课程设计说明书（论文）课程名称：成型工艺及模具课程设计II设计题目：端盖零件铸造工艺设计院系：班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：1、设计任务1.1、设计零件的铸造工艺图1.2、设计绘制模板装配图1.3、设计并绘制所需芯盒装配图1.4、编写铸造工艺设计说明书2、生产条件和技术要求2.1、生产性质：大批量生产2.2、材料：HT2002.3、零件加工方法：零件上有多个孔，除中间的大孔需要铸造以外，其他孔在考虑加工余量后不宜铸造成型，采用机械方法加工，均不铸出。
造型方法：机器造型造芯方法：手工制芯2.4、主要技术要求：满足HT200的机械性能要求，去毛刺及锐边，未注明圆角为R3－R5，未注明的筋和壁厚为8，铸造拔模斜度不大于2度，铸造表面不允取有缺陷。
3、零件图及立体图结构分析3.1、零件图如下：图1.零件主视图图2.零件左视图3.2三维立体图如下：图3.三维图（1）图4.三维图（2）4、工艺设计过程4.1、铸造工艺设计方法及分析4.1.1铸件壁厚为了避免浇不到、冷隔等缺陷，铸件不应太薄。
铸件的最小允许壁厚与铸造的流动性密切相关。
在普通砂型铸造的条件下，铸件最小允许壁厚见表1。
表1. 铸件最小允许壁厚引【1，表1-3】查得灰铁铸件在100~200mm的轮廓尺寸下，最小允许壁厚为5~6mm。
由零件图可知，零件中不存在壁厚小于设计要求的结构，在设计过程中，也没有出现壁厚小于最小壁厚要求的情况。
4.1.2造型、制芯方法造型方法：该零件需批量生产，为中小型铸件，应创造条件采用技术先进的机器造型，暂选取水平分型顶杆范围可调节的造型机，型号为Z145A。
制芯方法：由生产条件决定，采用手工制芯。
4.1.3砂箱中铸件数目的确定当铸件的造型方法、浇注位置和分型面确定后，应当初步确定一箱中放几个铸件，作为进行浇冒口设计的依据。
一箱中的铸件数目，应该是在保证铸件质量的前提下越多越好。
本铸件在一砂箱中高约52mm，长约130mm，宽约100mm，重约2.75Kg。
这里选用一箱四件，根据本铸件分型面的确定，可以先确定下箱的尺寸。
根据铸件重量在<5kg时，查得模型的最小吃砂量a=20mm， h=30mm， c=40mm，d或e=30mm， f=30mm， g=200mm，其中各字母所代表的含义如图5所示。
先确定下箱的尺寸，再根据表格可以选择标准的砂箱。
选用Z145A顶杆式起模的震实式造型机，砂箱最大内尺寸为500mm X 400mm X 300mm。
根据本铸件的大概尺寸，在设计中采用一箱四件，因为浇注系统位于上箱，所以上砂箱的高度我们还要考虑到浇注系统才可以确定。
铸件在砂箱中的放置方式初步设计为图6所示方式。
图5. 最小吃砂量示意图图6. 铸件排布的初步设计4.2、铸造工艺参数的确定4.2.1铸件尺寸公差和重量公差在实际生产中，铸件的实际尺寸和重量与设计图纸所规定的尺寸和重量相比，总会有一些偏差，这种偏差愈小，铸件的精度也愈高。
但铸造过程中影响铸件精度的因素很多，如铸造收缩率等工艺参数的选择，分型面、浇冒口系统和砂芯的设计，造型和制芯的工艺操作以及工艺装备本身的精度等。
如果其中某个因素处理不当，就会降低铸件的精度。
也不应该不顾铸件的要求和具体生产条件，盲目提高对铸件的精度要求，否则会导致铸件成本的提高和使工艺复杂化，造成不必要的浪费。
二级精度灰铸铁铸件的尺寸偏差如表2所示，重量偏差如表3所示。
