封闭开关外体铸造毕业设计说明书.doc

摘要本设计通过封闭开关外体零件图可知零件的技术要求、材料组成、结构特点、生产条件、生产批量以及性能要求。对零件结构的铸造工艺性进行分析，找出可能存在的结构问题并提出改进措施或预防缺陷的措施，选择铸造和造型方法，提出多种浇注和分型方案，综合对比分析，选择最为理想的浇注位置及分型面。选用适宜的工艺参数，设计铸件的补缩系统、浇注系统并绘制出铸造工艺图。根据铸造工艺设计模板和砂箱等铸造工艺装备，绘制出铸造工艺图和合箱图。关键词：铸造工艺设计 浇注系统 零件结构AbstractThe design of the outer body parts through the closed switch figure shows part of the technical requirements, material composition, structural characteristics, production conditions, production volume and performance requirements. Casting process on the part of the structure analysis to identify possible structural problems and propose improvements or defect prevention measures, casting and modeling selection method proposed various casting and parting program comprehensive comparative analysis to select the most ideal pouring position and parting. Selection of appropriate process parameters and design of castings feeding system, injection system and draw the casting process diagram. According to the casting process design templates and sand box and other casting process equipment, casting process diagram drawn Hop box plots.Keywords: casting process design; gating system; structural components。目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1中国古代铸造技术发展11.2中国铸造技术发展现状11.3发达国家铸造技术发展现状11.4我国铸造未来发展趋势21.5 ZL1022第2章 铸造工艺方案的确定42.1封闭开关外体的生产条件、结构及技术要求42.2封闭开关外体结构的铸造工艺性62.3造型造芯方法的选择72.4浇注位置的确定82.5分型面的确定92.6砂箱中铸件数量及排列方式确定10第3章 铸造工艺参数及砂芯设计123.1工艺设计参数确定123.1.1铸件尺寸公差123.1.2机械加工余量123.1.3铸造收缩率123.1.4起模斜度133.1.5最小铸出孔和槽133.1.6铸件重量公差143.1.7工艺补正量143.1.8分型负数143.1.9反变形量143.1.10非加工壁厚负余量143.2砂芯设计153.2.1芯头的设计153.2.2砂芯的定位结构153.2.3压环、防压环和集砂槽芯头结构163.2.4芯骨设计163.2.5砂芯的排气163.2.6砂芯负数17第4章 