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1、课程设计说明书题 目：油泵齿轮壳铸造工艺及模具(芯盒)设计院 别：重庆大学 专 业：材料成型及控制工程(模具CAD/CAM) 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期： 年01月10日 油泵齿轮壳铸造工艺及模具(芯盒)设计摘要对于载重汽车、卡车、消防车、牵引全挂车以及其改装车型等中型汽车而言，当前油泵齿轮壳的需求也越来越大，因此在油泵齿轮壳上也有比较高的要求，然而全国汽车生产量巨大，加上汽车配件量的需求也多，整车维修总量大，东风生产的各种油泵齿轮壳的产量仅能维持自身的供给，难以确保对外界的供给。因此本设计的目的，是让中小型企业拥有对中型货车油泵齿轮壳自行制造的能力，并且能以较低的设备成本投入，通
2、过改善提高工艺性能的方案和控制模具（芯盒）精度等方式，来获取精度要求能与原厂生产油泵齿轮壳媲美的油泵齿轮壳。关键词：中型货车；东风汽车公司；油泵齿轮壳；工艺；模具；芯盒目 录1、零件及加工分析11.1.零件分析11.2.零件加工方案分析12、铸造方案的类型和确定22.1.铸造方式：22.2.制型方案：22.3.模腔数量32.4.砂型、砂芯材料选择：42.5.模样及芯盒材料：42.6.浇注系统形式选型：53、铸造工艺设计63.1.工艺设计参数：63.2.浇注位置：73.3.铸造分型面：83.4.砂型（型腔）上下模确定：93.5.砂芯设计：94、浇注系统设计104.1.浇注时间的确定104.2.阻
3、流截面面积的确定114.3.内浇道设计134.4.横浇道设计134.5.直浇道设计144.6.浇注系统的分布145、芯盒设计155.1.芯盒的总体布局155.2.芯盒的主要结构设计155.3.芯盒的附具设计156、芯盒工装设计16参考文献17致 谢18 1、零件及加工分析1.1.零件分析1.1.1.零件主要结构分析：图1 油泵齿轮壳箱体汽车公司生产零件油泵齿轮壳箱体的零件图如图1所示，该油泵齿轮壳箱体是为一轴式结构，安装输出轴，是本箱体最为核心的部位。箱体左右两端平整，用以与其他零件相安装连接。1.1.2.制造工艺要求：根据实际生产中的要求，总体归纳为以下4点：1）工艺的实践性要强，操作要轻便
4、；2）模具结构简单，制造容易；3）工艺和模具的经济性好；4）方便清砂。由此，本设计的设计原则必须遵循以上提及的4个总体要求。1.2.零件加工方案分析根据零件的结构性以及尺寸形位公差的要求，本设计箱体的总体制造方案分为两步：第一步为铸造；第二步进行各有加工要求的部位以镗、铣等基本的机械加工手段进行加工，最终达到图纸所要求的精度。2、铸造方案的类型和确定2.1.铸造方式：铸造方式多种多样，而在这些方式里面，较为普遍的而且实用性较高的方式主要为以下几种：砂型铸造、消失模铸造以及压铸。2.1.1.砂型铸造：砂型铸造成本很低，制作方便，能通过人工、机械造型，能满足一般铸件需求。但是一次铸造成型砂型必须重
5、新制作，需要另设造型设备，不能铸造直径小于30mm以下的孔类部位。2.1.2.消失模铸造：铸造精度较高，能制作各种小孔类型的部位，适应于制作形状较为复杂的铸件，由于模样的高温融化，所以取件不须考虑型芯或型腔因结构复杂而造成取模障碍等问题。然而一次模样也是只能使用一次（因为在高温铸造过程中模样会融化消失），消失模自身的力学性能较差，容易变形。2.1.3.压铸：压铸的精度非常高，在高压下能轻松铸造至每一个精细的部位、角落和小孔等，能铸出结构复杂的工件。不过设备成本非常高，对铸造材料很有要求，铸铁类等材料均不宜进行压铸。方案确定：如上比较分析，本设计由于箱体铸件材料正好是铸铁，因此不能使用压铸方式；
