鑄鋼上冠鑄件工藝設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬仿真

1、SHANDONG畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)鑄鋼上冠鑄件工藝設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬仿真學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 學(xué)生姓名： 趙聰超 學(xué) 號(hào)： 0812106447 指導(dǎo)教師： 盛文斌 2012 年 6 月摘 要鑄造低碳馬氏體不銹鋼是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的鋼種。該鋼具有良好的淬透性、優(yōu)良的室溫和低溫力學(xué)性能、腐蝕疲勞強(qiáng)度和動(dòng)靜態(tài)斷裂韌性,良好的鑄、鍛、焊和機(jī)加工等工藝性能及優(yōu)良的服役性能(如抗空蝕、抗磨損、低溫性能。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于水電、火電、核電等電力工業(yè)領(lǐng)域。本文主要是對(duì)材質(zhì)為ZG06Cr13Ni4Mo(馬氏體鑄造不銹鋼)的上冠鑄件進(jìn)行工藝工裝設(shè)計(jì)，應(yīng)用UG軟件畫(huà)出三維造型，最后應(yīng)用

2、AnyCasting軟件進(jìn)行工藝模擬，針對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析，修改工藝，得出最合理的工藝設(shè)計(jì)方案。上冠鑄件，要求具有高強(qiáng)度，良好的抗磨耐蝕性，不允許有砂眼、縮松。造型采用呋喃樹(shù)脂砂，熔煉采用堿性電弧爐返回法，為保證鑄件質(zhì)量，澆注系統(tǒng)為頂注式，直澆道采用圓柱狀，并在澆口杯處安放過(guò)濾網(wǎng)，在有熱結(jié)處安放冷鐵。這樣可以大大提高鑄件出品率，提高了鑄件的質(zhì)量。關(guān)鍵詞：鑄造，鑄造合金，變質(zhì)處理，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，工藝工裝設(shè)計(jì)AbstractCasting low-carbon martensitic stainless steel developed in the 1960s. The steel has goo

3、d hardenability, good room temperature and low temperature mechanical properties, corrosion fatigue strength and static and dynamic fracture toughness, good casting, forging, welding and machining process performance and excellent service performance (such as anti-cavitation abrasion resistance, low

4、 temperature performance). It has been widely used in the field of hydropower, thermal power, nuclear power industry.In this paper, we designed the technology and equipment of the Shang guan castings that the material for ZG06Cr13Ni4Mo (martensitic cast stainless steel). I used UG software to draw t

5、hree-dimensional shape, then used AnyCasting software to process simulation, analysised the simulation results, modifyed the process, arrived at the most reasonable process design finally.Shang guan castings required that the high strength, good wear and corrosion resistance, and not allowed to have

6、 trachoma, shrinkage. We used the furan resin sand to Modeling, the alkaline electric arc furnace return method to Melting. To ensure the quality of castings, gating system using the top note, sprue using a cylindrical, and placing the filter at the gate Cup, the cold iron in the hot junction. In th

7、e method ,we can improve casting yield,and the quality of the castings greatly.Key words: casting, casting alloy, Modification, gating system design, technology and equipment design 目 錄摘 要IABSTRACTII目 錄III第一章 引言11.1 低碳合金不銹鋼鑄造技術(shù)分析11.1.1 鉻鎳鉬系合金性能11.2 計(jì)算機(jī)在鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用21.2.1 UG軟件介紹21.2.2 UG的主要應(yīng)用領(lǐng)域分布31.2.3 UG

8、在我國(guó)研究應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)31.3 Anycasting軟件4第二章 上冠鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì)62.1 上冠鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性分析62.1.1 上冠鑄件的主要技術(shù)要求62.1.2 上冠鑄件的結(jié)構(gòu)分析62.2 分型面位置的確定72.3 砂芯的設(shè)計(jì)及安放82.4 上冠鑄件的工藝參數(shù)92.5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)102.5.1澆注系統(tǒng)的確定102.5.2 直澆道的設(shè)計(jì)112.6 冷鐵與冒口的設(shè)計(jì)122.7 出氣孔的設(shè)置14第三章 鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)163.1 模樣材質(zhì)的選擇163.2 砂箱的設(shè)計(jì)163.3 模底板的設(shè)計(jì)193.4 模樣在模底板上的裝配21第四章 鑄鋼的熔煉224.1 材料的配比224.2 鑄鋼的精

9、煉234.3 鑄鋼金屬液的熱處理244.4 出爐溫度和澆注溫度的確定24第五章 鑄件工藝數(shù)值模擬結(jié)果及分析265.1 充型過(guò)程265.2 凝固過(guò)程28結(jié) 論30參考文獻(xiàn)31致 謝32附 圖33第一章 引言目前國(guó)內(nèi)外水輪發(fā)電機(jī)過(guò)流部件廣泛采用低碳馬氏體不銹鋼，典型材料為ZG06Cr13Ni4Mo（簡(jiǎn)稱13-4），這種鋼屬于馬氏體鉻鎳不銹鋼，是在ZG10Cr13和ZG20Cr13不銹鋼的基礎(chǔ)上，降低C含量，提高Cr含量，同時(shí)將鎳的含量控制在4%到6%范圍內(nèi)，并加入適量的Mo，使鑄態(tài)組織基本為單一的板條馬氏體。因此，該鋼具有一定的耐腐蝕性能，良好的強(qiáng)度、韌性、可焊性以及耐磨蝕性能以外，還具有良好的抗

10、空蝕性能。該鋼拋棄了高碳馬氏體與形成碳化物的強(qiáng)化手段，而以具有較高韌性的的低碳馬氏體的形成和以鎳、鉬等合金元素作補(bǔ)充強(qiáng)化手段，通過(guò)適當(dāng)?shù)責(zé)崽幚硎怪哂械吞及鍡l狀馬氏體與逆轉(zhuǎn)變奧氏體的復(fù)相組織，從而既保留了高的強(qiáng)度水平又提高了鋼的韌性和可焊性。而以具有較高韌性的的低碳馬氏體的形成和以鎳、鉬等合金與該鋼拋棄了高碳馬氏體形成碳化物的強(qiáng)化手段其結(jié)果是：在改善力學(xué)性能、韌性和焊接性能等方面，都有突破性的進(jìn)展。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究和實(shí)踐，現(xiàn)有的鑄造技術(shù)已能保證13-4水輪機(jī)鑄件的力學(xué)性能與標(biāo)準(zhǔn)要求相比有較大的裕度。1.1 低碳合金不銹鋼鑄造技術(shù)分析低碳合金不銹鋼鑄造是在鑄鋼的基礎(chǔ)上加入其他金屬或非金屬元素 , 不

