拖拉機輸出軸殼體鑄造工藝設計說明書.doc

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第一章 簡 介 1.1中國古代鑄造技術(shù)發(fā)展 中華文明大致經(jīng)歷了石器時代、銅器時代和鐵器時代三個歷史階段，這三種材質(zhì)的工具和技術(shù)的創(chuàng)造發(fā)明，隨著人類的繁衍，不斷推動人類文明向高級階段發(fā)展，金屬的應用使人類文明產(chǎn)生了根本性的飛躍，而鑄造技術(shù)的運用和金屬的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起。對古代很多務農(nóng)的人來說，鑄造技術(shù)是一門手藝。據(jù)歷史考證，我國鑄造技術(shù)開始于夏朝初期，迄今已有5000多年。到了晚商和西周初期，青銅的鑄造技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展，形成了燦爛的青銅文化，遺留到今天的有一批鑄造工藝水平較高的鑄造產(chǎn)品。 中國古代的鑄造方法有：石型即用石頭或石膏制作鑄型；泥型古稱“陶范”；金屬型古稱“鐵范”；失蠟型有出蠟法、走蠟法、脫蠟法或刻蠟法；砂型這種方法是伴隨泥型一起產(chǎn)生的。 中國古代鑄造中的精品有：滄州鐵獅，司母戊方鼎，四羊方尊，曾侯乙尊盤，永樂大銅鐘，大型銅編鐘，銅車馬儀仗隊等。 1.2中國鑄造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 盡管近年來我國鑄造行業(yè)取得迅速的發(fā)展,但仍然存在許多問題。第一,專業(yè)化程度不高,生產(chǎn)規(guī)模小 。我國每年每廠的平均生產(chǎn)量是815t,遠遠低于美國的4606t和日本的4878t。第二,技術(shù)含量及附加值低。我國高精度、高性能鑄件比例比日本低約20個百分點。第三,產(chǎn)學研結(jié)合不夠緊密、鑄造技術(shù)基礎(chǔ)薄弱。第四,管理水平不高,有些企業(yè)盡管引進了國外的先進的設備和技術(shù),但卻無法生產(chǎn)出高質(zhì)量鑄件,究其原因就是管理水平較低。第五,材料損耗及能耗高污染嚴重。中國鑄鐵件能耗比美國、日本高70%～120%。第六,研發(fā)投入低、企業(yè)技術(shù)自主創(chuàng)新體系尚未形成。 1.3發(fā)達國家鑄造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 發(fā)達國家總體上鑄造技術(shù)先進、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染少、原輔材料已形成商品化系列化供應，如在歐洲已建立跨國服務系統(tǒng)。生產(chǎn)普遍實現(xiàn)機械化、自動化、智能化（計算機控制、機器人操作）。 在大批量中小鑄件的生產(chǎn)中，大多采用微機控制的高密度靜壓、射壓或氣沖造型機械化、自動化高效流水線濕型砂造型工藝。 砂處理采用高效連續(xù)混砂機、人工智能型砂在線控制專家系統(tǒng), 制芯工藝普遍采用樹脂砂熱、溫芯盒法和冷芯盒法。熔模鑄造普遍用硅溶膠和硅酸乙酯做粘結(jié)劑的制殼工藝。鑄造生產(chǎn)全過程主動、從嚴執(zhí)行技術(shù)標準，鑄件廢品率僅2%-5%；標準更新快（標齡4-5年）；普遍進行ISO9000、ISO14000等認證。 重視開發(fā)使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，紛紛建立自己的主頁、站點。鑄造業(yè)的電子商務、遠程設計與制造、虛擬鑄造工廠等飛速發(fā)展。 1.4我國鑄造未來發(fā)展趨勢 自中國加入WTO以來,我國鑄造行業(yè)面臨機遇與挑戰(zhàn)。其未來發(fā)展將集中在以下幾方面。第一,鼓勵企業(yè)重組發(fā)展專業(yè)化生產(chǎn),包括鑄件大型化和輕量化生產(chǎn)。第二,加大科技投入切實推動自主創(chuàng)新,實現(xiàn)鑄件的精確化生產(chǎn)和數(shù)字化鑄造。第三,培養(yǎng)專業(yè)人才加強職工技術(shù)培訓。第四,大力降低能耗抓好環(huán)境保護,實現(xiàn)清潔化鑄造。 1．5 灰鐵250 灰鑄鐵通常是指斷面呈灰黑色，其中的的碳主要以片狀石墨形式存在的鑄鐵?；诣T鐵力學性能的高低，是由其金相組織所決定的，灰鑄鐵的金屬基體與碳鋼的一般基體相比沒有多大差別，但由于灰鑄鐵內(nèi)的硅錳含量較高，它們能溶于鐵素體中使鐵素體得到強化。承受較大載荷和要求一定的氣密性或耐蝕性等較重要鑄件，如汽缸、齒輪、機座、飛輪、床身、氣缸體、氣缸套、活塞、齒輪箱、剎車輪、聯(lián)軸器盤、中等壓力閥體等 第二章 鑄造工藝方案的確定 2．