电话:0738-8220988

行业资讯

12bet锤头铸造工艺

2020-09-01 20:06

  锤头铸造工艺_材料科学_工程科技_专业资料。综合设计性生产实验报告 ——锤头铸造工艺设计 学生姓名: 班级: 学号: 实验时间:2013.12.13-2013.12.27 实验地点:分析测试中心、工程训练车间等 同组人员: 指导教师:肖玄 1

  综合设计性生产实验报告 ——锤头铸造工艺设计 学生姓名: 班级: 学号: 实验时间:2013.12.13-2013.12.27 实验地点:分析测试中心、工程训练车间等 同组人员: 指导教师:肖玄 1 1 实验目的 1.培养学生调查市场能力,了解生产产品所需原材料及其市场价 格,对铸造行业市场有大致的初步接触与了解。 2.锻炼学生的分析问题和解决问题的综合协调能力,对本组设计 产品的应用范围,工作条件,成分组成,发展状况有较深的认识。 3.加深学生对铸造工艺,熔炼工艺及铸件质量检测过程的进一步 了解,使学生将所学专业理论知识、工厂实践综合性的有机结合。 4.着重培养学生的创新能力、综合工程技术能力及团队协调能 力。 2 实验原理 在铸造生产中广泛应用的模板(包括模板、芯盒)依据制作材料 可分为木、金属、塑料、泡沫塑料等模样与芯盒。木模用于单件、批 量生产,金属模用于成批量生产,塑料泡沫用于大型件生产。 塑料模具用于消失模生产,它是由环氧树脂制作,具有制造成本 低、易加工、表面光洁、环保的特点。非常适用于大批量、复杂铸件 的生产。但是它也有自身的缺点:质较脆、有较大的毒性。但是它最 大的优点就是:几乎适用于所有不同批量的生产,由于浇注前不用将 塑料模具从铸型中取出,因而又叫做实型铸造,在浇注的过程中,金 属液的热量使得塑料模具融化,气化之后排除铸型。因而又叫做消失 模铸造,这种塑料只能使用一次,对于大批量生产,并不是特别适用, 但是对于复杂、性能要求较高的铸件,它的优势是别的铸造方法所无 法替代的。 2 本实验通过对锤头的铸造分析,从而确定合适的铸造方法以浇注 出合格的锤头。 3 实验设备及原料 3.1 实验设备 箱式电阻炉、抛光机、个人计算机、CAD 绘图软件等。 表 1 箱式电阻炉参数表 电压 频率 加热功率 最高温度 最大尺寸 参数 3×400V 50HZ 12KW 1300℃ 520×600×650mm 3.2 实验原料 铝球、原砂、水玻璃、水、硝酸、盐酸、无水乙醇﹑各粒度砂纸、 M3 及 M10 抛光膏。 4 实验步骤 4.1 在生产中的应用情况 锤头是锤式破碎机核心零部件之一,排列在破碎机转子的锤轴 上,锤头在破碎机高速运转时直接打击物料,最终破碎成合适的物料 粒度。现在市场上的破碎机锤头根据制造工艺可以分为两种:铸造和 锻造,但是他们的耐磨程度是不一样的。由于破碎物料,头部需要良 好的耐磨性而柄部又需要足够韧性,通常用合金钢、高锰钢、铸钢加 高铬铸铁双金属复合等材料用锻造或铸造方法一次成型,配上相应的 热处理工艺就比较经济一点,破碎机锤头根据材质可以分为种:高锰 钢锤头、双金属锤头、复合锤头、大金牙锤头、中铬合金锤头,硬质 3 合金锤头等. 现代工业下的技术表明:锤头最耐磨的是采用硬质合 金锤头在耐磨性上表现良好。 4.2 铸件图 4.2.1 铸件零件图 图1 4.2.2 铸件三维图 图2 4 4.2.3 铸件装配图 图3 4.2.4 铸件装配三维图 图4 5 4.3 成分设计(铝的性质,流动性,硬度,缺陷) 在实验过程中,我们采用融化的金属铝来浇注。首先对于铝,有 很多优秀的性能: (1)铝的密度很小,仅为 2.7 g/cm3,虽然它比较软,但可制成各 种铝合金。 (2) 铝的熔点为 660℃,比较低,有利于融化,从而在本实验中 易于实现融化铝。 (3)铝是热的良导体,它的导热能力比铁大 3 倍,在浇注时有利 于热传递。 (4)铝的表面因有致密的氧化物保护膜,不易受到腐蚀。 但是,铝的流动性不好,在浇铸时常出现浇不足的情况。