余圣圣復(fù)合工藝設(shè)計(jì)課件

1、成都理工大學(xué)學(xué)生撰文專用紙 工藝課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)(論文)設(shè)計(jì)（論文）題目HT250支座鑄造及熱處理復(fù)合工藝設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱 材料與化學(xué)化工學(xué)院 專業(yè)名稱 材料科學(xué)與工程 學(xué)生姓名 余圣圣 學(xué)生學(xué)號 201302040515 任課教師 管登高老師、周世杰老師 設(shè)計(jì)（論文）成績 教務(wù)處 制2016年 6 月 26 日 第 40 頁目錄前言5HT250支座鑄造及熱處理復(fù)合工藝設(shè)計(jì)任務(wù)書61 HT250支座工藝分析71.1 支座零件圖71.2 工藝分析72 鑄造工藝方案的確定82.1 鑄造方法的選擇82.2 造型、造芯方法的選擇92.3 凝固原則、澆注位置的確定92.4 分型面的選擇112.4.1分型

2、方案122.4.2比較分析各方案的優(yōu)缺點(diǎn)122.4.3確定最佳分型面133 鑄造工藝參數(shù)的確定133.1 鑄件尺寸公差133.2 機(jī)械加工余量133.3 最小鑄出孔和槽143.4 起模斜度143.5 鑄造收縮率144 砂芯設(shè)計(jì)154.1 芯頭的設(shè)計(jì)154.2 砂箱中鑄件數(shù)量的確定154.3 砂芯數(shù)量的確定155 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)165.1 澆注系統(tǒng)類型的選擇165.3決定直澆道的位置和高度175.4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算185.4.1 鑄件重量185.4.2 金屬液總質(zhì)量 G195.4.3 澆注時(shí)間t的確定195.4.4 流量因數(shù) u195.4.5 平均靜壓頭 Hp205.4.6 鑄鐵件在澆注系統(tǒng)

3、最小截面積205.4.7確定澆口比205.4.8計(jì)算內(nèi)澆道截面積215.4.9計(jì)算橫澆道截面積215.4.10計(jì)算直澆道截面積225.4.11 澆口杯的設(shè)計(jì)235.4.12 工藝出品率校核236 冒口的設(shè)計(jì)246.1 鑄鐵件無冒口工藝設(shè)計(jì)的條件246.2 冒口的計(jì)算方法246.3 冒口及尺寸確定247 排氣的設(shè)計(jì)247.1 砂型的排氣247.2 砂芯的排氣258 鑄造工藝圖和鑄件圖的繪制259 鑄造質(zhì)量控制269.1 鑄造缺陷分析及防止措施269.2 鑄件質(zhì)量檢查2710 鑄造工藝卡的擬定2811 鑄鐵件熱處理種類2911.1 常見熱處理2911.2 本次設(shè)計(jì)的熱處理方式3211.3 鑄鐵件時(shí)

4、效處理工藝曲線3311.4 熱處理后的組織及其性能3312 熱處理后的檢驗(yàn)工作3412.1 質(zhì)量檢驗(yàn)3412.2 化學(xué)成分檢驗(yàn)3513 誤差分析及預(yù)防措施3613.1 淬火、回火缺陷分析及防止補(bǔ)救措施3614 總結(jié)3815參考文獻(xiàn)39 前言本設(shè)計(jì)是對支座零件進(jìn)行鑄造毛坯工藝設(shè)計(jì)。根據(jù)零件的使用條件、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生產(chǎn)批量，結(jié)合工廠現(xiàn)有設(shè)備等進(jìn)行鑄造工藝分析，確定了鑄造方法、造型及造芯方法、 凝固原則及澆注位置、 分型面、 砂箱中鑄件數(shù)量、 砂芯數(shù)量等，完成了砂芯、澆注系統(tǒng)、相關(guān)工裝設(shè)備等設(shè)計(jì)，并進(jìn)行鑄件質(zhì)量控制分析及制定了檢驗(yàn)要求。鑄造機(jī)械一般按造型方法來分類，習(xí)慣上分為普通砂型鑄造和特種鑄造。普

5、通砂型鑄造包括濕砂型、干砂型、化學(xué)硬化砂型鑄造三類。特種鑄造按造型材料的不同，又可分為兩大類：一類以天然礦產(chǎn)砂石作為主要造型材料，如熔模鑄造、殼型鑄造、負(fù)壓鑄造、泥型鑄造、實(shí)型鑄造、陶瓷型鑄造等；一類以金屬作為主要鑄型材料，如金屬型鑄造、離心鑄造、連續(xù)鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造等。HT250支座鑄造及熱處理復(fù)合工藝設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 院材料與化學(xué)化工學(xué)院專 業(yè)材料科學(xué)與工程學(xué) 生 姓 名余圣圣班 級 學(xué) 號201302040515課程設(shè)計(jì)題目HT250支座鑄造及熱處理復(fù)合工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)：1. 鑄件結(jié)構(gòu)的分析與選材2. 鑄造工藝方案擬定3. 鑄造工藝參數(shù)的確定4. 澆注系統(tǒng)的設(shè)置5. CAD 出圖繪制

