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1、第五章 铸造工艺装备设计5.1 模样 1 铸造工艺装备的概念 造型、制芯及合箱过程中所用模具和装置的总称。2 铸造工艺装备设计依据 铸件的生产纲领及制订的铸造工艺图和铸件图、所选用的造型和制芯设备、车间的生产条件和能力等 3 模样设计 1）模样设计内容 选择模样材料、模样结构设计、模样尺寸计算及模样在模底板上的装配和模样技术条件的制定等。,2）模样材料选择 通常按材质的不同，将模样分为木模样、塑料模样和金属模样（1）材料性能要求 耐磨性高，表面光滑，强度高，不易吸潮变（2）材料选择需考虑的因素 造型方法、铸件生产批量及铸件的结构和技术要求。3）金属模样的结构设计 金属模样结构设计原则是，在满足
2、铸造工艺、保证铸件质量的前提下，尽量使模样的结构简单，便于加工制造。（1）模样本体结构;（2）模样壁厚及加强肋设计;（3）模样非工作表面圆角半径;（4）模样的活块结构,（5）模样的固定与定位 定位销定位、螺钉或螺栓固定；以模板上的导向销和定位销为定位基准（6）模样在模底板上的装配形式 上固定法 下固定法 4 模样（芯盒）尺寸的计算及标注 1）尺寸计算 Lm=(LjLy)(1+K)2）尺寸标注 以所铸零件的加工基准面为基准 3)极限尺寸 模样取最大尺寸，芯盒取最小尺寸5 金属模样的技术要求6 浇冒口系统和芯头模样在模底板上的装配 1）直浇道模样装配方式 2）横浇道模样装配方式 3）出气口和冒口模
3、样装配方式 4）芯头模样装配方式,5.2 模板1 模板组成 一般模板由模底板、模样、浇冒口系统模、加热元件和定位元件等组成2 模板基本要求 尺寸应符合造型机的要求；模底板和砂箱、各模样之间应有准确定位，模板应有足够的强度、刚度和耐磨性，制作容易，使用方便，尽量标准化。3 模板的种类及结构类型4 模底板材质的选择 根据模底板尺寸大小、使用场合、生产批量及车间生产条件等决定,5 模板图例 常用单面模板装配图 顶框式造型用模板及顶框 普通快换模板图例 射压造型用模板图例 高压造型用模板及模板框图例 双面模板结构图例 6 模板结构设计1）模底板的尺寸设计 平面尺寸：Lb=Ls+2b；高度根据使用要求、
4、尺寸范围和选定的造型机以及模底板材料确定 2）模底板的壁厚和加强筋 壁厚和加强筋厚度及连接圆角可根据模底板平面尺寸和选用材料而定 3）模底板的定位 模样在模底板上的定位以及模底板与砂箱、模板框的定位 4）模底板的搬运结构 手柄和吊轴等,7 单面模底板的设计1）选择模底板材料 2）确定模底板基本尺寸 模底板的平面尺寸；模底板的高度 模底板对砂箱定位、导向销（销孔）中心距尺寸及偏差3）模底板的壁厚、加强肋及顶杆通道 模底板壁厚和加强肋的厚度及间距 顶箱杆式造型机用模底板上顶杆通道 4）模底板与砂箱的定位装置 模底板与砂箱的定位方式 模底板的定位销耳 定位销和导向销的结构与尺寸及有关精度的要求5）模
5、底板在造型机工作台上的安装结构,6）模底板搬运结构 小型模底板 平均轮廓尺寸小于500mm，一般为钢质手柄；较大模底板 平均轮廓尺寸大于500mm，设吊轴7）模板框与模底板设计实例 Z145造型机快换模板框与快换模底板 顶框式造型机用模底板和顶框结构 高压造型用模底板 8）模底板机械加工精度与表面粗糙度,5.3砂箱设计1 砂箱设计依据 砂箱设计主要依据零件铸造工艺、生产条件和造型设备。2 砂箱设计内容 砂箱设计内容包括选择砂箱材质，确定砂箱内框尺寸，确定砂箱定位结构、夹紧装置和吊运装置及砂箱的加工要求等 3 砂箱的种类及材质的选择 砂箱按用途可分为专用砂箱和通用砂箱。砂箱本体可选择铸铝、灰铸铁
