球鐵沖頭畢業(yè)設計畢業(yè)設計

1、<p>　　本科畢業(yè)論文（設計）</p><p>　　論文（設計）題目：球鐵沖頭畢業(yè)設計一</p><p>　　學 院： 機械工程學院 </p><p>　　專 業(yè)： 材料成型及控制工程 </p><p>　　班 級： 成型 092 </p><p>　

2、　學 號： </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　2013年 6月 2日</p><p>　　貴州大學本科畢業(yè)論文（設計）</p><p>

3、;<b>　　誠信責任書</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文（設計），是在導師的指導下獨立進行研究所完成。畢業(yè)論文（設計）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點等，均已明確注明出處。</p><p><b>　　特此聲明。</b></p><p>　　論文（設計）作者簽名：

4、 </p><p>　　日 期： </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　目錄I</b></p><p><b>　　摘 要IV</b></p><p><b>　　關鍵詞IV&

5、lt;/b></p><p><b>　　第一章 概述1</b></p><p>　　1.1設計的目的和意義1</p><p>　　1.2 題目簡述1</p><p>　　1.2.1.要解決的關鍵問題2</p><p>　　1.2.2.解決問題的思路2</p><

6、;p>　　第二章 零件的三維實體造型3</p><p>　　2.1零件的結(jié)構(gòu)分析3</p><p>　　2.2零件的三維實體造型3</p><p>　　第三章 鑄造工藝方案確定5</p><p><b>　　3.1鑄造方法5</b></p><p>　　3.2沖頭工藝流程5&l

7、t;/p><p>　　3.3鑄造用型砂、涂料及膠補劑6</p><p>　　3.3.1鑄造用型砂6</p><p>　　3.3.2鑄造涂料6</p><p><b>　　3.4鑄鐵熔煉9</b></p><p>　　3.4.1、熔煉設備9</p><p>　　3.4.

8、2、熔煉要求9</p><p>　　3.4.3、球化處理10</p><p>　　3.4.4、孕育處理10</p><p>　　3.4.5、爐前檢驗10</p><p>　　第四章 鑄造工藝設計11</p><p>　　4.1鑄件三維圖11</p><p>　　4.2澆注位置的選擇

9、12</p><p>　　4.2.1 澆注位置的選擇12</p><p>　　4.3主要的鑄造工藝參數(shù)14</p><p>　　4.3.1鑄件尺寸公差和重量公差14</p><p>　　4.3.2加工余量與鑄造圓角14</p><p>　　4.3.3 鑄造收縮率14</p><p>　

10、　4.3.4 最小鑄出孔14</p><p>　　4.3.5 起模斜度16</p><p>　　4.3.6 砂芯設計16</p><p>　　4.3.7 出氣孔16</p><p>　　4.4澆注系統(tǒng)設計16</p><p>　　4.4.1澆注系統(tǒng)類型的選擇16</p><p>　　

11、4.4.2澆注系統(tǒng)各部分的尺寸17</p><p>　　4.4.3澆口杯20</p><p>　　4.5冒口設計21</p><p>　　4.5.1冒口位置選擇21</p><p>　　4.5.2冒口尺寸的計算22</p><p>　　4.5.3澆冒系統(tǒng)三維圖23</p><p>　

12、　4.5.4鑄件的工藝出品率24</p><p>　　第五章 沖頭模型的制作25</p><p>　　5.1 聚苯乙烯泡沫塑料的制備25</p><p>　　5.2 粘結(jié)劑的選擇25</p><p>　　5.3模型的裝配和加工27</p><p>　　第六章 工裝設計28</p><p

13、>　　6.1砂箱設計28</p><p>　　6.2平板及其他28</p><p>　　6.2.1 平板28</p><p>　　6.2.2 其他工裝28</p><p>　　第七章 鑄件的落砂、清理及后處理29</p><p>　　7.1鑄件的落砂29</p><p>　　7

14、.2鑄件的清理29</p><p>　　7.3鑄件的后處理29</p><p>　　第八章 工藝模擬30</p><p>　　8.1軟件簡介30</p><p>　　8.2工藝模擬30</p><p><b>　　結(jié) 論34</b></p><p><b

15、>　　參考文獻35</b></p><p><b>　　致 謝36</b></p><p><b>　　附 錄37</b></p><p><b>　　球鐵沖頭畢業(yè)設計一</b></p><p><b>　　摘 要</b>&l

16、t;/p><p>　　本設計根據(jù)沖頭零件的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、主要輪廓尺寸及技術要求等綜合考慮，采用消失模鑄造工藝方案。</p><p>　　通過對沖頭零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性進行分析，合理確定其鑄造工藝方案、鑄造工藝參數(shù)，設計計算出相應的澆冒口系統(tǒng)，確定生產(chǎn)該鑄件所需工裝，繪制出相應的鑄造工程圖等，從而得到消失模鑄造生產(chǎn)沖頭鑄件的工藝方法和主要工藝檔。并對鑄件充型和凝固過程進行了計算機數(shù)值模擬，分析和討

17、論了其模擬結(jié)果。</p><p>　　關鍵詞：沖頭 消失模鑄造 工藝設計 </p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　1.1設計的目的和意義</p><p>　　1. 應用所學的成形理論及專業(yè)知識尤其是工藝設計方面，進行工程設計實踐，用理論知識解決實際生產(chǎn)中遇到的問題，提高實踐能力，深化對

18、專業(yè)知識的感悟，全面提高專業(yè)綜合素養(yǎng)。</p><p>　　2. 初步培養(yǎng)自己進行科學研究、分析和理論創(chuàng)新的能力。</p><p>　　3. 在老師的指引下，進一步了解和把握專業(yè)前沿。</p><p>　　4. 提高共同解決問題的能力，培養(yǎng)團隊精神和團隊意識。</p><p><b>　　1.2 題目簡述</b><

19、/p><p>　　零件名稱：沖頭；零件材質(zhì)：QT450-10，經(jīng)查資料知其力學性能和化學成分如表1.1和表1.2。</p><p>　　表1.1 QT450-10力學性能</p><p>　　表1.2 QT450-10化學成分（%）</p><p>　　由零件圖可見：零件為一形狀較為復雜的大型件，材質(zhì)為球鐵（QT450-10）</p&g

20、t;<p>　　，生產(chǎn)綱領（批量）為單件小批量生產(chǎn)，擬采用鑄造方法生產(chǎn)毛坯。</p><p>　　1.2.1.要解決的關鍵問題</p><p>　　1）零件的三維實體造型。</p><p>　　2）鑄造工藝分析及澆冒口系統(tǒng)的設計計算。</p><p>　　3）鑄件成形的鑄造模擬。</p><p>　　1.

