型砂性能測(cè)試用夾具的課程設(shè)計(jì)

1、武漢工程大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)名稱：材料成型裝備及自動(dòng)化課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：型砂性能測(cè)試用夾具的課程設(shè)計(jì) 學(xué) 院 名 稱：機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí)：2013級(jí)材控1班 學(xué) 生 學(xué) 號(hào)：1303181005 學(xué) 生 姓 名：郭強(qiáng)龍 學(xué) 生 成 績(jī)： 指 導(dǎo) 教 師：吳和保 課程設(shè)計(jì)時(shí)間：2016.06.06 至 2016.06.19 viii一、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和基本要求1. 設(shè)計(jì)題目：型砂智能化綜合性能檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)2. 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖：3. 設(shè)計(jì)的主要部件：主要部件包括：工作臺(tái)架、型砂透氣性檢測(cè)機(jī)構(gòu)、型砂試樣制備與性能檢測(cè)機(jī)構(gòu)、檢測(cè)夾具設(shè)計(jì)、檢測(cè)裝置液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

2、的設(shè)計(jì)。i4. 設(shè)計(jì)要求：1. 每個(gè)班學(xué)生分為6組：即工作臺(tái)架設(shè)計(jì)、透氣性檢測(cè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、試樣制備與檢測(cè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、夾具設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；2. 設(shè)計(jì)計(jì)算：立柱強(qiáng)度計(jì)算、檢測(cè)上橫梁強(qiáng)度計(jì)算、檢測(cè)裝置液壓系統(tǒng)計(jì)算、電驅(qū)動(dòng)絲桿機(jī)構(gòu)和電機(jī)功率計(jì)算；3. 圖紙?jiān)O(shè)計(jì)：工作臺(tái)架、透氣性檢測(cè)機(jī)構(gòu)、試樣制備與檢測(cè)機(jī)構(gòu)、液壓缸設(shè)計(jì)、電驅(qū)動(dòng)絲桿機(jī)構(gòu)和夾具的三維設(shè)計(jì)；4. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電路控制系統(tǒng)圖的繪制；5. 撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。5. 設(shè)計(jì)剛要：設(shè)計(jì)的參數(shù)說明：6. 設(shè)計(jì)步驟：1） 根據(jù)二維圖熟悉型砂性能綜合檢查裝置的基本原理和性能要求；2） 進(jìn)行各機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算；3） 根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)

3、算結(jié)果，對(duì)裝置的各部件進(jìn)行材料選用和標(biāo)準(zhǔn)間的選型；4） 繪制機(jī)構(gòu)各部件三維圖和裝置總體三維圖；5） 撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告；6） 進(jìn)行課程設(shè)計(jì)答辯。二、進(jìn)度安排2016.06.06-2016.06.06課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)及安排2016.06.07-2016.06.09 分組、查閱資料2016.06.10-2016.06.12 設(shè)計(jì)計(jì)算2016.06.13-2016.06.16 設(shè)計(jì)校核2016.06.17-2016.06.18 撰寫設(shè)計(jì)說明書2016.06.19-2016.06.19 課程設(shè)計(jì)答辯三、參考資料或參考文獻(xiàn)1 樊自田.材料成型裝備及自動(dòng)化.機(jī)械工業(yè)出版社.2014年7月第1版2 濮良貴，陳國(guó)定

4、，吳立言.機(jī)械設(shè)計(jì).高等教育出版社.2013年5月第9版3 范欽珊.材料力學(xué).高等教育出版社.2005年7月第2版 本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表姓名郭強(qiáng)龍專業(yè)班級(jí)材控1班學(xué)號(hào)1303181005課程設(shè)計(jì)題目：型砂性能測(cè)試用夾具的課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)答辯記錄：（手寫）成績(jī)?cè)u(píng)定依據(jù)：項(xiàng)目得分比例考勤記錄設(shè)計(jì)結(jié)果報(bào)告撰寫答辯成績(jī)備注：成績(jī)?cè)u(píng)定依據(jù)的項(xiàng)目?jī)?nèi)容和項(xiàng)目分值比例可以由老師按指導(dǎo)的專業(yè)進(jìn)行調(diào)整，但成績(jī)?cè)u(píng)定依據(jù)的項(xiàng)目數(shù)不得少于3項(xiàng)。最終評(píng)定成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日v目 錄一、 鑄造型砂性能分析檢測(cè)方法概述11.1、鑄造型砂性能檢測(cè)的主要內(nèi)容11.2、鑄造型砂強(qiáng)度檢測(cè)方法及原理21.3、鑄造型砂

