材質(zhì)低合金鋼（35cr Mo）的鑄件的澆注設計

1、第一章 緒論我國鑄造技術(shù)已有6000年的悠久歷史，鑄造具有使用范圍廣，材料采用范圍廣等特點。鑄件具有一定的尺寸精度，成本低廉，綜合性能良好，但是鑄造環(huán)境差，粉塵多，溫度高，勞動強度大，廢氣，廢料，處理任務繁重。今后應走優(yōu)質(zhì)，高效，低耗，清潔可持續(xù)發(fā)展的道路，從而開闊更廣的空間。鋼鐵的應用使人類文明進入了鐵器時代。鑄鋼是四十年代末(1947年)發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)材料。鑄鋼的誕生，是繼人類發(fā)明煉鋼技術(shù)之后，在黑色金屬應用技術(shù)方面又一次大的技術(shù)創(chuàng)新，是20世紀材料科學最重大的技術(shù)進展之一。 本設計主要對主要鑄造低合金鋼鑄件做一些闡述，鑄造碳鋼雖然應用較廣，但是在性能上有許多不足之處，如淬透性差，

2、大斷面零件無法通過熱處理進行強化。力學性能有限使用溫度低，抗磨耐腐蝕耐熱等特殊性能差。利用合金元素可以提高力學性能和改善某些物理化學性能。從而使鋼得到很好的改善。本設計選用材質(zhì)低合金鋼（35cr mo）的鑄件，在鑄件中加入合金元素來提高鑄件的耐熱性和耐磨性，提高強度及改變鋼的塑形和韌性，同時還提高鋼的再結(jié)晶溫度抑制熱處理過程中產(chǎn)生的回火脆性。本論文主要從鑄件的鑄造工藝進行分析。具體包括鑄件的造型，制芯，合金的熔煉，鑄件的澆注，及合箱，幾個工段。嚴格控制個個工段的工藝十分重要，以避免鑄件產(chǎn)生氣孔，夾渣，澆不到，縮孔縮松，裂紋等缺陷。第二章 澆注系統(tǒng)的設計金屬液在充型時的狀態(tài)對獲得優(yōu)質(zhì)鑄件有很大影

3、響，一些鑄件缺陷如氣孔，裂紋，冷隔，澆不到，砂眼，夾砂等都是在充型不利的情況下產(chǎn)生的。而金屬液的充型要靠澆注系統(tǒng)來實現(xiàn)。所以澆注系統(tǒng)設計是否合理將直接影響鑄件的質(zhì)量。如何設計合理的澆注，應根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)條件、合金種類等因素。結(jié)合所學的理論知識和實踐經(jīng)驗對本鑄件來設計澆注系統(tǒng)，如有不足敬請老師指導改正。1. 鐵液消耗總重量的計算 考慮該鐵件壁厚大，采用開放式澆注系統(tǒng)，內(nèi)澆道從鑄件分型面上引入，選用中間式澆注。采用開放式具有內(nèi)澆道流速低，充型平穩(wěn)金屬氧化程度低具有擋渣。溢渣，凈化金屬液等特點?？紤]澆注系統(tǒng)較大，澆冒口重量按鑄件毛重的40 % 估算。鐵液消耗總重量g = 鑄件毛重+ 澆冒口

4、重量=( 850+850*40%) kg =1190kg澆注系統(tǒng)由澆口杯、直澆道600mm ( 1 個) 、橫澆道600mm ( 1 個)、內(nèi)澆道30 mm( 3 個) 組成開放式澆注系統(tǒng)體系2. 澆注時間的計算 由下式（2-1）可得: t = k3 g1* 式（2-1）= 1.3 3* 75* 1190=58s 若采取快澆，鐵液到達冒口時的溫度損失比慢澆少有利于補縮防止縮孔縮松等鑄造缺陷。因此取澆注時間約為40s。 式中 t 澆注時間（s）； k 系數(shù)（取得1.3）； 鑄件平均壁厚（mm）； g1 鐵液消耗總重量（kg）；型內(nèi)金屬液面上升速度可按下式計算： v=c/t v=c/t= 330

