小型滾筒式臥式離心鑄造機設(shè)計方案劉

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1、 理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 學(xué)生姓名： 劉江澤 學(xué) 號： 08L0608122 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 題 目： 小型滾筒式臥式離心鑄造機的設(shè)計 指導(dǎo)教師： 賈麗敏（講師） 評閱教師： 2012年 6 月 河北科技大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計成績評定表

2、 姓 名 劉江澤 學(xué) 號08L0608122 成 績 專 業(yè) 材料成型及控制工程 題 目 小型臥式滾筒式離心鑄造機的設(shè)計 指 導(dǎo) 教 師 評 語 及 成 績 指導(dǎo)教師：

3、 年 月 日 評 閱 教 師 評 語 及 成 評閱教師： 績 年 月 日 答 辯 小

4、 組 評 語 及 答辯小組組長： 成 年 月 日 績 答 辯 委 員 會 答辯委員會主任： 意

5、 見 年 月 日 畢 業(yè) 設(shè) 計 中 文 摘 要 本文對滾筒形狀離心鑄件進行鑄造工藝設(shè)計。首先完成離心鑄造工藝設(shè)計，對于生產(chǎn)條件的確定以及離心機的選擇并對離心鑄造的澆注溫度、速度、時間和鑄型轉(zhuǎn)動時間進行確定。根據(jù)零件設(shè)計出襯套、擋板和后蓋，畫出其零件圖，并組裝成整體模具圖。利用重力系數(shù)公式計算鑄型轉(zhuǎn)速，再根據(jù)公式計算轉(zhuǎn)矩，選擇聯(lián)軸器和離合器。然后根據(jù)轉(zhuǎn)速計算出最小軸徑，進而設(shè)計出整體的軸，并對軸進行了校核。利用 CAD 繪制出小型滾筒式臥式離心鑄造機的整體圖形以及零件圖。

6、 關(guān)鍵詞： 臥式，離心鑄造，滾筒， CAD 畢 業(yè) 設(shè) 計 外 文 摘 要 Title Design of horizontal centerfugal casting machine with small drum shaped Abstract The drum shape centrifugal casting foundry process design. First to complete the design of centrifugal casting

7、process to determine the rotation time of the production conditions to determine the centrifuge selection and centrifugal casting，pouring temperature，speed，time， and cast. Bushings，bezel and back cover， according to the part design to draw the parts diagram，and assembled into the overall die map. Gr

8、avity coefficient was calculated as the casting speed，according to the formula to calculate torque，select the couplings and clutches. According to speed to calculate the minimum shaft diameter，and then design the whole axis and the axis was calibrated. Use of CAD drawing overall graphics and parts d

9、iagram of a small drum horizontal centrifugal casting machine. Key Words Horizontal Centrifugal casting Roller CAD 本科畢業(yè)設(shè)計 目 錄  第I頁共II頁 1 緒論 ..............................................................................................

10、................................ 1 1.1 鑄造簡介 ................................................................................................................ 1 1.2 離心鑄造簡介 ........................................................................................................ 1 1.3 45 鋼

11、簡介 ............................................................................................................... 3 1.4 離心鑄管機的設(shè)計原則 ........................................................................................ 4 1.5 本課題研究的對象 .....................................................

12、........................................... 4 2 離心鑄造工藝 .............................................................................................................. 5 2.1 生產(chǎn)條件的確定 .................................................................................................... 5 2.2

13、金屬模涂料 ............................................................................................................ 6 2.3 澆注溫度 ................................................................................................................ 8 2.4 澆注速度 ........................................

14、........................................................................ 8 2.5 澆注系統(tǒng) ................................................................................................................ 8 2.6 鑄型轉(zhuǎn)動時間 ................................................................................

15、........................ 9 3 離心鑄管缺陷分析及預(yù)防 ........................................................................................ 10 3.1 合金鋼管缺陷分析 .............................................................................................. 10 3.2 缺陷預(yù)防措施 ...............................

16、....................................................................... 10 4 模具設(shè)計 .................................................................................................................... 12 4.1 模具的結(jié)構(gòu) ................................................................................

17、.......................... 12 4.2 模具參數(shù)的計算 .................................................................................................. 12 4.3 鑄型轉(zhuǎn)速的計算 .................................................................................................. 14 5 零件的選擇 .....................

18、........................................................................................... 17 5.1 聯(lián)軸器的選擇 ...................................................................................................... 17 5.2 離合器的選擇 ...................................................................

19、................................... 19 5.3 軸承的選擇 .......................................................................................................... 20 6 軸的設(shè)計 .................................................................................................................... 22 6.

20、1 軸長的確定 .......................................................................................................... 22 本 科畢業(yè)設(shè)計 第II頁共II頁 6.2 軸的校核 23 6.3 鍵與銷的選取和校核 25 結(jié)論 27 致謝 22 參考文獻 22 本科畢業(yè)設(shè)計 1 緒論 1.1 鑄造簡介 鑄造的定義  第1頁共29頁 鑄造 [1] 是熔煉金屬， 制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型

21、， 凝固后獲得具有一定形狀、尺寸和性能金屬零件毛坯的成型方法。 鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后 得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。鑄造毛坯因近乎成形，而達到免機械 加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上減少了制作時間。 鑄造是現(xiàn)代裝置制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一。 鑄造的發(fā)展 中國早期的鑄件大多是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、宗教、生活等方面的工具，藝術(shù)色彩濃厚。那時 的鑄造工藝是與制陶工藝并行發(fā)展的，受陶器的影響很大。中國約在公元前 1700～前 1000 年之間已進入青銅鑄件的全盛期，工藝上已達到相當(dāng)高的水平。

