第9工艺装备设计

铸造工艺学主讲教师：柴知章铸造工艺装备设计模样和模板砂箱设计芯盒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、烘砂板(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。此外，芯盒反烘干器的钻模和修整标准也属于铸造工艺装备。一、模样和模板模样1.模样(1)材质的选择1)木模特点：具有轻便，容易加工，来源广，价格低廉的优点。强度低，易吸潮而变形，精度低，寿命短。适用范围：单件、小批生产的各种铸件，木模可做成各种结构形式，如整体模、分开模、刮(车)板、骨架模，以适应不同大小、形状和批量的铸件。材料：制模前木材应经干燥处理。我国常用木种有红松、落叶松、白松、黄松、杉木、柏木、桂木、银杏、柚本等。菱苦土粉在混合料中起胶合剂之作用。卤水为硬化剂，锯末作为填充物，改善脆性及加工性。菱苦土模特点：制作简便，成本低，表面光洁，不吸潮，变形小，易修理。但质量大，抗弯及耐冲击性能较木模差，混合料不能回用，楞角、边缘易损坏。适用范围：单件小批的大中模样。2)菱苦土模(芯盒)菱苦土模样（见图3-6-1）：在骨架3、木板条2上层敷菱苦土混合料1，经过修光、硬化而制成的。菱苦土料配比：混合料组成为菱苦土(Mg0)粉、卤水和锯末，以1：(1～2)：(2～4)之体积比混合均匀，在1～3h内用完。3)金属模样特点：表面光洁，尺寸精确，强度高，刚性大，使用寿命长。但难加工，生产周期长，成本高。适用范围：大量、成批生产的各种铸件。材料：铸钢、铸铁、铸造铝合金、铸铜4)塑料模样材料：大多为环氧树脂玻璃钢结构。特点：制造、修理简便，表面光洁，不吸潮，变形小，轻巧耐磨，寿命长，成本为金属模的20％一50％。但寻热性差，不能加热．不宜在型砂周转快、砂温高的流水线上应用，硬化剂有毒性。适用范围：多用于成批生产的中小模佯。5)聚苯乙烯泡沫塑料模(消失模)聚苯乙烯泡沫塑料可直接发泡制成模样或板材，造型后不取出模样，直接浇注。模样遇金属液气化烧去。单件生产的中、大模样，一般由泡沫板粘合，加工成需要的形状。大批量的中、小模，一般直接发泡成型。特点：使用泡沫塑料模能简化造型，节约砂芯，铸件尺寸精度高，易实现机械比、自动化生产。但模样只能用一次，春砂时模样易变形。应用范围：多用于不春砂的实型造型法、磁力造型的中、小铸件和单件生产的中、大型铸钢件。2．金属模的结构设汁设计原则：在满足铸造工艺要求的前提下，便于加工制造。一般金属模应尽量采用机床加工，减少钳工量。(1)模样本体结构按有无分模面整体式分开式特点：模样为一整体，无分模面使用范围：极其简单的铸件特点：模样分成两半或多半使用范围：各种铸件按是否装配整铸式装配式特点：模样与模底板整铸在一起使用范围：简单的小双面模板特点：模样平装在模底板上使用范围：一般模样的模板平装式嵌入式特点：模样嵌装在模底板上表面使用范围：特殊需要时选定模样结构后，即可依铸造工艺确定模样的外形。1）平装式结构简单，容易加工，最常用。2）嵌入式在特殊条件下应用:☻模样部分表面凹入分型面以下☻分型面以上模样过薄，加工、固定困难；☻分型面通过模样圆角;☻很小的模样，为便于加工、定位和固定等。(2)壁厚及加强肋除了薄小模样(小于50mm×50mm或高度低于30mm)以外，都应制成空心结构。平均轮廓尺寸大于I50mm的模样，内部设加强肋。加强肋的形式和模样壁厚选择见图。1）肋的形式☻落地肋：直到模样底面上的肋。适用范围：高度低于100mm且长宽尺寸较大的模样。☻稍高于模样底面的肋。使用范围：中、小模样，其高度小于75mm，距底面5-10mm；☻拱型肋适用于高模样。注意：高压造型用模样壁厚应比图3-6-3所给的加大50％-l00％。加强肋应采用落地式肋。●依模样大小和使用要求来布置加强肋，肋距150～400mm。●厚度为0.8～1.0倍的模样壁厚。2）肋距和肋厚(3)固定和定位孔（1）模样向模底板上固定，可用螺钉或螺栓。