鉸接支架鑄件畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2012年 05月</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　近年來(lái)，球鐵鑄件差不多已在所有主要工業(yè)部門(mén)中得到應(yīng)用，這些部門(mén)要求高的強(qiáng)度、塑性、韌性、耐磨性、耐嚴(yán)重的熱和

3、機(jī)械沖擊、耐高溫或低溫、耐腐蝕以及尺寸穩(wěn)定性等。為了滿足使用條件的這些變化、球墨鑄鐵現(xiàn)有許多牌號(hào)，提供了機(jī)械性能和物理性能的一個(gè)很寬的范圍。</p><p>　　本文問(wèn)主要是對(duì)材質(zhì)為QT450—10的右鉸接支架—駕駛室進(jìn)行工藝工裝設(shè)計(jì)，應(yīng)用SolidWorks軟件畫(huà)出三維造型，最后應(yīng)用AnyCasting軟件進(jìn)行工藝模擬，針對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析，修改工藝，得出最合理的工藝設(shè)計(jì)方案。</p><p

4、>　　鉸接支架鑄件要求表面光潔，去除毛刺和銳邊，切不允許有砂眼、氣孔、夾砂等明顯鑄造缺陷。造型采用普通粘土砂，熔煉采用為保證鑄件質(zhì)量，澆注系統(tǒng)為開(kāi)放式，直澆道采用圓錐狀，橫澆道沿鑄件形狀分布，并安放過(guò)濾網(wǎng)，內(nèi)澆道對(duì)稱(chēng)安放共2個(gè)，在有熱結(jié)處安放冷鐵。</p><p>　　關(guān)鍵詞：球墨鑄鐵 鑄造性能 球化處理 孕育處理澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 工藝工裝設(shè)計(jì)</p><p><b>

5、　　Abstract</b></p><p>　　In recent years, ductile iron almost all major industrial sector in has been used, the department requires high strength, toughness and wear resistance, plastic, bear the severe

6、 heat and mechanical shock, high temperature resistant or low temperature, corrosion resistance and dimension stability, etc. In order to meet the conditions of use these changes, nodular cast iron existing many brands,

7、providing mechanical properties and physical properties of a very wide range.</p><p>　　This paper is mainly to ask for QT450-10 material right behind the technology -hinged stents tooling design, the app

8、lication of SolidWorks software draw the three -dimensional modeling, finally application AnyCasting software process simulation, in view of the simulation results are analyzed, and the modification process, that the mos

9、t reasonable process design. </p><p>　　Hinged stents casting requirement surface is bright and clean, remove burr and cutting edge, must not allow a sand holes, porosity, sand casting defects with obvious. M

10、odelling using common clay sand, melting with quality casting, gating system to open, straight runner the cone shape, the runner along the casting shape distribution, and put screen pack, internal sprue was altogether 2

11、a symmetrical, in a hot nodes put cold iron. </p><p>　　Keywords: ductile iron casting performance spheroidizing treatment inoculated gating system design process tooling design </p><p><b&g

12、t;　　目錄</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　Abstract（英文摘要）</p><p>　　目錄……………………………………………………………………………</p><p><b>　　第一章 引 言</b></p><

13、;p>　　1.1球墨鑄鐵鑄造技術(shù)分析4</p><p>　　1.1.1球墨鑄鐵性能特點(diǎn)</p><p>　　1.2 計(jì)算機(jī)在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用5</p><p>　　1.2.1 Solidworks軟件介紹6</p><p>　　1.2.2 SolidWorks 軟件特點(diǎn)7</p><p>　　1.2

14、.3 SolidWorks的發(fā)展和榮譽(yù)7</p><p>　　1.3 Anycasting軟件8</p><p>　　第二章 造型材料11</p><p>　　2.1粘土濕型砂的特性[7]11</p><p>　　2.1.1土-水比12</p><p>　　2.1.2粘土濕型砂的砂粒結(jié)構(gòu)12</

15、p><p>　　2.1.3粘土濕型砂的混砂效率12</p><p>　　2.2粘土濕型砂粘結(jié)劑13</p><p>　　2.3粘土濕型砂附加材料………………………………………………………………</p><p>　　2.3.1煤粉………………………………………………………………………….14</p><p>　　2.3.

16、2淀粉………………………………………………………………………….14</p><p>　　2.4粘土濕型砂操作工藝14</p><p>　　第三章工藝方案設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.1鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性分析15</p><p>　　3.1.1 主要技術(shù)要求15</p><p>　　3.1.2 鉸接支架

17、鑄件結(jié)構(gòu)分析16</p><p>　　3.2 分型面的選擇17</p><p>　　3.3鉸接支架架工藝參數(shù)18</p><p>　　3.4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.4.1澆注系統(tǒng)的確定20</p><p>　　3.4.2 直、橫、內(nèi)澆道設(shè)計(jì)22</p><p&

18、gt;　　3.5冷鐵的設(shè)計(jì)22</p><p>　　3.6出氣孔的設(shè)置23</p><p>　　第四章鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.1模樣材質(zhì)的選擇24</p><p>　　4.2 砂箱的設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.2.1 選擇和設(shè)計(jì)砂箱的一般原則</p><

19、p>　　4.2.2 砂箱的設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.3 模底板的設(shè)計(jì)30</p><p>　　4.3.1 模底板材料的選擇30</p><p>　　4.3.2 模底板的設(shè)計(jì)30</p><p>　　4.4模樣在模底板上的裝配33</p><p><b>　　第五章 熔煉35

20、</b></p><p>　　5.1 材料的配比35</p><p>　　5.2球墨鑄鐵液的球化、孕育處理36</p><p>　　5.3出爐溫度和澆注溫度36</p><p>　　第六章鑄件充型過(guò)程數(shù)值模擬結(jié)果及分析37</p><p>　　6.1 充型過(guò)程37</p><

21、;p>　　6.2 鑄件凝固過(guò)程40</p><p><b>　　結(jié) 論43</b></p><p><b>　　第一章 引言</b></p><p>　　球墨鑄鐵工業(yè)化生產(chǎn)始于1984年。當(dāng)時(shí)莫勒等人發(fā)現(xiàn)在過(guò)共晶鐵水中加入鈰并用硅錳鋯合金孕育，當(dāng)鈰殘留量超過(guò)0.02%是可獲得鑄態(tài)球鐵，并在世界上首先實(shí)現(xiàn)了球鐵

22、的工業(yè)化生產(chǎn)[1]。這是鑄鐵發(fā)展史上一個(gè)新的里程碑，也開(kāi)辟了稀土在鑄鐵中應(yīng)用的新紀(jì)元，球墨鑄鐵是稀土在鑄鐵中應(yīng)用的最大領(lǐng)域。不久以后，崗涅并建議在鐵水中加入鎂制取球鐵[2]。1949年清華大學(xué)教授王遵明在中國(guó)用鎂成功的制成了球鐵。1956年在中國(guó)用稀土硅鐵鎂合金制成了球鐵[3]。六十年來(lái)，球墨鑄鐵有了飛速發(fā)展，已經(jīng)成為工業(yè)不可缺少的材料，并保持良好的發(fā)展勢(shì)頭。</p><p>　　球墨鑄鐵與灰鑄鐵相比，其金相組織

