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铸造工艺设计一零件分析1.1零件外轮廓a×b×h(长×宽×高)83mm×56mm×32mm1.2最小壁厚δ最小壁厚δmin=2.7mm最大壁厚δmax=9mm1.3孔直径Ф最小孔直径Фmin=5mm最大孔直径Фmax=20mm1.4表面粗糙度分析底平面（最大截面积处）和Ф20的孔的粗糙度为Ra3.2；上端面的粗糙度为Ra6.3；Ф16的盲孔内表面粗糙度为Ra1.6。二零件进行工艺分析2.1合金种类HT200为灰铸铁；密度为7.2g/cm3。2.2尺寸公差等级CT6~CT92.3生产批量批量生产2.4精度要求端盖下表面Ra=3.2，上表面Ra=6.3。2.5灰铸铁件工艺出品率铸件质量小于100kg时，成批生产的出品率为70~80[4]。三工艺参数3.1最小壁厚铸件合金种类铸铝铸铁铸钢可铸最小壁厚/mm2~34~55~6可铸最小孔径/mm4~68~1010~12铸件合金种类选择铸铁，零件图上孔径小于8mm不铸出。由文献[2]知3.2机械加工余量铸件最大外轮廓铸铁件50，50顶面2.5侧、下面2消失模铸的加工余量少甚至不用，所以加工余量取2m由文献[1]知3.3测量高度与起模斜度测量高度H/mm起模斜度/mm起模角度200.51°30'20~500.5~1.045'~2°根据铸件尺取起模斜度取0.5；起模角度取1°30'由文献[3]知3.4浇注温度浇注温度低，金属液的流动性差，易使铸件形产生冷隔和浇不足等缺陷；高的浇注温度有利改善铸件的质量，但是浇注温度超过1400℃时，虽然铸铁件表面的皱皮大有改善。但是会增大金属液的收缩和含气量，以及使金属液对金属的热作用增强，易使铸件产生缩孔、缩松、气孔和粘砂缺陷。推荐铸铁件的浇注温度比普通铸造法提高20~80℃[2]。消失模铸造时灰铸铁浇注温度1400~1450℃[3]。综合考虑取1400℃。3.5浇住时推荐的真空度范围提高砂箱内的真空度后，金属液的穿透力显著提高，铸件表面产生针刺粘砂缺陷的几率也就明显增加[1]。铸铁件的砂箱内真空度在0.03~0.05Mpa，综合考虑砂箱内真空度选择0.04Mpa。四造型材料4.1原砂的选择生产灰铸铁的铸件一般采用硅砂作为消失模铸造的原砂[2]。灰铸铁干砂粒度AFS40~70[1]。较粗的干砂，透气性较高，但经过适当紧实的细砂的抗粘砂能力较强，细砂还有助于抑制金属液的穿透能力[1]。设计的右端盖尺寸较小，铸件体积下。浇注时泡沫塑料模样气化的气量较少，所以选择细砂适合。干砂粒度取AFS45。4.2塑料薄膜对密封用的塑料薄膜的要求不高，一般要求是：1）密封不透气。2）经济来源广。3）在高温下燃烧分解产生的气体应无毒或少毒。符合要求以上条件的材料很多。如聚乙烯（PE）聚丙烯（PP）聚苯乙烯塑料薄膜（PS）以及普通的聚氯乙烯塑料薄膜等均可在消失模铸造中使用。选用普通的聚氯乙烯塑料薄膜[1]。五砂箱的设计5.1砂箱结构最普遍的消失模铸造生产线使用的砂箱是圆筒砂箱。圆筒砂箱结构简单，适宜小型铸件，更有利于干砂的振动紧实所以砂箱采用圆筒砂箱[2]。砂箱的结构采用圆筒砂箱。5.2砂箱内腔尺寸的设计泡沫模样离砂箱周边的距离（单位：mm）底面侧面顶面各泡沫模样间距泡沫模样离砂箱周边距离100,局部50100，局部40~5020050~100由文献[3，207]知泡沫模离砂箱周边的距离的取值（单位：mm）底面侧面顶面各泡沫模样间距泡沫模样离砂箱150100250111周边距离六消失模铸造浇注系统设计6.1浇注位置设计选择浇注位置时，应注意一下几点：（1）重要加工表面应朝下或垂直放置。（2）模样的大平面应垂直或者倾斜放置。经验表明，气孔，非金属夹杂物等缺陷多出现在朝上的表面，而朝下的表面或测立的面通常比较光洁，出现缺陷的可能性小。（3）尽量将气化模截面积F与周长n之比最小的面朝上安放。