浇注系统及冒口、冷铁、出气孔等设计184.1浇注系统的设计184.1.1选择浇注系统类型184.1.2确定内浇道在铸件上的位置、数目、金属引入方向184.1.3决定直浇道的位置和高度194.1.4计算直浇道截面积204.1.5确定浇口比214.1.6计算横浇道截面积214.1.7计算内浇道截面积224.1.8直浇道窝的设计234.1.9浇口杯的设计234.2冒口的设计244.2.1 热节的分析244.2.2冒口的计算254.3冷铁的设计264.4出气孔的设计264.5计算工艺出品率27第5章 铸造工艺装备设计285.1模样的设计285.1.1模样材料的选用285.1.2金属模样尺寸的确定285.1.3壁厚与加强筋的设计295.1.4金属模样的生产方法295.2模板的设计295.2.1模底板材料的选用295.2.2模底板尺寸确定295.2.3模底板与砂箱的定位305.3芯盒的设计305.3.1芯盒的类型和材质305.3.2芯盒的结构设计30第6章 总 结31参考文献32致 谢33第1章 绪论1.1中国古代铸造技术发展中华文明大致经历了石器时代、铜器时代和铁器时代三个历史阶段，这三种材质的工具和技术的创造发明，随着人类的繁衍，不断推动人类文明向高级阶段发展，金属的应用使人类文明产生了根本性的飞跃，而铸造技术的运用和金属的发展紧密联系在一起。对古代很多务农的人来说，铸造技术是一门手艺。据历史考证，我国铸造技术开始于夏朝初期，迄今已有5000多年。到了晚商和西周初期，青铜的铸造技术得到了蓬勃发展，形成了灿烂的青铜文化，遗留到今天的有一批铸造工艺水平较高的铸造产品。中国古代的铸造方法有：石型即用石头或石膏制作铸型；泥型古称“陶范”；金属型古称“铁范”；失蜡型有出蜡法、走蜡法、脱蜡法或刻蜡法；砂型这种方法是伴随泥型一起产生的。中国古代铸造中的精品有：沧州铁狮，司母戊方鼎，四羊方尊，曾侯乙尊盘，永乐大铜钟，大型铜编钟，铜车马仪仗队等。1.2中国铸造技术发展现状尽管近年来我国铸造行业取得迅速的发展,但仍然存在许多问题。第一,专业化程度不高,生产规模小 。我国每年每厂的平均生产量是815t,远远低于美国的4606t和日本的4878t。第二,技术含量及附加值低。我国高精度、高性能铸件比例比日本低约20个百分点。第三,产学研结合不够紧密、铸造技术基础薄弱。第四,管理水平不高,有些企业尽管引进了国外的先进的设备和技术,但却无法生产出高质量铸件,究其原因就是管理水平较低。第五,材料损耗及能耗高污染严重。中国铸铁件能耗比美国、日本高70%120%。第六,研发投入低、企业技术自主创新体系尚未形成。1.3发达国家铸造技术发展现状发达国家总体上铸造技术先进、产品质量好、生产效率高、环境污染少、原辅材料已形成商品化系列化供应，如在欧洲已建立跨国服务系统。生产普遍实现机械化、自动化、智能化（计算机控制、机器人操作）。在大批量中小铸件的生产中，大多采用微机控制的高密度静压、射压或气冲造型机械化、自动化高效流水线湿型砂造型工艺。 砂处理采用高效连续混砂机、人工智能型砂在线控制专家系统, 制芯工艺普遍采用树脂砂热、温芯盒法和冷芯盒法。熔模铸造普遍用硅溶胶和硅酸乙酯做粘结剂的制壳工艺。铸造生产全过程主动、从严执行技术标准，铸件废品率仅2%-5%；标准更新快（标龄4-5年）；普遍进行ISO9000、ISO14000等认证。 重视开发使用互联网技术，纷纷建立自己的主页、站点。铸造业的电子商务、远程设计与制造、虚拟铸造工厂等飞速发展。1.4我国铸造未来发展趋势自中国加入WTO以来,我国铸造行业面临机遇与挑战。其未来发展将集中在以下几方面。第一,鼓励企业重组发展专业化生产,包括铸件大型化和轻量化生产。第二,加大科技投入切实推动自主创新,实现铸件的精确化生产和数字化铸造。第三,培养专业人才加强职工技术培训。第四,大力降低能耗抓好环境保护,实现清洁化铸造。1.5 ZL102材料名称：ZAlSi12 合金代号： ZL102 标准：GB/T 1173-1995特性及适用范围：不可热处理强化，该合金的铸造性能优良,无热裂及疏松倾向，气密性较高。其密度小，耐蚀性好，可在受大气.海水腐蚀的环境中使用，可承受工业气氛的环境中浓硝酸.过氧化氢等的腐蚀作用；焊接性能也好。但该合金的力学性能低，耐热性和切削加工性差。