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： F内=G/(μ×t×0. 31 √Hp) ( cm2) 式中：F内—内浇道总断面积(cm2)； 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)。
端盖零件铸造工艺设计
材料:HT200
主讲人：刘昊天 制作人：刘超 李天晓
2015.10.15
材料性能特点

抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好。 较高强度铸铁，基体为珠光体，强度、耐磨性、耐热性均较 好，减振性良好；铸造性能较好，需要进行人工时效处理。 应用举例
1.一般机械制造中较为重要的铸件，如：汽缸、齿轮、机座、金属切削 机床床身及床面等； 2.汽车、拖拉机的气缸体、气缸盖、活塞、刹车轮、联轴器盘以及汽油 机和柴油机的活塞环； 3.具有测量平面的检验共建，如:划线平板、V形铁、平尺、水平仪框架 等； 4.承受7.85MPa以下中等压力的液压缸、泵体、阀体以及要求有一定耐 腐蚀能力的泵壳、容器，如潜污泵的泵体，泵盖，叶轮等； 5.圆周速度>12～20m/s的带轮以及其他符合所列工作条件的零件； 6.需经表面淬火的零件。
3. 砂芯
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。具体结构见下图。
（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 （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。 （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，查得上芯头高度h1 为20mm。 （c）查表4-3，由h选取上、下芯头的a值分别为5mm， 2.5mm。

参考文献

[1] 联合编写组.《砂型铸造工艺及工装设计》.北京.



北京出版社, 1980 [2] 李希晨主编.《铸造工艺及铸件缺陷控制》.北京. 化学工业出版社, 2005 [3] 李宏英,赵成志主编.《铸造工艺设计》.北京.机械 工业出版社，2005 [4] 冯秋官主编.《工程制图》.北京. 机械出版社， 2006
各截面尺寸如图11所示。
A、内浇道截面积
B、横浇道截面积
(5)核算最小剩余压头HM HM=上砂箱的高度，直浇道中心到铸件最高 最远点距离L=150mm，若压力角α=10°， 我们只需要HM大于26.4mm即可，这样进行 浇铸，就能得到轮廓清晰的完整铸件。考虑 到浇注系统的高度，我们取上箱高度为 200mm，即砂箱的尺寸为500x400x200mm。
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。
1.3砂箱中铸件数目的确定
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。
4.2.3冒口的设计
常见的铸造缺陷如缩孔、缩松、裂纹等都与 铸件的凝固和收缩有关，在铸件的厚实部位 常设置冒口，并按顺序凝固原则使冒口最后 凝固。灰铸铁的结晶范围窄，更接近于层状 凝固。凝固时的膨胀和液态收缩趋于相互补 偿。故灰铸铁件补缩所需要的铁水的量少， 铸型刚度要求较低，一般灰铸铁件可不设置 冒口。
（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
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。
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：顶面—— 3.5mm，侧面——3mm，底面——4mm，如 图7所示。
图7. 铸件加工余量示意图
2.3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′。
4.2.4 出气孔
出气孔可排出型腔的气体或监视铸型中铁液 的充满程度。出气孔一般设置在铸件顶部， 采用暗出气孔。 圆形出气孔，其底部直径d一般等于该处铸件 的厚度的1/2～1/3，对中小件，常用的d取 8mm、10mm、12mm。该处取10mm合适。

4.2.5 冷铁
冷铁是控制铸件凝固顺序和加快冷却速度的 激冷物。冷铁可以调节铸件温度分布，改变 凝固顺序，防止铸件产生缩孔、缩松、变形 和冷裂，还可以提高激冷出的表面硬度和耐 磨性。 在该铸件的壁厚较厚处放置直接外冷铁即可 满足要求，外冷铁厚度 =（0.6～0.7）T，T 为铸件壁厚。
(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。
图5. 最小吃砂量示意图
图6. 铸件排布的初步设计
2.铸造工艺参数的确定
2.1铸件尺寸公差
表2.二级精度灰铸铁件的尺寸偏差（JZ67-62） (毫米)
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。
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 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。
4.1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。
图10-1 方案一
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。





一、零件图及立体图结构分析
零件图如下：
零件图如下：
图1.零件主视图
图2.零件左视图
二、维立体图如下：
三、工艺设计过程
1.铸造工艺设计方法及分析
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5 拔模斜度
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）
2.5铸铁的铸造收缩率



k=(L模样一L铸件)/L铸件 X 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
图10-2 方案二
综上，选择方案一。
4.2浇道的设计
4.2.1浇注系统截面的选择：如表8所示。
表8. 浇注系统截面
浇注系统分为开放式，封闭式，半封闭式， 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。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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H0>55mm，由于下芯头尺 寸较大，所以高度适当增加，取H0=130mm，H0为 上砂箱高度。得Hp=HM= 130mm。F内=2.75/(0. 45 X 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。查表得，浇口杯尺寸：D1=56mm， D2=52mm，h=40mm。