球阀阀体设计说明书

PAGEPAGE1球阀阀体设计说明书一、零件铸造工艺要求和特点1.零件的生产条件、结构及技术要求零件名称：球阀阀体零件生产批量：成批生产零件材质：ZG230--450零件的外型示意图如图1所示，球阀的零件图如图2所示，球阀的外形轮廓尺寸为96mm80mm76mm，主要壁厚7mm，最小壁厚7mm，最大壁厚15mm，为一小型铸件；铸件除满足几何尺寸精度及材质方面的要求外，无其他特殊技术要求。图1球阀外形示意图图2球阀零件图2.零件铸造的工艺性对于零件的铸造工艺性审查、分析如下：零件的轮廓尺寸为96mm80mm76mm。砂型铸造条件下该轮廓尺寸的最小允许壁厚查《铸造工艺课程设计手册》表1-2得：最小允许壁厚为6mm。而设计零件的最小壁厚为7mm。符合要求。从零件的整体结果及尺寸看，该零件的壁厚相差并不是很大，而且在壁厚不一致处的过度属于平缓过度，能够满足铸造生产的要求，因此，该零件的结构满足铸造工艺性要求。二.零件铸造工艺方案1.造型、造芯方法的选择零件的轮廓尺寸为96mm80mm76mm，铸件尺寸较小，属于中小型零件且要成批生产。采用湿型粘土砂造型灵活性大，生产率高，生产周期短，便于组织流水生产，易于实现机械化和自动化，材料成本低，节省烘干设备、燃料、电力等，还可延长砂箱使用寿命。因此，采用湿型粘土砂机器造型，模样采用金属模。采用树脂砂手工制芯。2.浇注位置和分型面的确定（b）（c）图3零件分型面位置图根据该零件的结构特点可以选择如图3所示的三种分型位置。图3(a)(b)的铸件大部分置于下箱，有利于造型。但是砂芯放置比较麻烦，而且铸件的重要部分没有置于下部，大平面朝上放置容易产生气孔、非金属夹杂等缺陷。采用图3(c)所示分型位置，砂芯制作和放置都比较方便，有利于大批量生产。同时有利于实现顺序凝固。综合以上，采用图3(c)所示分型位置。浇注位置在分型面上。三．铸造工艺参数的确定1.铸件尺寸公差零件为砂型铸造机器造型大批量生产，由《铸造工艺课程设计手册》查表2-2得：铸件的尺寸公差为CT8～10级，取CT9级。零件的轮廓尺寸为96mm80mm76mm，由《铸造工艺课程设计手册》查表2-1得：铸件尺寸公差数值为2.2mm。2.铸件重量公差零件为砂型铸造机器造型大批量生产，铸件的重量公差与尺寸公差等级对应选取。则选MT9级。此零件估算重量为1.5kg，由《铸造工艺课程设计手册》查表2-4得：铸件重量公差值为14%。3.机械加工余量零件为砂型铸造机器造型大批量生产，由《铸造工艺课程设计手册》查表2-9得：铸件的加工余量H级。零件的轮廓尺寸为96mm80mm76mm，由《铸造工艺课程设计手册》查表2-8得：铸件加工余量数值为2.5～3.0mm，因采用机器造型，金属模板，芯盒，铸件尺寸精度高，故加工余量选值3.0mm。4.最小铸出孔和槽根据零件生产批量由《铸造工艺课程设计手册》查表2-16得：最小铸出孔直径尺寸为30～50mm。因此只需铸出直径较大的孔，其余孔无需铸出，机械加工较为经济方便。5.起模斜度设计采用金属模具，根据零件的结构及尺寸，采用“增加厚度法”设置拔模斜度，初步设计的起模斜度如下：上模外型模的高40mm的起模斜度由《铸造工艺课程设计手册》查表2-11得：粘土砂造型外表面起模斜度为а=1°10＇,a=0.8mm。高22mm的起模斜度为а=1°10＇,a=0.8mm。下模外型模的高40mm的起模斜度由《铸造工艺课程设计手册》查表2-11得：粘土砂造型外表面起模斜度为а=1°10＇,a=0.8mm。高22mm的起模斜度为а=1°10＇,a=0.8mm。所以起模斜度为а=1°10＇,a=0.8mm。6.