21、2.2.解決問題的思路</p><p>　　1）看懂零件圖，掌握和正確使用三維實體造型軟件。</p><p>　　2）全面分析該件的鑄造工藝性，細心地進行鑄造工藝設計和計算。</p><p>　　3）掌握和正確使用鑄造模擬軟件。</p><p>　　第二章 零件的三維實體造型</p><p>　　2.1零件的結(jié)構(gòu)分析

22、</p><p>　　該沖頭零件輪廓尺寸為1085mm×750mm×520mm，主要壁厚為20～30mm,屬于中型薄壁件，外形是一個座體的形狀，主體由三塊長方體和兩塊肋板以及一塊大薄板外加兩側(cè)突起的兩個小長方體組成，內(nèi)部有多個空腔。零件多處表面均屬加工面，放了加工余量后，使得零件的整體壁厚都比較均勻，鑄造工藝性良好。</p><p>　　從零件圖可以看出該零件結(jié)構(gòu)較復雜

23、，擬采用單件小批量生產(chǎn)。</p><p>　　鑄造技術要求：鑄件應滿足幾何尺寸精度，材質(zhì)選用QT450-10，鑄件表面應光潔，去除毛刺和銳邊，且不允許有砂眼、氣孔、夾渣等明顯缺陷，無其他特殊要求。</p><p>　　2.2零件的三維實體造型</p><p>　　根據(jù)零件二維CAD圖的各項尺寸，利用UG三維造型模塊進行三維造型，得到圖2.1、2.2及2.3。

24、</p><p>　　圖2.1 零件立體圖1 圖2.2 零件立體圖2</p><p>　　圖2.3 零件立體圖3</p><p>　　第三章 鑄造工藝方案確定</p><p><b>　　3.1鑄造方法 </b></p><p>　　該鑄件屬于大型薄壁

25、復雜件，成批量生產(chǎn)不符合經(jīng)濟性原則，所以應該選擇單件小批量生產(chǎn)。</p><p>　　此沖頭鑄件鑄造方法擬采用消失模鑄造。消失模鑄造是采用聚苯乙烯發(fā)泡塑膠模樣代替普通模樣，造型完成后不取出模樣就澆注金屬液，在金屬液作用下塑膠模樣燃燒﹑氣化﹑消失，金屬液取代原來塑膠模樣所占據(jù)的空間位置，冷卻凝固后獲得所需鑄件的鑄造方法。</p><p>　　使用消失模鑄造的優(yōu)點：</p>&l

26、t;p>　　模型設計得自由度大，消失模工藝完全可以從第一階段就能在模型上增加一些附加功能。例如，原先分幾個零件裝配而成的結(jié)構(gòu)可以通過幾個塑膠泡沫膜片黏結(jié)后鑄造而成；</p><p>　　免除了傳統(tǒng)鑄件技術中使用的砂芯；</p><p>　　提高鑄件的精度，可獲得形狀結(jié)構(gòu)復雜的鑄件，可重復生產(chǎn)高精度鑄件，可使鑄件壁厚公差控制在±0.15mm之間；</p><

27、;p>　　在模型接合面不產(chǎn)生飛邊；</p><p>　　可以減少機加工余量；</p><p>　　消除了傳統(tǒng)的落砂和出芯工藝；</p><p>　　鑄造工藝靈活，降低生產(chǎn)成本等。</p><p>　　但是聚苯乙烯等塑膠泡沫在燃燒時產(chǎn)生的一氧化碳、二氧化碳和其他碳氫化合物氣體對也環(huán)境造成了一定的污染。</p><p&g

28、t;<b>　　3.2沖頭工藝流程</b></p><p>　　消失模鑄造的工藝流程：</p><p>　　3.3鑄造用型砂、涂料及膠補劑 </p><p>　　3.3.1鑄造用型砂 </p><p>　　鑄型采用呋喃樹脂自硬砂。呋喃樹脂砂是一種用呋喃樹脂作為粘結(jié)劑的鑄造用型砂。分為冷硬和熱硬兩種。用在消失模鑄造中只能

29、采用冷硬性的呋喃樹脂砂，因為熱硬的型砂余熱會損壞模型。</p><p>　　呋喃樹脂的原料是糠醛，是一種無色或淡黃色的液體，不溶于水，但能很好的溶于酒精和乙醚中。制得呋喃樹脂的方法是用懸浮的催化劑--氫，在180攝氏度和250個大氣壓下加工糠醛后得到糠醇，在強酸下糠醇迅速凝固。</p><p>　　此種型砂雖然缺點是壽命低，價格昂貴，但具有較高的流動性，很容易緊實，在干態(tài)下有很高的強度，發(fā)

30、氣量少，透氣性高，且落砂性好，工藝的尺寸公差比粘土砂可提高二級，表面粗糙度可降低1～2級，鑄件廢品率可減少一半，故采用樹脂砂作鑄型可綜合提高鑄件質(zhì)量。</p><p><b>　　3.3.2鑄造涂料</b></p><p>　　涂料是消失模鑄造中必不可少的原料，涂料的主要作用是提高模型的強度和剛度、防止破壞或變形；隔離金屬液和鑄型；排除模型氣化產(chǎn)物；保證鑄件表面質(zhì)量等

