根据支承刀架结构特点、技术要求、生产要求、生产批量和生产条件选择正确的铸造方法及造型方法。由零件的结构特点，提出多种浇注位置和分型面选择为方案，综合对比分析，选择最为理想的浇注位置及分型面，制定出详细的铸造工艺方案。再次，根据所确定的铸造工艺方案和零件的特点，选择正确的工艺参数，合理设计铸件的砂芯，设计正确的浇注系统并校核，再根据滚圆法结合生产经验设计冒口并校核。最后进行砂箱、芯盒等相关工装设备设计。关

2、键字：砂型铸造；工艺分析；铸造工艺设计；浇注系统 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辽宁工程技术大学毕业设计（论文）前言在现代科技进步与铸造业蓬勃发展情况下，不同的铸造方法需要做的铸型准备内容也有所不同。当下应用最为广泛的

6、还是砂型铸造，铸型准备工作主要有造型材料的准备和造型、造芯两大项。砂型铸造中用来造型、造芯的各种原材料称为造型材料，主要有铸造原砂、型砂粘结剂和其他一些辅料，还有由它们配制成的型砂、芯砂、涂料等。造型材料是根据铸件的要求、金属的性质来选择的，选择合适的原砂、粘结剂和辅料后，再按一定的比例把它们混合，使其成为具有一定性能的型砂和芯砂。常用的混砂设备有碾轮式混砂机、逆流式混砂机和连续式混砂机。混合化学自硬砂需要用连续式混砂机，其优点是连续混合，混砂速度快。铸造工艺由铸造金属准备、铸型准备和铸件处理三个部分组成。铸造金属是指浇注铸件所用的金属材料，它是以一种金属元素为主要成分，再加入其他金属或非金属

7、元素而组成的合金，通常称为铸造合金，主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金。 在确定好造型方法，准备好造型材料后，根据铸造工艺要求进行造型、造芯。它决定铸件的精度和生产过程的经济效果，在现代化的铸造车间里，造型、造芯都已实现了机械化或自动化。常用的砂型造型造芯设备有高、中、低压造型机、气冲造型机、无箱射压造型机、冷芯盒制芯机和热芯盒制芯机、覆膜砂制芯机等。铸件浇注完成后，经一定时间冷却从铸型中取出，有浇口、冒口及金属毛刺披缝，砂型铸造时还粘附着砂子，因此必须经过清理工序。这种工作需要用抛丸机、浇口冒口切割机等来完成。有些铸件有特殊要求，还要进行热处理、整形、防锈处理、粗加工等处理1。铸造的适用范围很宽

8、，金属种类几乎不受限制，铸出的零件除具有一般机械性能的同时，还具有耐磨、耐腐蚀、吸震等综合性能，是锻、轧、焊、冲等金属成形方法所做不到的。 铸造生产在不断提高机械化自动化程度同时，将更多地向柔性生产方面发展，以实现不同批量和多品种的生产。铸造产品发展的趋势是使铸件的质量更好，有更好的综合性能，更高的精度，更少的余量和更光洁的表面。此外，还要开发新的铸造合金，研究冶炼新工艺和新设备，以实现节能减排和恢复自然环境，减少对大气的污染。1 绪论1.1概述铸造生产是指将液态合金注入铸型中，经过冷却、凝固形成金属产品的方法，简称铸造，所铸出的金属制品称为铸件。铸件绝大多数只能用作毛坯，经过机械加工后才能成

9、为合格的机器零件；少数铸件当达到使用的尺寸精度和表面粗糙度要求时，才可作为成品或零件直接应用到机械设备中。铸造生产具有适用范围广、铸件的尺寸精度高、可制造各种合金铸件、成本低廉等特点。1.2 国内铸造行业的现状及发展趋势铸造是国民经济中的基础产业，在制造业中占有重要地位，在汽车、机床、航空、航天、国防以及人们的日常生活中的用品都需要铸件。因此，铸造业的发展程度标志着一个国家的生产实力。有资料表明，我国铸造生产中，材料和能源的投人之比可占到产值的55%到70%。我国铸件总产量到2009年底已连续10年居世界首位。从2000年到2009年的10年间，我国铸件产量以平均每年10.9%的速度增加，我国

10、2009年铸件总产量已达3530万吨，铸造厂点近3万家，从业人员约200万人2，在国际市场中也具备了一定的竞争能力。我国在大量引进国外的先进技术和设备后,加强自主技术的开发,中国的铸造技术取得了明显的进展34,主要体现在造型材料、铸造工艺、铸造设备、铸造合金材料、熔炼以及计算机等新技术在铸造中的应用等。我国的铸造行业经过近些年的发展,逐渐在各地区形成了以铸造产业为核心的铸造产业集群5。铸造行业也成为了当地的支柱性行业,如机械、冶金、汽车、建筑等的配套行业,呈现明显的地区性特征。我国铸造行业的地理分布主要分布在辽宁省、山东省、珠江三角洲、长江三角洲和山西省5个区域,我国大约一半的铸件产自这5个区