11、僅能保持鑄鋼的基本性能 , 而且由于合金化及熱處理的作用 , 使低碳合金不銹鋼具有良好的綜合性能。低碳鋼和低碳合金不銹鋼在工業(yè)上占有重要的地位 , 大量用于軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域 , 也廣泛用作建筑結(jié)構(gòu)材料、家庭生活用具和體育用品等。幾十年來(lái)，圍繞鑄造低碳合金成分、組織、性能進(jìn)行了大量的研究，使傳統(tǒng)的低碳合金不銹鋼綜合性能上了一個(gè)新臺(tái)階。其中研究和應(yīng)用較多的是鉻鎳系合金和鉻鉬系合金。與此同時(shí)，低碳合金不銹鋼的熔煉及處理技術(shù)也飛速地發(fā)展，一方面這些先進(jìn)的合金液處理技術(shù)提高了合金性能及鑄件的整體性能；另一方面，更有利于生產(chǎn)和環(huán)境的保護(hù)。1.1.1 鉻鎳鉬系合金性能鉻在鋼中與碳和鐵形成碳化

12、物，并能部分地溶入固溶體中，并具有改善鋼的高溫性能的作用。不銹鋼最重要的技術(shù)要求是耐蝕性，合適的力學(xué)性能，良好的冷、熱加工和焊接等工藝性能。鉻是不銹鋼獲得耐蝕性的基本元素。當(dāng)鋼中含鉻量達(dá)到12左右時(shí)，鋼在氧化性介質(zhì)中的耐蝕性發(fā)生突變性的上升。此時(shí)鋼的表面形成一層極薄而致密的鉻的氧化膜，阻止金屬基體被繼續(xù)侵蝕。鎳是不銹鋼中的主要合金元素，其主要作用是穩(wěn)定奧氏體，使鋼獲得完全奧氏體組織，從而使鋼具有良好的強(qiáng)度和塑性，韌性的配合，并具有優(yōu)良的冷，熱加工性和冷形成性以及焊接，低溫與無(wú)磁等性能，同時(shí)提高不銹鋼的熱力學(xué)穩(wěn)定性，使之不僅比相同鉻，鉬含量的鐵素體，馬氏體等類不銹鋼有更好的不銹性和耐氧化性介質(zhì)的

13、性能，而且于表面膜穩(wěn)定性的提高，從而使鋼還具有更加優(yōu)異的耐一些還原性介質(zhì)的性能。鉻鎳鋼中加入鉬元素后，顯著改善淬透性，有良好的空氣硬化性能，并有優(yōu)良的抗回火脆性能力，所以鉻鎳鉬鑄鋼易于制造大型或復(fù)雜形狀的鑄件，采用正火熱處理后仍可得到高強(qiáng)度的力學(xué)性能。廣泛應(yīng)用于有高強(qiáng)度要求的工件。此鋼在高溫下仍能保持較好的強(qiáng)度。1.2 計(jì)算機(jī)在鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用鑄造成形是極其復(fù)雜的高溫、動(dòng)態(tài)、瞬時(shí)過(guò)程，其間發(fā)生一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)、冶金變化，這些變化不能直接觀察，也難以測(cè)試，所以其工藝設(shè)計(jì)多憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，技藝性強(qiáng)，而科學(xué)性不足。計(jì)算機(jī)在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用導(dǎo)致了鑄造技術(shù)的發(fā)展和根本變革。國(guó)內(nèi)有關(guān)高等院校、科研院所和重

14、點(diǎn)鑄造企業(yè)經(jīng)過(guò)20多年的努力，取得了積極的成果先后開(kāi)展了計(jì)算機(jī)工藝輔助設(shè)計(jì)、成分和力學(xué)性能輔助設(shè)計(jì)，鑄造合金凝固過(guò)程及溫度場(chǎng)數(shù)值模擬、鑄件充型過(guò)程的數(shù)值模擬，鑄造過(guò)程、鑄造合金品質(zhì)和鑄件品質(zhì)以及鑄造設(shè)備的檢測(cè)與控制，鑄造數(shù)據(jù)庫(kù)、管理、計(jì)算機(jī)識(shí)圖、機(jī)械手和機(jī)器人的應(yīng)用等，并在生產(chǎn)中得到運(yùn)用，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)理論定量指導(dǎo)工藝過(guò)程的目標(biāo)。同時(shí)計(jì)算機(jī)在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用也促使鑄造行業(yè)建立了完整的教育、科研、協(xié)會(huì)、學(xué)會(huì)、標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)檢、出版、信息體系1。1.2.1 UG軟件介紹UG是Unigraphics的縮寫(xiě)，是美國(guó)Unigraphics Solutions公司開(kāi)發(fā)的三維參數(shù)

15、化軟件，主要通過(guò)其虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)（VPD）的理念提供多級(jí)化的、集成的、企業(yè)級(jí)的包括軟件產(chǎn)品與服務(wù)在內(nèi)的完整的MCAD解決方案。目前擁有46000家客戶，全球裝機(jī)量近400萬(wàn)臺(tái)套。80年代后期引進(jìn)我國(guó)以來(lái)，已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、通用機(jī)械、模具等領(lǐng)域。為了更好地了解UG在我國(guó)的研究、應(yīng)用狀況，我們對(duì)1979年以來(lái)國(guó)內(nèi)所發(fā)表的有關(guān)UG的研究成果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，試圖從文獻(xiàn)引證的角度揭示該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和研究動(dòng)向，進(jìn)而對(duì)UG在我國(guó)的研究、應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行測(cè)度，并尋求一些規(guī)律，為UG在我國(guó)的推廣應(yīng)用提供參考2。1.2.2 UG的主要應(yīng)用領(lǐng)域分布UG是一個(gè)集CAD/CAM/CAE于一體的計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)制

16、造軟件，它具有強(qiáng)大的三維實(shí)體造型功能、曲面造型、虛擬裝配及創(chuàng)建工程圖等功能。UGNX含有4大功能模塊：基礎(chǔ)模塊、CAD模塊、CAM加工模塊以及CAE模塊。CAD模塊由許多獨(dú)立功能的子模塊構(gòu)成，建模模塊、制圖模塊、裝配模塊就是引入到機(jī)械制圖教學(xué)當(dāng)中的模塊。建模模塊提供了草圖、曲線、實(shí)體、自由曲面等工具，可以設(shè)計(jì)各種形狀復(fù)雜的實(shí)體和曲面。制圖模塊使設(shè)計(jì)人員能方便地獲得與三維實(shí)體模型完全相關(guān)的二維工程圖，當(dāng)3D模型改變時(shí)，二維工程圖也會(huì)同步更新。這兩個(gè)功能模塊在協(xié)助講解組合體以及機(jī)件的表達(dá)方法內(nèi)容時(shí)，能通過(guò)迅速改變實(shí)體的形狀，讓學(xué)生從各種不同的角度觀看和了解形體，提高學(xué)生分析視圖的能力。裝配模塊可以