1支座的生產(chǎn)條件、結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求 l 產(chǎn)品生產(chǎn)性質(zhì)——中小批量生產(chǎn) l 零件材質(zhì)——HT250 l 零件的外型示意圖如圖2.1所示，輸出軸殼體的零件圖如圖2.2所示，支座的外形輪廓尺寸為552410316mm，主要壁厚12mm，最大壁厚30mm，為一中小型鑄件；鑄件除滿足幾何尺寸精度及材質(zhì)方面的要求外，無其他特殊技術(shù)要求。 圖2.1 輸出軸殼體示意圖 圖2.2 輸出軸殼體工藝圖 2．2支座結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性 零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性是指零件的結(jié)構(gòu)應符合鑄造生產(chǎn)的要求，易于保證鑄件品質(zhì)，簡化鑄件工藝過程和降低成本。審查、分析應考慮如下幾個方面： 1. 鑄件應有合適的壁厚，為了避免澆不到、冷隔等缺陷，鑄件不應太薄。 2. 鑄件結(jié)構(gòu)不應造成嚴重的收縮阻礙，注意薄壁過渡和圓角 鑄件薄厚壁的相接拐彎等厚度的壁與壁的各種交接，都應采取逐漸過渡和轉(zhuǎn)變的形式，并應使用較大的圓角相連接，避免因應力集中導致裂紋缺陷。 3. 鑄件內(nèi)壁應薄于外壁 鑄件的內(nèi)壁和肋等，散熱條件較差，應薄于外壁，以使內(nèi)、外壁能均勻地冷卻，減輕內(nèi)應力和防止裂紋。 4. 壁厚力求均勻，減少肥厚部分，防止形成熱節(jié)。 5. 利于補縮和實現(xiàn)順序凝固。 6. 防止鑄件翹曲變形。 7. 避免澆注位置上有水平的大平面結(jié)構(gòu)。 對于輸出軸殼體的鑄造工藝性審查、分析如下： 輸出軸殼體的輪廓尺寸為552410316mm。砂型鑄造條件下該輪廓尺寸允許的最小壁厚查《鑄造工藝學》表3-2-1得：最小允許壁厚為3～4 mm。而輸出軸殼體的最小壁厚為10mm。符合要求。 支座設計壁厚較為均勻，兩壁相連初采用了加強肋，可以有效構(gòu)成熱節(jié)，不易產(chǎn)生熱烈。2. 3造型，造芯方法的選擇 1、鑄造方法的選擇 輸出軸殼體的輪廓尺寸為552410316mm，鑄件尺寸不太大，屬于中小型零件 。零件形狀比較復雜，壁厚比較均勻，故毛坯生產(chǎn)方法為砂型鑄造，砂型類型為濕砂。 2、造型、造芯方法的選擇 選擇造型方法為手工造型，具體為兩箱造型；造芯方法為冷芯盒造芯。 2. 4澆注位置及分型面的確定 1 鑄件的澆注位置是指澆注時鑄件在型內(nèi)所處的狀態(tài)和位置。確定澆注位置是鑄造工藝設計中重要的環(huán)節(jié)，關(guān)系到鑄件的內(nèi)在質(zhì)量，鑄件的尺寸精度及造型工藝過程的難易程度。 確定澆注位置應注意以下原則： （1.鑄件的重要部分應盡量置于下部 （2.重要加工面應朝下或直立狀態(tài) （3.使鑄件的答平面朝下，避免夾砂結(jié)疤內(nèi)缺陷 （4.應保證鑄件能充滿 （5.應有利于鑄件的補縮 (6.避免用吊砂，吊芯或懸臂式砂芯，便于下芯，合箱及檢驗 考慮到砂芯安放固定與排氣、起模、充型等，選擇將澆注位置確定為輸出軸殼體底部。見圖4.1 2 分型面的確定 分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。分型面的優(yōu)劣在很大程度上影響鑄件的尺寸精度、成本和生產(chǎn)率。 分型面確定為輸出軸殼體底部，以便順利起模、下芯、充型，及鑄造出質(zhì)量和強度高的鑄件。 圖2.1 2.5、砂箱中鑄件數(shù)目的確定 輸出軸殼體的重量為77kg，"鑄件質(zhì)量"選擇51-100kg，查得，"最小吃砂量"分別為"a=50mm，b=70mm，c=90mm，d或e=70mm，f=40mm，g=50mm"，砂箱尺寸為915mm（砂箱尺寸=（A+B）/2， A、B分別為砂箱內(nèi)框長寬及寬度）。鑄件本身的尺寸為552410317mm，因此在"915mm"的砂箱中只能放置一個鑄件。 第三章 鑄造工藝參數(shù)及砂芯設計 3. 1 工藝設計參數(shù)確定 鑄造工藝設計參數(shù)通常是指鑄型工藝設計時需要確定的某些數(shù)據(jù)，這些工藝數(shù)據(jù)一般都與模樣及芯盒尺寸有關(guān)，及與鑄件的精度有密切關(guān)系，同時也與造型、制芯、下芯及合箱的工藝過程有關(guān)。這些工藝數(shù)據(jù)主要是指加工余量、起模斜度、鑄造收縮率、最小鑄出孔、型芯頭尺寸、鑄造圓角等。工藝參數(shù)選取的準確、合適，才能保證鑄件尺寸精確，使造型、制芯、下芯及合箱方便，提高生產(chǎn)率，降低成本。 3.1.1鑄件尺寸公差 鑄件尺寸公差是指鑄件公稱尺寸的兩個允許的極限尺寸之差。在兩個允許極限尺寸之內(nèi)，鑄件可滿足機械加工，裝配，和使用要求。 