11、6。中国已是铸造大国,但远非铸造强国7。首先，我国的铸件质量与发达国家相比有较大差距。铸件尺寸精度普遍低12级，表面粗糙度差12级，铸件壁厚也厚得多。中国的铸件材料仍以灰铸铁为主，约占铸件总产量的61.9%，球墨铸铁占16.7%，远低于世界平均值20%，远低于日本(30.8%)、美国(29.6%)。中国合金钢在铸钢件中的比例为25%，国外先进水平为42%60%。中国有色金属铸件为7.9%，国外先进水平为11% 20%8。其次，我国铸造行业铸造成本比其他国家相对较低,但生产率却只有每人每年20 t,远远美国的133 t和日本的140.85 t。此外，材料成分、组织和性能的一致性、稳定性也与发达国

12、家存在较大差距9。综上所述，我国必须克服现实的能源、资源、人才瓶颈和环境问题的困扰，才能从铸造大国转型为铸造强国。因此，必须研究开发高新技术以提升铸件质量和铸造企业的实力，改变铸上技术含量不高、价格低廉的现状10。要扶持一批能带动中国铸件出口的铸造企业，使之成为具有国际竞争力的龙头企业。1）大力支持企业、研究机构或学校研究铸造新工艺、新材料、新设备。企业应与研究机构学校等开展深度合作，使生产实践与理论研究更好的结合，共同研究铸造新工艺、新材料、新设备。2）开发新型、环保原辅材料。大力开发旧砂重复利用新技术，环保型砂处理及再生技术；研究清洁无毒的原辅材料并推广使用，使用无毒无味的变质剂、精炼剂、

13、粘结剂，开发环保型砂芯无机粘结剂；用湿型砂无毒无污染粉料光洁剂代替煤粉等；发展循环经济，以“减量化、再利用、再循环”为行业准则（3R原则），走集约化清洁生产之路。3）改善车间环境。铸造行业对环境产生的污染严重，同时工人工作的车间条件也非常恶劣。因此，应加大管理力度，使技术得到改造、设备进行升级。4）注重自主创新。调整铸造企业结构，进行专业化生产，实现地域化聚集，发展壮大龙头企业，使中小企业围绕龙头企业形成产业链。在集聚企业、产品的同时，还要实现信息的集聚、人才的集聚、技术的集聚，甚至竞争的集聚，产生规模效应。要合理地购买技术、设备和产品，加强自主创新，生产更多满足国民经济和国防安全的高质量铸件

14、，并融入新材料的研究，具有国际竞争力。1.3 发达国家铸造业现状及发展趋势近些年来，全世界铸造业持续增长。巴西铸件产量增长最快，达到25.8%。而发达国家的铸件增长率普遍较低。自2000年以来，美国铸件产量已经退居到第2位。2004年美国铸件总产量为1231万t，其中灰铁件占35%、球铁件占33%、铸钢件占8.4%、铝合金件占16%。从需求上看，球铁铸件和铝铸件的需求有所增长。2003年进口铸件占总需求的15%，进口铸件的价格比美国国内低20%50%11。近年来由于铸造环保要求高、能源消耗大、劳动力昂贵等因素，导致美国大型汽车公司生产普通汽车铸件的铸造厂纷纷关闭，逐步将铸件的生产转向发展中国家

15、，如中国、印度、墨西哥、巴西等。总体上，发达国家的铸造技术先进、产品质量好、生产效率高、环境污染少、原辅材料的商品化系列化供应已形成。生产普遍实现了机械化、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。在重要的铸件生产中，对材质要求很高，通过采用先进的无损检测技术来有效控制铸件的质量。大多采用液态金属过滤技术，过滤器能适应钴基、镍基合

16、金及不锈钢液的高温的过滤。过滤后可使钢铸件射线探伤A级合格率提高13%，铝镁合金经过滤，抗拉强度提高50%、伸长率提高100%以上12。大量应用了合金包芯线处理技术，使球铁、蠕铁和孕育铸铁工艺更稳定、合金元素收得率高、无污染的处理过程，实现了计算机机自动化控制。 铝基复合材料被广泛重视并日益转向工业规模化应用，其优越性能可满足汽车驱动杆、缸体、缸套、活塞、连杆等各种重要部件的制作，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，普遍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，通

17、过采用高效连续混砂机、人工智能型砂在线控制专家系统进行砂处理，通过采用树脂砂、温芯盒法和冷芯盒法制芯工艺制芯13。熔模铸造的制壳工艺普遍用硅溶胶和硅酸乙酯做粘结剂。 铸铝缸体、缸盖用自动化压铸机生产，已经建成多条铁基合金低压铸造生产线14。特种铸钢件用差压铸造生产。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%。铸造生产全过程中从严执行技术标准，铸件废品率仅为2%5%；标准更新快（标龄45年）；普遍进行ISO9000、ISO14000等认证15。 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、虚拟铸造工厂通过使用身临其境

18、的虚拟环境系统，可以学习通过多媒体先进的产品技术和体验的技巧和诀窍通过虚拟技术实现，这些新技术都在飞速发展。我国铸造业作为世界铸造产业之林中一支重要的力量，在世界上的影响力还相当的微弱，中国市场无法容纳国内铸造产业庞大的生产能力，因此，我国铸造产业必须 要到世界市场中寻求发展空间。业内相关专家表示，国内铸造产业必需要走向世界才能更好的发展，必须要加快实施铸造产业走出去战略。我国自改革开放以来,铸造业的发展有十分大的变化，包括技术水平、质量、服务等方面.我国的铸件质量显著有所提高。主要表现在在铸件生产过程中产生的废品相比以前下降了很多；然后是是很多种铸件的精度(几何精度、尺寸精度)表面粗糙、度力

