毕业设计（论文）-小型滚筒式卧式离心铸造机的设计.doc

理工学院 毕 业 设 计 学生姓名： 学 号： 专 业： 材料成型及控制工程 题 目： 小型滚筒式卧式离心铸造机的设计 指导教师： 评阅教师： 2012 年 6 月 河北科技大学理工学院毕业设计成绩评定表 姓 名刘江泽学 号08L0608122成 绩 专 业材料成型及控制工程 题 目小型卧式滚筒式离心铸造机的设计 指导教师评语及成绩 指导教师： 年 月 日 评阅教师评语及成绩 评阅教师： 年 月 日 答辩小组评语及成绩 答辩小组组长： 年 月 日 答辩委员会意见 答辩委员会主任： 年 月 日 毕毕 业业 设设 计计 中中 文文 摘摘 要要 本文对滚筒形状离心铸件进行铸造工艺设计。首先完成离心铸造工艺设计， 对于生产条件的确定以及离心机的选择并对离心铸造的浇注温度、速度、时间和 铸型转动时间进行确定。根据零件设计出衬套、挡板和后盖，画出其零件图，并 组装成整体模具图。利用重力系数公式计算铸型转速，再根据公式计算转矩，选 择联轴器和离合器。然后根据转速计算出最小轴径，进而设计出整体的轴，并对 轴进行了校核。利用 CAD 绘制出小型滚筒式卧式离心铸造机的整体图形以及零件 图。 关键词：卧式，离心铸造，滚筒，CAD 毕毕 业业 设设 计计 外外 文文 摘摘 要要 Title Design of horizontal centerfugal casting machine with small drum shaped Abstract The drum shape centrifugal casting foundry process design. First to complete the design of centrifugal casting process to determine the rotation time of the production conditions to determine the centrifuge selection and centrifugal casting，pouring temperature，speed，time，and cast. Bushings，bezel and back cover，according to the part design to draw the parts diagram，and assembled into the overall die map. Gravity coefficient was calculated as the casting speed，according to the formula to calculate torque，select the couplings and clutches. According to speed to calculate the minimum shaft diameter，and then design the whole axis and the axis was calibrated. Use of CAD drawing overall graphics and parts diagram of a small drum horizontal centrifugal casting machine. Key Words Horizontal Centrifugal casting Roller CAD 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 I 页共 II 页 目 录 1 绪论.1 1.1 铸造简介 .1 1.2 离心铸造简介 .1 