5、緊實(shí)率的檢測(cè)方法及原理21.4、鑄造型砂透氣性檢測(cè)方法及原理3二、 測(cè)試裝置夾具設(shè)計(jì)計(jì)算42.1、 砂型試樣壓制沖頭及連接夾具的設(shè)計(jì)41） 壓制沖頭和夾具受力42） 沖頭和夾具的截面積43） 繪制沖頭和夾具的圖形52.2、 型砂制樣筒及底座的設(shè)計(jì)61） 制樣筒及底座的受力62） 制樣筒及底座的截面積63） 繪制制樣筒及底座的圖形7三、小結(jié)8i1、 鑄造型砂性能分析檢測(cè)方法概述1.1、鑄造型砂性能檢測(cè)的主要內(nèi)容一般來(lái)說，型砂性能可以分為型砂物理性能及機(jī)械性能。型砂物理性能的檢測(cè)主要包括型砂透氣性、砂溫、含水量和緊實(shí)率等，型砂機(jī)械性能以前通常指型砂的各種濕強(qiáng)度、韌性的檢測(cè)。其中，緊實(shí)率和濕壓強(qiáng)度是

6、最有代表性的型砂性能指標(biāo)，而緊實(shí)率反映型砂混碾揉和程度和回性優(yōu)劣，必須將它嚴(yán)格控制在工藝規(guī)范要求的范圍內(nèi)。濕型砂的緊實(shí)率是和水分、強(qiáng)度、造型材料配比等指標(biāo)均相關(guān)的一個(gè)綜合參數(shù)。通過檢測(cè)檢測(cè)緊實(shí)率可以調(diào)整型砂中的加水量，把緊實(shí)率控制在一定的范圍內(nèi)即可保證水分的相對(duì)穩(wěn)定性，同時(shí)可使型砂獲得一定的濕壓強(qiáng)度，韌性和流動(dòng)性等綜合性能。目前國(guó)外普遍采用三錘制樣機(jī)配合相應(yīng)量具測(cè)定型砂緊實(shí)率，采用型砂硬度計(jì)測(cè)定型砂表面硬度，來(lái)間接表征鑄件內(nèi)部緊實(shí)度。國(guó)外多家鑄造公司推出的緊實(shí)率在線檢測(cè)儀，它們的測(cè)量原理和結(jié)構(gòu)相似。瑞士gf-disa公司的型砂多功能控制儀的前置環(huán)節(jié)是一臺(tái)可快速測(cè)量緊實(shí)率和砂樣強(qiáng)度的性能檢測(cè)儀，

7、通常安裝在混砂機(jī)一側(cè)，奔騰微機(jī)及相關(guān)軟件構(gòu)成主控單元，plc控制的執(zhí)行元件則依據(jù)控制信號(hào)調(diào)節(jié)水分和黏土的加入量，型砂多功能控制儀對(duì)比實(shí)測(cè)值與目標(biāo)值，并考慮整碾砂的重量后，計(jì)算出水和黏土的加入量，從而實(shí)現(xiàn)有效控制，比傳統(tǒng)篩選法水分控制儀具有更好的實(shí)用價(jià)值，并能進(jìn)行全自動(dòng)控制和檢測(cè)，適用于批量生產(chǎn)的間歇或連續(xù)混砂系統(tǒng)，但對(duì)混砂量、舊砂溫度、舊砂濕度以及舊砂性能均要求具有相對(duì)穩(wěn)定的狀況。型砂的緊實(shí)率是反映型砂緊實(shí)前后體積變化率的一個(gè)參數(shù)，被認(rèn)為是能夠反映型砂性能的綜合性能指標(biāo)。型砂緊實(shí)率除人工手握和觀察顏色外，其最簡(jiǎn)便的方法就是采用“沖擊試驗(yàn)法”。沖擊試驗(yàn)法包括取樣、過篩、定量、沖擊、測(cè)量、計(jì)算等繁

8、瑣步驟。整個(gè)測(cè)量過程大約需要幾分鐘到十幾分鐘。這中間，遠(yuǎn)距離取樣、過篩、測(cè)量、計(jì)算幾個(gè)環(huán)節(jié)在測(cè)量過程中費(fèi)時(shí)最多，占整個(gè)測(cè)量時(shí)間的90%以上、耗時(shí)過長(zhǎng)和步驟繁瑣嚴(yán)重阻礙了其在生產(chǎn)中的應(yīng)用。型砂緊實(shí)率快速測(cè)試儀是在對(duì)上述方法進(jìn)行分析、改進(jìn)的基礎(chǔ)上提出并實(shí)現(xiàn)的。其原理是：測(cè)量開始時(shí)，取待測(cè)散沙裝滿試筒并刮平，然后通過液壓和電動(dòng)系統(tǒng)對(duì)沖頭垂直施加壓力，當(dāng)壓力達(dá)到某一定值p1時(shí)（p1p2），砂樣高度為h2，此時(shí)即按著如下公式計(jì)算得到緊實(shí)率：上述過程中，由于試筒的幾何形狀與尺寸保持不變，因此p1一定，就是作用在砂樣上的壓強(qiáng)一定，也就是型砂試樣的初始密度一定，因而省卻了以往的過篩工序。在此基礎(chǔ)上繼續(xù)施加壓力

