蝸輪課程設(shè)計(jì)說明書

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)所涉蝸輪為45＃鋼鑄鋼件，該蝸輪的最小壁厚為25mm，最大輪廓尺寸為580mm，鑄件的體積在0.5m³左右。對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和材質(zhì)進(jìn)行了分析，決定采用砂型鑄造方法生產(chǎn)該鑄鋼件，并設(shè)計(jì)出了鑄造工藝方案，包括造型、分型面、加工余量、起模斜度、澆冒口設(shè)計(jì)等，完善了鑄造工裝設(shè)計(jì)，包括簡(jiǎn)單的模板設(shè)計(jì)和砂箱設(shè)計(jì)。<

2、;/p><p>　　關(guān)鍵詞：蝸輪，砂型鑄造，工藝方案，工裝設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　1.1 課程設(shè)計(jì)的目的及要求</p><p>　　1）在完成鑄造工藝課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)際的鑄件進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)，使學(xué)生掌握鑄造工藝設(shè)計(jì)的步驟，設(shè)計(jì)方法，必要的計(jì)算，繪制出正確的鑄造工藝圖、工裝

3、圖、裝配圖等。  </p><p>　　2)分析零件的結(jié)構(gòu)，找出幾種分型方案，并分別用符號(hào)標(biāo)出； </p><p>　　3）熟悉查閱參考資料及手冊(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和確定工藝參數(shù)的基本方法；</p><p>　　4）能正確運(yùn)用常用計(jì)算公式；</p><p>　　5）熟悉常用鑄造工藝符號(hào)和表達(dá)方法；</p>&

4、lt;p>　　6)設(shè)計(jì)圖樣一律按工程制圖要求，采用手繪或機(jī)繪完成，并用A4圖紙出圖； </p><p>　　7）按所設(shè)計(jì)內(nèi)容及相應(yīng)順序要求，認(rèn)真編寫說明書。</p><p>　　1.2 課程設(shè)計(jì)組織形式與時(shí)間安排</p><p>　　對(duì)鑄件圖進(jìn)行三維作圖，分析，然后進(jìn)行工藝的設(shè)計(jì)分析最后確定方案，做出課程設(shè)計(jì)。</p><p>

5、;<b>　　2 鑄件的分析</b></p><p>　　2.1鑄件的結(jié)構(gòu)分析</p><p>　　ZG45蝸輪在鑄造過程中容易產(chǎn)生裂紋，是由于凝固收縮不均衡極易產(chǎn)生鑄造熱裂紋。ZG45 收縮大，因此熱應(yīng)力也大。如果鑄造工藝、熱處理工藝 處理不當(dāng)極易產(chǎn)生裂紋(冷裂紋)。蝸輪類鑄件要求組織致密，應(yīng)保證在加工過程中無(wú)鑄造缺陷。該蝸輪工藝設(shè)計(jì)必須充分考慮補(bǔ)縮，同時(shí)控制鑄件

6、凝固過程中的順序，創(chuàng)造有利的補(bǔ)縮條件，提高鑄件補(bǔ)縮的致密度。該鑄件的三維模型圖由proe畫出如下圖 1 ，二維平面圖由AutoCAD畫出如下圖 2 , </p><p><b>　　圖 1 三維圖</b></p><p><b>　　圖 2 二維圖</b></p><p>　　在生產(chǎn)中考慮選擇分

7、型面時(shí)，應(yīng)注意以下原則：</p><p>　　1）應(yīng)使鑄件全部或大部置于同一半型內(nèi)。為了保證鑄件精度，如果做不到上述要求也應(yīng)盡可能把鑄件的加工面和加工基準(zhǔn)放在同一半型內(nèi)。</p><p>　　2）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>　　3）分型面應(yīng)盡量選用平面。平直分型面可簡(jiǎn)化造型過程和模板制造，易于保證鑄件精度。&l

8、t;/p><p>　　4）分型面通常選在鑄件的最大截面處，盡量不使砂箱過高。高砂箱，造型困難，填砂、緊實(shí)、起模、下芯都不方便。</p><p>　　5）便于下芯、合型和檢查型腔尺寸。</p><p>　　6）注意減輕鑄件清理和機(jī)械加工量。</p><p>　　根據(jù)該零件圖做出兩種鑄造分型面方案如下圖 3 ，圖 4 </p><