表2.二级精度灰铸铁件的尺寸偏差（JZ67-62） (毫米)表3. 灰铸铁件重量偏差4.2.2机械加工余量机械加工余量是指在铸件加工表面上留下的、准备用机械加工方法切去的金属层的厚度，目的是获得精确的尺寸和光洁的表面，以符合设计的要求。
铸件加工余量的大小，要根据铸件的合金种类，生产方法，尺寸大小和复杂程度，以及加工面的要求和所处的浇注位置等因素来确定。
二级精度灰铸铁件的机械加工余量如表4所示。
表4. 二级精度灰铸铁件机械加工余量（mm）查表得，铸件的加工余量为：底面——3.5mm，侧面——3mm，顶面——4mm，如图7所示。
图7. 铸件加工余量示意图4.2.3拔模斜度为了在造型和制芯时便于起模而不致损坏砂型和砂芯，应该在模样或芯盒的出模方向带有一定的斜度。
如果零件本身没有设计出相应的结构斜度时，就要在铸型工艺设计时给出拔模斜度。
拔模斜度的大小应根据模样的高度，模样的尺寸和表面光洁度以及造型方法来确定，见表5。
对于本设计中的零件，选取拔模斜度为1°30′。
表5 拔模斜度4.2.4铸孔起模斜度由表6可知，对于大批量生产的灰铁铸件来说，最小铸出孔的直径为12~15mm，在端盖零件上，最大的孔径为12mm，故该孔不铸出。
所以不需要考虑铸孔的拔模斜度。
表6. 铸件的最小铸出孔（毫米）4.2.5铸铁的铸造收缩率铸件在冷却和凝固过程中，体积一般都要收缩。
由于铸件的固态收缩(线收缩）使铸件各部分的尺寸小于模样原来的尺寸，为了使铸件冷却后的尺寸与铸件图示尺寸一致，则需要在模样或者芯盒上加上其收缩的尺寸。
增加的这部分尺寸为铸件的收缩量，一般用铸造收缩率表示：k=(L模样一L铸件)/L铸件×100%式中：L模样—模样尺寸；L铸件—铸件尺寸。
铸造收缩率主要和铸造合金的种类及成分有关，同时还取决于铸件在收缩时受到阻碍的大小等因素。
由表7可知，本设计中选用中小型灰铸铁件受阻收缩，其收缩率为0.9%。
表7. 铸件收缩率4.3、砂芯4.3.1砂芯尺寸根据铸件浇注位置、分型面以及内腔的形状，确定在此铸件中只需设计一个砂芯就可达到铸造工艺要求。
具体结构见图8。
图8. 砂芯结构与尺寸（1）芯头设计选择垂直芯头，并设置压环以及集砂槽。
（2）芯头尺寸（一般查表得到，不需计算）（a）垂直芯头的尺寸包括其长度，斜度以及芯头与芯座之间的间隙。
根据铸型种类为湿型，芯头直径小于34mm。
查《砂型铸造工艺设计》表4-4，垂直芯头与芯座之间的间隙S取0.5。
（若间隙过大，虽然下芯合型较方便，但是铸件尺寸精度较低，甚至合金液可能流入间隙中造成大量“披缝”，使铸件落砂、清理困难，或堵塞芯头的通气孔道，使铸件造成气孔等缺陷；若间隙过小，将使下芯、合型困难，易产生掉砂或塌陷等缺陷）（b）查表4-2，砂芯长度取52.5mm，在51~100mm之间，因此下芯头高度h选取25~30mm，这里取h为30mm。
由下芯头高度h，查得上芯为20mm。
头高度h1（3）压环与集砂槽为了快速下芯、合型及保证铸件质量，在芯头的模样上常常做出压环和集砂槽。
查表4-7，得出e=1.5mm， f=3mm， r=1.6mm，具体结构示意如图9。
图9. 压环与集砂槽尺寸4.3.2 芯骨对于小砂芯或砂芯的细薄部分，通常采用易弯曲成形、回弹性小的退火铁丝制作芯骨，可防止砂芯在烘干过程中变形或干裂。
由于本设计中砂芯没有细薄部分，所以芯骨的设计可以不考虑。
4.4、浇注系统浇注系统是砂型中引导液态合金流入型腔的通道。
生产中常常因浇注系统设计安排不合理，造成砂眼、夹砂、气孔、粘砂、缩孔、缩松、浇不足、变形、裂纹、偏析等缺陷。
浇注系统与获得优质铸件，提高生产效率和降低铸件成本的关系是密不可分的。