22、 中國在公元前 513 年，鑄出了世界上最早的鑄鐵件。歐洲在公元八世紀(jì)前后也開始生產(chǎn)鑄鐵件。鑄鐵件的出現(xiàn)，擴大了鑄件的應(yīng)用范圍。 18 世紀(jì)的工業(yè)革命以后， 蒸汽機、紡織機和鐵路等工業(yè)興起， 鑄件進入為大工業(yè)服務(wù)的新時期，鑄造技術(shù)開始有了大的發(fā)展。 進入 20 世紀(jì)，鑄造的發(fā)展速度很快，其重要因素之一是產(chǎn)品技術(shù)的進步 ，要求鑄 件各種機械物理性能更好，同時仍具有良好的機械加工性能；另一個原因是機械工業(yè)本身和其他工業(yè)如化工、儀表等的發(fā)展，給鑄造業(yè)創(chuàng)造了有利的物質(zhì)條件。 鑄造的分類 鑄造種類很多，按造型方法習(xí)慣上分為： （1） 普通砂型鑄造，包括濕砂型、干砂

23、型和化學(xué)硬化砂型 3 類。 （2） 特種鑄造，按造型材料又可分為以天然礦產(chǎn)砂石為主要造型材料的特種鑄造（如熔模鑄造、泥型鑄造、鑄造車間殼型鑄造、負(fù)壓鑄造、實型鑄造、陶瓷型鑄造等） 和以金屬為主要鑄型材料的特種鑄造 （如金屬型鑄造、 壓力鑄造、連續(xù)鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等）兩類。 1.2 離心鑄造簡介 離心鑄造的發(fā)展概況 2 1809 年，英國人埃爾恰爾特申請了有關(guān)臥式離心鑄造和立式離心鑄造的第一個專 利。 1849 年，英國人安德魯 ·遜克制作出第一臺離心鑄管機，而后生產(chǎn)了長達 3.6m、直徑為 75mm 的離心鑄鐵管。 本科畢業(yè)

24、設(shè)計 1857 年德國人漢內(nèi) ·貝士麥提出用立式離心鑄造生產(chǎn)輪圈。  第2頁共29頁 1862 年英國人惠爾利和鮑韋爾制作出了鑄造輪圈的立式離心鑄造機。 1910 年德國人奧托 ·勃里代發(fā)明用移動澆注槽生產(chǎn)金屬型離心鑄管的方法。 1914 年巴西人代拉夫得和阿倫斯研究水冷型離心鑄管法成功。 1917 年美國人莫爾創(chuàng)造了砂型離心鑄管法， 1920 年開始用于大量生產(chǎn)。 1950 年在瑞典開始用涂料金屬型離心鑄造法生產(chǎn)主要用于下水道的小口徑鐵管。 50 年代美國離心鑄管公司建立了樹脂砂型離心鑄管法。 30 年代以后離心鑄造法逐步推廣應(yīng)用于

25、生產(chǎn)汽缸套、炮身、鼓輪等鑄件。 在 20 世紀(jì) 40 年代出現(xiàn)了用離心鑄造法生產(chǎn)雙金屬復(fù)合冶金軋輥的工藝。離心鑄造的定義及原理 [3] 離心鑄造是將金屬液澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型里， 在離心力的作用下充型并凝固成鑄件的一種鑄造方法。離心鑄造用的機器稱為離心鑄造機。 根據(jù)力學(xué)中的慣性，處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的金屬液質(zhì)點相應(yīng)的產(chǎn)生了離心力，所以金屬液在離心力的作用下凝固成形是離心鑄造的一大特點。 離心鑄造的分類 按照鑄型的旋轉(zhuǎn)軸方向不同，常見的離心鑄造機分為臥式、立式 2 種。 （1） 臥式離心鑄造，鑄型的旋轉(zhuǎn)軸線處于水平狀態(tài)或與水平線夾角很小 (小于 4°) 時離心鑄造

26、成為臥式離心鑄造。如圖 1-1 為一種臥式離心鑄造。臥式離心鑄造機主要用 于澆注各種管狀鑄件，如灰鑄鐵球墨鑄鐵的水管和煤氣管等等，管徑最小 75 毫米，最大可達 3000 毫米。此外可以澆注造紙機用大口徑銅輥筒，各種碳鋼、合金鋼管以及要求內(nèi)外層有不同成分的雙層材質(zhì)鋼軋輥。 （2） 立式離心鑄造，鑄型的旋轉(zhuǎn)軸線處于垂直狀態(tài)時的離心鑄造。如圖 1-2 為一種立式離心鑄造。立式離心鑄造機則主要用以生產(chǎn)各種環(huán)形鑄件和較小的非圓形鑄件。 圖 1-1 臥式離心鑄造 圖 1-2 立式離心鑄造

27、 離心鑄造的特點 離心鑄造的特點是金屬液在離心力的作用下充型和凝固，金屬補縮效果好，鑄件外層組織致密，非金屬夾雜物少，機械性能好。離心鑄造不用造型、制芯，節(jié)省了相關(guān)材料及設(shè)備投入。鑄造空心鑄件不需澆冒口，金屬利用率可大大提高。因此對某些特定形 本 科畢業(yè)設(shè)計 第3頁共29頁 狀的鑄件來說，離心鑄造是一種節(jié)省材料、節(jié)省能耗、高效益的工藝，但須特別注意采取有效的安全措施。 離心鑄造可以獲得無縮孔、氣孔、夾渣的鑄件，而且組織細(xì)密、機械性能好。當(dāng)鑄造圓形中空零件時，可以省去型芯。此外，離心鑄造不需要澆注系統(tǒng)，減少了金屬的消 耗。但離心鑄造鑄出的筒形零件內(nèi)孔自由