1.3 45 钢简介 .3 1.4 离心铸管机的设计原则 .4 1.5 本课题研究的对象 .4 2 离心铸造工艺.5 2.1 生产条件的确定 .5 2.2 金属模涂料 .6 2.3 浇注温度 .8 2.4 浇注速度 .8 2.5 浇注系统 .8 2.6 铸型转动时间 .9 3 离心铸管缺陷分析及预防.10 3.1 合金钢管缺陷分析 .10 3.2 缺陷预防措施 .10 4 模具设计.12 4.1 模具的结构 .12 4.2 模具参数的计算 .12 4.3 铸型转速的计算 .14 5 零件的选择.17 5.1 联轴器的选择 .17 5.2 离合器的选择 .19 5.3 轴承的选择 .20 6 轴的设计.22 6.1 轴长的确定 .22 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 II 页共 II 页 6.2 轴的校核 .23 6.3 键与销的选取和校核 .25 结论.27 致谢.28 参考文献.29 本 科 毕 业 设 计 第 1 页共 29 页 1 绪论绪论 1.1 铸造简介铸造简介 1.1.1 铸造的定义 铸造1是熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得具有一定形状、 尺寸和性能金属零件毛坯的成型方法。 铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理 后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造毛坯因近乎成形，而达到免 机械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上减少了制作时间。铸造是现代 装置制造工业的基础工艺之一。 1.1.2 铸造的发展 中国早期的铸件大多是农业生产、宗教、生活等方面的工具，艺术色彩浓厚。那 时的铸造工艺是与制陶工艺并行发展的，受陶器的影响很大。中国约在公元前 1700 前 1000 年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。 中国在公元前 513 年，铸出了世界上最早的铸铁件。欧洲在公元八世纪前后也开 始生产铸铁件。铸铁件的出现，扩大了铸件的应用范围。 18 世纪的工业革命以后，蒸汽机、纺织机和铁路等工业兴起，铸件进入为大工业 服务的新时期，铸造技术开始有了大的发展。 进入 20 世纪，铸造的发展速度很快，其重要因素之一是产品技术的进步 ，要求 铸件各种机械物理性能更好，同时仍具有良好的机械加工性能；另一个原因是机械工 业本身和其他工业如化工、仪表等的发展，给铸造业创造了有利的物质条件。 1.1.3 铸造的分类 铸造种类很多，按造型方法习惯上分为： （1） 普通砂型铸造，包括湿砂型、干砂型和化学硬化砂型 3 类。 （2） 特种铸造，按造型材料又可分为以天然矿产砂石为主要造型材料的特种铸 造（如熔模铸造、泥型铸造、铸造车间壳型铸造、负压铸造、实型铸造、陶瓷型铸造 等）和以金属为主要铸型材料的特种铸造（如金属型铸造、压力铸造、连续铸造、低 压铸造、离心铸造等）两类。 1.2 离心铸造简介离心铸造简介 1.2.1 离心铸造的发展概况 2 1809 年，英国人埃尔恰尔特申请了有关卧式离心铸造和立式离心铸造的第一个专 利。 1849 年，英国人安德鲁逊克制作出第一台离心铸管机，而后生产了长达 3.6m、 直径为 75mm 的离心铸铁管。 1857 年德国人汉内贝士麦提出用立式离心铸造生产轮圈。 本 科 毕 业 设 计 第 2 页共 29 页 1862 年英国人惠尔利和鲍韦尔制作出了铸造轮圈的立式离心铸造机。 