軸承座鑄件工藝設(shè)計

指導(dǎo)教師：李小飛軸承座鑄造工藝設(shè)計班級：材12-4學(xué)生：高兆強學(xué)號：201130401010

背景及意義科學(xué)合理的鍛造工藝是確保產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，本篇文章是關(guān)于軸承座進行精確科學(xué)的工藝設(shè)計。經(jīng)過歸納分析軸承座的結(jié)構(gòu)，思考鑄造技術(shù)要求后。首先在已經(jīng)確定出產(chǎn)批量和出產(chǎn)條件的基礎(chǔ)上，分析該鑄件的結(jié)構(gòu)特、尺寸，設(shè)計出多個鑄造工藝方案然后進行對比，選擇其中較為合理的設(shè)計方案。然后分析在這個設(shè)計方案下會發(fā)生什么樣的鍛造缺陷，然后歸納總結(jié)原料的特點通過一些工藝的手段和方法加以防范和避免這些鑄造缺陷；最后選取最適合的造型和造芯方式方法、澆注的條件、澆注的位置、準(zhǔn)確合理的工藝參數(shù)；在該設(shè)計方案下對它的澆注系統(tǒng)和需要的冒口進行計算和分析；從而我們可以得到該鑄件較為客觀精確的結(jié)果。系統(tǒng)的背景及意義論文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容第一部分鑄件的分析和鑄件工藝方案的確定第二部分鑄造工藝參數(shù)的確定以及砂芯的設(shè)計和計算第三部分澆注系統(tǒng)的設(shè)計及冒口和補貼的設(shè)計第四部分模板的設(shè)計及芯盒的設(shè)計第五部分鑄件的清理及鑄件的質(zhì)量檢驗、熱處理第一部分一.鑄件分析1.鑄造收縮率為2％;2.未注明鑄造斜度為3°,3.未注明鑄造加工余量為5;4.未注明的鑄造圓角為R3-R5;5.模型兩件，芯盒兩個；加工表面不能出現(xiàn)有夾雜、縮孔和縮松缺陷等現(xiàn)象，非加工表面不得有明顯的凹陷、縮孔，不允許焊補處理的地方。經(jīng)過對該零件的初步分析，此零件可能作為軸類零件的底座，沿長軸方向最大尺寸為560mm，鑄件高111mm。厚大部位位于底部長軸兩側(cè)。薄壁位置位于短軸座兩端。從其結(jié)構(gòu)上分析，我決定內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)置兩個冒口。由零件尺寸可以看出，此鑄件為小型鑄件，尺寸公差等級要求為CT12,本件運用樹脂砂型，其優(yōu)點是鑄型的強度高、自可硬、精度高，鑄件易清理，生產(chǎn)效率高。考慮到本件為中、小型鑄件，且一模一件，故選用手工造型。分析鑄件構(gòu)造特點，該鑄件的底部和短軸方向兩面屬于大平面結(jié)構(gòu)，鑄件底部是厚大部位。厚大部位容易出現(xiàn)收縮缺陷；鑄件在大平面上比較容易產(chǎn)生夾渣結(jié)疤；薄壁的部分可能會出現(xiàn)產(chǎn)生澆不到和冷隔等現(xiàn)象。二.鑄件工藝方案的確定1分型方式的確定如圖所示分型方法，可以保證鑄件大部分置于下方，并且鑄件的厚大部位和大平面朝上，利于安放澆注系統(tǒng)和冒口，并且可以依靠澆注系統(tǒng)和冒口的重量來加大上箱的重量，避免了跑火現(xiàn)象的產(chǎn)生。更有利于在加工和生產(chǎn)過程中保證鑄件的質(zhì)量和精度，因此選擇此方案。2.造型、制芯方法的確定合理的選擇造型方法，對于獲得合格鑄件降低成本和縮短生產(chǎn)周期都有很大的作用。根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)尺寸來看，本次造型選用手工造型較為合理，因為手工造型造作靈活，模樣等工藝簡單，不管是尺寸大的鑄件還是尺寸小的鑄件，還是復(fù)雜程度高的鑄件都可以選用手工來進行造型，所以選用手工造型。