23、的最大不同是石墨形狀的改變，避免了灰鑄鐵中尖銳石墨的存在，使得金屬基體的強(qiáng)度利用率達(dá)到70—90%，從而使金屬基體的性能得到很大程度的發(fā)揮。北美用在汽車(chē)工業(yè)中的球鐵已占鑄鐵總產(chǎn)量的二分之一，北美球鐵的市場(chǎng)分布為：輕型卡車(chē)25%，重型卡車(chē)20%，鐵路設(shè)備16%，通用制造業(yè)11%,建筑及礦山8%[4]。由于球墨產(chǎn)量的不斷增加，性能不斷開(kāi)發(fā)，現(xiàn)已成功部分取代了鍛鋼和鑄鋼，成為前景廣闊的金屬結(jié)構(gòu)材料。</p><p>　

24、　1.1球墨鑄鐵鑄造技術(shù)分析</p><p>　　要保證鑄件的力學(xué)強(qiáng)度和切削加工等性能不致因壁厚減小而降低，其基本途徑就是使球墨鑄鐵的力學(xué)性能得到改善。最重要的兩個(gè)方面，一是白口化傾向的減低和抑制，二是石墨組織的改善。球化劑的合理選用和稀土（RE）元素的加入是實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度薄壁球鐵鑄造的關(guān)鍵。該技術(shù)的核心是在鑄造（熔煉）工藝中要保證RE/S=2-2.5。球化劑要選用Fe-Si-Mg-RE-Ca系材料，其中稀土元素（C

25、e.La.Pr）的加入并使之與硫保持一定比例是球化技術(shù)關(guān)鍵，同時(shí)嚴(yán)格控制P≤0.04%-0.06%,Be=0.003%-0.007%。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)Mg/S≥5時(shí)，易生成白口；而RE/S≤2(時(shí)，出現(xiàn)球化不良；RE/S≥2.5時(shí)，也易出現(xiàn)白口。故在一般情況下要求硫含量越低越好的鑄鐵，此時(shí)（薄壁狀態(tài)）為了一定的球化率、晶粒細(xì)化和減少白口，則必須保持一定比例的硫含量。此點(diǎn)對(duì)于以廢鋼（S較少）為主要原料的熔煉廠應(yīng)特別予以注意。</p>

26、;<p>　　1.1.1球墨鑄鐵性能特點(diǎn)</p><p>　　球墨鑄鐵的正常組織是細(xì)小圓整的石墨球加金屬基體，在鑄態(tài)條件下，金屬基體通常是鐵素體與珠光體的混合組織，由于二次結(jié)晶條件的影響，鐵素體通常位于石墨球的周?chē)纬伞芭Ｑ邸苯M織，通過(guò)不同的熱處理手段，可很方便的調(diào)整球墨鑄鐵的基體組織，以滿足各種服役條件的要求。</p><p>　　1.2 計(jì)算機(jī)在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用<

27、;/p><p>　　鑄造成形是極其復(fù)雜的高溫、動(dòng)態(tài)、瞬時(shí)過(guò)程，其間發(fā)生一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)、冶金變化，這些變化不能直接觀察，也難以測(cè)試，所以其工藝設(shè)計(jì)多憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，技藝性強(qiáng)，而科學(xué)性不足。計(jì)算機(jī)在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用導(dǎo)致了鑄造技術(shù)的發(fā)展和根本變革。國(guó)內(nèi)有關(guān)高等院校、科研院所和重點(diǎn)鑄造企業(yè)經(jīng)過(guò)20多年的努力，取得了積極的成果先后開(kāi)展了計(jì)算機(jī)工藝輔助設(shè)計(jì)、成分和力學(xué)性能輔助設(shè)計(jì)，鑄件充型過(guò)程的數(shù)值模擬，鑄造過(guò)程、鑄件品質(zhì)以

28、及鑄造設(shè)備的檢測(cè)與控制，鑄造數(shù)據(jù)庫(kù)、管理、計(jì)算機(jī)識(shí)圖、機(jī)械手和機(jī)器人的應(yīng)用等，并在生產(chǎn)中得到運(yùn)用，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)理論定量指導(dǎo)工藝過(guò)程的目標(biāo)。同時(shí)計(jì)算機(jī)在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用也促使鑄造行業(yè)建立了完整的教育、科研、協(xié)會(huì)、學(xué)會(huì)、標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)檢、出版、信息體系[5] </p><p>　　1.2.1 Solidworks介紹</p><p>　　SolidWorks公司

29、成立于1993年，由PTC公司的技術(shù)副總裁與CV公司的副總裁發(fā)起，總部位于馬薩諸塞州的康克爾郡（Concord,Massachusetts）內(nèi)，當(dāng)初的目標(biāo)是希望在每一個(gè)工程師的桌面上提供一套具有生產(chǎn)力的實(shí)體模型設(shè)計(jì)系統(tǒng)。從1995年推出第一套SolidWorks三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件至今，至2010年已經(jīng)擁有位于全球的辦事處，并經(jīng)由300家經(jīng)銷(xiāo)商在全球140個(gè)國(guó)家進(jìn)行銷(xiāo)售與分銷(xiāo)該產(chǎn)品。1997年，Solidworks被法國(guó)達(dá)索（Dassaul

30、t Systemes）公司收購(gòu)，作為達(dá)索中端主流市場(chǎng)的主打品牌。</p><p>　　1.2.2 Solidworks 軟件特點(diǎn) </p><p>　　Solidworks軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。 Solidworks 功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks 的三大特點(diǎn)，使得SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案

31、、減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)大的功能，同時(shí)對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。</p><p>　　SolidWorks獨(dú)有的拖拽功能使用戶(hù)在比較短的時(shí)間內(nèi)完成大型裝配設(shè)計(jì)。SolidWorks資源管理器是同Windows資源管理器一樣的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，用戶(hù)能在比較短的時(shí)間內(nèi)完成更多的工作，能

32、夠更快地將高質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場(chǎng)。</p><p>　　1.2.3 solidworks 的發(fā)展和榮譽(yù)</p><p>　　SolidWorks軟件是世界上第一個(gè)基于Windows開(kāi)發(fā)的三維CAD 系統(tǒng)，由于技術(shù)創(chuàng)新符合CAD技術(shù)的發(fā)展潮流和趨勢(shì)，SolidWorks　公司于兩年間成為CAD/CAM產(chǎn)業(yè)中獲利最高的公司。良好的財(cái)務(wù)狀況和用戶(hù)支持使得SolidWorks每年都有數(shù)十乃至數(shù)百項(xiàng)的

33、技術(shù)創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽(yù)。該系統(tǒng)在1995-1999年獲得全球微機(jī)平臺(tái)CAD系統(tǒng)評(píng)比第一名；從1995年至今，已經(jīng)累計(jì)獲得十七項(xiàng)國(guó)際大獎(jiǎng)，其中僅從1999年起，美國(guó)權(quán)威的CAD專(zhuān)業(yè)雜志CADENCE連續(xù)4年授予SolidWorks最佳編輯獎(jiǎng)，以表彰SolidWorks的創(chuàng)新、活力和簡(jiǎn)明。</p><p>　　SolidWorks出色的技術(shù)和市場(chǎng)表現(xiàn)，不僅成為CAD行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對(duì)象

34、。由于使用了Windows OLE技術(shù)、直觀式設(shè)計(jì)技術(shù)、先進(jìn)的parasolid內(nèi)核（由劍橋提供）以及良好的與第三方軟件的集成技術(shù)，SolidWorks成為全球裝機(jī)量最大、最好用的軟件。資料顯示，目前全球發(fā)放的SolidWorks軟件使用許可約28萬(wàn)，涉及航空航天、機(jī)車(chē)、食品、機(jī)械、國(guó)防、交通、模具、電子通訊、醫(yī)療器械、娛樂(lè)工業(yè)、日用品/消費(fèi)品、離散制造等分布于全球100多個(gè)國(guó)家的約3萬(wàn)1千家企業(yè)。在教育市場(chǎng)上，每年來(lái)自全球4，300所