常用的浇注系统大多由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道等部分组成。
4.4.1分型面设计及浇注位置的选择浇注位置选择原则：1）.浇注位置应有利于所确定的凝固顺序，而且要有利于铸件的补缩以及冒口的安放2）.铸件的重要部分应尽量置于下部3）.重要加工面应朝下或呈直立状态4）.应使铸件的大平面朝下5）.应保证铸件能充满6）.应使合型位置、浇注位置和铸件冷却位置相一致分型面选择原则：1）.应使铸件全部或大部置于同一半型内2）.应尽量减少分型面的的数目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，尽量不使砂箱过高确定方案：方案一：如图10-1，将铸件大部分（重要部分）置于下部，且分型面为最大截面。
此方案容易保证浇注质量，能够实现顺序凝固，使其金相组织均匀，减少不必要的缺陷。
方案二：如图10-2，上下砂箱对称分布；但由于侧表面是非加工面，在分型面处会产生飞边，影响铸件表面精度。
综上，选择方案一。
图10-1 方案一图10-2 方案二4.4.2浇道的设计4.表8. 浇注系统截面浇注系统分为开放式，封闭式，半封闭式，封闭一开放式几种类型，由于铸件的材质为灰铁，要求浇注系统撇渣能力较强，铁水充型平稳，所以，选择半封闭式浇注系统， F横>F直>F内，F内为控流断面。
浇注开始时液态金属很快充满浇注系统，铸件成品率高，撇渣能力较强，浇注初期也有一定的撇渣能力。
4.4.2.2浇注系统断面尺寸的设计(1)水力学近似计算公式：计算浇注系统，主要是确定最小断面积(阻流断面)，然后按经验比例确定其他组元的断面积。
封闭式浇注系统的最小断面是内浇道，以伯努利方程为基础的水力学近似计算公式是：=G/(μ×t×0. 31 √Hp) ( cm2)F内—内浇道总断面积(cm2)；式中：F内G—流经内浇道的液态合金重量(Kg )；μ—流量总耗损系数；t—浇注时间(s)；Hp—平均静压力头(cm)。
(2)液态合金重量：灰铸铁的密度为7. 8kg/cm3，算出铸件的质量为2.2kg，加上浇注系统中金属液的损耗，铸件G=2.2kg X (1+25% ) =2.75kg。
(3)浇注时间t：G=2.75kg，铸件壁厚在8-15mm，系数S取2. 2 。
t=S G=3.648s 。
(4)流量系数μ：a =0. 5(铸型阻力小)按表修正：有四个内浇道，阻力加大，μ值取0. 05，得μ= 0. 5-0. 05=0. 45。
确定平均压头Hp：近似于顶端注入，p=0， c=52.5mm。
由Hp=H0-p2/2c=Ho，Ho>HM= Ltanα，其中，L=300mm，铸件壁厚在8 ~15mm，压力角α＝9°~10°，取10°，得H>55mm，由于下芯头尺寸较大，所以高度适当增加，取H0=130mm，H为上砂箱高度。
得Hp=HM= 130mm。
F内=2.75/(0. 45X 3.648X 0. 31 X √13) =0.5cm2。
设置四个内浇道，则每个内浇道截面积为0.5cm2。
查表得选择I型内浇道，取F内=0.5cm2。
则内浇道总截面积为1cm2。
截面尺寸：A=11mm， B=9mm，C=5mm。
由封闭式系统各组元的断面比为：F内： F横： F直=1： 2： 1. 2，则F横=2cm2，查表得选择甲-甲横浇道，取F横=1.92cm2。
截面尺寸：A=14mm，B=10.5mm，C=16.5mm。
F直= 2.4cm2，圆形截面，查表可得，直浇道下部最小直径为19mm。