鑄造畢業(yè)設(shè)計-離心鑄造工藝流程設(shè)計.doc

三明職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 作業(yè)形式： 畢 業(yè) 設(shè) 計 作業(yè)形式： 離心鑄造工藝流程設(shè)計姓 名： 王 華 學(xué) 號： 090201136 所 在 系： 機 械 電 子 系 專 業(yè)： 數(shù)控技術(shù) 年(班)級： 數(shù)控09 學(xué) 制： 三 年 制 指導(dǎo)教師： 林陳彪 完成日期： 2012年 4月30 日 目錄緒論 4第一章 離心鑄造及4G18生產(chǎn)裝備 51.1 離心鑄造概念51.2 臥式離心鑄造機 51.3 臥式螺旋卸料過濾離心機61.4 立式切割機 71.5 離心鑄造特點 71.6 熔煉爐 71.7 澆注機的主要參數(shù) 81.8 生產(chǎn)過程圖 8第二章 生產(chǎn)工藝過程92.1 金屬配料熔煉 92.2 孕育技術(shù)102.3 合金化處理112.4 對熔煉過程的溫度控制122.5 三角試片的控制132.6 涂料配置132.7 主軸預(yù)熱132.8 主軸內(nèi)上涂料132.9 離心澆注142.10 冷卻及取件 142.11 毛坯切斷及檢查15第三章 離心鑄造原理及工藝163.1 離心力場163.2 離心力場液體自由表面的形狀16 3.3 離心鑄型轉(zhuǎn)速的選擇17 3.4 離心鑄造用鑄型18第四章 影響材料性能的因素19 4.1 碳當(dāng)量對材料性能的影響194.2 合金元素對材料性能的影響194.3 爐料配比對材料的影響194.4 微量元素對材料性能的影響20第五章 離心鑄造汽車缸套常見缺陷分析225.1 硬度過高225.2 針孔225.3 應(yīng)用效果22附錄A 熔煉工藝規(guī)程卡24附錄B 澆注工藝規(guī)程卡25附錄C 鑄件后處理工藝26緒論多年來，我國汽車缸套鑄造生產(chǎn)工藝始終是傳統(tǒng)的砂型鑄造生產(chǎn)工藝，該工藝具有產(chǎn)品質(zhì)量差，廢品率較高，制造成本高，勞動強度大且勞動條件差，環(huán)境污染重，產(chǎn)品壽命低等致命弱點。以充分的理論根據(jù)和豐富的實踐經(jīng)驗較全面地分析了大膽采用國內(nèi)外先進的離心鑄造新工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的砂型鑄造工藝生產(chǎn)汽車缸套。在二十世紀(jì)初期，國外開始研究并應(yīng)用低壓鑄造工藝。在第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，北美的汽車工業(yè)和電機工業(yè)又廣泛采用金屬型低壓鑄造生產(chǎn)汽缸、電機轉(zhuǎn)子等重要鑄件。而我國是從五十年代開始研究低壓鑄造，但發(fā)展一直比較緩慢。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，和大量新技術(shù)的采用，在上世紀(jì)末和本世紀(jì)初，低壓鑄造在我國得到快速發(fā)展，國產(chǎn)低壓鑄造機的功能和性能，及使用的穩(wěn)定性和可靠性已經(jīng)接近或達到國際先進水平，被大量用于汽車輪轂、汽車缸蓋等鑄件的生產(chǎn)。本設(shè)計主要設(shè)計高新技術(shù)4G18系列的發(fā)動機內(nèi)部的其中缸套，在福建匯華東南汽車缸套有限公司中把其缸套命名為4G18.