35、教育機(jī)構(gòu)的近145，000名學(xué)生通過(guò)SolidWorks的培訓(xùn)課程。 </p><p>　　1.3 Anycasting軟件</p><p>　　AnyCasting是韓國(guó)AnyCasting公司自主研發(fā)的新一代基于Windows操作平臺(tái)的高級(jí)鑄造模擬軟件系統(tǒng)。是專(zhuān)門(mén)針對(duì)各種鑄造工藝過(guò)程開(kāi)發(fā)的仿真系統(tǒng)，可以進(jìn)行鑄造的充型、熱傳導(dǎo)和凝固過(guò)程的模擬分析。它具有模擬準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)便、功能全面及

36、運(yùn)算速度快等特點(diǎn)。早在1985年，我們就研制出了AnyCasting軟件核心求解器，1990年開(kāi)始推廣為商業(yè)化軟件，通過(guò)多年來(lái)為大量不同領(lǐng)域如汽車(chē)、電子、重工、連續(xù)鑄造行業(yè)的客戶(hù)提供鑄造工程咨詢(xún)服務(wù)，AnyCasting積累了豐富的鑄造工程經(jīng)驗(yàn)，并不斷地將實(shí)際的工藝經(jīng)驗(yàn)在軟件功能中得以實(shí)現(xiàn)，使得AnyCasting日益成為當(dāng)今世界上技術(shù)最先進(jìn)，包含豐富實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的鑄造模擬分析軟件系統(tǒng)[6]。</p><p>　

37、　AnyPRE作為AnyCasting的前處理程序，anyPRE可以實(shí)現(xiàn)CAD模型的導(dǎo)入，有限差分網(wǎng)格的劃分，模擬條件的設(shè)置，并調(diào)用AnySOLVER進(jìn)行求解。使用anyPRE，您可以進(jìn)行多種設(shè)置包括工藝流程和材料的選擇來(lái)模擬鑄造成型過(guò)程，設(shè)置邊界、熱傳導(dǎo)和澆口條件，也能通過(guò)特殊功能模塊來(lái)設(shè)置一些設(shè)備和模型。另外，你還可以通過(guò)anyPRE提供的CAD功能來(lái)查看、移動(dòng)/旋轉(zhuǎn)實(shí)體坐標(biāo)系統(tǒng)。</p><p>　　any

38、MESH能編輯由anyPRE生成的網(wǎng)格文件。您可以輕松地修改網(wǎng)格信息而不改變幾何模型。</p><p>　　anyDBASE作為一個(gè)能概括鑄造成型中熔體，模具和其他材料性能的數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序，anyDBASE主要分為常規(guī)數(shù)據(jù)庫(kù)和用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)。常規(guī)數(shù)據(jù)庫(kù)提供了具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的常用材料性能，而用戶(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)使用戶(hù)能保存和管理修改或附加的數(shù)據(jù)。用戶(hù)能簡(jiǎn)單的選擇感興趣的材料而不需要輸入幾百種不同的材料性能。另外，它還提供每種材料的

39、傳熱系數(shù)，提高了程序的方便性。</p><p>　　anySOLVER作為AnyCasting的求解器，anySOLVER能夠根據(jù)你的設(shè)定計(jì)算流場(chǎng)和溫度場(chǎng)。鑄造成型模擬包括計(jì)算熔體充型過(guò)程的流動(dòng)分析和熔體凝固過(guò)程的傳熱/凝固分析。只有在兩個(gè)分析都準(zhǔn)確的前提下才能正確預(yù)測(cè)可能造成缺陷的區(qū)域。</p><p>　　anyPOST作為AnyCasting的后處理器，可以通過(guò)讀取anySOLVER

40、中生成的網(wǎng)格數(shù)據(jù)和結(jié)果文件在屏幕上輸出圖形結(jié)果。使用anyPOST，你可以用二維和三維觀察充型時(shí)間，凝固時(shí)間，等高線(溫度，壓力，速率)和速度向量，也可以用傳感器的計(jì)算結(jié)果來(lái)創(chuàng)建曲線圖。這個(gè)程序具備動(dòng)畫(huà)功能使用戶(hù)把計(jì)算結(jié)果編輯成播放文件，通過(guò)結(jié)果合并功能來(lái)觀察各種二維或三維的凝固缺陷。</p><p>　　圖1.1 AnyCasting軟件的組成部分</p><p><b>　

41、　第二章 造型材料</b></p><p>　　造型材料選用粘土濕型砂, 粘土濕型砂中，除水分以外，主要有以下5種組分。</p><p><b>　　(1)活性粘土 </b></p><p>　　型砂中能吸水膨脹而起粘結(jié)作用的膨潤(rùn)土，可用吸藍(lán)法測(cè)定其含量。</p><p><b>　　(2)含碳材

42、料 </b></p><p>　　含碳材料(如煤粉、重油、瀝青、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等)是鑄鐵型砂中的重要組分。鑄鋼用的型砂，雖不加煤粉，但也需加入谷物粉或淀粉之類(lèi)，這些也都是含碳材料。</p><p><b>　　(3)易熔組分</b></p><p>　　易熔組分包括砂粒表面上的變質(zhì)燒結(jié)層和粒度小于0.053mm的細(xì)粉(27

43、0目以下)。</p><p><b>　　(4)金屬細(xì)粒</b></p><p><b>　　(5)砂粒</b></p><p>　　2.1粘土濕型砂的特性[7]</p><p>　　粘土濕型砂中的粘結(jié)劑是粘土和水按一定比例配合組成的，水是粘結(jié)劑中的重要組成部分。</p><p&

44、gt;<b>　　2.1.1土-水比</b></p><p>　　粘土濕型砂中所用的粘土都是膨潤(rùn)土，水和膨潤(rùn)土混成的粘土膏，大體上是在土-水比為3：1左右時(shí)強(qiáng)度最高。</p><p>　　2.1.2粘土濕型砂的砂粒結(jié)構(gòu)</p><p>　　在生產(chǎn)條件下，混砂的時(shí)間是非常有限的，不可能使粘土和水調(diào)配均勻，完全用新砂配制粘土濕型砂，混成砂的實(shí)際砂粒

45、結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1。反復(fù)使用的系統(tǒng)砂，粘土膏在砂粒表面分布的情況要好一些。</p><p>　　圖1 粘土濕型砂砂粒結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　2.1.3粘土濕型砂的混砂效率</p><p>　　粘土濕型砂的混砂效率是指：型砂中實(shí)際上起粘結(jié)作用的膨潤(rùn)土量與其中的活性膨潤(rùn)土含量之比，即</p><p>　?。?）“活性膨潤(rùn)土”是型砂中所含的

46、具備活性、能吸水膨脹而起粘結(jié)作用的膨潤(rùn)土，（2）“有效膨潤(rùn)土”（effective clay）則是在型砂中發(fā)生了有效粘結(jié)作用而使型砂具有強(qiáng)度的膨潤(rùn)土。</p><p>　　2.2粘土濕型砂粘結(jié)劑</p><p>　　膨潤(rùn)土是粘土濕型砂的主要粘結(jié)劑。膨潤(rùn)土(Bentonite)是以蒙脫石為主的含水粘土礦。主要化學(xué)成分是二氧化硅、三氧化二鋁和水，還含有鐵、鎂、鈣、鈉、鉀等元素，Na2O和CaO