化学成份：硅Si：10.0-13.0铝Al：余量铁(砂型铸造)：0.0000.700铁(金属型铸造)：0.0001.000铜Cu：0.30(杂质)锰Mn：0.5(杂质)镁Mg：00.10（杂质）锌Zn：0.1(杂质)钛Ti：0.20(杂质)注：杂质总和:(砂型铸造)2.0;(金属型铸造)2.2力学性能：抗拉强度b (MPa)：145伸长率5 ()：4硬度(HB)：50(5/250/30)铸造方法：砂型铸造加变质处理、金属型铸造加变质处理、熔模铸造。铸造特性：有填充狭槽窄缝部分的良好流动性；有适应其他许多金属所要求的低熔点；导热性好，熔融铝的热量能快速向铸模传递，铸造周期较短；熔体中的氢气和其他有害气体可通过处理得到有效的控制；铝合金铸造时，没有热脆开裂和撕裂的倾向；化学稳定性好，有较高的抗蚀性能；不易产生表面缺陷，铸件表面有良好的光泽和低的表面粗糙度，而且易于进行表面处理；铸造铝合金的加工性能好，可用压模、硬（永久）模、生砂和干砂模、熔模、石膏型铸造模进行铸造生产，也可用真空铸造；铝硅合金熔液的流动性好，但容易产生缩孔。该合金的热脆性小，焊接性、耐蚀性好。主要用于薄壁大型铸件和形状复杂的铸件。第2章 铸造工艺方案的确定2.1封闭开关外体的生产条件、结构及技术要求产品生产性质大批量生产零件材质ZL102零件的外型示意图如图2-1所示，封闭开关外体的零件图如图2-2所示，封闭开关外体的外形轮廓尺寸为260mm*104mm*85.5mm，主要壁厚4mm，最大壁厚8mm，为一中小型铸件；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。根据ProE实体图的测量得铸件的体积V= 311795mm3ZL102密度由铸造实用手册查表1.1-90得：q=2.7 g/cm3 铸件质量为m=q*V=0.84kg图2-1 封闭开关外体外型示意图图2-2 封闭开关外体零件图2.2封闭开关外体结构的铸造工艺性零件结构的铸造工艺性是指零件的结构应符合铸造生产的要求，易于保证铸件品质，简化铸件工艺过程和降低成本。审查、分析应考虑如下几个方面：铸件应有合适的壁厚，为了避免浇不到、冷隔等缺陷，铸件不应太薄。铸件结构不应造成严重的收缩阻碍，注意薄壁过渡和圆角，铸件薄厚壁的相接拐弯等厚度的壁与壁的各种交接，都应采取逐渐过渡和转变的形式，并应使用较大的圆角相连接，避免因应力集中导致裂纹缺陷。铸件内壁应薄于外壁 铸件的内壁和肋等，散热条件较差，应薄于外壁，以使内、外壁能均匀地冷却，减轻内应力和防止裂纹。壁厚力求均匀，减少肥厚部分，防止形成热节。 利于补缩和实现顺序凝固。防止铸件翘曲变形。避免浇注位置上有水平的大平面结构。对于封闭开关外体的铸造工艺性审查、分析如下：封闭开关外体的轮廓尺寸为260mm*104mm*85.5mm。砂型铸造条件下该轮廓尺寸允许的最小壁厚查由下表得：最小允许壁厚为4mm。而设计封闭开关外体的最小壁厚为4mm。符合要求。表1-1砂型铸件最小壁厚铸件外形尺寸铸件材质铸钢灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁铝合金镁合金铜合金200×2008665335200×200500×50010126101284368500×500152015206封闭开关外体设计壁厚较为均匀，两壁相连初采用了加强肋，可以有效构成热节，不易产生热裂。2.3造型造芯方法的选择封闭开关外体的轮廓尺寸为260mm*104mm*85.5mm，铸件尺寸较小，属于小型零件且要大批量生产。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。湿型砂的配比如下表所示：表2-1 湿型粘土砂的配比配比（质量比）性能旧砂新砂红砂黏土膨润剂氟化物其他（H2O）(%)透气性湿压强度/kPa粒度（筛号）加入量808570/140152050.56.57.510020050在造芯用料及方法选择中，如用粘土砂制作砂芯原料成本较低，但是烘干后容易产生裂纹，容易变形。