6、、球墨铸铁、铸钢等材料。,4 砂箱的本体结构设计 砂箱的名义尺寸 箱壁 箱带 5 砂箱的定位 6 砂箱的夹紧机构 砂箱的卡紧方式主要有上箱自重法、压铁法、箱卡（手工夹紧）法和自动卡紧法等7 砂箱的搬运及翻转机构 搬运机构主要有手柄、吊轴和吊环三种形式,5.4 芯 盒1 芯盒设计内容 确定芯盒的类型及材料，选取芯盒分盒面，芯盒结构设计和型腔尺寸计算，确定芯盒壁厚和加强筋、芯盒的定位和紧固等 2 芯盒的类型及材质 1）芯盒种类 普通芯盒、热芯盒、壳芯盒和冷芯盒2）芯盒材料 铸铝合金，铸铁；铜合金及钢材多用于制作镶块和活块3 分盒面的确定 按照优先采用平直分盒面、尽量使砂芯的分盒面和砂型的分型面一致
7、等原则确定。4 芯盒型腔尺寸的计算 铸件相关的尺寸应考虑铸造收缩率，对于芯头长度等非关联尺寸则不考虑铸造收缩率。,5 普通金属芯盒的结构设计 1）芯盒分类 单面芯盒（敞开式，脱落式）、垂直对开式和水平对开式等类型2）芯盒设计（1）材料的选择（2）芯盒的壁厚（3）芯盒的加强肋（4）芯盒边缘及防磨片（5）芯盒中的活块及镶块（6）芯盒的定位装置,（7）芯盒的夹紧装置（8）手柄和吊轴等机构 6 普通金属芯盒的技术条件 芯盒加工尺寸偏差和尺寸公差等技术要求5.5其他工艺装备1 浇注系统模具 2 压砂板和成型压头 3砂芯检验用具 4 烘芯器（板）,砂型铸造工艺及装备设计 铸造工艺设计主要依据零件生产任务和
8、实际生产条件两方面进行，并考虑经济性，对设计人员的要求是熟悉企业和车间的生产条件并具备一定的生产实践经验。1 分析零件的技术要求和结构工艺性 审查零件的材质等技术要求，分析零件在企业进行铸造生产的可行性；然后对零件结构的铸造工艺性进行分析，确保零件的结构符合砂型铸造生产的要求。2 选择铸造工艺方法 根据铸件结构特点、铸造合金种类、铸件尺寸精度与表面粗糙度要求、生产批量和交货期及企业生产条件等，选择造型、制芯方法（手工造型（制芯）和机器造型（制芯）及相关设备），确定铸型种类。,3 确定浇注位置和分型面 分型面的选择与浇注位置之间有着密切的关系，将两者结合起来综合考虑，基于选择分型面和浇注位置的基
9、本原则，初步选择几个方案，结合零件的特点及生产条件进行分析对比，确定浇注位置和分型面。4 选择铸造工艺参数 根据造型、制芯方法及铸件尺寸和技术要求、生产批量，查阅相关国家标准和手册，确定铸件尺寸公差、铸件质量公差、机械加工余量、铸造收缩率、起模斜度和最小铸出孔和槽等相关工艺参数。5 砂芯设计 砂芯分块、确定下芯顺序、设计芯头（芯头长度、芯头斜度、芯头间隙、压环、防压环和集砂槽及芯头定位结构等）、校核芯头及砂芯排气系统、芯撑和芯骨、砂芯的固定和定位方式等。,6 浇注系统设计 确定浇注系统的类型及各组元的结构和尺寸。浇注系统的设计步骤：1）确定浇注系统的类型；2）草拟出型板布置图草拟型板布置图;3
10、）浇注时间与金属液上升速度的核算;4）计算阻流面5）确定浇口比并计算各组元截面积6）确定各组元的结构和形状及尺寸7）绘出浇注系统图7 冒口等设计 冒口、补贴、冷铁和出气孔等设计。冒口设计包括选择冒口的类型、位置和有效补缩距离及其尺寸与形状和数量，常用模数法和比例法等设计冒口,8 绘制铸造工艺图和铸件图 在零件图上用规定的红、蓝等色符号和文字表示出铸件浇注位置、分型面、机械加工余量、收缩率、起模斜度、浇注系统、冒口、型芯形状与数量及芯头大小等内容，从而反映铸件的铸造工艺方案的图样称为铸造工艺图。铸件图是铸造生产的基础，是以零件图为基础并考虑分型面、起模斜度、铸件尺寸公差和机械加工余量等绘制而成，用双点划线表示零件轮廓形状尺寸。,9 设计模样和模板等工艺装备1）模样设计内容 选择模样材料、模样结构设计、模样尺寸计算及模样在模底板上的装配和模样技术条件的确定，绘制铸件模样和芯头、浇冒口系统等模样图。2）模样设计内容 择模板的种类及结构类型和模底板材料、确定模底板的基本尺寸及其壁厚和加强肋的厚度、形状及布置设计、模底板与砂箱定位装置设计、模底板搬运结构的设计、模底板在造型机工作台上安装结构的设计、模底板机械加工精度与表面粗糙度的确定，绘制模板装配图等。,