17、對(duì)裝配體進(jìn)行虛擬裝配，具有很強(qiáng)的仿真性，提高了授課質(zhì)量和效率。UGS是航空/國(guó)防、汽車(chē)及運(yùn)輸、電子及電訊、制造及組裝行業(yè)公認(rèn)的領(lǐng)導(dǎo)者。1.2.3 UG在我國(guó)研究應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)Unigraphics CAID/CAD/CAM/CAE系統(tǒng)提供了一種基于過(guò)程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)境，使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)從設(shè)計(jì)到加工真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成，從而優(yōu)化了企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造。UG面向過(guò)程驅(qū)動(dòng)的技術(shù)是虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，在面向過(guò)程驅(qū)動(dòng)技術(shù)的環(huán)境中，用戶的全部產(chǎn)品及其精確的數(shù)據(jù)模型能夠在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)全過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)保持相關(guān)，從而有效地實(shí)現(xiàn)了并行工程。該軟件不僅具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、虛擬裝配和生成工程圖等設(shè)計(jì)功能，而且在

18、設(shè)計(jì)過(guò)程中可進(jìn)行有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析和仿真模擬，從而提高了設(shè)計(jì)的可靠性。同時(shí)，可采用建立的三維模型直接生成數(shù)控代碼用于產(chǎn)品的加工。另外它所提供的應(yīng)用開(kāi)發(fā)語(yǔ)言UG/Open GRIP和UG/Open API功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單易學(xué)，便于用戶開(kāi)發(fā)專用CAD系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，該軟件具有以下特點(diǎn)：（l）具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，真正實(shí)現(xiàn)了CAID、CAD、CAE和CAM等模塊之間無(wú)數(shù)據(jù)交換的自由切換，并且可實(shí)施并行工程；（2）采用復(fù)合建模技術(shù)，將實(shí)體建模、曲面建模、線框建模、顯示幾何建模與參數(shù)化建模等建模技術(shù)融于一體；（3）采用基于特征的建模和編輯方法作為實(shí)體造型的基礎(chǔ)，形象直觀，類似于工程師傳統(tǒng)的設(shè)

19、計(jì)方法，并能采用參數(shù)驅(qū)動(dòng)；（4）曲面設(shè)計(jì)采用非均勻有理B樣條作為基礎(chǔ)，可用多種方法生成復(fù)雜曲面，特別適合于汽車(chē)外形和汽輪機(jī)葉片等復(fù)雜曲面的造型；（5）二維圖功能強(qiáng)大，可方便地從三維實(shí)體模型直接生成二維工程圖，可以按照ISO標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)生成各種剖視圖、標(biāo)注尺寸、形位公差和漢字說(shuō)明等；（6）以Parasolid為實(shí)體建模核心，目前許多著名CAD/CAE/CAM軟件均以此作為實(shí)體造型的基礎(chǔ)；（7）提供了界面良好的應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具，并能通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言接口，使UG的圖形功能與高級(jí)語(yǔ)言的計(jì)算功能緊密結(jié)合，便于用戶開(kāi)發(fā)專用CAD系統(tǒng)；（8）具有良好的用戶界面，絕大多數(shù)功能都可通過(guò)圖標(biāo)實(shí)現(xiàn)；進(jìn)行對(duì)象操作時(shí)，具有自動(dòng)推

20、理功能；在每個(gè)操作步驟中，都有相應(yīng)的提示信息，便于用戶做出正確的選擇。1.3 Anycasting軟件AnyCasting是韓國(guó)AnyCasting公司自主研發(fā)的新一代基于Windows操作平臺(tái)的高級(jí)鑄造模擬軟件系統(tǒng)。是專門(mén)針對(duì)各種鑄造工藝過(guò)程開(kāi)發(fā)的仿真系統(tǒng)，可以進(jìn)行鑄造的充型、熱傳導(dǎo)和凝固過(guò)程的模擬分析。它具有模擬準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)便、功能全面及運(yùn)算速度快等特點(diǎn)。早在1985年，我們就研制出了AnyCasting軟件核心求解器，1990年開(kāi)始推廣為商業(yè)化軟件，通過(guò)多年來(lái)為大量不同領(lǐng)域如汽車(chē)、電子、重工、連續(xù)鑄造行業(yè)的客戶提供鑄造工程咨詢服務(wù)，AnyCasting積累了豐富的鑄造工程經(jīng)驗(yàn)，并不斷地將

21、實(shí)際的工藝經(jīng)驗(yàn)在軟件功能中得以實(shí)現(xiàn)，使得AnyCasting日益成為當(dāng)今世界上技術(shù)最先進(jìn)，包含豐富實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的鑄造模擬分析軟件系統(tǒng)3。AnyPRE作為AnyCasting的前處理程序，AnyPRE可以實(shí)現(xiàn)CAD模型的導(dǎo)入，有限差分網(wǎng)格的劃分，模擬條件的設(shè)置，并調(diào)用AnySOLVER進(jìn)行求解。使用AnyPRE，您可以進(jìn)行多種設(shè)置包括工藝流程和材料的選擇來(lái)模擬鑄造成型過(guò)程，設(shè)置邊界、熱傳導(dǎo)和澆口條件，也能通過(guò)特殊功能模塊來(lái)設(shè)置一些設(shè)備和模型。另外，你還可以通過(guò)AnyPRE提供的CAD功能來(lái)查看、移動(dòng)/旋轉(zhuǎn)實(shí)體坐標(biāo)系統(tǒng)。AnyMESH能編輯由AnyPRE生成的網(wǎng)格文件。您可以輕松地修改網(wǎng)格信息而不

22、改變幾何模型。AnyDBASE作為一個(gè)能概括鑄造成型中熔體，模具和其他材料性能的數(shù)據(jù)庫(kù)管理程序，AnyDBASE主要分為常規(guī)數(shù)據(jù)庫(kù)和用戶數(shù)據(jù)庫(kù)。常規(guī)數(shù)據(jù)庫(kù)提供了具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的常用材料性能，而用戶數(shù)據(jù)庫(kù)使用戶能保存和管理修改或附加的數(shù)據(jù)。用戶能簡(jiǎn)單的選擇感興趣的材料而不需要輸入幾百種不同的材料性能。另外，它還提供每種材料的傳熱系數(shù)，提高了程序的方便性。AnySOLVER作為AnyCasting的求解器，AnySOLVER能夠根據(jù)你的設(shè)定計(jì)算流場(chǎng)和溫度場(chǎng)。鑄造成型模擬包括計(jì)算熔體充型過(guò)程的流動(dòng)分析和熔體凝固過(guò)程的傳熱/凝固分析。只有在兩個(gè)分析都準(zhǔn)確的前提下才能正確預(yù)測(cè)可能造成缺陷的區(qū)域。anyPO

