固定钳身铸造工艺设计

固定钳身铸造工艺设计,固定,铸造,工艺,设计 佳木斯大学佳木斯大学Jiamusi University学生姓名：王晓宇学生姓名：王晓宇学学 号：号：17080140212指导教师：孙建波指导教师：孙建波固定钳身铸造工艺设计固定钳身铸造工艺设计20202020秋材料成型及控制工程专业秋材料成型及控制工程专业铸造工艺课程设计答辩铸造工艺课程设计答辩目录目录佳木斯大学佳木斯大学 浇注系统的设计浇注系统的设计3 3 固定钳身结构及技术要求固定钳身结构及技术要求1 1 移动板的铸造工艺方案移动板的铸造工艺方案2 2 铸造工艺装备的设计铸造工艺装备的设计4 4 铸件生产工艺设计铸件生产工艺设计5 5 1 1 固固定定钳钳身身结结构构及及技技术术要要求求佳木斯大学佳木斯大学1.1零件的结构分析零件的结构分析固定钳身是利用螺杆或其他机构使两钳口作相对移动而夹持工件的工具。根据使用的场合一般分为钳工虎钳和固定钳身两种类型。固定钳身是一种机床附件，又称平口钳，它通常用于机床的工作台，例如铣床，钻床，牛头刨床和平面磨床。它也广泛用于现代数控机床。固定钳身三维图如下：固定钳身三维图1 1 固定钳身结构及技术要求固定钳身结构及技术要求 1 1 固固定定钳钳身身结结构构及及技技术术要要求求佳木斯大学佳木斯大学1.2零件的技术要求零件的技术要求1.材质：HT200;2.未注圆角R4;3.螺纹孔倒角均为CT1.5;4.铸件应人工时被处理;5.锐边倒角，未注倒角均为C16.造型材料：树脂砂 此次分析的固定钳身铸件结构简单，壁厚均匀，且生产批量大。这里为保证生产效率，降低制造成本，这里选择采用砂型铸造工艺。采用树脂砂造型的优点：(1)树脂砂与粘土砂相比尺寸精度更高，表面粗糙度较低，可以降低废品率。(2)自硬树脂砂能够常温自硬成型，降低了成本。1 1 固固定定钳钳身身结结构构及及技技术术要要求求佳木斯大学佳木斯大学1.3零件的铸造工艺性分析零件的铸造工艺性分析固定钳身是一种机床附件，又称平口钳，材料为HT200，成批生产。集中运用在普通的数控车床、数控铣床、以及加工中心上。铸件底部会承受一定载荷，因此要求铸件内部不能有缩孔、裂纹等缺陷。根据零件的结构特点，技术要求，应用条件及技术质量要求，确定铸造方案及铸造工艺设计。一般情况下，铸件可能存在的缺陷涉及到缩孔、缩松、夹渣、气孔、砂眼等,这其中80%的缺陷都是可以通过改善铸造工艺来避免的，也可以通过后期的处理来消除。1 1 固固定定钳钳身身结结构构及及技技术术要要求求佳木斯大学佳木斯大学1.4铸造方法及砂型选择铸造方法及砂型选择砂型铸造工艺方案通常包括下列内容：造型、造芯方法、铸型种类的选择，浇注位置及分型面的确定等。要想定出最佳工艺方案，首先应对零件的结构有详细的铸造工艺性分析。机用固定钳身零件最大轮廓尺寸为154mm130mm58mm，整体结构对称，壁厚整体均匀，属于小型铸件。对于HT200材质来说，这种结构与壁厚可以满足铸造工艺对材料流动性的要求，铸件壁厚均匀，也不会有大热节造成铸件缩孔缩松。2 2 铸铸造造工工艺艺方方案案佳木斯大学佳木斯大学2.1造型及砂芯制造方法选择造型及砂芯制造方法选择造型（芯）是砂型铸造中最基本的工序，常用的造型有手工造型和机器造型。手工造型工艺装备简单，操作灵活适应性强；机器造型生产效率高，劳动强度低铸件质量稳定，但是需要复杂的工艺装备，前期准备时间较长一般用于批量生产零件。