铸造收缩率铸造收缩率又称铸件线收缩率，用模样与铸件的长度差除以模样长度的百分比表示：K=[（L1-L2）/L2]*100％K—铸造收缩率L1—模样长度L2—铸件长度零件受阻收缩率由《铸造工艺学》查表3-3-7得：自由收缩1.6～2.0%，受阻受挫1.3～1.7%。采用受阻收缩1.3～1.7%。取1.5%。7．其他工艺参数本课程设计所进行的铸钢球阀阀体铸造工艺设计，由于属于大批量生产，并且为中小型件。因此，经过工艺优化之后，无需进行如“分型负数”、“工艺补正量”、“反变形量”等工艺参数的设计。四．砂芯设计球阀阀体需一个整体砂芯，三个芯头，采用树脂砂手工制芯。1.芯头的设计芯头长度由《铸造工艺课程设计手册》查表3-4，3-5，3-6可得第一种芯头根据实际设计量取计算砂芯长度：L=43mm，D=42mm。查表得：l=30～35mm，s=0.5mm，а=7°，a=5mm。第二种芯头长度：L=35mm，D=16mm。查表得：l=20～25mm，s=0.5mm，а=7°，a=5mm。第三种芯头长度：L=33mm，D=26mm。查表得：l=25～40mm，s=0.3mm，а=7°，a=5mm。2.压环、防压环和集砂槽芯头结构压环、防压环和集砂槽尺寸由《砂型铸造工艺设计》查表3-7得：a=5mm，b=0.5mm。3．芯骨设计为了保证砂芯在制芯、搬运、配芯和浇注过程中不开裂、不变形、不被金属液冲击折断，生产中通常在砂芯中埋置芯骨，以提高其刚度和强度。因为砂芯尺寸较小，而且采用树脂砂，故砂芯强度较好，砂芯内不用放置芯骨。五.冒口的设计已知每个铸件重约为1.5kg,每箱2件,每箱两个冒口,一个冒口补缩一个铸件。冒口的计算用补缩液量法：设ZG230-450的体收缩率为0.03，钢液的密度为7.8g/cm³。法兰根部热节圆直径约为T=14mm。那么可以计算出该铸件从浇注到凝固以后所需要的钢液体积，把体积视为球形，求出其直径d0。把d0加上热节圆直径T，则可为冒口的最小直径。d0==2.23cm冒口的直径D=d0+T=22.3+14=36.3mm采用40mm冒口高度按经验公式关系求得H=（1.15～1.8）D，取H=1.5D=1.540=60mm。冒口全部放入上箱内，使直径18mm的大气压力砂芯，插入冒口深度为15mm。六．浇注系统的设计大批量生产小型铸钢件时,常采用机器造型,并用转包浇注。这些特点决定了浇注系统必须有较好的挡渣能力，因此采用半封闭式浇注系统——阻流浇口。铸件重量在本设计中铸件单重1.5kg，考虑一砂箱中浇注两个铸件，又因浇注系统中同样需要金属液，浇注系统中金属初步按铸件重量的20%估算，并且加上两个冒口的重量则浇注重量G0==1.2kg。G=1.5*（1+20%）+1.5+1.2=4.5kg。内浇道、横浇道、直浇道的设计内浇道的总断面积F内可按下式计算：式中：Q—浇入铸型内的钢液总质（重）量kg；K—浇注比速（kg/cm2·s）见表1；L—流动性修正系数，碳钢为1.0，高锰钢为0.8；t—浇注时间（s），；C—系数，见表1系数C、K均由铸件相对密度Kv=Q/V决定，V是铸件轮廓体积，是铸件三个方向最大尺寸的乘积。则Kv=4.5/963=0.00508kg/cm2。根据钢液总重量Q和铸件相对面积Kv查《铸造工程师手册》表6-99：F内=2.7cm2。浇注系统各组元截面积比例关系：F内：F横：F直=1：（0.8-0.9）：（1.1-1.2）。F内=2.7/2=1.35cm2；F横=F内*0.8=1.12cm2；F直=F内*1.2=1.68cm2。根据《铸造工程师手册》表6-100：内浇道和横浇道截面尺寸，内浇道横浇道直浇道内浇道：a=27mm，b=25mm，h=5.5mm；横浇道：a=13mm，b=9.5mm，h=12.5mm；直浇道:D=14.6mm。