28、表面粗糙、 尺寸誤差大、質(zhì)量差，有較多氣孔、 夾渣，因此需增加加工余量，而且不適宜澆注容易產(chǎn)生比重偏析的合金及鋁鎂等合金。 離心鑄造的應(yīng)用 離心鑄造主要用于大批生產(chǎn)鐵管、銅套、發(fā)動機缸套、雙金屬鋼背銅套、造紙機滾 筒。生產(chǎn)效益顯著的有雙金屬鑄鐵軋輥， 加熱爐底耐熱鋼輥道、 無縫鋼管毛坯， 剎車鼓、 活塞環(huán)毛坯、銅合金渦輪毛坯等。 1.3 45 鋼簡介 45 號鋼 [4] ，是 GB 中的叫法，國內(nèi)常叫 45 號鋼，也有叫做“油鋼”。45 號鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼，硬度不高易切削加工，模具中常用來做模板、梢子、導(dǎo)柱等，但須熱 處理。 化學(xué)成

29、分 C 含量是 0.42%~0.50% ， Si 含量為 0.17%~0.37% ， Mn 含量 0.50%~0.80% ， Cr 含量 ≤0.25%， Ni 含量 ≤0.30%， Cu 含量 ≤0.25%。密度是 7.85g/cm 3 。 處理方法 （1） 熱處理 推薦熱處理溫度：正火 850℃，淬火 840℃，回火 600℃。（1） 45 號鋼淬火后沒有回火之前，硬度大于 HRC55（最高可達 HRC62）為合格。 實際應(yīng)用的最高硬度為 HRC55 （高頻淬火 HRC58）。（ 2） 45 號鋼不要采用滲碳淬火的熱處理工藝。 調(diào)質(zhì)處理后零件具有良好的綜合機械

30、性能，廣泛應(yīng)用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是那些在交變負(fù)荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。但表面硬度較低，不耐磨?？捎谜{(diào)質(zhì) +表面淬火來提高零件表面硬度。 （2） 滲碳處理 一般用于表面耐磨、芯部耐沖擊的重載零件，其耐磨性比調(diào)質(zhì) +表面淬火高。其表面含碳量 0.8%~1.2%，芯部一般在 0.1%~0.25%（特殊情況下采用 0.35%）。經(jīng)熱處理后，表面可以獲得很高的硬度（ HRC58~62），芯部硬度低，耐沖擊。 如果用 45 號鋼滲碳，淬火后芯部會出現(xiàn)硬脆的馬氏體，失去滲碳處理的優(yōu)點?，F(xiàn)在采用滲碳工藝的材料，含碳量都不高，到 0.30%芯部強度已經(jīng)可以達到很高，應(yīng)用上不

31、多見。 0.35%從來沒見過實例， 只在教科書里有介紹?？梢圆捎谜{(diào)質(zhì) +高頻表面淬火的工藝，耐磨性較滲碳略差。 45 鋼應(yīng)用 45 鋼是軸類零件的常用材料， 它價格便宜經(jīng)過正火后， 可得到較好的切削性能， 而 本 科畢業(yè)設(shè)計 第4頁共29頁 且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能。 45 鋼廣泛用于機械制造，如管、模板、連桿、螺栓、齒輪及軸類等。 1.4 離心鑄管機的設(shè)計原則 設(shè)計離心鑄管機時需要確定幾項參數(shù)： 澆注時管模的轉(zhuǎn)速， 澆注速度，澆注時間等，并遵循以下四個原則 [5] 。 （1） 離心鑄管模的轉(zhuǎn)速應(yīng)保證液態(tài)金屬進入管模后立刻成圓筒形，

32、并能得到良好的鑄管內(nèi)部組織，根據(jù)不同規(guī)格的鑄管確定不同的轉(zhuǎn)速。 （2） 離心機的下行速度應(yīng)均勻，保證鑄管壁厚均勻，不同規(guī)格的鑄管下行速度不 同。 （3） 澆注不同規(guī)格的鑄管時，配用不同容量的扇形包。一套扇形包的傾動機構(gòu)在一種傾倒速度的條件下，可以傾倒出不同重量的鐵水量。 （4） 管模的冷卻水量采用閉環(huán)控制，根據(jù)水的出口和入口溫度控制冷卻水量。 1.5 本課題研究的對象 根據(jù)零件圖（如圖 1-3 所示）設(shè)計小型滾筒式臥式離心鑄造機，零件材料為 45 號 鋼，零件壁厚 10mm。 D=150mm h=250mm

33、 圖 1-3 管類零件 本科畢業(yè)設(shè)計 2 離心鑄造工藝 2.1 生產(chǎn)條件的確定 離心鑄造的設(shè)備包括熔煉設(shè)備、傳動設(shè)備和模具。  第5頁共29頁 熔煉爐的選擇 熔煉爐的選擇如表 2-1。 表 2-1 熔煉設(shè)備一覽 [6] 序號 名稱 功率（ KW ） 最大容量（ T） 形式 1 電弧爐 100 0.5 臥式 2 中頻爐 250 0.25 立式 3 焦炭坩堝爐 2.2 0.3 立式 根據(jù)模具的尺寸選擇