该零件生产批次为批量生产所以采用机器造型的方法。2 2 铸铸造造工工艺艺方方案案佳木斯大学佳木斯大学2.2铸型类型的选择铸型类型的选择无论从环保、成本、生产率、操作程度考虑都应该优先采用湿型浇注。为了得到高质量的铸件并取得经济效益，另外还考虑到材料的成本和来源、工业卫生及环保方面的要求，综合这些因素，故选择使用湿型粘土砂，同时要求型砂具备良好的流动性、透气性，为了能够得到光滑的铸件表面，型砂的砂粒应当细小一些，可使用中粒偏细的砂，额外加上一定量的煤粉。2 2 铸铸造造工工艺艺方方案案佳木斯大学佳木斯大学2.3浇注位置的选择浇注位置的选择根据铸件的结构分析，所给铸件的其它加工面都与底部的操作端有关，将铸件如何放置在砂箱，放置方位，合理的浇注位置对分模、砂型的造型、砂芯的设置、铸后的开模、型砂后期的清理等各个环节都有重要影响。确定浇注位置是铸造工艺设计的重要部分。正确的铸造位置应确保铸件的成型、制芯以及清洁的方便。选择合理的铸造位置与铸件的内在质量、尺寸精度以及成型的容易性有关。根据铸件结构特点，选择正确合理的浇注位置，促进浇注时金属液能顺利进入型腔，及时充满型腔，凝固时保证各部位能区域顺利凝固，冒口设置也是直接与浇注位置相关，可以肯定的浇注位置是铸造工艺设计的第一步，也是重要的一步，对铸造出完整、质量优异的铸件毛坯至关重要。2 2 铸造工艺方案铸造工艺方案佳木斯大学佳木斯大学2.3浇注位置的选择浇注位置的选择该固定钳身零件，整体尺寸不大，零件特征主要以平面构成，浇注位置方案如图2-1所示，列举了如下两种方案：（a）浇注位置方案一 （b）浇注位置方案二图图2-1浇注位置示意图浇注位置示意图2 2 铸造工艺方案铸造工艺方案佳木斯大学佳木斯大学2.3浇注位置的选择浇注位置的选择方案一如图2.1（a）所示，将虎钳底面在下放置，采用两箱造型，外模结构简单，此种浇注位置与分型面的选择，不仅使浇注方便，铸件的重要部位应尽量置于下部，而且更容易满足技术要求。方案二如图2.1（b）所示，将固定钳身铸件侧立放置，此位置铸件位于铸型的上下两侧，不利于铸件的充型，铸件较高，此种浇注位置的充型过程中，金属液的落差大，不利于平稳充型。需要设计水平式砂芯，可能在金属液浮力的作用下发生偏移，不利于砂芯的定位和稳定。综合比较上式两种方案的优缺点，选择方案一。2 2 铸铸造造工工艺艺方方案案佳木斯大学佳木斯大学2.5 起模斜度起模斜度在造型和制作砂芯的过程中，起模时操作不当可能会对砂型和砂芯造成损坏。为了防止这个现象的发生，应该在起模的地方留一定的斜度，这个斜度称为起模或拔模斜度12。为方便铸件能顺利从铸型中脱离出来，模样的拔模斜度必须要与出模方向保证相同方向。铸件中部的起模高度为58mm，尺寸公差等级为CT12参考文献表3-14起模斜度可查得铸件的起模斜度为1，查表得起模斜度为3o。皆符合零件的技术要求。因为铸件的壁厚较大，则选择较少料厚的铸造模样的起模斜度。2 2 铸造工艺方案铸造工艺方案佳木斯大学佳木斯大学2.6 砂芯的设计砂芯的设计砂芯的功用是形成铸件内腔、孔、和铸件外形不能出砂的部位。有时可以用砂芯来替代砂型中有特殊要求的部分4。对于砂芯有一些必要的条件：砂芯的形状、尺寸应满足铸件要求，并且不能在砂型中随意放置；在性能方面，砂芯被要求有一定的强度和刚度，也要考虑铸造过程中砂芯中的气体能否及时排出，而且铸件最后冷却时不能有太大阻力，否则会影响其收缩；也需要考虑其后续清理操作。