6、零件圖 1 張、鑄造工藝圖 1 張及鑄件圖 1 張的繪制6. 鑄造工藝卡的擬定7. 工藝設(shè)計(jì)中特殊問題的論證 8.進(jìn)行 HT150 支撐臺的加工路線中有關(guān)熱處理工序和熱處理輔助工序的設(shè)計(jì)9.根據(jù)性能要求，選定能滿足該性能要求的熱處理方法，制定工藝參數(shù) 10.畫出熱處理工藝曲線圖設(shè)計(jì)進(jìn)度安排：1. 6月20號-23號：對給定題目進(jìn)行認(rèn)真分析，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，做好原始記錄。2. 6月24號-25號：撰寫課程設(shè)計(jì)說明書，并進(jìn)行檢查、修改、完善設(shè)計(jì)說明書。3. 6月26號：進(jìn)一步作出修改，調(diào)整，并打印裝訂上交。HT250支座鑄造及熱處理復(fù)合工藝設(shè)計(jì)1 HT250支座工藝分析1.1 支座零件圖圖1 H

7、T250支座零件圖 1.2 工藝分析支座用以支承容器或設(shè)備的重量，并使其固定于一定位置的支承部件。還要承受操作時(shí)的振動與地震載荷。如室外的塔器還要承受風(fēng)載荷。支座的零件圖如圖1所示，支座的三維圖如圖2所示，此機(jī)架鑄件以中心軸為對稱軸有一個(gè)尺寸為50mm的空心圓柱，長為200mm。兩邊有兩個(gè)凸臺，每個(gè)凸臺中都有一個(gè)尺寸為15的空心圓柱，此兩空心圓柱線間的距離為145mm。凸臺高30mm，表面粗糙度為12.5.支架為120mm，下底面表面粗糙度為12.5，上頂面表面粗糙度為6.3，支架大圓為80mm。由于該件材質(zhì)為 HT250，收縮較小同時(shí)加上灰鐵鑄件的石墨化膨脹，形成縮松和縮孔的傾向較小，故不在

8、設(shè)計(jì)冒口進(jìn)行補(bǔ)縮。由于該件材質(zhì)為HT250，收縮較小同時(shí)加上灰鐵鑄件的石墨化膨脹，形成縮松和縮孔的傾向較小，故不在設(shè)計(jì)冒口進(jìn)行補(bǔ)縮， 材料 HT250能滿足零件的使用要求和適于砂型鑄造。2 鑄造工藝方案的確定2.1 鑄造方法的選擇 鑄型按其型體構(gòu)成材料，可分為砂型、金屬型、熔模型、壓力型、陶瓷型和快速成型 RP 技術(shù)等，各種鑄型均可獲得各種所需形狀及輪廓尺寸的鑄件。砂型按型體材料特點(diǎn)不同，又可分為干型、濕型、自硬型、水泥砂型、液態(tài)砂型等，通常情況下，中小型鑄件應(yīng)盡可能選用濕型，其成本低、生產(chǎn)率高，易于機(jī)械自動化。圖2砂型鑄造生產(chǎn)工序流程支座零件具有內(nèi)腔、小空、圓角、凸臺、以及錐角，形狀復(fù)雜，其

9、表面無特殊要求。零件的最大輪廓尺寸為200mm，零件較復(fù)雜，應(yīng)選砂型鑄造成型，采用單件小批量生產(chǎn)。中小型鑄件盡量選擇濕型，因此鑄件的鑄型種類為濕砂圖2 砂型鑄造生產(chǎn)工序流程型鑄造。模樣芯盒爐料準(zhǔn)備金屬熔煉合型澆注鑄件檢驗(yàn)落砂清理型砂配置芯砂配置造芯砂芯干燥型砂干燥造型鑄件熱處理鑄件2.2 造型、造芯方法的選擇 鑄件的最大截面在端部并分一個(gè)平面，可分為上下砂箱的接觸面，且模樣全部放在一個(gè)砂箱中造型。支座并不是回轉(zhuǎn)體，其中最大截面在端部并分一個(gè)平面，因此鑄造采用手工整模造型。2.3 凝固原則、澆注位置的確定凝固原則： 鑄件材質(zhì)為 HT250， 收縮較小， 為了有利于成型和獲得優(yōu)質(zhì)鑄件，采用同時(shí)凝固

10、。澆注位置：澆注位置的確定對鑄件質(zhì)量和鑄造工藝均有很大的影響，通常需根據(jù)鑄件技術(shù)要求，先找出鑄件上質(zhì)量要求高的部分（如加工面、受力面）和易產(chǎn)生缺陷的部分（如厚壁處、大平面、薄壁處） ，在考慮澆注位置，使其既符合鑄件凝固方式、保證鑄型填充，又置于有利位置而保證鑄件質(zhì)量，同時(shí)還要注意以下原則：1） 重要表面向下原則 鑄件重要加工面或者主要工作面應(yīng)放在鑄型的下面。若做不到，可將該表面置于鑄型的側(cè)面或傾斜放置進(jìn)行澆注。若鑄件有多個(gè)面均要求向下時(shí)，應(yīng)將較大的面朝下放，并對朝上的面采用加大加工余量等措施以保證質(zhì)量。2）大而薄表面向下原則 鑄件上大面積平直表面或薄壁部分，在澆注時(shí)應(yīng)放在鑄件的下部， 并盡量使