19、学性能等达到了国际水平。铸造企业已经拥有能力在我国及外国展览会上展出自己的铸件,并获得较高认可。除此之外，我国铸造技术大大提高，已经可以和国外发达国家相匹敌.改革开放以来，原来许多企业采用砂型铸造工艺，而现在已经开始向数控化、自动化、智能化、机械化的方向挺进。我国是铸造大国，我国要转型为铸造强国必须克服资源、能源、人才和环境问题，追求高效、优质、环保等方向。所以，必须利用高新技术提升铸件质量,改变中国铸件在国际市场上技术含量不高，价格低廉的状况。目前，我国铸造行业正在面临着良好的发展机遇。一是是我国经济的高速发展使得我国各领域也都进入高速发展状态;然后是经济全球化导致各个国家铸造业都发展的很成

20、熟，带动了我国进入全球化。中国加入世界贸易组织后，必将从中受益匪浅，学到了先进的科学技术，管理方法等。这些机遇给中国铸造行业实现由铸造大国转向铸造强国的转变提供了极好的机会。铸造业也将向着下面的方向发展。1.4 本课题的研究内容 本次毕业设计的题目是：支承刀架铸造工艺设计。经过查阅了相关论文和书籍后，分析设计任务，审视阀缸零件图，对零件铸造工艺性进行了分析，进行铸造工艺设计以及铸造工艺装备设计。首先，要确定零件图上零件的结构、尺寸是否正确，是否符合铸造工艺性的要求，接下来选择正确的浇注位置，分型面以及造型、造芯的方法；其次，选择正确的铸造工艺参数以及合理的设计砂芯，还要进行浇注系统以及冒口的设

21、计；最后，还要正确的选择设计铸造工艺装备。对工艺设计图及设计方案进行一定的改进，使设计更合理规范，更符合实际生产条件，并减少和避免铸件缺陷，从而提高铸件质量和工作性能。2 设计任务分析2.1审图及零件的技术要求1) 审阅零件图零件名称：支承刀架零件材料：铸钢生产批量：单件生产铸件质量：15kg2) 零件的技术要求技术要求：1、支承刀架重量15Kg，重量偏差小于0.1kg2、25D7槽5面对A面的平行度及等高度允差0.05mm 测量长度不小于85mm3、16D4孔的同心度允差0.03mm4、20D4孔的同心度允差0.03mm5、尺寸41两平面对20D4孔的不垂直度允差0.05mm6、108两平面

22、对16D4孔20D4孔与25D7槽的不垂直度允差0.05mm7、其余铸造圆角半径为R3mm 支承刀架的零件图如图2-1所示：支承刀架的外形轮廓尺寸为290mm×200mm×120mm，主要壁厚15mm，为一个小型铸钢件。支承刀架中间有伸出的两个小圆柱，铸造时需要设置砂芯，此位置为重要加工处，而且在铸造时有可能影响起膜，铸造时需要考虑如何放置才有利于保证质量，确定浇注位置时也需要考虑。刀架作为数控车床的重要配置，在机床运行工作中起着至关重要的作用，一旦出现故障很可能造成工件报废，甚至造成卡盘与刀架碰撞的事故。它是车床的支撑部件之一，其中起支撑、刀具装夹作用；同时它也是进给系统

23、的一部分。最重要的是在工件加工过程中还提供切削力、定位精度。铸钢作为材料，这种设计有与对铸件形状和大小有最大的选择自由度，尤其是复杂的形状和空心部分，而且钢铸件可以由核心铸件的独特工艺制造。易成型和易改变形状并可以快速根据图纸制作出成品可以提供快速响应并缩短交货时间。 图2-1 支承刀架图 Fig 2-1 Valve cylinder parts chart2.2零件结构的铸造工艺性分析 零件结构的铸造工艺性指的是零件的结构应符合铸造生产的要求，有利于保证铸件的质量，进而使铸造工艺过程简化和成本降低17。零件一旦设计成型，其结构一般情况下是不能修改的，所以必须在铸造工艺上采取各种措施，最终实现

24、用户对零件提出的各项技术要求。除非在不能保证铸件质量时，或在使用性能不受影响的情况下又可简化生产工艺时，但也要征得用户同意，才能更改铸件的结构。铸造零件的设计结构除了使机器设备本身的使用性能和机械加工的要求得到满足外，还要满足铸造工艺的要求。铸件结构的合理性，直接影响铸造合金的种类、产量的多少、铸造方法和生产条件等。审查、分析应考虑如下两个方面。2.2.1从避免铸件缺陷方面确定铸件的结构合理的零件结构可以消除许多铸造缺陷。为保证获得质量优良的铸件，对零件结构的要求要从以下几个方面考虑：1）铸件应该有合适的壁厚，为了防止浇不到、冷隔等缺陷的产生，铸件壁厚不应太薄。支承刀架的外形轮廓尺寸为290m

