“永冠杯”第二届中国大学生铸造工艺设计大赛

6.2 模板的设计

（a）上模板三维图 （b）下模样三维图 6.3模样三维图

模板由模底板、模样、浇冒系统模等组成。模板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的定位，模板应有足够的强度、刚度和耐磨性，制造容易，使用方便。如图6.3。 6.2.1 模底板类型的确定

采用翻转式单面模板，选用铸铁做底板材料，底部均匀布置加强肋。 6.2.2 模板尺寸和结构的确定

单面模底板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、顶杆起模用的通道及固定砂箱用的机构或突耳等。

模底板外轮廓和砂箱一致(2400×2170mm),壁厚δ=22mm，肋根部的尺寸δ1取

24mm，肋顶部的尺寸δ2=20mm，壁厚与肋连接处的圆角半径r=5mm，相关尺寸可查阅铸造成型手册。加强肋的布置采用矩形正交形式，加强肋之间的距离：模板长度方向的肋距K=400mm，宽度方向的肋距K1=350mm。 6.2.3 模板的定位

采用直接定位法，定位销安装在模底板上，定位销孔中心距偏差小于±0.3mm。 定位销与销套的配合精度，取H10/d10。选用定位销及销套的名义直径分别为Ф35mm和Ф40mm。取模底板上定位销耳的结构尺寸为d=Ф40mm；取模底板用定位销及导向销的尺寸为d=Ф40mm。

6.3 砂箱及其他

在生产实际，在此项目中砂箱尽可能使用最小的砂箱和不使用过大的吊车等设备，此外由于中大型球墨铸铁件，胀箱力大，砂箱应能充分承受胀箱力，砂箱要有足够的刚度与强度。针对本零件，我们设计了两箱结构外加一个独立的浇口杯砂箱。

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6.3.1 砂箱的结构

本项目中采用灰铸铁整铸式专用砂箱。砂箱为单层壁结构，设置有吊轴便于运输，箱壁设有排气孔，外形为长方形。砂箱的两端设有箱耳，用于安装定位销和定位套，以确保造型合型的定位精度。

砂箱名义尺寸：综合考虑吃砂量和浇注系统位置，最终确定分型面上砂箱内框尺寸为2600×1950mm；上箱高度235mm，下箱高度1430mm。由于砂箱较大，采用分段制造。箱壁：箱壁壁厚t=32mm，加强筋厚度b=20mm。砂箱排气孔。截面取圆形，d=25mm，排气孔间距C=100mm。砂箱结构如图6.4。

5 1

6 2 3

4

图6.4 砂箱结构三维图

1——上箱，2——箱带，3——铸接III型吊轴，4——下箱，5——插销，

6——I型销套

6.3.2 箱带的设计

为增加对型砂的附着面积和附着力，提高砂型总体强度和刚度，防止踏箱和掉砂，延长砂箱使用期限。本项目的砂箱内设有箱带。箱带随模样形状而起伏，至模样表面的距离（吃砂量）为：顶面a=35～40mm，侧面b=40～45mm，底部距模板c=45～4mm。为减轻重量和增加对型砂的附着力，高箱带部位开窗口，箱带至浇口杯模的距离应大 于30～40mm。箱带布置成方格形或长方格形，可采用装配式，箱带布置尺寸，即箱带间距，上箱a=220mm，b=400mm，下箱a=240mm，b=400mm，箱带高度100mm。另外，在砂箱的两端靠近横浇道的箱带处开设4处收缩断口，以适应砂箱受热膨胀。 6.3.3 砂箱的定位及出气孔

本项目中采用定位销定位,定位销的类型选用座销，导向销套采用I型导向销套。定位销和销套均为d=50mm。为了保证下型准确可靠，根据上下砂型的特点，我们选用定位销的长度为800mm。

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定位销长度说明：由于上箱有如图6.5所示的较长的圆柱阶梯结构，再者该阶梯结构与砂芯配合的位置为三个砂芯的交汇处，因此，不适合将此阶梯结构分段做成砂芯的形式，鉴于此，为了保证该长圆柱阶梯在进入下箱前定位销就开始起导向定位作用，我们选用的定位销长度为800mm。