34、1 號電弧爐。利用電弧熱效應(yīng)熔煉金屬和其他物料的電爐叫電 弧爐，電弧爐用于熔煉普通鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼及各種合金鋼、不銹鋼。 爐前準(zhǔn)備 凡是要加入到爐中去的各種原材料都要必須除銹、去油、徹底烘干。投爐前應(yīng)盡可能的把爐料預(yù)熱到 400℃左右。各種輔料包括覆蓋劑、清渣劑、除氣劑都必須在投爐前 烘烤，對一些氯化物，還必須高溫脫水處理后方能使用，嚴(yán)禁冷料使用。凡是與金屬液直接接觸的各類工具，包括澆包、澆口槽、鐘罩、攪攔棒、耙子等都必須刷好涂料徹底烘干后待用。石墨坩堝應(yīng)預(yù)熱到 200-300℃時再放入爐膛，防止坩堝爆炸和掉層。 檢查鋼液質(zhì)量好壞、 能否離心鑄造，檢查的方法是在耐

35、火磚上鑿一個直徑 50×50mm 的凹坑，把熔煉好的金屬液注入，待凝固后看其表面。表面凹陷為合格，若是表面平整 或者凸起，證明銅液中含有氣體或者氣體含量嚴(yán)重，此時必須進行第二次排氣和精煉處理，之后再檢查一次，要是第二次檢查還不合格，這爐鋼液就不能進行離心鑄造。 2.1.3 離心機的選擇 如表 2-2 所示，根據(jù)零件尺寸選擇 1 號臥式三級離心機。 表 2-2 離心機選擇表 序號 最大規(guī)格（ mm） 功率（ KW ） 最大車速（轉(zhuǎn) /分） 形式 1 300 400 4 1150 臥式三級 2 600 800

36、10 900 臥式二級 3 700 200 20 800 立式二級 4 1100 600 40 700 立式二級 本科畢業(yè)設(shè)計 離心機轉(zhuǎn)速的確定  第6頁共29頁 離心機轉(zhuǎn)速直接影響鑄件質(zhì)量，轉(zhuǎn)速過低使鑄件內(nèi)圓產(chǎn)生金屬堆積，合金液中的氧 化夾雜物不易離出， 鑄件產(chǎn)生類渣；轉(zhuǎn)速過高鑄件容易產(chǎn)生偏析， 尤其是鑄件壁厚較大，結(jié)晶溫度范圍較寬的合金和合金中成分比重相差較大的元素。如錫、鉛等。通常我們用 如下經(jīng)驗方法來確定。鑄件的直徑小，需要的離心力大，速度靠上限取，反之取較小的轉(zhuǎn)速。此處鑄件的直徑是指內(nèi)孔而不是外圓，見表

37、2-3 所示。 表 2-3 離心機轉(zhuǎn)速表 形式 直徑（ mm） 轉(zhuǎn)速（ r/min ） 50～ 100 800～1300 臥式 100～ 200 950～ 1100 200～ 400 750～950 400～ 600 600～750 立式 600～ 800 600～700 800～1100 500～600 零件內(nèi)徑是 130mm，選取轉(zhuǎn)速 950~1100r/min。 2.2 金屬模涂料 噴刷涂料的目的 保護金屬型，提高冒口補縮能力， 利于金屬液流動改善充型條

38、件， 一定的排氣作用，使鑄件表面光滑利于脫型，涂料層可減少或避免鑄鐵件產(chǎn)生百口。 對涂料的要求 有足夠的耐熱性，必要的化學(xué)穩(wěn)定性，有一定的導(dǎo)熱性，能牢固的附著在金屬性表 面而且自身有一定的強度。 涂料各成分的性能 涂料 [7] 是由耐火粉、粘結(jié)劑、稀釋劑、特殊附加劑等多種成分組成的混合液體。 （1） 耐火粉對廢鐵合金常用的有白堊粉、 滑石粉、二氧化鈦、 氧化鎂、石墨粉等； 對銅合金鑄件常用的有石墨粉、石棉粉、耐火粘土、滑石粉等；對黑色金屬鑄件常用的有硅石粉、鎂砂粉、鉻鐵礦粉、耐火磚粉、耐火粘土、石墨粉等。 （2） 粘結(jié)劑對非鐵合金主要用玻璃水

39、；對鑄鋼件一般用粘土、水泥、糖漿、油類等等。 （3） 稀釋劑除銅合金外一般都用水稀釋。 （4） 特殊附加劑為提高非鐵合金鑄件所用涂料塑性，在其成分中加入 2%~3%的 亞硫酸鋇。鑄造鎂合金時，為防止金屬氧化一般加硼酸。 本科畢業(yè)設(shè)計 涂料配比  第7頁共29頁 涂料的成分由很多種，鑄件材料不同，選擇的涂料也不一樣。表 2-4 列舉了鑄鋼件的涂料多種配比。 表 2-4 鑄鋼件金屬型鑄造用涂料配比（ wt% ） 編號 成分 配比 備注 1 石灰粉 87 用水調(diào)至密度為 1.4~1.5g/c

40、m3，在預(yù)熱金 耐火粘土 8 屬型之前用毛筆刷涂 肥皂液 1~2 糖漿 1~3 水 其余 2 機油 100 金屬型預(yù)熱后用棉布擦涂（小鋼件） 3 硅石粉 100 大型鑄鋼件用 （配比中后三項是另加的， 白泥 4 濕碾＞ 12h，含水量 28%~33%） 糖漿 2 重油 0.2~0.3 4 瀝青 一份（體積） 汽油 三份（體積） 5 脫水焦油 100