25、m×200mm×120mm，主要壁厚15mm。砂型铸造条件下该轮廓尺寸允许的最小壁厚查表2-1得：最小允许壁厚为45mm。而支承刀架的最小壁厚为15mm，从零件的整体结果及尺寸看，支承刀架的设计壁厚均匀，不易产生热裂，因此，该零件的结构满足铸造工艺性要求。2）铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意薄壁过渡和圆角过度。 铸件薄、厚壁的相接，拐弯等壁厚的壁与壁的各种连接，都采用铸件过渡转变的形式，并应使用较大的圆角相连接，避免因应力集中导致裂纹缺陷。 分析阀缸的零件图可知，零件的各边缘部分均采用了圆角过渡，这一点也符合铸造工艺要求。3）铸件内壁应薄于外壁 铸件的内壁和肋等，散热条

26、件较差，应薄于外壁，以使内、外壁能均匀地冷却，减轻内应力和防止裂纹。本设计中，阀缸的主要壁厚度为7mm，底部壁厚度10mm，右侧外壁厚为14mm，满足冷却要求。4）壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节 薄厚不均的铸件在冷却过程中会有较大的内应力产生，在热节处容易产生成缩孔、缩松和热裂纹等缺陷，因此应取消那些不必要的厚大部分。因零件的结构要求铸件的内外壁形状不可改变，不可能完全达到厚度均匀，因此，铸件各个部分不同壁厚的连接采用的是逐渐过渡。5）利于补缩和实现顺序凝固。6）防止铸件翘曲变形。7）避免浇注位置上有水平的大平面结构。2.2.2从简化铸造工艺方面改进零件结构 当不能保证铸件质量，或在

27、不影响使用性能的条件下又可简化生产工艺时，可改变零件结构，使制造工艺过程简化，使产品质量稳定，提高生产效率和降低成本。其主要改进方法如下：1）改进妨碍起模的凸台、凸缘和肋板的结构。2）尽量减少砂芯数目，以降低成本并提高生产率。 铸件内腔的肋条，常是造成砂芯多、工艺复杂的重要原因。改进后可以使工艺、工装设计简化，进而降低铸件成本。3）有利于砂芯的固定和排气。若铸件必须采用不平分型面，增加了制造模样和模板的工作量，尽量改进用一平直的分割面进行造型。4）减少和简化分型面。工艺图上需要使用多个砂芯时，尽量使多个砂芯连成一体，变成一个砂芯，取消芯撑。5）减少铸件清理的工作量。 铸件清理包括：消除表面粘砂

28、、内部残留砂芯，去除浇注系统、冒口和飞刺等操作。这些操作劳动量大且环境恶劣，铸件结构设计应使清理的工作量减少。6）简化模具的制造。 单件、小批生产中，铸件成本中模样和芯盒的费用占很大比例。为使模具制造工时减少和节约材料，应将铸件设计成规则的、容易加工的形状。7）大型复杂件的分体铸造和简单小件的联合铸造。有些大而复杂的铸件可考虑分成几个简单的铸件，铸造后再用焊接方法或用螺栓将其连接起来。这次设计的铸件为小型铸铝件，所以不需联合铸造。通过以上分析，再根据对阀缸零件结构的分析可知，阀缸的零件结构符合铸造工艺生产的要求。3 铸造工艺方案的确定3.1 造型方法的选择铸型按其型体构成材料可分为砂型、金属型

29、、熔模型、压力型、陶瓷型和快速成形RP技术等。其中，最常用的是砂型，因为砂型一般不受零件形状、尺寸大小及复杂程度限制。尽管有诸多缺点，但其制造材料来源广、适应性强、见效快、成本低，生成的铸件约占铸件总产量的80%以上，因此到目前为止仍是生产中应用最广泛的铸造方法。3.1.1 按铸型种类分类 砂型按铸型种类不同，可分为干型、湿型和水玻璃砂型、黏土砂型、表面烘干型、双快水泥砂型和石灰石砂型等。所以，本次设计铸件技术要求不是很高，中和成本，故采用的是黏土砂型。3.1.2 按模样材料分类 砂型按模样材料不同，可分为金属模造型、塑料模造型和木模造型。金属模样使用寿命长，表面光滑易起模，造型方便，铸件尺寸

30、精度高但成本高，用于大量、成批生产的大、中、小件；塑料模样轻，造型方便，因有脆性修整不便，铸件尺寸精度较高，使用寿命也较长，用于大量、成批生产的中、小简单件；木模易吸潮变形，生产准备周期短，不易起模，铸件尺寸精度不高，用于单件、小批生产。本次设计的是单件生产的小件，故采用木模造型。3.1.3 按砂型紧实成型方式分类造型是砂型铸造最基本的工序，通常按砂型紧实成型方式不同，可分为手工造型、机器造型两大类。手工造型操作灵活、适应性强、工艺装备简单，因此本次设计采用手工造型法中的砂箱造型。3.2 造芯方法的选择总体上可分为手工制芯和机器制芯，本次采用的是手工制芯。手工造芯还可分为：芯盒造芯和刮板造芯。