9、p>　　圖 3 分型面方案一</p><p>　　圖 4 分型面方案二</p><p>　　就本次的蝸輪而言：將鑄件的一半置于下部，且分型面為最大截面。此方案容易保證澆注質(zhì)量，能夠?qū)崿F(xiàn)順序凝固，使其金相組織均勻，減少不必要的缺陷。故選擇分型方案一。</p><p>　　2.2鑄件的技術(shù)要求</p><p>　　鋼件在鑄造后加工，表面不得

10、有夾渣、裂紋等鑄造缺陷。</p><p><b>　　2.3生產(chǎn)條件</b></p><p>　　采用砂型鑄造方法來(lái)進(jìn)行，選用水玻璃砂來(lái)造型和制芯。水玻璃砂有以下特點(diǎn)：水 玻璃的原材料資源豐富、價(jià)格便宜；水玻璃砂在混制、造型、澆注和落砂過程中不析出 有毒氣體，也無(wú)黑色污染，是一種較好的清潔造型、制芯的型砂粘接劑；型砂不含氮、 硫、磷，在高溫下呈現(xiàn)一定的塑形，比較適用于

11、澆注鑄鋼件和大型鑄鐵件。目前在我國(guó) 鑄造生產(chǎn)中得到應(yīng)用的水玻璃砂工藝按其硬化方法可普遍分為如下四種：干燥法、CO2 法、酯硬化法和 VRH-CO2 法。 但 CO2 法主要有以下幾點(diǎn)缺點(diǎn)： 1）CO2 硬化水玻璃砂強(qiáng)度低，導(dǎo)致水玻璃加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá) 8.0%以上，澆注型、芯砂潰散性很差，鑄件清砂極端困難。 </p><p>　　2）CO2 硬化時(shí)水玻璃砂易于過吹，而且硬化的水玻璃砂在存放過程中容易吸濕，

12、表面形成白霜和粉化，表面安定性明顯下降。 </p><p>　　3）水玻璃砂舊砂再生非常困難，我國(guó)基本上不回用，增加了新砂用量，也造成 了環(huán)境污染。由于上述問題，水玻璃砂應(yīng)用受阻，特別是20世紀(jì)70年代呋喃樹脂砂的開發(fā)成功，使 CO2 硬化水玻璃砂收到了沖擊而迅速萎縮。但是樹脂的價(jià)格高，也存在環(huán)保問題，又迫使人們重新對(duì)水玻璃基本組成的深入研究，發(fā)現(xiàn)新制備的水玻璃是一種真溶液，在它存放過程中，硅酸分子產(chǎn)生縮聚反應(yīng)而

13、形成大分子結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致水玻璃粘接性能下降， 即被稱之為“老化”現(xiàn)象。若對(duì)已老化水玻璃給予能量，消除其老化現(xiàn)象，那么它的粘接 強(qiáng)度可提高 20%~30%。同時(shí)，采用液體有機(jī)酯取代CO2氣體，又可使水玻璃砂的強(qiáng)度 提高 30%以上。由于上述二項(xiàng)有效措施的應(yīng)用，使其水玻璃加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)可降低到 3.5% 以下，明顯改善了它的潰散性，使其舊砂再生回用成為可能。采用手工造型中的砂箱造型，采用兩箱造型。齒輪輪轂的通孔中間是需要鑄造出來(lái)的，因此必須制作一

14、個(gè)芯子。對(duì)于一箱一件的 鑄造工藝來(lái)說，我們可以采取手工制芯中的芯盒制芯方法。該方法的主要特點(diǎn)是，用芯盒內(nèi)表面形成的砂芯的形狀，砂芯尺寸精確，可制造小而復(fù)雜的砂芯。</p><p><b>　　3 鑄造工藝設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 工藝設(shè)計(jì)參數(shù)3.1.1 鑄件尺寸公差 由于該鑄件的材質(zhì)是ZG45，并且尺寸精度要求比較高，再考慮到該鑄件是用砂