主要體現(xiàn)缸套4G18的鑄造裝備，鑄造流程，鑄造工藝等特點，臥式離心鑄造機。第一章 離心鑄造及4G18生產(chǎn)裝備 1.1離心鑄造概念將液態(tài)金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)（通常為2501500R/min）的鑄型中，使其在離心力作用下充分填鑄型和凝固而形成鑄件的液態(tài)成形工藝稱為離心鑄造。按照鑄型的旋轉(zhuǎn)軸方向不同，離心鑄造機分為臥式立式和傾斜式3種。臥式離心鑄造機主要用于澆注各種管狀鑄件, 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。1.2臥式離心鑄造機合金液通過澆注槽落入鏡型，隨即從落點沿軸向流入。 圖1.2.1內(nèi)部機構(gòu) 圖1.2.2外部機構(gòu)臥式離心鑄造機由主機、澆注小車、取件機構(gòu)、噴涂機構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)、管模預(yù)熱裝置、水冷系統(tǒng)、安全防護罩等部分組成。 1、主機是離心鑄造機的核心部分，完成管模的旋轉(zhuǎn)動作。主機由大底座、電機底座、調(diào)速電機、軸承座、軸、皮帶傳動、漲閘等部分組成。 2、噴涂機構(gòu)完成管模的噴涂料動作，主要由氣動元件、涂料罐、噴涂移動小車等組成。 3、電氣控制系統(tǒng)由調(diào)速電機控制器、控制柜、低壓電氣元件、按鈕、指示燈等組成，控制系統(tǒng)具有完善的動作互鎖、過流、過載等安全保護措施。 4、安全防護罩、水冷卻系統(tǒng)及澆注槽、支架等。1.3 臥式螺旋卸料過濾離心機1.4 立式切割機1.5 離心鑄造特點1）鑄件在離心力作用下結(jié)晶，組織致密，無縮孔，縮松，氣孔，夾渣等缺陷，力學(xué)性能好。2）鑄造圓形中空鑄件時，可省去型芯和澆注系統(tǒng)。簡化了工藝，節(jié)約了金屬。3）便于制造雙金屬鑄件，如剛套鑲鑄銅忖，其結(jié)合面牢固，耐磨，可節(jié)約銅合金。4）離心鑄造內(nèi)表面粗糙，尺寸不易控制，需要增加加工余量來保證鑄件質(zhì)量，且不適宜生產(chǎn)易偏析的合金。1.6 熔煉爐熔煉爐采用2002500Hz中頻電源進行感應(yīng)加熱，功率范圍為202500KW。其特點如下：1、爐子周圍溫度低、煙塵少、作業(yè)環(huán)境好；3、操作工藝簡單、熔煉運行可靠；4、加熱溫度均勻、燒損少、金屬成分均勻；5、鑄件質(zhì)量好、熔化升溫快、爐溫易控制、生產(chǎn)效高；6、爐子利用率高、更換品種方便等；1.7 澆注機的主要參數(shù)1.8生產(chǎn)過程圖 A倒鐵水 B澆注 C拔管 D清掃 噴涂 樣品G去涂料 H切割 I成品第二章 生產(chǎn)工藝過程2.1 金屬配料熔煉 ）材料的化學(xué)成分選擇鑄件的化學(xué)成分在很大程度上決定了鑄件的金相組織，而鑄件的金相組織又在很大程度上決定了鑄件的力學(xué)性能，并且鑄件的化學(xué)成分、鑄件的金相組織和鑄件的力學(xué)性能這三者均存在著十分緊密的內(nèi)在聯(lián)系，因此，鑄件的化學(xué)成分在很大程度上決定了鑄件的力學(xué)性能和其他性能。的化學(xué)成分：化學(xué)成分CSiMnPCrSCuB2.9-3.52.0-2.70.6-1.20.4以下0.4以下0.1以下0.035-0.08）金屬爐料一般由新生鐵，廢鐵，回爐料，鐵合金組成，增加廢鋼加入里，可有效地降低鐵水含碳量。