31、芯盒造芯是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；刮板造芯与刮板造型相似，用于单件小批生产，形状简单或回转体砂芯。由于阀缸的生产，为小铸件单件生产，故采用的造芯方法为芯盒制芯。砂芯的材料选择黏土砂型。3.3 浇注位置及分型面的选择3.3.1 浇注位置的确定铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置。铸件的浇注位置应根据零件的结构特点、技术要求、铸型合金的特性、零件尺寸、重量及铸造方法、车间条件等因素综合考虑。它直接影响到铸件的质量好坏，也涉及到铸件的尺寸精度以及造型工艺的过程。根据对合金凝固理论的研究和实际生产经验，确定浇注位

32、置时，应考虑原则如下14：1）浇注位置应有利于所确定的凝固顺序；2）铸件的重要部位应尽量置于下部；3）重要加工面应朝下或呈直立状；4）铸件大平面朝下，避免夹砂结疤类缺陷；5）应保证铸件能充满；6）避免吊砂、吊芯或悬臂式砂；7）应使合箱位置、浇注位置和铸件冷却位置相一致。综合考虑以上原则，本次设计的阀缸的浇注位置为以下方案：图3-1 浇注位置确定方案一Fig 3-1 Scheme to a pouring position方案一：如图3-1所示，分析可知：铸件处于这种浇注位置时，支承刀架旋转180度放置，复杂部分放下面。有利于支承的起模，而且只做中间一个整体砂芯，从而减少了砂芯数量，还可以防止吊

33、芯。而且铸件全部位于下砂箱中，浇注时需要采取顶铸式，利于浇筑和铸液凝固，本铸件属于小型铸钢件，高度不大，可以保证铸件的质量，铸造相对简单。3.3.2 分型面的选择分型面是指两半铸型相互接触的表面。生产中，浇注位置和分型面大多情况下是同时确定的。分型面的选择是否合理，直接影响铸件的尺寸精度、成本和生产效率。分型面的选择应尽量与浇注位置保持一致，以避免合型后翻转砂箱。在选择时，应注意以下原则：1）应使铸件的全部或大部分置于同一半型内，以避免因错型和不便验型而造成尺寸偏差。如果做不到上述要求，也应尽可能把铸件的加工面和加工基准面放在同一半型内。2）应尽量减少分型面的数目。分型面数量少，铸件精度易得到

34、保证，且砂箱数目少。3）分型面应尽量选用平面。4）分型面通常选在铸件的最大截面处，尽量不使砂箱过高。5）便于下芯、合型和检查型腔尺寸。6）受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度。7）注意减轻铸件清理和机械加工。综合上述原则，对于阀缸分型面的选择为以下方案，如图3-2所示： 图3-2 分型面选择方案Fig 3-2 type selection scheme方案：如图3-2所示，铸造时将支承刀架翻转放置，分型面选在支承刀架的下表面，分型面为平面，使铸件下箱中。这样的话，有利于支承刀架的起膜，便于下芯，只做内腔中一个整体砂芯，从而减少了砂芯数量，并且其全部位于下半型中，还可以防止吊芯。而且铸件全部

35、位于下砂箱中，浇注时需要采取顶铸式，利于浇筑和铸液凝固，本铸件属于小型铸钢件，高度不大，可以保证铸件的质量。4 铸造工艺参数的选择及砂芯的设计4.1铸造工艺参数的选择铸造工艺设计参数通常是指铸型工艺设计时需要确定的某些数据， 它包括了铸造收缩率（缩尺）、机械加工余量、起模斜度、最小铸出孔的尺寸、工艺补正量、分型负数、反变形量、非加工壁厚的负余量、砂芯负数（砂芯减量）及分芯负数。这些工艺数据一般都与模样和芯盒尺寸有关，既与铸件的精度有密切关系，同时也与造型、制芯、下芯及合箱的工艺过程有关。4.1.1 铸件尺寸公差铸件尺寸公差是指铸件各部分尺寸允许的极限偏差，它取决于铸造工艺方法等多种因素，铸件的

36、尺寸精度取决于工艺设计及工艺过程控制的严格程度，其主要影响因素有：铸件结构的复杂程度；铸件设计及铸造工艺设计水平；造型、造芯设备及工艺装备的精度和质量；造型、造芯材料的性能及质量；铸造金属和合金种类；铸件热处理工艺；铸件清理质量；铸件表面粗糙度和表面质量；铸造厂的管理水平等。在本次设计中，零件的铸造工艺为砂型铸造，考虑到支承刀架生产的实际情况和结构特点它属于小批量生产的中小型铸件，查询铸造手册第5卷表3-40和3-61可知：铸件的尺寸公差等级为CT13-CT15，这里取CT13。零件基本尺寸最大为290mm，查表得，允许最大偏差为12mm。4.1.2 铸件重量公差铸件质量公差定义为以占铸件公称

37、质量的百分率为单位的铸件质量变动的允许值。考虑到支承刀架生产的实际情况和结构特点它属于小批量生产的中小型铸件，查询铸造手册第5卷表3-46可得，本次支承刀架铸造工艺设计的重量公差等级为MT13-MT15，这里取MT13，再根据表3-62可知，本次设计的铸件重量公差数值为18%。4.1.3 机械加工余量 机械加工余量是铸件为了保证其加工面尺寸和零件精度，应有加工余量，即在铸造工艺设计时预先增加的，而在机械加工时又被切除的金属层厚度。“GB/T11350-89”铸件机械加工余量与“GB6416”铸件尺寸公差配套使用，规定加工余量的代号用字母MA表示。在本次设计中，支承刀架属于单件或小批量生产、造型