41、 涂料配制工藝 （1）原材料準(zhǔn)備，涂料中的各種耐火粉在配制前都應(yīng)進行干燥，然后進行過篩。 （2）涂料配制，鑄鐵件、鑄鋼件用涂料的配置方法，先將耐火粉混勻，然后兌入液體材料。 涂料噴涂工藝 噴刷涂料前應(yīng)仔細(xì)清理金屬型工作面及通氣孔，去除舊的涂料層、及粘附的金屬毛 刺等。新投入運用的金屬型，可用稀硫酸洗滌或輕度吹砂處理來改善型面對涂料的粘附力。 清理好的金屬型一般都需要進行預(yù)熱，鑄鋼件預(yù)熱溫度在 100℃~250℃。 噴刷涂料時應(yīng)注意金屬型不同部位要求的涂料層厚度。如非鐵合金，澆冒口部分： 0.5mm~1mm，鑄件厚大部分： 0

42、.05mm~0.2mm，鑄件薄壁部分： 0.2mm~0.5mm。 本科畢業(yè)設(shè)計 2.3 澆注溫度  第8頁共29頁 澆注溫度是保證合格鑄件的主要參數(shù)之一。本次設(shè)計為管狀零件，金屬液充型時遇到阻力較小，又有離心壓力或離心力加強金屬液的充型性，故離心鑄造是的澆注溫度可 比重力澆注低 5℃~10℃。澆注溫度過高鑄件外圓容易產(chǎn)生氣孔，澆口部位將產(chǎn)生縮孔。澆注溫度過低鑄件外圓產(chǎn)生冷隔、皺皮，鑄件內(nèi)部產(chǎn)生夾層、壁厚不均、內(nèi)圓堆積金屬 等缺陷。 45 鋼的熔化溫度 1460℃~1467℃，出鋼溫度 1560℃~1580℃，澆注溫度1500℃~1550℃

43、。 2.4 澆注速度 離心機因采用金屬型模具，冷卻速度較快，采用快速澆注能獲得優(yōu)質(zhì)鑄件。由零件 參數(shù)得質(zhì)量為 ( r 2 r0 2 ) 4.4 kg。根據(jù)表 2-5，選取包孔直徑 30mm，澆注時間 0.5s。 表 2-5 鋼液澆注重量速度平均值 包孔直徑 澆注重量速度 備注 30 10 35 20 包孔直徑 :mm，澆注重量速 40 27 度 :kg/s 45 42 50 55 2.5 澆注系統(tǒng) 離心鑄造澆注系統(tǒng)應(yīng)滿足下列要求： （1）澆注長度長、直徑大的鑄件

44、時，澆注系統(tǒng)應(yīng)使金屬液能較快的均勻的鋪在鑄型內(nèi)表上。 （2）盡可能減少金屬液飛濺。（3）鑄型內(nèi) 的澆道應(yīng)能使金屬液順利流入型腔。 （ 4）澆注終了，澆杯和澆注槽內(nèi)應(yīng)不留金屬和熔渣，如果有熔渣也應(yīng)該易于清理。 離心鑄造的澆口沒有手工鑄造的要求嚴(yán)格，但澆口位置不當(dāng)也會使鑄件產(chǎn)生缺陷，突出的缺陷有，縱向壁厚不均，澆口近的地方過厚，遠(yuǎn)離澆口的地方很薄，鑄件兩頭產(chǎn)生氧化夾雜物，特別是臥式離心機。因此對直徑小而長的鑄件，盡量將澆口伸進金屬模 1/3~1/2 處較為理想；直徑大而短的鑄件，澆口伸進金屬模的深度約 1/3~1/2 處即可。澆 口的深度確定之后，還必須調(diào)整澆口方向，澆口方

45、向不能朝上順著離心機的旋轉(zhuǎn)方向，也不能直頂著離心機的旋轉(zhuǎn)方向。合適的澆口方向始終與離心機的旋轉(zhuǎn)方向形成一個 15°左右的夾角，最大不得超過 30°，能有效地保證鑄件質(zhì)量。本次設(shè)計選擇伸進金屬模 1/3 處。選擇管式澆注杯。 本科畢業(yè)設(shè)計 2.6 鑄型轉(zhuǎn)動時間  第9頁共29頁 當(dāng)金屬液注入金屬模后，要有足夠的時間使液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)金屬，整個轉(zhuǎn)變過程是在離心機旋轉(zhuǎn)過程中進行的，不可以停機。若是過早停機，鑄件將會產(chǎn)生凸瘤和不 圓現(xiàn)象。最簡單的辦法是觀察鑄件顏色，呈暗紅色時停機、取件。一般轉(zhuǎn)動時間取 10s。 本科畢業(yè)設(shè)計

46、 3 離心鑄管缺陷分析及預(yù)防 3.1 合金鋼管缺陷分析  第10頁共29頁 離心鑄造合金鋼管常出現(xiàn)的缺陷 [8] 有：充型不完整，表面氣孔，鋼管表層夾砂，裂 紋，試壓滲漏，夾渣與渣痕，表面局部針刺。 （1） 充型不完整。在離心鑄造鋼管中充型不完整常有兩種情況： 一種是外型缺澆， 管子未達到足夠的長度； 另一種是管子壁厚不均，在管子澆注的彼端壁較薄。此缺陷 常發(fā)生于壁厚在 8mm 以下的薄壁鋼管中，特別是長徑比大的管子（ L/D ＞15，L 管長； D 管徑）。 （2）表面氣孔。在鋼管表面局部存在氣孔， 直徑為 0.2mm~2