3.浇注时间 初步计算浇注时间由《砂型铸造工艺设计》P85页得：t=S=0.8≈1.7s计算钢液液面上升速度V上升=C/t=76/1.7≈44.7mm/s校核钢液上升速度，一般允许钢液的最小上升速度范围由《砂型铸造工艺设计》查表5-33得：上升速度V上升=25mm/s通过比对44.7mm/s的上升速度符合实际，不必调整经验系数。4．静压头的计算对于中间注入式浇注系统，平均静压头HP可按如下公式计算：在本设计中，C=96mm、P=48mm、H0=125mm，代入上式计算得：=124.875mm5.直浇道窝的设计浇口窝对于来自直浇道的金属有缓冲作用，能缩短直——横浇道拐弯处的紊流区，改善横浇道内的压力分布，并能浮出金属液中的气泡。浇口窝直径为直浇道下端直径两倍，因此D=214.6=29.2mm浇口窝高度为横浇道高度两倍，因此h=212.5=25mm6.浇口杯的设计浇口杯是用来承接来自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢出，便于浇注，并可以减轻金属液对型腔的冲击，还可分离渣滓和气泡，阻止其进入型腔。浇口杯选用普通漏斗形浇口杯，其断面形状如图4所示，由《铸造工艺课程设计手册》查表4-14得：D1=56mmD2=52mmh=40mm图4浇口杯截面示意图直浇道高度：H直=H0-h=125-40=85mm。直浇口棒查《铸造工艺课程设计手册》表4-18：D=15mm，D1=19mm，l=200mm。图5直浇口棒示意图7.砂箱尺寸及造型机选择球阀尺寸为96mm80mm76mm，单件质量约为1.5kg，因此铸件为小型简单件。如果一箱一件生产则工艺出品率会较低，如此生产成本较高。所以采用一箱两件生产。这样工艺出品率大幅提高，生产成本也大大降低。初步选取砂箱尺寸由《铸造工艺课程设计手册》查表6-63得：上箱为400300100mm下箱为400300125m。造型机选择由《砂型铸造工艺设计》查附表1-1得：选择型号为Z114型满足砂箱尺寸。铸件在砂箱中排列最好均匀对称，这样金属液作用于上砂型的抬芯力均匀，也有利于浇注系统安排，在结合已经确定分型面及浇注位置以及砂箱尺寸，基本确定铸件在砂箱内的排列如图6所示，由《砂型铸造工艺设计》查表12-3得：模样的吃砂量基本确定为：表2模型的最小吃砂量最小吃砂量砂箱尺寸abcd或efg203040303020≤400图6砂箱中铸件排列示意图六、模板模样设计绘制模板装配图包括：模底板、模样（包括浇冒口、出气孔模样）及模样的定位，紧固定装置，砂箱定位装置、模样在造型机上的紧固装置及起吊装置等。1.设计原则1）要求模板有足够的强度与刚度；2）有良好的耐磨性，较高的表面光洁度及尺寸精度；3）力求结构简单、合理、安装维修方便；2.模板模具设计7.2.1选择模板类型、结构由《砂型铸造工艺及工装设计》查表10-1得：选择装配式模板，结构为单面模板顶箱式。7.2.2设计模底板、材料、结构尺寸及定位销，销耳尺寸对模底板材料的要求是有足够的强度，有良好的耐磨性，抗震耐压，铸造和加工性。根据模样的结构及生产要求，选用HT150作为模底板的材料。①模底板平面尺寸的确定：模底板的平面尺寸根据所选用的造型机和已定的砂箱内尺寸确定。A0=A+2b=400+2×25=450mmB0=B+2b=300+2×25=350mm②模板高度：普通平面式模底板高度H，铸铁的一般控制在80～150mm，故选择H=100mm。③模底板壁厚和加强筋：根据模底板平均轮廓尺寸和穆底板所选用的材料，由《砂型铸造工艺及工装设计》查表10-2得：模底板壁厚δ=14mm，加强筋厚度为t=16mm，t1=12mm。