31、。</p><p>　　1、耐火粉料 消失模涂料中耐火粉料主要有鋯英粉、鋁礬土、棕剛玉粉、石英粉、滑石粉、莫來石粉、云母等，其粒徑級配應兼顧防止粘砂和高溫透氣性。粒形有利于提高透氣性，通常選擇一定數(shù)量的球狀顆粒，有利于模型氣化后氣體的溢出或模型不完全分解的液化物排除。查資料《鑄造工藝學》得各種用于的涂料耐火粉料及適用性如表3-1：</p><p>　　耐火涂料可以只是用一種涂料，但

32、也可以使用兩種或多種混合使用以達更好的效果。根據(jù)該鑄件是大型球鐵件，為防止高溫激熱作用而開裂，擬使用將石墨與鱗狀石墨按8:2（質(zhì)量比）混合使用的石墨涂料。</p><p>　　2、載體液體 載體液體的作用是使耐火粉料分散或懸浮在載體液體內(nèi)，使涂料保持一定的粘度和密度，便于噴涂、浸涂或刷涂到所需工作表面上。消失模載體擬采用水基，載體液體選用水，因為它無毒、價廉，易于調(diào)節(jié)流變性。</p><

33、p>　　3、懸浮劑 懸浮劑是稠化載體液體，促使涂料中耐火粉料在載體液體中保持懸浮，防止沉淀、分層和防止載體液體過分滲入所需涂覆材料而加入的物質(zhì)；也是保證涂料質(zhì)量均一，以及用最小的攪動就可應用的組份；它也支配涂料的流動性，使其具有適用不通涂覆工藝的適當觸變性。為了使涂料具有良好的流變性，本設計特采用水基涂料常用的膨潤土和高分子CMC摻合使用。常用的CMC是羧甲基纖維素鈉鹽，分子式為，為白色粉狀，無味無毒，易溶于水成為膠體溶液，

34、可對涂料起明顯的增稠作用，使粉料顆粒下沉速度減慢。CMC與膨潤土配合使用，可使膨潤土漿由原來接近塑性（賓漢）流體的流型，轉(zhuǎn)變成接近屈服—假塑性流體的流型，從而提高屈服點，改善涂料的懸浮性。</p><p>　　4、粘結(jié)劑 粘結(jié)劑是使涂料中的耐火涂料彼此粘結(jié)在一起，并使涂料能牢固粘附在所需涂覆材料的表面。選用適用于水基涂料的硅溶膠。</p><p><b>　　3.4鑄鐵熔煉

35、</b></p><p>　　3.4.1、熔煉設備</p><p>　　為保證獲得化學成分均勻、穩(wěn)定且穩(wěn)定較高的鐵液，國內(nèi)外專業(yè)生產(chǎn)廠家針對球鐵的熔煉普遍采?。?）中小熔煉量采用感應電爐熔煉；2）大熔煉量采用沖天爐-感應電爐雙聯(lián)熔煉工藝。</p><p>　　3.4.2、熔煉要求</p><p>　　優(yōu)質(zhì)的鐵液是獲得高質(zhì)量球墨鑄鐵

36、的關鍵，可以說目前我國球墨鑄鐵生產(chǎn)和國外工業(yè)先進國家的差距主要表現(xiàn)在鐵液的熔煉質(zhì)量方面。適用于球墨鑄鐵生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)鐵液應該是高溫，低硫、磷含量和低的雜質(zhì)含量。</p><p>　　由于球鐵的球化、孕育處理過程要加大量的處理劑，使得鐵液溫度降低50～100℃。因此球鐵出爐溫度比灰鐵高的多，至少在1450～1470℃。其次，由于處理劑里帶有大量的硅，則原鐵液有較低的硅量（小于1.2%～1.4%），所以，要選擇低硅生鐵。

37、</p><p>　　由于該鑄件的屬于大型件，且使用消失模鑄造，故其熔煉的鐵液出爐溫度要>1470℃。</p><p>　　3.4.3、球化處理 </p><p>　　鐵水出爐后，需立即球化處理。我國常用的稀土鎂硅鐵球化劑，其可用于含有干擾元素的爐料，生產(chǎn)各種鑄件，有良好的抗干擾脫硫、減少黑渣、縮松的作用。球鐵球化劑的加入效果條件是：高碳、低硅、大孕育量。&l

38、t;/p><p>　　采用鎂稀土球化劑,球化劑的化學成分：S<0.04%、7%<Mg<9%、Si<44%、4%<Re<7%。采用沖入法處理，處理包為澆包，鎂的吸收率可達40%～45%,處理時有閃光和濃煙，故需密流處理或者加蓋處理。一般球化反應時間不少于50s。采用兩次扒渣，扒凈球化處理后鐵液表面的浮渣。</p><p>　　3.4.4、孕育處理 </

39、p><p>　　為改善石墨形態(tài)和材質(zhì)的均勻性，孕育處理是十分重要的環(huán)節(jié)。不僅促進石墨化，防止自由滲碳體和白口出現(xiàn)，而且有助于球化，并使石墨變得更細小，更圓整，分布均勻，從而提高球墨鑄鐵的力學性能。采用鋇硅鐵孕育劑，其化學成分中 63%<Si<68%、0.8%<Ca<2.2%、1.0%<Al<2.0%、4%<Ba<6% 。采用爐前孕育的方法進行孕育處理，孕育劑的粒度根據(jù)鐵

40、液量多少，一般砸成5～25mm的小塊。</p><p>　　3.4.5、爐前檢驗 </p><p>　　爐前檢驗孕育、球化效果好壞，一般采用三角試樣。澆注三角試樣，冷至暗紅色，淬水冷卻，砸斷后觀察斷口。斷口銀白色，尖端白口，中心有疏松，兩側(cè)凹縮,同時砸斷時有電石氣味,敲擊聲和鋼相似,則球化良好,否則球化不良。 由于球鐵液容易出現(xiàn)球化衰退，因此，鐵液球化處理后要盡快澆注，一般在處

