文字说明与设计步骤 | 参考资料 |
一、设计任务及分析： 1105柴油机进气管净重3公斤，才质HT15-33，生产性质是大批量生产。 柴油机进气管是为柴油燃烧提供空气通道，即它一端与气缸的配气室相连（通过配气阀来控制进气量）。这就要求：一、进气管内壁要光滑，减少进气阻力；二、气管不得有粘砂等物，否则，就会造成气缸磨损、甚至使配气阀失控等严重事故；三、进气管不得有裂纹、夹渣、气孔、夹砂等缺陷，因进气管上承滤清器的重量，加之柴油机振动较大，仍造成进气管损坏而停机。 二、铸造工艺方案的确定与论证： 1、造型造芯方法的选择： 由于零件是大批量生产，故采用生产率高、质量比较稳定的机器造型、造芯来进行生产。造型机选用Z145A，制芯机选用Z236A。 2、铸型、型芯种类的确定： 铸型种类选用湿型。优点是成本低、生产率高、劳动条件较好，适用于中小件。砂芯选用合脂砂，用以保证零件要求及管内壁光滑，成本也较低。 3、铸件凝固原则、浇注位置和分型面的选取： 铸件的材质是HT15-33，零件的壁厚差又较小，因此按同时凝固原则设计。 此零件有两个法兰端面需要加工，为保证加工质量，应将加工面置于浇注位置底面，但因两法兰面不在同一平面而是互成直角，这样两加工面都放在底面是不可能的。若一面放在底面，一 文字说明及设计步骤 | 砂型铸造工艺、工装设计 P6表1-2 参考资料 |
面置于侧面，对铸件质量虽好，却使制芯工作量加大，成本增大，权衡利弊将两加工面均置于侧面，这样既保证让质量又降低了成本。 分型面的选择如工艺图所示，此分型面起模方便，简化操作（没有活块），砂芯的数量最少，分型面与浇注位置一致。 4、砂箱中铸件数量的确定： 小件在流水线上生产。一般采用通用砂箱，此采用500×400×150通用砂箱。查得铸件距砂箱壁最小尺寸为20mm，铸件间最小尺寸为30mm，此件的最大外轮廓尺寸为210×100mm，故一箱内只能安放4个铸件，即长度方向210×2＋30＝450、宽度方向100×2＋30＝230。 5、主要工艺参数的选择： 1)铸造收缩率： 由表查得此件的收缩率应为0.9%，考虑此件采用湿型及合脂砂芯，收缩阻力较小，加之零件较小，取收缩率为1%。 2)铸件精度等级、尺寸、重量及偏差： 查表得铸件尺寸精度是5-6级，选6级精度，按此精度查得铸件尺寸极限偏差值为1.5mm,合格铸件允许重量偏差为5%。 3)机械加工余量： 以铸件的精度等级及公称尺寸查得机械加工余量顶面、侧面为5mm、底面为3.5mm，由于模具精度较高及冷加工希望减少加工余量（零件精度要求不高），取为3.5mm。 4)拔模斜度： 此件可查得拔模斜度为0°45′~2°之间，去0°45′~1.5°,均取增厚型的。 6、砂芯设计： 1)砂芯数量及其分割面的确定： 由于一箱四体件，管子（φ56—φ46）砂芯可采用抛担砂芯， 文字说明及设计步骤 | JB2854-80 砂型铸造工艺、工装设计 表3-24 蒸压砖设备参考资料 |
可以减少芯头长度和防止漂芯（不用芯撑）。 关于外皮型芯的设计有三种方案（因为若先下外皮芯，将使管芯下不去，若先下管芯，将使外皮芯下不下去。）： a、是在外皮芯后的一定空隙，芯子下完后填砂，这样放率太低； b、是将外皮芯沿90×74法兰水平分芯，这样使下芯顺利。但由于分芯必然造成一道飞边，很难清理（砂轮有些地方磨不到）； c、是将外皮芯分成2块（1#及3#）。优点是外皮芯是一整芯，没有飞边，缺点是增加了一个3#制作智能卡砂芯，为保证逐渐质量选用此方案。 3#芯长40mm多，高100mm，厚20mm，为便于制造，将此芯分成8小块，每块宽度50mm。 2）芯头形状、尺寸、斜度、间隙及防压环、压环、集砂槽设计： 2#芯系水平砂芯，可得φ46砂芯头长度应是25-40mm，φ56砂芯头长度应是30-45mm，由于砂箱长度方向尺寸较紧，故将φ46芯头长取20mm，φ56芯头长取30mm，为制芯方便芯头斜度取5°。 验算φ46芯头承压面积 砂芯重量G（粗计）3.14×0.562/4×1.2×1.6≈0.48(kg) 砂芯浮力P（粗计）3.14×0.562/4×1.2×7＝2.1(kg) 实际芯头面积Sk＝1.5（P-G）/2×0.6≈2(cm2) 1#芯是悬臂芯，查得芯头长度应为50mm，但此芯是二件合用，中间有一段与铸型接触，为加大吃砂量悬臂芯取悬臂的一段，即60mm 3#芯是垂直砂芯，起填砂作用，故芯头长取20mm，砂芯间隙为0.75mm。 3）芯骨填料： 1#芯采用φ10圆钢，2#芯采用8#铁丝。 7、浇注系统的选取和计算： 1） 浇注系统的类型、形式及在铸件上的开设部位： 文字说明及设计步骤 | 砂型铸造工艺、工装设计程控电压衰减器 P64表4-5 砂型铸造工艺、工装设计P65 铸铁手册P773 砂型铸造工艺、工装设计P65 参考资料 |
