畢業(yè)設計---軸承座鑄造工藝與工裝設計

1、<p>　　目 錄</p><p>　　摘要 ……………………………………………………………………………… 1</p><p>　　一. 前言 …………………………………………………………………………… 2</p><p>　　二. 鑄造工藝擬定 …………………………………………………………………2</p><p&g

2、t;　　1 . 大齒輪的鑄造工藝性分析 …………………………………………… 2</p><p>　　2．擬定工藝方案 …………………………………………………………… 3</p><p>　　3.工藝參數(shù) ………………………………………………………………… 5</p><p>　　4．冒口的設計 …………………………………………………… 5</p>

3、<p>　　5．澆注系統(tǒng)的設計 …………………………………………………………… 8</p><p>　　6繪制工藝圖鑄件圖……………………………………………………………11</p><p>　　三．用華鑄CAE進行缺陷模擬……………………………………………… 13</p><p>　　四．工裝的設計…………………………………………………………… 14&l

4、t;/p><p>　　1.沙箱的設計 ……………………………………………………………… 14</p><p>　　2．定位銷及導向銷的設計………………………………………………………16</p><p>　　3.模樣設計 …………………………………………………………………… 17</p><p>　　4.模板設計 …………………………………………

5、…………………………… 20</p><p>　　5.模板裝配圖 ……………………………………………………………… 22</p><p>　　五．鑄造工藝卡 ………………………………………………………… 24</p><p>　　六．總結與體會…………………………………………………………………… 25</p><p>　　七．致謝詞 ………

6、………………………………………………………………25</p><p>　　參考文獻…………………………………………………………………………… 25</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設計是軸承座鑄造工藝與工裝設計。分析了軸承座鑄件結構特點、技術條件，在以上的基礎上介紹了軸承座的鑄造工藝設計，包括分型面的選取

7、和澆注系統(tǒng)、冒口及砂芯的設計。在鑄造工藝的基礎上，設計了模樣、模板、芯盒及砂箱。利用華鑄CAE對軸承座鑄鋼件進行凝固過程的數(shù)值模擬，揭示了產生縮松、縮孔的部位和形成原因，從而對鑄造工藝進行優(yōu)化。模擬結果表明，合理設置冒口、冷鐵，可以保證鑄件的順序凝固和金屬液的有效補縮，獲得結構完整、沒有缺陷的鑄件。</p><p>　　【關鍵詞】軸承座；活塞；鑄造工藝；模擬</p><p><b&g

8、t;　　Abstract</b></p><p>　　This design is bearing casting process and fixture design. Analysis of the structure characteristics, operating casting technology, on the basis of above of the bearing is int

9、roduced, including the casting process design of the selection and gating system, riser and sand core design. On the basis of casting design and appearance, template and core boxes and sand box. Use of cast steel casting

10、s Iowa bearing on CAE solidification process of numerical simulation, and reveals the shrinkage, shrinkag</p><p>　　[key] housings, The pistons, Casting process, simulation1.</p><p><b>　　一.

11、前言</b></p><p>　　隨著科技的發(fā)展，中國人世的進一步深入，對鑄件的要求也越來越高。鑄件不但要求要有較好的表面光潔度及尺寸精度，而且對其內在質量的控制方面提出了更高的要求。對鑄件質量的考核指標不僅僅局限于表面、宏觀的缺陷控制，而且已深入到微觀領域，如超探等級、耐壓試驗等一系列涉及其內部組織方面的指標。本設計所涉及大齒輪正屬于此類鑄件，本次設計的目的就是要為生產出符合高考核標準的大齒輪所制訂

12、的鑄造工藝。[2]</p><p><b>　　二.鑄造工藝擬定</b></p><p>　　1大齒輪的鑄造工藝性分析</p><p><b>　?、僭O計條件</b></p><p>　　圖2-1 ZG35SiMn大齒輪</p><p>　　如圖2-1,鑄件零件是大齒輪，材料

13、為ZG35SiMn,大批量生產。零件質量要求非常高，須進行超聲波探傷，并應符合GB/T7233的規(guī)定。熱處理后齒面的硬度為HB197-248.因此鑄件不允許有氣孔、縮松、裂紋、夾雜等影響強度的缺陷存在。</p><p><b>　　2.擬定工藝方案</b></p><p><b>　　①造型、制芯方法</b></p><p&g