在大批量生产的条件下，由于需要提高造芯效率，且常要求砂芯具有高的尺寸精度，此工艺所需的砂芯采用热芯盒法生产砂芯，以增加其强度及保证铸件质量。选择使用射芯工艺生产砂芯。采用热芯盒制芯工艺热芯盒法制芯，是用液态固性树脂粘结剂和催化剂制成的一种芯砂，填入加热到一定的芯盒内，贴近芯盒表面的砂芯受热，其粘结剂在很短的时间内硬化。而且只要砂芯表层有数毫米的硬壳即可自芯取出，中心部分的砂芯利用余热可自行硬化。热芯盒砂的配比如下表所示：表2-2 热芯盒砂的配比配比（质量比）抗拉强度/MPa混砂时间/min原砂树脂固化剂附加物型号用量类别占树脂重（%）氧化铁粉水干混湿混100呋喃型2.5氯化铵尿素水溶液50.250.150.302.8122.4浇注位置的确定铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置。确定浇注位置是铸造工艺设计中重要的环节，关系到铸件的内在质量，铸件的尺寸精度及造型工艺过程的难易程度。确定浇注位置应注意以下原则：1.铸件的重要部分应尽量置于下部2.重要加工面应朝下或直立状态3.使铸件的大平面朝下，避免夹砂结疤内缺陷4.应保证铸件能充满5.应有利于铸件的补缩6.避免用吊砂，吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯，合箱及检验初步对封闭开关外体对浇注位置的确定有：方案一如图2.3、方案二图2.4图2-3 浇注位置确定方案一图2-4 浇注位置确定方案二对于方案一如图2-3进行综合分析如下：此方案在浇注时要进行平做立浇，为了保证浇注位置须将铸型翻转90º，劳动量大。对于方案二如图2-4进行综合分析如下：铸件的重要部分全部置于侧面，这样置于侧面的重要部分可以得到上部金属的静压力作用下凝固并得到补缩，组织致密。综合比较，方案二更加科学可行。2.5分型面的确定分型面是指两半铸型相互接触的表面。分型面的优劣在很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率。选择分型面时应注意一下原则：1.应使铸件全部或大部分置于同一半型内2.应尽量减少分型面的数目3.分型面应尽量选用平面4.便于下芯、合箱和检测5.不使砂箱过高6.受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度7.注意减轻铸件清理和机械加工量初步对封闭开关外体进行分型有：方案一如图2-5、方案二图2-6图2-5 分型面确定方案一图2-6 分型面确定方案二对方案一如图2-5进行综合分析如下：铸件有两条中心线，分型要做成阶梯分型，增加了工作量和工作难度；对方案二如图2-6进行综合分析如下：1.分型面位于同一个平面，造型简单方便；2.三个圆柱体位于上方，便于设置明冒口进行补缩。综合比较，方案二更加科学可行。2.6砂箱中铸件数量及排列方式确定当铸件的造型方法、浇注位置和分型面确定以后，应当初步确定一箱中放几个铸件，作为进行浇冒口设计等的依据。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。确定这个数目应注意以下情况：在大批量生产的条件下，在同一条流水线上，砂箱的种类不宜太多，一般都是一种到两种，这时就根据所设计铸件尺寸的大小考虑浇注系统的位置和必要的吃砂量，大致确定选用哪种砂箱和一箱中铸件的数目即可。但要考虑到机器造型流水线生产的特点，如一箱中砂芯的数量不宜太多，以免影响各工序间的平衡。封闭开关外体轮廓尺寸为260mm*104mm*85.5mm，质量约为0.84kg，此铸件为中小型简单件，且为大批量生产。所以采用一箱四件生产。初步选取砂箱尺寸为：上箱为750*600*200mm下箱为750*600*200mm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2-6所示图2-6 砂箱中铸件排列示意图第3章 铸造工艺参数及砂芯设计3.1工艺设计参数确定铸造工艺设计参数通常是指铸型工艺设计时需要确定的某些数据，这些工艺数据一般都与模样及芯盒尺寸有关，及与铸件的精度有密切关系，同时也与造型、制芯、下芯及合箱的工艺过程有关。