輸出軸殼體為砂型鑄造手工造型中小批量生產(chǎn)，由《鑄造工藝設計》查表2-3得： 輸出軸殼體的尺寸公差為CT13～15級，取CT13級。 輸出軸殼體的輪廓尺寸為552410316mm，由《鑄造工藝設計》查表2-1得： 輸出軸殼體尺寸公差數(shù)值為4-6mm。 3.1.2機械加工余量 機械加工余量是鑄件為了保證其加工面尺寸和零件精度，應有加工余量，即在鑄件工藝設計時預先增加的，而后在機械加工時又被切去的金屬層厚度。 輸出軸殼體為砂型鑄造手工造型中小批量生產(chǎn)，由《鑄造工藝設計》查表2-10得： 輸出軸殼體的加工余量為H級。 輸出軸殼體的輪廓尺寸為552410316mm，由《鑄造工藝設計》查表2-8得： 輸出軸殼體加工余量數(shù)值為4-6mm，根據(jù)具體尺寸選取。（見圖3.1.4及其局部發(fā)大圖1,2,3圖） 3.1.3鑄造收縮率 鑄造收縮率又稱鑄件線收縮率，用模樣與鑄件的長度差除以模樣長度的百分比表示：ε=[（L1-L2）/L1]*100％ ε—鑄造收縮率 L1—模樣長度 L2—鑄件長度 輸出軸殼體受阻收縮率由《鑄造工藝設計》查表1-14得： 受阻收縮率為0.8-1.0％，自由收縮率為0.9-1.1%。 3.1.4起模斜度 為了方便起模，在模樣、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免損壞砂型或砂芯。這個斜度，稱為起模斜度。起模斜度應在鑄件上沒有結(jié)構(gòu)斜度的，垂直于分型面的表面上應用。 初步設計的起模斜度如下： 輸出軸殼體為一較復雜鑄件，其本身就有斜度，部分鑄孔需要起模斜度。 Φ120，h=50, а=5 Φ100，h=25，а=7 Φ90，h=12, а=7 Φ50，h=60, а=7 Φ46，h=49, а=7 圖3.1.4 局部放大圖1 局部放大圖2 局部發(fā)大圖3 3.1.5最小鑄出孔和槽 零件上的孔、槽、臺階等，究竟是鑄出來好還是靠機械加工出來好，這應該從品質(zhì)及經(jīng)濟角度等方面考慮。一般來說，較大的孔、槽等應該鑄出來，以便節(jié)約金屬和加工工時，同時還可以避免鑄件局部過厚所造成熱節(jié)，提高鑄件質(zhì)量。較小的孔、槽或則鑄件壁很厚則不易鑄出孔，直接依靠加工反而方便。 根據(jù)輸出軸殼體的輪廓尺寸為552410316mm由《鑄造工藝設計》查表2-15及2-16得： 最小鑄出孔約為30mm 具體情況見鑄件圖 3.1.6鑄件在砂型內(nèi)的冷卻時間 鑄件在砂型內(nèi)的冷卻時間短，容易產(chǎn)生變形，裂紋等缺陷。為使鑄件在出型時有足夠的強度和韌性，鑄件在砂型內(nèi)應有足夠的冷卻時間。 支座的冷卻時間由《鑄造工藝設計》查表1-15得：冷卻時間為80～100min。 3.1.7鑄件重量公差 鑄件重量公差是以占鑄件公稱重量的百分比表示的鑄件重量變動的允許范圍。 輸出軸殼體的公稱重量約為77kg，尺寸公差為CT13級。 由《鑄造工藝設計》查表2-7得：輸出軸殼體的重量公差為MT14級。 3.1.8工藝補正量 在單件小批量生產(chǎn)中，由于選用的縮尺與鑄件的實際收縮率不符，或由于鑄件產(chǎn)生了變形等原因，使得加工后的鑄件某些部分的壁厚小于圖樣要求尺寸，嚴重時會因強度太弱而報廢。因此工藝需要在鑄件相應的非加工壁厚上增加層厚度稱為工藝補正量。但輸出軸殼體在大批量生產(chǎn)前的小批量試產(chǎn)過程中將進行調(diào)整，所以設計中不考慮工藝補正量。 3.1.9分型負數(shù) 干砂型、表面烘干型以及尺寸較大的濕砂型，分型面由于烘烤，修整等原因一般都不很平整，上下型接觸面很不嚴。為了防止?jié)沧r炮火，合箱前需要在分型面之間墊以石棉繩、泥條等，這樣在分型面處明顯增加了鑄件的尺寸。為了保證鑄件尺寸精確，在擬定工藝時為抵掉鑄件增加的尺寸而在模樣上減去相應的尺寸稱為分型負數(shù)。而輸出軸殼體是濕型且是中小型鑄件故不予考慮分型負數(shù)。 3.1.10反變形量 鑄造較大的平板類、床身類等鑄件時，由于冷卻速度的不均勻性，鑄件冷卻后常出現(xiàn)變形。為了解決撓曲變形問題，在制造模樣時，按鑄件可能產(chǎn)生變形的相反方向做出反變形模樣，使其于變形量抵消，這樣在模樣上做出的預變形量稱為反變形量。而輸出軸殼體沒有較大平板且有肋及圓柱結(jié)構(gòu)故基本不會產(chǎn)生撓曲變形，所以不用設置反變形量。 3. 2砂芯設計 砂芯的功用是形成鑄件的內(nèi)腔、孔和鑄件外型不能出砂的部分。砂型局部要求特殊性能的部分有時也用砂芯。 3.2.1 砂型主體部位及心頭斜度設計 （1．輸出軸殼體中心部分 對于輸出軸殼體中心部分，其可以用一個整體砂芯來形成，因此為該中心部位單獨設一個砂芯，以便下芯后檢查并調(diào)整四周壁厚至均勻及方便。 芯頭設計：由《課程設計資料》得，芯頭長度確定為l=60mm ，а=7，垂直芯頭底面與芯座的間隙為S=2mm 。 （2.兩側(cè)面肋及圓筒下部分 對于兩側(cè)面肋及圓筒下部分，兩邊砂芯采用相同的垂直芯頭來定位和固定。 