14、t;　　鑄件毛重12.15kg，大批量生產，故選擇機器造型。采用呋喃樹脂砂造型。</p><p>　?、跐沧⑽恢谩⒎中兔婕吧跋渲需T件的數(shù)目</p><p><b>　?。?）方案一</b></p><p><b>　　圖2-2 方案一</b></p><p>　　采用分模造型，水平澆注，輪轂的中心孔

15、做死，到時進行機械加工。鑄件軸線為垂直位置，過中心線的縱剖面為分型面，使分型面于分模面一致有利于、起模、排氣和檢驗等。各端的加工面水平位置和豎直位置均有。鑄造圓角為R5，中心孔采用砂芯，鑄出一半，采用機加工完成。橫澆道開在下型分型面上，內澆道開在下型分型面上，熔融金屬從鑄件邊緣冒口下方引入。該方案中邊緣處采用機加工完成，鑄件質量較易獲得保證。此方案澆注時熔融金屬充型平穩(wěn)，整個鑄件都處于下箱，使鑄件的質量的到保證，不因有砂箱錯位而影響鑄件

16、的質量。圖2-2示。</p><p><b>　　（2）方案二</b></p><p><b>　　圖2-3 方案二</b></p><p>　　如圖2-3此種方案將分型面取在大齒輪的中間，容易產生飛邊毛刺。發(fā)生錯箱時不能保證鑄件的精度，不易保證鑄件的尺寸精度。</p><p>　　經過比較決定采用

17、方案一作為最終方案。</p><p><b>　?、凵跋渲需T件的數(shù)量</b></p><p>　　鑄件單件毛重12.15kg，不宜采用一箱多件，故擬定為一箱一件。</p><p><b>　　3工藝參數(shù)</b></p><p>　?、偌庸び嗔考鞍文Ｐ倍?lt;/p><p>　　根

18、據相關資料規(guī)定，采用砂型鑄造的鑄鋼件成批和大量生產的尺寸尺寸公差等級為CT8-10，選擇CT9，鑄件機械加工余量等級為D級，由此查表可確定加工余量為3mm，拔模斜度根據相關資料按金屬模樣選取a=0°50′a（mm）=1.6</p><p><b>　?、阼T出孔與槽</b></p><p>　　鑄件上的孔和槽尺寸都較大，而且鑄件的孔與槽不需要進行加工，故四個毛

19、坯孔和槽都鑄出。</p><p><b>　　③鑄造收縮率</b></p><p>　　鑄造收縮率是鑄件從線收縮開始溫度（從液相中析出枝晶搭成骨架開始具有固態(tài)性質時的溫度）冷卻至室溫時的相對線收縮量，以模樣與鑄件的長度差除以模樣長度的百分比表示：</p><p><b>　　ε=×100%</b></p&g

20、t;<p>　　式中L1—模樣長度；L2—鑄件長度。[4]</p><p>　　鑄造收縮率是考慮了各種影響因素之后的鑄件實際線收縮率，它不僅與鑄造金屬的收縮率和線收縮起始溫度有關，而且還與鑄件結構、鑄型種類、澆冒口系統(tǒng)結構、砂型和砂芯的退讓性等因素有關。</p><p>　　對此鑄件，根據相關資料經驗選取線收縮率ε=2.%</p><p><b&

21、gt;　?、芄に囇a正量</b></p><p>　　對于成批，大量生產的鑄件或永久性產品，不應使用工藝補正量。所以不考慮工藝補正量。</p><p><b>　?、莘醋冃瘟?lt;/b></p><p>　　一般中小鑄件壁厚差別不大且結構上剛度較大時，不必留反變形量。</p><p><b>　?、奚靶矩?/p>

22、數(shù)</b></p><p>　　流忘砂芯，自硬砂芯，殼芯，熱芯盒砂芯及小的粘土砂芯均不采用砂芯負數(shù)。</p><p><b>　　4.冒口設計</b></p><p>　　根據鑄件尺寸，在PRO/ENGINEER中造出其三維模型，可知其重量為12.15kg。</p><p><b>　?、佥嗇炋幠?shù)

