蝴蝶阀铸造工艺设计说明书.docx

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1、铸造工艺课程设计说明书设计题目 蝴蝶阀铸造工艺设计学院年级一专业学生姓名学号指导教师3浇注位置与分型面3.1浇注位置确定浇注位置是指浇注金属液时铸件在铸型中所处的位置，浇注位置是根据 铸件的结构特点、尺寸、重量、技术要求、铸造合金特性、铸造方法和铸造 生产车间的条件决定。正确的浇注位置应该能保证获得健全的铸件，病史造 型、制芯和清理方便。选择浇注位置主要考虑以下几个方面：(1)铸件的重要加工面、主要工作面和受力面应尽量放在底部或侧面;(2)有利于铸件凝固顺序和补缩；(3)有利于砂芯的固定、定位及气体的排出；(4)注意大平面水平浇注；(5)有利于铸件的充型对于阀体与阀盖，整体结构比较简单，浇注位

2、置有以下几种，如图3-1 所示：(B)(A)图3-1阀体浇注位置如图3-1所示A、B为阀体的浇注位置，可以看出A、B均满足大平面 水平放置，精度有保证，砂芯制作简单，但是A方案的砂芯固定麻烦，B方 案砂芯的放置更方便。综上所述，采用B方案方浇注位置。3.2分型面的确定分型面时砂型组元之间相互接触的表面。砂型分型面一般在确定浇注位 置后确定。砂型分型面确定是否合理，对于能否简化铸造工艺、提高生产效 率、降低成本、提高铸件质量等有直接关系。通常分型面与浇注位置应尽量 一致，以避免合型后翻转。分型面的选择原则可参考如下：(1)便于起模，故分型面应选择在铸件最大截面处。(手工造型时，局 部阻碍起模的凸

3、起可做活块)。(2)应尽量减少分型面和活块数量(中小件)。(3)应尽量使铸件的重要加工面或大部分加工面和加工基准面位于同 一砂型中。(4)尽量采用平直分型面，以简化操作及模型制造。(5)尽量减少型芯和便于下芯，合型及检验位置。对于阀盖，综合以上原则。分型面选择分别如图3-2所示。L方案1方案2图3-2位置方案方案1是将阀体水平放置(中心孔垂直放置)，采用两箱造型，外模结 构简单，直接将整个铸件放置上砂箱造型，砂芯采用垂直放置，同时方便了 铸件的起模。这种方案，即将铸件的重要面放置在下砂箱，为保证阀体上部 重要工作部位铸件质量需要通过设置顶部冒口对阀体进行补缩。方案2是将阀体竖立放置，采用两箱造

4、型，砂芯水平放置，不好取出。分型面选择中间对称平面，其缺点是砂箱定位要求高，不能有错位。综合分析，阀体的浇注位置选择方案1。4工艺参数4.1 机械加工余量根据资料(15) ISO8062铸件尺寸公差与机械加工余量规定，机械 加工余量应适用于整个毛坯铸件，且该值应根据最终机械加工成品后铸件的 最大轮廓尺寸和相应的尺寸范围选取。铸件的某一部位在铸态下的最大尺寸 应不超过成品尺寸要求的加工余量及铸造总公差之和，有斜度时斜度另外考 虑。要求的机械加工余量等级等级共有10级,称之为A、B、C、D、E、F、 G、H、J和K级共10个等级。根据GB/T6414-1999要求，灰铸铁手工造型 砂型浇铸应选公差

5、等级为EG级。处于浇注位置“底部”和“侧面”的选 用“高”的等级，本次设计对于底面采用E级,侧面选择F级；处于浇注位置“顶部”的选用“低”的等级，本次设计对于顶面和铸孔选择G级；引用GB/T6414-1999要求的各等级加工余量数值如下表4-1：表4-1加工余量数值最大尺寸要求的机械加工余量等级-DEFGH40 63-0.30.40.50.7163-100-0.50.711.42100160-0.81.11.52.23根据铸件的尺寸公差等级、要求的机械加工余量级铸件的最大轮廓尺寸确定加工余量的数值。铸件需要加工的表面如下图4-1：图4.1机械需要加工的表面单侧加工铸件单侧加工编号为2、3、5、

6、6、7、8：单侧加工面尺寸计算公式为：3 = RMA+CT/2（4-1）式中：S加工余量（mm）RMA一要求的铸件加工余量（mm）CT一铸件尺寸公差（mm）双侧加工面：1、5：双侧加工面尺寸计算公式为： = RMA+CT/4（4-2）内测加工面铸件有四个铸造孔，内部加工的加工余量公式为： = RMA+CT/4（4-3）铸造尺寸公差是指铸件公称尺寸的两个允许极限尺寸之差。在两个允许极限尺寸之内，铸件可以满足加工、装配和使用要求。根据零件技术要求，铸件公差等级应满足GB/T6414-1999的规定。铸件 尺寸公差等级分为16级，表示为CT1CT16。如表4-2。铸件需满足CT12 级要求，具体公差