6、由于该箱体壁厚7-10毫米，消失模强度不足，在铸造操作过程中会变形，最终很可能导致铸件变形量超差。因此本设计选择砂型铸造。2.2.制型方案：本设计在2.1的铸造方式里已经确定为砂型铸造，因此型砂和型芯的制型方式也需要确定下来，普遍的制型方式主要有两种：手工造型和机械造型。2.2.1.手工造型：不用额外购买造型设备，在单件小批量生产中成本低。不过劳动强度高，操作人员数量大，制型精度难以得到保证，造型生产周期长。2.2.2.机械造型：造型速度快，造型精度高，适应于中、大批量生产。需要额外投入经费购买造型机，根据不同型号的造型机价格有所不一。方案确定：综合比较分析后，根据本设计生产实际需要，砂型精度
7、要求比较高，手工造型无法满足这种要求，而且本设计规模为中、大批量生产，手工造型会导致工人劳动强度过大，需要操作人员也多，加上生产周期长，到最后成本还会过高。因此选择为机械造型，一次投资购买造型机，而造型机中,主要型号有Z145A Z148B Z230B其中Z145A适用的砂箱较小,制型数量有限，不能满足批量生产要求,Z230B造型机过大，用砂量大以及较耗费人力是主要缺陷，而型号Z148B造型机则能综合满足以上要求，能满足本设计箱体的生产规模，同时也能节省用砂量。因此造型机选为Z148B。2.3.模腔数量模腔数量是指一套铸型在一次装配并进行铸造后，所获得的铸件数量，这个参数直接影响到型腔和浇注系
8、统的布局以及用以制造砂型的砂箱的大小的设计，因此此项选择不容缺失。2.3.1.一型一腔：一型一腔最大的特点就是铸件的空间所占用砂箱空间少，易于铸件及浇注系统在其内的布局。但是部分方向的吃砂量只为单一个铸型而设置，在本设计已确定的Z148B造型机中，这种布局会造成用砂量巨大浪费，而且单腔生产数量的难以满足较大生产规模的要求。2.3.2.一型四腔：较一型一腔式等批量生产更为节省用砂量，生产规模较大。然而由于要考虑砂芯和芯盒所要腾出的芯头尺寸的空间，有可能会因此而使得所选用的砂箱较大，因此浇注系统以及铸件摆放的方位需要有比较精细的安排，而且对铸造工装的装配精度要求较高。方案确定：由于本课题选择购买的
9、造型机型号为Z148B，从用砂量的节省角度以及生产规模需求角度考虑，更适合于一型四腔。因此本设计选定一型四腔。2.4.砂型、砂芯材料选择：同一套砂型和砂芯虽然是铸造同一个铸件，然而各自负责成型部位不一样，工作的环境和工艺性能也有所不一，对材料的依赖性很高，因此合理地对砂型和砂芯的型砂材料的选择是提高铸造工艺性以及经济性的重要环节之一。常用的砂芯材料有：水玻璃砂，冷硬树脂砂，粘土砂，潮模煤粉砂方案确定：在本设计中，铸件外表面需要有较高表面质量，不应机械粘砂，因此外模砂选用潮模煤粉砂。而由于本设计中，油泵齿轮壳内部结构有内凸部位，如果用水玻璃砂或者粘土砂这些较硬的芯砂，将必须经过敲击才能逐步取芯，
10、特别是粘土砂，如果粘在内部的内壁上，在敲击的过程中稍有不慎很容易会伤及铸件本体，加上该设计的油泵齿轮壳最薄的壁厚仅有7毫米，如此的敲击很容易会对其进行损害，所以水玻璃砂和粘土砂不大可取，然而冷硬树脂砂在铸造的冷却过程中，金属会逐步收缩包紧型芯，利用冷硬树脂砂与铁水接触表面的树脂砂层强度的丧失，相互之间的距离会收缩，从而减少铸件的收缩阻力，降低了铸件的内应力及日后工作过程中开裂的倾向。因此本设计中砂芯选用冷硬树脂砂。2.5.模样及芯盒材料：模样是用来对型腔成型的必要工具，芯盒是用于制作砂芯的母体。而这两者的材料各种各样，木制、塑胶、金属，各自的使用性能、制造成本、加工工艺以及加工难度也各不一样，