23、計算</b></p><p>　　鑄件模數(shù)由模數(shù)法計算得，在PRO/ENGINEER中可獲知該部分的體積V=419661 mm，散熱面積S=31368.6 mm，由Mc=V÷S=419661÷31368.6=13.37mm；</p><p>　　冒口模數(shù)確定冒口為圓柱形暗冒口，則MR =（1.1-1.2）Mc=（1.1-1.2）×13.37=(14

24、.7-16)mm。選取MR=14.9mm。根據相關資料查得冒口的尺寸如圖2-4所示：</p><p><b>　　圖2-4</b></p><p>　　②確定輪緣冒口及補貼尺寸</p><p>　　采用比例法確定冒口及補貼尺寸。比例法是在分析，統(tǒng)計大量工藝資料的基礎上，總結出冒口尺寸經驗確定法。我國各地工廠根據長期實踐經驗，總結歸納出冒口各種尺

25、寸相對于熱節(jié)圓直徑的比例關系，匯編成各種冒口尺寸計算的圖表，詳見有關手冊。比例法簡單易行，已被廣為采用。</p><p>　　現(xiàn)已常見的輪型鑄鋼件（如齒輪.車輪.皮帶輪.摩擦輪和飛輪等）為例。介紹用比例法確定冒口尺寸的方法步驟（見圖2-5）。</p><p><b>　　圖2-5</b></p><p>　?。?）熱節(jié)圓直徑dy的確定</

26、p><p>　　根據零件圖尺寸，加上加工余量和鑄造收縮率作圖，量出或算出熱節(jié)圓直徑dy(應考慮尖角效應)。測量得dy=30</p><p>　　（2）按比例確定輪緣冒口尺寸</p><p>　　a.冒口補貼按下列經驗比例關系確定：</p><p><b>　　d1=1.05dy</b></p><p>

27、;<b>　　d2=1.05d1</b></p><p>　　b.冒口尺寸用下述比例關系計算：</p><p>　　暗冒口寬 B=(1.5-1.8)dy=50</p><p>　　冒口長 A=（1.5-2.0）B=100</p><p>　　c.冒口補縮距離L=4dy，當兩冒口之間的距離超過此值時，應放冷

28、鐵或設水平不補貼。</p><p><b>　　（3）確定冒口個數(shù)</b></p><p>　　初步確定冒口個數(shù)為4個</p><p>　?。?）校驗冒口補縮量</p><p>　　冒口補縮距離L=4dy=120mm</p><p>　　鑄件需補縮的距離 D=πd鑄件 =835.24mm</

29、p><p>　　冒口的長度4×100=400</p><p>　　所需冒口數(shù)（835.24-400）／120=3.627 取4</p><p>　?。?）冒口位置的確定</p><p>　　冒口位于鑄件的具體位置見工藝圖。</p><p><b>　　5.澆注系統(tǒng)設計</b></p

30、><p><b>　　①澆注位置的確定</b></p><p>　　由于鑄件對縮孔、縮松缺陷要求非常高，為了避免縮孔縮松缺陷采用頂注式，使其形成有利于重力補縮的合理溫度梯度；鑄件的重量比較小，澆入鑄型的金屬液不多，避免過多的金屬液讓鑄型局部過熱，采用兩個內澆口，內澆口位于冒口下方，這樣有利于避免在內澆道位置及附近產生縮孔、縮松。</p><p>&

31、lt;b>　?、跐沧r間的確定</b></p><p>　　澆注時間按照公式t=c計算</p><p>　　其中c為澆注系數(shù)根據相關資料取c=1.1</p><p>　　G為澆注金屬液的質量（包括冒口和澆注系統(tǒng)的質量）</p><p>　　鑄件的質量為12.15kg，根據一般鑄鋼件的工藝出品率為50%左右，所以G=12.15

32、÷50%=24.15 取G=25kg </p><p>　　t=c =1.1× =5.5 取t=6s</p><p>　　③澆注系統(tǒng)結構及尺寸確定</p><p>　　由于鑄件尺寸較小，屬于小型鑄件，所以不適宜用漏包澆注，所以采用轉包澆注。用轉包澆注時尺寸計算：大批量生產小型鑄鋼件時，常用轉包澆注。多采用封閉式或半封閉式澆注系統(tǒng)，