47、 mm，深 0.5mm~2mm，氣孔分布的密度約為 2~12 個 / cm3 。呈現(xiàn)出很均勻的一片片的氣孔。 （3） 鋼管表層夾砂。在鋼管表面局部出現(xiàn)粗糙麻面并稍有凸起，粗糙麻面有清晰的周邊輪廓。嚴(yán)重時成為環(huán)帶狀夾砂。當(dāng)去掉粗糙的鋼表層后可見存在其中的薄涂料層 即夾砂。夾砂部位經(jīng)過 1mm~2mm 的加工即可去除。但它嚴(yán)重影響鑄皮質(zhì)量， 如是非加工的鋼管就很可能報廢。這種缺陷多出現(xiàn)于掛涂料的鋼管。 （4） 裂紋。鋼管裂紋有縱裂和橫裂。縱裂紋主要是由于合金在凝固時轉(zhuǎn)速過高，往往伴隨離心機振動較大時出現(xiàn)，生產(chǎn)中縱裂紋出現(xiàn)不多。 實際中橫裂紋較多見，裂紋多靠管子一端，裂紋有時

48、穿透管壁，嚴(yán)重者管子一出型就斷開了。 （5） 試壓滲漏。鋼管在試壓時，在表面出現(xiàn)大面積滲漏，呈現(xiàn)一片片泅水現(xiàn)象，造成報廢。 （6） 夾渣與渣痕。 夾渣，有時管子表面并未見有夾渣，經(jīng)試壓發(fā)現(xiàn)局部小面積滲漏，經(jīng)剖破檢驗發(fā)現(xiàn)在漏水處管壁中存在夾渣，某廠生產(chǎn)鎂罐筒曾出現(xiàn)過此現(xiàn)象。 渣痕，有時在鋼管的內(nèi)表面存在小凹陷，大小、深淺不等。在薄壁鋼管中凹陷處使 壁厚減薄較多。 由于鋼管內(nèi)表面存留較大塊浮渣， 待其脫落后便顯出凹陷， 所以是渣痕。渣物的密度比鋼液小時在離心力作用下浮到內(nèi)表面， 但由于渣物本身的重力使其沉入鋼液一定深度，從而形成渣痕。 （7） 表面局部針刺。在靠

49、近鋼管的一端有時會出現(xiàn)針刺。針刺的直徑為 0.5mm~1 mm，高為 2mm~3mm，每平方厘米內(nèi) 1 根左右。這種現(xiàn)象常發(fā)生在涂料層較厚的情況 下。 3.2 缺陷預(yù)防措施 （1） 充型不完整。在離心澆注時影響充型的因素主要有：澆注溫度、鑄型轉(zhuǎn)速、 澆注速度和鑄型溫度等。在鑄型溫度和澆注速度一定的情況下，提高澆注溫度，可增加鋼液的流動性；增加鑄型轉(zhuǎn)速，可提高離心壓力使鋼液較好地布滿鑄型。 本 科畢業(yè)設(shè)計 第11頁共29頁 （2） 表面氣孔。這種氣孔是由于涂料產(chǎn)生的侵入性氣孔。鋼液澆注后，涂料層在 高溫作用下發(fā)生氣化，當(dāng)氣體形成較大壓力時就會進人鋼管

50、表層，這時合金已處于或接 近半凝固狀態(tài)， 很快凝固成型，氣體不能穿過合金層逸出， 就存留于鋼管表層形成氣孔。 由于鋼液溫度高，涂料激發(fā)出的氣體較多，涂料層容氣量有限，而且鑄型無排氣孔，所 以離心鋼管易產(chǎn)生氣孔。 克服氣孔缺陷的基本途徑是減少涂料的發(fā)氣量。 有效的辦法是將耐火骨料經(jīng)高溫焙 燒使其脫掉結(jié)晶水，試驗表明當(dāng)涂料發(fā)氣量小于 5cmm3/ g 時，在正常離心鑄造工藝條 件下鋼管不會出現(xiàn)氣孔。粘結(jié)劑和懸浮劑應(yīng)盡量少加，鑄型上完涂料后要充分干燥，使 粘結(jié)劑達到一定程度的脫水，以減少發(fā)氣量。 （3） 鑄管表層夾砂。夾砂主要是由于涂料層組

51、成不均，存在分層現(xiàn)象，當(dāng)有裂紋 或澆注時發(fā)生裂紋，鋼液鉆入將表層涂料夾在中間所致。分層現(xiàn)象的形成主要是由于掛 涂料時，涂料在型內(nèi)混合時間不夠，未達到均勻而粘稠的程度，便加速涂掛，致使密度 較小的粘結(jié)劑多浮向內(nèi)表層，而形成中間低強度層的分層現(xiàn)象。為減少分層現(xiàn)象，要注 意涂料在型內(nèi)的混合，嚴(yán)格控制加速涂掛時間。此外，涂料在入型前應(yīng)充分?jǐn)嚢? (特別 是耐火骨料密度差較大 ) ；涂料時要嚴(yán)格控制型溫； 鑄型較長時涂料導(dǎo)入要均勻。在 鑄型干燥時應(yīng)緩慢加熱以防止涂料層裂紋。 （4） 裂紋。這是一種熱裂紋。當(dāng)鋼管兩端出現(xiàn)飛刺或喇叭頭時，合金凝固后收縮受到阻礙，而且高合