这些工艺数据主要是指加工余量、起模斜度、铸造收缩率、最小铸出孔、型芯头尺寸、铸造圆角等。工艺参数选取的准确、合适，才能保证铸件尺寸精确，使造型、制芯、下芯及合箱方便，提高生产率，降低成本。3.1.1铸件尺寸公差铸件尺寸公差是指铸件公称尺寸的两个允许的极限尺寸之差。在两个允许极限尺寸之内，铸件可满足机械加工，装配，和使用要求。封闭开关外体为砂型铸造机器造型大批量生产，由铸造工艺设计查表1-10得：封闭开关外体的尺寸公差取CT10级。封闭开关外体的轮廓尺寸为260mm*104mm*85.5mm，由铸造工艺设计查表1-9得：封闭开关外体尺寸公差数值为4.4mm。3.1.2机械加工余量机械加工余量是铸件为了保证其加工面尺寸和零件精度，应有加工余量，即在铸件工艺设计时预先增加的，而后在机械加工时又被切去的金属层厚度。封闭开关外体为砂型铸造机器造型大批量生产，由铸造工艺设计查表1-13得：封闭开关外体的加工余量为G级。封闭开关外体的轮廓尺寸为260mm*104mm*85.5mm，由铸造工艺设计查表1-12得：封闭开关外体的加工余量为3.5mm但在分型面及浇注系统设置中，将重要加工面放置在侧面，这样使其容易产生气孔、非金属夹杂物等缺陷，所以将采取适当加大加工余量的方法使其在加工后不出现缺陷。将侧面的加工余量调整为4.5mm。3.1.3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：=（L1-L2）/L1*100铸造收缩率L1模样长度L2铸件长度封闭开关外体受阻收缩率由铸造工艺设计查表1-14得：受阻收缩率为0.81.0自由收缩率为1.01.2为计算方便，受阻收缩率和自由收缩率都取1.0%。3.1.4起模斜度为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免损坏砂型或砂芯。这个斜度，称为起模斜度。起模斜度应在铸件上没有结构斜度的，垂直于分型面的表面上应用。初步设计的起模斜度如下：选用同一起模斜度为=5°起模斜度的形式选用增加铸件尺寸的方法，（如图3-1所示）。图3-1 外型模起模斜度示意图3.1.5最小铸出孔和槽零件上的孔、槽、台阶等，究竟是铸出来好还是靠机械加工出来好，这应该从品质及经济角度等方面考虑。一般来说，较大的孔、槽等应该铸出来，以便节约金属和加工工时，同时还可以避免铸件局部过厚所造成热节，提高铸件质量。较小的孔、槽或则铸件壁很厚则不易铸出孔，直接依靠加工反而方便。根据封闭开关外体的轮廓尺寸260mm*104mm*85.5mm由铸造工艺设计查表1-5得：最小铸出孔约为15mm。封闭开关外体的孔14、7、10、5.3、1.5显然不应该铸出，机械加工较为经济方便。3.1.6铸件重量公差铸件重量公差是以占铸件公称重量的百分比表示的铸件重量变动的允许范围。封闭开关外体的公称重量约为0.84kg，尺寸公差为CT10 级。由铸造工艺设计查表1-57得：封闭开关外体的重量公差为MT7级。封闭开关外体的重量公差数值为12%。3.1.7工艺补正量在单件小批量生产中，由于选用的缩尺与铸件的实际收缩率不符，或由于铸件产生了变形等原因，使得加工后的铸件某些部分的壁厚小于图样要求尺寸，严重时会因强度太弱而报废。因此工艺需要在铸件相应的非加工壁厚上增加层厚度称为工艺补正量。但封闭开关外体在大批量生产前的小批量试产过程中将进行调整，所以设计中不考虑工艺补正量。3.1.8分型负数干砂型、表面烘干型以及尺寸较大的湿砂型，分型面由于烘烤，修整等原因一般都不很平整，上下型接触面很不严。为了防止浇注时炮火，合箱前需要在分型面之间垫以石棉绳、泥条等，这样在分型面处明显增加了铸件的尺寸。为了保证铸件尺寸精确，在拟定工艺时为抵掉铸件增加的尺寸而在模样上减去相应的尺寸称为分型负数。而封闭开关外体是湿型且是小型铸件故不予考虑分型负数。3.1.9反变形量铸造较大的平板类、床身类等铸件时，由于冷却速度的不均匀性，铸件冷却后常出现变形。