1910 年德国人奥托勃里代发明用移动浇注槽生产金属型离心铸管的方法。 1914 年巴西人代拉夫得和阿伦斯研究水冷型离心铸管法成功。1917 年美国人莫尔 创造了砂型离心铸管法，1920 年开始用于大量生产。 1950 年在瑞典开始用涂料金属型离心铸造法生产主要用于下水道的小口径铁管。 50 年代美国离心铸管公司建立了树脂砂型离心铸管法。 30 年代以后离心铸造法逐步推广应用于生产汽缸套、炮身、鼓轮等铸件。 在 20 世纪 40 年代出现了用离心铸造法生产双金属复合冶金轧辊的工艺。 1.2.2 离心铸造的定义及原理3 离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型里，在离心力的作用下充型并凝固成铸件的 一种铸造方法。离心铸造用的机器称为离心铸造机。 根据力学中的惯性，处于旋转状态下的金属液质点相应的产生了离心力，所以金 属液在离心力的作用下凝固成形是离心铸造的一大特点。 1.2.3 离心铸造的分类 按照铸型的旋转轴方向不同，常见的离心铸造机分为卧式、立式 2 种。 （1） 卧式离心铸造，铸型的旋转轴线处于水平状态或与水平线夹角很小(小于 4)时 离心铸造成为卧式离心铸造。如图 1-1 为一种卧式离心铸造。卧式离心铸造机主要用 于浇注各种管状铸件，如灰铸铁球墨铸铁的水管和煤气管等等，管径最小 75 毫米，最 大可达 3000 毫米。此外可以浇注造纸机用大口径铜辊筒，各种碳钢、合金钢管以及要 求内外层有不同成分的双层材质钢轧辊。 （2） 立式离心铸造，铸型的旋转轴线处于垂直状态时的离心铸造。如图 1-2 为 一种立式离心铸造。立式离心铸造机则主要用以生产各种环形铸件和较小的非圆形铸 件。 图 1-1 卧式离心铸造 图 1-2 立式离心铸造 1.2.4 离心铸造的特点 离心铸造的特点是金属液在离心力的作用下充型和凝固，金属补缩效果好，铸件 外层组织致密，非金属夹杂物少，机械性能好。离心铸造不用造型、制芯，节省了相 关材料及设备投入。铸造空心铸件不需浇冒口，金属利用率可大大提高。因此对某些 本 科 毕 业 设 计 第 3 页共 29 页 特定形状的铸件来说，离心铸造是一种节省材料、节省能耗、高效益的工艺，但须特 别注意采取有效的安全措施。 离心铸造可以获得无缩孔、气孔、夹渣的铸件，而且组织细密、机械性能好。当 铸造圆形中空零件时，可以省去型芯。此外，离心铸造不需要浇注系统，减少了金属 的消耗。但离心铸造铸出的筒形零件内孔自由表面粗糙、尺寸误差大、质量差，有较 多气孔、夹渣，因此需增加加工余量，而且不适宜浇注容易产生比重偏析的合金及铝 镁等合金。 1.2.5 离心铸造的应用 离心铸造主要用于大批生产铁管、铜套、发动机缸套、双金属钢背铜套、造纸机 滚筒。生产效益显著的有双金属铸铁轧辊，加热炉底耐热钢辊道、无缝钢管毛坯，刹 车鼓、活塞环毛坯、铜合金涡轮毛坯等。 1.3 45 钢简介钢简介 45 号钢4，是 GB 中的叫法，国内常叫 45 号钢，也有叫做“油钢” 。45 号钢为优 质碳素结构用钢，硬度不高易切削加工，模具中常用来做模板、梢子、导柱等 ，但须 热处理。 1.3.1 化学成分 C 含量是 0.42%0.50%，Si 含量为 0.17%0.37%，Mn 含量 0.50%0.80%，Cr 含量0.25%，Ni 含量0.30%，Cu 含量0.25%。密度是 7.85g/cm3。 1.3.2 处理方法 （1） 热处理 推荐热处理温度：正火 850，淬火 840，回火 600。 （1）45 号钢淬火后没有 回火之前，硬度大于 HRC55（最高可达 HRC62）为合格。 实际应用的最高硬度为 HRC55（高频淬火 HRC58） 。 （2）45 号钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺。 调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特 别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。 可用调质+表面淬火来提高零件表面硬度。 （2） 渗碳处理 一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质+表面淬火高。其表 面含碳量 0.8%1.2%，芯部一般在 0.1%0.25%（特殊情况下采用 0.35%） 。经热处理后， 表面可以获得很高的硬度（HRC5862） ，芯部硬度低，耐冲击。 如果用 45 号钢渗碳，淬火后芯部会出现硬脆的马氏体，失去渗碳处理的优点。现 在采用渗碳工艺的材料，含碳量都不高，到 0.30%芯部强度已经可以达到很高，应用 上不多见。0.35%从来没见过实例，只在教科书里有介绍。可以采用调质+高频表面淬 火的工艺，耐磨性较渗碳略差。 本 科 毕 业 设 计 第 4 页共 29 页 1.3.3 45 钢应用 45 钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过正火后，可得到较好的切削性能， 而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能。45 钢广泛用于机械制造，如管、模板、 连杆、螺栓、齿轮及轴类等。 1.4 离心铸管机的设计原则离心铸管机的设计原则 设计离心铸管机时需要确定几项参数：浇注时管模的转速，浇注速度，浇注时间 等，并遵循以下四个原则5。 （1） 离心铸管模的转速应保证液态金属进入管模后立刻成圆筒形，并能得到良 好的铸管内部组织，根据不同规格的铸管确定不同的转速。 （2） 离心机的下行速度应均匀，保证铸管壁厚均匀，不同规格的铸管下行速度 不同。 （3） 浇注不同规格的铸管时，配用不同容量的扇形包。一套扇形包的倾动机构 在一种倾倒速度的条件下，可以倾倒出不同重量的铁水量。 （4） 管模的冷却水量采用闭环控制，根据水的出口和入口温度控制冷却水量。 1.5 本课题研究的对象本课题研究的对象 根据零件图（如图 1-3 所示）设计小型滚筒式卧式离心铸造机，零件材料为 45 号 钢，零件壁厚 10mm。 D=150mm h=250mm 图 1-3 管类零件 本 科 毕 业 设 计 第 5 页共 29 页 2 离心铸造工艺离心铸造工艺 2.1 生产条件的确定生产条件的确定 离心铸造的设备包括熔炼设备、传动设备和模具。 2.1.1 熔炼炉的选择 熔炼炉的选择如表 2-1。 表 2-1 熔炼设备一览6 序号名称功率（KW）最大容量（T）形式 1 2 3 电弧炉 中频炉 焦炭坩埚炉 100 250 2.2 0.5 0.25 0.3 卧式 立式 立式 根据模具的尺寸选择 1 号电弧炉。利用电弧热效应熔炼金属和其他物料的电炉叫 电弧炉，电弧炉用于熔炼普通钢、优质碳素钢及各种合金钢、不锈钢。 2.1.2 炉前准备 凡是要加入到炉中去的各种原材料都要必须除锈、去油、彻底烘干。投炉前应尽 可能的把炉料预热到 400左右。各种辅料包括覆盖剂、清渣剂、除气剂都必须在投炉 前烘烤，对一些氯化物，还必须高温脱水处理后方能使用，严禁冷料使用。凡是与金 属液直接接触的各类工具，包括浇包、浇口槽、钟罩、搅拦棒、耙子等都必须刷好涂 料彻底烘干后待用。石墨坩埚应预热到 200-300时再放入炉膛，防止坩埚爆炸和掉层。 