5、mm40 s =8.25 mm/ sv式中 c 鑄件最低點到最高點的距離，按澆注時的位置確定（mm） t 計算的澆注時間（s）3.平均壓頭的計算由下式（2-2）可得：h 1 = h 0 - p2 /2 * c 式（2-2） =32- 13.752 / 2 *425 =32 13.752 /2 *42.5 =29.8(cm) 式中 h 1平均壓力頭（cm）； h 0澆口杯水平至內(nèi)澆道距離（cm）； p 內(nèi)澆道至鑄件最高點距離（cm）； c 鑄件在鑄型內(nèi)的總高度（cm）； 4.澆注系統(tǒng)最小總截面積的計算由下式（2-3）可得 e直 = g / （0.31 * t * u * h 0）cm2 式（2-

6、3） = 1190 / （0.31 * 40 * 0.38*29.8）cm2=46.33cm2采用兩個80mm耐火磚管即可滿足要求式中 e直 澆注系統(tǒng)阻流總截面積（cm2）； g 鐵液消耗總重量（kg）；t 澆注時間（s）；u 阻力系數(shù)；h p平均壓力頭（cm）； 澆注系統(tǒng)各單元比（經(jīng)修正為） ：f內(nèi) ：f橫 ：f直 =1.3：1 ：15確定包孔直徑 已知型中澆注金屬液總重量g和澆注時間t，同時考慮澆包注孔數(shù)量n，可按下式計算剛液流量qm： qm=g/tn qm=孔s孔2gh 故 s孔= g/孔tn2gh式中 s孔包孔截面積（cm2）； qm鋼液流量 （kg/s） 孔包孔的消耗系數(shù)，取0.89

7、 鋼液密度為0.0071 kg/ cm3 g重力加速度， 980 cm/ s2 h 鋼液在包中的高度（cm） 故 s孔=11900.89 *0.0071*40*12*980*120 s孔=9.7 cm根據(jù)實際經(jīng)驗選用800mm的包孔6冒口設計 (1)冒口設計的基本原則a. 冒口的凝固時間應不小于鑄件被補縮部分在凝固過程中的收縮時間。b. 冒口和鑄件需要補縮部分之間在補縮過程中應存在通道。c. 冒口體內(nèi)要有足夠的補縮壓力d. 冒口和鑄件連接形成的接觸熱節(jié)應不大于鑄件的幾何熱節(jié)。（2）冒口設計采用模數(shù)法計算a.模數(shù)法計算原理是如果冒口模數(shù)m模大于鑄件被補縮部位的模數(shù)m件，就能保證冒口晚于鑄件凝固。

8、對與鑄鋼件，冒口，冒口頸，鑄件的模數(shù)應滿足以下關(guān)系：明頂冒口： m冒=（1.11.2）m件按側(cè)冒口： m件：m頸：m冒=1：1.1：1.2b.為保證冒口中有足夠的金屬液補充鑄件的收縮，還應該滿足下列條件： 合金的體收縮率*（鑄件體積+冒口體積）冒口體積*冒口補縮效率 c.鑄件頂部的冒口設計采用明頂冒口 m件=vs =10400021000=4.95cm 故 m冒=1.2*4.95=5.94 cm m頸=1.1*4.95=5.445cmd.確定鑄鋼的體收縮率，它與澆注溫度和化學成分有關(guān)。體收縮率=5.2%e.本鑄件在頂部選用明頂冒口，再轉(zhuǎn)壁位置選用暗冒口，經(jīng)查表得：明頂冒口采用7個尺寸相同的長*

9、寬*高*=280*280*160（mm）暗冒口采用一個直徑為280mm高150mmf.經(jīng)較核滿足條件7.冷鐵的設計鑄鋼件冷鐵一般用高碳鋼制造，冷鐵表面要光潔，無氧化層和油污，而且與鑄件接觸面要平滑，無氣孔或縮凹。冷鐵表面要有空洞容易對鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷。1.冷鐵的作用 a.與冒口配合使用，加強鑄件的順序凝固，擴大冒口的有效補縮距離，不僅有利于防止縮孔，縮松缺陷，而且能減少冒口的數(shù)量或體積，提高工藝出品率。 b.加快鑄件熱節(jié)部位的冷卻速度，使鑄件趨向于同時凝固，有利于防止鑄件產(chǎn)生變形和裂紋。 c加快鑄件某些特殊部位的冷卻速度，改善基體組織和性能，提高鑄件表面硬度和耐磨性。 d.難于設置冒口或冒口不