47、含量對(duì)膨潤(rùn)土的物理化學(xué)性質(zhì)和工藝技術(shù)性能影響頗大。蒙脫石結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)硅氧四面體夾一層鋁氧八面體組成的2：1型晶體結(jié)構(gòu)，由于蒙脫石晶胞形成的層狀結(jié)構(gòu)存在某些陽(yáng)離子，如Cu、Mg、Na、K等，且這些陽(yáng)離子與蒙脫石晶胞的作用很不牢固，易被其它陽(yáng)離子交換，故具有較好的離子交換性。</p><p>　　膨潤(rùn)土（蒙脫石）由于有良好的物理化學(xué)性能，可做粘結(jié)劑、懸浮劑、觸變劑、穩(wěn)定劑、凈化脫色劑、充填料、飼料、催化劑等，廣泛用于

48、農(nóng)業(yè)、輕工業(yè)及化妝品、藥品等領(lǐng)域，所以蒙脫石是一種用途廣泛的天然礦物材料。</p><p>　　2.3粘土濕型砂附加材料</p><p><b>　　2.3.1煤粉</b></p><p>　　鑄鐵用粘土濕型砂中的煤粉含量，要根據(jù)鑄件的特點(diǎn)，煤粉的質(zhì)量具體確定。一般情況下，含量大體上宜控制在3.5~5.5%之間。</p><

49、p>　　混砂時(shí)補(bǔ)加的數(shù)量，應(yīng)根據(jù)舊砂中有效煤粉的測(cè)定值來(lái)確定。</p><p><b>　　2.3.2淀粉</b></p><p>　　鑄鐵件生產(chǎn)方面，少數(shù)情況下，為提高鑄型中水分凝聚層的強(qiáng)度、改善鑄件表面質(zhì)量，可在粘土濕型砂中加入1%左右的淀粉。粘土濕型砂中的淀粉，以能溶于水起粘結(jié)作用的淀粉最好。</p><p>　　按制淀粉的原料區(qū)分

50、，可分為地上淀粉和地下淀粉。前者如玉米粉，面粉；后者如馬鈴薯粉、甘薯粉。地上淀粉比較穩(wěn)定，鑄造方面宜用地上淀粉。</p><p>　　按淀粉的水溶性和加工過(guò)程區(qū)分，有α淀粉和β淀粉。 ．</p><p>　　α淀粉是將生淀粉和水調(diào)成懸浮液，加熱糊化，然后快速冷卻、磨細(xì)而制成的。α淀粉溶于水，適合作濕型砂中的附加劑。</p><p>　　β淀粉是未經(jīng)處理的生淀粉

51、，不溶于水或略溶于水，用于粘土濕型砂中作用不大。</p><p>　　2.4粘土濕型砂操作工藝</p><p>　　1、混砂時(shí)的加料順序</p><p>　　先加砂和水混勻，后加膨潤(rùn)土，由于水已分散，沒(méi)有較大的水滴，加入膨潤(rùn)土后只能形成大量較小的粘土球。壓開(kāi)這些小粘土球是比較容易的，需要的能量也較小。</p><p>　　2、型砂可緊實(shí)性的控

52、制</p><p>　　粘土濕型砂的可緊實(shí)性，是一種反映型砂調(diào)制程度的參數(shù)，硅砂加粘土和水調(diào)制后，砂粒表面的粘土膏阻礙砂粒的流動(dòng)，其松密度隨之降低。砂粒表面上的粘土和水調(diào)和程度越好，則型砂的可緊實(shí)性越高，流動(dòng)性越差，松密度也就越低。采用手工造型工藝時(shí)，由人工舂實(shí)，只要型砂的強(qiáng)度不太高，流動(dòng)性差一點(diǎn)影響不大，所以型砂的可緊實(shí)性可以高些。</p><p>　　第三章 工藝設(shè)計(jì)方案</p

53、><p>　　鑄造工藝設(shè)計(jì)就是根據(jù)鑄造零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件等，確定鑄造方案和工藝參數(shù)，繪制鑄造工藝圖等技術(shù)文件的過(guò)程。鑄造工藝設(shè)計(jì)的好壞，對(duì)鑄件品質(zhì)、生產(chǎn)效率和成本起著重要作用[8]。</p><p>　　3.1鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性分析</p><p>　　右鉸接支架鑄件屬于薄壁框架，整體結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)，質(zhì)量較輕，鑄件帶有四個(gè)肋板，分型不易確定，為此采用

54、隨型模板，避免使用過(guò)多的砂芯，這樣可以很好地提高鑄件的工藝出品率和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也可以提高鑄件的致密度和鑄件質(zhì)量。</p><p>　　3.1.1 主要技術(shù)要求</p><p>　　右鉸接支架鑄件要求表面光潔，去除毛刺和銳邊，且不允許有砂眼、氣孔、夾砂等明顯鑄造缺陷，鑄件拔模斜度不大于３度，鑄件漆以ＣＡ／Ｃ２０２乙　按Ｑ／ＣＡＴＢＤ－１２的要求。</p><p>

55、　　3.1.2 鉸接支架鑄件結(jié)構(gòu)分析</p><p>　　鉸接支架Solidworks三維造型如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 鉸接支架solidworks零件三維造型圖</p><p>　　鉸接支架材質(zhì)為QT450—10，質(zhì)量為11.676kg，輪廓尺寸為425mm×363mm×161mm。鑄件的凸臺(tái)部分、耳帽以及尺寸較小的

56、一端處的表面需要精加工，其余為毛坯。在鑄件的凸臺(tái)和耳帽上還有許多需要加工的小孔，由于孔過(guò)小，不直接鑄出。鉸接支架鑄件Solidworks三維造型如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 鉸接支架鑄件solidworks三維造型</p><p>　　3.2 分型面的選擇</p><p>　　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

57、的尺寸精度、成本和生產(chǎn)率。選擇分型面時(shí)，應(yīng)注意以下原則</p><p>　?。?）應(yīng)使鑄件全部或大部分置于同一半型內(nèi)。為了保證鑄件精度，如果做不到這項(xiàng)要求，也應(yīng)該盡可能把鑄件的加工面和加工基準(zhǔn)面放在同一半型內(nèi)。</p><p>　?。?）應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)目。分型面少，鑄件精度容易保證，且砂箱數(shù)目少。</p><p>　?。?）分型面應(yīng)盡量選用平面。平直分型面可簡(jiǎn)

58、化造型過(guò)程和模底板的制造，易于保證鑄件的精度。</p><p>　　（4）分型面的設(shè)計(jì)要便于下芯、合箱和檢查型腔尺寸。</p><p>　?。?）不使砂箱過(guò)高，因?yàn)楦呱跋湓煨屠щy，填砂、緊實(shí)、起模、下芯都不方便。分型面通常選在鑄件最大截面上。</p><p>　?。?）受力件的分型面的選擇不應(yīng)消弱鑄件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。</p><p>　　（7）注意

59、減輕鑄件的清理和機(jī)械加工工作量。</p><p>　　根據(jù)該鉸接支架鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及選擇分型面的一般原則，選擇分型面如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 分型面選擇</p><p>　　鑄件采用兩箱造型，鑄件完全放在上砂箱，鑄型由隨型模板形成。</p><p>　　3.3鉸接支架架工藝參數(shù)</p><p>