7、数值见表4-3：表4-2大批量生产的毛坯铸件的公差等级GB/T6414-1999铸造方法铸造材料铸钢灰铸铁球墨铸铁砂型手工造型111411141114砂型机造型器812812812表4-3铸件尺寸公差数值铸件基本尺寸（mm）铸件尺寸公差数值78910111213125 400.91.31.82.63.65.07940 631.01.42.02.84.05.68163 1001.11.62.23.24.46911001601.21.82.53.65.07101综上所述，将各个表面加工余量计算出来。根据零件图，考虑以上机械加工余量后，将后续加工结构去掉，即可得到铸件图。4.2 起模斜度当铸件本身没

8、有足够的结构斜度时，应在铸件设计或铸造工艺时给出铸 件的起模斜度，以保证铸件的起模。起模斜度可以采取增加铸件壁厚、增减 铸件壁厚、减少铸件壁厚的方式来形成。在铸件上添加起模斜度时，原则上 不得超出铸件的壁厚公差要求。图6.1需要加起模斜度的面本次设计采用金属模样造型腔，根据铸造手册表2-11,金属模样的 起模斜度与测量面高度有关，不同高度的测量面应具有的起模斜度如下表4- 4 和 4-5：表4-4金属模样起模斜度树脂砂造型时金属模样外表面的起模斜度测量面高度 W1010 4040-100100-160h/mm起模斜度(mm) 。.4。.81.01.2根据表中的数据选择不同的面的起模斜度，各面起

9、模斜度如下表6.2：表4-5各面起模斜度面编号123起模斜度(mm)1.。8。8。.4铸造收缩率为了获得尺寸精度较高的铸件，必须选取符合实际的适宜的铸件收缩率 根据该零件的结构，金属液在凝固之后的冷却过程中的收缩介于“自由收缩” 与“阻碍收缩”之间，因此按照材料铸造手册中“铸造收缩率”的设计 依据(表4-6)选择该铸件的铸造收缩率为1%。铸件的种类表4-6灰铸铁件的铸造收缩率 收缩率灰铸铁中小型铸件 大中型铸件 特大型铸件阻碍收缩0.81.00.70.90.60.8自由收缩0.91.10.81.00.70.95砂芯的设计砂芯用来形成铸件的内腔、各种成型孔及外形不易起模的部分。砂芯要满足的基本要

10、求是：砂芯的形状、尺寸和在砂芯中的位置应与铸 件的要求向适应，有足够的强度和刚度，在浇注后铸件凝固过程中砂芯所生 产的气体能及时排查型外，铸件收缩时砂芯不给予大的阻力，已于清砂。砂芯设计的主要内容：确定砂芯的形状和个数、下芯顺序、芯头结构、 核算芯头大小等。本铸件采用树脂砂造芯。5.1 砂芯的形状砂芯的设置应满足一下几个基本原则：（1）尽量减少砂芯的数量；（2）复杂的砂芯分块设计；（3）选择合适的砂芯形状，便于填砂、舂砂、安放芯骨和采取排气措 施；（4）砂芯的分盒面应尽量与型砂的分型面一致；（5）便于下芯和合型；（6）被分开的砂芯每段要有良好的固定条件；如图5-1砂芯。图5-1砂芯5.2 芯头

11、的结构尺寸砂芯主要靠芯头固定在砂型中。对于垂直芯头，必须要有足够的尺寸， 以保证其轴线垂直、牢固地固定在砂型上。对于水平砂芯，必须要有足够的 芯头长度，以承受砂芯的重力和金属液的浮力。芯头与芯座之间有适宜的间 隙，以使砂芯与砂型技能保证装配，又能确保铸件的尺寸精度。对于垂直芯头，各型的型面间隙及芯头斜度设置参照资料铸造工艺 学，数值列入下表。对于垂直芯头间隙，机器造型通常间隙为。.51mm,这里选择0.5mm。图5.4垂直芯头示意图表5.4垂直芯头的斜度(mm)芯头图152025303540上芯头234567下芯头11.522.533.5表5.5垂直芯头的高度h和hlL当D或(A+B)/2为下