此件是小件，为了造型简便，采用与分型面一致的中间注入式。 由于零件较小，一箱四体，浇口开设位置只有两处，一处是加强筋处，一是法兰处，为了不使内浇口局部过大，采用两处分散开设。 2） 浇注时间和浇道中阻流截面的计算： a、 一个零件浇注金属总重计算： 由于本件加工量较少，参考文献中表7，取 3.067／毛重＝0.90 毛重≈3.4(kg) 浇注系统估算，按教材取25% 浇注金属总重为：3.4×1.25%＝4.26(kg) b、 单件浇注时间： 按公式： t＝S√G S＝1.85 G＝4.26(kg) t＝3.8(秒) 取t为4秒 c、 液面平均上升速度验算： v＝c/t＝120/4＝30(毫米/秒) 查表允许上升速度为20~30毫米/秒，故上升速度符合要求。 d、 直浇道高度的验算： 按HM＝L×tgα 查得 α＝120° L≈224mm HM＝47.62(mm),铸件一半高60mm 直浇口最小高度： 60+47.62＝107.62 (mm) 砂箱高度取150mm，150＞107.62，故能满足要求。 e、 平均压头计算: HP＝HO-c/8 ＝150-120/8=135mm=13.5cm 用水力学公式计算最小阻流端面： 文字说明与设计步骤 | 机床制造中的铸造 P17 铸造工艺学P120 砂型铸件工艺工装设计 P85 同上P86 表5-7 同上P86及P87 砂型铸造工艺工装设计 参考资料 |
F内=0.13√Hp u取0.42 =4.26/0.42×4×0.31×√13.5 =2.2(cm2) f、 用表格法查F内 按无锡柴油机厂资料为：F阻=1.9 北京第一机床厂资料：F内=2-3 查手册F内=1.5 对上述结果分析比较后： 取F内2 cm2 3） 浇道各基元的截面和尺寸的确定： 浇道各基元的截面比例取： F内:F横:F直=1:1.06:1.17,则浇口截面积比(cm2)F内:F横:F直=2:2.12:2.22 以上是一件的比例，一箱四件，若按此比例倍增，将会造成直、横浇口过大。根据生产单位经验按增加50%计。 即一个横浇道浇2个件：2.15×1.5＝3.18(cm2) 一个直浇道浇4个件：2.22×2.5＝5.55(cm2) 经系列化后直浇道取φ28(6.15cm)，横浇道为 （3.04 cm2） 内浇口开2个，一个开筋处，一个开法兰处，按照开设处的情况，最后确定内浇口尺寸为： 文字说明与设计步骤 | 砂型铸造工艺工装设计 P94表5-10及P98表5-13 铸铁手册P815表4-47 砂型铸造工艺工装设计P86 参考资料 |
（0.42 cm2） （1.53 cm2） 8、冒口及工艺出品率核算： 零件壁厚较均匀，不需设计冒口，为便利型腔排气，设计四个φ5、长度为50mm的出气孔。 工艺出品率=铸件重/铸件重+浇冒口重=0.8 三、型、芯砂和涂料的种类、配方以及有关工艺的说明： 砂型采用煤粉单一砂，配方如下： 新砂 11.5% 旧砂 85% 膨润土 1% 煤粉 2.5% 水 4.5% （强度0.5~0.7kg/cm2） 芯砂采用合脂砂，配方如下： 新砂 98% 膨润土 1% 糊精 1% 合脂 3.8% 水 2% （平拉强度12~16kg/cm2） 砂芯涂料采用烘干涂料，即工业酒精加鳞片石墨粉，烘干的砂芯涂以一层快干涂料，涂完点火即可（3#芯不刷）。 型芯烘干工艺： 加热温度210 ℃ 保温时间1.5小时。 四、工艺装配设计要点说明： 1、模样所用材料及其主要轮廓尺寸的计算： 模样材料选ZL102 模样的尺寸＝铸件尺寸×（1+0.1）。 2、模样壁厚及加强筋的确定： 查表此件模样壁厚应为8mm，考虑模样较小，故壁厚减至7mm。 加强筋选取6mm。 3、模底板材料、结构及其造型机的配合： 为了更换模板方便，选用快换模板，模板通过2个φ12孔用 销钉与模板框连成一体，模板框通过螺钉与工作合连接在一起。 不锈钢表面钝化 由于砂箱箱口主要与模板框接触，故模板材料选用了容易加 文字说明与设计步骤 | 砂型铸造工艺工装设计P237 表9-3 同上P239 表9-4 表9-6 参考资料 |