23、ST作為AnyCasting的后處理器，可以通過(guò)讀取anySOLVER中生成的網(wǎng)格數(shù)據(jù)和結(jié)果文件在屏幕上輸出圖形結(jié)果。使用anyPOST，你可以用二維和三維觀察充型時(shí)間，凝固時(shí)間，等高線(溫度，壓力，速率)和速度向量，也可以用傳感器的計(jì)算結(jié)果來(lái)創(chuàng)建曲線圖。這個(gè)程序具備動(dòng)畫(huà)功能使用戶把計(jì)算結(jié)果編輯成播放文件，通過(guò)結(jié)果合并功能來(lái)觀察各種二維或三維的凝固缺陷。圖1.1 AnyCasting軟件的組成部分第二章 上冠鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì)隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，要求金屬鑄件具有高的力學(xué)性能、尺寸精度和低的表面粗糙度值，要求生產(chǎn)周期短、成本低。因此，本上冠鑄件在生產(chǎn)之前，首先應(yīng)進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)，使鑄件的整個(gè)

24、工藝過(guò)程都能實(shí)現(xiàn)科學(xué)操作，才能有效地控制鑄件的形成過(guò)程，達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的效果。上冠鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì)要根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件等，確定鑄造方案和工藝參數(shù)，繪制鑄造工藝圖等技術(shù)文件的過(guò)程。其鑄造工藝設(shè)計(jì)的好壞，對(duì)鑄件品質(zhì)、生產(chǎn)效率和成本起著重要作用。2.1 上冠鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性分析該上冠鑄件屬于壁厚相差懸殊的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，由于材料的導(dǎo)熱性差且鑄造時(shí)鋼水在型腔內(nèi)的溫度差較高，使上冠的冷卻極不均勻，產(chǎn)生較大的溫度梯度形成較大的熱應(yīng)力與組織應(yīng)力，且易在中間壁厚處形成縮松縮孔等缺陷。所以要在上冠件壁厚處安放暗冒口，進(jìn)行補(bǔ)縮，在外輪廓熱節(jié)圓處安放冷鐵，這樣可以很好地補(bǔ)松補(bǔ)縮，提高鑄件的工藝

25、出品率和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也可以提高鑄件的致密度和鑄件質(zhì)量。2.1.1 上冠鑄件的主要技術(shù)要求（1）鑄件應(yīng)作正回火處理；（2）鑄件材料及機(jī)械性能應(yīng)符合JB/T10264-2001的要求；（3）粗加工后按GB7233-87標(biāo)準(zhǔn)作超聲波探傷檢查，達(dá)級(jí)要求；過(guò)流面加工后按GB/T9444-1988進(jìn)行磁粉探傷，達(dá)級(jí)要求；（4）同爐澆鑄試驗(yàn)棒，回廠做化學(xué)成分和機(jī)械性能復(fù)核試驗(yàn)；（5）過(guò)流面用樣板檢查。2.1.2 上冠鑄件的結(jié)構(gòu)分析本上冠的材質(zhì)為ZG06Cr13Ni4Mo，輪廓尺寸為1510mm×1510mm×623mm，毛量約為1950kg。結(jié)構(gòu)上屬于厚、薄相差懸殊的大型回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)。鑄

26、件各面均需加工，其中外側(cè)弧面為精加工。上冠鑄件UG三維造型如圖2-1所示。 圖2-1 上冠鑄件UG三維造型圖2.2 分型面位置的確定 分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。分型面的優(yōu)劣，在很大程度上影響鑄件的尺寸精度、成本和生產(chǎn)率。我們?cè)谶x擇分型面時(shí)遵循的原則如下所述：（1）應(yīng)使鑄件全部或大部分置于同一半型內(nèi)。為了保證鑄件精度，如果做不到這項(xiàng)要求，也應(yīng)該盡可能把鑄件的加工面和加工基準(zhǔn)面放在同一半型內(nèi)。（2）應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)目。分型面少，鑄件精度容易保證，且砂箱數(shù)目少。（3）分型面應(yīng)盡量選用平面。平直分型面可簡(jiǎn)化造型過(guò)程和模底板的制造，易于保證鑄件的精度。（4）分型面的設(shè)計(jì)要便于下芯、合箱和檢查

27、型腔尺寸。（5）不使砂箱過(guò)高，因?yàn)楦呱跋湓煨屠щy，填砂、緊實(shí)、起模、下芯都不方便。分型面通常選在鑄件最大截面上。（6）受力件的分型面的選擇不應(yīng)消弱鑄件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。（7）注意減輕鑄件的清理和機(jī)械加工工作量。根據(jù)該上冠鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及選擇分型面的一般原則，現(xiàn)提供選擇分型面的三種方案如圖2-2所示。方案一：優(yōu)點(diǎn)：1、有利于順序凝固和沖型；2、有利于鑄件的補(bǔ)縮。缺點(diǎn)：鋼液在鑄型中的流動(dòng)不穩(wěn)定。方案二：優(yōu)點(diǎn)：1、重要面放在側(cè)面和下面，有利于重要面得到致密的組織；2、避免了吊芯。缺點(diǎn)：不利于順序凝固和補(bǔ)縮。方案三: 優(yōu)點(diǎn)：1、減小了砂箱尺寸；2、有利于下芯。缺點(diǎn)：1、對(duì)上下箱的合箱、造型精度要求很高；2、鋼

28、液在鑄型中的流動(dòng)不平穩(wěn)。 （a） （b） （c）圖2-2 分型面的選擇方案（a）方案一 （b）方案二 （c）方案三綜合考慮各個(gè)分型面選擇方案的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)本鑄件的實(shí)際結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求等因素，本上冠鑄件采用方案一，使用兩箱造型，鑄件放在下砂箱。2.3 砂芯的設(shè)計(jì)及安放砂芯的功用是形成鑄件的內(nèi)腔、孔和鑄件外形不能出砂的部位。芯頭是指伸出鑄件以外不與金屬接觸的砂芯部分。芯頭長(zhǎng)度是指砂芯伸入鑄型部分的長(zhǎng)度。為了合箱方便，避免上、下芯頭和鑄型相碰，對(duì)垂直芯頭，上、下芯頭都要設(shè)有斜度。根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)、分型面的選擇，本鑄件的內(nèi)部空腔采用一個(gè)砂芯來(lái)形成。該砂芯設(shè)計(jì)的總的原則是：使造芯到下芯的整個(gè)過(guò)程方便，鑄件內(nèi)腔

29、尺寸精確，不致造成氣孔等缺陷，使芯盒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。為了方便下芯，還要在芯頭和芯座之間留有一定的間隙。該砂芯的制芯方法選擇自硬冷芯盒（原砂：鋯砂；粘結(jié)劑：堿性酚醛樹(shù)脂；催化劑：甘油醋酸酯），其形狀和尺寸如圖2-3所示。為了保證該砂芯在制造、運(yùn)輸、裝配和澆注過(guò)程中不變形、不開(kāi)裂或折斷，生產(chǎn)中在砂芯中埋置了芯骨，以提高其強(qiáng)度和剛度。圖2-3 砂芯結(jié)構(gòu)、尺寸2.4 上冠鑄件的工藝參數(shù)(1) 鑄件尺寸精度的確定。鑄件尺寸公差是指鑄件各部分尺寸允許的極限偏差，它取決于鑄造工藝方法等多種因素。通過(guò)查閱資料，確定該上冠鑄件的尺寸精度為CT12。(2) 機(jī)械加工余量的確定。上冠鑄件表面需要進(jìn)行加工，因此要預(yù)留加工余