60、　　鉸接支架鑄件有些表面需要進(jìn)行加工，因此要預(yù)留加工余量。所謂加工余量，是指在鑄件工藝設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先增加的，而后在機(jī)械加工時(shí)又被切去的金屬厚度。須留加工余量的表面有：</p><p>　　鑄件左端斷面部分，如圖3.3，加工余量為5.5～6.5，表面粗糙度為6.3；</p><p>　　鑄件上部四個(gè)凸臺(tái)，如圖3.3，加工余量為4.5～5.5，表面粗糙度為12.5；</p><

61、p>　　鑄件垂直面凸臺(tái)部分，如圖3.3，加工余量為6.5，表面粗粗糙度為12.5；</p><p>　　鑄件耳朵部分，加工余量為4.5～5.5，表面粗糙度為6.3；</p><p>　　鑄件圓孔不鑄出，需要加工，表面粗糙度均為6.3。</p><p>　　為了確定模樣的工作尺寸，需要確定該鉸接支架鑄件的鑄造收縮率。所謂鑄造收縮率是指鑄件從線收縮開(kāi)始溫度（從液相

62、中析出枝晶搭成的骨架開(kāi)始具有固態(tài)性質(zhì)時(shí)的溫度）冷卻到室溫時(shí)的相對(duì)線收縮量，以模樣與鑄件的長(zhǎng)度差除以模樣長(zhǎng)度的百分比表示： </p><p>　　式中，L1為模樣長(zhǎng)度，L2為鑄件長(zhǎng)度。查手冊(cè)得該鑄件的鑄造收縮率為k=0.8%～1.0%。</p><p>　　3.4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　澆注系統(tǒng)是鑄型中引導(dǎo)液態(tài)金屬流入型腔的通道，生產(chǎn)中常常因?yàn)闈沧⑾到y(tǒng)

63、設(shè)計(jì)安排不當(dāng)而造成鑄件缺陷。此外，澆注系統(tǒng)的好壞還影響造型和清理工作的繁簡(jiǎn)，砂型的體積大小，和工藝出品率的高低。因此正確設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)對(duì)提高生產(chǎn)率、降低鑄件成本和保證鑄件質(zhì)量是極其重要的[9]。</p><p>　　3.4.1澆注系統(tǒng)的確定</p><p>　　鑄件的澆注位置是指澆注時(shí)鑄件在型腔內(nèi)所處的狀態(tài)和位置。確定澆注位置是鑄造工藝設(shè)計(jì)中重要的一環(huán)，關(guān)系到鑄件的內(nèi)在質(zhì)量、鑄件的尺寸精度及

64、造型工藝過(guò)程的難易。澆注系統(tǒng)的引入位置影響到澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類(lèi)型的確定，同時(shí)對(duì)液態(tài)金屬充型方式、鑄型溫度分布、鑄件質(zhì)量影響很大，因此，在澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)于內(nèi)澆道的引入位置，要給予充分考慮。</p><p>　　根據(jù)鉸接支架的結(jié)構(gòu)，以及分型面的位置，澆注系統(tǒng)采用低注式工藝。又由于鑄件結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)，且壁較薄，為保證鑄件的充型能力，澆注系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)直澆道，直澆道設(shè)置在橫澆道中間。在橫澆道上分出2支內(nèi)澆道，澆注系統(tǒng)設(shè)置位置如

65、圖3.10所示，澆注系統(tǒng)Solidworks三維造型圖如圖3.11所示。</p><p>　　圖3.10 澆注系統(tǒng)位置</p><p>　　圖3.11 澆注系統(tǒng)三維圖</p><p>　　確定好澆注系統(tǒng)的安放位置及設(shè)計(jì)思路確定后，緊接著要確定澆注系統(tǒng)各組元的截面積。確定澆注系統(tǒng)各組元截面積的目的，在于保證鑄件型腔在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)充滿，控制金屬液通過(guò)澆注系統(tǒng)各組元時(shí)的流

66、速、流量、及充滿狀態(tài)，達(dá)到大流量、低流速、平穩(wěn)地充填。</p><p>　　澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)為開(kāi)放式，底注式澆注系統(tǒng)，使用這種澆注系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)有：內(nèi)澆道基本上在淹沒(méi)狀態(tài)下工作，充型平穩(wěn)；可避免金屬液發(fā)生激濺、氧化及由此而形成的鑄件缺陷；無(wú)論澆口比是多大，橫澆道基本工作在充滿狀態(tài)下，有利于阻渣；型腔內(nèi)的氣體容易順序排出。</p><p>　　3.4.2 直、橫、內(nèi)澆道設(shè)計(jì)</p>

67、<p>　　根據(jù)鑄件重量，由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定球墨鑄鐵澆注系統(tǒng)各組元的尺寸；根據(jù)鑄件重量按表6-89查出澆注系統(tǒng)各組元的截面積、編號(hào)和個(gè)數(shù)，再按編號(hào)由表6-90查出各交道尺寸如圖3.12 3.13[10]</p><p>　　圖3.12 橫澆道截面 圖3.13 內(nèi)澆道截面</p><p><b>　　3.5冷鐵的設(shè)計(jì)</b>

68、</p><p>　　為增加鑄件局部冷卻速度，在型腔內(nèi)部及工作表面安防的金屬塊稱(chēng)為冷鐵。冷鐵的作用有：</p><p>　　在冒口難于補(bǔ)縮的部位防止縮松、縮孔。</p><p>　　防止壁厚交叉部位及急劇變化部位產(chǎn)生裂紋。</p><p>　　改善鑄件局部的金相組織和力學(xué)性能。</p><p>　　減輕或防止厚壁鑄件中

69、的偏析。</p><p>　　為加強(qiáng)鑄件的順序凝固，在鑄件的厚端加上兩塊鑄鐵外冷鐵，尺寸大小如圖3.14</p><p><b>　　圖3.14冷鐵尺寸</b></p><p><b>　　3.6出氣孔的設(shè)置</b></p><p>　　出氣孔是型腔出氣冒口、砂型和砂芯排氣通道的總稱(chēng)，分明、暗兩種。

70、明出氣孔引出型外，與大氣相通；暗出氣孔不與大氣相通，常做成設(shè)置在型內(nèi)或芯內(nèi)的片狀或針狀空腔。出氣孔具有下述作用：</p><p>　　（1）排出砂型中型腔、砂芯以及由金屬液析出的各種氣體；</p><p>　?。?）減小充型時(shí)型腔內(nèi)氣體壓力，改善金屬液充型能力；</p><p>　?。?）便于觀察金屬充填型腔的狀態(tài)及充滿程度；</p><p>

71、;　?。?）排出先行充填型腔的低溫金屬液和浮渣。</p><p>　　該鉸接支架的鑄型排氣孔可由鑄工在造型時(shí)自設(shè)。</p><p>　　第四章 鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)</p><p>　　鑄造工藝裝備是造型、造芯及合箱過(guò)程中所使用的模具和裝置的總稱(chēng)。鑄造工藝裝備包括模樣、模板、砂箱、芯盒、砂芯修整磨具等。 </p><p>　　鑄造工藝裝備

72、設(shè)計(jì)是鑄造生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)準(zhǔn)備工作之一，是鑄造工藝設(shè)計(jì)的延伸和深化。它將鑄件工藝規(guī)程所確定的有關(guān)方案、內(nèi)容進(jìn)一步具體化，以確保鑄件如期順利地投入生產(chǎn)。因此，工藝裝備設(shè)計(jì)必須按照工藝設(shè)計(jì)確定的原則和要求來(lái)進(jìn)行。</p><p>　　根據(jù)鑄件和模板整體的輪廓尺寸，初步確定砂箱和模板在鑄件分型面的大致內(nèi)框輪廓尺寸為：520×430mm。</p><p>　　4.1模樣材質(zhì)的選擇<