提高灰鑄鐵的力學(xué)性能，根據(jù)鐵水成分要求，爐料情況，熔煉過程中元素的變化等確定爐料配比，且得讓鑄鐵化學(xué)成分的首要環(huán)節(jié)。4G18的原材料配料比表如圖：配合%種類CSiMnPCrSCuB0生鐵（小焦）4.181.080.370.0600.03000生鐵（貴州）3.981.390.760.2100.0370025廢鋼0.20.20.35000000軋輥屑3.41.90.50.150.70.032000軸承鋼1.0001.100.700050干屑3.22.70.70.150.250.030.20.05225濕屑3.22.70.70.30.250.030.20.0520回爐料3.22.70.70.30.250.030.20.052規(guī)格品名硬度（HRB）C%Si%Mn%P%Cr%S%Cu%B%4G18941042.9-3.52.3-2.90.5-1.00.1-0.40.1-0.40.120.3-0.50.05-0.12目標(biāo)3.51.80.70.250.150.040.20.0453） 過熱熔煉：為凈化孕育處理等目的而將鐵液加熱到正常溫度以上，都稱為過熱熔煉。 A過熱溫度，鐵液的過熱溫度通常為1500度，超過1550度則鑄鐵白口傾向大。B過熱的作用；1，過熱可以去除雜質(zhì)，凈化鐵液，主要是降低鐵液中的溶氧量。2，抗拉強度隨鐵液溫度升高而增加，鐵液溫度小于1460度。溫度提高硬度HB增加，鐵液溫度大于1500度溫度升高，硬度HB下降。鐵液過熱溫度與鑄鐵冶金質(zhì)量指標(biāo)的關(guān)系如下，過熱溫度升高，或熱度RG提高，過熱溫度大于1460度。相對硬度RH明顯下降，品質(zhì)系數(shù)Qi隨過熱溫度升高而增加。3，過熱為孕育處理創(chuàng)造了必要條件。4，過熱可以提高鐵液流動性，保證鑄件健全，減少廢品。5，過熱溫度過高或保溫時間過久，鑄鐵白口傾向增大，A型石墨減少，D型石墨增加，共晶團減少，故必須孕育處理，且孕育后不宜再長期保溫。2.2孕育技術(shù)孕育處理目的在于促進石墨化，降低白口傾向，降低端面敏感性。控制石墨形態(tài)，消除過冷石墨，適當(dāng)增加共晶團數(shù)和促進細(xì)片狀珠光體的形成，從而達到改善鑄鐵的強度和其它性能和其它性能的目的，在實際過程控制中，需要控制的參數(shù)如下：孕育處理種類粒度加入里孕育方式孕育溫度孕育有效時間75SiFe350.30.6二級孕育14201480C10分鐘 液溫度對孕育的影響及控制鐵液溫度對孕育的影響顯著，在一定的范圍內(nèi)提高鐵液的過熱溫度并保持一定時間，可以使鐵液中殘存著豐富的石墨質(zhì)點，完全融入鐵中，液中，以消除生鐵的遺位影響，充分發(fā)揮孕育劑的孕育作用，提高鐵水受孕育能力，過程控制中，對過熱溫度提高到15001520。對孕育處理溫度控制在14201450。 孕育劑的粒度是孕育劑狀況的重要指標(biāo)，對孕育效果有很大影響。粒度過細(xì)易于分散或被氧化進入溶渣而失去作用。粒度太大，孕育劑熔化成溶解不盡，不僅不能充分發(fā)揮孕育作用，僅而會造成偏拆，硬點，過冷石墨等缺陷。因而對孕育劑的粒度應(yīng)盡量控制在25MM。保證孕育效果。 過程控制中孕育工藝主要在孕育槽孕育。這樣對一包澆注的鑄件，基本可以在孕育衰退前澆注結(jié)束。但對于比較大的件和雙澆包澆注的件，不能滿足要求，因而采用了晚期孕育方法。