12、列数值时的高度hW3031 6061、10020 2520 2551100253025 3025,30由h查hl下芯头高度h152025303540上芯头高度hl151515202025由上表可知，垂直芯头的参数设置，列入下表。表5.6垂直芯头的参数设置芯头标号34下芯头高度3515下芯头斜度32上芯头高度15上芯头斜度1芯头间隙0.50.5目录1前言11.1 本设计的目的、意义11.1.1 本设计的目的11.1.2 本设计的意义11.2 零件特点技术要求与分析21.2.1 零件结构特点21.3 铸件生产分析22设计方案52.1 铸件的最小壁厚52.2 铸件的临界壁厚52.3 铸造工艺与零件结

13、构的要求63浇注位置与分型面73.1 浇注位置确定73.2 分型面的确定84工艺参数104.1 机械加工余量104.2 起模斜度124.3 铸造收缩率135砂芯的设计145.1 砂芯的形状145.2 芯头的结构尺寸156浇注系统设计176.1 浇注方式176.2 浇注系统结构186.3 浇注系统参数计算197铸造工艺装备227.1 模样227.2 砂箱类型的选择237.3 砂箱结构237.4 芯盒246浇注系统设计浇注系统是砂型中引导金属液进入型腔的通道。合理的浇注系统是成功 的浇注工艺的前提。浇注系统根据其内浇口的设置位置，又可以分为顶注式 浇注系统、底注式浇注系统、中间注入式浇注系统和阶梯

14、式浇注系统。浇 注系统的引入位置影响到浇注系统结构类型的确定，同时对液态金属充型方 式、铸型温度分布铸件质量影响很大。合理的浇注系统设计，应根据铸件的 结构特点、技术条件，选择浇注系统的结构类型、确定引入位置、计算断面 尺寸等。浇注系统的设计应遵循以下原则：(1)引导金属液平稳、连续地充满型腔，避免由于湍流过度强烈而造 成夹卷空气、产生金属氧化物夹杂和冲刷分流塞。(2)充型过程中流动的方向和速度可以控制，保证对钢轨截面的冲刷 均匀、砂型轮廓清晰、完整。(3)在合适的时间内充满型腔，避免形成夹砂、冷隔、皱皮等缺陷。(4)调节铸型内的温度分布，有利于强化铸件补缩、防止铸件变形、 裂纹等缺陷。(5)

15、具有挡渣、溢渣能力，净化金属液。(6)浇注系统结构应简单、可靠，减少金属液消耗。6.1 浇注方式浇注系统的引入位置影响到浇注系统结构类型的确定，同时对液态金属 充型方式、铸型温度分布铸件质量影响很大。浇注系统根据其内浇口的设置 位置，可分为顶注式浇注系统、底注式浇注系统、中间注入式浇注系统和阶 梯式浇注系统。对于中小铸件多采用将内浇口开设在铸型的分型面处，可以采 用顶注式、底注式和中间注入式的浇注系统，对于大型铸件可以采用阶梯式浇 注系统。顶注式浇注系统的充型能力强，有利于冒口的补缩，但对铸型底部的 冲击较大，金属液在充型过程中容易二次氧化；底注式浇注系统充型过程平 稳，金属液不容易氧化，缺点

16、是不利于顶部冒口的补缩，金属液的充型能力 相对较差；中间注入式浇铸系统同时具有顶注式浇注系统和底注式浇注系统 的优点和缺点；阶梯式浇注系统具有充型能力强、充型平稳、金属液不易氧 化、补缩能力强的优点，但其缺点是结构复杂，消耗的金属液量多。根据本 题目铸造工艺方案的设计，采用中间注入式浇注系统。根据资料铸造工艺 学对于铸铁湿型小件采用封闭式浇注系统，浇注系统各组元的截面比例如 下：2A 内：2A 横：2A 直同时，由于铸件尺寸较小，所以对阀体皆采用一箱四件。6.2 浇注系统结构将内浇道开设在下砂箱内，由于封闭式浇注系统具有很强的挡渣能力，所以不进行过滤网的设置。根据铸件的结构和尺寸等因素，将浇注

17、系统结构 设计成如图6-1所示。图6-1阀体浇注系统与砂芯示意图6.3 浇注系统参数计算铸件质量：阀体为1.938kgo 阻流截面计算：用奥赞公式（6-1）求得铸件浇注系统最小截面积:(6-1)式中Agmin一最小截面积（CHI?）；G流过浇注系统最小横截面积的铸铁金属液总质量（kg）t 一浇注时间（S）4 一流量因子，量纲为1;Hp平均静压头（cm）。各个参数的确定方法如下：属液总质量G：根据铸件质量和生产类型，一个砂箱内共布置4铸件贝!J ：阀体中 G=1.938X42x 4 = 8kg浇注时间t:t = VG + VG = 4.83s（6-2）浇注速度：8kg + 4.83s = 1.6