11、薄壁垂直或傾斜澆注， 以免出現(xiàn)澆不足、 冷隔等缺陷。 3）厚大斷面處向上原則 對于大型鑄鋼閥體、鑄鋼雙排齒輪、起重機(jī)卷筒等鑄件，由于其壁厚不均勻且鑄鋼體收縮率較大，因而在確定澆注位置時(shí)，應(yīng)從順序凝固原則出發(fā)，而將厚大部分放到上面或者側(cè)面，以便于放置冒口和冷鐵，從而造成自下而上的順序凝固條件，以利于補(bǔ)縮而防止縮孔或縮松。4）型芯設(shè)置穩(wěn)定原則 在確定澆注位置時(shí)，應(yīng)盡量減少鑄件型芯數(shù)量，以便于造芯、下芯與芯盒的制作；同時(shí)還應(yīng)有利于型芯定位、穩(wěn)固、排氣和檢驗(yàn)方便。對于本次設(shè)計(jì)中，由于支座在工作中承受載荷，起支撐作用，下面受力較大，應(yīng)寬大。按照重要平面向下方的原則，為避免出現(xiàn)澆注不足、隔冷等缺陷，應(yīng)將支

12、撐臺水平澆注，可使兩端加工面處于側(cè)立的位置，以便保證鑄件質(zhì)量和精度，并利于型芯穩(wěn)固、排氣、落砂和檢驗(yàn)。2.4 分型面的選擇分型面是指上、下砂型的接觸面或鑄造模樣的分合面，分型面的選擇應(yīng)在保證鑄件的質(zhì)量前提下，盡量簡化工藝過程，尤其是質(zhì)量要求不高的支架類和外形復(fù)雜的小批鑄件，可優(yōu)先選擇分型面，同時(shí)應(yīng)遵循以下原則：1）分型面在最大截面處的原則分型面一般應(yīng)選在鑄件的最大截面處，以保證從鑄型中取出模樣，而不易損壞鑄型，但應(yīng)注意盡可能消除垂直于分型面方向上的飛邊、毛刺及錯箱。2） 分型面少而平直原則 為簡化造型工藝， 提高鑄件尺寸精度和生產(chǎn)效率，應(yīng)盡量減少分型面和活塊數(shù)目，并盡量做到只有一個(gè)分型面。3）

13、鑄件全部放下型原則 在制作工藝方案時(shí)，應(yīng)使鑄件的重要加工面、大部分加工面或者加工基準(zhǔn)面均放在同一砂箱內(nèi)， 而且還應(yīng)盡可能地放在下砂箱內(nèi)，以利于型芯的安放和檢驗(yàn)，并保證鑄件的尺寸精度，減少鑄件的飛邊、毛刺或錯箱等缺陷。4） 利于內(nèi)澆口引入原則 分型面的選擇應(yīng)盡可能考慮到內(nèi)澆口的引入位置，使合箱后與澆注位置一致，并使模樣在一個(gè)砂箱內(nèi)不致于過高，以避免合箱后翻轉(zhuǎn)損壞砂型型腔。2.4.1分型方案圖3 分型方案圖1）以支架的底面為分型面2）以凸臺為分型面3）以110mm的對稱中心線為分型面4）以直徑為50mm孔的軸線為分型面2.4.2比較分析各方案的優(yōu)缺點(diǎn)第一種：遵守分型面少而平的原則及其分型面數(shù)量不僅

14、少而且還平，鑄件全部放在下型，不僅便于型芯安和檢驗(yàn)，而且可以使上型高度變低而便于合箱和檢驗(yàn)壁厚，還有利于起模及翻箱操作。頂面粗糙度要求為6.3的面可以向下方，以保證表面的粗糙度。凸臺厚端面向上放置，可以實(shí)現(xiàn)順序凝固，分型面為地面時(shí)便于起模。第二種：不利于起模及翻箱操作，大面應(yīng)該向下方向，易于保證質(zhì)量。第三種：分模兩箱容易產(chǎn)生錯箱，從而影響鑄件精度第四種：若采用以50孔的軸線為分型面，則容易產(chǎn)生錯箱，從而影響鑄件精度，頂面?zhèn)确趴梢员ＷC其粗糙度的要求。選凸臺時(shí)候用活快才便于起模，薄壁處易出現(xiàn)澆注不足、冷隔等缺陷且不利于補(bǔ)縮。2.4.3確定最佳分型面通過以上分析，得出第一種方案更合理。3 鑄造工藝參

15、數(shù)的確定3.1 鑄件尺寸公差查表2-141，小批量生產(chǎn)的砂型鑄的灰鑄鐵尺寸公差等級為CT15CT13，與MA配套關(guān)系為（CT15CT13）/H，選取CT14/H。單側(cè)加工余量為8.0mm，雙側(cè)加工時(shí)每側(cè)加工余量為6.0mm。3.2 機(jī)械加工余量機(jī)械加工余量指的是鑄件凡需加工表面，在擬定方案時(shí)所要加大的尺寸量，其大小取決于逐漸的種類、尺寸大小、生產(chǎn)批量、加工表面質(zhì)量要求以及所澆注的位置等因素。根據(jù)表 2-15 中大于“160250mm 雙側(cè)切削加工” ，支座鑄件兩側(cè)面加工余量為 7.5mm3.3 最小鑄出孔和槽一般來說，較大的孔、槽等應(yīng)該鑄出來，以便節(jié)約金屬和加工工時(shí)，同時(shí)還可以避免鑄件局部過厚