为了解决挠曲变形问题，在制造模样时，按铸件可能产生变形的相反方向做出反变形模样，使其于变形量抵消，这样在模样上做出的预变形量称为反变形量。而封闭开关外体没有较大平板故基本不会产生挠曲变形，所以不用设置反变形量。3.1.10非加工壁厚负余量在手工粘土砂造型、制芯过程中，为了取出木模，要进行敲模，木模受潮时将发生膨胀，这些情况均会使型腔尺寸扩大，从而造成非加工壁厚的增加，使铸件尺寸和重量超过公差要求。为了保证铸件尺寸的准确性，凡形成非加工壁厚的木模或芯盒内的肋板厚度尺寸应该减少，即小于图样尺寸。为减少的厚度尺寸称为非加工壁厚的负余量。封闭开关外体砂芯属于机器造芯，造型属于机器造型。故不用设置非加工壁厚负余量。3.2砂芯设计砂芯的功用是形成铸件的内腔、孔和铸件外型不能出砂的部分。砂型局部要求特殊性能的部分有时也用砂芯。3.2.1芯头的设计砂芯主要靠芯头固定在砂型上。对于垂直芯头为了保证其轴线垂直、牢固地固定在砂型上，必须有足够的芯头尺寸。根据实际设计量取计算砂芯高度：L=260mm砂芯直径：D=36mm形状：圆柱形出于考虑分型面的选取等因素综合芯头选用垂直芯头。芯头长度初步选取由铸造工艺设计查表1-31得：芯头长度l=3545mm 取l=40mm芯头间隙初步选取由铸造工艺设计查表1-31得：S1=0.5mm,S2=1.0,S3=1.53.2.2砂芯的定位结构砂芯要求定位准确，不允许沿芯头轴向移动或绕芯头轴线转动。对于形状不对称的砂芯，为了定位准确，需要做出定位芯头。定位芯头结构如图3-2图3-2 定位芯头结构图3.2.3压环、防压环和集砂槽芯头结构在湿型大批量生产中，为了加速下芯、合芯及保证铸件质量，在芯头的模样上常常做出压环、防压环和集砂槽。压环、防压环和集砂槽尺寸由铸造工艺设计查表1-38得：a=5mm b=0.5mm c=15mm r=1.5mm3.2.4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。3.2.5砂芯的排气砂芯在浇注过程中，其粘结剂及砂芯中的有机物要燃烧（氧化反应）放出气体，砂芯中的残余水分受热蒸发放出气体，如果这些气体排不出型外，则要引起铸件产生气孔。封闭开关外体的砂芯由于直径较大，因此需用排气装置，由铸造工艺设计表1-44得埋钢管直接做出排气孔，既能提高效率，又能使排气装置准确，深度适宜。封闭开关外体砂芯的外型如图3-1所示。图3-1 砂芯外型示意图3.2.6砂芯负数大型粘土砂芯在春砂过程中砂芯向四周涨开，刷涂料以及在烘干过程中发生的变形，使砂芯四周尺寸增大。为了保证铸件尺寸准确，将芯盒的长、宽尺寸减去一定量，这个被减去的量叫做砂芯负数。因为砂芯负数只用于大型粘土砂芯，本设计中的砂芯为小型砂芯不设计砂芯负数。第4章 浇注系统及冒口、冷铁、出气孔等设计4.1浇注系统的设计浇注系统是铸型中引导液体金属进入型腔的通道，它由浇口杯，直浇道，横浇道和内浇道组成。4.1.1选择浇注系统类型浇注系统分为封闭式浇注系统，开放式浇注系统，半封闭式浇注系统和封闭-开放式浇注系统。铝合金属于轻合金，其特点是密度小、熔点低、导热系数大、质量定容热容量小、化学性质活泼、极易氧化和吸收气体等。轻合金易氧化生成氧化膜，这种氧化膜的密度和熔点大多高于金属母液，在紊流情况下这些氧化膜易卷入液流中而产生夹杂缺陷。因此，要求合金平稳地、无涡流、无喷溅地充满行腔。此外，由于合金的质量定容热容量小而导热系数大，容易出现浇不到等缺陷，因此要求浇注时间短。基于以上考虑，轻合金铸件一般采用开放式的底注式浇注系统。开放式浇注系统的内浇道截面积比阻流面积大得多，一般S内/S阻3。当直浇道不充满时，会使金属液高度紊流，造成氧化、卷气等，故生产中往往要求应用充满式直浇道。阻流设在直浇道下端或靠近的横浇道上。主要优点：进入型腔时金属液留宿小，充型平稳，冲刷力小，金属氧化轻。主要缺点：阻渣效果稍差，内浇道较大，金属消耗略多。4.1.2确定内浇道在铸件上的位置、数目、金属引入方向封闭开关外体结构较为简单且是小型件，铸造时采取一箱四件，每个铸件上只用一个内浇道。