螺栓直径螺栓孔尺寸0.8～1.0倍模样壁厚尺寸选用按中等精度配合设计●螺栓孔位置应尽量靠近模样四周，并均匀分布。●勿和模板底部的肋条相碰。固定用通孔或螺纹孔如何固定？2）固定方式下固定上固定固定方式模样上钻通孔，螺钉穿过模样与模底板固定。模底板上钻通孔，模样上攻螺纹孔的固定方法。优点：便于选择螺孔位置，钻孔和装配方便。缺点：破坏模样的工作表面，紧固后需用塑料或铝等填平模样表面上之螺钉孔坑。优点：模样工作表面不受损害。缺点：螺孔位置要躲开模底板底部之肋条，还要让出搬手空间，安装不甚方便。注意：下固定法用于模样高大且四周没有低矮的突边可利用的条件下。(3)固定和定位孔模样在模底板上，可用螺钉或螺栓固定，用定位销定位。上固定时下固定时作用：定位销用于防止模样在使用中位置移动。应开设定位销孔☻位置：应选在模样上矮而平的部位，两孔间距尽量远。☻数量：每块模样上至少设2个。对大模样，至多不超过4个销孔。注意：一般在安装完毕或试生产后，证明模样位置准确后才配钻、配铰销孔，最后订入定位销。3．模样(芯盒)的尺寸标注标注什么？尺寸尺寸偏差粗糙度分模面平面度（1）尺寸标注模样(芯盒)的尺寸有两类与铸件有关的尺寸非关联尺寸凡与铸件有关的尺寸，都应把铸件尺寸按铸造收缩率加以放大。按铸造工艺图上的尺寸标注，不加放铸造收缩宰。如何计算？计算式，并精确到0.2mm。Lm=(Lf±Ly)(1+K)Lm——与铸件有关的模样尺寸Lf——零件的尺寸；Ly——铸造工艺尺寸，如加工余量、拔模斜度、工艺补正量等尺寸之和。“+”号用于凸体尺寸，“—”号用于凹体尺寸；K—铸件的铸造收缩率(缩尺)。（2）尺寸偏差偏差一般为铸件公差的1／3～1／4。对于大量生产的定型产品，金属模样(芯盒)工作表面尺寸偏差要求见表9-9。测量尺寸关联尺寸凸体①凹体②基准线中心线③300＋0.2－0.1－0.2＋0.1±0.1301～500＋0.25－0.1－0.25＋0.1±0.1501～1000＋0.3－0.12－0.3＋0.12±0.11000＋0.4－0.15－0.4＋0.15±0.1芯头④铸孔名义尺寸间隙模样芯头偏差芯盒芯头偏差10～250.1＋0.1－0.125～500.2＋0.15－0.1550～1000.3＋0.15－0.15100～1500.5＋0.2－0.21500.5＋0.2－0.2金属模分模面平面度要求见表。（3）分模面平面度分模（盒）面的平均轮廓尺寸（长+宽）/2平面度3000.05301-5000.1500-10000.1210000.15模样在模底板上的位置偏差规定为：单面模板≤0.7mm双面模板≤0.5mm。（4）模样在模底板上的装配偏差：在保证上、下模样的装配相对位移偏差不大于0.1mm条件下：（5）粗糙度模样工作表面的粗糙度应不低于Ra1.6，分模面上一般为Ra3.2～1．6，定位销孔取Ra1.6～0.8，固定螺钉孔在Ra6.3～3.2。（6）浇冒口模的偏差1）尺寸偏差内浇道模对有箱造型为±0.3mm，对无箱造型为±0.15mm。其余部位对有箱造型为±0.7mm，对无箱造型为±0.5mm。当浇冒口模被分装在上、下模板上，并要求相应部分重合的条件下：浇冒口模在模底板上的装配偏差要求不大±0.1mm。2）装配偏差注意：所标注尺寸应便于加工时测量。例如图中的ø46.2mm就无法测量，应换算为ø39.9mm，标注出下芯头顶部直径。Ø39.9计算实例：如图所示的零件，材质为灰铁，采用一般机器造型生产，供需双方约定铸件要求的加工余量和铸造公差为：GB6414-CT11-RM1.4。已知Ø100外圆处的加工余量为1.4，尺寸公差为5(内孔为4)，拔模斜度增加量为0.394，芯头间隙为0.5，尺寸收缩率为1%，求在模样上Ø100外圆和Ø50内圆孔应制成的尺寸。计算实例：如图所示的零件，材质为灰铁，采用一般机器造型生产，供需双方约定铸件要求的加工余量和铸造公差为：GB6414-CT11-RM1.4。