且铝的 硬度低,铸件容易受到损坏。 4.4 铸造工艺方案及参数设计 4.4.1 铸造工艺方案的确定 通过对图纸的审查,铸件要求不得有裂纹、夹杂、气孔、缩孔等 缺陷,铸件要进行清砂处理。 4.4.2 铸造工艺方案的确定 1.浇注位置的确定通过对锤头结构的分析,各个部分要求基本相 似,无重要加工面。根据造型和砂箱的条件综合考虑选择如图 3 所示 的浇注位置: 2.分型面的选择分型面的确定,根据以下原则 ①造型简单,因为铸件为对称 6 ②图形分型面为大平面 ③有利于下芯和尺寸的检验 最终确定如图 5 所示的分型面。 图5 上沙箱如图 6 所示 7 图6 下沙箱如图 7 所示 图7 合箱三维图如图 8 所示 8 图8 3.浇注系统的设计 浇注系统分为几种,根据浇注系统各单元截面的比例关系,可分 为封闭式,半封闭式,开放式,封闭开放式,而根据内浇道在铸件上 的相对位置关系,可分为顶注式,中注式,底注式和阶梯注入式,针 对本铸件,选用半封闭顶注式浇注系统,使其具有一定的撇渣能力、 使充型容易,可减少浇不足、冷隔方面的缺陷。直浇口放在锤头的底 部,保证钢水浇入时靠近合金块课达到冶金熔合的目的。充型后上部 温度高于底部,有利于铸件自下而上的顺序凝固和冒口的补缩,结构 也简单,便于清除。在铸件的凝固和冷却过程中很容易开裂,要减少 铸件收缩的各种阻碍因素。为提高冒口补缩能力,内浇道尽量经过冒 口进入型腔。 (1)铸件质量 计算质量方法有很多,最简单的方法用制图软件,直接可以得出 铸件的质量。也可以根据图形尺寸,用几何方法计算铸件体积,根据 铸件材质密度,算出铸件的质量,具体步骤如下。 铸件材质为铝,查出密度为 2.7X103kg/m3。 为了计算简单,将铸件分三两部分计算体积。第一部分为孔为 30mm 的平板件,体积为 V1,第二部分为四棱柱体,体积为 V2,底 面为等腰梯形,体积为 V3。 计算 V1=3.14×(352-152) 9 =62800mm3。 V2=65×30×20 =39000mm3。 V3=(50+54)×40×40÷2 =83200mm3 V=V1+V2+V3 =62800+39000+83200 =1.85×105mm3。 M 铸件=ρ铝×V =1.85×105×2.7X10-6 ≈0.500kg。 单件出品率按 65%计算 钢水质量 M 铝水=M/65% =0.50/0.65=0.77kg. (2)冒口计算和设计 10 图9 如图 9 的各个位置的模数为: 处模数 M ? ab ( 2 a ? b)=9.05cm ②处模数 M = ab (2 a +b)=6cm ③处模数 M = ab (2 a +b)=12.24cm 可以看出模数②>①>③遵守顺序凝固的原则,又因为在①处开 设的浇道可利用浇道的补缩,则不用开设浇冒口进行补缩。 (3)最小剩余压头高度的计算 如图 10 所示:经查表得 a=8°L=360mm 由公式 hm≥Ltana =360×tan8° =51mm 取 hm=100mm 又因为 Ho=hm+1/2hc =100+1/2×110 =155mm 则平均压力头 Hp=Ho-0.125hc =155-0.125×110 =142mm 11 图 10 (4)平均压头的确定 H0 ——内浇道以上的金属紧压头,即内浇道至浇口杯液面高度, cm; P——内浇道以上的铸件高度,cm; C——浇注时铸件的高度。 由于采用侧注式:P=C/2。 有:P=110mmHo=110+60+60=230mm Hp=Ho-P/4=230-30=200mm (5)浇注时间 根据经验公式t ? Amn 式中 t—浇注时间 12 A、n—系数 m—浇注金属质量 其中 A=2,m=G=13.55kg,n=0.5 计算得到 t=7.36s (6)内浇道面积 根据阻流截面设计法: S1 ? G ut0.32 hp 式中 S1—内浇道横截面积(cm2); G—流经内浇道的金属液质量(kg); u —流量系数,可参考传统工艺查表,一般铸铁件 0.40-0.60, 铸刚件 0.30-0.50;跟据本铸件,u 取 0.3。 