11、正确的选择模样和芯盒的材料同样是直接影响零件最终制造成本的关键因素之一。芯盒材料分三种，木材，塑料和金属，其中金属是三者中最为昂贵的材料，加工难度也因模样或芯盒的外形尺寸而变化，有的可以通过压铸直接获得所需的成品，有的需要铸造后进行后机械加工或者热处理或者电镀加工等等方可投入使用。但金属耐磨性是三者中最高的，而且强度很高，在高压力的喷砂、压砂和振砂的工作条件下依然能保持结实的状态，尽管在批量生产工作后出现的小部分破损或者磨损，也能通过电焊的方式进行填补修复工作，通过电镀后在此进行机械加工也能恢复表面质量，因此维修效率和性价比都高。方案确定：结合本设计需求和对表格内容的分析，生产规模较大，如果用
12、塑料和木材作为模样的话，长期进行造型工作中导致变形和失效。而选用金属的话将能满足长时间砂型造型工作而不被磨损和变形的要求。因此本设计选择金属作为模样材料，为了防锈需要，具体选择铸铝合金，牌号为ZL-106，而芯盒的材料牌号选定为ZL-108。2.6.浇注系统形式选型：浇注系统是整个铸造系统中重要的组成部分，不同形式的浇注系统会影响到灰铁金属液体浇注的流动状况以及和卷气情况，最终决定了铸件密度和内部质量。浇注系统分：全封闭式，半封闭式，开放式，三种。方案确定：由于本设计对铸件的铸造精度和表面质量有比较高的要求，因此不允许出现断续浇注的情况，而且浇注均匀，不卷气，而且冲刷力应足够大，因此应选择全封
13、闭式浇注系统。即直流道横截面积必须大于横浇道横截总面积之和，横浇道横截面积之和必须大于内浇道总面积之和。而且在直流道底部必须设有直流道窝，在横浇道顶部要设有燕尾式斜角。3、铸造工艺设计在所有的工程设计中，工艺设计必不可少，而铸造工艺，主要就是根据铸造零件的结构特点、技术要求、生产批量和生产条件等，确定铸造工艺方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编织工艺卡等技术文件。铸造工艺设计的好坏，对铸件品质、生产率和成本起着重要作用，而铸造工艺设计也是本设计中的工作重点。3.1.工艺设计参数：3.1.1.铸件尺寸公差：本设计中得铸件尺寸公差，是从通过资料2 P39表2-12中获得的，根据实际生产的要求以及生产
14、规模，铸件的公差定为CT11级，在此表格中具体每一个尺寸范围都有对应的公差值，单位为mm。而本设计的主要对象是芯盒，主要加工结构为内腔结构，在批量生产中，长期与型砂的摩擦和接触，都会带来一定的磨损。因此为了保留磨损余量，尽可能提高芯盒耐用度，特选择尺寸公差值为负偏差。3.1.2.铸件重量公差：本设计给定两个铸件加上浇注系统的总公称重量，范围在40100kg内，从资料2 P40表2-13中本设计取得铸件重量公差为12%。3.1.3.机械加工余量：通过资料中，结合P41表2-14 表2-15及P42表2-16的综合查选，根据最大尺寸100250mm范围内所对应的G级选择加工余量为2.0mm，为确保
15、安全，特预为机械加工工人预留略多些的余量，取为2.5mm。3.1.4.铸件收缩率（模样、芯盒放大率）：本设计的铸件收缩率是通过 资料 P43表2-17中获得的，此表格中有两个可供参考的栏目，分别是中国机械工程学会资料和美国铸造学会资料，两者略有不一，而本设计根据这是提供国内中小型企业的生产设计，应更趋于使用中国标准，因此参考表2-17中左栏的参数，条件为中小型件，受阻收缩，因此收缩率为0.7-0.9%。3.1.5.最小铸出孔槽：根据灰铸铁的材料特性以及现有实际生产经验，在本设计中，设定为铸出的孔直径不能小于，而由于本油泵齿轮壳箱体的倒档齿轮的卡槽为内部的盲槽，对日后机械加工不方便，因此该2个槽皆应直接在铸造时铸出。根据工艺参数，本设计的铸件图如图2所示，详见原CAD图或图纸。图2 油泵齿轮壳箱体铸件图3.2.浇注位置：铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型中的位置，浇注