通气孔根据砂箱的结构设置在上下砂箱的四周，直径取34mm。

6.3.4 搬运、翻箱结构

图6.5

砂箱应设计吊轴，设计时应使吊运平衡，翻箱方便，安全可

靠。吊轴用钢材制造，用铸接法同砂箱相连接，形式采用III型。铸接必须可靠。吊轴上的铸接部分应加工出沟槽或倒刺。 6.3.5 砂箱的紧固及防漏

为防止胀箱、炮火等缺陷，采用带楔铁的销杆夹紧装置夹紧，其设置在砂箱长边上，两侧各设置3个夹紧装，楔铁的规格选用50×160mm（H×B）。销杆与联固的箱耳的销杆孔及垫圈孔之间采用间隙配合，间隙为2mm。

认真选取砂箱、浇注系统、铸型相互间的间隔及设计吃砂量。越靠近铸型下部静压力越大，应充分捣固；

泥芯头和铸型的接合面应认真密封；

不仅砂箱要紧固，而且要用砂箱卡子上下紧固。静压力高时，横向也应紧固； 特别重要的是操作者人人都应为防漏箱而认真、负责地操作。 6.3.6 胀箱力的计算

用在上型面的作用力P1 ：

P1=H1ρA1 6.1

式中，H1为从A1到内浇口液面的高度（cm）；ρ为铁水密度（g／cm3）；A1为上表面面积（m3）；

经估算，得: P1=122×7.3×14000≈12500kg。

作用在下表面的作用力： P2=H2ρA2 6.2

得：P2=6×7.3×1700≈7450kg

作用在侧面的胀箱力： P3=（H1+H2）ρB/2 6.3 式中，B——侧面面积（m3）

经计算得: P3=64×7.3×15000≈7000kg。 经验证，所选砂箱应满足强度要求。

6.4 芯盒的设计

在此，分别讨论砂芯芯盒的设计。金属芯盒的设计包括确定类型、材质，选取分盒面，芯盒结构设计和工作尺寸计算等。

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本次设计共需要对10块砂芯进行 芯盒的设计，由于全部采用手 工造芯，因此芯盒材料统一选用 铝合金。具体方案如下。 6.4.1 1号砂芯芯盒的设计

1号砂芯及芯盒的结构如图6.6 所示。

设计说明：

图6.6 1号砂芯及芯盒结构 （1）分盒面的选择

根据1号砂芯的结构特点，我们采

用多向开盒式芯盒的结构，整个芯盒主要分为1,2,3,4四块，两侧各有三个侧向抽芯结构（图中5所指）。芯盒运动方向如图中蓝色箭头所示，其移出顺序如下：先抽 出5，再移出2,4，最后1,3对开。 （2）芯盒内腔尺寸计算

芯盒内腔尺寸按照下式进行计算：

Ab=（A0±At ）×（1+εt） 6.4

其中 A0为产品零件尺寸；At为铸造工艺尺寸；εt球墨铸铁的线收缩率，取0.5%。 具体尺寸见附件7。 （3）芯盒及其附具结构的设计

a．芯盒壁厚 确定壁厚t=12mm。

b．芯盒加强筋 厚度t1=0.8t=10mm，斜度取2o，最低高度h≥3t=40mm。具体加强筋分布见附件7。

c. 芯盒的手柄及吊轴

在芯盒的两个侧面各设置了4根圆柱形吊轴（图中 6所指），吊轴与芯盒之间采用直径为Φ42mm的螺纹 联接，吊轴主体圆柱的直径为Φ55mm。

d. 芯盒的定位装置

1,3芯盒分块之间采用铰链卡板式夹紧装置（如图6.7 所示）夹紧与定位。2,4芯盒分块与1,3芯盒分块的接触面 处设计有矩形凸台和凹槽，用于定位和导向，同时在两两

图6.7 铰链卡板式夹紧装置 的接触面处分别用10个M20的螺栓连接进行夹紧。

e.凸缘与耐磨护板 如图中棕色部分所示，厚度取3mm。 6.4.2 2号砂芯芯盒的设计

2号砂芯及芯盒的结构如图6.8，图6.9所示： 设计说明：

（1）分盒面的选择

根据2号砂芯的结构特点，我们采用敞开脱落式芯盒

结构，整个芯盒主要分为1,2,3三块，其装配及分盒顺序如下：先将1,2装配进行填砂，当树脂砂填到2/3时，将3放入芯盒中（3与1之间依靠自身的结构固定），继续填

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