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摘 要：铸件为上冠，是混流式水轮机转轮上部用于固定叶片上端并与主轴进行机械连接的结构部件。根据该铸件的结构特点、使用条件、生产批量等情况进行铸造工艺分析，确定采用新工艺——陶瓷型铸造成型。经查阅资料、设计计算、工艺分析后，完成了冒口、浇注系统、砂芯、砂箱、模板等相关工艺工装的设计。根据设计计算结果，运用三维建模软件UG进行三维建模，而后导入铸造仿真模拟软件AnyCasting进行铸造浇注模拟及分析。根据分析结果修改、完善铸造工艺设计。
关键词：上冠；工艺设计；工装设计
0 引言
本文工艺设计的对象是上冠。上冠是水轮机的重要组成部分，其性能的好坏直接关系到水轮机的使用寿命，因此对上冠的综合性能要求较高。铸造工艺设计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，确定铸造方案和工艺参数、绘制铸造工艺图等技术文件的过程。铸造工艺设计的好坏，对铸件品质、生产效率和成本起着重要作用。
1上冠的工藝设计
上冠铸件表面需要进行加工，因此要预留加工余量。所谓加工余量，是指在铸件工艺设计时预先增加的，而后在机械加工时又被切去的金属厚度。加工余量是根据铸造尺寸公差等级和加工余量等级确定的。陶瓷型铸造尺寸公差等级最高可达CT5，由于铸件尺寸较大，这里取尺寸公差等级为CT8；单件生产采用手工造型，故加工余量等级选 F，根据GB/T 11350-89标准和铸件尺寸，查手册[11]CT8/F 选取加工余量为6mm。根据铸件的平面结构和加工余量，可用三维建模软件UG绘制出铸件的三维模型。上冠UG三维模型如图1所示：
图1 上冠UG三维造型图
2分型面位置的确定
根据该铸件的结构特点及选择分型面的一般原则，铸件采用两箱造型。上砂箱放置冒口及浇注系统，下砂箱放置铸件。选取上端外环端面为分型面，分型面如图2所示。
造型时，由于起模后的修型和烘干过程中砂型的变形引起分型面凸凹不平，使合型不严密，为防止浇注时从分型面跑火，合型时需在分型面上放耐火泥条或石棉绳，这就增加了型腔的高度。另外，由于砂型的反弹也可造成型腔高度尺寸的增加。为了保证铸件尺寸符合图样要求，在模样上必须减去相应的高度，减去的数值即称为分型负数。查手册得，分型负数取a=2mm。
3砂芯的设计及安放
上冠铸件的空腔尺寸较大、结构复杂，需要用砂芯成型。砂芯的作用是形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位。砂芯设计的总的原则是：使造芯到下芯的整个过程方便，铸件内腔尺寸精确，不致造成气孔等缺陷，使芯盒结构简单。芯头是指伸出铸件以外不与金属接触的砂芯部分。芯头长度是只砂芯伸入铸型部分的长度。为了合箱方便，避免上、下芯头和铸型相碰，对垂直芯头，上、下芯头都要设有斜度。为了方便下芯，还要在芯头和芯座之间留有间隙。
图2 分型面位置选取
根据铸件结构、分型面的选择，只需设置一个砂芯。经计算与查手册可知，上芯头高45mm，斜度为9°，上芯头与芯座之间的间隙为2mm，侧隙1mm。下芯头高80mm，斜度7°，芯头与芯座之间的间隙为1.5mm，侧隙1mm。芯头的形状、尺寸、长度、斜度及安放位置如图3所示。
图3砂芯结构、尺寸及安放位置
4.结论
审核铸件的结构工艺性，是设计工艺与工装的基础，所有的工作都是围绕着铸件的结构特点与技术要求展开的。其中主要的设计内容包括：铸件浇注位置的确定、分型面的选择、浇注系统的设计、工艺参数的设计、等环节，以上每个环节都对铸造出高质量、高性能的铸件起关键作用，因此设计的时候需要保持严谨、科学的态度。
参考文献
[1] 王新节.货车转向架的承载鞍铸钢件消失模工艺[J].（2010）1001-4977 59～63
[2] 姜彬.UG压铸模具设计入门与提高[M].北京：电子工业出版社，2008.5：2～5