即在澆注鑄件之前，在澆包中進行浮硅孕育，這樣減少了或不存在孕育衰退，提高了孕育效果。2.3合金化處理 合金化處理向普通鑄鐵中加入少量的合金元素，提高灰鑄鐵的力學(xué)性能，在熔煉過程控制中，對合金的加入，主要是針對顧客要求 火的件和導(dǎo)軌比較厚的件，主要加入的合金元素及加入量。：常用合金元素及含量：CuSiCr0.40.7%0.050.08%0.10.2%這樣在一定程度上保證了由于CE值的提高造成性能的下降，而且對 火件來說提高了火的透性。保證了火深度。2.4 對熔煉過程的溫度控制圖中，電爐熔煉過程曲線中O-A段是投料熔化過程，這個階段重點控制的加料順序，按廢鋼，機鐵，生鐵的先后順序進行加料，為了減少含金元素的燒損。鐵合金應(yīng)在最后加入，當(dāng)冷料全部化清后升溫至1450即A點，如果低于1450時，則有增加碳劑或鐵合金不完全溶解的危險，在A-B段，應(yīng)如下處理：1） 測溫 2）扒渣3）取樣分析化學(xué)成分4）利用熱光譜儀對常規(guī)元素和微量元素進行分析5）取三角試片測CW值2.5 三角試片的控制根據(jù)各種檢測結(jié)果對鐵水進行調(diào)整后，繼續(xù)送電10分鐘后重新取樣分析，確定所有數(shù)據(jù)正常后繼續(xù)升溫至1500左右。即C點。在段讓鐵水靜置至分鐘后取三角試片測試值，測溫后準(zhǔn)備出鐵。2.6 涂料配置金屬型內(nèi)的涂料對鑄件質(zhì)量有較敏感的影響。主要選用水基石英粉涂料；其絕熱性能較好，但涂料烘干后易出現(xiàn)翹殼，局部翹曲處鑄件接觸金屬型，形成萊氏體，硬度高，使鑄件局部切割困難，但其附著力強，效果較好。故以此為基礎(chǔ)，加入適量硅藻上。合金種類涂料配方%（重量）備注鑄鐵石英粉 陶土 外加水 20 5表面再涂石墨涂料總厚度23毫米2.7 主軸預(yù)熱主軸加熱對鑄件質(zhì)量影響較大，且對主軸的使用壽命的長短影響也很大。溫度偏低，鑄件外壁易出現(xiàn)氣孔，溫度偏高，鐵水與主軸內(nèi)部發(fā)生捏合，使得涂料失去了保護作用。讓鑄件無法拔出。使得主軸失去工作能力。因此，主軸加熱溫度應(yīng)控制適易?？刂浦鬏S溫度在230290（主軸溫度調(diào)整時間=冷卻水時間調(diào)整+冷卻水閥手柄位置） 2.8主軸內(nèi)上涂料為減少鑄件的表面渣孔等廢品及承口的安裝尺寸，對管模的承口及內(nèi)壁需要進行清理，以保證管子的安裝和噴涂工序要求。涂料在管模內(nèi)壁起到保護管模和穩(wěn)定鑄件金相組織的作用，把配制好的涂料經(jīng)過噴涂管噴到管模內(nèi)壁，等到其靠管模本身溫度烘干后再進行鐵水澆注。噴涂參數(shù)：運行名稱目標(biāo)值噴涂泵進氣壓力0.30.6MPa空氣壓力0.10.3MPa10秒涂料噴出量260300/10S(雙向)噴涂轉(zhuǎn)速490510涂料粘度4555s2.9離心澆注將承口芯安裝到離心機上，球化合格的鐵水倒入定量包內(nèi)，按照工藝規(guī)定要求，設(shè)定孕育劑加入量、管模粉加入量，離心機的旋轉(zhuǎn)速度，鐵水隨著定量包的翻轉(zhuǎn)澆注在旋轉(zhuǎn)的管模內(nèi)壁，并凝固成管子。澆注參數(shù)：名稱目標(biāo)值澆注轉(zhuǎn)速730750澆注旋轉(zhuǎn)時間130150秒小車行走速度110孕育量180220g澆注重量19.219.8kg2.10 冷卻及取件當(dāng)管模內(nèi)的鑄件溫度降到800左右時，按下取件按鍵，取件鉗將鑄件從管模內(nèi)取出，并送至接料架上。