15、型鑄造手工造型，所選用的造型材料為化學(xué)粘接劑砂。鑄件尺寸公差等級(jí)為CT12，鑄件尺寸公差數(shù)值為10mm。但考慮到鑄件的實(shí)際要求，選取鑄件尺寸公 差數(shù)值為1mm。由于該鑄件的材質(zhì)是ZG45，并且尺寸精度要求比較高，再考慮到該鑄 件是用砂型鑄造手工造型，所選用的造型材料為化學(xué)粘接劑砂。鑄件尺寸公差等級(jí)為CT12，鑄件尺寸公差數(shù)值為9mm。但考慮到鑄件的實(shí)際要求，選取鑄件尺寸公差數(shù)值為1mm。3.1.2 鑄件重量公差 鑄件采用的是

16、砂型手工造型，且為鑄鋼件，該鑄件重量為 38.2kg。鑄件重量公差數(shù)值為 2.1%。</p><p>　　3.1.3 機(jī)械加工余量</p><p>　　材質(zhì)為 ZG45，要求的機(jī)械加工余量等級(jí)為H，最大輪廓尺寸為580mm，機(jī)械加工余量為10mm。</p><p>　　圖 5 加工余量示意圖</p><p>　　3.1.4 起模斜度<

17、/p><p>　　采用增加鑄件壁厚法來(lái)設(shè)計(jì)起模斜度，經(jīng)資料可得，模樣外表面的起模斜度α=0°40′，a=2.0mm。 </p><p>　　圖 6 起模斜度示意圖</p><p>　　3.1.5 鑄件收縮率</p><p>　　該零件材料為 ZG45，屬于碳鋼，根據(jù)資料，碳鋼的自由收縮率和受阻收縮率如下表 1。</p>

18、;<p>　　表 1 常用鑄造合金的鑄造收縮率</p><p>　　3.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 計(jì)算靜壓頭尺寸 HM ≥ Ltgα = 280mm × tg 8 ≈ 40mm 有冒口高度為50及采用環(huán)流式所以直澆道高取100mm。3.2.2 澆注系統(tǒng)尺寸設(shè)計(jì) 根據(jù)澳贊公式計(jì)算得澆注系統(tǒng)的澆口比為：</p&g

19、t;<p>　　∑S 內(nèi)：∑S 橫：∑S 直=1：0.8：1.2 </p><p>　　內(nèi)澆道面積為7.7cm2。所以橫澆道為6.2cm2，直澆道為9.2cm2。3.2.3 冒口設(shè)計(jì) 蝸輪環(huán)形壁厚處有熱節(jié)，需要4個(gè)冒口。</p><p>　　此處的模數(shù)可以當(dāng)作是 T 形接口來(lái)算模數(shù)： M = 1.066M 桿 =（ 1.066 ×100 

20、5; 50）/ 2× （100 + 50）= 1.8cm </p><p>　　鑄件出圓弧狀用標(biāo)準(zhǔn)腰形暗冒口取模數(shù)為 3.22 的，冒口尺寸是 a=35mm，b=70mm，h=50mm。 </p><p>　　圖 7 冒口的尺寸圖</p><p><b>　　3.3 冷鐵設(shè)置</b>&l

21、t;/p><p>　　由于是鑄鋼件，且壁厚較大，需要布置冷鐵，布置位置如下圖 8 </p><p>　　圖 8 冷鐵的放置 </p><p><b>　　3.4 鑄造工藝圖</b></p><p>　　蝸輪的鑄造工藝圖如下圖 9 直澆道的壓頭有 120mm，冒口4個(gè)。</p><p>　　圖 9

22、鑄造工藝圖</p><p>　　其直澆道，橫澆道，內(nèi)澆道的橫切面如下圖：</p><p>　　圖 10 直澆道的示意圖 圖 11 橫澆道的示意圖</p><p>　　圖 12 內(nèi)澆道的示意圖</p><p><b>　　4 鑄造工裝設(shè)計(jì)</b></p>&l

23、t;p><b>　　4.1型板設(shè)計(jì)</b></p><p>　　厚度為20mm的上、下型板由proe畫出如下圖 13 、圖 14</p><p>　　圖 13 上型板三維圖</p><p>　　圖 14 下型板三維圖</p><p><b>　　4.2砂箱設(shè)計(jì)</b></p>&