工的铝合金ZL104。 4、模样与底板的装配： 通过两对φ8定位圆销，将模样与底板定位，定位基准是以定位销和定位销与导向销中心连线为纵横定位基准。 模样与底板的装配是采用上固定法。 5、芯盒的材料、结构及其内腔尺寸的计算： ①1#芯盒的设计： 1#芯最大，约4，形状比较简单，采用机器制芯（Z236A制芯机），Z236A制芯机的工作台尺寸为500×800，一盒制造4块砂芯。 芯盒材料选用ZL102。 芯盒内腔尺寸＝（零件尺寸工艺尺寸）× （1+零件材料收缩率） 芯盒壁厚确定为12mm。 芯盒加强筋厚度取与壁厚等值。筋的数量应为4×4条，考虑装配方便改成3×4条。 芯盒边缘及耐磨片型式选用型，边缘宽度取30mm。 ② 2#芯盒的设计： 2#芯较小，采用手工芯盒。2#芯是一不等截面，弯管加工非常困难，故采用了制造比较方便的内贴附塑料层芯盒。由于芯盒制造困难，可以只做半个芯盒，烘干后将两半砂芯粘合使用。但粘合、磨平都需特别胎具方可，且此件要求内壁光滑，故此芯采用两半芯盒整做。 2#芯盒定住选用可拆式定位销。手柄选Ⅱ型手柄。 为提高工作效率，为2#芯的通气道设计了专用的通气板，为 使上下两半芯型贴合严密，设计了专用密封板和专用的烘干板。 为提高铸件质量和工作效率，若有条件（车间具备射芯机，使用树脂砂）也可设计热芯盒。 文字说明及设计步骤 | 砂型铸造工艺工装设P297表11-3 同上P298 表11-4 同上P298 表11-4 同上P299 表11-5及表11-6 砂型铸造工艺工装设计P305表11-10及表11-11 同上P313 图11-8 P314图11-20 P316图11-23 铸铁手册 参考资料 |
2#芯热芯盒如图所示： ③3#芯盒的设计： 3#芯较小，也采用手工芯盒。设计过程与汽车安全带卡扣2#芯盒同，信和形状见3#芯盒总装图。 6、砂箱内框尺寸、结构特点及定位紧锁方法 砂箱的内框尺寸是根据造型机工作太尺寸而选定的，即500×400×150,材料选用QT42-10，砂壁结构选用Ⅰ型1种。 下箱要翻箱，故设计了吊轴，并与箱耳整铸；上箱则把吊轴与箱耳分别开来。 为合箱方便采用了座销，为防止销孔磨损选用了销套。 砂箱的紧固采用楔型箱卡。 5.建设项目环境影响评价文件的重新报批和重新审核砂箱上铸字以分类管理。 五、合金熔炼方法、成分、配料、出炉温度： 此铸件的化学成分可查得：C3.2-3.8 Si2.0-2.4 Mn0.5-0.8 P＜0.3 S＜0.15 （1）基础资料、数据的真实性；采用2.5T冲天炉熔化铁水，其配料单如下： （2）安全验收评价。（批料以200kg计） （三）环境标准和环境影响评价技术导则生铁 92kg 回炉铁 80kg 废钢28kg 硅铁（核酸检测方法45%）1.94kg 锰锌0.65kg 层焦25kg 石灰石7.5kg 要求铁水出炉温度高于1420℃ 六、铸件浇注、热处理的要求及工艺说明： 2）按发布权限分。环境标准按发布权限可分为国家环境标准、地方环境标准和行业环境标准。浇注温度1370-1350℃。 铸件在铸工输送环上冷却时间不得少于8-12分钟。 对于不同的评价单元，可根据评价的需要和单元特征选择不同的评价方法。热处理规范：装炉温度150℃，加热温度50-70℃/小时，退 文字说明及设计步骤 | 四、环境影响的经济损益分析P127表5-126 安全评价的原理可归纳为四个基本原理，即相关性原理、类推原理、惯性原理和量变到质变原理。 砂型铸造工艺工装设计P1074~1101 1.环境总经济价值的构成 （三）环境价值的定义 砂型铸造工艺工装设计P328表12-5 P330表12-6 同上P342、P343及P356有关表格 同上P350 表12-25 铸造合金熔炼P26表1-11 铸铁手册 参考资料 |
火温度500-550℃，保温时间1.5小时，冷却速度30-40℃/小时，出炉温度150℃。 七、可能出现的铸造缺陷及其预防措施： 此铸件可能产生的铸造缺陷，有夹渣、气孔等，原因是浇注系统撇渣能力不够理想。因此浇注时尽量避免渣子进入浇注系统。砂芯全是油砂，发气量较大，但在工艺、工装设计时考虑了型腔排气及砂芯排气通道，气孔发生机会较少。 | 同上 |
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