芯头是指深处铸件以外不与金属接触的砂芯部分。有定位、固定砂芯和排出浇注后砂芯所产生的气体的作用。本设计砂芯的高径比不大，而且砂芯宽度较大时，则不必做出上芯头，下芯头高度按查表的数值增加大约百分之三十。2 2 铸造工艺方案铸造工艺方案佳木斯大学佳木斯大学2.6 砂芯的设计砂芯的设计查表得，芯头高度为1020mm，具体的上芯头高度为10mm，下芯头高度为10mm。芯头斜度图图3.3 芯头斜度芯头斜度芯头斜度参数如图3.7所示，由于此砂芯设计时可以不需要设计上芯头，通过表3-5得下芯头斜度为10。2 2 铸造工艺方案铸造工艺方案佳木斯大学佳木斯大学2.6 砂芯的设计砂芯的设计表表3-1 垂直芯头斜度垂直芯头斜度芯头高h152025303540506070用a/h表示斜度用角度表示时上芯头234567911121/510下芯头11.522.533.54561/105芯头的模样上做出压环、防压环和集砂槽是为了快速下芯、合型以及保证铸件的质量。水平芯头和垂直芯头的压环、防压环和集砂槽的各个尺寸参数如图3.4所示：图图3.4 水平芯头和垂直芯头压环、防压环和集砂槽尺寸水平芯头和垂直芯头压环、防压环和集砂槽尺寸2 2 铸造工艺方案铸造工艺方案佳木斯大学佳木斯大学2.6 砂芯的设计砂芯的设计通过查铸造手册表2-4得，砂芯如图3-5所示，下方蓝色部分是方形的砂芯，只需要采用一个锥形芯头定位即可。图图3-5 砂芯示意图砂芯示意图2 2 铸造工艺方案铸造工艺方案佳木斯大学佳木斯大学2.6 砂芯的设计砂芯的设计砂芯排气孔设置主要是将金属液在浇注过程中产生的一些粘结剂等有机物在氧化燃烧的气体排出到型腔之外，这样避免在铸件内产生气孔。本设计中的砂芯材料是自硬树脂砂，其透气性也一般，这里需要设置一定的排气孔。由于固定钳身结构简单，因此出气孔的设置只需要在上砂型随便设置几个就可以满足，并没有特殊的要求。3 3 浇注系统的设计浇注系统的设计 3.1浇注系统类型选择浇注系统类型选择浇注系统设计应遵循以下原则：(1)合理的控制浇铸系统的压头，使金属液的流动逐渐趋于稳定，并在充填终了时具有一定的赋形能力，使铸件能够具有清晰的轮廓。避免在浇铸过程中由于压力太小导致金属液在充填过程停止流动，或者压力过大导致在充填过程中造成金属液的飞溅。(2)合理的控制金属液进入型腔时的速度。金属液在进入型腔以后如果流速较小可能会导致铸件产生冷隔或浇不足等缺陷，又或者由于金属液冲型速度过快造成喷射现象。(3)金属液在进入砂型时要避免金属液对砂型、砂芯的正面冲击和高温作用，以免造成型壁或砂芯的破损或多肉缺陷。(4)当浇铸的金属液量较大时不宜过于集中进行浇铸，应较分散的从内浇道进入。这样能够减小金属液对型壁和砂芯的冲击，以及型腔中的局部过热问题，有利于防止或减少因此而引发的粘砂或缩陷、缩松问题。佳木斯大学佳木斯大学3 3 浇注系统的设计浇注系统的设计 3.1浇注系统类型选择浇注系统类型选择本铸件的浇注系统采用封闭式浇注系统，保证进入浇道内的金属液且呈现压流动，充型速度快，冲刷力大，因此根据铸件尺寸与重量来综合考虑浇道的截面。在对浇注系统进行设计时，要严格把握各个浇道之间的距离，如果距离太近，则浇注过程中易形成紊流产生的金属氧化物，砂砾就会进入型腔，使得型腔内产生缺陷。考虑到铸件的壁厚不均匀，零件中心会有较大腔体。