[3] R.Stoehr.Simulation in the Design of Sand Casting Proceedings of Modelling Casting and Welding Proceses.Rindge，Nwe Hampshire，USA，1980：3～18
（作者单位：山东协和学院机电工程学院）
关键词：上冠；工艺设计；工装设计
0 引言
本文工艺设计的对象是上冠。上冠是水轮机的重要组成部分，其性能的好坏直接关系到水轮机的使用寿命，因此对上冠的综合性能要求较高。铸造工艺设计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，确定铸造方案和工艺参数、绘制铸造工艺图等技术文件的过程。铸造工艺设计的好坏，对铸件品质、生产效率和成本起着重要作用。
1上冠的工藝设计
上冠铸件表面需要进行加工，因此要预留加工余量。所谓加工余量，是指在铸件工艺设计时预先增加的，而后在机械加工时又被切去的金属厚度。加工余量是根据铸造尺寸公差等级和加工余量等级确定的。陶瓷型铸造尺寸公差等级最高可达CT5，由于铸件尺寸较大，这里取尺寸公差等级为CT8；单件生产采用手工造型，故加工余量等级选 F，根据GB/T 11350-89标准和铸件尺寸，查手册[11]CT8/F 选取加工余量为6mm。根据铸件的平面结构和加工余量，可用三维建模软件UG绘制出铸件的三维模型。上冠UG三维模型如图1所示：
图1 上冠UG三维造型图
2分型面位置的确定
根据该铸件的结构特点及选择分型面的一般原则，铸件采用两箱造型。上砂箱放置冒口及浇注系统，下砂箱放置铸件。选取上端外环端面为分型面，分型面如图2所示。
造型时，由于起模后的修型和烘干过程中砂型的变形引起分型面凸凹不平，使合型不严密，为防止浇注时从分型面跑火，合型时需在分型面上放耐火泥条或石棉绳，这就增加了型腔的高度。另外，由于砂型的反弹也可造成型腔高度尺寸的增加。为了保证铸件尺寸符合图样要求，在模样上必须减去相应的高度，减去的数值即称为分型负数。查手册得，分型负数取a=2mm。
3砂芯的设计及安放
上冠铸件的空腔尺寸较大、结构复杂，需要用砂芯成型。砂芯的作用是形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位。砂芯设计的总的原则是：使造芯到下芯的整个过程方便，铸件内腔尺寸精确，不致造成气孔等缺陷，使芯盒结构简单。芯头是指伸出铸件以外不与金属接触的砂芯部分。芯头长度是只砂芯伸入铸型部分的长度。为了合箱方便，避免上、下芯头和铸型相碰，对垂直芯头，上、下芯头都要设有斜度。为了方便下芯，还要在芯头和芯座之间留有间隙。
图2 分型面位置选取
根据铸件结构、分型面的选择，只需设置一个砂芯。经计算与查手册可知，上芯头高45mm，斜度为9°，上芯头与芯座之间的间隙为2mm，侧隙1mm。下芯头高80mm，斜度7°，芯头与芯座之间的间隙为1.5mm，侧隙1mm。芯头的形状、尺寸、长度、斜度及安放位置如图3所示。
图3砂芯结构、尺寸及安放位置
4.结论
审核铸件的结构工艺性，是设计工艺与工装的基础，所有的工作都是围绕着铸件的结构特点与技术要求展开的。其中主要的设计内容包括：铸件浇注位置的确定、分型面的选择、浇注系统的设计、工艺参数的设计、等环节，以上每个环节都对铸造出高质量、高性能的铸件起关键作用，因此设计的时候需要保持严谨、科学的态度。
参考文献
[1] 王新节.货车转向架的承载鞍铸钢件消失模工艺[J].（2010）1001-4977 59～63
[2] 姜彬.UG压铸模具设计入门与提高[M].北京：电子工业出版社，2008.5：2～5
[3] R.Stoehr.Simulation in the Design of Sand Casting Proceedings of Modelling Casting and Welding Proceses.Rindge，Nwe Hampshire，USA，1980：3～18
（作者单位：山东协和学院机电工程学院）