9、使之達(dá)到p2，則型砂試樣的高度由h1變化到了h2，亦即型砂試樣在壓力p2-p1的作用下從初始高度h1變化到了h2，高度相對(duì)變化量為（h2-h1）/h1。1.2、鑄造型砂強(qiáng)度檢測(cè)方法及原理濕壓強(qiáng)度是表示物體在飽水狀態(tài)下，抵抗外部壓力能力的物理量，以試樣受外力作用破壞時(shí)的應(yīng)力值來(lái)表示。型砂濕壓強(qiáng)度是一個(gè)單獨(dú)的性能項(xiàng)目，而且是最重要的一個(gè)性能項(xiàng)目。濕壓強(qiáng)度的測(cè)定方法：測(cè)定濕壓強(qiáng)度時(shí)，將制備好的濕壓試樣，置于預(yù)先裝置強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)上的抗壓夾具上，然后轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，逐漸加載于試樣上，直至試樣破裂，其強(qiáng)度值可直接從壓力表中讀出。測(cè)試抗拉強(qiáng)度時(shí)，同樣將制備好的8字型試樣置于型砂強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)上的抗拉夾具上，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，逐

10、漸加載拉力于試樣上，直至試樣斷裂，其強(qiáng)度值可直接從壓力表中讀出，即大致測(cè)出濕型砂的拉壓強(qiáng)度。1.3、鑄造型砂緊實(shí)率的檢測(cè)方法及原理對(duì)于粘土砂而言，型砂中的水分是影響型砂性能和質(zhì)量的最重要的因素之一，緊實(shí)率是表示型砂中粘土與調(diào)勻水的比例是否適當(dāng)并且適宜于造型的一種綜合性指標(biāo)。與水分有關(guān)，與其它成分也有著間接的聯(lián)系。一般認(rèn)為：緊實(shí)率反映型砂的可緊實(shí)性、韌性和水分的敏感性，即反映了型砂的調(diào)性程度，是濕型砂最重要的指標(biāo)之一。實(shí)驗(yàn)證明，通過檢測(cè)緊實(shí)率可以調(diào)整型砂中的加水量，把緊實(shí)率控制在一定的范圍內(nèi)即可保證水分的相對(duì)穩(wěn)定性，同時(shí)可使型砂獲得一定的濕壓強(qiáng)度、韌性和流動(dòng)性等最佳綜合性能。所謂型砂緊實(shí)率,就是

11、受力面積保持不變時(shí)一定初始密度的型砂試樣在一定的壓力作用之下,緊實(shí)距離對(duì)緊實(shí)前高度的百分比。型砂緊實(shí)率是代表型砂性能的綜合技術(shù)指標(biāo)，但型砂緊實(shí)率的現(xiàn)有測(cè)試方法中，除了人工手握和觀察顏色之外。其最簡(jiǎn)便的測(cè)試方法就是“沖擊實(shí)驗(yàn)法”。其中，緊實(shí)率是用型砂試樣被緊實(shí)的前后其高度變化的百分比來(lái)度量的其方法，測(cè)定緊實(shí)率時(shí)，首先到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)混碾完畢的型砂進(jìn)行取樣，然后回到試驗(yàn)室中通過漏斗型篩子（篩孔面積約55mm2在一定高度自由落滿型砂試驗(yàn)用的試筒，此時(shí)筒內(nèi)的型砂十分松散，其密度稱之為堆積密度，然后刮去筒頂多余型砂后，通過緊實(shí)沖頭的壓力壓緊，使砂樣高度從最初的h1變化為h2，最后測(cè)量出試筒中型砂高度的變形量