芯頭設計：由《課程設計資料》得，芯頭長度確定為l=35mm ，а=7，垂直芯頭與芯座的間隙為S=2mm 。 （3.輸出軸殼體頂部拔不出部分 芯頭設計：由《課程設計資料》得，芯頭長度確定為l=40mm ，а=7，垂直芯頭與芯座的間隙為S=2mm 。 3.2.2壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽芯頭結(jié)構(gòu) 在濕型大批量生產(chǎn)中，為了加速下芯、合芯及保證鑄件質(zhì)量，在芯頭的模樣上常常做出壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽。 壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽尺寸由《鑄造工藝設計》查表1-38得： e=2mm f=3mm r=2mm 3.2.3芯骨設計 為了保證砂芯在制芯、搬運、配芯和澆注過程中不開裂、不變形、不被金屬液沖擊折斷，生產(chǎn)中通常在砂芯中埋置芯骨，以提高其剛度和強度。 因為砂芯尺寸為中小型，而且采用樹脂砂，故砂芯強度較好，砂芯內(nèi)不用放置芯骨。 3.2.4砂芯的排氣 砂芯在澆注過程中，其粘結(jié)劑及砂芯中的有機物要燃燒（氧化反應）放出氣體，砂芯中的殘余水分受熱蒸發(fā)放出氣體，如果這些氣體排不出型外，則要引起鑄件產(chǎn)生氣孔。 砂芯排氣采用扎通氣孔形式，通氣孔大小及位置根據(jù)具體情況確定。 3.2.5砂芯負數(shù) 大型粘土砂芯在春砂過程中砂芯向四周漲開，刷涂料以及在烘干過程中發(fā)生的變形，使砂芯四周尺寸增大。為了保證鑄件尺寸準確，將芯盒的長、寬尺寸減去一定量，這個被減去的量叫做砂芯負數(shù)。 因為砂芯負數(shù)只用于大型粘土砂芯，本設計中的砂芯為小型砂芯不設計砂芯負數(shù)。 第四章 澆注系統(tǒng)及冒口、冷鐵、出氣孔等設計 4.1澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)是鑄型中引導液體金屬進入型腔的通道，它由澆口杯，直澆道，橫澆道和內(nèi)澆道組成。 4.1.1選擇澆注系統(tǒng)類型 澆注系統(tǒng)分為封閉式澆注系統(tǒng)，開放式澆注系統(tǒng)，半封閉式澆注系統(tǒng)和封閉-開放式澆注系統(tǒng)。因為封閉式澆注系統(tǒng)控流截面積在內(nèi)澆道，澆注開始后，金屬液容易充滿澆注系統(tǒng)，呈有壓流動狀態(tài)。擋渣能力強，但充型速度快，沖刷力大，易產(chǎn)生噴濺，金屬液易氧化。適用于濕型鑄件中小件。而輸出軸殼體就是采用濕型的鑄件小件，所以選擇封閉式澆注系統(tǒng)。 4.1.2確定內(nèi)澆道在鑄件上的位置、數(shù)目、金屬引入方向 輸出軸殼體為較復雜的殼體鑄件，每個鑄件上需要兩個內(nèi)澆道。為了方便造型，內(nèi)澆道開設在分型面上。因為鑄件采用鑄件全部位于上箱的方式進行鑄造，這樣鑄件充型平穩(wěn)，可避免金屬液發(fā)生噴濺、氧化及由此形成的鑄件缺陷 。 澆注系統(tǒng)的一般設計內(nèi)容有:澆口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道。 澆注系統(tǒng)截面積的大小對鑄件質(zhì)量也有很大影響。截面積太小，澆注時間長，可能產(chǎn)生澆不足、冷隔、砂眼等缺陷；截面積過大，澆注速度快，又可能引起沖砂，帶入熔渣和氣體，使鑄件產(chǎn)生渣孔、氣孔等缺陷。為了使金屬液以適宜的速度充填鑄型，就必須合理確定澆注系統(tǒng)的面積。 （1）澆注系統(tǒng)類型的選擇 根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)選擇封閉式（底注入式）澆注系統(tǒng)較好，因為封閉式澆注系統(tǒng)有較好的阻渣能力，可防止金屬液卷入氣體，消耗金屬少，清理方便。 （2）澆注系統(tǒng)的設計與計算 按照鑄件的基本尺寸（包括加工余量在內(nèi)）計算出鑄件的體積和鑄件的質(zhì)量。此鑄件為85kg，金屬液總質(zhì)量G為鑄件的1.25倍，則金屬液總質(zhì)量為： G = 85 kg1.25= 106.25kg 根據(jù)公式： 式中 t--澆注時間 G--澆注重量,此時G=106.25kg S--系數(shù) 查《課程設計資料》得，S = 0.7 代入GL和S相應數(shù)值計算可得澆注時間: t = 7.22s 平均靜壓頭Hp的確定：選擇μ=0.50，此數(shù)據(jù)由《課程設計資料》查得。 選擇澆注方式為底部注入式，運用平均靜壓力頭高度計算公式： Hp= H0-C/2 其中： H0-澆口杯頂面到分型面的距離；C-鑄件在鑄型中的總高度。 Hp=H0-C/2=500-316/2=500-158=342mm。 