加强筋高度H根据模底板高度、材料和使用要求决定，一般情况下取H≤50mm,取H=40mm。由《砂型铸造工艺及工装设计》查表10-3得：加强筋间距K=300mm，K1=250mm。图7模底板壁厚和加强筋厚度7.2.3设计金属模样结构及尺寸，包括铸件模样、浇口、冒口、出气口孔及芯头模样，凡形成铸件轮廓尺寸的均应放缩尺；芯头尺寸，压紧环，集砂槽以及浇冒口系统模样不放缩尺，只需按工艺图上给出的尺寸绘制。模样尺寸=铸件尺寸×（1+K）K为收缩率，取值1.5%铸件尺寸=零件尺寸+加工余量+拔模斜度7.2.4模样在底板上的装配，布置、定位、紧固①模样在模底板上的放置形式：平放式。②模样在模底板上的定位：采用定位销。尺寸由《砂型铸造工艺及工装设计》查表10-15得：t=6～10mm取t=6mm，H>6t，C=(2～6)d，R=(1.5～2)d，α≤45°，H≥δ，d=0.75t。于是有:d=0.75t=4.5mm,C=4d=24mm，R=2d=12mm。图8模样在模底板上的定位形式③模样在模底板上的紧固方式：采用六角螺栓固定。尺寸由《砂型铸造工艺及工装设计》查表10-17得：d=M14，d0=15mm，D=30mm，K=20mm，K1=25mm。图9模样在模底板上的紧固7.2.5模底板、砂箱定位装置模底板与砂箱之间用定位销和销套定位，包括定位销和导向销。①定位销中心距：C=A+2M=400+2×50=500mm，M由《铸造工艺课程设计手册》查表6-73得。定位销中心距偏差由《砂型铸造工艺及工装设计》查表10-13得±0.2mm。②定位销形状、尺寸：定位销和导向销材料选用45#钢。尺寸由《砂型铸造工艺及工装设计》查表10-5得：d=20mm，d1=18-0.035mm，d2=13mm，d3=M16，l1=18mm，l2=40mm，l3=20mm，K=12mm，l=100mm，L=160mm，h=3mm，d4=24mm，S=12mm，D=23mm。图10定位销形状尺寸图图11导向销形状尺寸图③导销套：图12导销套尺寸图④销耳尺寸：模底板上的定位销装在销耳上，销耳设置在沿中心线长度方向的两端.销耳的结构和尺寸由《砂型铸造工艺及工装设计》查表10-7得：d=18+0.035mm，h=20mm，e=40mm，A=60mm。图13销耳结构尺寸7.2.6模底板的搬运结构采用铸接式，其结构尺寸由《砂型铸造工艺及工装设计》查表10-8得：d=30mm，D=50mm，d1=60mm，L=90mm，l1=30mm，l=45mm。图14铸接吊轴结构尺寸图7.2.7模底板在造型机上的安装模底板常用螺栓固定在造型机工作台上，这时模底板上应设置紧固耳。紧固耳的位置要和造型机工作台台面上的T型槽相对应，不可任意设置。图15铸铁模底板紧固耳紧固耳尺寸由《砂型铸造工艺及工装设计》查表10-9得：h=20mm，h1=25mm，a=8mm，A=30mm，l=50mm，l1=70mm，b=15mm，b1=25mm，R=10mm，紧固耳数=4。7.2.8浇道在模底板上的装配①浇口在模底板上的装配：直浇口用销钉定位，无需紧固。直浇口定位销尺寸由《砂型铸造工艺及工装设计》查表10-19得：图16直浇口定位示意图②横浇道在模底板上的固定：用铆钉直接固定在模底板上。铆钉尺寸如图所示：图17铆钉示意图八、设计绘制芯盒装配图8.1芯盒材料的选择根据《砂型铸造工艺及工装设计》查表11-3，采用ZL104，自由线收缩率0.9～1.1%，取1.0%，标准：GB1173-74。8.2芯盒分盒面的设计分型面一和分型面二如图所示，分型面二不能保证对称两侧的砂芯质量相同，最终将会导致成型孔的质量不均匀。故采取分型面一。图18芯盒分型面方