检查钢液质量好坏、能否离心铸造，检查的方法是在耐火砖上凿一个直径 5050mm 的凹坑，把熔炼好的金属液注入，待凝固后看其表面。表面凹陷为合格，若 是表面平整或者凸起，证明铜液中含有气体或者气体含量严重，此时必须进行第二次 排气和精炼处理，之后再检查一次，要是第二次检查还不合格，这炉钢液就不能进行 离心铸造。 2.1.3 离心机的选择 如表 2-2 所示，根据零件尺寸选择 1 号卧式三级离心机。 表 2-2 离心机选择表 序号最大规格 （mm） 功率（KW）最大车速（转/分）形式 本 科 毕 业 设 计 第 6 页共 29 页 1 2 3 4 300 400 600 800 700 200 1100 600 4 10 20 40 1150 900 800 700 卧式三级 卧式二级 立式二级 立式二级 2.1.4 离心机转速的确定 离心机转速直接影响铸件质量，转速过低使铸件内圆产生金属堆积，合金液中的 氧化夹杂物不易离出，铸件产生类渣；转速过高铸件容易产生偏析，尤其是铸件壁厚 较大，结晶温度范围较宽的合金和合金中成分比重相差较大的元素。如锡、铅等。通 常我们用 如下经验方法来确定。铸件的直径小，需要的离心力大，速度靠上限取，反 之取较小的转速。此处铸件的直径是指内孔而不是外圆，见表 2-3 所示。 表 2-3 离心机转速表 形式直径（mm）转速（r/min） 卧式 50100 100200 200400 400600 8001300 9501100 750950 600750 立式 600800 8001100 600700 500600 零件内径是 130mm，选取转速 9501100r/min。 2.2 金属模涂料金属模涂料 2.2.1 喷刷涂料的目的 保护金属型，提高冒口补缩能力，利于金属液流动改善充型条件，一定的排气作 用，使铸件表面光滑利于脱型，涂料层可减少或避免铸铁件产生百口。 2.2.2 对涂料的要求 有足够的耐热性，必要的化学稳定性，有一定的导热性，能牢固的附着在金属性 表面而且自身有一定的强度。 2.2.3 涂料各成分的性能 涂料7是由耐火粉、粘结剂、稀释剂、特殊附加剂等多种成分组成的混合液体。 （1） 耐火粉对废铁合金常用的有白垩粉、滑石粉、二氧化钛、氧化镁、石墨粉 等；对铜合金铸件常用的有石墨粉、石棉粉、耐火粘土、滑石粉等；对黑色金属铸件 常用的有硅石粉、镁砂粉、铬铁矿粉、耐火砖粉、耐火粘土、石墨粉等。 （2） 粘结剂对非铁合金主要用玻璃水；对铸钢件一般用粘土、水泥、糖浆、油 类等等。 本 科 毕 业 设 计 第 7 页共 29 页 （3） 稀释剂除铜合金外一般都用水稀释。 （4） 特殊附加剂为提高非铁合金铸件所用涂料塑性，在其成分中加入 2%3%的 亚硫酸钡。铸造镁合金时，为防止金属氧化一般加硼酸。 2.2.4 涂料配比 涂料的成分由很多种，铸件材料不同，选择的涂料也不一样。表 2-4 列举了铸钢 件的涂料多种配比。 表 2-4 铸钢件金属型铸造用涂料配比（wt%） 编号成分配比备注 1石灰粉 耐火粘土 肥皂液 糖浆 水 87 8 12 13 其余 用水调至密度为 1.41.5g/cm，在预热 金属型之前用毛笔刷涂 2机油100金属型预热后用棉布擦涂（小钢件） 3硅石粉 白泥 糖浆 重油 100 4 2 0.20.3 大型铸钢件用（配比中后三项是另加的， 湿碾12h，含水量 28%33%） 4沥青 汽油 一份（体积） 三份（体积） 5脱水焦油100 2.2.5 涂料配制工艺 （1）原材料准备，涂料中的各种耐火粉在配制前都应进行干燥，然后进行过筛。 （2）涂料配制，铸铁件、铸钢件用涂料的配置方法，先将耐火粉混匀，然后兑入 液体材料。 2.2.6 涂料喷涂工艺 喷刷涂料前应仔细清理金属型工作面及通气孔，去除旧的涂料层、及粘附的金属 毛刺等。