73、;/p><p>　　鉸接支架模樣選用木模。因?yàn)槟久淤|(zhì)輕、易加工、價(jià)廉。</p><p>　　木模的木材選用紅松，紅松具有紋理平直、易加工、吸水性低、變形小等優(yōu)點(diǎn)。為了提高木模的使用壽命、保證鑄件的表面質(zhì)量，需在木模外表面涂一層油漆。</p><p>　　為保證鑄件的尺寸精度和較高的表面質(zhì)量，木模選用二級(jí)模。二級(jí)木模的制造工藝要求如下所述：</p><

74、;p>　?。?）用二級(jí)膠合木材制造。較小的內(nèi)圓角可以不做出，全部外圓角及3mm以下（包括3mm）的內(nèi)圓角應(yīng)全部做出。</p><p>　?。?）筋條或凸出部分、小芯頭等，不一定嵌入主體，除用膠合外，可再以木螺釘緊固?；顗K部分用燕尾或榫裝置安裝。</p><p>　?。?）坯料結(jié)合簡(jiǎn)單，但必須用榫頭和膠粘固。</p><p>　　（4）工作表面應(yīng)光滑，少許缺陷答

75、應(yīng)以膩?zhàn)犹钛a(bǔ)。木模制好后應(yīng)油漆兩次。</p><p>　?。?）其它規(guī)定參照一級(jí)木模的有關(guān)規(guī)定。</p><p>　　4.2 砂箱的設(shè)計(jì)</p><p>　　砂箱是用于制作砂型和運(yùn)輸砂型的工藝裝備。設(shè)計(jì)砂箱時(shí)必須使砂箱符合鑄型工藝的要求，又能符合車(chē)間的造型、運(yùn)輸?shù)囊?。因此，正確地選擇和設(shè)計(jì)砂箱的結(jié)構(gòu)，對(duì)保證鑄件質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低成本以及保證

76、安全生產(chǎn)都有很大的意義。</p><p>　　4.2.1 選擇和設(shè)計(jì)砂箱的一般原則</p><p>　　砂箱的選用和設(shè)計(jì)的一般原則如下所述：</p><p>　　（1）滿足鑄造工藝要求。</p><p>　?。?）砂箱的規(guī)格盡可能標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。</p><p>　?。?）砂箱的定位裝置要準(zhǔn)確、使用方便；&

77、lt;/p><p>　?。?）箱壁和箱帶結(jié)構(gòu)在有利于砂型緊實(shí)的前提下，應(yīng)與型砂有足夠的附著力，使砂型在翻轉(zhuǎn)、吊運(yùn)及合箱過(guò)程中不易發(fā)生掉砂、塌箱，在澆注中不易抬型，又要便于落砂和脫出鑄件；</p><p>　?。?）以減少砂箱數(shù)目，降低鑄件成本，便于使用和管理；</p><p>　　（6）應(yīng)選擇耐用、經(jīng)濟(jì)、來(lái)源廣泛的材料。</p><p>　　4.

78、2.2 砂箱的設(shè)計(jì)</p><p>　　砂箱的設(shè)計(jì)步驟如下所述：</p><p>　　上、下砂箱的材料均選擇HT150。</p><p>　?。?）根據(jù)模樣輪廓尺寸及選取的一定的吃砂量（箱壁和模樣間的最小吃砂量選取為40mm），砂箱內(nèi)廓的尺寸為516×436mm。根據(jù)模樣高度，選取上、下砂箱高度均為217mm。砂箱的三維solidworks造型圖如圖4

79、.1所示。</p><p><b>　?。╝）上砂箱</b></p><p><b>　　(b) 下砂箱</b></p><p>　　圖4.1 砂箱三維圖</p><p>　?。?）確定砂箱箱壁厚度和砂箱截面結(jié)構(gòu)：上、下砂箱壁厚分別取15和14mm。砂箱壁的結(jié)構(gòu)及尺寸如圖4.2所示。</p&

80、gt;<p>　　圖4.2 箱壁斷面結(jié)構(gòu)圖</p><p>　?。?）確定砂箱的翻箱及搬運(yùn)結(jié)構(gòu)：砂箱翻轉(zhuǎn)軸的材料為45鋼，采用鑄接的方式與砂箱連接在一起，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)及尺寸如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 砂箱的翻箱及搬運(yùn)結(jié)構(gòu)</p><p>　?。?）確定砂箱定位耳及耳孔的結(jié)構(gòu)及尺寸：上、下砂箱的定位耳及耳孔的結(jié)構(gòu)、尺寸及間距要一樣，

81、以便能夠使砂箱順利合箱。砂箱定位耳的結(jié)構(gòu)及尺寸如圖4.4所示。</p><p>　　(a) 砂箱定位耳截面圖 (b) 砂箱定位耳尺寸</p><p>　　圖4.4 砂箱的翻箱及搬運(yùn)結(jié)構(gòu)</p><p>　?。?）確定定位銷(xiāo)套和導(dǎo)向銷(xiāo)套的結(jié)構(gòu)及尺寸：砂箱長(zhǎng)期使用，其定位銷(xiāo)孔極易磨損。為了延長(zhǎng)砂箱壽命，保證砂箱能長(zhǎng)久地準(zhǔn)

82、確定位，需要在箱耳定位孔內(nèi)鑲套。定位銷(xiāo)套及導(dǎo)向銷(xiāo)套的結(jié)構(gòu)、尺寸及與箱耳孔的配合精度如圖4.5、圖4.6所示。</p><p>　　圖4.5 定位銷(xiāo)套 </p><p>　　圖4.6 導(dǎo)向銷(xiāo)套</p><p>　?。?）確定砂箱的夾緊方法：為了防止鑄型在澆注過(guò)程中發(fā)生抬型，兩砂箱合箱后用插銷(xiāo)緊固。</p><p>　　4.3 模底板的設(shè)

83、計(jì)</p><p>　　模板一般由模底板和模樣、澆冒口系統(tǒng)定位銷(xiāo)等裝配而成。通常模底板的工作面形成鑄型的分型面，鑄件模樣、芯頭模樣和澆冒口模樣形成鑄件的外輪廓、芯頭座及澆冒口系統(tǒng)的型腔。</p><p>　　采用模板造型，可以提高生產(chǎn)效率和鑄件質(zhì)量，并使鑄件尺寸精確。因此，模板的設(shè)計(jì)合理與否，直接關(guān)系到鑄件的生產(chǎn)效率的高低及鑄件質(zhì)量的好壞。</p><p>　　4.