33、以加強撇渣能力。常采用的澆注系統(tǒng)截面比為：</p><p>　　∑F內：∑F橫：∑F直=1：（0.8-0.9）：（1.1-1.2）</p><p>　　內澆道截面尺寸按式∑F阻=G/tks’</p><p>　　式中G-流經∑F阻截面的金屬液重量</p><p>　　k-澆注比速【kg/(cm²s)】</p><

34、p>　　s’-金屬液流動系數(shù)</p><p>　　澆注壁速k主要取決于鑄件的相對密度d，而</p><p>　　d=G/V (kg/dm³)</p><p>　　式中 V-鑄件輪廓體積。</p><p>　　顯然d值越大，說明鑄件愈簡單，壁越厚；d值越小，則鑄件結構越復雜，壁越薄。澆注比速k與G.d的關系見相關圖表。<

35、;/p><p>　　式中有關數(shù)據的取值如下:</p><p>　　金屬液流動系數(shù)s’，碳鋼取1.0，高錳鋼取0.8；</p><p><b>　　澆注時間t=c</b></p><p>　　根據澆注鋼液重量G和鑄件相對密度d，就可以從表中查得F內。根據單個澆道截面積，可從表中選擇內澆道，橫澆道的截面積尺寸。一般地，內澆道厚度

36、應小于鑄件壁厚的0.7倍以下，才不致一起在內澆道處產生縮孔。</p><p>　　查表得：∑F內=6.cm</p><p>　　∑F內：∑F橫：∑F直=1：（0.8-0.9）：（1）.1-1.2=</p><p>　　6:(4.8-5.4):(6.6-7.2)</p><p>　　采用兩個內澆道和兩個橫澆道，所以：</p>&l

37、t;p>　　取F內=3cm，F(xiàn)橫=2.6cm，F(xiàn)直=7.1cm</p><p>　　圖2-6內澆道截面尺寸（2）</p><p>　　圖2-7橫澆道截面尺寸（單向）</p><p>　　直澆道直徑為φ30mm，各組元的截面積比例為：</p><p>　　∑F直：∑F橫：∑F內= 1:0.87:1.18</p><p&

38、gt;　　④澆口杯及直澆道的設計：</p><p>　　直澆道使用內徑為30mm，外徑為50mm的陶瓷管，在上模板上做出一個直徑為26mm，高度為10mm的凸臺用做定位。根據相關資料查得澆口杯的尺寸如圖 2-8 所示：</p><p><b>　　圖2-8澆口杯尺寸</b></p><p><b>　　。</b><

39、;/p><p>　　6.繪制工藝圖、鑄件圖</p><p>　　圖2-9 鑄造工藝示意圖</p><p><b>　　圖2-10鑄件圖</b></p><p>　　三. 用華鑄CAE進行鑄件缺陷模擬</p><p>　　用Proe畫出鑄件圖形，冒口澆道等，華鑄CAE對鑄件模擬時，觀察鑄件</p&

40、gt;<p>　　有無縮孔，縮松。華鑄CAE”鑄造工藝分析軟件是分析和優(yōu)化鑄造工藝的重要工具。它以鑄件充型、凝固過程數(shù)值模擬技術為核心對鑄件的成型過程進行工藝分析和質量預測，從而協(xié)助工藝人員完成鑄件的工藝優(yōu)化工作。多年來在提高產品質量，降低廢品，減少消耗，縮短試制周期，贏得外商訂單等方面為眾多的廠家創(chuàng)造了顯著的經濟效益，在行業(yè)內享有廣泛的聲譽和信譽。模擬結果如圖3-1，3-2</p><p><

41、;b>　　圖3-1</b></p><p><b>　　圖3-2</b></p><p>　　鑄件內部無任何缺陷縮孔，縮松均在冒口和澆注系統(tǒng)中，鑄件內部均已凝透</p><p>　　，所以對鑄件質量比較好，工藝設計較為合理。</p><p><b>　　四.工裝設計</b><

42、/p><p><b>　　1.沙箱的設計</b></p><p>　　根據鑄件的外形輪廓尺寸及鑄件采用一箱一件選擇沙箱的內腔尺寸如下：</p><p>　　上沙箱：550×450×150mm</p><p>　　下沙箱：550×450×150mm</p><p>