10、易補縮到得部位放置冷鐵可減少或防止出現(xiàn)縮孔、縮松。2.冷鐵的安放位置鑄件底部和鑄件邊緣容易產(chǎn)生熱節(jié)的地方3.冷鐵形狀冷鐵的大致形狀如下：4.冷鐵尺寸板狀冷鐵厚度不宜超過80mm，圓鋼外冷鐵直徑不易超過40mm，如果冷鐵長度過長會使安放困難，當激冷面大時，采用多塊小型外交錯放置。5安放冷鐵時注意事項冷鐵選擇表面不得有孔洞、裂紋、氧化皮等缺陷，安放位置要得當，以保證補縮通道通暢，避免在熱節(jié)處形成縮孔，冷鐵不能離冒口太近，否則會加速冒口冷卻，降低冒口補縮效果。第三章 造型工藝的設計 鑄件的形狀和尺寸由鑄型型腔來形成。本鑄件選用砂型鑄造，用砂型形成鑄件的外輪廓形狀和尺寸，用砂芯來形成鑄件的內(nèi)型腔形狀和

11、尺寸。以便于造型起模方便，再不便于起模的地方采用活塊造型。活塊和砂芯的位置見鑄造工藝圖。鑄件模板選用木模工字鋼底架模板。1. 造型材料的選擇本鑄件采用樹脂砂，因為樹脂砂具有鑄件表面質(zhì)量好，尺寸精度高，砂型強度高，透氣性好，鑄件廢品率低，同時具有潰散性好容易落紗，清理。但是樹脂砂發(fā)氣量大，澆注完鑄件以后在鑄件冷卻過程中散發(fā)出刺激性氣味，污染環(huán)境。 (1)原砂技術(shù)指標種類粒度組別wsio2（%）w泥（%）w水（%）w微粉（%）需酸值硅砂21960.20.30.10.20.515(2)樹脂固化劑配比呋喃樹脂1.3%-1.7%固化劑（硫酸乙脂） 19%-28%2砂箱的選用 砂箱由3mm的鋼板焊接而成，

12、砂箱周邊有13mm的發(fā)氣孔若干個，有利于砂型中氣體的排出。砂箱同時留有螺拴孔，在合箱時緊固砂箱，以避免抬型力將砂箱抬起。 上砂箱尺寸1500mm1500 mm450 mm下砂箱尺寸1500mm1500 mm300 mm 3分型負數(shù)造模時，由于起模后的修型和烘干砂型的變形引起分型面凸凹不平，使合型不嚴密，為使不至于從分型面產(chǎn)生跑火，需要在分型面放耐火泥條，這樣就增加型腔高度，再者由于砂箱反彈等因素也造成砂箱高度增高，所以為保證鑄件尺寸精確，必須在模樣上減去相應高度。此數(shù)值稱為分型負數(shù)。由此選分型負數(shù)選用4mm 4定位裝置 為了保證鑄件的尺寸精度，防止卡砂，錯型等，砂箱上應設有定位裝置，根據(jù)生產(chǎn)條

13、件，本鑄件定位裝置選用三對梅花定位銷。5吃砂量的選擇 四周吃砂量不小于 60mm6造型注意事項a.檢查模型，在木型表面刷涂脫模劑，刷涂要保證均勻一致。b.按要求粘貼鑄字牌號。c.樹脂砂溫度控制在25攝氏度左右，控制好樹脂砂溫度對砂型的強度至關(guān)重要。d.起模時間按經(jīng)驗應控制在20-40分鐘左右。e.起模之前吹凈模板表面。第四章 制芯的工藝砂芯的主體來形成鑄件的內(nèi)腔，制造砂芯時應放置芯骨，為了使砂芯排氣通暢，砂芯中應開設排氣通道。本鑄件砂芯采用水玻璃砂造芯?；焐霸O備采用雙輪式碾砂機。1.原材料的選擇（1） 硅砂的選用40目篩以上407-0目70-100目含微粉量wsio2（%）70目篩以上10%7