t —浇注时间; H p —平均静压力头高度,对于顶注式浇注,H 0 =Hp 带入数据得,S1=17.8cm2 (7)浇口比及各组元截面积 据查表 [3] ,可得浇口比: S3 : S2 : S1 =1:1.5:2 其中: S1 —内浇道面积; S2 —横浇道面积; S3 —直浇道面积 由内浇道面积 S1 和其比例关系可以得出横浇道和直浇道面积及 直径: 阻流截面的面积为: A = GL ρμt 2gHp = 16 7.89×0.42×8×0.003× 2 ×981×142 =3.6 13 则根据浇口比得:横浇道的面积 A 横=5.4cm2 内浇道的面积 A 内=7.2cm2 根据尺寸确定浇道的形状: 图 11 直浇道的尺寸为:如图 11 图 12 横浇道的尺寸为:如图 12 图 13 内浇道的尺寸为:如图 13 4.4.3 铸造工艺参数 14 工艺设计参数是:铸造收缩率(缩尺)、机械加工余量、起模斜 度等。工艺参数选取得准确、合适,才能保证铸件尺寸(形状)精确, 使造型、制芯、下芯、合箱方便,提高生产率,降低成本。工艺参数 选取不准确,则铸件精度降低,甚至因尺寸超过公差要求而报废。 1.机械加工余量 由于纯铝成本较高,且铸件尺寸较小,所以不设定加工余量。 2.铸件的线收缩率 铸造收缩率受许多因素的影响,例如,合金的种类及成分、铸件 冷却、收缩时受到阻力的大小、冷却条件的差异等用于铸造的金属液 均需有一定的过热度,具有一定过热度的液态合金浇注后,随着温度 下降,存在于液态金属原子集团间的空穴数逐渐减少,原子集团的距 离缩短,12bet!液态合金体积缩小,温度继续下降,液态合金发生固态转变, 空穴消失,原子间距离进一步缩短。凝固完毕后继续冷却,原子间距 离还要缩短。大部分金属从液态浇注后到常温,都要经历液态收缩、 液固态收缩和固态收缩三个联系的收缩阶段,由于不同阶段的收缩特 性不同,因而对铸件质量就产生不同的影响,液态和固液态收缩是铸 件产生缩孔、缩松的原因,在固态收缩阶段,铸件各方向上所表现的 线尺寸缩小,不仅对铸件尺寸精度有直接的关系,而且也是铸件产生 应力、变形和热裂的基本原因。据查表,参考其成分,可得收缩率为 2.45%。 3.起模斜度 15 为了方便起模,在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度,以免损 坏砂型或砂芯。由于该铸件厚度较小,我们选择无斜度。 4.4.4 冷铁的设定 为了防止在冒口难于补缩的部位产生缩孔、缩松,减轻铸件变形 及厚壁铸件中的偏析,使整个铸件接近于同时凝固,防止或如细化基 体组织,提高铸件表面硬度和耐磨性,本设计采用外冷铁,与冒口配 合使用,扩大冒口补缩距离或范围,减少冒口数目或体积。 4.5 配料 由于实验设计的是使用铝浇注,在浇注时,我们又只需要浇注一 个锤头,根据设计,只需要一个冒口和冷铁。因而根据前面的计算。 总共 0.77kg,因而在此配料中,我们需要的铝的质量为 0.77kg。 4.6 混砂及造型 1.混砂比例 表 2 型砂配料表(%) 原料名称 原砂 粘土 水玻璃 水 配比 100 6 6 适取 2.混砂工艺 (1)筛砂选取筛网筛除粒度一定的原砂。 (2)混砂由于条件的限制,我们选择手工造型,按上表比例加 入粘土、水玻璃、水,进行均匀混合。 3.造型 16 将混取的型砂放入砂箱。本次采用砂型消失模铸造。首先将混好 的涂料涂在消失模的表面,待其晾干后再涂上一层消失模涂料,以保 证模型强度。待第 2 次涂料晾干后,将模型放入沙箱中造型。利用工 具进行充紧,获得砂型。并扎上气孔、再在浇口处造浇口杯。放在合 适的位置晒干。砂型如图 14 所示: 17 图 14 4.7 熔炼、浇注以及清理 4.7.1 熔炼 熔炼设备:箱式电阻炉 ①装料 为了加快溶化,应该注意装料的方法。