30、量。所謂加工余量，是指在鑄件工藝設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先增加的，而后在機(jī)械加工時(shí)又被切去的金屬厚度。各面所留機(jī)械加工余量如表1-1所示：表1-1 鑄件各部分的機(jī)械加工余量序號(hào)基本尺寸mm加工余量等級(jí)加工余量數(shù)值mm公差等級(jí)公差數(shù)值mm1234567815101380300500378.8369244 190GHHHHHGH5.5856552.84CT12CT12CT12CT12CT12CT12CT12CT1213139109988(3) ZG06Cr13Ni4Mo的鑄造收縮率的確定。為了確定模樣和芯盒的工作尺寸，需要確定該上冠鑄件的鑄造收縮率。所謂鑄造收縮率是指鑄件從線收縮開(kāi)始溫度（從液相中析出枝晶搭成的骨

31、架開(kāi)始具有固態(tài)性質(zhì)時(shí)的溫度）冷卻到室溫時(shí)的相對(duì)線收縮量。如表2-2所示。表2-2 ZG06Cr13Ni4Mo體收縮率的計(jì)算成分影響系數(shù)體收縮率（）元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)（）CMnSiCrNiW0.061.01.01340.12.9 0.0585 1.03 0.12 0.0354 0.532.9 0.05851.031.56 0.1416 0.053 5.3539合計(jì) 澆注溫度為1580。 為安全起見(jiàn)，取體收縮率6。(4) 起模斜度的確定。該上冠鑄件的最大外輪廓處需確定其起模斜度。因?yàn)樵撋瞎阼T件是自硬砂造型，采用木摸樣，并且測(cè)得鑄件測(cè)量面高度為116，所以查鑄造工藝設(shè)計(jì)4 得a=0°40，=2.

32、0 。2.5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道的總稱。本次上冠鑄件的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)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(jì)算截面尺寸等5。2.5.1澆注系統(tǒng)的確定在這次澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，充分考慮了澆注系統(tǒng)對(duì)液態(tài)金屬充型方式、鑄型溫度分布、鑄件質(zhì)量的影響，根據(jù)上冠的結(jié)構(gòu)，以及分型面的位置，決定采用樹(shù)脂砂鑄造，澆注系統(tǒng)采用頂注式工藝。由于鑄件屬厚、薄相差懸殊的大型回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，為保證鑄件的充型能力，澆注系統(tǒng)設(shè)置為一個(gè)的截面為圓柱形的直澆道,然后對(duì)應(yīng)一個(gè)截面為圓柱形的橫澆道，適當(dāng)增加平均靜壓頭高度，澆注系統(tǒng)設(shè)置位置如圖2-4所示，澆注系統(tǒng)UG三維造

33、型圖如圖2-5所示。 圖2-4 澆注系統(tǒng)位置 圖2-5 澆注系統(tǒng)三維圖綜之，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)為開(kāi)放式頂注澆注系統(tǒng)，使用這種澆注系統(tǒng)金屬液進(jìn)入型腔時(shí)流速小，充型平穩(wěn)，為了更好的撇渣，在澆口杯處安放陶瓷制成的厚為20mm的過(guò)濾網(wǎng)片，網(wǎng)孔直徑為6mm，提高了金屬液的質(zhì)量。2.5.2 直澆道的設(shè)計(jì)我們確定好澆注系統(tǒng)的安放位置及設(shè)計(jì)思路確定后，緊接著確定了澆注系統(tǒng)各組元的截面積。確定澆注系統(tǒng)各組元截面積的目的，在于保證該上冠鑄件型腔在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)充滿，控制金屬液通過(guò)澆注系統(tǒng)各組元時(shí)的流速、流量、及充滿狀態(tài)，達(dá)到大流量、低流速、平穩(wěn)地充填。本次澆注系統(tǒng)采用底注包澆注，以包孔截面積作為控流面積，澆注時(shí)間按下式計(jì)

34、算：t=式中 t澆注時(shí)間，s； G型內(nèi)鋼液重量，kg，含漲箱和冒口重量； N同時(shí)澆注的澆包數(shù)，個(gè)； n每個(gè)漏包的漏孔數(shù)，個(gè)； q平均澆注速度，kg/s；澆注時(shí)間是否合適，可用鋼液在型內(nèi)的上升速度驗(yàn)算，其式如下：v=式中 v鋼液在型內(nèi)的上升速度，mm/s； C鑄件在型內(nèi)的高度，mm； t澆注時(shí)間，s。確定了澆包孔的直徑和數(shù)量，便確定了控流截面積A控。以它為1,按如下比例關(guān)系可計(jì)算出澆注系統(tǒng)的各組元的截面積：A控：A直：A橫=1.0：2.0：2.0各組元的截面積計(jì)算出來(lái)以后，可依據(jù)工藝對(duì)澆注系統(tǒng)的要求，查表求出各組元的截面積尺寸。此上冠鑄件澆注系統(tǒng)中，鑄件重量1.95t，澆注重量4.3t。采用單包

35、雙注孔澆注，注孔直徑50mm，A控=19.6cm²，A控=39.3cm²。查表得，流量速度q=55kg/s，則澆注時(shí)間為：t=G/Nnq=4300/(1×2×55)=39s。鋼液在型內(nèi)的上升速度：=C/t=625/39=16(mm/s),去掉填充澆注系統(tǒng)的時(shí)間，鋼液在型內(nèi)的上升速度約為20mm/s。根據(jù)鑄造手冊(cè)，澆注系統(tǒng)的尺寸與橫截面積設(shè)計(jì)為：直澆道80mm， A直=50.3cm²；橫澆道80mm，A橫=50.3cm²。2.6 冷鐵與冒口的設(shè)計(jì)這次冒口設(shè)計(jì)為環(huán)形冒口，冒口位置選擇在鑄件熱節(jié)的上方。在鑄件形成時(shí)可有效補(bǔ)給金屬，起到防止縮