自然冷卻 扒管階段2.11 毛坯切斷及檢查送入螺旋卸料過濾離心機中進行鑄件脫模，時效處理。最后鑄件清理，送入切割機中切割成長度為180mm的缸套。 切割 成品第三章 離心鑄造原理及工藝3.1離心力場重度： r=pg 有效重度： r=pw2r重力系數(shù)： G=w2r/g3.2 離心力場液體自由表面的形狀臥式離心鑄造時液態(tài)金屬自內(nèi)由表面的形狀。當(dāng)不考慮重力場的影響時：mw2xdx+mw2ydy=0對此式積分得：X2+y2=r2由此可推臥式離心鑄造時，如果不考慮重力場的影響，液態(tài)金屬的自由表面應(yīng)為以旋轉(zhuǎn)軸為軸線的圓柱面。由于重力場的影響：VaVb根據(jù)水力學(xué)的液態(tài)流動的連續(xù)性原理：VaFa=VbFbFa和Fb為A，B兩處的斷面面積因為VaFb從而出現(xiàn)圓柱形內(nèi)表面向下偏移的現(xiàn)象。3.3 離心鑄型轉(zhuǎn)速的選擇選擇離心鑄造的轉(zhuǎn)速時，主要應(yīng)考慮兩個問題：1） 離心鑄型的轉(zhuǎn)速應(yīng)保證液體金屬在進入鑄型后立刻能形成圓 筒形，繞軸線旋轉(zhuǎn)；2） 充分利用離心力的作用，保證得到良好的鑄件內(nèi)部質(zhì)量，避免鑄件內(nèi)部產(chǎn)生縮孔、縮松、夾雜和氣孔。臥式離心鑄造時，為保證液體金屬在型壁上的成形，應(yīng)使液體金屬自由表面上最高點處的金屬質(zhì)點所產(chǎn)生的離心力大于或等于重力，即：Mw2r=mg若不能保證此條件，則在出注時會出現(xiàn)如下圖所示雨淋現(xiàn)象。鑄件中將出現(xiàn)夾渣等缺陷。3.4 離心鑄造用鑄型臥式懸臂離心鑄造機上的金屬鑄型按其主體的結(jié)構(gòu)特點可以分為單層金屬型和雙層金屬型兩種。第四章 影響材料性能的因素 4.1 碳當(dāng)量對材料性能的影響決定灰鑄鐵性能的主要因素為石墨形態(tài)和金屬基體的性能。當(dāng)碳當(dāng)量（CE=C+1/3Si）較高時，石墨的數(shù)量增加，在孕育條件不好或有微量有害元素時，石墨形狀惡化。這樣的石墨使金屬基體能夠承受負(fù)荷的有效面積減少，而且在承受負(fù)荷時產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，使金屬基體的強度不能正常發(fā)揮，從而降低鑄鐵的強度。在材料中珠光體具有好的強度、硬度，而鐵素體則質(zhì)底較軟而且強度較低。當(dāng)隨著C、Si的量提高，會使珠光體量減少，鐵素體量增加。因此，碳當(dāng)量的提高將在石墨形狀和基體組織兩方面影響鑄鐵鑄件的抗拉強度和鑄件實體的硬度。在熔煉過程控制中，碳當(dāng)量的控制是解決材料性能的一個很重要的因素。4.2 合金元素對材料性能的影響在灰鑄鐵中的合金元素主要是指Mn、Cr、Cu、Sn、Mo等促進珠光體生成元素，這些元素含量會直接影響珠光體的含量，同時由于合金元素的加入，在一定程度上細(xì)化了石墨，使基體中鐵素體的量減少甚至消失，珠光體則在一定的程度上得到細(xì)化，而且其中的鐵素體由于有一定量的合金元素而得到固溶強化，使鑄鐵總有較高的強度性能。在熔煉過程控制中，對合金的控制同樣是重要的手段。4.3 爐料配比對材料的影響過去我們一直堅持只要化學(xué)成分符合規(guī)范要求就應(yīng)該能夠獲得符合標(biāo)準(zhǔn)機械性能材料的觀點，而實際上這種觀點所看到的只是常規(guī)化學(xué)成分，而忽略了一些合金元素和有害元素在其中所起的作用。