運用灰鑄鐵件澆注系統(tǒng)內(nèi)澆道的最小橫截面積計算公式： 代入G、Hp、μ、t相應數(shù)值計算，得內(nèi)澆道的最小控流截面積為5.39。 取F內(nèi)=6 cm 對于封閉式澆注系統(tǒng)，中、小型鑄鐵件（砂型）直澆道截面積為內(nèi)澆道截面積的1.15倍，橫澆道截面積為內(nèi)澆道截面積的1.1倍，即F直=1.156=6.9cm, F橫=1.16=6.6cm。查表得各澆道的具體尺寸： 取兩個F內(nèi)=3cm，a =28mm，b=24mm，c=12mm F直=7.1cm2，直徑d=30mm F橫=7cm，a =28mm，b=18mm，c=30mm （3）計算直澆道錐度及長度 直澆道的功用是從澆口杯引導金屬液向下，進入橫澆道、內(nèi)澆道或直接進入型腔。并提供足夠的壓力頭，使金屬液在重力作用下能克服各種流動阻力充型。 由于設計直澆口有一個，由于取S直=7.1cm 直澆道形狀取圓形截面形狀如圖5.4 圖4.4 直澆道截面示意圖 圓形斷面大小由《鑄造實用手冊》查表1.4-75得： D=30mm 為了使直澆道充滿直澆道做成上大下小的圓錐形，（通常錐度取1/50）。 因此直澆道上端是直徑約為： D1=30+（1/50）*400=38mm （4）澆口窩的設計 澆口窩對于來自直澆道的金屬有緩沖作用，能縮短直——橫澆道拐彎處的紊流區(qū)，改善橫澆道內(nèi)的壓力分布，并能浮出金屬液中的氣泡。 澆口窩直徑為直澆道上端寬度B的2.5倍，因此D=2.2*18=45mm 澆口窩高度等于橫澆道高度，因此h=30mm 澆口窩底部放置耐火磚防止充型。 （5）澆口杯的設計 澆口杯是用來承接來自澆包的金屬液，防止金屬液飛濺和溢出，便于澆注，并可以減輕金屬液對型腔的沖擊，還可分離渣滓和氣泡，阻止其進入型腔。 澆口杯選用普通漏斗形澆口杯，其斷面形狀如圖5.5所示 圖4.5 澆口杯截面示意圖 澆口杯斷面大小由《鑄造實用手冊》查表1.4-89得及結(jié)合具體情況： D1=70mm, D2=66mm, H=58mm 4.2冒口及冷鐵的設計 由于該鑄件是中小型件，材料為灰鑄鐵（HT250），鑄件壁厚較為均勻，且無厚大壁，固不易產(chǎn)生裂紋縮松等缺陷。而且設置冷鐵會增加生產(chǎn)工序，使成本增大。因此，在鑄造時不需要冒口和冷鐵，石墨化膨脹前的液態(tài)收縮由澆注系統(tǒng)補給。為了防止鑄件澆不足和產(chǎn)生氣孔缺陷，須設計出氣孔，以排除型內(nèi)的氣體。 4.3出氣孔的設計 出氣孔用于排出型腔內(nèi)的氣體，改善金屬液充填能力、排除先沖到型腔中的過冷金屬液與浮渣，還可作為觀察金屬液充滿型腔的標志。出氣孔設置位置詳見工藝圖。 防止出氣孔過大導致鑄件形成熱節(jié)，以至產(chǎn)生縮孔，出氣孔根部直徑，不應大于設置處鑄件壁厚的0.5倍。即出氣孔直徑應小于15mm(0.5*30mm)和小于13mm（0.5*26mm）。 防止出氣孔過小導致型內(nèi)氣壓過份增大，出氣孔根部總截面接應大于內(nèi)澆口總截面積6cm。 因此設計出氣孔根部直徑為兩個為12mm，另外四個為12mm，一箱1件共6個出氣孔。為方便取模采用上小下大的錐形，斜度為起模斜度а=1 出氣孔總截面積為3.14*（1.2/2）*6=6.78cm 第五章 鑄造工藝裝備設計 鑄造工藝裝備是造型、造芯及合箱過程中所使用的模具和裝置的總稱。 5.1模樣的設計 5.1.1模樣材料的選用 模樣是造型工藝過程必須的工藝裝備，用來形成鑄型的型腔，因此直接關(guān)系著鑄件的形狀和尺寸精確度。支座為大批量生產(chǎn)，所以用金屬模樣，該金屬模樣的材料選用如下： 模樣：鋁合金（質(zhì)輕、不生銹，加工性能好，加工后表面光滑，并有一定的耐磨性，但耐磨性較差） 出氣針、氣孔針：45號鋼 5.1.2金屬模樣尺寸的確定 模樣尺寸＝鑄件尺寸（1＋K），（模樣尺寸精確到小數(shù)點后兩位） 注：K 鑄件線收縮率 輸出軸殼體的收縮率按K=0.9% 5.1.3壁厚與加強筋的設計 模樣壁厚由公式6-1計算的得： 模樣壁厚α（1+0.0008L）=6（1+0.0008481）=8.31 α—系數(shù)，鑄鋁模樣為6，鑄鐵和鑄銅為5. L—模樣平均輪廓尺寸，L=(A+B)/2 由于其模樣較高為190，所以擴大模型壁厚取δ=12mm。 有表6-3查的A=552mm，B=410，A/B=1.35。安A/B=1.25計算a=140mm，b=175mm。 由表6-4查的，模樣壁厚為12mm時，肋厚度10mm，鑄造圓角半徑為6，斜度1 如下圖所示： 5.1.4金屬模樣的技術(shù)要求 模樣的尺寸精度、表面光潔度是影響鑄件質(zhì)量的一個重要因素，因此對其表面光潔度和尺寸偏差應嚴格控制。 由查表6-7得： 模樣表面的粗糙度為3.2，模樣與模板接觸面的粗糙度為6.3 。 5.1.5金屬模樣的生產(chǎn)方法 為增加材料澆注后的致密度，現(xiàn)將材料制作成與該模樣形狀類似的腔體，然后進行熱處理，以增加其硬度，增加抗磨損能力，然后在用機器按模樣的尺寸加工成模樣的形狀。 