84、3.1 模底板材料的選擇</p><p>　　模板按材料分為鑄鐵模板、鑄鋼模板、鑄鋁模板、塑料模板，鉸接支架鑄件的模板材質(zhì)可選擇HT150。</p><p>　　4.3.2 模底板的設(shè)計(jì)</p><p>　　模底板的設(shè)計(jì)步驟如下所述：</p><p>　?。?）確定模底板的尺寸：根據(jù)砂箱輪廓尺寸確定模底板外輪廓尺寸為546×4

85、76×80mm。模底板三維solidworks造型圖如圖4.7所示。</p><p>　　(a) (b)</p><p>　　圖4.7 模底板三維圖</p><p>　　2）確定模底板的壁厚和加強(qiáng)筋的厚度、形狀及布局：模底板厚度為12mm，加強(qiáng)筋厚度為14mm，加強(qiáng)筋邊緣厚度為10mm。加

86、強(qiáng)筋形狀及布局如圖4.7(b)、圖4.8所示。</p><p>　　圖4.8 加強(qiáng)筋的布局</p><p>　　（3）確定模底板與砂箱的定位裝置：模底板與砂箱采用定位銷(xiāo)定位，定位銷(xiāo)尺寸、表面粗糙度及結(jié)構(gòu)如圖4.10所示。另外，為了防止砂箱在造型時(shí)卡死在模板的定位銷(xiāo)上或套不進(jìn)去，尤其是剛澆注落砂后的砂箱存在著熱脹現(xiàn)象，需要設(shè)計(jì)導(dǎo)向銷(xiāo)，其結(jié)構(gòu)及尺寸如圖4.11所示。模底板耳孔即定位銷(xiāo)孔與砂箱要

87、一致，以便使砂箱和模底板能夠順利定位。其模底板長(zhǎng)度方向的中心距為546mm，寬度方向的中心距為476mm。</p><p>　　圖4.9 定位銷(xiāo)結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖4.10 導(dǎo)向銷(xiāo)結(jié)構(gòu)</p><p>　　（4）確定模底板的翻轉(zhuǎn)及搬運(yùn)結(jié)構(gòu)：模底板翻轉(zhuǎn)軸的材料為45鋼，采用鑄接的方式與模底板連接在一起，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)及尺寸如圖4.7、圖4.11所示。</

88、p><p>　　圖4.11 模板的翻箱及搬運(yùn)結(jié)構(gòu)</p><p>　　4.4模樣在模底板上的裝配</p><p>　　模樣和模底板設(shè)計(jì)并加工出后，要用螺釘、螺栓等緊固成一體。模樣在模底板上的裝配主要考慮以下三個(gè)問(wèn)題：</p><p>　?。?）模樣在模底板上的放置形式。采用平方式，即將模樣平放在模底板上，模底板不必挖槽，比較方便。（2）模樣在模底

89、板上的定位。模樣在模底板上采用定位銷(xiāo)來(lái)定位，以便將模樣定位在模底板上，防止模樣因螺釘松動(dòng)而錯(cuò)位。定位銷(xiāo)一般選擇在模樣高度較低的位置，并盡量使兩定位銷(xiāo)的距離遠(yuǎn)一些。定位銷(xiāo)采用圓柱銷(xiāo)，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)、尺寸如圖4.12所示。</p><p>　　圖4.12 木模金屬定位銷(xiāo)結(jié)構(gòu)</p><p>　?。?）鑄件模樣在模底板上的緊固方式。模樣在模底板上采用螺栓緊固。另外，砂箱與模板的定位裝配如圖4.13所

90、示。</p><p>　　圖4.13 砂箱與模板的定位裝配</p><p><b>　　第五章 熔煉</b></p><p>　　鑄件為QT450-10鉸接支架，基體以鐵素體為主，其性能特點(diǎn)為塑性和韌性較高，強(qiáng)度較低。其力學(xué)性能要求為：抗拉強(qiáng)度≥450MPa，斷后伸長(zhǎng)率為10%，硬度160≤HB≤210。鑄鐵化學(xué)成分應(yīng)滿足：C3.1%～3.

91、4%，Si2.5%～3.1%，Mn0.4%～0.6%，P≤0.10%，S含量低于0.03%,RE0.02%～0.05%，Mg0.03%～0.05%。</p><p>　　5.1 材料的配比</p><p>　　為合理利用原料，節(jié)約成本，鑄件配料參考《鑄造合金配料速查手冊(cè)》[11]，框架配料單如表5.1所示：</p><p>　　表5.1 框架配料單</p&

92、gt;<p>　　5.2球墨鑄鐵液的球化、孕育處理</p><p>　　（1） 加入鐵液中能使石墨在結(jié)晶生長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)成球狀的元素稱(chēng)為球化元素。 球化處理采用稀土鎂合金（%）（RE9.47、Mg10.34、Si38～44）加入量為1%～1.7%。</p><p>　?。?）孕育處理目的：</p><p>　?、傧Y(jié)晶過(guò)冷傾向；②促進(jìn)石墨球化；③減小晶間偏析

93、。</p><p>　　孕育處理采用75#硅鐵，加入量為1.7%；此外還加入1%純堿脫硫。（注：爐前，取樣檢查三角白口深度及球化情況，在正常情況下三角白口深度為3～6mm,斷口為銀白色。）</p><p>　　5.3出爐溫度和澆注溫度</p><p>　　由于在球墨鑄鐵的球化、孕育處理中要加入大量的處理劑，這使得鐵液溫度要降低50～100℃，因此為了保證澆注溫度，鐵

94、液必須有較高的出爐溫度，至少應(yīng)在1450～1470℃以上，澆注溫度可控制在1350℃。</p><p>　　第六章 鑄件充型過(guò)程數(shù)值模擬結(jié)果及分析</p><p><b>　　6.1 充型過(guò)程</b></p><p>　　鑄造過(guò)程的充型過(guò)程，是高溫液態(tài)金屬在高壓下高速充填結(jié)構(gòu)復(fù)雜、斷面狹窄的金屬型腔的過(guò)程。由于型腔的填充模式是影響壓鑄件質(zhì)量

95、的關(guān)鍵因素之一，因而充型過(guò)程的流場(chǎng)控制是鑄造過(guò)程的中心環(huán)節(jié)。通過(guò)充型過(guò)程速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)的數(shù)值模擬，能夠較準(zhǔn)確地表達(dá)充型過(guò)程的流動(dòng)和傳熱規(guī)律，并可預(yù)測(cè)可能產(chǎn)生的卷氣、冷隔等缺陷，進(jìn)而優(yōu)化鑄造工藝，實(shí)現(xiàn)理想的型腔充填狀態(tài)，對(duì)實(shí)際壓鑄生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義[12]。</p><p>　　鑄件澆注充型過(guò)程中，伴隨著熱量的散失、溫度的降低。顯示溫度場(chǎng)時(shí)，采用色溫映射的方式，即利用OpenGL技術(shù)對(duì)充型過(guò)程中的速度場(chǎng)

96、、溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)的動(dòng)態(tài)顯示。如圖所示為充型順序及溫度場(chǎng)分布。</p><p>　　通過(guò)這次充型模擬，主要分析以下幾方面的內(nèi)容：</p><p>　?。?）液態(tài)金屬在鑄型中充填10%, 20%, 45%, 70%, 85%, 100%時(shí)的情況，如圖6.1所示；</p><p>　　（2）液態(tài)金屬在型腔中的流動(dòng)狀況；</p><p>　

97、?。?）液態(tài)金屬在型腔中按時(shí)間順序充填的溫度分布。</p><p>　　鑄件充型過(guò)程與液態(tài)金屬的流動(dòng)、傳熱及傳質(zhì)過(guò)程密切相關(guān)，是一個(gè)伴隨著熱量散失以及凝固的非恒溫流動(dòng)過(guò)程，可用質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒方程描述，而充型過(guò)程中金屬液與鑄型之間的熱交換可用熱量平衡方程來(lái)描述，在這個(gè)過(guò)程中最基本又最重要的物理現(xiàn)象是傳熱和流動(dòng)[13]。</p><p><b>　　(b)</b>&l

98、t;/p><p>　　(c) (d)</p><p>　　(e) (f)</p><p>　　圖6.1 充型順序及溫度場(chǎng)分布</p><p>　　(a)充型10 %； (b)充型25%；(c)充型45%；(d)充