16、所造成熱節(jié)，提高鑄件質(zhì)量。較小的孔、槽或則鑄件壁很厚則不易鑄出孔，直接依靠加工反而方便。根據(jù)零件生產(chǎn)批量由金屬成形工藝設(shè)計(jì)查表 2-22 得：最小鑄出孔直徑尺寸為 1530mm，因此零件上的 8 個(gè)孔無需鑄出，機(jī)械加工較為經(jīng)濟(jì)方便。3.4 起模斜度根據(jù)零件尺寸有表2-181查出起模斜度為13.5 鑄造收縮率鑄造收縮率又稱鑄件線收縮率， 用模樣與鑄件的長度差除以模樣長度的百分比表示： K=（L1-L2）/L1100 其中，K鑄造收縮率 L1模樣長度 L2鑄件長度零件受阻收縮率由金屬成形工藝設(shè)計(jì)查表 2-13 得：中小型鑄鐵件的自由收縮率 0.81.0，阻礙收縮率 0.91.14 砂芯設(shè)計(jì)4.1

17、芯頭的設(shè)計(jì)砂芯主要靠芯頭固定在砂型上。對于垂直芯頭為了保證其軸線垂直、牢固地固定在砂型上，必須有足夠的芯頭尺寸。表 1 垂直型芯頭的高度和芯頭與芯座的配合間隙（JB/T5106-91）(mm)L砂型類別D 或254063ShSh100160濕型0.22025100濕型0.325304.2 砂箱中鑄件數(shù)量的確定由于該件小批量生產(chǎn)，機(jī)器濕砂造型，為了便于操作和保證質(zhì)量，每箱放置一件鑄件。4.3 砂芯數(shù)量的確定根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)和已選定的分型面，使用一個(gè)芯子。5 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)是指砂型中引導(dǎo)金屬液流入行腔的通道，一般由澆口杯、直澆杯、橫通道等組成。澆口杯承接金屬液，并進(jìn)入橫澆道，再分配給內(nèi)澆道流入型

18、腔，因此各澆道形狀及截面均影響鑄件質(zhì)量。5.1 澆注系統(tǒng)類型的選擇澆注系統(tǒng)分為封閉式澆注系統(tǒng)，開放式澆注系統(tǒng)，半封閉式澆注系統(tǒng)和封閉-開放式澆注系統(tǒng)。因?yàn)榉忾]式澆注系統(tǒng)控流截面積在內(nèi)澆道，澆注開始后，金屬液容易充滿澆注系統(tǒng)，呈有壓流動狀態(tài)。擋渣能力強(qiáng)，但充型速度快，沖刷力大，易產(chǎn)生噴濺，金屬液易氧化。適用于濕型鑄件小件。而支座就是采用濕型的鑄件小件，所以選擇封閉式澆注系統(tǒng)。圖3 HT250支座的中間注入式澆注系統(tǒng) 5.2確定內(nèi)澆道在鑄件上的位置、數(shù)目、金屬引入方向支座結(jié)構(gòu)較為簡單且是小型件，鑄造時(shí)采取一箱四件，故每個(gè)鑄件上只用一個(gè)內(nèi)澆道。為了方便造型，內(nèi)澆道開設(shè)在分型面上。因?yàn)殍T件采用底座朝上

19、且鑄件全部位于下箱的方式進(jìn)行鑄造，這樣鑄件凝固順序?yàn)橛上轮辽夏蹋@樣有利于支座的重要部分先凝固并得到補(bǔ)縮，如此內(nèi)澆道則設(shè)置在底部側(cè)面引入金屬液，如圖4所示。圖4 內(nèi)澆道位置示意圖 5.3決定直澆道的位置和高度實(shí)踐證明，直澆道過低使充型及液態(tài)補(bǔ)縮壓力不足，容易出現(xiàn)鑄件棱角和輪廓不清晰、澆不到上表面縮凹等缺陷。初步設(shè)計(jì)直澆道高度等于上砂箱高度200mm。但應(yīng)檢驗(yàn)該高度是否足夠。 檢驗(yàn)依據(jù)為，剩余壓力頭應(yīng)滿足壓力角的要求，如下式所列：式中 HM最小剩余壓力頭 L直澆道中心到鑄件最高且最遠(yuǎn)點(diǎn)的水平投影距離a壓力角 由鑄造工藝學(xué)查表3-4-11得：為910 取10 因?yàn)殍T件全部位于下箱，所以剩余壓力頭

20、HM等于上箱高度200mm 經(jīng)過驗(yàn)證剩余壓力頭滿足壓力角的要求。5.4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算因該件屬于形狀簡單的小型鑄件，所以采用經(jīng)驗(yàn)法，以此計(jì)算出該澆注系統(tǒng)澆注時(shí)間、內(nèi)澆道截面積、澆注系統(tǒng)各組元斷面尺寸，并校核最小壓力頭。5.4.1 鑄件重量按照鑄件的基本尺寸（包括加工余量在內(nèi)）計(jì)算出鑄件的體積和鑄件的質(zhì)量，其計(jì)算公式為：式中 m鑄件質(zhì)量（g）金屬材料的密度，對一般鑄件可取 =7.2 V鑄件的體積（）根據(jù)鑄件圖計(jì)算單個(gè)鑄件的體積:對于不太復(fù)雜的鑄件可以根據(jù)以上公式計(jì)算。=7.2892.83=6.43kgS=（11030+200110+20030）2-3.147.57.54-3.1425252