新投入运用的金属型，可用稀硫酸洗涤或轻度吹砂处理来改善型面对涂料的 粘附力。 清理好的金属型一般都需要进行预热，铸钢件预热温度在 100250。 本 科 毕 业 设 计 第 8 页共 29 页 喷刷涂料时应注意金属型不同部位要求的涂料层厚度。如非铁合金，浇冒口部分： 0.5mm1mm，铸件厚大部分：0.05mm0.2mm，铸件薄壁部分：0.2mm0.5mm。 2.3 浇注温度浇注温度 浇注温度是保证合格铸件的主要参数之一。本次设计为管状零件，金属液充型时 遇到阻力较小，又有离心压力或离心力加强金属液的充型性，故离心铸造是的浇注温 度可比重力浇注低 510。浇注温度过高铸件外圆容易产生气孔，浇口部位将产生 缩孔。浇注温度过低铸件外圆产生冷隔、皱皮，铸件内部产生夹层、壁厚不均、内圆 堆积金属等缺陷。45 钢的熔化温度 14601467，出钢温度 15601580，浇注温 度 15001550。 2.4 浇注速度浇注速度 离心机因采用金属型模具，冷却速度较快，采用快速浇注能获得优质铸件。由零 件 参数得质量为kg。根据表 2-5，选取包孔直径 30mm，浇注时间 0.5s。4 . 4)( 2 0 2 rr 表 2-5 钢液浇注重量速度平均值 包孔直径浇注重量速度备注 30 35 40 45 50 10 20 27 42 55 包孔直径:mm，浇注重量速度: kg/s 2.5 浇注系统浇注系统 离心铸造浇注系统应满足下列要求：（1）浇注长度长、直径大的铸件时，浇注系 统应使金属液能较快的均匀的铺在铸型内表上。 （2）尽可能减少金属液飞溅。 （3）铸 型内的浇道应能使金属液顺利流入型腔。 （4）浇注终了，浇杯和浇注槽内应不留金属 和熔渣，如果有熔渣也应该易于清理。 离心铸造的浇口没有手工铸造的要求严格，但浇口位置不当也会使铸件产生缺陷， 突出的缺陷有，纵向壁厚不均，浇口近的地方过厚，远离浇口的地方很薄，铸件两头 产生氧化夹杂物，特别是卧式离心机。因此对直径小而长的铸件，尽量将浇口伸进金 属模 1/31/2 处较为理想；直径大而短的铸件，浇口伸进金属模的深度约 1/31/2 处即 可。浇口的深度确定之后，还必须调整浇口方向，浇口方向不能朝上顺着离心机的旋 转方向，也不能直顶着离心机的旋转方向。合适的浇口方向始终与离心机的旋转方向 形成一个 15左右的夹角，最大不得超过 30，能有效地保证铸件质量。本次设计选择 本 科 毕 业 设 计 第 9 页共 29 页 伸进金属模 1/3 处。选择管式浇注杯。 2.6 铸型转动时间铸型转动时间 当金属液注入金属模后，要有足够的时间使液态金属转变为固态金属，整个转变 过程是在离心机旋转过程中进行的，不可以停机。若是过早停机，铸件将会产生凸瘤 和不圆现象。最简单的办法是观察铸件颜色，呈暗红色时停机、取件。一般转动时间 取 10s。 本 科 毕 业 设 计 第 10 页共 29 页 3 离心铸管缺陷分析及预防离心铸管缺陷分析及预防 3.1 合金钢管缺陷分析合金钢管缺陷分析 离心铸造合金钢管常出现的缺陷8有：充型不完整，表面气孔，钢管表层夹砂，裂 纹，试压渗漏，夹渣与渣痕，表面局部针刺。 （1） 充型不完整。在离心铸造钢管中充型不完整常有两种情况：一种是外型缺 浇，管子未达到足够的长度； 另一种是管子壁厚不均，在管子浇注的彼端壁较薄。此 缺陷常发生于壁厚在 8mm 以下的薄壁钢管中，特别是长径比大的管子（L/D15，L 管长；D 管径） 。 （2） 表面气孔。在钢管表面局部存在气孔，直径为 0.2mm2 mm，深 0.5mm2mm，气孔分布的密度约为 212 个/ cm 。呈现出很均匀的一片片的气孔。 （3） 钢管表层夹砂。在钢管表面局部出现粗糙麻面并稍有凸起，粗糙麻面有清 晰的周边轮廓。