18、5kg/s流量因数p：根据铸型种类和阻力大小，u取0.5；均静压头Hp：cp = -（6-3）2CHn = H.（6-4）p 8其中：Ho-阻流截面以上液态金属的静压头C铸件高度铸件高度100mm、65.5mm,且处于分型面注入，浇口杯高度取40mm,其平均静压头高度Hp分别为67.5mm=6.75cm将上述数值带入得：9min - 0.31x0.5x1.65x6.75=12.04(6-5)该浇注系统采用4个内浇道对称布置，此浇注系统为封闭式浇注系统。取2 Agmin=12.04cm2,可采用4个内浇道，2个横浇道，各组元截面积之比 2A内:2A横：2A直=1:1.1:1.5,所以可得到横浇道

19、面积为13.222cm2, 直浇道面积为18.03cm2o单个内浇道面积为3.01cm2。查表得阀体的内浇道、横浇道和直浇道的尺寸如下表6-1表6-1阀体浇道尺寸阀体浇道截面积cm2abc内浇道3.01171315横浇道6.611151310直浇道18.0319图721阀体内浇道截面尺寸图阀体横浇道截面尺寸图阀体直浇道截面尺寸7铸造工艺装备7.1 模样模样用来形成铸型的型腔、芯头座等结构，直接影响铸件的形状、尺寸 精度和表面粗糙度。所以必须重视对模样的设计，对模样要求应具有足够 的强度、刚度、尺寸精度和表面粗糙度，同时模样应满足制造简单、使用 方便、成本低廉等要求。模样的材质有多种。木模样适用

20、于单件、小批量或成批生产的模样，特 点是重量轻、易加工，但强度低、尺寸精度低；铸铁模样适用于大中型且大 量生产的模样，其特点是加工后强度及硬度高、耐用且价廉；塑料模样适 用于成批及大量生产铸件，特别适合于形状复杂难以加工的模样，特点是 重量轻、制造工艺简单，但较脆且不能受热。本铸件属于用机器造型的方 法进行小件大批量生产，所以本铸件选择木模制作模样，如图7-1所示。A-ALL*图7-2芯盒结构8结论经过为期两周的课程设计，终于完成蝴蝶阀铸造工艺设计的制作。蝴蝶阀铸造工艺方案采用两箱机器造型，下一个砂芯，一箱四件生产。 砂芯和砂型均采用树脂砂制作。采用中间注入式浇注系统。该浇注系统采用4个内浇道

21、对称布置，此浇 注系统为封闭式浇注系统。取2Agmin= 12.02cnr2,可采用三个内浇道，一个 横浇道，各组元截面积之比2A内：A横：SA Croe6.0.等软件进行铸造工艺的设计与改善。1.1.2 本设计的意义本设计对蝴蝶阀采用树脂砂湿型铸造，是因为铸件质量、尺寸较小并且 铸造材质选择灰铸铁200o用Croe6.0创建模型，通过对铸件结构、形状和 尺寸的详细分析设计了铸造生产时的“浇注位置”、“分型面”，设计了砂芯 的形状和数量等铸造工艺方案内容以及铸造生产所涉及到的“加工余量”、“拔模斜度”、“铸造收缩率”等工艺参数。1.2 零件特点技术要求与分析零件结构特点阀体最大宽度64mm,最

22、大长度122mm,最大高度100mm,体积为269162.2mm3,质量为 1.938kg；零件技术要求如下：灰铸铁符合标准GB/T1348-2009,必须保证机械性能；凡有加工符号的表面留有加工余量；铸件不得有砂眼、气孔、裂纹等缺陷；未注铸造圆角为R10-R15；铸造公差等级为ISO8602, CT12级；去毛刺，锐边锐角倒钝。1.3 铸件生产分析工艺设计零件阀体净重分别为1.94kg ,零件尺寸分别为 64mmxl22mmx 100mm,属于小型铸件。本次铸件工艺设计采用树脂砂型铸造。型砂和芯砂均采用树脂砂砂制作, 另外，由于采用大批量生产，设计使用造型机器造型并采用震实造型机进行 紧实，