由于鑄件較小因此制芯方法同樣采用手工制芯，是因為手工制芯造作簡單，不需要復(fù)雜的機器設(shè)備來工作，而且靈活性大，適用范圍較為廣。3.澆注位置的確定澆注位置澆注的時候工件子口鑄型中所在的位置，澆注位置的確定一般在工業(yè)上依據(jù)鑄件的構(gòu)造、尺寸、重量、技術(shù)要求等條件來確定的。合理的澆注位置有利于金屬液的流動充型從而獲得完整的鑄件，同時還有助于造型造芯和清理便捷。第二部分工藝參數(shù)的確定及模芯設(shè)計的計算一、鑄造工藝參數(shù)的確定1.鑄造的尺寸公差2.鑄件的質(zhì)量公差3.機械加工余量4.鑄造收縮率5.起模斜度6.最小鑄出孔及槽7.分型負數(shù)以上尺寸均可在<鑄造手冊>中查找，從而確定二、砂芯的設(shè)計及計算1砂芯設(shè)計的遵循基本原則2.砂芯數(shù)量的確定根據(jù)砂芯設(shè)置原則和鑄件的分型方式以及鑄件的形狀，可以確定鑄件要使用兩個芯子。3芯頭尺寸根據(jù)工藝圖中砂芯的設(shè)計，可以把兩個砂芯看成水平砂芯，所以芯頭尺寸可以根據(jù)水平砂芯的芯頭尺寸的計算方法來計算，由于1號砂芯和2號砂芯的結(jié)構(gòu)和尺基本相同，所以兩個砂芯的芯頭尺寸也相同。水平砂芯的芯頭尺寸可以根據(jù)砂芯長度查《鑄造工程師手冊》表6-54得知1號砂芯和2號砂芯的芯頭長度l=90～110mm，取100mm。第三部分一、澆注系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)澆道截面尺寸直澆道截面尺寸直澆道窩設(shè)計直澆道按其斜度在根部形成的最小截面圓半徑為R=22.5mm，故直澆道窩尺寸應(yīng)設(shè)計為R=22.5mm半球橫澆道截面尺寸澆口杯尺寸設(shè)計橫澆道和內(nèi)澆道的搭接方式直澆道和橫澆道的搭接方式冒口和補貼的設(shè)計1.冒口因為砂箱的上箱部分沒有砂芯和鑄件，為了避免因上箱質(zhì)量過小而導(dǎo)致澆注過程中的跑火現(xiàn)象，所以上砂箱要留有一定的高度。由鑄件圖可知，鑄件的厚大部分在鑄件的上部，所以要在鑄件的上部加冒口以及補貼，因為鑄件的厚大部位是兩個圓臺，所以冒口的直徑可以根據(jù)圓臺的直徑確定。冒口的高度根據(jù)冒口直徑查《鑄工實用手冊》表3-102可知：H=(1.5～2.0)D其中：H—冒口高度D—冒口直徑，根據(jù)被補縮處直徑，得95mm。可得H=1.5D=142.5mm由于上箱沒有鑄件，為了增加上箱的重量，冒口的選擇使用暗冒口冒口補縮距離的校核冒口的補縮距離可以根據(jù)冒口的延續(xù)度來校核。由《鑄造工程師手冊》表3-10查得普通鑄鋼件的冒口延續(xù)度為38～40%。冒口延續(xù)度=冒口根部尺寸之和/同方向鑄件長度×100%實際冒口延續(xù)度=(π×40+80×2+2×50)×2/117×100%=65.9%因為65.9%>40%所以冒口的補縮距離足夠。1.2冒口補縮能力的校核由[3]表6-16冒口補縮能力的計算查得普通圓柱形暗冒口的補縮效率為12%～15%。冒口的補縮效率可以根據(jù)以下公式計算：V總=V冒+V型V型=（1+1.8%）3×V件V件=G/ρV冒=V圓臺+V圓柱V縮=V總×εη=V縮/V冒×100%=13.6%因為13.6%在12%～15%之間，所以補縮能力足夠。第四部分1模板的設(shè)計δ=14mmδ?=15mmδ?=10mmr=3mm模底板與砂箱的定位模底板與砂箱采用直接定位的方式定位，就是通過導(dǎo)向銷和定位銷定位，這樣既能達到定位的目的，又能保證砂箱不被卡死模底板上的銷耳尺寸上模板的裝配下模板的裝配芯盒的設(shè)計由于砂芯結(jié)構(gòu)簡單，固選用敞開整體式芯盒。填砂完成之后，可將芯盒翻轉(zhuǎn)180°掏出砂芯。