38、材料为黏土砂，尺寸公差等级为CT13，本次设计零件基本尺寸为290mm，查询铸造手册第5卷表3-48和表3-47，最后选择铸件的机械加工余量等级为J级，单侧加工的加工余量值为13mm，双侧加工的加工余量值为10mm。由支承刀架零件图2-1可知，支承刀架的下底板的加工余量值为4mm，阀缸的右侧肋板的加工余量值为4mm，阀缸的内腔的加工余量值为3mm。先确定铸件的尺寸公差等级和机械加工余量等级，查表（GB/T 1135089），得出用于大批量生产与铸件尺寸公差配套使用的铸件机械加工余量等级为13J。各部位加工余量加工方式上法兰的加工余量15.0mm双侧加工上半管道内圈的加工余量6.0mm 双侧加工

39、侧凸台的加工余量11.0mm双侧加工直径50mm的凸台的加工余量4.5mm双侧加工侧法兰的加工余量15.0mm双侧加工4.1.4 铸造收缩率铸造收缩率又称铸件收缩率12，是铸件从线收缩开始温度（从液相中析出枝晶搭成的骨架开始具有固态性质时的温度）冷却至室温时的相对线收缩量，用模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示：式中：L1模样长度； L2铸件长度。对于大批量生产的铸件，应通过生产测量铸件的实际尺寸，求出铸件各部位、各方向的实际收缩率，修正模样。对于单件、小批量生产的铸件，铸造收缩率一般是根据生产中长期积累的经验来选取的，为了保证铸件的尺寸合格，对于形状复杂的铸件，还可以考虑采用工艺补正量

40、，适当加大机械加工余量等措施。根据支承刀架的结构特点以及铸造材料为铸钢，查询铸造手册5中表3-51可知，查表得该铸件的受阻收缩率为2.0%,自由收缩2.0%，综合取2.0%。4.1.5 起模斜度为了使起模方便，在模样、芯盒的出模方向要留有一定斜度，避免免砂型或砂芯被损坏。这个斜度，称为起模斜度，若铸件本身没有足够的结构斜度使起膜方便，就要在铸造工艺设计时设计出铸件的起模斜度。在非加工面上留起模斜度，要注意与零件的外形一致，保持零件的美观。同一铸件的起模斜度应尽量只选择一种或两种斜度。起模斜度可以采用增加铸件壁厚、增减铸件壁厚或减小铸件壁厚等三种形式。本设计采用木模样，当零件本身没有足够的结构斜

41、度，应在铸件设计或铸造工艺设计时给出铸件的起模斜度以保证铸型的起模斜度，原则上不应超过铸件的壁厚公差。根据阀缸的模样高度为120mm，起模斜度可按起模斜度形成的倾斜角表示，铸件的起模斜度参考表3-53（JB/T510591）得：两侧板的=0°30,a=1.4mm4.1.6 最小铸出孔及槽机械零件上常常有很多孔、槽和台阶等，一般情况下应尽可能在铸造时直接铸出，这样既可以节约金属、减少机械加工的工作量，降低生产成本，又可以使铸件的壁厚比较均匀，避免缩孔、缩松等铸造缺陷等的产生。有些有特殊要求的孔，如弯曲孔和异形孔，无法实现机械加工，则一定要铸出。但是，在许多情况下，孔和槽又不宜铸出，如孔

42、、槽尺寸太小。而铸件又较厚或金属压头较高时，铸出孔、槽使此处产生粘砂，造成清铲和机械加工困难；有的孔、槽必须采用复杂而且难度较大的铸造工艺措施才能铸出；又是由于孔的中心距要求很精确，铸出的孔有如偏心，再用钻扩孔无法纠正中心位置。在确定零件上需要铸出的孔时，必须既要考虑能否铸出这些孔或槽，又要考虑是否有必要铸出这些孔、槽以及铸造需要的经济成本。查询铸造手册第5卷（后面如不特殊指明，都默认参考此书）表3-59可知，本次设计中铸钢件的最小铸出孔直径为60mm。由支承刀架零件图2-1可知，阀缸底板上的个孔直径均为小于60mm，以及两侧侧+板上的4个螺孔和两长条孔，小于最小铸出直径60mm，故可以都不铸

43、出，所以该铸件的所有孔皆采用机加工形式获得。 4.1.7 工艺补正量工艺补正量可按照以下公式进行计算：e 0.002L 对于小批量的铸件生产，由于选用的收缩尺寸与实际的收缩率不符，或由于铸件产生变形、操作中不可避免的误差等原因使加工后铸件的尺寸小于图样要求尺寸，为使尺寸精度提高，要在铸件相应的非加工表面上增加金属层厚度来弥补。但由于该件在垂直分型面的立壁上都设有较大的拔模斜度，故不放工艺补正量。4.1.8 分型负数干砂型、表面烘干型、自硬砂型以及砂型尺寸超过2m以上的湿型才应用分型负数。而此铸件砂箱尺寸小于2m，故不留分型负数。4.1.9 其它工艺参数的设计在本次设计所进行的铸钢支承刀架的工艺