如生鐵是Ti的主要來源，因此生鐵使用量的多少會直接影響材料中Ti的含量，對材料機械性能產(chǎn)生很大的影響。同樣廢鋼是許多合金元素的來源，因此廢鋼用量對鑄鐵的機械性能的影響是非常直接的。在電爐投入使用的初期，我們一直沿用了沖天爐的爐料配比（生鐵：2535%，廢鋼：3035%）結(jié)果材料的機械性能（抗拉強度）很低，當(dāng)我們意識到廢鋼的使用量會對鑄鐵的性能有影響時及時調(diào)整了廢鋼的用量之后，問題很快得到了解決，因此廢鋼在熔化控制過程中是一項非常重要的控制數(shù)。因此爐料的配比對鑄鐵材料的機械性能有著直接的影響，是熔煉控制的重點。4.4 微量元素對材料性能的影響以往我們在熔煉過程中只注意常規(guī)五大元素對鑄鐵材質(zhì)的影響，而對其它一些微量元素的作用僅僅只是一個定性的認(rèn)識，卻很少對他們進行定量的分析討論，近年來，由于鑄造技術(shù)的進步，熔煉設(shè)備也在不斷的更新，沖天爐已逐漸被電爐所代替。電爐熔煉固然有其沖天爐不可比擬的優(yōu)點，但電爐熔煉也喪失了沖天爐熔煉的一些優(yōu)點，這樣一些微量元素對鑄鐵的影響也就反映出來。由于沖天爐內(nèi)的冶金反應(yīng)非常強烈，爐料是處于氧化性很強的氣氛中，絕大部分都被氧化，隨爐渣一起排出，只有一少部分會殘留在鐵水中，因此一些對鑄件有不利影響的微量元素通過沖天爐的冶金過程，一般不會對鑄鐵形成不利影響。在沖天爐的熔煉過程中，焦炭中的氮和空氣中的氮氣（N2）在高溫下，一部分分解會以原子的形式溶鐵水中，使得鐵水中的氮含量相對很高。據(jù)統(tǒng)計自電爐投產(chǎn)以來，由于鉛含量高造成的廢品和因含鉛量太高無法調(diào)整而報廢的鐵水不下百噸，而因含氮量不足造成的不合格品數(shù)量也相當(dāng)高，給公司造成很大的經(jīng)濟損失。 第五章 離心鑄造汽車缸套常見缺陷分析 離心鑄造汽車缸套，生產(chǎn)效率高，鑄件質(zhì)量好。但是由于工藝參數(shù)或鑄件化學(xué)成分控制不嚴(yán)格，操作部當(dāng)，也易出現(xiàn)各種缺陷。5.1 硬度過高硬度350HBS，使鑄件外表面加工困難，是金屬型離心鑄造汽車缸套常見的缺陷。這種缺陷常因材料選擇不當(dāng)，過多添加含合金元素或涂料層提起前崩潰所致。為防止硬度過高，在適量合金元素和過冷度條件下，加強孕育處理，使之形核多，而且生長快，合理選擇涂料并保證涂料層厚度完整性，鑄件硬度可穩(wěn)定在212280HBS范圍內(nèi)。5.2 針孔汽車缸套工件面經(jīng)研磨，在鏡面光面上如出現(xiàn)多量孔徑大于0.3mm的孔洞，則為針孔缺陷。缺陷的成因是由于離心鑄造時，發(fā)生雙面結(jié)晶，凝固被前沿自外向里推進的同時，表面凝固也自里向外延伸，后凝固層較薄，使得兩個凝固被前匯合區(qū)產(chǎn)生疏松所致。這一疏松區(qū)恰好位于加工后氣缸套的內(nèi)表面，通常在澆入端鑄件后壁處較多。研磨后用燈光照射，仔細(xì)觀察方可發(fā)現(xiàn)。防止這種缺陷的方法是調(diào)整澆注速度及化學(xué)成分，并在鑄件壁厚處采用吹風(fēng)的方法進行消除。5.3 應(yīng)用效果離心鑄造比砂型鑄造有顯著地經(jīng)濟效果。主要有一下幾點：1,控制了鑄造缺陷，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。采用離心鑄造，鑄件中的氣孔，熔渣等夾雜物因密度小均集中在內(nèi)表面