为了方便造型，内浇道开设在分型面上，如图4-1所示。图4-1 内浇道位置示意图4.1.3决定直浇道的位置和高度实践证明，直浇道过低使充型及液态补缩压力不足，容易出现铸件棱角和轮廓不清晰、浇不到上表面缩凹等缺陷。初步设计直浇道高度等于上沙箱高度300mm。但应检验该高度是否足够。检验依据为，剩余压力头应满足压力角的要求，如下式所列：HMLtg式中 HM上型高度（mm） L直浇道中心到铸件最高且最远点的水平投影距离 压力角直浇道中心到铸件最高且最远点的水平投影距离L=130mm由铸造工艺学查表3-4-11得：为67 取7Ltg=130*tg716mm剩余压力头HM=200-44=154mm经过验证剩余压力头满足压力角的要求。4.1.4计算直浇道截面积由于采用开放式浇注系统，所以直浇道截面积最小，宜先确定。直浇道的功用是从浇口杯引导金属液向下，进入横浇道、内浇道或直接进入型腔。并提供足够的压力头，使金属液在重力作用下能克服各种流动阻力充型。根据ProE实体图的测量得铸件的体积V=311795mm3ZG45密度由铸造实用手册查表1.1-90得：q=2.7 g/cm3由于采用一箱四件铸造，铸件总重量m=0.84*4kg=3.36kg由铸造实用数据速查手册表1-37查得：直浇道横截面积=1.53取=2直浇道直径由于3.2由铸造实用数据速查手册表1-37查得：直浇道形状为原形，形状如图4-2图4-2 直浇道截面示意图 4.1.5确定浇口比浇口比由由铸造工艺设计查表2-49：: =1:2：（24）取：: =1:2：2为直浇道总的截面积；为横浇道总的截面积；为内浇道总的截面积。4.1.6计算横浇道截面积横浇道的功用是向内浇道分配洁净的金属液，储留最初浇入的含气和渣污的低温金属液并阻留渣滓，使金属液流平稳和减少产生氧化夹杂物。由于设计横浇口双向，因此横浇道形状取梯形断面形状如图4-3图4-3 横浇道截面示意图 梯形断面大小由：铸造工艺设计查表2-50得：B=0.8A C=A由得：则B=13.4mm C=14.9mm4.1.7计算内浇道截面积内浇道是控制充型速度和方向，分配金属液，调节铸件各部位的温度和凝固顺序，浇注系统的金属液通过内浇道对铸件有一定补缩作用。由于内浇道有四个，=2*3/4=1.5 cm²内浇道形状取梯形断面形状如图4-4。图4-4 内浇道截面示意图 梯形断面大小由：铸造工艺设计查表2-50得：b=0.8a c=a由得：则b=11.6mm c=12.9mm4.1.8直浇道窝的设计直浇道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。直浇道窝直径为直浇道下端直径两倍，因此D=2*16.0=32mm直浇道窝底部放置耐火砖防止充型。4.1.9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。浇口杯选用普通耐火砖漏斗形浇口杯，其断面形状如图4-5所示图4-5 浇口杯截面示意图 浇注时间 式中 A为系数，由铸造实用手册查表5.1-56得：A=2.4； G为铸件或浇注金属重量。则 浇口杯断面大小由铸造实用手册查表1.4-89得：式中G杯为交口杯中的金属液重量（kg）；GL为铸型中金属液总重量（kg）；t为浇注时间（s）；m为金属液储备系数，m=3则G杯=3*3.36/3.84=2.63kgV杯=G杯/=2.63/2.7=947mm3式中 V杯为浇口杯的容积；为金属液的密度（kg/cm3）; G杯为交口杯中的金属液重量（kg）由,实用铸造金属手册表5.1-47得=60mm =56mm H=44mm4.2冒口的设计4.2.1 热节的分析零件的结构特点是多分支部分，两端的分支结构固定生根于机座的两侧，最大热节应该在这个区域，如图4-6所示，因此冒口应加在此位置，并选用侧暗冒口。4-6最大热节示意图4.2.2冒口的计算冒口是铸型内用于储存金属液的空腔，在铸件形成时补给金属，有防止缩孔、缩松、排气、集渣的作用。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。