課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目：大帶輪砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)：材料成型及控制工程學(xué)生姓名：王鑫賴(lài)洪偉藍(lán)乙龍郭大森陳安東學(xué)號(hào)：22061930342206193030220619302522061930372206193028指導(dǎo)教師：古東懂設(shè)計(jì)日期：2025年1月4日鑄造工藝課程設(shè)計(jì)--井岡山大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院III-摘要本次鑄造工藝為大帶輪的鑄造工藝，零件材質(zhì)為為HT200。研究分析大帶輪的制造工藝是十分重要的，首先在零件圖基礎(chǔ)上確定鑄造工藝參數(shù)，繪制毛坯圖，并在毛坯基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。本次工藝采用樹(shù)脂砂造型，半封閉式頂注式澆注系統(tǒng)，使用輪緣與輪轂之間的平面分型。整體長(zhǎng)寬高為?1200×200mm，最厚部分尺寸為60mm，最薄部分尺寸為30mm。澆注系統(tǒng)選擇平做平澆頂注式的澆注系統(tǒng)，充分保證鑄件重要工作部位線(xiàn)探傷部在鑄件中部，提高鑄件質(zhì)量。在工藝改進(jìn)中，通過(guò)多次調(diào)整冒口位置，使鑄件產(chǎn)生有利于最終鑄件綜合性能的順序凝固方式，消除了鑄件中的缺陷，并且保證鑄件有較高的工藝出品率，符合工廠(chǎng)生產(chǎn)中經(jīng)濟(jì)性的原則。關(guān)鍵詞：大帶輪鑄造；平做平澆工藝；半封閉式目錄摘要 第五部分鑄造工藝裝備鑄造工藝裝備是造型、制芯、合箱及澆注過(guò)程中使用的模具和裝置的總稱(chēng)，鑄造工裝設(shè)計(jì)對(duì)于保證鑄件質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，減輕勞動(dòng)輕度起很大作用。設(shè)計(jì)工裝設(shè)備既要滿(mǎn)足工藝要求，又要便于加工制造。本節(jié)重點(diǎn)說(shuō)明模樣、砂箱與芯盒的設(shè)計(jì)。5.1模樣模樣用來(lái)形成鑄型的型腔，是砂型鑄造中不可缺少的工藝裝備。模樣的設(shè)計(jì)質(zhì)量，不僅關(guān)系著鑄件的幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量，而且直接地影響著模樣制造工藝、經(jīng)濟(jì)性、模樣的使用性能與壽命。因此，模樣材料的選擇與形狀尺寸的確定都極為重要。本次工藝中設(shè)計(jì)模樣形狀如圖6.1所示：（1）模樣上鑄型圖（2）模樣下鑄型6.1鑄型根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求及生產(chǎn)批量的不同，鑄造行業(yè)中使用的模樣材料也有所不用：在大批大量生產(chǎn)、機(jī)械造型的條件下，多采用金屬模樣；在單件小批量生產(chǎn)、手工造型條件下多采用木模樣；而泡沫塑料模樣則多用于消失模鑄造。因此，本次工藝中木模較為復(fù)雜，故采用易加工、價(jià)格低的木模樣制造。5.2砂箱砂箱是鑄造車(chē)間造型所必需的工藝裝備，用于制造和運(yùn)輸砂型，砂箱結(jié)構(gòu)要符合造型、運(yùn)輸設(shè)備的要求。