36、孔、縮松、排氣和集渣的作用。在鑄件最大外輪廓處設(shè)計(jì)有8塊外冷鐵。這些外冷鐵不僅可以防止鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松，裂紋和變形，而且可以細(xì)化組織，提高鑄件表面硬度和耐磨性。冒口與冷鐵的具體設(shè)計(jì)如下所述：如圖2-6，經(jīng)計(jì)算，鑄件的平均模數(shù)Mc=4.6cm，鑄件結(jié)構(gòu)處的模數(shù)Mc1=3.04cm，結(jié)構(gòu)處的模數(shù)Mc2=3.50，結(jié)構(gòu)處的模數(shù)Mc3=10.04cm，結(jié)構(gòu)處的模數(shù)Mc4=2.22。該上冠的主要熱節(jié)就分布在、這兩個(gè)位置，本鑄鋼鑄件選用暗頂冒口，但由于分型面選擇和補(bǔ)縮距離L=2T的限制，決定采用冒口與冷鐵相配合使用，來(lái)加強(qiáng)鑄件的順序凝固，擴(kuò)大冒口的補(bǔ)縮距離，減少冒口的數(shù)目和體積，因此，在鑄件上方安放一個(gè)

37、保溫環(huán)形暗冒口，處外圍安放外冷鐵，這樣在冒口和冷鐵的共同作用下，使鑄件能順序凝固，厚大處也不會(huì)產(chǎn)生縮孔和縮松。保溫套的厚度取40mm。圖2-6 模數(shù)計(jì)算 （1）冷鐵的設(shè)計(jì)在這里，我們完全應(yīng)用模數(shù)法，按科學(xué)的設(shè)計(jì)公式使之形成一定的模數(shù)梯度，從而達(dá)到有效控制順序凝固的目的。Mc1處的外冷鐵可按下式進(jìn)行計(jì)算：G=7.4V式中，G外冷鐵的重量，kg； V欲放置外冷鐵處的體積，cm2； M0放置外冷鐵處鑄件的原始模數(shù)； Mr放置外冷鐵處假想減小后的模數(shù)。Mr的確定，總的原則應(yīng)使MrM0，一般取M0=1.25Mr，則Mr=Mc2/1.25=3.50/1.25=2.8cm。代入上式，求得所需外冷鐵的重量G=

38、1730kg。通過(guò)查工藝手冊(cè)，確定外冷鐵的尺寸為：300mm×80mm×50mm，共8塊均勻的臥置在外圓的側(cè)壁上。（2） 冒口尺寸的確定 根據(jù)鑄件的最大模數(shù)Mc3來(lái)設(shè)計(jì)環(huán)形冒口的尺寸，環(huán)形冒口的模數(shù)為M冒，則M冒=式中，S環(huán)形冒口的橫截面積，cm2； L環(huán)形冒口的橫截面周長(zhǎng)，cm。冒口尺寸如圖2-7所示，所設(shè)計(jì)的冒口經(jīng)計(jì)算，M冒=S/L=12.61cm。一般情況下，M冒=kM件式中，k為系數(shù)，取k=1.2，則M冒=kM件=kMc3=12.05cm而實(shí)際環(huán)形冒口的模數(shù)M冒=12.61cm12.05cm。所以可以使環(huán)形冒口晚于鑄件凝固，達(dá)到補(bǔ)縮鑄件的目的。該環(huán)形冒口的重量G冒=

39、2.37t。（3） 冒口補(bǔ)縮的驗(yàn)算用模數(shù)法計(jì)算出來(lái)的冒口，只能說(shuō)明冒口晚于鑄件凝固，而不能說(shuō)明冒口是否能夠足以補(bǔ)縮整個(gè)鑄件，所以還須用鑄件所需補(bǔ)給量來(lái)驗(yàn)算冒口的尺寸。具體驗(yàn)算公式如下：G件max=G冒×式中，G件max冒口可以補(bǔ)縮最大鑄件的重量，kg； 冒口的補(bǔ)縮率，%； 鋼液的凝固收縮率，%。我們采用的是保溫冒口，保溫套厚度在40mm左右，其補(bǔ)縮率在25%45%。我們?nèi)?30%。在1.4節(jié)已求出=6%，則代入上式，得G件max=9.48t則G件maxG件=1.95t說(shuō)明冒口有足夠的金屬液補(bǔ)縮整個(gè)鑄件。通過(guò)上面分析得出冒口和冷鐵的尺寸及安放位置，如圖2-7、圖2-8所示。 圖2-7

40、保溫環(huán)形暗冒口及外冷鐵位置和尺寸圖 2-8 保溫環(huán)形暗冒口及外冷鐵的UG三維圖2.7 出氣孔的設(shè)置出氣孔是型腔出氣冒口、砂型和砂芯排氣通道的總稱，分明、暗兩種。明出氣孔引出型外，與大氣相通；暗出氣孔不與大氣相通，常做成設(shè)置在型內(nèi)或芯內(nèi)的片狀或針狀空腔。出氣孔具有下述作用：（1）排出砂型中型腔、砂芯以及由金屬液析出的各種氣體；（2）減小充型時(shí)型腔內(nèi)氣體壓力，改善金屬液充型能力；（3）便于觀察金屬充填型腔的狀態(tài)及充滿程度；（4）排出先行充填型腔的低溫金屬液和浮渣。該上冠的鑄型排氣孔可由鑄工在造型時(shí)自設(shè)，起模后用12鋼管扎出，主要設(shè)在冒口處。第三章 鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)鑄造工藝裝備是造型、造芯及合箱過(guò)程

41、中所使用的模具和裝置的總稱。鑄造工藝裝備包括模樣、模板、砂箱、芯盒、砂芯修整磨具等。根據(jù)本鑄件和砂芯整體的輪廓尺寸，初步確定砂箱和模板在鑄件分型面的大致輪廓尺寸為：1750×1750mm。3.1 模樣材質(zhì)的選擇該上冠模樣選用木模。因?yàn)殍T件和砂芯整體輪廓不復(fù)雜，可以將模樣做成整體模的結(jié)構(gòu)形式。木模的木材選用紅松。這是因?yàn)榧t松具有紋理平直、易加工、吸水性低、變形小等優(yōu)點(diǎn)。但紅松質(zhì)地松軟，耐磨性差，為了提高木模的使用壽命、保證鑄件的表面質(zhì)量，需在木模外表面涂一層油漆?？紤]到該鑄件較高的尺寸精度和表面質(zhì)量，木模選用一級(jí)模。3.2 砂箱的設(shè)計(jì)砂箱是用于制作砂型和運(yùn)輸砂型的工藝裝備。設(shè)計(jì)砂箱時(shí)必

42、須使砂箱符合鑄型工藝的要求，又能符合車(chē)間的造型、運(yùn)輸?shù)囊蟆Ｒ虼?，為了保證鑄件質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低成本以及保證安全生產(chǎn)，我們的砂箱設(shè)計(jì)為圓形砂箱，上、下砂箱的材料均選擇HT200。(1) 根據(jù)模樣輪廓尺寸及選取的一定的吃砂量（側(cè)壁吃砂量取100mm，底部吃砂量取130mm），砂箱內(nèi)廓的尺寸確定為1710mm。根據(jù)暗冒口及模樣高度，選取上砂箱高度為600mm，下砂箱高度為780mm。砂箱的三維UG造型圖如圖3-1所示。 （） （）圖3-1砂箱的三維圖 （a）上砂箱 （b）下砂箱(2) 確定砂箱箱壁厚度、砂箱截面結(jié)構(gòu)及砂箱外壁加強(qiáng)筋：上、下砂箱壁厚均取45mm。由于砂箱尺寸較大，