5.2模板的設計 模板也稱型板，是由摸底板和模樣、澆冒口系統(tǒng)及定位銷等裝配而成。模底板用來連接與支承模樣、澆冒系統(tǒng)、定位銷等。本設計采用單面模底板，其工作面是平面。 5.2.1模底板材料的選用 對模底板材料的要求是有足夠的強度，有良好的耐磨性，抗震耐壓，鑄造和加工性。根據(jù)模樣的結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)要求，選用鑄造鋁合金作為模底板的材料。 5.2.2模底板尺寸確定 模底板長＝砂箱長＋2砂箱分型面出邊緣厚度 ＝1030＋250=1130 mm 模底板寬＝砂箱寬＋2砂箱分型面出邊緣厚度 ＝825＋250＝925 mm 由查表6-23得：模底板的壁厚為16-20mm 取為18mm。 摸底板加強肋間距查《鑄造工藝設計簡明手冊》表6-24選鑄鐵K=350mm，K1=300mm。 5.2.3模底板與砂箱的定位 模底板與砂箱之間采用定位銷與銷套定位。 5.3芯盒的設計 5.3.1芯盒的類型和材質(zhì) 采用冷芯盒，芯盒材料為鋁合金。 5.3.2芯盒的結(jié)構(gòu)設計 芯盒的壁厚由《鑄造工藝設計簡明手冊》查表6-45得：取t=14mm 芯盒具體尺寸見芯盒圖 5.4砂箱的設計 砂箱的設計內(nèi)容有：選擇類型和材質(zhì)，確定砂箱尺寸。結(jié)構(gòu)設計，定位及緊固等。 5.4.1砂箱的材質(zhì)及尺寸 輸出軸殼體零件機械造型用砂箱可選用的材料牌號由《鑄造工藝課程設計手冊》查得有：HT15-33,HT20-40,QT45-5,QT60-2,QT40-10,ZG15～ZG45。選擇HT200為砂箱材料，需進行人工時效或退火處理。 根據(jù)通用砂箱的規(guī)格尺寸選砂箱的尺寸： 上箱為1030*825*500mm 下箱為1030*865*200mm 5.4.2砂箱型壁尺寸及圓角尺寸 普通機械造型砂箱常用向下擴大的傾斜壁，底部設突緣，防止塌箱，保證剛性，便于落砂，箱壁上流出氣孔。 由《鑄造工藝設計簡明手冊》表6-86查得： 上砂箱壁厚及尺寸 下砂箱尺寸及尺寸 砂箱過渡圓角示意圖如圖5.2。其中R=20 mm,R1=40 mm 圖5.2 砂箱過渡圓角示意圖 5.4.3砂箱排氣孔尺寸 由《鑄造工藝設計簡明手冊》表6-89查得： C1=60 mm, d1=16mm，d=28mm C2=50 mm，d2=16mm，d=30mm 上箱通氣孔共4排，下箱通氣孔共2排 第六章 灰鑄鐵的配料及熔煉計算 6.1 熔煉對保證鑄件質(zhì)量的重要性 熔煉鐵液是生產(chǎn)鑄鐵件的重要環(huán)節(jié)。鑄件質(zhì)量包括內(nèi)在質(zhì)量、外觀質(zhì)量以及是否形成缺陷等，這些都與鐵液方面因素有直接的關(guān)系。如鐵液的流動性、薄壁和結(jié)構(gòu)復雜鑄件的成型性以及冷隔缺陷等受鐵液溫度的影響，而熔煉的鐵液化學成分是否符合要求，則對鑄件的機械性能有直接的影響。鐵液中的氣體和非金屬夾雜物含量不僅影響鑄鐵的強度和鑄件的致密度，而且還與鑄件形成氣孔、裂紋等缺陷有關(guān)。隨著機械制造科學的發(fā)展，對鑄鐵提出薄壁、高強度的要求，鑄件的最小壁厚由過去4~6mm減小至2~3mm，這要求相應提高鐵液澆注溫度。鐵液溫度還對鑄鐵件的內(nèi)在質(zhì)量有重要的影響，如灰鑄鐵件的質(zhì)量指標（GZ），即與鐵液溫度有顯明的關(guān)系。在球墨鑄鐵生產(chǎn)方面，熔煉出鐵液的溫度及原始含硫量成為球化及孕育處理有否成功的先決條件。 6.2 對鐵液質(zhì)量的基本要求 1．出爐溫度 不同牌號灰鑄鐵件的澆注溫度范圍大致為1330-14100C。在一般情況下，鐵液的出爐溫度至少比澆注溫度提高500C，故根據(jù)鑄鐵牌號（自HT100至HT350）和鑄件結(jié)構(gòu)條件的具體情況，鐵液出爐溫度應不低于1380-14600C。當需要澆注特薄（2-4mm）鑄件時，出爐溫度還應提高20-300C。為了滿足澆注鑄件的需要，不同牌號可鍛鑄鐵的出爐溫度應不低于1460-14800C。對球墨鑄鐵及其它變質(zhì)處理的鑄鐵，在其球化一孕育處理過程中鐵液的溫度會有顯著的下降，為了補償鐵液的溫度損失，需相應提高鐵液的出爐溫度。 2．化學成分 熔煉得到的鐵液化學成分需要滿足鑄件的規(guī)格要求。 用沖天爐熔煉時，配料計算是保證鐵水化學成分合乎要求的首要環(huán)節(jié)。即根據(jù)鐵水化學成分的要求，考慮沖天爐在熔煉過程中元素的變化和爐料的實際情況，計算出各種金屬爐料的配合比例。 各種牌號鑄鐵要求的化學成分隨鑄件壁厚和鑄造方法而異。例如，HT20-40鑄鐵的化學成分范圍為：C3.3-3.5%、Si1.5-2.0%、Mn0.5-0.8%、S<0.12%、P<0.25%。用于配置HT20-40的金屬料平均成分如表2。 