41、理后15min內(nèi)澆注完畢，不會有球化衰退問題。</p><p>　　所以，該球鐵件的澆注溫度應該在1380℃～1450℃。</p><p>　　第四章 鑄造工藝設計</p><p>　　4.1鑄件三維圖 </p><p>　　經(jīng)資料查取相關的參數(shù)后，對原三維零件圖尺寸做了相應的修改，主要是在加工表面放些加工尺寸，并把無需鑄出的孔不繪制出來，

42、后如圖4.1和圖4.2。</p><p>　　圖4.1 鑄件立體圖1</p><p>　　圖4.2 鑄件立體圖2</p><p>　　4.2澆注位置的選擇</p><p>　　4.2.1 澆注位置的選擇</p><p>　　由鑄件是大型鑄件壁件，則盡量保證其充型平穩(wěn)和同時凝固的凝固原則，根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀選擇如零

43、件的澆注位置如圖4.3和4.4。</p><p>　　圖4.3澆注位置示意圖</p><p>　　圖4.4 澆注系統(tǒng)位置俯視示意圖</p><p>　　4.3主要的鑄造工藝參數(shù)</p><p>　　4.3.1鑄件尺寸公差和重量公差</p><p>　　該鑄件為球鑄鐵件，根據(jù)此鑄件采用單件小批量生產(chǎn)，經(jīng)查鑄造工藝手冊得，

44、若是用自硬樹脂砂造型的鑄件的尺寸公差等級為13級；重量公差等級為12級，該鑄件的重量公差為10％。</p><p>　　4.3.2加工余量與鑄造圓角</p><p>　　根據(jù)各表面尺寸及精度的不同，結(jié)合鑄件收縮時的傾向，應選擇不同的加工余量，經(jīng)鑄造工藝手冊可得范圍在4～8mm之間，故該件取6mm的加工余量。</p><p>　　為了降低鑄造時的應力與熱裂傾向，鑄件各

45、拐角部分應設置鑄造圓角以便圓滑過渡。鑄造圓角在鑄造工藝圖上有具體表示，未標注鑄造圓角為R5mm。</p><p>　　4.3.3 鑄造收縮率</p><p>　　由于鑄件的固態(tài)收縮(線收縮)將使鑄件各部分尺寸小于模樣原來的尺寸，因此，為了使鑄件冷卻后的尺寸與鑄件圖示尺寸一致，則需要在模樣加上其收縮的尺寸，一般用鑄造收縮率表示。經(jīng)查可知該鑄件的線收縮率為0.9％，體收縮率為4.6%。<

46、/p><p>　　4.3.4 最小鑄出孔</p><p>　　該鑄件材質(zhì)球墨鑄鐵，按成批生產(chǎn)，經(jīng)查知最小鑄出孔的尺寸30～50mm，結(jié)合圖紙可知：后視圖上的2-M10﹑4-M10﹑2-M10﹑8FR﹑M6﹑Ф20﹑凸臺上的2-M10﹑2-Rc1/8不用鑄出。俯視圖上4-21DM20、2-M8、4-M16以及中心孔Ф32不用鑄出，中心孔Ф32不鑄出的原因是該鑄件是大型件，中心孔所受壓力大，熱量大

47、，易產(chǎn)生缺陷。</p><p><b>　　圖4.5 后視圖</b></p><p><b>　　圖4.6俯視圖</b></p><p>　　4.3.5 起模斜度</p><p>　　因為此鑄件采用消失模鑄造工藝，是直接將模型放入砂型中填砂造型，不需要拔模，所以不需設拔模斜度。</p>

48、<p>　　4.3.6 砂芯設計 </p><p>　　因為該鑄件采用消失模鑄造，故不需要設計砂芯。</p><p><b>　　4.3.7 出氣孔</b></p><p>　　澆注過程中，型腔內(nèi)的空氣受熱膨脹，型內(nèi)壓力迅速增加，有些空氣可從型砂的空隙逸出，但型砂的透氣性常不足以防止壓力的顯著增高。當澆注系統(tǒng)完全充滿時，壓力可以高

49、到使液態(tài)合金倒流，再周期性地返回，并降低澆注速度。壓力過大可能瞬時拾起上箱，引起“跑火”，甚至從直澆道中噴濺，造成事故。出氣不良還會造成氣孔、澆不足和冷隔等缺陷。該鑄件本身世大型件，加上五個明冒口可以出氣外，可適當在型砂頂面上舂些針眼，利于金屬液排氣。</p><p><b>　　4.4澆注系統(tǒng)設計</b></p><p>　　澆注系統(tǒng)是砂型鑄造中引導液態(tài)金屬進入型腔

50、的通道。成功的澆注工藝取決于金屬本身的性質(zhì)和澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。合理的澆注系統(tǒng)設計，應根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點、技術條件、合金種類，選擇澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型、確定引入位置、計算截面尺寸等。</p><p>　　澆注系統(tǒng)應遵循的原則如下：</p><p>　　引導金屬液平穩(wěn)、連續(xù)地充型，避免由于湍流過度強烈兒造成夾卷空氣、產(chǎn)生金屬氧化物夾渣和沖刷型芯。</p><p>　　充型過程

51、中流動的方向可以控制，保證鑄件輪廓清晰、完整。</p><p>　　在合適的時間內(nèi)充滿型腔，避免形成夾砂、冷隔、皺皮等缺陷。</p><p>　　調(diào)節(jié)鑄型內(nèi)的溫度分布，有利于強化鑄件補縮、減少鑄件鑄造應力、防止鑄件出現(xiàn)變形、裂紋等鑄造缺陷。</p><p>　　具有擋渣、溢渣能力，凈化金屬液。</p><p>　　該鑄件為球澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應當簡