43、;　　沙箱的壁厚設計為15mm，所以沙箱的外形輪廓尺寸為：</p><p>　　上沙箱：580×480×150mm</p><p>　　下沙箱：580×480×150mm</p><p>　　沙箱的具體尺寸如圖 4-1所示：</p><p><b>　　圖4-1</b></p

44、><p>　　2.定位銷及導向銷的設計</p><p>　　定位銷及銷套均采用過盈配合式,根據沙箱的外形輪廓尺寸設計定位銷的尺寸如圖 4-2 所示：</p><p>　　圖4-2 定位銷尺寸</p><p>　　根據沙箱的外形輪廓尺寸，導向銷的具體尺寸如圖4-3所示:</p><p><b>　　圖4-3<

45、;/b></p><p><b>　　3．模樣設計</b></p><p>　　鑄造生產中，模樣是用來形成鑄件外表面的必要工藝裝備。模樣的結構和質量的好壞，直接關系著鑄件的幾何形狀、尺寸精度和表面質量，也影響著模樣制造的工藝性、經濟性，以及使用和操作性能。正確的選擇和設計模樣是保證鑄件質量，提高生產效率，降低成本，減輕勞動強度的重要環(huán)節(jié)。</p>

46、<p>　　模樣的設計是鑄造工藝設計的主要內容。模樣的設計和選擇是鑄造生產中的關鍵。模樣設計的主要內容一般包括：模樣材料的選擇；結構尺寸的設計；尺寸的確定以及對模樣技術要求的制定等。模樣材料的選擇關系到鑄件的尺寸精度、生產成本、制模周期和使用壽命等。模樣使用的材料應根據鑄件的造型方法、生產批量，結合各種材料的使用特點來選用。模樣結構形式的設計，主要根據模樣選用的材料，制造方法，模樣的使用場合等。好的模樣結構設計應是經濟合理，使

47、用方便，同時能滿足工藝要求，保證產品質量。</p><p>　　模樣的尺寸精度影響鑄件的尺寸精度。在所有的模樣尺寸中最重要的是模樣的工作尺寸，即直接形成鑄件的尺寸[11]。</p><p>　　模樣的工作尺寸按下式進行計算：</p><p>　　模樣的工作尺寸=（零件尺寸±工藝尺寸）×（1+鑄造收縮率）[11]</p><p&

48、gt;　　對于鑄鋼件，由廠方經驗得鑄鋼出鑄造收縮率取2%</p><p>　?、傧履映叽缇唧w計算尺寸計算如下：</p><p>　　Am=(Ac+At)(1+εl) 式中</p><p>　　Am —模樣的工作尺寸；Ac—產品的零件尺寸； At—零件的鑄造工藝附加尺寸；εl—鑄造的線收縮率（2.0%）。[7]</p><p>　　表3-

49、1模樣尺寸計算</p><p><b>　?、谀硬牧系倪x擇</b></p><p>　　由于鑄件屬批量生產,而且采用機器造型,所以選擇金屬材料的模樣,具體為ZL102，整鑄式，由于模樣不大金屬模樣做成實心的。</p><p>　　下模樣圖的具體尺寸如圖4-4所示：</p><p><b>　　圖4-4<

50、/b></p><p>　?、勰釉谀０迳系亩ㄎ慌c緊固</p><p>　　為了使模樣與模板安裝順利，采用定位銷和導向銷定位，用9個M8開槽沉頭螺釘緊固，如圖4-5所示：</p><p>　　圖4-5模樣的定位寫緊固形式</p><p><b>　　4.模板設計</b></p><p>　　

51、模板也稱型板，一般是由模底板、鑄件模樣、澆冒口模樣和定位銷等經加工后裝配而成。其中模底板的工作表面形成鑄型分型面，鑄件模樣和澆冒口模樣形成鑄型外輪廓、澆冒口系統(tǒng)型腔。采用模板造型可以提高鑄件質量和生產率，所以一般應用于大批量生產中，有時也應用于單件小批量生產中。</p><p><b>　?、倌５装宓牟牧?lt;/b></p><p>　　模底板尺寸大，在造型過程中受到強烈