正確地設(shè)計(jì)砂箱的結(jié)構(gòu)和尺寸，對(duì)于保證鑄件的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度以及保證生產(chǎn)安全，都有重要的意義，因此在砂箱的設(shè)計(jì)中，應(yīng)遵循以下原則：1)砂箱應(yīng)滿(mǎn)足鑄件在生產(chǎn)過(guò)程中的各項(xiàng)工藝要求；2)砂箱應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度；3)砂箱定位裝置應(yīng)保證鑄件精度要求，并持久耐用；4)砂箱材料應(yīng)來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉5.2.1砂箱尺寸設(shè)計(jì)按照以上原則，砂箱材料采用成本低、制造方便、強(qiáng)度與剛度均較高的鑄鐵。由于采用平做平澆工藝，且分型面并未選在鑄件中間位置，因此上下箱內(nèi)框尺寸不同；根據(jù)3.3節(jié)中的吃沙量與工廠(chǎng)中常用砂箱尺寸，最終確定上砂箱內(nèi)框尺寸為1670mm（長(zhǎng)）×1570mm（寬）×490mm（高）。采用平做平澆工藝中，砂箱要完成水平位置的造型，滿(mǎn)足正常上下相造型的要求，應(yīng)給砂箱留出直澆道與冒口的位置，完成澆注、排氣、補(bǔ)縮等一系列過(guò)程，因此設(shè)計(jì)如圖5.2所示尺寸的砂箱：上砂箱下砂箱圖5.2砂箱尺寸圖圖5.3為砂箱及砂型三維立體示意圖：上砂箱下砂箱圖5.3砂箱三維模型5.3芯盒芯盒是制造砂芯的專(zhuān)用工藝裝備。芯盒尺寸精度和結(jié)構(gòu)合理與否，將在很大程度上影響砂芯的質(zhì)量和造型效率。按制芯方法，芯盒可分為震動(dòng)制芯、擠壓制芯、射砂制芯、熱芯盒制芯、冷芯盒制芯以及自硬砂制芯等，本次采用自硬砂制芯。主要芯盒形狀匯總?cè)缦拢荷靶拘螤钌闲竞邢滦竞?.4下芯順序及合箱過(guò)程合理的下芯順序能夠降低工人勞動(dòng)輕度，保證鑄造過(guò)程順利進(jìn)行，按照5.1節(jié)、5.2節(jié)、5.3節(jié)分別制出模樣、砂箱、砂型后，即可按如下順序進(jìn)行開(kāi)箱取模、放砂芯、合箱等進(jìn)行澆注。開(kāi)箱取模放砂芯合箱圖5.5砂芯合箱示意圖

第六部分熔煉工藝參數(shù)的確定由于本鑄件為大斷面灰口鑄鐵件，鑄造時(shí)熱容量大，凝固緩慢，導(dǎo)致凝固時(shí)間長(zhǎng)，極易出現(xiàn)變態(tài)石墨，縮松、縮孔、偏析及晶間碳化物等組織缺陷，導(dǎo)致鑄件的力學(xué)性能下降，影響鑄件的使用壽命。因此本鑄件在化學(xué)成分設(shè)計(jì)時(shí)，主要從控制碳當(dāng)量、稀土元素含量方面入手。1）碳當(dāng)量。根據(jù)鑄件壁厚，C含量控制在3.0%～3.6%之間，保證鐵液有較好的流動(dòng)性，又有較好的石墨化能力，不產(chǎn)生縮孔縮松、石墨粗大、漂浮現(xiàn)象。硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素，固溶于鐵素體，使屈服點(diǎn)和強(qiáng)度提高，同時(shí)使塑性指標(biāo)降低。HT200的基體為鐵素體+片狀石墨+珠光體，硅的正?？刂品秶舷?.4%~2.8%，獲得一定比例的鐵素體，保證較好的伸長(zhǎng)率。碳當(dāng)量以不出現(xiàn)自由滲碳體，保證完全球化為準(zhǔn)，盡可能提高碳當(dāng)量，以便獲得縮松少，組織致密的鑄件。碳當(dāng)量低于4.2%~4.3%時(shí)鑄件易產(chǎn)生縮孔縮松。錳。錳是珠光體形成元素，在凝固過(guò)程中，容易在共晶團(tuán)邊界上產(chǎn)生偏析，形成碳化物，對(duì)韌性有不利影響。生產(chǎn)中錳含量太低，對(duì)原材料要求高，不現(xiàn)實(shí)。錳含量不得大于0.6%為宜。磷。磷是鑄鐵中的有害元素，在鑄鐵中溶解度較低，極易偏析，當(dāng)P>0.15%時(shí)在凝固過(guò)程中形成二元磷共晶或三元磷共晶。磷共晶在晶界分布，硬度高且脆，惡化了力學(xué)性能，一般控制其上限P<0.16%。硫。