一般来说,大块的炉料放 在干锅壁的附近,小块料装在中间或者炉底,因为靠干锅壁处炉温高, 而中心或者底部炉温较低。大块炉料中间的空隙用小料充填。炉料装 的越紧,熔化越快。 ②熔化 装好炉料后开始通电熔化。将温度设置在 900℃,加热约 1 小时, 待铝球充分熔化且混合均匀后出钢。 ③出钢 出钢时,应该避免水分太高,加入钢液会产生气体。 4.7.2 浇注 铝球熔炼完毕后,将装有铝液的石墨坩埚内,先慢慢倒入浇口中, 待铝液准确倒入浇口后,加大倾斜程度,使铝液快速浇入型腔。注意 浇注过程的型砂表面的点火,浇注过程中金属液流动的均匀。浇注后 零件如图 15 所示 18 图 15 4.7.3 清理 待铸件凝固后,敲掉浇口和冒口,将型砂从砂箱中清理掉。将浇 注完成的铸件,待冷却片刻之后,立刻将其从砂中取出,在空气中冷 却,相当于正火作用,以获得较细的珠光体组织。 4.8 取样 19 将铸件浇冒口的一部分进行切割后,获得小样,进行打磨。如图 16、17、18、19 所示 图 16 图 17 图 18 图 19 4.9 金相组织分析 选取铸件浇口部分的切割样品,用来制作为金相观察实验的样 品。先用收锯将试样切割下来,再用砂轮打磨样品,最后用砂纸打磨, 砂纸的使用顺序为从粗到细。并且打磨一会儿要旋转 90°以保证打磨 质量,最后在抛光机上抛光,也要抛光几分钟之后旋转 90°以保证抛 20 光质量。最后试样表面光洁,可倒影出人影即可。最后将试样进行清 洗,使用电吹风烘干。最后将清洗后的样品用硝酸进行腐蚀,再放到 金相显微镜下进行观察,得到图 20、图 21 和图 22。 图 20 图 21 5 试验结果及分析 5.1 实验结果 图 22 21 这次综合设计性实验,大学期间最完整的一次生产实践。我们第 三小组在肖老师的指导下,完成了从造型、熔炼、浇注以及后期分析 的完整的铸造的工艺流程。虽然在开始制造模样时,模具断裂,但是 我们没有灰心,从头再来,终于使得试验得以继续进行。但第一次亲 身亲历完整的综合实践过程还是让我受益匪浅。书本上的知识是死 的,只有活学活用才是硬道理。以下是铸件产品缺陷分析。 5.2 铸件的缩孔缺陷分析 缩孔是铸件常见的缺陷,是产生废品的主要原因之一。铸件凝固 过程温度场数值模拟为最终消除缩孔缺陷或将其限制在用户允许的 范围内,以获得质量合格的产品提供了非常有效的手段。如下图 23 所示为铸件的缩孔缺陷。缩孔产生的原因主要由以下几点: (1) 浇注系统和冒口位置不当; (2) 补缩不良;铸件结构不合理; (3) 浇注温度过高或铁液成分不对,收缩率大。 22 图 23 5.3 铸件的夹砂缺陷分析 因砂型表层受热膨胀而造成的铸件缺陷以夹砂形态最为典 型,在湿型铸造生产条件下铸件产生夹砂极为常见,但干型铸件 就很少产生这种缺陷。它常见于铸件上表面,并且上表面越大越 容易产生夹砂。产生夹砂的主要原因有以下几点: (1)材料问题(材质含量比例不当); (2)加工过程快或慢; (3)工人工艺等; (4)模具和模具材质。 23 图 24 5.6 金相图分析 通过对经过硝酸溶液侵蚀的金相图的分析,我们可以清楚的看到 在铸件中有大量的白色组织,这就是等轴细晶区,说明在铸件中大量 存在的应该是等轴细晶区。这对铸件的性能有很大的影响。 6 实验心得 这次综合实践是考研冲刺过程中进行的,虽然用去备战考研的不 少时间,但我觉得这是非常值得的。在肖老师的指导下,我们自己从 第一步开始,自己动手,从前期的模具制作到后期的浇注,再到最后 的金相分析,我们都是自己亲自动手、亲自参与,这个过程让我受益 匪浅。通过自己的切身参与,不仅让我们对于铸造有了更深层次的认 识,也使我们在团队协作上有了更加深的认识。 通过这次综合实践,我学习到了很多书本上学习不到的知识,也 收获了很多快乐,知道了浇注的辛苦与成功的来之不易,在以后的学 24 习工作中,我会发挥铸造的精神,不怕苦不怕累,一定要认真把握好 每个细节,让成功距离自己更近一点。最后感谢亲爱的老师对我们的 细心指导,真心对老师说一句:老师,辛苦了。 25