顶注式浇注系统虽然有结构简单，造型方便的优点，但在充型过程中并不平稳，易产生飞溅、氧化和吸气，往往会导致夹渣、气孔等缺陷。除此此外还会对型腔内部产生较大的冲击，易导致砂孔、铁豆等缺陷。综合分析，此设计最终选择底注式浇注系统。佳木斯大学佳木斯大学3 3 浇注系统的设计浇注系统的设计 3.2浇注时间的的计算浇注时间的的计算为进一步计算铸件浇注系统及冒口消耗金属量，这里采用铸件工艺出品率计算浇注金属液总质量：佳木斯大学佳木斯大学3 3 浇注系统的设计浇注系统的设计 3.3浇注系统尺寸的确定浇注系统尺寸的确定（1）浇注系统尺寸的确定根据铸造手册表3-146得封闭式系统各组元的断面比为：Ag:Aru:As=1：1.1：1.15计算浇注系统最小阻流截面积，以内浇道为阻流截面的浇注系统原理图，由奥赞公式：（4-2）式中m为流经阻流断面金属液的总量为充填型腔的总时间为全部型腔被填充时，浇注系统阻流断面的流量系数1Hp为平均静压力头高度Hp：对于底注式浇注系统Hp=H0-Hc （4-3）H0为阻流截面以上的液态金属的静压头；Hc为铸件型腔的总高度 则Hp=8.5cm。佳木斯大学佳木斯大学3 3 浇注系统的设计浇注系统的设计 3.4 冒口的设计冒口的设计 在铸件凝固过程中，设置冒口是为了补缩铸件的体积变化，可以达到消除或防止缩孔缩松等缺陷的目的，以至于可以获得优质铸件，除此之外，还有排气、集渣、引导充型等作用。因此设置合适的冒口可以达到补缩的目的，以提高铸件致密性。设计冒口时其形状直接影响冒口的补缩效果，冒口的形状一般有圆柱形、球顶圆柱形、球形等。要使整个铸铁件的冒口的补缩效果最好，可以采用均衡凝固理论的冒口设计。当铸件膨胀时，流动的金属液就不能返回到冒口，此时就可以利用灰铸铁使铸件引起二次补缩。灰铸铁流动性好，不容易产生疏松等缺陷，所以此次固定钳身的铸造工艺不设计冒口。佳木斯大学佳木斯大学4.1模板的设计模板的设计考虑到铸件树脂砂工艺的特点，采用型板，模板图如下图所示，型板尺寸：长2200mm，宽为1700mm，为了保证铸件的尺寸精度，模底板与砂箱之间的定位精度要高。本设计模底板和砂箱的定位采用定位销和销套的定位方式。4 4 铸造工艺装备的设计铸造工艺装备的设计4.2芯盒的设计芯盒的设计芯盒设计应满足以下要求：1）结构设计应与生产批量相适应；2）芯盒要有足够的强度与耐磨性；3）形状与尺寸精度需要达到工艺要求；4）尽可能减轻重量，降低劳动强度；5）使用简单，操作方便；4 4 铸造工艺装备的设计铸造工艺装备的设计4 4 铸铸造造工工艺艺装装备备的的设设计计佳木斯大学佳木斯大学4.2浇注系统的尺寸计算浇注系统的尺寸计算1.芯盒材质与结构芯盒的种类包括木质、金属、塑料、和金木结构，根据其各自的特点，根据铸造手册表4-27与表4-28，本次芯盒采用金属铝芯盒。金属铝芯盒具有重量轻，制作周期短，尺寸精度高，易于加工，使用寿命长。采用垂直对开式结构，由左右两片组成，芯盒左右两边设有定位与夹紧装置。芯盒分型面垂直于芯盒的填砂面。4 4 铸铸造造工工艺艺装装备备的的设设计计佳木斯大学佳木斯大学4.2浇注系统的尺寸计算浇注系统的尺寸计算2.芯盒的分盒面与结构设计为了简化芯盒结构，保证砂芯尺寸精度，砂芯芯盒面的选择一般遵循以下原则：1）芯盒分盒面与砂芯分型面尽量保持一致；2）应优先选择平直分盒面，尽量避免曲面或折面；3）应有利于填砂与紧实；4）有利于芯盒结构简单，方便操作。