鎂與稀土是強(qiáng)力脫硫劑，與S形成MgS、RES夾雜物，硫太高會(huì)消耗球化劑，降低球化效果，造成球化反應(yīng)不良，因此原鐵液硫控制在S<0.12%[1]。本鑄件設(shè)計(jì)的主要化學(xué)成分如表6.1所示元素含量（%）CSiMnPMgS3.0~3.61.4~2.80<0.6<0.150.6~1.0<0.12表6.1合金元素成分表6.1熔煉方法原材料的選擇：1)生鐵：選擇用優(yōu)質(zhì)的HT200生鐵生產(chǎn)灰口鑄鐵件，生鐵除了硅、錳、硫、鈦、釩等要低外，磷，硫含量也很重要，生鐵成分應(yīng)穩(wěn)定。2)廢鋼：廢鋼為普通碳素鋼，無(wú)氧化皮，成分穩(wěn)定，合金元素含量低。3)回爐料：本牌號(hào)廢品及澆冒口，必須去除表面的粘砂和氧化物，分類(lèi)堆放并標(biāo)明化學(xué)成分。中頻電爐熔煉易于控制成分和溫度，可獲得優(yōu)質(zhì)的鐵液。因此，采用中頻電爐熔煉。原材料配比：生鐵加入量70%～80%，廢鋼加入量10%，回爐料加入量10%~15%，硅鐵0.4%~0.6%，熔煉時(shí)采用石墨增碳。因碳熔點(diǎn)高，因此需要先加入爐底，靠擴(kuò)散溶解的方式進(jìn)入鐵液[1]。6.2球化處理工藝采用中頻爐熔化鐵液，出鐵溫度在1450℃~1480℃，采用沖入法進(jìn)行球化處理，球化劑的牌號(hào)為FeSiMg8RE5，孕育劑的牌號(hào)為FeSi75，爐前檢驗(yàn)合格后，快速澆注，控制澆注時(shí)間在15min以?xún)?nèi)，防止球化孕育衰退。球化劑的粒度應(yīng)為10~20mm，球化劑粒度小于10mm的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于10%，球化劑烘干，并在150~200℃預(yù)熱[1]。6.3球化劑和孕育劑加入量的確定鑄件所需的灰口鑄鐵材質(zhì)爐前需進(jìn)行球化處理，先將球化包及球化劑等進(jìn)行充分預(yù)熱，以盡量減少由球化處理造成的鐵液溫度損失，球化劑選用FeSiMg8RE5（含鎂量為8％，RE含量為3％～5％），球化劑加入量為1.5%~1.8%。保證球化處理球鐵中的殘余Mg為0.03％～0.05％，殘余RE為0.02％～0.04％，Mg殘／RE殘>1。孕育處理不僅可以促進(jìn)石墨化，防止防止自由滲碳體、白口出現(xiàn)和提高鐵素體的含量，而且有助于球化，并使球墨變得更多、更細(xì)小、更圓整，分布更均勻，從而提高灰口鑄鐵的力學(xué)性能。本次孕育劑選擇FeSi75，因?yàn)樗目乖杏c球化衰退時(shí)間長(zhǎng)，是長(zhǎng)效孕育劑。采用多次孕育的方法進(jìn)行孕育，以提高抗孕育衰退能力和提高石墨球化效果。FeSi75的加入量為1.5％，粒度為3～6mm，再加入0.16％的純鋁進(jìn)行復(fù)合強(qiáng)化孕育，需注意球化劑和孕育劑需經(jīng)300℃左右預(yù)熱處理、澆包預(yù)熱至暗紅色(溫度不能低于800℃)[1]。6.4鑄件熔煉工藝蝸殼的材質(zhì)為HT200，采用中頻感應(yīng)爐熔化鐵液，具體的熔煉工藝流程：廢鋼→升溫→取樣分析含碳量→生鐵→回爐料→取樣分析Si、Mn→升溫→錳鐵+硅鐵→出爐→孕育+球化→澆注。6.5澆注和清理鑄件澆注前需進(jìn)行爐前扒渣處理，澆注后在砂箱中保溫21小時(shí)以上，保溫結(jié)束后，首先打箱，鑄件落砂清理后，然后割除澆冒口，用拋光機(jī)將鑄件表面清理干凈，最后對(duì)鑄件進(jìn)行畫(huà)線(xiàn)清理、化學(xué)成分、力學(xué)性能和金相組織分析報(bào)告。第七部分鑄造工藝卡零件號(hào)零件名稱(chēng)大帶輪每箱件數(shù)1件鑄件重量360kg鑄件材質(zhì)HT200造型砂型名稱(chēng)砂型類(lèi)別造型方法砂箱編號(hào)砂箱內(nèi)部尺寸（長(zhǎng)*寬*高）上箱樹(shù)脂砂手工造型116