23、手工制芯。树脂砂在造型过程中具有以下优点：(1)使用树脂砂造型过程工艺比较简单，有利于实现机械化和自动化造 型；(2)型芯是硬化后取出，变形小，尺寸精度高，表面粗糙度低，提高了 铸件的尺寸精确度，可以减少加工余量；(3)型、芯砂可以在芯盒中在正常环境下逐渐硬化成型，可以极大地节 约材料和人工成本，改善工人的作业环境；(4)型、芯砂在正常工作中还具有良好的流动性，只需要给与非常小的 紧实力，就可以在造型中进行较好地填充型腔、芯腔各个部位，操作方便、 高效，可以有效地减少工人的工作量；(5)树脂砂还具有良好的溃散性，铸件冲型完后，可以方便落砂、便与 清理；(6)相对于传统的湿型砂等，可以改善车间工

24、作环境，极大减少车间的 粉尘，有利于工人的健康，并且可以明显提高车间的单位面积产；树脂砂混制工艺：1、原材料要求：原砂一般采用硅砂，粒度40/150； SiCh含量90；含泥 量0.20.3；含水量0.10.2；微粉量0.51；耗酸值5；灼减度0.5； PH 值 。2、混砂工艺：一般新砂占10%,再生砂占90%；树脂加入量根据新砂 和再生砂的质量来确定，一般为砂重的0.6-1.5%,新砂可加到2.0%左右， 加入硅烷可以减少树脂用量；固化剂加入量一般为树脂量的3070%,用连续 式混砂机先将砂子和固化剂混匀，然后加入树脂混匀，混砂时间一般为12 分钟，混匀后立即出砂使用。3、加料顺序：先将砂子

25、，再加固化剂充分混均匀，再加入树脂充分混 均匀，再出砂。树脂砂需要控制的性能主要是可使用时间和脱模时间。4、脱模时间的控制：一般为10-40分钟，脱模过早会产生粘模甚至坏 型、芯或塌箱；脱模过晚则脱模困难甚至会损坏型、芯或模型。5、固化速度控制：一般为10-40分钟，固化速度过慢，适当增加固化 剂的加入量(一般不宜超过70%)或更换固化速度更快的固化剂；固化速度 过快，适当减少固化剂的加入量(一般不宜低于30%)或更换固化速度更慢 的固化剂。6、车间环境条件控制：树脂自硬砂的硬化速度和硬化后的强度受工作环境的影响较大，最适宜的环境条件是2025,相对湿度为5070%,在冬 季，车间温度也应该保

26、持10以上。砂芯制作采用热芯盒法生产砂芯，以保证制作出的砂芯确保其精度符合 标准。热芯盒法制芯，将液态固性树脂粘结剂和催化剂制混合在一起而制作 成芯砂，将混合制作成的的芯砂加热于芯盒之中，采用热芯盒制芯当砂芯表 层出现硬化成壳时就可以自芯盒取出，内部砂芯可以通过余热自行硬化。使用热芯盒法制芯的一些原材料配比如下表所示：表树脂砂的配比配比(质量比)树脂固化剂占树重型号用量 类别(%)附加物氧化水 铁粉抗拉强度/MPa混砂时间/min干混湿混100吠喃I型2.5氯化镂尿素水溶液0.250.15-0.302.8122设计方案合理的金属零件铸造结构可以消除许多铸造缺陷。零件的结构及主要尺 寸如图2.1

27、所示。零件整体结构对称，结构较为简单，壁厚均匀，最大孔径为 35mm。122图2.1铸件结构图铸件的最小壁厚从保证金属液充型能力来看，在设计铸件壁厚时，要考虑金属液的流动 性和铸件的轮廓尺寸。在一定的铸造条件下，铸造合金夜充满铸型的最小厚 度称为该铸件的最小壁厚。为了避免铸件产生浇不到和冷隔等缺陷，应使铸 件的设计壁厚不小于最小壁厚。2.1 铸件的临界壁厚确定铸件壁厚时，必须考虑铸造合金的力学性能对铸件壁厚的敏感性。 各种铸件合金都存在一个临界壁厚，超过铸件临界壁厚的铸件中心部分晶粒 粗大，常出现缩孔，缩松等缺陷，导致力学性能下降。当铸件壁厚超过其临 界壁厚时，铸件强度并不是按比例低随铸件壁厚的增加而增加，而是显著降 低。砂型铸造的各种合金铸件的临界壁厚可按铸件最小壁厚3倍来考虑。铸 件阀体与阀盖壁厚满足设计要求。2.2 铸造工艺与零件结构的要求铸件的结构不仅应有利于保证铸件的质量，而且应考虑到模样制造、造 型、制芯和清理等操作的方便，以利简化制造工艺过程，稳定产品质量，提 高生产率和降低成本。该零件外部结构简单，并且总体对称，因此铸件的分 型面容易选取，起模也方便；而内部结构也比较简单，所以砂芯的制作也不 是很困难。