44、设计，由于属于小批量单件生产，并且为中小型件。因此，经过工艺优化之后，可不考虑其它如“反变形量”、“砂芯负数”、“非加工壁厚的负余量”、“分芯负数”的影响。 4.2 砂芯的设计砂芯的功能是形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位。砂型局部要求特殊性能的部分，有时也设置砂芯。应满足以下要求：砂芯的形状、尺寸以及在砂型中的位置应符合铸件要求，具有足够的强度和刚度，在铸件形成过程中砂芯所产生的气体能及时排出型外，铸件收缩时阻力小和容易清砂。选用砂芯的总原则是：使制芯到下芯的整个过程方便，铸件内腔尺寸精确，避免气孔等缺陷的产生，使芯盒结构简单15。具体原则如下：1） 保证铸件内腔尺寸精度；铸件内腔尺

45、寸要求较严格的部分要由同一半砂芯形成，但手工造型中大的砂芯，为保证某一部位精度有时需将砂芯分块。2） 保证操作方便； 可将复杂的大砂芯、细而很长的砂芯分为几个小而简单的砂芯。3） 保证壁厚均匀； 使砂芯的起模斜度和模样的起模斜度大小、方向保持一致，使铸件壁厚均匀。4） 应尽量减少砂芯数目； 用砂胎或吊砂可减少砂芯。5） 填砂面应宽敞，烘干支撑面是平面；需要进炉烘干的大砂芯常被沿最大截面切分为两半制作。6）砂芯形状适应造型、制芯方法。根据以上原则，再根据分析本次设计支承刀架的结构可知，支承刀架的内腔需要放置砂芯，考虑到砂芯的固定要稳固及要减少砂芯数量，做成一个整体砂芯。砂芯的示意图如图4-1所示

46、。 图4-1 砂芯示意图Fig 4-1 Schematic sand core4.2.1 芯头的设计芯头是指伸出铸件以外不与金属接触的砂芯部分。对芯头有如下要求：1）定位和固定砂芯，使砂芯在铸造过程中有准确的位置，并能承受砂芯自身的重力以及浇注时液体金属对砂芯的浮力，以免破坏砂芯；2）芯头应能使浇注后砂芯所产生的气体及时排出至铸型外；3）上下芯头及芯号容易识别，避免下错方向或芯号；4）下芯、合型方便，芯头要设置适当斜度和间隙。 根据砂芯形状，本次砂芯需要设置一个下芯头水平芯头，其芯头典型的结构如图4-2所示： 图 4-2水平砂芯芯头典型结构示意图 Fig 4-2 Schematic diagr

47、am of horizontal sand core head structure4.2.2 芯头长度芯头长度为砂芯伸入铸型部分的长度，即露出铸件外部的长度。本次设计中砂芯长度为115mm，砂芯（A+B）/2=40.5m，设计的是下芯头，查询铸造手册5表3-77可知，确定芯头的长度h为30mm。4.2.3芯头间隙为了使下箱方便，通常要在芯头和芯座之间留有一定的间隙。这个间隙的大小由砂芯的大小和精度以及芯座本身的精度决定。根据砂芯的长度及直径查询铸造手册5表3-75可知，垂直芯头的间隙为：s=0.5mm，=2.5°5 浇注系统的设计浇注系统是铸型中引导液态金属液流入型腔的通道的总称。成

48、功的浇注工艺由金属本身的性质、铸型的性质和浇注系统的结构等决定。因此，合理的浇注系统设计，应根据铸件的结构特点、技术条件、合金种类、浇注系统的结构类型、确定引入位置、计算各浇道截面尺寸等。 一般浇注系统由浇口杯、直浇道、直浇道窝、横浇道和内浇道几部分组成。对浇注系统满足的要求如下：1）控制金属液流动的速度和方向，使液态合金平稳地充满铸型。2）调节铸件上各部分的温度分布。3）浇注系统应具有除渣功能，阻挡夹杂物进入铸型型腔。4）有一定的补缩作用，一般是在内浇道凝固前补给部分液态收缩。5）保证液态金属以最短的距离、最合宜的时间充满铸型，并保证金属液面在型腔内有合适的上升速度，以获得轮廓完整清晰的铸件

49、。6）在保证铸件品质的前提下，浇注系统要有利于减少冒口体积。结构应简单紧凑，以利提高铸型面积的利用率，同时要方便工作操作和铸件的清理。5.1 浇注系统类型的选择 浇注系统按浇注系统各组元的截面积比例可分类为17： 1）封闭式浇注系统：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档渣能力较强，但充型液流的速度较快，冲刷力大，易产生喷溅。一般地说，消耗的金属液少且容易清理，适用于铸铁的湿型小件及干型中、大件。2）开放式浇注系统：阻流截面在直浇道上口。当各单元开放比例较大时，金属液不不能充满直、横、内浇道，呈非充满流动的状态。充型平稳，对型腔的冲刷力小，但档渣能力较差。一般地说，消耗的金属