12、。1.4、鑄造型砂透氣性檢測(cè)方法及原理(1) 測(cè)定原理 由流體力學(xué)可知，通過試樣的空氣量q(cm3)與通氣時(shí)間t(min)、試樣截面積a(mm2)以及試樣兩端的氣壓差p(cmh2o)成正比。其比例關(guān)系為：q=ktpa/h 式中，k為比例系數(shù)，代表透氣性；h為試樣高度，這里h=50mm。 可見，k=qh/tpa 故k可定義為：在1gf/cm2的壓力下，每分鐘通過面積為1cm2、高度為1cm 的試樣的氣體量(cm3)。雖然k有量綱，但一般把它作為無(wú)量綱量。 (2)測(cè)定步驟1）標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定法 打開閥帽6，取出阻流孔等附件。 調(diào)節(jié)調(diào)平腳14，使儀器處于水平位置。 向水筒4內(nèi)注入1%2%的重鉻酸鉀水溶液，使

13、鐘罩3上的“0”刻度線正對(duì)水筒4上沿。 把旋鈕9轉(zhuǎn)向“吸、放氣”位置，提起鐘罩3，然后將旋鈕9轉(zhuǎn)向“關(guān)” 的位置。這時(shí)，鐘罩內(nèi)已經(jīng)充滿2000cm3的空氣。 將制好的標(biāo)準(zhǔn)試樣連同試樣筒一起放在試樣座8上，并封閉好。 將旋鈕9轉(zhuǎn)到“工作”位置，此時(shí)鐘罩內(nèi)的氣體在鐘罩自重的作用下，施于氣體10g/cm2的壓力。在此壓力下氣體將通過試樣。記錄下2000cm3氣體全部通過試樣所需要的時(shí)間及從微壓表11上讀出的壓力值。 將測(cè)得的時(shí)間和壓力值帶入公式計(jì)算出透氣性k。2）快速測(cè)定法 與標(biāo)準(zhǔn)法不同，在試樣座8上，附加一阻流小孔，孔的大小有1.5mm和0.5mm兩種，當(dāng)透氣性小于50時(shí)用小孔。 阻流小孔也與試樣

14、一樣對(duì)氣體的通過其阻流作用。測(cè)定時(shí)，以微壓表11上讀出的壓力值代表到達(dá)試樣前的氣體壓力，壓力大小與阻流孔和試樣對(duì)氣體通過的阻力大小有關(guān)。當(dāng)阻流孔的尺寸一定時(shí)，其壓力只隨試樣對(duì)氣體通過的阻力大小而變化，即只隨透氣性而變化。壓力越低，說明透氣性越好。依次與標(biāo)準(zhǔn)法對(duì)照，通過大量實(shí)驗(yàn)，得出壓力和透氣性的換算關(guān)系，并將此關(guān)系以透氣性的數(shù)值直接刻在微壓表11的相應(yīng)位置。測(cè)定時(shí)，可直接從微壓表11上讀出透氣性，而不必等2000cm3的空氣全部通過試樣。 快速法的測(cè)定步驟與標(biāo)準(zhǔn)法基本相同，只要注意阻流孔的正確使用。2、 測(cè)試裝置夾具設(shè)計(jì)計(jì)算2.1、 砂型試樣壓制沖頭及連接夾具的設(shè)計(jì)： 1） 壓制沖頭和夾具受力

15、 沖頭受力f=pa=2mpa*19.6cm2=39.2kn 夾具受力f=pa=0.5mpa*20.06cm2=10.03kn2） 沖頭和夾具的截面積 夾具的截面積 s=5*3.3+3*7+1*5-1*3.2-3.3*2.8=20.06cm2 沖頭的截面積 s=2.5*2.5=19.6cm2. 3） 繪制沖頭和夾具的圖形2.2、 型砂制樣筒及底座的設(shè)計(jì)： 1） 制樣筒及底座的受力 制樣筒受力f筒=f沖=39.2kn 底座受力f底=f總=pa=2mpa*35.4cm2=70.8kn 2） 制樣筒及底座的截面積 試樣桶的截面積 s=8.8*10-5*10-2*0.9*8=23.6cm2 底座截面積 s=4*14-1*8.8-1*5-4*0.85*2=35.4cm2 3） 繪制制樣筒及底座的圖形7三、小結(jié) 型砂主要指標(biāo)是緊實(shí)率，透氣性，含水量，抗壓強(qiáng)度，干拉強(qiáng)度等；本次裝置的主要目的是測(cè)量透氣性，抗壓強(qiáng)度，干拉強(qiáng)度，其中透氣性測(cè)量是借鑒的，但也讓我們了解了一些基本原理；本組主要是負(fù)責(zé)三維圖的繪制以及液壓缸的初步計(jì)算；我的主要工作是繪制試樣桶，緊實(shí)座，夾具等零件的三維圖，以及為最后的裝配做了一些必要的準(zhǔn)備工作，在繪制三