（4）尽量将气化模具有开口部分朝上安放，便于填砂紧实。（5）便于开设浇、冒系统和排气道。（6）有利于造型材料的填充，避免形成死角区。模样在砂箱内的摆放位置，应保证造型材料容易填充和紧实，防止型料填充不到或震实不紧的死角区产生。（7）凝固原则，就是模样的截面积自下而上逐渐增大。（8）模样在砂箱中的位置应有利于干砂填充，尽量避免水平面和水平向下盲孔。（9）应有利于铸件的补缩。铸件右端盖的地面（最大截面积处）是重要的加工表面，理应朝下或垂直放置。但是由于铸件有盲孔，为了造型时盲孔能填充型砂并振实，所以避免水平向下盲孔；模样的大平面可以倾斜放置，可以减少气孔，非金属夹杂物等缺陷；根据凝固原则，模样的截面积自下而上应逐渐增大，所以右端盖大平面在上面；盲孔面；右端盖的内浇道应开在大平面处，有利于金属液的充型，减少铸件气孔，浇不到，冷隔等缺陷[1]。所以铸件的浇注位置确定为：最大横截面面积处倾斜向上，开口，有盲孔部分朝上，最大横截面积处的端面处开内浇道。如下图：6.2浇注系统类型的选6.2.1封闭式浇注系统过程中能保持充满状态，浇注道内金属液的静压力大，有利于挡渣和薄壁铸件的成形。缺点是内浇道的流速大，致使铸型内金属液的搅动较大，不够平稳。开放式浇注系统在浇注过程中的流速较小。充型平稳。其缺点是内浇道内的压力低，不利于内浇道的挡渣，易卷入气体。针对消失模铸造的特殊性，实际生产中大多采用封闭式浇注系统。选择采用封闭式浇注系统。6.2.2浇注系统形式的选择一般实型铸造中要使泡沫塑料模的分解产物沿金属液上升方向顺利地逸出铸型，避免金属液流动方向与泡沫塑料模呈逆向紊流而影响铸件质量。为此，一般情况下金属液应从模样的底部引入铸型[1]。浇注系统形式采用底注式形式。6.2.3浇注系统各单元截面积的比例浇注系统多采用简单形式，不必考虑采用复杂结构形式。尽量简化浇注系统的组成，可以没用横浇道[3]。可以减少浇注时间，没有横浇道减少了金属液的流动路程，减少了热量的散失，使泡沫塑料模与金属液的接触时有较高的温度。实际生产中内浇道总截面积与直浇道截面积之比为∑F内：∑F直=1:1.2~1.4[1]。内浇道总截面积和直浇道截面积比例取1:1.4。6.3浇注系统组元计算6.3.1内浇道尺寸大小的设计计算内浇道最小断面尺寸可以借鉴砂型铸造的计算方法：p内HtGF13.0①∑F内—内浇口截面积总和G—流经内浇道的液态金属合金重量（Kg）（铸件+浇注系统重）Hp—压头高度，根据模样在砂箱中位置确定—流量系数，可参考传统工艺查表，一般可按阻力偏小来取，如0.3~0.4T—浇注时间，快速浇注是EPS工艺最大的特点，可按下式决定：)(3GGKtT②Kt是修正系数，有负压时Kt1，一般为0.85左右经计算和查表得:铸件体积V流经内浇道合金总重G浇注时间T铸件出品率内浇道截面积∑F内608.42cm3O.6Kg1.37S70%77.9mm26.3.2内浇道结构与形状内浇道设计成由直浇道到铸型方向呈逐渐减小的喇叭形，设计为有1°的斜度，交口的截面积大于壁厚的1/2，小于2/3。内浇道太厚容易产生倒补缩现象，还容易在铸型壁与内浇道之间形成死角区[1]。它的截面应呈长方形或圆形[2]。采用截面为长方形如下图。6.3.3直角道尺寸大小的设计计算6.3.3.1铸件在圆筒砂箱的布置直浇道的设计要考虑到铸件在砂箱的位置及一箱多铸的情况。根据设计圆筒砂箱中布置上下两层泡沫模；每层布置6个泡沫模，同层之间的每两个相邻泡沫模之间夹角为60°。6.3.3.2计算直角道截面尺寸根据∑F内：∑F直=1:1.2~1.4取∑F内：∑F直1:1.4得：下层泡沫模水平位置对应∑F直1=78×6×1.4=655.2mm26.3.3.3直浇道截面形状直浇道的很截面采用圆形，如下图。并且直浇道横截面面积从上到下不减小。斜度参考特殊铸造手册采用2°。