43、砂箱壁要設(shè)計(jì)出內(nèi)凸緣，以防止造型完后搬運(yùn)砂箱及翻箱時(shí)發(fā)生砂型塌落。砂箱內(nèi)凸緣設(shè)計(jì)在分箱面上。設(shè)計(jì)砂箱外壁加強(qiáng)筋是為了減小砂箱壁的厚度而不影響砂箱的強(qiáng)度和剛度，砂箱壁的結(jié)構(gòu)及尺寸如圖3-2所示。 （a） （b）圖3-2 箱壁斷面結(jié)構(gòu)圖 （a）上砂箱壁（b）下砂箱壁(3) 確定砂箱箱帶的布置形式和尺寸：砂箱箱帶不但能增加砂箱的強(qiáng)度和剛度，還可以增加對(duì)型砂的承托力和黏附力，防止砂型的塌箱。根據(jù)砂箱尺寸和模樣輪廓，設(shè)計(jì)出砂箱箱帶的具體結(jié)構(gòu)及尺寸如圖3-1，圖3-3所示。箱帶的高度隨模樣的輪廓變化，箱帶和模樣的最小吃砂量選取為35mm。圖3-3 箱帶結(jié)構(gòu)及尺寸(4) 確定砂箱壁的排氣孔：為了排除在烘干和

44、澆注時(shí)鑄型內(nèi)產(chǎn)生的氣體，要在砂箱壁上設(shè)計(jì)出均勻布置的排氣孔。砂箱壁排氣孔的尺寸及分布如圖3-1、圖3-4所示。 圖3-4 砂箱壁排氣孔的布置(5) 確定砂箱的翻箱及搬運(yùn)結(jié)構(gòu)：砂箱翻轉(zhuǎn)軸的材料為45#鋼，采用整鑄的方式與砂箱連接在一起，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)及尺寸如圖3-1和圖3-5所示。圖3-5 砂箱的翻箱及搬運(yùn)結(jié)構(gòu)(6) 確定砂箱定位耳及耳孔的結(jié)構(gòu)及尺寸：上、下砂箱的定位耳及耳孔的結(jié)構(gòu)、尺寸及間距要一樣，以便能夠使砂箱順利合箱。砂箱定位耳的結(jié)構(gòu)及尺寸如圖3-1、圖3-6所示。 (a) (b) 圖3-6 砂箱的定位結(jié)構(gòu)(a) 砂箱定位耳截面圖(b) 砂箱定位耳尺寸3.3 模底板的設(shè)計(jì)模板一般由鑄件模樣、芯

45、頭模樣和澆冒口系統(tǒng)模樣與模底板通過(guò)螺釘、螺栓、定位銷等裝配而成。通常模底板的工作面形成鑄型的分型面，鑄件模樣、芯頭模樣和澆冒口模樣形成鑄件的外輪廓、芯頭座及澆冒口系統(tǒng)的型腔。采用模板造型，可以提高生產(chǎn)效率和鑄件質(zhì)量，并使鑄件尺寸精確。模底板常用的材料有鋁合金（ZL101、ZL102、ZL103、ZL104 等）；鑄鐵（HT150.HT200）及球墨鑄鐵等；鑄鋼、塑料和木材6。我們選擇HT200作為模底板的材料。模板的設(shè)計(jì)步驟如下所述：(1) 確定模板的尺寸：根據(jù)砂箱輪廓尺寸確定模板外輪廓尺寸為1870×1870×140mm。模底板三維UG造型圖如圖3-7所示。 圖3-7 模

46、板三維圖（2）確定模底板的壁厚和加強(qiáng)筋的厚度、形狀及布局：模底板厚度為20mm，加強(qiáng)筋厚度為20mm，加強(qiáng)筋邊緣厚度為18mm。加強(qiáng)筋形狀及布局如圖3-7、圖3-8所示。 圖3-8 加強(qiáng)筋的布局及尺寸(3) 確定模底板與砂箱的定位裝置：模底板與砂箱采用定位銷定位，定位銷尺寸、表面粗糙度及結(jié)構(gòu)如圖3-9所示。另外，為了防止砂箱在造型時(shí)卡死在模板的定位銷上或套不進(jìn)去，尤其是剛澆注落砂后的砂箱存在著熱脹現(xiàn)象，需要設(shè)計(jì)導(dǎo)向銷，其結(jié)構(gòu)及尺寸如圖3-10所示。模底板耳孔即定位銷孔與砂箱要一致，以便使砂箱和模底板能夠順利定位。其模底板中心距為2100mm。圖3-9 定位銷結(jié)構(gòu)圖3-10 導(dǎo)向銷結(jié)構(gòu)（4） 確

47、定模底板的翻轉(zhuǎn)及搬運(yùn)結(jié)構(gòu)：模底板翻轉(zhuǎn)軸的材料為45#鋼，采用整鑄的方式與模底板連接在一起，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)及尺寸如圖3-7、圖3-11所示。圖3-11 模底板的翻轉(zhuǎn)及搬運(yùn)結(jié)構(gòu)3.4 模樣在模底板上的裝配 模樣和模底板設(shè)計(jì)并加工出后，要用螺釘、螺栓等緊固成一體。模樣在模底板上的放置形式我們采用平方式，即將模樣平放在模底板上，模底板不必挖槽，比較方便。模樣在模底板上采用定位銷來(lái)定位，以便將模樣定位在模底板上，防止模樣因螺釘松動(dòng)而錯(cuò)位。定位銷選擇在模樣高度較低的位置，并盡量使兩定位銷的距離遠(yuǎn)一些。定位銷采用圓柱銷，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)、尺寸如圖3-12所示。模樣在模底板上采用螺栓緊固。另外，砂箱與模板的定位裝配如圖

48、2.13所示。在圖中，9是定位銷，10是定位銷套，11是墊圈，12是六角螺母。 圖3-12 木模金屬定位銷結(jié)構(gòu)圖 圖3-13 砂箱與模板的定位裝配第四章 鑄鋼的熔煉該鑄件為回轉(zhuǎn)體上冠，部件要求高強(qiáng)度，耐磨抗腐蝕性好。另外，此件采用樹(shù)脂砂造型。上冠的材質(zhì)選擇為ZG06Cr13Ni4Mo(馬氏體鑄造不銹鋼)。該合金具有很高的力學(xué)性能和很好的鑄造性能相結(jié)合，即很高的強(qiáng)度、抗磨耐蝕性、好的韌度和很好的流動(dòng)性、氣密性和抗熱裂性，能鑄造復(fù)雜形狀的高強(qiáng)度鑄件。其力學(xué)性能要求為： 抗拉強(qiáng)度 b (MPa)：750 屈服強(qiáng)度 s (MPa)：550 伸長(zhǎng)率 (%)：15 沖擊韌性值kv (J/cm2)：58.8