砂芯的內(nèi)腔尺寸可以按照以下公式計算：A=(A?±A?)(1+ε?)其中A--芯盒內(nèi)腔尺寸（mm）；A?--產(chǎn)品零件尺寸（mm）；A?--鑄造工藝尺寸(mm)；ε?--合金的鑄造線收縮率。芯盒的壁厚根據(jù)《鑄造手冊》表4-30查得δ=12mm,加強肋斜度2°第五部分一、鑄件的清理1機械落砂除芯機的選用原則（1） 生產(chǎn)量及生產(chǎn)率（2） 鑄件的尺寸和質(zhì)量（3） 生產(chǎn)類型:鑄件類型;型砂種類（4） 落砂機的布置2落砂方法的確定一般鑄造中最常用的落砂方法有很多種，而本設(shè)計選用機械落砂的方法3澆冒口、飛邊和毛刺的去除很據(jù)《鑄造手冊》表5-23，此次對于澆冒口、飛邊毛刺的去除選用氧弧熔斷棒切割法。此方法適用于中小鑄鋼件，適合本鑄件。養(yǎng)護熔斷切割法是引進目前國外比較先進的一種技術(shù)。氧弧熔斷棒切割法的具體使用特點是這樣的：（1） 操作較為簡單、易學(xué)、方便、安全，很好的減輕了工人的工作條件和工作強度（2） 在操作過程中，沒有噪音、震動、弧光和污染（3） 不需要熱源，每根氧熔棒均可插接，沒有浪費，可以完全被利用（4） 對鑄件的清理干凈、徹底、快速、不傷鑄件本體4鑄件表面的清理很據(jù)《鑄造手冊》表5-31鑄件的表面清理方法可選用噴丸式來清理鑄件的表面。選用鑄件表面清理設(shè)備的原則如下：（1） 鑄件形狀、鑄件特點、鑄件尺寸、鑄件重量、鑄件批量、產(chǎn)量和車間機械化程度。（2） 從技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境安全方面考慮

本次選用噴丸處理，此方法是一種比較古老的技術(shù)，噴丸清理可以使被清理的工件表面能夠獲得所需要的清潔度，同時使工件表面獲得一定程度的粗糙度，提高涂層在基體表面上的附著力的兩種效果。全文總結(jié)二、鑄件的質(zhì)量檢驗1鑄件質(zhì)量檢驗概念鑄件的質(zhì)量檢驗是鑄件在生產(chǎn)過程中不能缺少的一部分，它的意義在于確保鑄件質(zhì)量能夠達到技術(shù)要求。鑄件的質(zhì)量可分為鑄件的外表面質(zhì)量和鑄件的內(nèi)表面的質(zhì)量，鑄件的外表面質(zhì)量包括其鑄件的尺寸公差，鑄件表面的粗糙度，鑄件的重量公差等等。內(nèi)表面質(zhì)量包括力學(xué)性能，金相組織內(nèi)部缺陷等。鑄件的質(zhì)量檢測結(jié)果可分為三類：合格品、返修品和廢品。廢品又可分為外廢和內(nèi)廢。而合格品按照鑄件分等指數(shù)C可具體化分為合格品鑄件、一等品鑄件、優(yōu)等品鑄件三個質(zhì)量等級。2.鑄件外觀檢測鑄件的外觀質(zhì)量檢測包含鑄件形狀、尺寸、表面粗糙度、質(zhì)量偏差、表面缺陷等。鑄件在生產(chǎn)過程和后面的冷卻、落砂、清理等中會發(fā)生一些變形，使其原有尺寸與實際尺寸存在偏差。鑄件尺寸檢測方式如下：（1） 檢測鑄件圖的所有尺寸（2） 檢測鑄件圖上一些可控制的尺寸（3） 對于需要機加工鑄件的劃線檢測（4） 在機加工過程中存在爭議的尺寸的檢測（5） 用專門的工、夾、量具檢測鑄件的所有尺寸3.表面粗糙度的評定鑄件的表面粗糙度是判斷毛坯鑄件表面質(zhì)量的關(guān)鍵。鑄造表面粗糙度用未經(jīng)機加工的毛坯件的鑄造外輪廓算數(shù)平均值偏差Ra進行分級。第六部分鑄件的熱處理1.淬火加熱溫度碳鋼的淬火加熱溫度可運用Fe-Fe3C相圖來選擇。2.淬火加熱時間為了讓鑄件每一個部分都進行組織轉(zhuǎn)變，必須在淬火加熱的時候保持溫度在特定的時間，常將鑄件保溫和提高溫度所需的時間加在一起，稱之為加熱時間。影響淬火加熱時間的因素有許多種，例如處理前的組織、鋼的成分、鑄件尺寸和形狀等。鋼在淬火過程中，如有操作上的不適合，會發(fā)生過熱、過燒或脫碳、表面氧化等缺陷。