严重时成为环带状夹砂。当去掉粗糙的钢表层后可见存在其中的薄涂 料层即夹砂。夹砂部位经过 1mm2mm 的加工即可去除。但它严重影响铸皮质量，如 是非加工的钢管就很可能报废。这种缺陷多出现于挂涂料的钢管。 （4） 裂纹。钢管裂纹有纵裂和横裂。纵裂纹主要是由于合金在凝固时转速过高， 往往伴随离心机振动较大时出现，生产中纵裂纹出现不多。 实际中横裂纹较多见，裂纹多靠管子一端，裂纹有时穿透管壁，严重者管子一出 型就断开了。 （5） 试压渗漏。钢管在试压时，在表面出现大面积渗漏，呈现一片片泅水现象， 造成报废。 （6） 夹渣与渣痕。 夹渣，有时管子表面并未见有夹渣，经试压发现局部小面积渗漏，经剖破检验发 现在漏水处管壁中存在夹渣，某厂生产镁罐筒曾出现过此现象。 渣痕，有时在钢管的内表面存在小凹陷，大小、深浅不等。在薄壁钢管中凹陷处 使壁厚减薄较多。由于钢管内表面存留较大块浮渣，待其脱落后便显出凹陷，所以是 渣痕。渣物的密度比钢液小时在离心力作用下浮到内表面，但由于渣物本身的重力使 其沉入钢液一定深度，从而形成渣痕。 （7） 表面局部针刺。在靠近钢管的一端有时会出现针刺。针刺的直径为 0.5mm1 mm，高为 2mm3mm，每平方厘米内 1 根左右。这种现象常发生在涂料层较 厚的情况下。 3.2 缺陷预防措施缺陷预防措施 （1） 充型不完整。在离心浇注时影响充型的因素主要有：浇注温度、铸型转速、 浇注速度和铸型温度等。在铸型温度和浇注速度一定的情况下，提高浇注温度，可增 加钢液的流动性；增加铸型转速，可提高离心压力使钢液较好地布满铸型。 本 科 毕 业 设 计 第 11 页共 29 页 （2） 表面气孔。这种气孔是由于涂料产生的侵入性气孔。钢液浇注后，涂料层 在高温作用下发生气化，当气体形成较大压力时就会进人钢管表层，这时合金已处于 或接近半凝固状态，很快凝固成型，气体不能穿过合金层逸出，就存留于钢管表层形 成气孔。由于钢液温度高，涂料激发出的气体较多，涂料层容气量有限，而且铸型无 排气孔，所以离心钢管易产生气孔。 克服气孔缺陷的基本途径是减少涂料的发气量。有效的办法是将耐火骨料经高温 焙烧使其脱掉结晶水，试验表明当涂料发气量小于 5cmm/ g 时，在正常离心铸造工艺 条件下钢管不会出现气孔。粘结剂和悬浮剂应尽量少加，铸型上完涂料后要充分干燥， 使粘结剂达到一定程度的脱水，以减少发气量。 （3） 铸管表层夹砂。夹砂主要是由于涂料层组成不均，存在分层现象，当有裂 纹或浇注时发生裂纹，钢液钻入将表层涂料夹在中间所致。分层现象的形成主要是由 于挂涂料时，涂料在型内混合时间不够，未达到均匀而粘稠的程度，便加速涂挂，致 使密度较小的粘结剂多浮向内表层，而形成中间低强度层的分层现象。为减少分层现 象，要注意涂料在型内的混合，严格控制加速涂挂时间。此外，涂料在入型前应充分 搅拌(特别是耐火骨料密度差较大) ；涂料时要严格控制型温； 铸型较长时涂料导入要 均匀。在铸型干燥时应缓慢加热以防止涂料层裂纹。 （4） 裂纹。这是一种热裂纹。当钢管两端出现飞刺或喇叭头时，合金凝固后收 缩受到阻碍，而且高合金钢收缩率又较大，故造成裂纹。从工艺上看主要在于涂料厚 度的均匀性，涂料在铸型纵向要分布均匀。挂涂料时端盖处不得有涂料浆漏出，避免 产生飞刺。挂涂料时用木端盖(挂完更换)可防漏料，最好挂完涂料后再将端盖与铸型接 触处进行密封。喷涂料时涂料厚度要均匀，端部不得有皮缝。 （5） 试压渗漏。这种渗漏主要是由于管壁存在缩松所致。产生缩松的原因在于 离心浇注时管壁未形成从外向内顺序凝固。这种缺陷多出于挂涂料法生产的薄壁钢管 上。 如: 生产直径为 100mm，壁厚 56mm 的耐热钢辐射管。