表2 配置HT20-40的金屬料平均成分 爐料名稱 化學成分 % C Si Mn P S Z15生鐵 4.19 1.56 0.76 0.04 0.036 回爐料 3.28 1.88 0.66 0.07 0.098 廢鋼 0.15 0.35 0.50 0.05 0.05 所用鐵合金為含硅45%硅鐵，含錳75%的錳鐵。 熔煉過程中元素的變化為：Si –15%、Mn –20%、S +50%。 其配料計算如下： （1）計算爐料中各元素的變化 a) 爐料含碳量: C鐵水% = 1.8% + 0.5 C爐料% 已知鐵水所需的平均含碳量為3.4%，按上式算得 C爐料%=3.2%； b) 爐料含硅量: 已知鐵水所需的平均含硅量1.75%，硅的熔煉燒損為15%，則 Si爐料=1.75/（1-0.15）=2.06%； c) 爐料含錳量 已知Mn鐵水=0.65%，熔煉燒損20%，故Mn爐料=0.65/（1-0.20）=0.81%； d) 爐料含硫量 已知S鐵水=0.12%，增硫50%，則：S爐料=0.12/（1+0.5）=0.08%； e) 爐料含磷量 磷在熔煉過程中變化不大，P爐料=P鐵水<0.25% 綜合上列計算結(jié)果，所需配置的爐料平均化學成分為： C爐料3.2%、Si爐料2.06%、Mn爐料0.81%、S爐料<0.08%、P爐料<0.25% （2）初步確定爐料配比 a) 回爐料的配比:主要取決于廢品率和成品率，它隨具體生產(chǎn)情況而變化。此處取20%。 b) 新生鐵和廢鋼配比:設新生鐵為χ%，則廢鋼為80%-χ%。按爐料所需含碳量為3.2%，新生鐵、廢鋼、 回爐料的含碳量各為4.19%、0.15%、3.28%，可列出下式： 4.19χ+0.15（80-χ）+3.2820=3.2100 得出χ=60.0%。故鐵料配比為：Z15生鐵60%、廢鋼20%、回爐料20%。 （3）然后按上述配比及各種爐料的成分，計算配合后的爐料成分如表3。 表3 爐料成分 爐料名稱 配比% C% Si% Mn% S% P% 成分 數(shù)量 成分 數(shù)量 成分 數(shù)量 成分 數(shù)量 成分 數(shù)量 Z15生鐵 60 4.19 2.51 1.56 0.94 0.76 0.46 0.036 0.022 0.04 0.024 回爐料 20 3.28 0.66 1.88 0.38 0.66 0.13 0.098 0.020 0.07 0.014 廢鋼 20 0.15 0.03 0.35 0.07 0.50 0.10 0.050 0.010 0.05 0.010 合計 100 3.20 1.39 0.69 0.052 0.048 要求成分 3.20 2.06 0.81 <0.08 <0.25 差額 0.00 0.67 0.12 合格 合格 （4）計算鐵合金加入量 a) 硅鐵加入量 今缺硅量0.67%，亦即每100公斤爐料需加硅0.67公斤。所用硅鐵含硅量為45%，故每100公斤爐料需加硅鐵量為0.67/0.45=1.5公斤 b) 錳鐵加入量 同上法計算，每100公斤爐料需加入含錳75%的錳鐵為：0.12/0.75=0.16公斤。 （5）制定配料單 根據(jù)配比和層鐵量，確定每批爐料中各種爐料的重量，寫出配料單。設已知層鐵500公斤，可算得每批鐵料的組成為：生鐵 ：50060%=300公斤、廢鋼：50020%=100公斤、回爐料：50020%=100公斤、45%硅鐵：5001.5%=7.5公斤、75%錳鐵：5000.16%=0.8公斤。 3．有害成分 鑄鐵熔煉過程中，必須將有害的元素成分（磷、硫以及其它干擾鑄鐵正常結(jié)晶和組織控制的微量元素等），控制在限量以下。 1）脫硫 沖天爐熔煉中鐵液中硫的來源，一是爐料中固有的硫，二是從焦碳中吸收的硫。酸性沖天爐不具有脫硫能力，堿性沖天爐能在一定程度上起到脫硫的作用。 爐渣堿度在一定范圍內(nèi)提高時，有利于降低鐵液含硫量；溫度提高時，鐵液在熔煉過程中增硫量減少；爐氣氧化性強時，渣中FeO含量增高，不利于脫硫反應的進行。適當提高焦鐵比，減小送風強度，有利于脫硫。但當生產(chǎn)球墨鑄鐵件時，除了用熱風沖天爐進行爐內(nèi)脫硫外，還常采用爐外脫硫的措施。爐外脫硫的基本要點是盡量擴大脫硫劑與鐵液之間的接觸面積，以加強脫硫效果。常用方法有：利用電石脫硫的搖動包脫硫法、噴射脫硫法、機械脫硫法、機械攪拌脫硫法和多空塞脫硫法等。 2）脫磷 磷對鑄鐵的機械性能，特別是對球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵的韌性有害，因此要嚴格控制鑄鐵的含磷量。沖天爐熔煉的脫磷能力很弱。因此對鐵液的含磷量只能通過配料來控制。應采用一定比例的低磷生鐵和廢鋼進行配料。 4．鐵液純凈，含有的渣、氣體、夾雜物量少。 為了將沖天爐熔煉中形成的夾雜物從鐵液中去除，常在熔煉過程中按照爐料重量，加入一定量的石灰石CaCO3 作為溶劑。石灰石在高溫下分解，與泥沙、灰分等化合形成低熔點的復雜化合物——熔渣。熔渣易于與鐵液分離便于去除。當熔渣粘度高時，可加入一些螢石（CaF2），以降低爐渣熔點。 