21、+（3.1415+3.1450）30+110902+30902+11030=9265.4.2 金屬液總質(zhì)量 G 根據(jù)鑄件質(zhì)量和生產(chǎn)類型選擇鑄件澆注系統(tǒng)占的質(zhì)量百分比為 20%， 金屬液總質(zhì)量G=m（1+20%）=6.431.2=7.72kg5.4.3 澆注時(shí)間t的確定 確定 10t 以下各類鑄件的澆注時(shí)間，常用公式如下： t澆注時(shí)間，單位為s G包括冒口在內(nèi)的鑄件總質(zhì)量單位為kg 鑄件壁厚，單位為mm S1系數(shù)，普通灰鑄鐵一般取 2.05.4.4 流量因數(shù) u 根據(jù)鑄型種類和阻力大小流量因數(shù) u 取 0.55.4.5 平均靜壓頭 Hp 平均靜壓頭計(jì)算公式：Hp：平均計(jì)算靜壓頭Ho：阻流截面以上

22、的金屬壓力頭C：鑄件（型腔）總高度P：阻流以上的型腔高度5.4.6 鑄鐵件在澆注系統(tǒng)最小截面積奧贊公式法： 該方法利用力學(xué)公式先求出澆注系統(tǒng)的最小橫截面積，再根據(jù)不同工藝條件下的澆注系統(tǒng)各組元截面比例，確定其它的橫截面積。 鑄鐵件澆注系統(tǒng)最小橫截面積計(jì)算公式：所以 5.4.7確定澆口比 澆口比由鑄造實(shí)用手冊查表1.4-58得： S直：S橫：S內(nèi)=1.4：1.2：15.4.8計(jì)算內(nèi)澆道截面積內(nèi)澆道是控制充型速度和方向，分配金屬液，調(diào)節(jié)鑄件各部位的溫度和凝固順序，澆注系統(tǒng)的金屬液通過內(nèi)澆道對鑄件有一定補(bǔ)縮作用。由于設(shè)計(jì)內(nèi)澆口有四個(gè)，因此S內(nèi)=6.53/80.82cm，內(nèi)澆道形狀取梯形斷面形狀如圖5

23、所示： 圖5 內(nèi)澆道截面示意圖 梯形斷面大小由鑄造實(shí)用手冊查表1.4-75得： a=7mm b=5mm c=7mm5.4.9計(jì)算橫澆道截面積橫澆道的功用是向內(nèi)澆道分配潔凈的金屬液，儲留最初澆入的含氣和渣污的低溫金屬液并阻留渣滓，使金屬液流平穩(wěn)和減少產(chǎn)生氧化夾雜物。 由于設(shè)計(jì)橫澆口有兩個(gè)，因此S橫=6.53*1.2/2=3.92cm 橫澆道形狀取梯形斷面形狀如圖6所示：圖6 橫澆道截面示意圖 梯形斷面大小由鑄造實(shí)用手冊查表1.4-75得： A=15mm B=10mm C=16mm5.4.10計(jì)算直澆道截面積直澆道的功用是從澆口杯引導(dǎo)金屬液向下，進(jìn)入橫澆道、內(nèi)澆道或直接進(jìn)入型腔。并提供足夠的壓力頭

24、，使金屬液在重力作用下能克服各種流動阻力充型。由于設(shè)計(jì)直澆口有一個(gè)，因此S直=6.53*1.4=9.14cm 直澆道形狀取圓形截面形狀如圖7所示： 圖7 直澆道截面示意圖 圓形斷面大小由鑄造實(shí)用手冊查表1.4-75得：D=25mm 5.4.11 澆口杯的設(shè)計(jì)澆口杯是用來接納來自澆包的金屬液流的， 因?yàn)殍T件是典型的支座類鑄鐵件，為保證有足夠的壓力頭、方便澆注和操作，由于該件較小壓力頭足夠，所以不單獨(dú)放置澆口杯， 在手工造型過程中手工在上型的直澆道上端挖出簡易的普通漏斗形澆口杯。5.4.12 工藝出品率校核生產(chǎn)工藝確定后，應(yīng)用經(jīng)過大量生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)出來的“鑄件工藝出品率”即成品率來校核衡量。工藝出品

25、率太低時(shí)，說明所設(shè)計(jì)的工藝不合理，應(yīng)對工藝進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化； 在鑄件合格的前提下， 應(yīng)盡量提高工藝出品率。由3中表3-149查得，灰鐵件單件小批生產(chǎn)的工藝出品率為 6575%。工藝出品率=鑄件質(zhì)量 /（ 鑄件質(zhì)量+冒口質(zhì)量+澆注系統(tǒng)質(zhì)量）100%6 冒口的設(shè)計(jì)6.1 鑄鐵件無冒口工藝設(shè)計(jì)的條件鑄件的冷卻模數(shù) M，要求鑄件的 ，鑄件太薄（如M1） ， 初始膨脹已消耗壓力， 鐵水反饋到澆注系統(tǒng)中去， 形成無效膨脹力釋放。6.2 冒口的計(jì)算方法冒口的計(jì)算方法常用的有模數(shù)法、比例法和補(bǔ)縮液量法。6.3 冒口及尺寸確定 冒口是鑄型內(nèi)用于儲存金屬液的空腔，在鑄件形成時(shí)補(bǔ)給金屬，有防止縮孔、縮松、排氣、集渣的