52、單、可靠，減少金屬液消耗，便于清理。</p><p>　　4.4.1澆注系統(tǒng)類型的選擇</p><p>　　鐵大型鑄件，壁厚基本均勻，根據(jù)相關資料查得，消失模鑄造工藝多采用封閉式澆注系統(tǒng)，充型平穩(wěn)，又有利于排氣，則查資料得一般球鐵件采用封閉式澆注系統(tǒng)</p><p>　　S：S:S=1:（1.2-1.3）:（1.4-1.9）。取F：F:F=1:1.2:1.6<

53、/p><p>　　4.4.2澆注系統(tǒng)各部分的尺寸</p><p><b>　　查相關資料</b></p><p>　　以內(nèi)澆道為阻流，用Osann公式計算鑄件的內(nèi)澆道截面積</p><p><b>　　式中</b></p><p>　　m —— 一個鑄件質(zhì)量；</p>

54、<p>　　μ——內(nèi)澆道的流量系數(shù)；</p><p>　　τ——充填一個型腔的時間；</p><p>　　ρ——金屬液的密度；</p><p><b>　　——平均靜壓力頭.</b></p><p>　　根據(jù)零件尺寸及鑄造工藝參數(shù)，用UG畫出零件的鑄件圖，統(tǒng)計結(jié)果顯示，整個鑄件的體積為:</p>

55、<p><b>　　V=0.893，</b></p><p>　　而根據(jù)查相關資料得球鐵液</p><p><b>　　=7.3g/，</b></p><p><b>　　所以整個鑄件</b></p><p>　　m=V=0.893*7.3*10kg=651.89

56、kg；</p><p><b>　　根據(jù)資料查表取</b></p><p><b>　??；</b></p><p>　　根據(jù)相關資料可用經(jīng)驗公式</p><p>　　τ——充填一個型腔的時間；</p><p><b>　　n—— 系數(shù)，</b></

57、p><p>　　查表有n=0.33，A=(2.5-3.5)，取A=3， 所以有：</p><p><b>　　取；</b></p><p>　　查鑄造手冊5，根據(jù)該鑄件結(jié)構(gòu)尺寸有，</p><p><b>　　所以有</b></p><p><b>　　，</

58、b></p><p>　　而此鑄件采用消失模鑄造工藝，所以最小阻流截面積要比一般砂型鑄造工藝最小阻流接沒接大（15-20）%，取17%，所以</p><p><b>　　取。</b></p><p>　　根據(jù)澆注系統(tǒng)的形式及鑄件的形狀尺寸，該鑄件應有4個內(nèi)澆口，但因為內(nèi)澆口的澆注位置所對應的實際鑄件不均勻，查閱相關鑄造手冊按6.7:6.7

59、:7.5:7.5取，根據(jù)初選 F：F:F=1:1.2:1.6截面比，</p><p>　　S=S1.2=28.41.2=34.08,而根據(jù)鑄造手冊，取S=34。</p><p>　　內(nèi)澆道和橫澆道的尺寸見下表：</p><p>　　表4.1 內(nèi)澆道截面尺寸</p><p>　　表4.2 橫澆道截面尺寸</p><p>

60、　　S=S1.7=28.41.6=45.44，查閱資料應取，S=46.5，則直徑D=77mm。直澆道的高度，</p><p>　　H--阻流截面以上的金屬壓力頭；</p><p>　　H——澆口杯的高度；</p><p>　　—— 平均靜壓力頭；</p><p>　　P——阻流以上的型腔高度；</p><p>　　C—

61、—鑄件（型腔）總高度。</p><p>　　澆注系統(tǒng)各截面面積如圖3.13。</p><p>　　圖4.7澆注系統(tǒng)各澆道截面圖</p><p><b>　　4.4.3澆口杯</b></p><p>　　由于該鑄件是中型件，故采用池型澆口杯可以滿足其澆注要求，澆口杯尺寸由在鑄造手冊中查得，如表4-3：</p>

62、<p>　　表4.3 澆口杯尺寸</p><p>　　澆口杯外形尺寸見圖4.8所示。</p><p>　　圖4.8澆口杯結(jié)構(gòu)尺寸圖</p><p><b>　　4.5冒口設計</b></p><p>　　4.5.1冒口位置選擇</p><p>　　冒口是鑄型內(nèi)用以儲存金屬液的空腔，在鑄

63、件凝固過程中補給金屬，能有效防止縮孔、縮松、排氣和集渣的作用。通用明冒口可以有效地排氣、集渣，根據(jù)冒口應放在鑄件最上方和鑄件熱節(jié)處的原則，不同工藝方案的冒口的安放位置不同，如圖4.9所示。</p><p>　　圖4.9 冒口安放位置圖</p><p>　　4.5.2冒口尺寸的計算</p><p>　　根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀特征，查閱資料擬采用經(jīng)驗比例法進行冒口設計

64、，</p><p>　　因為1、2#冒口壁厚相同所以冒口尺寸相同，根據(jù)公式有：</p><p><b>　　(2) 3#冒口，</b></p><p>　　因為4、5#冒口壁厚相同所以冒口尺寸相同，則有：</p><p><b>　　冒口形狀如下圖：</b></p><p>

65、　　圖4.10 冒口形狀示意圖</p><p>　　4.5.3澆冒系統(tǒng)三維圖</p><p>　　根據(jù)前面各部分設計的工藝參數(shù)和形狀尺寸，用NX直接造出鑄件整體的澆冒</p><p><b>　　系統(tǒng)圖如下。 </b></p><p>　　圖4.11澆冒系統(tǒng)三維圖1</p><p>　　圖4.