因此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；而在铸件的厚薄交接处常常按同时凝固原则设置冷铁来加速冷却，必要时再加设铸筋。这样，就防止铸件产生缩孔、缩松、和裂纹等缺陷。对于铸钢、可锻铸铁、黄铜和无锡青铜等体收缩大的合金铸件尤为重要，对这类容易出现收缩缺陷的铸件，除正确设计浇注系统以外，如何正确设置冒口、冷铁和铸筋，也是保证铸件质量的重要措施。因而冒口设置应符合顺序凝固原则。即： 冒口的位置尺寸在铸件最高、最厚的部位，设在铸件热节的上方（顶冒口）或旁侧（边冒口）。 冒口应比铸件冷却得晚。 在整个凝固期间，冒口应有足够的液态金属以补充铸件的收缩。由铸造实用数据速查手册表3-28得冒口的设计参数，如下图所示：图4-7 明冒口h为冒口根的切割余量，一般取h=58mm，此处取为h=6mm式中 为冒口根部直径； 为铸件热节圆直径； 为冒口高度； 为冒口根的颈缩直径。4.3冷铁的设计为了增加铸件局部冷却速度，在型腔内部及工作表面安放的金属块称为冷铁。封闭开关外体铸件壁厚较为均匀，且无厚大壁，固不易产生裂纹缩松等缺陷。而且设置冷铁会增加生产工序，使成本增大。所以不设置冷铁，但是采用在壁厚交叉部位的型腔和砂芯上刷激冷涂料用以防止缩松等缺陷。4.4出气孔的设计出气孔用于排出型腔内的气体，改善金属液充填能力、排除先冲到型腔中的过冷金属液与浮渣，还可作为观察金属液充满型腔的标志。出气孔设置位置详见4-8图。防止出气孔过大导致铸件形成热节，以至产生缩孔，出气孔根部直径，不应大于设置处铸件壁厚的0.5倍。即出气孔直径应小于2mm(0.5*4mm)。由于气孔直径较小，气孔采用在型砂上扎出的方式做出。另外，根据型芯的结构，型芯上也应设计出出气孔。图4-8出气孔位置示意图4.5计算工艺出品率浇口杯体积直浇道体积横浇道体积内浇道体积冒口体积工艺出品率=77.6% 第5章 铸造工艺装备设计铸造工艺装备是造型、造芯及合箱过程中所使用的模具和装置的总称。包括模样、模板、模板框、砂箱、砂箱托板、芯盒、烘干板（器）、砂芯修整磨具、组芯及下芯夹具、量具及检验样板、套箱、压铁等。5.1模样的设计5.1.1模样材料的选用模样是造型工艺过程必须的工艺装备，用来形成铸型的型腔，因此直接关系着铸件的形状和尺寸精度。本设计为大批量生产，所以用金属模样，该金属模样的所选用的材料为铝合金（质轻、不生锈，加工性能好，加工后表面光滑，并有一定的耐磨性，但耐磨性较差）。5.1.2金属模样尺寸的确定由铸造工艺学公式3-6-1得：Lm=（Lj±Ly）（1+K）式中 Lm为与铸件有关的模样尺寸； Lj为零件尺寸； Ly为铸造工艺尺寸，如加工余量、拔模斜度、工艺补正量等之和。“+”号用于凸体尺寸，“-”号用于凹体尺寸； K为铸件的铸造收缩率。模样如下图所示：图5-1 上摸样图5-2 下模样5.1.3壁厚与加强筋的设计模样壁厚由铸造实用手册查表1.5-2得：模样壁厚为7mm由于模样轮廓尺寸较小，约为260mm*104mm*86mm，内部不设置加强筋。5.1.4金属模样的生产方法为增加材料浇注后的致密度，现将材料制作成与该模样形状类似的腔体，然后进行热处理，以增加其硬度，增加抗磨损能力，然后再用机器按模样的尺寸加工成模样的尺寸5.2模板的设计一般模板由模底板、模样、浇冒系统模、加热元件、定位元件等组成。模底板用来连接与支撑模样、浇冒系统、定位销等。本设计采用单面模底板，其工作面是平面。5.2.1模底板材料的选用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，良好的铸造和加工性。根据模样的结构及生产要求，本设计选用铸造铝合金作为模底板的材料。5.2.2模底板尺寸确定模底板长=砂箱长+2×砂箱分型面出边缘厚度 =750+2×25=800mm模底板宽=砂箱宽+2×砂箱分型面出边缘厚度 =600+2×50=650mm由铸造实用手册查表1.5-34得：模底板的厚度取12mm。5.2.3模底板与砂箱的定位模底板与砂箱之间采用定位销与销套定位。5.3芯盒的设计