4 4 铸铸造造工工艺艺装装备备的的设设计计佳木斯大学佳木斯大学4.2浇注系统的尺寸计算浇注系统的尺寸计算2.芯盒的分盒面与结构设计根据表8表9选取芯盒壁厚与加强肋尺寸，将结果汇总到表10。芯盒平均轮廓尺寸芯盒壁厚(mm)铝合金灰铸铁300686300500810785008001012108001250121412表表8 芯盒壁厚芯盒壁厚芯盒平均轮廓尺寸abR30010012575100530050012515010012585008001501751251758800125017520015010表表9 芯盒加强肋芯盒加强肋芯盒编号123456芯盒壁厚13131110147芯盒加强肋a180180160130200100b15015014011015080R101088105表表10 芯盒壁厚与加强肋尺寸芯盒壁厚与加强肋尺寸(mm)4 4 铸铸造造工工艺艺装装备备的的设设计计佳木斯大学佳木斯大学4.2浇注系统的尺寸计算浇注系统的尺寸计算2.芯盒的分盒面与结构设计本次铸件采用树脂自硬砂造芯，芯盒的定位方式采用凸凹面式的定位结构方式，夹紧方式选择双螺母铰链式。6组芯盒结构图如下图所示。4.3砂箱的设计砂箱的设计本铸件采用整铸式砂箱，选择HT200为砂箱材料，砂箱造型为手工造型用砂箱。本次设计中箱壁壁厚选择15mm。为避免砂箱的四个拐角出现损坏，砂箱采用10 mm过渡圆角。砂箱其他的辅助结构设计，包含了箱带、排气孔和吊运装置等结构设计，为了浇注时排出铸型内的气体，要在砂箱壁上开设排气孔。4 4 铸造工艺装备的设计铸造工艺装备的设计4.3砂箱的设计砂箱的设计本次设计选用的是手工造型用砂箱，材质选用灰铸铁，上砂箱尺寸为2200mm1700mm600mm，下砂箱2200mm1700mm300mm。如下图。4 4 铸造工艺装备的设计铸造工艺装备的设计5.1QT500-7的熔炼的熔炼球墨铸铁良好的金相组织和性能取决于化学成分的选择。铸态球墨铸铁是由生铁、回炉铁废钢、脱硫剂、球化剂、孕育剂、增碳剂等进行熔炼而成。根据铸造手册对球墨铸铁的熔炼要求，生铁应该选用锰、磷、硫含量较低的，需要把干扰球化的因素严格控制住。5 5 铸件生产工艺设计铸件生产工艺设计5.2铸件的落砂铸件的落砂为了防止铸件在浇注以后因冷却引起的缺陷，保证铸件在清理过程中有足够的强度与韧性，铸件在砂型内应保证足够的冷却时间。根据表11移动板铸件的冷却时间为812h。本次设计根据熔胶座移动板的铸件尺寸，型砂种类以及生产量来看，选择固定式惯性振动落砂机。5 5 铸件生产工艺设计铸件生产工艺设计铸件重量kg501001002502505005001000铸件壁厚mm30405060冷却时间min80160120300240600480720表表11 铸铁件在砂型内的冷却时间铸铁件在砂型内的冷却时间5.3铸件的清理铸件的清理落砂后的铸件会带着浇注系统、冒口及出气孔等，通常采用铁锤敲断，然后将铸件进行表面处理。抛丸表面处理是利用叶轮旋转产生的离心力，将铁丸以较高的速度抛向铸件表面，从而达到清除铸件表面的粘砂与氧化皮的清理方法。根据铸造手册表5-32，本次移动板铸件表面清理选择吊钩式抛丸清理机。铸件经过抛丸处理后，表面还会残留坯缝以及抛丸机处理不到的内腔等部分，需要用砂轮机、气铲等设备，进行手动清理。5 5 铸件生产工艺设计铸件生产工艺设计佳木斯大学佳木斯大学 佳木斯大学佳木斯大学Jiamusi University