52、的沖擊載荷，因此其受力強度大，要求高，故選用鑄鋼材質，具體為HT200。</p><p>　?、冢_定模底板的尺寸</p><p><b>　　a．平面尺寸</b></p><p>　　根據鑄件的尺寸大小及最小吃砂量的影響，確定砂箱的外框尺寸為</p><p>　　A×B=580×480，A，B分別為

53、砂箱內框的長，寬。</p><p>　　模底板的平面尺寸：長度為A0；寬度為B0。</p><p>　　A0=A+2b B0=B+2b 式中b—砂箱分型面上凸緣的寬度，查表取15mm。[7]</p><p>　　所以模板的外形輪廓尺寸為610×510mm</p><p><b>　　b．模底板的高度</b>&l

54、t;/p><p>　　根據使用要求，選取模底板高度H=100mm。</p><p>　　C．模底板的厚度和加強肋</p><p><b>　　加強肋的布置</b></p><p>　　加強肋的布置采用矩形正交式，如圖4-6所示：</p><p><b>　　圖4-6</b><

55、;/p><p>　　圖3-9 加強肋布置</p><p>　　③模底板和砂箱的定位裝置</p><p>　　根據模底板輪廓尺寸選用M16的定位銷及導向銷,長度均為125mm。</p><p><b>　　④模底板吊軸</b></p><p>　　吊軸和模底板一起鑄出，如圖4-7所示：</p>

56、;<p>　　圖4-7吊軸結構與尺寸</p><p><b>　　5.模板裝配圖</b></p><p>　　圖4-8模板裝配圖（下模板）</p><p>　　五．鑄造工藝卡 </p><p><b>　　六．總結與體會</b></p><p>　　我在本次

57、大齒輪鑄造工藝與工裝設計過程中，系統(tǒng)的了解了鑄造工藝與工裝設計的基本步驟與思想 ，掌握了鑄造工藝參數(shù)的選取、澆注系統(tǒng)的設計原則以及冒口的計算與設計；利用華鑄CAE系統(tǒng)對鑄造工藝的模擬，了解了其基本操作，掌握了對分析數(shù)據的后置處理。通過數(shù)值模擬，加強了對鑄鋼件順序凝固的重要性理解以及通過設置冷鐵來控制凝固順序的基本方法。設計過程中，進一步熟悉了AUTO CAD、PRO ENGINEER等計算機輔助設計軟件的操作運用。</p>

58、<p>　　通過這次全面的設計過程，使我明白作為一個工程技術人員，應當具備耐心、細心、專心的基本素質；另外，鑄造方法是一個復雜的過程，影響最后鑄件質量的因素很多，對于鑄造工作者的工作經驗顯得尤為重要，在擬定鑄造工藝的過程中并不是所有的工藝參數(shù)及方法都有參照的標準，因此，對于一個鑄造工作者在擬定工藝的過程中應當大膽地摸索、創(chuàng)新。</p><p><b>　　七．致謝詞</b><

59、;/p><p>　　在**老師的悉心指導下使我順利完成了大學四年中最為重要的畢業(yè)設計。導師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我樹立了遠大的學術目標、掌握了基本的繪制鑄造工藝圖的方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文從選題到完成，每一步都是在導師的指導下完成的，傾注了導師大量的心血。在此，

60、謹向導師表示崇高的敬意和衷心的感謝！</p><p><b>　　【參考文獻】</b></p><p>　　[1] 朱景梓. 英漢機械工程技術詞匯. 科學出版社，1983.9</p><p>　　[2] 梁燕春. 重工科技-2002年2期</p><p>　　[3]中國機械工程學會鑄造專業(yè)學會 編.鑄造手冊第5卷鑄造工藝

61、.1994.10.北京：機械工業(yè)出版社</p><p>　　[4]李弘英 趙成志 編著.鑄造工藝設計.機械工業(yè)出版社.2006.1</p><p>　　[5]中國機械工程學會鑄造分會 編.鑄造手冊鑄鋼第2版.2004.8.北京：機械工業(yè)出版社</p><p>　　[6] 李魁盛 主編.鑄造工藝設計基礎.北京：機械工業(yè)出版社 1981.1</p><