49、 彈力消失率(%)：35 硬度 HB：217286HB砂鑄，熱處理規(guī)范：a、退火，在高于600的適當(dāng)溫度范圍進(jìn)行； b、正火和淬火，在AC3點(diǎn)以上進(jìn)行；c、回火，在AC1點(diǎn)上下進(jìn)行一次或兩次回火。4.1 材料的配比鑄件配料目的是多種金屬爐料進(jìn)行合理搭配，并通過(guò)熔煉爐熔煉來(lái)獲得鑄件合金牌號(hào)性能所要求的化學(xué)成分范圍。鑄件配料的方法很多，主要有計(jì)算配料法、查表配料法、圖解配料法、計(jì)算尺配料法和計(jì)算機(jī)配料法等。在本次設(shè)計(jì)中熔煉采用堿性電弧爐返回法冶煉。本次配料采用查表法。為合理利用原料，節(jié)約成本，鑄件配料采用1Cr18Ni9Mo返回鋼、本鋼和類似本鋼返回料、低碳低磷碳素返回鋼、中碳低磷碳素返回鋼、純鐵

50、、硅鐵、高碳鉻鐵、鉬板、鎳板等融化后，在還原期補(bǔ)加金屬鉻、金屬鉬、電解錳、鎳球、低碳鉬鐵、硅鉻合金、鎳板等。參考鑄造合金配料速查手冊(cè)，本上冠鑄件的配料單如表4-1所示7：表3.1 上冠鑄件配料單7成分成分要求：C0.06，Si1.00，Mn1.00，S0.030，P0.035，Cr：11.5013.50， Ni：3.55.0，Mo：0.41.0配料1、Ni、Mo二元素按產(chǎn)量配至要求成分中限，其余成分按下表要求配入元素CCrSiP配入量0.0550.066.57.51.000.0252、配料時(shí)，爐料中配碳過(guò)高，氧化期時(shí)間長(zhǎng)，鉻燒損量比較大，不利于延長(zhǎng)爐底使用壽命；配碳過(guò)低，則鋼液達(dá)不到良好的沸騰

51、，不利于排出氣體和夾雜。通常，配碳在0.06%左右為宜，能保證去碳、沸騰排出氣體和夾雜，且有利于鉻的回收。3、裝料配入的金屬爐料可不受碳含量的嚴(yán)格控制，但還原期補(bǔ)加的鐵合金要求碳含量低，并在使用前經(jīng)過(guò)仔細(xì)烘干。吹氧結(jié)束時(shí)，加入金屬爐內(nèi)的金屬鉻應(yīng)烘烤至熾熱狀態(tài)。此外，金屬爐料的P含量均應(yīng)小于0.025%。金屬爐料的實(shí)際使用情況如下表：使用時(shí)間金屬爐料名稱碳含量（%）1Cr14Ni5Mo返回鋼本鋼和類似本鋼返回料高碳鉻鐵鎳板鉬板純鐵硅鐵0.080.0880.030.0750.0570.10金屬鉻金屬鉬鎳球硅鉻合金0.0150.0040.080.22注：1、采用堿性電弧爐返回法冶煉；2、成分含量和配

52、料比例皆指質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.2 鑄鋼的精煉由于爐料和合金鑄鋼液在镕煉、轉(zhuǎn)送、澆注過(guò)程中吸收了氣體，產(chǎn)生了夾雜物，使合金液的純度降低，流動(dòng)性變差，澆注后會(huì)使鑄件(鑄錠)產(chǎn)生多種鑄造缺陷，影響其力學(xué)和加工工藝性能以及抗腐蝕件能、氣密性能、陽(yáng)極氧化性能及外觀質(zhì)量，故必須在澆注前，對(duì)其作精煉、凈化處理，目的是排除這些氣體和夾雜物，提高鑄鋼液的純凈度8。采用以下精煉法：鋼包氬氣凈化、鋼包喂線凈化、感應(yīng)電爐氬氣凈化（爐底吹氬和爐口氬氣保護(hù)）、氬氧脫碳AOD精煉、鋼包LF兩項(xiàng)和三項(xiàng)功能、真空氧脫碳VOD精煉、清潔廢鋼和爐料前處理等。4.3 鑄鋼的熱處理該鑄鋼件熱處理的目的是細(xì)化晶粒，消除魏氏體（或網(wǎng)狀組織）和消除

53、鑄造應(yīng)力。熱處理的方法有退火、正火或正火加回火。 隨著淬火溫度的提高，馬氏體的強(qiáng)度有所提高，延伸值稍有下降，而回火溫度提高則使其強(qiáng)度下降，延伸提高；回火時(shí)間的增加使強(qiáng)度下降較多，延伸顯著提高。馬氏體不銹鋼中的主要合金元素是鉻，鐵的熔點(diǎn)因加入鉻而降低，其最低熔點(diǎn)為1516，A4點(diǎn)因鉻量的增加而降低；A3鉻量的增加而降低，繼續(xù)增加鉻含量至7%時(shí)又迅速升高，由于鉻含量對(duì)A4和A3點(diǎn)的影響形成了封閉的_相， _相最大含鉻為12.7%。鉻在鋼中與碳形成碳化物，常見(jiàn)的碳化物(CrFe)23C6。隨著鋼中含碳量的增加，它的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、切削加工性能顯著提高，而耐蝕性下降。這類鋼的最終熱處理一般是淬火加

54、回火，使鋼具有較高的強(qiáng)度和硬度，同時(shí)又有一定的韌性。在馬氏體鋼中隨著淬火溫度的提高，碳化鉻(CrFe)23C6溶解度不斷增加，馬氏體進(jìn)一步強(qiáng)化，因而淬火后的硬度也不斷增加。馬氏體淬火后進(jìn)行回火，隨著回火溫度升高，組織逐漸變化，馬氏體逐漸分解，逐漸析出碳化物，在高溫回火后馬氏體分解成較細(xì)的回火索氏體。綜之，為了提高馬氏體不銹鋼的力學(xué)性能，應(yīng)采用高溫回火并保持較長(zhǎng)的回火保溫時(shí)間，使馬氏體碳化物充分析出，才能在保證馬氏體不銹鋼具有較高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性的同時(shí)，具有較好的延伸性。4.4 出爐溫度和澆注溫度的確定 對(duì)于金屬液的溫度而言，溫度的提高有利于提高流到性、獲得健全的鑄件，降低廢品率。但是過(guò)高的溫度又會(huì)浪費(fèi)能源，并且對(duì)熔煉設(shè)備也有一定的損害，同時(shí)會(huì)使增加金屬液的氧化以及添加劑的燒損