6.3.3.4直浇道高度直浇道的高度要考虑到提供足够的压头高度，使金属液能顺利流入铸型。由于上下层泡沫模型的间距取197mm，上层泡沫模型与直浇道的上端面距离250mm，加上铸型放置本有的高度和77mm，所以直浇道的高度取524mm。6.3.4直浇道与模样之间的距离HGKS③S—直浇道与模样的距离（mm）K—常数，铸铁件120mmH—铸件高度G—铸件重量—修正系数，为0.08mm/kg;β—修正系数,为0.06。算得S=122mm如果直浇道靠模样太近，浇注出来的铸件对着直浇道的外表面会产生条纹状突起的特殊缺陷，严重时，在浇注时会模样会被过早烤化，造成废品。各泡沫模样之间的参考距离在50~100mm，但实际取值为111mm就是考虑到直浇道与模样之间的距离。同层泡沫模样之间的夹角为60°，直浇道与模样之间的距离要122mm，造成同层泡沫模样之间的距离达到了111mm。模样之间的距离的取值也是考虑到了模样太近不利于散热和气体的挥发，所以模样之间的距离大处范围不大是没什么影响的。由于设计的浇注系统没有横浇道，所以直浇道与模样之间的距离即为内浇道的长度。七冒口冒口是为改善铸件的质量采用的，普通的铸造中，冒口的主要作用是补充金属液冷凝过程的体积收缩和铸型内的气体排出型外。消失模铸造中冒口的设计可根据铸件的结构特点和工艺要求任意选用和设置。消失模铸造中，冒口有着更特俗的作用，其补缩作用小。主要作用是提高铸件最后部分金属液的温度和集渣的作用，避免气孔、夹渣，表面出现夹渣冷隔缺陷。铸造小件或群铸可以浇口代替冒口，这个设计中右端盖是小件，也是群铸造。所以不设计专门的冒口。八砂箱尺寸的确定砂箱的设计要根据铸件尺寸，模样吃砂量，直浇道高度，模样之间间距和布局来确定。设计的砂箱为非标准的砂箱。高为720mm,宽为755mm(圆筒外表面直径)，砂箱壁厚度为55mm。九浇注和清理9.1浇注温度消失模铸造灰口铸铁的浇注温度范围为：13601~420℃[1]。取1400℃，理由前面已说明。9.2浇注方法⑴一慢二快三慢：在浇注初期，特别是金属液刚接触泡沫塑料的瞬间，由于模样气化所产生大量气体，档子脚口充满或是刚开始浇注时金属液的静压头小于聚苯乙烯分解产物的气体压力时，过快会产生呛火想象，使金属液飞溅。待及浇注系统充满金属液后，此时为了可以听到吸气声，可以较快浇注速度，愈快愈好。在浇注后期。当金属液达到模样的顶部或者冒口根部时，就应略需收包，以保持金属液平稳的上升和不至于金属液冲出冒口。⑵浇注过程不可中断：在消失模铸造时，必须保持连续地注入金属液，直至铸型内充满金属液。否则，容易引起塌箱，这对铸铁件影响尤其明显[1]。9.3清理铸件的清理是铸造过程中的最后一道工序。它的主要内容有：打箱，出去铸件的你内外型砂，拆除芯骨，割去浇冒口，凿掉铸件表面的飞边、毛刺和打磨不平整部分以及修补铸件的缺陷等。消失模铸造的清理工序，可省去清铲飞边毛刺，减少打磨、拆除芯骨和芯砂的工作量。消失模铸造的清理工序与普通铸造相比，简化了工序，减轻了劳动强度，改善了操作环境，还提高了铸件的表面质量和尺寸的精确度，同时又可获得较大的经济利益[1]。9.4停泵时间停泵时间是从浇注结束到释放真空的这段时间。停泵过快，铸件表面还没完全凝固结壳，或是结壳层的强度太低，容易造成铸件涨砂变形停泵太晚，由于真空实型铸型的强度比砂型高，铸件收缩阻碍，增加了铸造应力，容易产生热裂。目前只能凭实践经验来掌握停泵时间。一般5min左右[1]。参考文献[1]董秀琦，朱丽娟.消失模铸造实用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.6[2]黄天佑，黄乃瑜，吕志刚.消失模铸造技术[M].北京：机械工业出版社，2004.4[3]姜不居.特种铸造手册[M].北京：机械工业出版社，2010.11[4]杜西灵，杜磊.铸造技术与应用案例[M].北京：机械工业出版社，2009.11