已知Ø100外圆处的加工余量为1.4，尺寸公差为5(内孔为4)，拔模斜度增加量为0.394，芯头间隙为0.5，尺寸收缩率为1%，求在模样上Ø100外圆和Ø50内圆孔应制成的尺寸。解：对Ø100外圆(100+2×1.4+1/2×5+0.394)×(1+1%)=106.75mm=106.8mm对Ø50对内园孔(50-2×1.4-1/2×4)×(1+1%)+0.5=46.15mm=46.2mm模板一般模板由模底板、模样、浇注系统模、加热元件、定位元件等组成。在组合快换模板系统中，还包括有模板框及其定位、固定元件。1．对模板的要求●模板尺寸应符合造型机的要求；●模底板和砂箱足够的强度、刚度和耐磨性。●制作容易，使用方便。●各模样之间应有准确的定位，尽量标准化。2．模板种类3．模底板结构单面模底板的典型结构见图。●模底上应有与砂箱定位用的定位销；●同造型机连接用的突耳；●供运输用的吊轴或手把；●顶杆起模用的通道等。●翻转式造型机用的模板上还应有固定砂箱用的机构或突耳等。通常模底板外廓和砂箱一致。模底板的高度、壁厚和肋的有关尺寸可参见有关设计手册。例如:Z148B造型机要求：490mm＜(砂箱高十模底板高+压头体高十浇口杯模高)＜750mm；造型机工作台到压头体座底面之最小距离为490mm．最大距离为760mm。模底板高度和模板框的高度，还应满足造型机的工艺要求。4.模板和砂箱的定位（1）定位方法定位方法直接定位法间接定位法定位销(套)直接安装在模底板上。定位销(套)装在模板框上。模板和模板框之间另有定位。缺点：间接定位法多了一次定位误差。防止铸件错位超差的措施：模底板和模板框之间的定位精度要严，定位销孔中心距偏差小于±0.03mm。应用：快换、组合模板多用间接定法。以简化模板结构，使模轻巧，便了更换和储存。采用什么进行定位？（2）定位销与销套（2）定位销与销套2）定位销与销套的配合精度大批大量生产采用K8／d8；成批生产采用H9／d9单件小批生产采用H10／dl0。1）定位销及销套的名义直径依砂箱名义尺寸大小，分别选用：ø20、ø25、ø30、ø35、ø40mm等。5．设计模板图的注意事项（1）模样和浇冒口模的位置、尺寸是否符合铸造工艺图的要求，吃砂量(表3—6—5)是否合适。（2）上、下模板上的模样布局、方向、尺寸标注等是否一致，能否满足合箱要求。（3）根据造型机的具体要求，验算模板高度应低于起模高度等。（4）直浇道的位置，合箱后应靠近浇注平台一侧。（5）各种螺钉、定位元件位置是否合适?装卸方便否?二、砂箱设计内容：选择类型和材质确定砂箱尺寸结构设计定位及紧固1.设计和选用砂箱的基本原则(1)满足铸造工艺要求。如砂箱和模样之间应有足够的吃砂量；箱带不妨碍浇冒口的安放、不严重阻碍铸件的收缩；定位装置的公差配合应保证铸件的尺寸精度等。(2)尺寸和结构应符合造型机、起重设备、烘干设备的要求。砂箱的吊轴、吊环、手把和紧固装置要稳定可靠。(3)有足够的强度和刚度，使用中保证不断裂或发生过大变形。(4)对型砂有足够的粘附力，使用中不掉砂或塌箱，但又要便于落砂。(5)经久耐用，制造方便，材料来源广，价格低廉，使用轻便。(6)应尽可能标准化、系列化和通用化。2.砂箱类型的选择(1)专用砂箱和通用砂箱专用砂箱：专为某一复杂或重要铸件设计的砂箱。通用砂箱：凡是模样尺寸合适的铸件均可使用的砂箱。多为长方形。(2)依制造方法分为整铸式、焊接式和装配式整铸式：用铸铁、铸钢或铸铝合金整体铸造而成的砂箱。应用较广。焊接式：用钢板或特殊轧材焊接成的砂箱。也可用铸钢元件焊接而成。装配式：由铸造的箱壁、箱带等元件，用螺栓组装而成的砂箱。用于单件、成批生产的大砂箱。（3）依造型方法及使用条件分为手工造型用砂箱，机器造型用砂箱，高压造型用砂箱。3.砂箱结构设计砂箱名义尺寸箱壁结构箱带结构砂箱定位搬运、翻箱结构砂箱的紧固。(1)砂箱名义尺寸什么是砂箱的名义尺寸？砂箱名义尺寸：是指分型面上砂箱内框尺寸(长×宽)乘砂箱高度。确定