66、12 澆冒系統(tǒng)三維圖2</p><p>　　4.5.4鑄件的工藝出品率</p><p>　　鑄件工藝出品率= ×100%</p><p>　　該鑄件從UG圖中可算得澆冒系統(tǒng)的質(zhì)量為215.02kg，</p><p>　　工藝出品率= =75.2%。</p><p>　　第五章 沖頭模型的制作</p&g

67、t;<p>　　消失模鑄造可用的模型材料有聚苯乙烯泡沫塑料、聚乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、尿烷泡沫塑料等泡沫材料。聚苯乙烯泡沫塑料由于來源充足、價格便宜、成型加工方便成為消失模鑄造首選的模型材料。符合本次設計的低成本、節(jié)能的要求。聚苯乙烯（PS）為苯乙烯單體聚合而成的典型線性無定形熱塑性塑膠，因無極性的大苯環(huán)存在，使其成為典型的非晶態(tài)高聚物，它是一種碳氫化合物，按重量來說含92%的碳，含8%的氫，其分子量用粘度法測定一般

68、在600000左右，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為蜂窩狀，有許多封閉的空泡，凈體積僅為致密固態(tài)聚苯乙烯的2%左右。密度小，且氣化溫度低，小于100攝氏度。并有其特有的性質(zhì)。</p><p>　　5.1 聚苯乙烯泡沫塑料的制備</p><p>　　聚苯乙烯泡沫塑料的生產(chǎn)工藝流程如下：</p><p>　　苯乙烯單體懸浮聚合聚苯乙烯珠粒篩選滲透發(fā)泡劑可發(fā)行聚苯乙烯珠粒預發(fā)泡熟化成型板材加

69、工成型。</p><p>　　自行制備大大增加了設計的成本，一般直接采購。</p><p>　　鑄造用泡沫塑料的比重一般控制在0.015-0.03g/之間最好，因此本次設計用的泡沫塑料比重為0.031g/。查表1機械物理性能【3】其抗壓強度為1.22kg/,抗彎強度為3.02kg/,沖擊強度為0.463kg/，沖擊彈性為28%。</p><p>　　5.2 粘結(jié)劑的

70、選擇</p><p>　　模型的主體用粘結(jié)劑連接，消失模鑄造時聚苯乙烯泡沫塑料在金屬液澆注時必須全部氣化而消失，所以不僅要求模型材料氣化迅速，不留殘渣，同樣也要求模型用的粘結(jié)劑氣化也要迅速、不留殘物。</p><p>　　粘結(jié)劑的選擇應符合下列要求：【3】</p><p>　　快干性能好，最好能在一個小時內(nèi)干燥，并具有一定的粘接強度；</p><

71、p>　　粘接強度好，應大于1kg/;</p><p>　　軟化和氣化點低，揮發(fā)容易，殘留物少；</p><p>　　干燥緊固后應呈柔軟薄層，而不是硬脆性的薄層，以免加工時易損傷刀具；</p><p>　　對聚苯乙烯泡沫塑料無腐蝕性，從這點考慮，最理想的粘結(jié)劑應該是聚苯乙烯本身做的膠水，或者醇溶性的粘結(jié)劑。</p><p>　　查閱相關粘

72、結(jié)劑的資料，可用做聚苯乙烯泡沫塑料粘結(jié)劑的有環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚醋酸乙烯酯等。還找到了幾種不損害聚苯乙烯泡沫塑料的可用粘結(jié)劑：</p><p><b>　　聚醋酸乙烯乳液</b></p><p>　　聚醋酸乙烯乳液室友乙炔與醋酸合成的醋酸乙烯酯，再經(jīng)乳化聚合而得的一種乳白色均勻的稠厚液體，是一種高分子乳化聚化合物。其大致特征為：外觀為乳白色稠厚液體；干燥剩余物為50

73、%左右。</p><p><b>　　“502”膠</b></p><p>　　“502”膠是以-氰基丙烯酸乙酯為主要成分的粘結(jié)劑，另外加入少量的增塑劑、增稠劑和穩(wěn)定劑以改善其性能。它不需要加入溶劑，不需要加熱和用較大的力，也不需要加入催化劑，而是利用空氣中存在的微量水分，于室溫下很短時間內(nèi)即產(chǎn)生聚合反應而固化，操作簡單。且粘結(jié)強度高。</p><

74、p><b>　　“717”膠</b></p><p>　　此膠是單液型室溫固化粘結(jié)劑，是由環(huán)氧化合物和異氰酸酯縮聚而成的高分子化合物。它具有很高的粘結(jié)強度，結(jié)膜柔軟，并有耐油、耐溫、耐磨、耐溶劑等特點。</p><p><b>　　CAC樹脂</b></p><p>　　CAC樹脂系二氰二胺加甲醛縮合而成的樹脂。這種

75、粘結(jié)劑干燥快，粘結(jié)強度高；但要隨用隨配，使用不方便，還不能存放。另外，粘結(jié)劑中要加石膏、水泥填料來固化，增加了燃燒后的殘留物，給澆注帶來不利。</p><p>　　綜上幾種粘結(jié)劑，“502”“717”膠由于價格太貴，不適合選用。而聚醋酸乙烯乳液粘結(jié)劑貨源廣，使用方便，在生產(chǎn)中被普遍使用。但其快干性不夠理想，而加入酒精做溶劑，使之成為醇溶性的聚醋酸乙烯懸浮液粘結(jié)劑很好的彌補了這一缺點。故選用的粘結(jié)劑為醇溶性的聚醋酸

76、乙烯懸浮液。</p><p>　　刷涂粘結(jié)劑時應薄而均勻，涂覆過多或厚薄不均勻都會影響鑄件的尺寸精度和質(zhì)量。粘結(jié)劑刷上后不立即合上各部件，而是在空氣中放置數(shù)分鐘（視粘結(jié)劑情況而定），當溶劑酒精揮發(fā)后，再合上讓其自然干燥，這樣可以明顯縮短粘合的干燥時間。</p><p>　　5.3模型的裝配和加工</p><p>　　鑄造中對于框型或兩壁垂直相交結(jié)構(gòu)，為避免易產(chǎn)生鑄造