14、0%10%2%96%80%（2） 水玻璃的波爾美度模數(shù)msio2nao2feo水不溶物be2.2-2.429.2%12.8%0.060.8%50-532.混制工藝新砂+鋸末干混1 min然后加水玻璃再混3-5min讓后出砂3.配比石英砂100kg，鋸末加入1.2-1.5 kg，水玻璃加入5-6.6 kg4.制芯方法本鑄件的芯子采用芯盒成型，首先在芯盒表面刷涂脫模劑，再芯盒中加入芯骨和芯掉，加出氣繩，在砂子混好后方可放砂制芯，逐層填砂，逐層搗實。緊實度必須均勻合適，再吹二氧化碳硬化。等硬化后在取出芯子。5.注意事項a.芯子的尺寸要控制在規(guī)定的公差范圍內(nèi)。b.在制芯過程中放止冷鐵時，注意冷鐵的準確

15、位置，芯吊盡可能保持中間位置。c.砂芯表面要平整光潔，不允許有毛邊，缺口，變形等缺陷。第五章 合箱工藝合箱是鑄造工藝的一道重要工序，如果合型不符合工藝要求，會導致鑄件產(chǎn)生缺陷，甚至報廢（?。┠突鹜苛系倪x擇待添加的隱藏文字內(nèi)容1 選用醇基鋯英粉（2）合箱工序a. 吹砂把砂箱表面松散的樹脂砂吹干凈b.刷涂選用醇基鋯英粉涂料加適當?shù)木凭鑴颍妹⒃谛颓槐砻嫠⑼?，刷涂一遍以后用火點著，然后檢查砂箱表面是否有缺損，如果有缺損用水玻璃砂或耐火涂料補好。在補箱完成后蹭除型腔表面砂子和蹭平補箱的位置，保證型腔表面平整干凈，然后刷涂第二遍，等燃燒完后在刷涂第三遍，保證型腔表面耐火涂料層3mm厚。c.烤箱用液化

16、氣烤箱，保證型腔表面烘干，不至于在澆注金屬液產(chǎn)生嗆火。d.翻箱把刷涂好的上型，翻轉(zhuǎn)過來，安放澆口盆和刷涂冒口。e.下芯首先看好型腔和芯子的定位點相對，保證芯子下到位，鑄件內(nèi)型腔尺寸精確。f.吹箱保證型腔內(nèi)沒有砂子和雜物，然后纏封箱泥條。g.合箱保證上箱與下箱的定位銷相對h.抬型力的計算f抬=k(f型+f芯)式中 f抬- 抬型力（n） f型-金屬液壓力作用于上型的抬型力（n） f芯-砂芯所受浮力而產(chǎn)生的抬型力（n） k-安全系數(shù)，一般取1.2-1.5 其中 f型=gs型h f芯=gv芯（芯） 式中 g-重力加速度，（10m/s2）s型-與金屬液接觸的型腔頂面水平投影面積h-型腔頂面至澆口盆液面的

17、平均高度（ m） v芯-被金屬液包圍部分的砂芯體積-金屬液的密度（kgm3）芯-砂芯密度 （kgm3）f型=7100*10*3.14*0.5*0.5*0.15=8363.2n f芯=j.砂箱的緊固為了防止上型在金屬靜壓力和砂芯浮力作用下被抬起，上，下型要緊固在一起，本設計采用螺栓緊固方法。第六章 熔煉工藝的設計采用中頻感應電爐煉鋼，澆注溫度在1550攝氏度1. 材質(zhì)為35cr mo，其化學成分見表2-2 ，力學性能見表2-3，單鑄試塊。表2-2 35cr mo試樣的化學成分牌號qt500-7csimnpcrmo標準值0.310.400.250.450.500.800.070.801.100.2

18、00.36目標值0.380.340.700.060.900.3表2-3 35cr mo試樣的力學性能鑄鐵牌號smpabmpa5hbs35cr mo 39059012-2. 鑄件必須經(jīng)無損探傷，機加工后經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，鑄件應進行正火，回火處理。非加工表面要求打磨光滑至露出金屬光澤。3.熔煉工藝的控制 a. 原材料廢鋼 選普通碳素鋼b.鐵液的熔化 加入廢鋼，通電助熔，在開始階段逐漸加大電流，在爐內(nèi)鋼水熔清至90%時扒渣。扒除干凈以后再加除渣劑重新造渣，繼續(xù)扒渣。c.脫氧處理 加入合金0.1%0.15%的硅錳合金與0.1%的硅鋇合金進行預脫氧，d.取樣調(diào)整成分 爐化清后，待溫度升到1600左右以上時取樣化驗成分，根據(jù)分析成