50、液多，不利于清理，常用于非铁合金、球墨铸铁及铸钢等易氧化的金属铸件，在灰铸铁件上很少应用。3）半封闭式浇注系统：阻流截面在内浇道上，横浇道截面为最大。浇注中，浇注系统能充满，但较封闭式晚。具有一定的档渣能力，由于横浇道截面大，金属液在横浇道中流速较小。充型的平稳性及对型腔的冲刷力都优于封闭式，适用于各类灰铸铁件及球墨铸铁件。4）封闭开放式浇注系统：阻流截面设在直浇道下端，或在横浇道中，或在集渣包出口处，或在内浇道之前设置的阻流档渣装置处。阻流截面之前封闭，其后开放，故既有利于档渣，又使充型平稳，兼有封闭式和开放式的优点。适用于各类铸铁件，较多应用于中、小件上，尤其是在一箱多件时应用广泛。按内浇

51、道在铸件上的注入位置分类为：1）顶注式浇注系统：以浇注位置为基准，内浇道开设在铸件顶部。这种浇注系统的优点是容易充满，可减少薄壁件浇不到、冷隔等方面的缺陷，并有利于铸件自上而下的顺序凝固和冒口补缩；缺点是易造成冲砂缺陷，易产生砂眼、铁豆、气孔和氧化夹杂物缺陷。2）底注式浇注系统：内浇道设在铸件底部，这种浇注系统优点是内浇道基本上在淹没状态下工作，充型平稳，可避免金属液发生激溅、氧化及由此而形成的铸件缺陷，有利于阻渣；缺点是充型后金属的温度分布不利于金属液顺序凝固和冒口的补缩，内浇道附近容易过热，产生缩孔、缩松和结晶粗大等缺陷。3）中间注入式浇注系统：在铸件中部某一高度上开设内浇道，这种浇注系统

52、对内浇道以下的型腔部分为顶注式，对于内浇道以上型腔部分相当于底注式。它兼有顶注式和底注式的优缺点，特别适用高度不大的中等壁厚的铸件。4）阶梯式浇注系统：在铸件不同高度上开设多层内浇道，使金属液从底部开始，逐层的从不同高度内浇道引入型腔。这种浇注系统的优点是充型平稳，有利于阻渣、气上浮；缺点是结构复杂，制造和清理较麻烦。本次设计金属材料为铸钢件，有更大的设计灵活性，冶金制造最强的灵活性和可变性，提高整体结构强度，可以大范围的重量变化，不易引起夹杂，凝固体收缩率大，易产生缩孔和缩松。根据铸铁特性及支承刀架的结构特点，本次设计采用封闭式浇注系统，内浇道开设在铸件顶部的顶注式浇注系统。5.2 计算浇注

53、时间并校核上升速度1) 浇注时间t：合适的浇注时间与铸件的结构、铸型工艺条件、合金种类及选用的浇注系统类型等有关。对于重量小于20Kg的铸件，根据下式计算浇注时间，t = C (5-1)式中：GL浇注金属液的总重量；C系数，取C=1.1； 该铸件重量为15kg，铸件有冒口，本次设计铸件工艺出品率取70%，所以GL=G/0.7=22kg。代入公式（5-1）得t=5.2s。 2) 金属液在型内的上升速度：V= (5-2)式中：C铸件的高度； t浇注时间。 将数据代入式（5-2）得： V4.2mm/s本次设计的铸件材料为45号钢，且铸件为小型件，校核合格。5.3 计算阻流截面积并确定浇注系统各组元面

54、积根据相对密度d=G/V决定，V是铸件的轮廓体积，是铸件三个方向最大尺寸的乘积。本铸件G=22kg，V=42390mm3，d=5.19，根据钢液重量G和铸件相对密度d就可从表3-155查的F内。查得F内=4.5cm2， 本次设计采用封闭式浇注系统，常采用的浇注系统截面积比为： F内: 5.4 浇注系统各组元尺寸的确定5.4.1静压头的计算 对于顶注式浇注系统，示意图如6-6175页。图6-6 平均静压头HP可按公式（6-2）计算： （6-2）在本设计中，C=120mm,H0=150mm,P=0,代入上式计算得：HP=150mm。5.4.1 直浇道的设计直浇道是从浇口杯将金属液引入到横浇道、内浇

55、道或直接进入型腔，提供足够的压力头，使得金属液在重力作用下克服阻力，使其在规定时间内充满型腔。直浇道通常做成等截面的柱形、上大下小或上小下大的锥形。金属液也成充满式和非充满式两种。本次设计采用的直浇道形状如图5-1所示。图5-1 直浇道示意图Fig.5-1 Straight runner schematic根据A直=4.95cm²，查询铸造手册5表3-224可选择直浇道尺寸为：D=25mm，D1=33mm，L=100mm。实际证明，直浇道过低会导致充型及液体补缩不足，容易导致铸件棱角和轮廓不清晰、浇不到、上表面缩凹等缺陷的产生。为了保证金属液能充满铸件上距离直浇道最高最远的部分、获得轮廓清晰、结构完整的铸件，直浇道的高度应足够。一般直浇道的高度等于上箱高度，但应检验高度是否足够，所以可以利用直浇道的剩余压力角大于铸造工艺学中对剩余压力角的规定来进行校核，如下式：HmLtg (5-6)式中：Hm最小剩余压头；L自直浇道中心线到铸件最高、最远点的水平距离；保险压力角，根据铸造工艺学表中规定要求而定。 取直浇道与铸件的距离25mm，直浇道到铸件最高、最远的水平距离L=3