24、lt;p>　　砂箱材質(zhì)為鑄鋼，成型工藝為機(jī)加工加焊接。砂箱厚度為20mm，上、下砂箱結(jié)構(gòu)如圖 15 所示，砂箱裝配如圖 16、17、18 所示</p><p>　　圖 15 砂箱俯視圖</p><p>　　圖 16 二維合箱圖 </p><p>　　圖 17 三維裝配圖a</p><p>　　圖 18 三維裝配圖b</p>

25、;<p><b>　　4.3其他說明</b></p><p>　　造型和制芯時(shí)，采用振動(dòng)臺(tái)，保證型砂的緊實(shí)率。脫模時(shí)間根據(jù)氣溫和砂溫條件確定；采用醇基石墨涂料，鑄型和型芯上涂料兩遍，上好涂料，點(diǎn)火烘干。內(nèi)澆道和直澆道采用流涂機(jī)上涂料。</p><p><b>　　5 鑄造工藝卡</b></p><p>&l

26、t;b>　　6 結(jié)論和體會(huì)</b></p><p>　　1）我們?cè)谠O(shè)計(jì)鑄造工藝和工裝過程中不僅要考慮鑄造方便，還應(yīng)考慮到后續(xù)工序的方便。</p><p>　　2）在課題設(shè)計(jì)過程中，鑄造工藝圖無(wú)疑是很重要的，其標(biāo)示出了分型面、機(jī)械加工余量、砂芯形狀尺寸、澆注系統(tǒng)等一系列鑄造中必不可少的參數(shù)。我的工藝圖也是一改再改，不理解之處就去查找相關(guān)文獻(xiàn)資料，并詢問老師意見。在鑄造工藝

27、設(shè)計(jì)中首先進(jìn)行了鑄造工藝方案的確定，其中包括對(duì)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(jì)算了零件的各種鑄造工藝參數(shù)并設(shè)計(jì)了砂芯。最后對(duì)澆注系統(tǒng)、冒口、冷鐵、等進(jìn)行了計(jì)算與設(shè)計(jì)。在工藝裝配設(shè)計(jì)中對(duì)砂箱進(jìn)行了簡(jiǎn)要的設(shè)計(jì)。鑄造工藝設(shè)計(jì)中有著大量的工藝參數(shù)需要去查找，并且面對(duì)大量的數(shù)據(jù)信息，如何從中選出適合本課題鑄件的相關(guān)參數(shù)有著一定難度。信息的取舍與否直接影響到課題設(shè)計(jì)的嚴(yán)密性、嚴(yán)謹(jǐn)性，因此在這個(gè)問題上，我

28、們也多次詢問老師的意見，在于老師的交流和溝通中，不斷地改善我們的設(shè)計(jì)。 3）此次鑄造工藝課程設(shè)計(jì)，對(duì)于我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)鑄造領(lǐng)域起到了極大的作用，通過實(shí)際的工藝設(shè)計(jì)，親身投入到設(shè)計(jì)中去，學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)思路，對(duì)于我們而言，有著不可小覷的意義。但在本次設(shè)計(jì)中，由于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不足，有一些和現(xiàn)實(shí)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</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b>&

29、lt;/p><p>　　[1] 王文清，李魁盛．鑄造工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002．</p><p>　　[2] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì).鑄造手冊(cè)(第五卷)．鑄造工藝[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版，2003 </p><p>　　[3] 李弘英，趙成志．鑄造工藝設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工藝設(shè)計(jì)，2005． </p><p>　　[4]

30、勵(lì)琦，夏琦名．直澆道/橫澆道控制澆道系統(tǒng)的應(yīng)用[J]．造型材料，2005，32（1） ：44． </p><p>　　[5] 劉冠岳．計(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)設(shè)計(jì)在鑄造工藝設(shè)計(jì)上的應(yīng)用研究[D]．安徽工程大學(xué)，2010． </p><p>　　[6] 鄭文偉，吳堅(jiān)克．機(jī)械原理(第七版)[M]．北京：高等教育出版社，1997． </p><p>　　[7] 張京山．金屬及合金