77、應力而發(fā)生尖角處熱裂，習慣上在該處鑄成鑄造圓角或斜角。而消失模鑄造不起模，無法再修型中作出圓角，因此在此種結(jié)構(gòu)處放上三角嵌條，用粘結(jié)劑連接。</p><p>　　澆冒口系統(tǒng)也直接粘合在模型上。為防止舂砂不慎可能引發(fā)的澆冒口變形錯位，應插上圓釘緊固。</p><p>　　在加工平面時用類似木工用的手推刨加工，切割時選用電熱絲切割，直徑在0.5-1mm為宜，電壓控制在6-18伏。當然還有披刀、

78、薄鑿等手工刀具，但刀刃比一般的更鋒利。刀具材料均為工具鋼。</p><p><b>　　第六章 工裝設計</b></p><p><b>　　6.1砂箱設計</b></p><p>　　由于垂直分型工藝是屬于無箱造型，則只是水平分型工藝需要設計砂箱。砂箱的選擇首先應聯(lián)系工廠實際，根據(jù)現(xiàn)場的砂箱進行選擇匹配，如果工廠沒有能滿

79、足生產(chǎn)要求規(guī)格的砂箱，再進行設計制作。</p><p>　　根據(jù)該鑄件的工藝布置和吃砂量來設計其尺寸：</p><p>　　砂箱的長：1085+2a=1245mm</p><p>　　砂箱的寬：750+80+g=990mm</p><p>　　上砂箱的高：（592+100）2=346mm</p><p>　　下砂箱的高

80、：（592+100）2=346mm</p><p>　　由于是單件小批量生產(chǎn)，擬采用通用沙箱，查鑄造工藝手冊有，通用砂箱的規(guī)格尺寸見表5-1。</p><p><b>　　表6.1 砂箱尺寸</b></p><p><b>　　6.2平板及其他</b></p><p><b>　　6.2.

81、1 平板</b></p><p>　　平板也有稱底板是用于造型、合箱等工序的主要工藝裝備，鑄造車間一般都備有，直接使用即可。若沒有則需專門設計平板或采購。</p><p>　　6.2.2 其他工裝</p><p>　　其他工裝包括壓鐵、緊固螺栓、卡鐵、定位銷（栓）等，這些鑄造車間一般都備有，直接使用即可。若沒有則需專門設計或采購。</p>

82、<p>　　若生產(chǎn)過程中還需專用工裝，則需進行設計或采購。</p><p>　　第七章 鑄件的落砂、清理及后處理</p><p>　　7.1鑄件的落砂 </p><p>　　因為此鑄件屬于大型鑄件，且生產(chǎn)批量為單件小批量，所以宜采用手工落砂比較經(jīng)濟。</p><p><b>　　7.2鑄件的清理</b><

83、;/p><p>　　鑄件的清理通常要分兩步清理。</p><p>　　第一步是澆冒口、飛翅和毛刺的去除。對于大型的球鐵件，澆冒口用手錘或根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)選定方向錘擊清除，大型澆冒口可用鋼或鏟子在澆冒口根部鋸槽或鏟槽后再將冒口敲掉。嚴禁用電焊機割口或割除。 </p><p>　　第二步是表面清理。 鑄件表面清理按要求采用手工清理，清除毛刺飛邊時，不得朝有人方向敲打，以防傷人

84、。使用砂輪機時，必須嚴格按操作規(guī)程進行。清理后的鑄件表面應符合鑄件驗收標準。</p><p><b>　　7.3鑄件的后處理</b></p><p>　　若生產(chǎn)的鑄件有不良品，可以在不影響其性能的情況下而且必須是得到產(chǎn)品設計部門的許可，對鑄件進行一些挽救處理措施，使該鑄件的性能達到指標。主要方法是焊補、金屬噴涂、鑄件浸滲等。然后，進行檢驗。</p>&l

85、t;p>　　鑄件檢驗合格后，還需要消除內(nèi)應力時效處理，再刷防銹劑，涂裝完畢，方可入庫。</p><p><b>　　第八章 工藝模擬</b></p><p><b>　　8.1軟件簡介</b></p><p>　　AnyCasting是韓國AnyCasting公司自主研發(fā)的新一代基于Windows操作平臺的高級鑄造模

86、擬軟件系統(tǒng)。是專門針對各種鑄造工藝過程開發(fā)的仿真系統(tǒng)，可以進行鑄造的充型、熱傳導、凝固過程和應力場的模擬分析。 經(jīng)過多年發(fā)展積累了豐富的鑄造工程經(jīng)驗，并不斷地將實際的工藝經(jīng)驗在軟件功能中得以實現(xiàn)，使得 AnyCasting日益成為當今世界上技術最先進，包含豐富實際工程經(jīng)驗的鑄造模擬分析軟件系統(tǒng)。AnyCasting包含了前處理程序（AnyPRE）、后處理器（AnyPOST）、求解器，（anySOLVER）、數(shù)據(jù)庫管理程序（any

87、DBASE）四大模塊。可以對充型過程分析、凝固過程分析、微觀組織分析、應力分析、氧化/夾渣分析。應用于高壓鑄造、低壓鑄造、真空壓鑄、擠壓鑄造、金屬型鑄造、重力傾轉(zhuǎn)鑄造、重力砂型鑄造等。</p><p><b>　　8.2工藝模擬</b></p><p>　　將澆注所需三維實體以STL格式導出，需注意的是鑄件、冒口、澆道一定要分別導出，否則會導致模擬結(jié)果是錯誤的。<