99、型 70%；(e)充型85%；(f)充型100%</p><p>　　鑄件形成過(guò)程的流動(dòng)現(xiàn)象可歸納為以下幾種[14]：</p><p>　　（1）澆注時(shí)液態(tài)金屬在充填鑄型過(guò)程中的流動(dòng)；</p><p>　?。?）型腔內(nèi)液態(tài)金屬由于溫度差引起密度差而產(chǎn)生的自然對(duì)流；</p><p>　　（3）由于凝固收縮、液態(tài)收縮及重力等引起液體在枝晶間及其分

100、枝的流動(dòng)。</p><p>　　通過(guò)本次模擬結(jié)果，分析液態(tài)金屬在澆注充型過(guò)程中存在以下一些特點(diǎn)：</p><p>　　由于鉸接支架結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，壁厚不均，從整個(gè)充型過(guò)程看，其充填形態(tài)表現(xiàn)出復(fù)雜多樣的特點(diǎn)。具體表現(xiàn)為，從整體上來(lái)說(shuō)，金屬液表現(xiàn)為順序充填，較為平穩(wěn)。由于充型速度較高，金屬液進(jìn)入澆道直接沖向?qū)γ嫘捅?，由于壁面阻力及慣性作用，金屬液被沖到一定高度。然后在重力、壁面阻力的作用下回落。

101、</p><p>　　從充型過(guò)程溫度分布來(lái)看，鑄件在整個(gè)充型過(guò)程中的溫度分布基本上是下部溫度高，上部溫度低，初始澆注溫度為1450℃，充型剛結(jié)束時(shí)的最低溫度約為1160℃。</p><p>　　6.2 鑄件凝固過(guò)程</p><p>　　鑄件的凝固過(guò)程也就是金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的結(jié)晶過(guò)程,液態(tài)金屬結(jié)晶過(guò)程乃是由形核和長(zhǎng)大兩個(gè)基本過(guò)程所組成，并且這兩個(gè)過(guò)程是同時(shí)并進(jìn)的

102、。金屬凝固后的鑄件組織是由表層細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)和中心等軸晶區(qū)組成。影響鑄件組織形成的主要因素有澆注溫度、鑄模冷卻能力、散熱條件、液體流動(dòng)性以及合金的凝固溫度范圍等。金屬凝固過(guò)程所產(chǎn)生的鑄造缺陷主要包括宏微觀偏析、縮孔、縮松、氣孔、夾雜物及熱裂等[15]。</p><p>　　圖6.2為鑄件的凝固順序以及溫度分布，其中圖(a)-(f)依次為凝固5%，15%，30%，50%，85%，100%時(shí)的狀態(tài)圖。</p&

103、gt;<p>　　對(duì)凝固模擬結(jié)果分析后認(rèn)為，鑄件凝固過(guò)程中存在以下一些特點(diǎn)：</p><p>　　整體上看，鑄件達(dá)到完全凝固時(shí)間較長(zhǎng)，凝固速度比充型要慢的多。從鑄件整體上來(lái)看，鑄件在整個(gè)凝固過(guò)程中的溫度分布基本上是下部溫度高、上部溫度低。鑄件的凝固順序表現(xiàn)為上部先凝固、下部后凝固，即鑄件薄壁處先凝固，壁厚較大處后凝固，薄壁處凝固速度快，厚壁處凝固速度慢，鑄件厚度最大處最后凝固，如圖6.2所示。<

104、;/p><p>　　(a) (b)</p><p>　　(c) (d)</p><p>　　(e) (f)</p><p>　　圖6.2

105、凝固順序及溫度場(chǎng)分布</p><p>　　(a)凝固5% ； (b)凝固15%； (c)凝固30%；(d)凝固50%；(e)凝固85%；(f)凝固100%</p><p>　　由圖可以看出，開(kāi)始凝固時(shí)凝固速度較快，隨后凝固速度減小，到最后凝固速度越來(lái)越小，最后完全凝固并且無(wú)缺陷出現(xiàn)，證明此工藝合理。</p><p><b>　　結(jié)論</b>&l

106、t;/p><p>　　本課題主要進(jìn)行的工作就是鉸接支架的工藝與工裝設(shè)計(jì)及應(yīng)用AnyCasting軟件模擬分析。對(duì)于鑄件的造型方法來(lái)說(shuō)，應(yīng)用的是粘土濕型砂造型方法。</p><p>　　在設(shè)計(jì)工藝與工裝之前，設(shè)計(jì)者應(yīng)該掌握生產(chǎn)任務(wù)和要求,熟悉工廠和車(chē)間的生產(chǎn)條件,因?yàn)檫@是設(shè)計(jì)工藝與工裝的基礎(chǔ)，所有的工作都是圍繞著鑄件的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求展開(kāi)的。審核完鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性之后，就可以根據(jù)設(shè)計(jì)工藝和工裝方面

107、的知識(shí)逐步展開(kāi)設(shè)計(jì)了。其中主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：鑄件澆注位置的確定、分型面的選擇、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)、冷鐵的設(shè)計(jì)、出氣孔的設(shè)計(jì)、模樣材質(zhì)的選擇、砂箱的設(shè)計(jì)、模板的設(shè)計(jì)。以上每個(gè)方面對(duì)鑄造出高質(zhì)量鑄件都起到關(guān)鍵的作用，因此設(shè)計(jì)的時(shí)候要非常的仔細(xì)認(rèn)真。</p><p>　　本課題最明顯的難題是分型面的選取,由于鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜及不均勻性,我們選用了下箱制作出突出的砂胎,省去了芯子的使用,采用澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也能使

108、金屬液平穩(wěn)流入，更好的充型，這樣顯著提高了鑄件的工藝出品率及鑄件質(zhì)量，明顯地防止和消除鑄件縮孔、縮松、氣孔、夾渣、裂紋及滲漏等缺陷。另外，由于鑄件質(zhì)量較小,單件生產(chǎn)本課題造型方法是采用粘土濕型砂造型，制作簡(jiǎn)單，操作方便，材料豐富。</p><p>　　本課題將Solidworks的實(shí)體造型應(yīng)用在了鑄造的工藝及工裝設(shè)計(jì)過(guò)程中，這樣大大提高設(shè)計(jì)效率，縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造周期，而且能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)、分析與模具加工的統(tǒng)一，另

109、外還將AnyCasting模擬軟件應(yīng)用到工藝分析上，提前對(duì)工藝的設(shè)計(jì)合理性進(jìn)行分析，減少實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢品率，保證鑄件質(zhì)量，提高生產(chǎn)率。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] H.Morrogh and W.J.Williams，The Production of Nodular Structure in Cast Iron，

110、Journal of the Iron and Steel Instilute March，1948</p><p>　　[2] A.P. Gangnebin etc.，Iron Age，F(xiàn)eb，1949. P77</p><p>　　[3] 曾藝成、張聯(lián)芳、吳德海，稀土在球鐵中的應(yīng)用，《稀土在鋼鐵中的應(yīng)用》，冶金工業(yè)出版社，北京，1987年12月。P135-143.</p&

111、gt;<p>　　[4] 沈陽(yáng)鑄造研究所，大連理工學(xué)院，上?？茖W(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)合編，球墨鑄鐵，機(jī)械工業(yè)出版社，1982</p><p>　　[5] 專(zhuān)著 高尚書(shū).計(jì)算機(jī)技術(shù)在鑄造行業(yè)的應(yīng)用.鑄造，1995，（6）：31～38</p><p>　　[6] 候擊波，程軍.鑄件充型過(guò)程的數(shù)值模擬技術(shù).華北工學(xué)院學(xué)報(bào).1997: 1～3</p><p>