過熱是指工件在淬火加熱時，因為溫度過于熱或加熱時間過于長，從而使奧氏體晶粒變粗變大的現(xiàn)象。溫度過高不光使淬火后獲得的馬氏體組織變得粗大，并且容易使工件的強度和韌性減低，容易產(chǎn)生脆斷裂開，而且易于產(chǎn)生淬火裂紋。關(guān)于加工過熱的工件，進行一次細化晶粒退火或正火，接著再按工藝規(guī)程進行淬火，就能夠改正過熱組織。過燒是指工件在淬火加熱時，溫度太高，使奧氏體晶界產(chǎn)生氧化或呈現(xiàn)局部熔化的現(xiàn)象，過燒的鑄件是沒有辦法補救，只能作廢,因此在生產(chǎn)制作過程中一定要避免過燒的發(fā)生。3.理想淬火冷卻速度通過共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線我們可以得知，如果我們想要獲得馬氏體，淬火的冷卻速度就一定要大于淬火的臨界冷卻速度。但是在具體生產(chǎn)實踐中淬火鋼在全部冷卻過程中并不需要都進行快速冷卻。通過查閱相關(guān)資料我們得知最重要的一點是在過冷奧氏體非常不穩(wěn)定的C曲線鼻尖周圍，即在600～450℃的溫度范圍內(nèi)要迅速冷卻。而從淬火溫度到600℃之間以及450℃以下，尤其是350～250℃以下并不能快速冷卻。因為在淬火冷卻中鑄件的截面的內(nèi)外溫度差會引起熱應(yīng)力。此外在理論上因為鋼中的比容（單位質(zhì)量物質(zhì)的體積）不一樣，其中馬氏體的比容最大，奧氏體的比容最小，所以，馬氏體的轉(zhuǎn)變將使鑄件的體積逐漸變大，如果冷卻速度較大，鑄件截面上的內(nèi)外溫度差將變大，使馬氏體轉(zhuǎn)變不能同時進行從而造成相變應(yīng)力。冷卻速度越快，相變應(yīng)力和熱應(yīng)力會變得越來越大，鋼在馬氏體轉(zhuǎn)變過程中就更容易發(fā)生裂紋和變形。4.常用淬火介質(zhì)在實際生產(chǎn)中工件淬火冷卻時，如果要使它得到合理的淬火冷卻速率，必須要選取合適的淬火介質(zhì)。目前生產(chǎn)中常用到的冷卻介質(zhì)是油和水。當(dāng)冷卻介質(zhì)為25℃的自來水，工件溫度在250～350℃時，平均冷卻速度為400℃/s；工件溫度在350℃時，平均冷卻速度為770℃/s；工件溫度在550～650℃時，平均冷卻速度為130℃/s。固，水的冷卻特性不理想，在須要快冷的500～600℃溫度范疇內(nèi)，它的冷卻速率十分小，而在250～350℃需要慢冷時，它的冷卻速率卻十分大。水、淬火油、熔鹽，熔堿、有機聚合物淬火劑。本次的設(shè)計是根據(jù)ZG270-500的材料及其技術(shù)的要求，在已經(jīng)確定的生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件的基礎(chǔ)上，充分分析該鑄件的結(jié)構(gòu)特點及鑄件內(nèi)部外部的受力分布，考慮其鑄造在實際生產(chǎn)中的可行性，對以上三個鑄造工藝方案進行比較。根據(jù)鑄件的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)和受力分布，設(shè)計組決定采用分體砂芯，分體砂芯的形狀適應(yīng)造型制芯方法，便于下芯，操作方便。本件材質(zhì)為鑄鋼，從澆注系統(tǒng)上分析，要求其具有良好的阻渣性能，內(nèi)澆道易于清理，金屬液充型速度快、消耗少，不易吸氣，不易氧化等優(yōu)點，又因為本件為小型鑄件，需要快速澆注，故采用封閉式澆注系統(tǒng)。而且選用的搭接方式也具有很好的阻渣性能，可以進一步減少夾渣等缺陷的產(chǎn)生。在原砂的選擇時，考慮到舊砂的會用，生產(chǎn)工作中的條件，對環(huán)境的污染的因素最后決定選用樹脂砂造。設(shè)計砂芯的時候，要考慮到芯子的尺寸，芯盒的結(jié)構(gòu)