52、金鋼收縮率又較大，故造成裂紋。從工藝上看主要在于涂料厚度的均勻性，涂料在鑄型縱向要分布均勻。掛涂料時端蓋處不得有涂料漿漏出，避免產(chǎn)生飛刺。掛涂料時用木端蓋 (掛完更換 )可防漏料，最好掛完涂料后再將端蓋與鑄型接觸處進行密封。噴涂料時涂料厚度要均勻，端部不得有皮縫。 （5） 試壓滲漏。這種滲漏主要是由于管壁存在縮松所致。產(chǎn)生縮松的原因在于離心澆注時管壁未形成從外向內(nèi)順序凝固。這種缺陷多出于掛涂料法生產(chǎn)的薄壁鋼管上。 如: 生產(chǎn)直徑為 100mm，壁厚 5~6mm 的耐熱鋼輻射管。鑄型掛 3mm 厚的耐火涂料，鑄出鋼管表面質(zhì)量良好，經(jīng)試壓出現(xiàn)大面積滲漏，檢驗鋼管壁截面發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重縮松。原因

53、 是涂料太厚，冷卻強度不夠，鋼液層未實現(xiàn)順序凝固，而是體凝固所致。將涂料改為 1.5mm 厚，滲漏克服。從這點看噴涂料比掛涂料好。 （6） 夾渣與渣痕。 存在夾渣主要是由于澆注溫度低， 除渣不凈，或澆注轉(zhuǎn)速不夠，致使渣物未能及時浮動到內(nèi)表面。 渣物密度愈大沉入鋼液愈深， 體積愈大其渣痕也愈大。所以除凈渣物和采用封閉式澆注系統(tǒng)很必要。 （7） 表面局部針刺。據(jù)工藝分析，是由于鑄型預(yù)熱溫度不均勻所致。例如，靠近干燥爐里端鑄型溫度偏高，掛涂料時該處涂料硬化快，其內(nèi)部迅速產(chǎn)生蒸氣不能順利排出，而形成集中氣流奪路外逸，造成涂料層穿孔，在此過程中涂料層不斷硬化使孔洞保 留下來

54、，澆注后鋼管表面就形成針刺。 針刺需打磨清理增加勞務(wù)。 使鑄型預(yù)熱溫度均勻，涂料時型溫不得過高，可消除表面針刺。 本科畢業(yè)設(shè)計 4 模具設(shè)計  第12頁共29頁 4.1 模具的結(jié)構(gòu) 模具必須以零件的大小作為標(biāo)準(zhǔn)，零件圖為圖 1-3。 [9] 鑄件外徑小于 200mm，模具組裝圖 如圖 4-1 所示。 1.后蓋 2.擋板 3.襯套 4.銷子 圖 4-1 模具組

55、裝圖 [14][15] 4.2 模具參數(shù)的計算 襯套設(shè)計 襯套的作用就是為了方便零件脫模，在襯套表面，涂由一層隔熱物資，作用是使零 件不與襯套粘結(jié)在一起，并且防止襯套受熱變形。零件材料是 45 鋼，模具工作溫度 800~1000℃，模具材料為特種合金 K3 、K5 、K17 或者 K19。 由于零件在從液體凝固成液體過程中，會發(fā)生收縮。故在設(shè)計襯套的過程要充分考 慮到零件的收縮率，如表 4-1。 表 4-1 收縮率選擇表 鑄件外徑（ mm） 收縮量（ mm ） 備注 ≤ 100 3 ≤ 150

56、4 或?qū)嶒灪蟠_定 ≤ 200 5 ＞ 200 ≥5 本科畢業(yè)設(shè)計  第13頁共29頁 D 為襯套外徑 150+20+4=174mm 零件外徑 150mm，收縮量取 4mm d 為外徑 +收縮量 =150+4=154mm d1=d+10mm=164mm d、 =鑄件內(nèi)徑 -收縮率 鑄件外徑 R=150mm；壁厚 10mm；內(nèi)徑 R、 ； 、 =150-20=130mm d =130-4=126mm 殼體厚度 =襯套厚度 0.8

57、=8mm 4.2.2 后蓋的設(shè)計 后蓋直徑 d1、 1 =164mm 厚度 。如圖 4-2 所示。 =d n=20mm 圖 4-2 后蓋 擋板的設(shè)計 擋板的作用就是防止襯套在高速轉(zhuǎn)動過程中由于離心力的作用脫離模具。如圖 4-3 所示。

58、圖 4-3 擋板 擋板外徑 D、 =d1=164mm 本 科畢業(yè)設(shè)計 第14頁共29頁 擋板內(nèi)徑 d、 =126mm b=20mm 4.3 鑄型轉(zhuǎn)速的計算 實際生產(chǎn)中，常用一些經(jīng)驗公式計算鑄型的轉(zhuǎn)速，并根據(jù)實踐情況進行適當(dāng)修正，一般鑄型轉(zhuǎn)速在 <15%的偏差時，不會對澆注過程和鑄件質(zhì)量產(chǎn)生顯著的影響。 （1） 康斯坦丁諾夫公式計算鑄型轉(zhuǎn)速（我國廣泛采用）如式 4-1。 n 55200 (r/min) （4-1） r 0 式中 n—— 鑄型轉(zhuǎn)速（ r/min ）； g —— 鑄件合金重度（ N/m3）； r0 ——