26、作用。一般小型、壁厚均勻的鑄件可不設(shè)置冒口。7 排氣的設(shè)計(jì)鑄件澆注過程中，在型腔中的會產(chǎn)生氣體，如果不能及時(shí)排出，會產(chǎn)生氣孔鑄造缺陷，所以應(yīng)合理設(shè)計(jì)排氣系統(tǒng)。7.1 砂型的排氣為加強(qiáng)鑄型的排氣，上箱造完型后，在其表面用4-5 的氣眼針再扎若干暗氣眼，氣眼距鑄型型腔的距離為10-20mm。7.2 砂芯的排氣砂芯為水平砂芯，從上箱芯頭處扎出 2-3 個(gè)4-5 明氣眼，使氣體由下向上排出。為增加透氣性，砂箱開設(shè)了出氣孔。8 鑄造工藝圖和鑄件圖的繪制 圖8 HT250支座鑄造工藝圖 圖9 HT250支座鑄件圖 9 鑄造質(zhì)量控制 9.1 鑄造缺陷分析及防止措施 本鑄件常見的鑄件缺陷分析及防止措施： 1)

27、 氣孔 由于采用濕型砂，發(fā)氣量較大，為簡化操作提高工藝出品率，未設(shè)置出氣冒口，也可能因澆注工藝不同，而出現(xiàn)氣孔。 防止措施：嚴(yán)格控制型砂含水量、澆注溫度。濕型砂發(fā)氣量較大，可能出現(xiàn)氣孔，為此，要嚴(yán)格控制型砂水分，砂型要適當(dāng)?shù)亩嘣鷼饪?，提高鑄型排除氣體能力。 2) 粘砂 濕型造型，鑄件表面金屬氧化，氧化物與造型材料作用生成低熔點(diǎn)化合物或澆注時(shí)金屬液滲入到砂粒間隙。 防止措施：保證有足夠透氣性的前提下，盡可能選用粒度細(xì)的原砂，提高砂型的緊實(shí)度。 3) 錯型 由于是機(jī)器造型，由于精度不夠或工藝裝備不合適容易造成錯型 防止措施 加強(qiáng)操作者專業(yè)技能和責(zé)任心培訓(xùn)和教育，在工作過程中嚴(yán)格執(zhí)行工藝。 9.2

28、鑄件質(zhì)量檢查 經(jīng)落砂、清理后的鑄件應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。鑄件質(zhì)量包括外觀質(zhì)量、內(nèi)在質(zhì)量和使用質(zhì)量。鑄件均須進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查，重要鑄件則須進(jìn)行內(nèi)在質(zhì)量和使用質(zhì)量的檢查。 本鑄件檢查內(nèi)容如下： 1) 理化檢驗(yàn)：按熔煉爐次核對化學(xué)成分和機(jī)械性能。 2) 外觀檢查：鑄件表面殘砂必須清除，冒口和澆口按規(guī)定打磨。 3) 尺寸檢查：對鑄件進(jìn)行劃線。 10 鑄造工藝卡的擬定 表2 HT250支座鑄造工藝卡 鑄件名稱材料牌號生產(chǎn)類型毛坯質(zhì)量支座HT250小批量6.43kg造型造型方法濕砂型鑄造兩箱整模造型砂箱內(nèi)部尺寸規(guī)則長寬高緊固方法上箱200110120壓鐵緊固600kg下箱200110120澆冒口尺寸mm澆道數(shù)量

29、長寬高截面積橫澆道2個(gè)151016392內(nèi)澆道4個(gè)7578211 鑄鐵件熱處理種類 11.1 常見熱處理 1 退火 1) 去應(yīng)力退火 為了消除鑄件的殘余應(yīng)力，穩(wěn)定其幾何尺寸，減少或消除切削加工后產(chǎn)生的畸變，需要對鑄件進(jìn)行去應(yīng)力退火。 去應(yīng)力退火溫度的確定，必須考慮鑄鐵的化學(xué)成分。普通灰鑄鐵當(dāng)溫度起過550時(shí)，即可能發(fā)生部分滲碳體的石墨化和粒化，使強(qiáng)度和硬度降低。當(dāng)含有合金元素時(shí)，滲碳體開始分解的溫度可提高到650左右。 通常，普通灰鑄鐵去應(yīng)力退火溫度以550為宜，低合金灰鑄鐵為600，高合金灰鑄鐵是可提高到650，加熱速度一般選用60120/h.保溫時(shí)間決定于加熱溫度、鑄件的大小和結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度

30、以及對消除應(yīng)力程度的要求。 鑄件去應(yīng)力退火的冷卻速度必須緩慢，以免產(chǎn)生二次殘余內(nèi)應(yīng)力，冷卻速度一般控制在2040/h，冷卻到200150以下，可出爐空冷。 2) 石墨化退火 灰鑄鐵件進(jìn)行石墨化退火是為了降低硬度，改善加工性能，提高鑄鐵的塑性和韌性。 若鑄件中不存在共晶滲碳體或其數(shù)量不多時(shí)，可進(jìn)行低溫石墨化退火；當(dāng)鑄件中共晶滲碳體數(shù)量較多時(shí)，須進(jìn)行高溫石墨化退火。 低溫石墨化退火，鑄鐵低溫退火時(shí)會出現(xiàn)共析滲碳體石墨化與?；?，從而使鑄件硬度降低，塑性增加。灰鑄鐵低溫石墨化退火工藝是將鑄件加熱到稍低于Ac1下限溫度，保溫一段時(shí)間使共析滲碳體分解，然后隨爐冷卻。 高溫石墨化退火，高溫石墨化退火工藝是將