88、;/p><p>　　第一步：打開AnyPRE，然后對鑄件、冒口、澆道各部分的進行參數(shù)設置，保存后運行求解。</p><p>　　第二步;運行求解后會自動調(diào)出anySOLVER，計算機會根據(jù)所設參數(shù)運行。</p><p>　　第三步：待運行完畢后，打開AnyPOST查看模擬結(jié)果。</p><p>　　7.2.1工藝模擬結(jié)果</p>&

89、lt;p><b>　　圖8.1 充型時間</b></p><p>　　由上圖可以看出，該鑄型在39.9s時充滿，查閱相關資料，基本符合大型球墨鑄鐵件澆注的澆筑時間，和理論計算出的澆注時間較為接近，而且鑄件沒有澆不足的情況，金屬液能順利地充滿型腔，最后才對冒口充型，因此，金屬液的渣子會集中在冒口里，符合生產(chǎn)實際，滿足生產(chǎn)要求。</p><p><b>　

90、　圖8.2 凝固時間</b></p><p>　　模擬結(jié)果可以看出該方案的鑄件在凝固過程中，形狀較為復雜的主體中及熱節(jié)處最后凝固，不符合凝固原則。解決辦法是在形狀較為復雜的主體處設置冷鐵。</p><p>　　圖8.3 冒口切面圖</p><p>　　對冒口進行切面可知，冒口頸首先凝固，使冒口頸以下的液面在石墨化膨脹過程中達到自補縮作用，冒口起到了很好的

91、作用。</p><p>　　圖8.4 鑄件概率缺陷圖</p><p>　　從圖中可以看出鑄件絕大部分的外表面都是沒有缺陷，而且有可能出現(xiàn)缺陷的主要外表面非該鑄件的承受載荷面，不會影響其性能。</p><p>　　圖8.5 鑄件概率缺陷冒口切面圖</p><p>　　鑄件內(nèi)部無任何缺陷，證明冒口設置合理.</p><p>

92、;<b>　　結(jié) 論 </b></p><p>　　1.從模擬結(jié)果可以了解到，本次設計所采取的工藝方案的鑄件凝固順序鑄件存在缺陷率小，即廢品率低，且樹脂砂造型的鑄件表面精度高。</p><p>　　2.此工藝方案的鑄件冒口起到了很好的補縮作用，鑄件絕大部分的外表面都是沒有缺陷，而且有可能出現(xiàn)缺陷的主要外表面非該鑄件的承受載荷面，不會影響其性能，使得鑄件的內(nèi)部質(zhì)量良

93、好，且其澆注時間合理，更符合生產(chǎn)實際。</p><p>　　3.樹脂砂在可使用時間內(nèi)流動性好，能在較小緊實力作用下充型，明顯減輕工人的勞動強度，且鑄件落砂、清理容易。</p><p>　　4.若無客觀生產(chǎn)要求，就選擇消失模鑄造，采用樹脂砂，填砂造型的工藝方案，可以有效的保證鑄件的質(zhì)量。</p><p><b>　　參考文獻</b></p&

94、gt;<p>　　[1]施延藻，王玉瑋. 鑄造實用手冊[M].-沈陽：東北大學出版社，1994.</p><p>　　[2]中國機械工程學會鑄造分會編. 鑄造手冊●第5卷，鑄造工藝[M]-2版.-北京：機械工業(yè)出版社，2003.1</p><p>　　[3]王文清，李魁盛. 鑄造工藝學[M]. -北京：機械工業(yè)出版社，2002.10</p><p>　

95、　[4]中國機械工程學會鑄造分會編. 鑄造手冊●第4卷，造型材料[M].-北京：機械工業(yè)出版社，1999.8</p><p>　　[5]陸文華、李隆盛等. 鑄造合金及熔煉[M]. -北京：機械工業(yè)出版社，2002.8</p><p>　　[6]申榮華. 鑄造工藝設計指導書[Z].-貴陽：自編，2010.3</p><p>　　[7]陳宗民、姜學波、類成玲編. 特種鑄

96、造與先進鑄造技術[M].-北京：化學工業(yè)出版社，2008.1</p><p>　　[8]周建新、廖敦明等編著. 鑄造CAD/CAE[M].-北京：化學工業(yè)出版社，2009.8</p><p>　　[9]蔡 群主編. 現(xiàn)代工程制圖學[上冊][M].-貴陽：南京大學出版社，2008.4</p><p>　　[10]蔡 群主編. 現(xiàn)代工程制圖學[下冊][M].-貴陽：南京

97、大學出版社，2008.4</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　首先， 我要感謝我的導師申榮華教授，他嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣，給了起到了指明燈的作用；他們循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪，讓我很快就感受到了設計的快樂并融入其中。其次我要感謝同組同學對我的幫助和指點，沒有他們的幫助和提供資料，沒有他們

98、的鼓勵和加油，這次畢業(yè)設計就不會如此的順利進行。</p><p>　　此次畢業(yè)設計歷時三個月，是我大學學習中遇到過的時段最長、涉及內(nèi)容最廣、工作量最大的一次設計。用老師的一句話概括就是這次畢業(yè)設計相當如是把以前的小課程設計綜合在一起的過程，只要把握住每個小課設的精華、環(huán)環(huán)緊扣、增強邏輯，那么這次的任務也就不難了。我此次的任務是做球鐵沖頭鑄造工藝設計。雖說老師說的話讓此次的畢業(yè)設計看起來不是那么的可怕，但是當我真的

99、開始著手時，還的確是困難重重。</p><p>　　從課題的選擇到項目的最終完成，老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持，他們真正起到了“傳道授業(yè)解惑疑”的作用，讓人油然而生的敬佩。除此之外，我們組和老師還有另外兩個交流途徑：打電話和上網(wǎng)。多少個日日夜夜，老師不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，除了敬佩老師們的專業(yè)水平外，他們的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積

100、極影響我今后的學習和工作。在此謹向申榮華老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。</p><p>　　在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意! 最后我還要感謝機械工程學院和我的母校貴州大學四年來對我的栽培。</p><p><b>　　附 錄</b></p>