59、鑄件內(nèi)半徑（ m）； b—— 康斯坦丁諾夫公式修正系數(shù)， b =0.8~1.5，具體取值可以參考表 4-2 選取。 表 4-2 康斯坦丁諾夫公式修正系數(shù)值 離心鑄造類 銅合金臥式 銅合金立式 鑄鐵 鑄鋼 鋁合金 型 離心 離心 1.2~1.4 1.0~1.5 1.2~1.5 1.0~1.3 0.9~1.1 R 此式只試用于鑄件外半徑對鑄件內(nèi)半徑的比值 1.15 時的離心鑄造。 r 0 （2） 凱門公式計算鑄型轉(zhuǎn)速（西方國家廣泛采用）如式 4-2。 n c （r/min ） （ 4-2） r 0

60、 式中 c—— 系數(shù)，具體參考值見表 4-3； r0 —— 鑄件內(nèi)半徑（ mm）。 表 4-3 各種鑄件離心鑄造時 c 值 本科畢業(yè)設(shè)計 第15頁共29頁 鑄件合金 合金密度（ g/cm3） 產(chǎn)品名稱 離心鑄造方式 c 鋼管、漲圈 臥式 9000~12500 鑄鐵 7.2 缸套 臥式 10750~13650 鑄鋼 7.85 臥式 10000~11000

61、 黃銅 8.20 圓環(huán) 臥式 13500 8.8 90~200 軸承 臥式 9500 鉛青銅 9.5~10.5 臥式 8500~9500 巴氏合金 7.3~7.5 軸瓦 臥式 7000~9000 鋁合金 2.65~3.10 臥式 13000~17500 青銅 8.4 立式 17000 此式也只適用于鑄件外半徑對鑄件內(nèi)半徑的比值 R 1.15 時的離心鑄造。 r 0 （3）重力系數(shù)公式（西方國家廣泛采用）如

62、式 4-3。 G （ r/min） （4-3） n 29.9 r 0 式中 G—— 重力系數(shù)，具體數(shù)值參考表 4-4； r0—— 鑄件內(nèi)半徑（ m）。 表 4-4 不同合金離心鑄造時的 G 值[7] 合金 G 銅合金 40~110 鑄鐵 45~110 鑄鋼 40~75 鋁合金 90~155 （4）砂型離心鑄造公式，如式 4-4。 為降低鑄件外表面粗糙度，防止砂型被合金液壓壞

63、，有時需要控制金屬液作用在砂型表面上的離心壓力值， 故提出了根據(jù)砂型可能承受的最大離心壓力值計算鑄型轉(zhuǎn)速的 本科畢業(yè)設(shè)計 的公式  第16頁共29頁 n 42.3 P （r/min ） （4-4） r (R2 r 0 2 ) 式中 P—— 砂型能承受的最大離心壓力（ MPa），對于砂型， P≤0.003~0.004MPa；對于砂芯組合的離心砂型， P≤0.004~0.006MPa；對于陶瓷型， P≤0.006~0.008MPa； g —— 液態(tài)金屬重度（ N/m3）； R、r0 ——

64、 鑄件的外半徑和內(nèi)半徑（ mm）。 在本次設(shè)計中 R=150mm， R、 ，R 150 1.154 1.15 ，由上述 4 個公式得 =130mm R、 130 知，選取第 3 個，重力系數(shù)公式。零件為鑄鋼件由表 4.4 得G值取 65，內(nèi)半徑 G 65 r0=65mm=0.065m， n 29.929.9 950r / min 。 r 0 0.065 本科畢業(yè)設(shè)計 5 零件的選擇 5.1 聯(lián)軸器

65、的選擇  第17頁共29頁 聯(lián)軸器 [10]是用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸 （主動軸和從動軸） 使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動 態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接。 對于已標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的聯(lián)軸器，選擇合適類型后，可按轉(zhuǎn)矩、軸直徑和轉(zhuǎn)速等確定聯(lián)軸器的型號和結(jié)構(gòu)尺寸。 確定聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩 運轉(zhuǎn)過程中，可能出現(xiàn)動載荷及過載荷等現(xiàn)象，所以，應(yīng)取軸上的最大的最大轉(zhuǎn)速 作為計算轉(zhuǎn)矩。如最大轉(zhuǎn)矩不能精確求得時，可按式 5

66、-1 計算。 Tca=KaT T 9550 P （5-1） n 式中 T-聯(lián)軸器所需傳遞的名義轉(zhuǎn)矩， N.m Tca-聯(lián)軸器所需傳遞的計算轉(zhuǎn)矩， N.m Ka-工作情況系數(shù)，小型機械故選 =1.3 確定聯(lián)軸器的型號及尺寸 根據(jù)計算轉(zhuǎn)矩、軸直徑和轉(zhuǎn)速等，由下面的條件，從有關(guān)手冊中選取聯(lián)軸器的型號和結(jié)構(gòu)尺寸。 Tca≤ [T] n≤nmax 式中 [T]- 所選聯(lián)軸器型號的許用轉(zhuǎn)矩， N.m； n-為聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速， r/min ； nmax-所選聯(lián)軸器允許的最高轉(zhuǎn)速， r/min 。 多數(shù)情況下，每一型號聯(lián)軸器適用的軸的直徑均由 一個范圍。標(biāo)準(zhǔn)中已給出軸直 徑的最大與最小值，或者給出適用轉(zhuǎn)矩范圍。 P 名義轉(zhuǎn)矩 計算轉(zhuǎn)矩 Tca=KAT=1.3× 選用固定式凸緣式聯(lián)軸器， G Y25 62 如圖 5-1， 5-2 所示。 J128 44 許用扭矩 112N.m 許用轉(zhuǎn)速 9500 r/min 凸緣式聯(lián)軸器特點特點：構(gòu)造簡單，成本低