第七章 砂型鑄造設備選用 7.1 造型工部設備選用 工藝分析確定采用砂箱內(nèi)尺寸為450350100/200mm的微振壓實造型線生產(chǎn)支座。選擇這種造型線組織造型生產(chǎn)，在技術(shù)上是先進的，經(jīng)濟上是合理的。選用半自動氣動微震壓實造型機（型號 ZB148B）進行造型。 7.2 制芯工部設備選用 為了提供造型用的強度高、尺寸精確的砂芯，采用熱芯盒射砂生產(chǎn)樹脂砂芯，此零件的砂芯屬于小砂芯，根據(jù)所需型芯形狀及生產(chǎn)效率，選用2ZZ8612熱芯盒射芯機。 7.3 溶化工部設備選用 根據(jù)車間的生產(chǎn)綱領(lǐng)、設備資源情況、投資等因素，確定采用沖天爐融化蠕墨鑄鐵。 7.4 砂處理工部設備選用 混砂裝備選用碾輪式混砂機，該型混砂機的混砂質(zhì)量較好。 制備型（芯）砂所需要的各種原材料、如新砂、煤粉、粘土等一般都經(jīng)過烘干后使用，在批量較大的鑄造車間多采用臥式烘干滾筒。 松砂是很重要的工藝環(huán)節(jié)。生產(chǎn)批量較大的鑄造車間，采用雙輪松砂機。 7.5 清理工部設備選用 為了減輕清理工段的勞動強度，改善勞動條件，提高鑄件清理質(zhì)量和清理速度，設計中采用雙行程連續(xù)拋丸室和Q 118拋丸清理滾筒進行鑄件的表面清理；采用M 3040固定式砂輪機、M 3140懸掛式砂輪機鑄件的飛邊毛刺。清理好的鑄件用電泳浸漆遠紅外線烘干自動線進行油漆防銹。廢砂用帶式輸送機、斗式提升機集中送至廢砂斗內(nèi)，定期用汽車運走。 總 結(jié) 經(jīng)過了近一個學期的精心準備，畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲了，由于我所學的知識有限，所以有很多不足和沒有考慮到的地方還請老師予以指正。 本設計主要開篇對我國鑄造的歷史及現(xiàn)狀，其他國家鑄造發(fā)展現(xiàn)狀，我國鑄造的發(fā)展趨勢等進行了相應的簡單介紹。 在鑄造工藝設計中首先進行了鑄造工藝方案的確定，其中包括對零件鑄造工藝性的分析，造型造芯方法的選擇以及澆注位置和分型面的確定。其次分析計算了零件的各種鑄造工藝參數(shù)并設計了砂芯。最后對澆注系統(tǒng)、冒口、冷鐵、出氣孔等進行了計算與設計。 在工藝裝配設計中對砂箱，模樣模板，芯盒進行了簡要的設計。 最后對零件的材料儒墨鑄鐵RuT300的配料及生產(chǎn)控制進行了簡要的計算與設計。并對主要生產(chǎn)設備進行了初步的選擇。 經(jīng)過近一個學期的畢業(yè)設計，使我更加熟練的掌握了UG，CAD等軟件，也更加熟悉了砂型鑄造的工藝過程，本人受益匪淺。 但在本次設計中，由于實踐經(jīng)驗的不足，有一些和現(xiàn)實狀況結(jié)合很密切的問題考慮的還不夠周全，希望老師們予以諒解。我會在以后的工作和學習中，更全面更深層次的提高和完善自己的知識和實踐操作技能。 參考文獻 [1]、王文清,李魁勝.鑄造工藝學.北京:機械工業(yè)出版社,1998 [2]、葉榮茂.鑄造工藝設計簡明手冊.北京:機械工業(yè)出版社,1997 [3]、<<鑄造工裝設計手冊>>編寫組編.鑄造工裝設計手冊,機械工業(yè)出版社,1989 [4]、曹善堂主編.《鑄造設備選用手冊》.北京:機械工業(yè)出版社,1990.5 [5] 陸文華，黃良余，等．鑄造合金及其熔煉［Ｍ］．北京：機械工業(yè)出版社，2002． [6] 李新亞，祝強，等．鑄造行業(yè)國內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］．鑄造.1999，1． [7] 張立波, 田世江，等．中國鑄造新技術(shù)發(fā)展趨勢［J］．鑄造.2005，1． 致 謝 經(jīng)過近一個學期的忙碌和學習，本次畢業(yè)設計終于定稿，作為一個本科生的畢業(yè)設計，由于知識有限，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的母校河南科技大學大學為我提供了良好的學習及生活環(huán)境，同時也感謝敬愛的校領(lǐng)帶及學院領(lǐng)導給予我在學習及生活上的關(guān)懷及幫助，讓我能夠順利的度過四年的大學學習生涯。 其次感謝我的指導老師。他平日里工作繁多，但在我進行畢業(yè)設計的每個階段，他都給予了我悉心的指導。他治學嚴謹?shù)膽B(tài)度和科學研究的精神是我永遠學習的榜樣。 其次，感謝所有的任課老師及輔導員等，正是他們?yōu)槲掖蛳铝嗽鷮嵉膶I(yè)知識，教會了我作人的道理，才使我能夠順利地走出校園邁向社會。同時，我還要感謝那些曾經(jīng)我在設計中遇到困難積極幫助我的同學們，正是他們不厭其煩對我的細心講解，才使得我在以往學習中沒有掌握的知道得到了彌補，才能使畢業(yè)設計順利完成。 最后，還要感謝我的父母，正是他們多年來一如既往地支持、鼓勵和鞭策，才使我有前進的動力。 蔡建明 2011.6