31、鑄件加熱至高于Ac1上限以上的溫度，使鑄鐵中的自由滲碳體分解為奧氏體和石墨，保溫一段時(shí)間后根據(jù)所要求的基體組織按不同的方式進(jìn)行冷卻。 2 正火 灰鑄鐵正火的目的是提高鑄件的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，或作為表面淬火的預(yù)備熱處理，改善基體組織。一般的正火是將鑄件加熱到Ac上限+3050，使原始組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，保溫一段時(shí)間后出爐空冷。形狀復(fù)雜的或較重要的鑄件正火處理后需再進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力的退火。如鑄鐵原始組織中存在過量的自由滲碳體，則必須先加熱到Ac1上限+50100的溫度，先進(jìn)行高溫石墨化以消除自由滲碳體在正火溫度范圍內(nèi)，溫度愈高，硬度也愈高。因此，要求正火后的鑄鐵具有較高硬度和耐磨性時(shí)，可選擇加熱溫度

32、的上限。 正火后冷卻速度影響鐵素體的析出量，從而對硬度產(chǎn)生影響。冷速愈大，析出的鐵素體數(shù)量愈少，硬度愈高。因此可采用控制冷卻速度的方法）（空冷、風(fēng)冷、霧冷），達(dá)到調(diào)整鑄鐵硬度的目的。 3 淬火與回火 1) 淬火 鑄鐵淬火工藝是將鑄件加熱到Ac1上限+3050的溫度，一般取850900，使組織轉(zhuǎn)變成奧氏體，并在此溫度下保溫，以增加碳在奧氏體中的溶解度，然后進(jìn)行淬火，通常采用油淬。 對于形狀復(fù)雜或大型鑄件應(yīng)緩慢加熱，必要時(shí)可在500650預(yù)熱，以避免不均勻加熱而造成開裂。 隨奧氏體化溫度升高，淬火后的硬度越高，但過高的奧氏體化溫度，不但增加鑄鐵變形和開裂的危險(xiǎn)，并產(chǎn)生較多的殘留奧氏體，使硬度下降。

33、 灰鑄鐵的淬透性與石墨大小、形狀、分布、化學(xué)成分以及奧氏體晶粒度有關(guān)。 石墨使鑄鐵的導(dǎo)熱性降低，從而使它的淬透性下降，石墨越粗大，越多，這種影響越大。 2) 回火 為了避免石墨化，回火溫度一般應(yīng)低于550，回火保溫時(shí)間按t=鑄件厚度（mm）/25+1（h）計(jì)算。 3) 等溫淬火 為了減小淬火變形，提高鑄件綜合力學(xué)性能，凸輪、齒輪、缸套等零件常采用等溫淬火。等溫淬火的加熱溫度和保溫時(shí)間與常規(guī)淬火工藝相同。 11.2 本次設(shè)計(jì)的熱處理方式 灰鑄鐵鑄件一般不需進(jìn)行熱處理，通常對灰口鑄鐵進(jìn)行熱處理的目的是為了減少鑄件中的內(nèi)應(yīng)力；消除薄壁鑄件或鑄件薄斷面部分的白口組織；提高鑄件工作表面的硬度和耐磨性等。

34、常用的熱處理方法有時(shí)效處理、降低硬度的退火、正火和表面淬火。 對于此灰鐵鑄件采用時(shí)效處理。其目的是消除鑄件冷卻凝固過程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，以防止鑄件在后續(xù)工序中，由于內(nèi)應(yīng)力而引起變形和裂紋。 自然時(shí)效是將鑄件在機(jī)械加工前放置六至十八個(gè)月左右，讓其內(nèi)應(yīng)力自行消除。此法的缺點(diǎn)是時(shí)間長、效果差，故目前很少應(yīng)用。 人工時(shí)效又稱低溫退火。它是將清砂后的鑄件送入100-200的爐中，隨爐升溫至500-600。保溫較長時(shí)間后（一般為410小時(shí)），再以20-30/小時(shí)的冷卻速度緩慢冷至200以下出爐空冷，從而消除其內(nèi)應(yīng)力。 11.3 鑄鐵件時(shí)效處理工藝曲線 圖10 時(shí)效熱處理工藝圖 11.4 熱處理后的組織及其

35、性能 經(jīng)過時(shí)效強(qiáng)化后得到的組織為P+G。珠光體的數(shù)量越多，則抗拉強(qiáng)度和硬度越高。石墨的強(qiáng)度、塑性、韌性極低，在鑄鐵中相當(dāng)于裂縫和孔洞，破壞了基體金屬的連續(xù)性，同時(shí)很容易造成應(yīng)力集中。因此，灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性及韌性都明顯低于碳鋼。石墨片的數(shù)量越多、尺寸越大、分布越不均勻，對基體的割裂作用越嚴(yán)重。但是石墨片很細(xì)，尤其相互連接時(shí)，也會使承載面積顯著下降。因此，石墨片長度應(yīng)以0.030.25mm為宜。石墨的存在，使灰鑄鐵的鑄造性能、減摩性、減振性和切削加工性都高于碳鋼，缺口敏感性也較低?；诣T鐵的硬度和抗壓強(qiáng)度主要取決于基體組織，而與石墨的存在基本無關(guān)。因此，灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度約為抗拉強(qiáng)度34倍。 灰

36、鑄鐵的熱處理常用于消除鑄件的內(nèi)應(yīng)力和穩(wěn)定尺寸，消除鑄件的白口組織、改善切削加工性，提高鑄件表面的硬度及耐磨性。12 熱處理后的檢驗(yàn)工作 12.1 質(zhì)量檢驗(yàn) 1 外觀檢驗(yàn) 零件熱處理后，需要對零件的外觀質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，外觀質(zhì)量檢驗(yàn)的內(nèi)容有：遺留缺陷、表面損傷、表面氧化等。外觀檢驗(yàn)主要以目測為主。 2 硬度檢驗(yàn) 由于硬度是金屬盒合金力學(xué)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，因此，常做為零件設(shè)計(jì)中選材及確定工藝過程的非常重要的依據(jù)，同時(shí)也是鑒定熱處理工藝質(zhì)量的重要手段。包括布氏硬度檢驗(yàn)、洛氏硬度檢驗(yàn)、維氏硬度檢驗(yàn)。 洛氏硬度是以規(guī)定鋼球或錐角為120金剛石壓頭先施加預(yù)載荷P1，在施加不同的主載荷P，使壓頭垂直壓入試樣表

37、面，然后出去P1，在保持P的情況下測出由P1產(chǎn)生的殘余壓入深度，并以測定的壓入深度作為洛氏硬度值。 3 變形檢測及開裂檢測 1) 變形檢測 零件經(jīng)熱處理后，由于內(nèi)應(yīng)力的作用，不可避免地將產(chǎn)生不同程度的變形，因此，各種零件在不同熱處理工序上都應(yīng)給出不同的允許變形量，經(jīng)檢驗(yàn)后判斷是否合格。避免不合格流入下道工序，將不合格的零件設(shè)法校正過來。 2) 開裂檢驗(yàn) 目測法：用肉眼或低倍（10-15）放大鏡觀察浸蝕后的截面。 4 金相檢驗(yàn) 金相檢驗(yàn)是指對滲層、淬火層、心部等的金相組織等級要求的檢驗(yàn)。如淬火馬氏體等級、晶粒度等級、殘余奧氏體數(shù)量、游離鐵素體等。金相檢驗(yàn)是熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)、質(zhì)量分析不可缺少的重要手

38、段。 12.2 化學(xué)成分檢驗(yàn) 1) 火花檢驗(yàn) 操作規(guī)程及檢驗(yàn)方法： （1）火花檢驗(yàn)的工作場地應(yīng)明暗適中，不能太亮，也不能太暗。白天應(yīng)在室內(nèi)光線不太明亮處，夜晚應(yīng)在稍暗的燈光下操作。 （2）操作時(shí)注意手感，壓力要適中，注意手感力要與觀察火花結(jié)合起來。 （3）觀察火花特征，并與標(biāo)樣進(jìn)行校核，鑒別鋼中的含碳量及常見合金元素。 2) 光譜分析 光譜分析法速度快，靈敏度高。生產(chǎn)現(xiàn)場使用手提式小型光譜分析儀。 13 誤差分析及預(yù)防措施 13.1 淬火、回火缺陷分析及防止補(bǔ)救措施 1 氧化和脫碳 鋼件加熱時(shí)，由于介質(zhì)的氧、水和CO2等與鋼件表層的鐵和碳發(fā)生反應(yīng)就會發(fā)生氧化和脫碳。鋼件所形成的氧化皮會造成鋼件

39、淬火軟點(diǎn)、有效尺寸減小，嚴(yán)重時(shí)有可能會造成零件報(bào)廢，脫碳嚴(yán)重時(shí)，易造成淬火裂紋。此外，還可造成淬火件硬度不足，耐磨性和抗疲勞性能下降。 為防止零件氧化和脫碳，可用鹽浴爐、控制氣氛爐加熱，或采用防氧化脫碳措施加以預(yù)防。 2 過熱和過燒 鋼件進(jìn)行奧氏體化加熱時(shí)，如果加熱溫度過高或加熱時(shí)間過長，便會引起奧氏體晶粒長大變粗，生成的馬氏體也粗化，這就是過熱。過熱的零件很容易產(chǎn)生淬火裂紋，因?yàn)樵谏傻鸟R氏體中存在大量的微裂紋，這種馬氏體裂紋也會發(fā)展成淬火裂紋。如果加熱溫度更高，使鋼的奧氏體晶粒進(jìn)一步粗化并產(chǎn)生晶界氧化或晶界熔化，這就是過燒。產(chǎn)生過燒的零件，其性能急劇降低。 產(chǎn)生過熱缺陷的零件，可先進(jìn)行一次

40、細(xì)化組織的正火或退火，然后再按正常工藝規(guī)范重新淬火。而產(chǎn)生過燒的零件因無法挽救只能報(bào)廢。 3 淬火變形 淬火變形是指零件在加熱和冷卻過程中出現(xiàn)的尺寸變化（如伸長、縮短、變粗或變細(xì)等與原來零件呈相似形的變化）和形狀變化（如翹曲、彎曲、扭曲等與原來零件呈非相似形的變化）。 為防止變形應(yīng)采取如下措施： 對于容易變形的零件，如細(xì)長軸、薄狀零件等，應(yīng)在淬火前預(yù)先進(jìn)行去應(yīng)力退火。 為減小質(zhì)量效應(yīng)和形狀效應(yīng)，加熱時(shí)應(yīng)緩慢而均勻，或在奧氏體化加熱前進(jìn)行預(yù)熱。 為防止零件自重變形，裝爐時(shí)應(yīng)注意支撐、懸掛或裝吊方式。支撐跨度以不超過零件直徑的3倍為宜。裝吊具時(shí)應(yīng)先校正吊具，零件裝吊后要有適當(dāng)?shù)幕顒佑嗟?，切忌用外力做?qiáng)制性裝卡。 冷卻時(shí)要有正確選擇淬火冷卻方式，根