铸型挂 3mm 厚的耐火涂 料，铸出钢管表面质量良好，经试压出现大面积渗漏，检验钢管壁截面发现严重缩松。 原因是涂料太厚，冷却强度不够，钢液层未实现顺序凝固，而是体凝固所致。将涂料 改为 1.5mm 厚，渗漏克服。从这点看喷涂料比挂涂料好。 （6） 夹渣与渣痕。存在夹渣主要是由于浇注温度低，除渣不净，或浇注转速不 够，致使渣物未能及时浮动到内表面。渣物密度愈大沉入钢液愈深，体积愈大其渣痕 也愈大。所以除净渣物和采用封闭式浇注系统很必要。 （7） 表面局部针刺。据工艺分析，是由于铸型预热温度不均匀所致。例如，靠 近干燥炉里端铸型温度偏高，挂涂料时该处涂料硬化快，其内部迅速产生蒸气不能顺 利排出，而形成集中气流夺路外逸，造成涂料层穿孔，在此过程中涂料层不断硬化使 孔洞保留下来，浇注后钢管表面就形成针刺。针刺需打磨清理增加劳务。使铸型预热 温度均匀，涂料时型温不得过高，可消除表面针刺。 本 科 毕 业 设 计 第 12 页共 29 页 4 模具设计模具设计 4.1 模具的结构模具的结构 模具必须以零件的大小作为标准，零件图为图 1-3。 铸件外径小于 200mm，模具组装图9如图 4-1 所示。 1.后盖 2.挡板 3.衬套 4.销子 图 4-1 模具组装图1415 4.2 模具参数的计算模具参数的计算 4.2.1 衬套设计 衬套的作用就是为了方便零件脱模，在衬套表面，涂由一层隔热物资，作用是使 零件不与衬套粘结在一起，并且防止衬套受热变形。零件材料是 45 钢，模具工作温度 8001000，模具材料为特种合金 K3、K5、K17 或者 K19。 由于零件在从液体凝固成液体过程中，会发生收缩。故在设计衬套的过程要充分 考虑到零件的收缩率，如表 4-1。 表 4-1 收缩率选择表 铸件外径（mm）收缩量（mm）备注 100 150 200 200 3 4 5 5 或实验后确定 本 科 毕 业 设 计 第 13 页共 29 页 D 为衬套外径 150+20+4=174mm 零件外径 150mm，收缩量取 4mm d 为外径+收缩量=150+4=154mm d1=d+10mm=164mm d、=铸件内径-收缩率 铸件外径 R=150mm；壁厚 10mm；内径 R、=150-20=130mm；d、=130-4=126mm 壳体厚度=衬套厚度 0.8=8mm 4.2.2 后盖的设计 后盖直径 d1、=d1=164mm 厚度 n=20mm。如图 4-2 所示。 图 4-2 后盖 4.2.3 挡板的设计 挡板的作用就是防止衬套在高速转动过程中由于离心力的作用脱离模具。如图 4-3 所示。 图 4-3 挡板 挡板外径 D、=d1=164mm 本 科 毕 业 设 计 第 14 页共 29 页 挡板内径 d、=126mm b=20mm 4.3 铸型转速的计算铸型转速的计算 实际生产中，常用一些经验公式计算铸型的转速，并根据实践情况进行适当修正， 一般铸型转速在15%的偏差时，不会对浇注过程和铸件质量产生显著的影响。 （1） 康斯坦丁诺夫公式计算铸型转速（我国广泛采用）如式 4-1。 (r/min) （4-1） 0 55200 r n 式中 n铸型转速（r/min） ； g 铸件合金重度（N/m3） ； r0 铸件内半径（m） ； b康斯坦丁诺夫公式修正系数，b =0.81.5，具体取值可以参考表 4-2 选取。 表 4-2 康斯坦丁诺夫公式修正系数值 离心铸造类 型 铜合金卧式 离心 铜合金立式 离心 铸铁铸钢铝合金 1.21.41.01.51.21.51.01.30.91.1 此式只试用于铸件外半径对铸件内半径的比值时的离心铸造。15. 1 0 r R （2） 凯门公式计算铸型转速（西方国家广泛采用）如式 4-2。 （r/min） （4-2） 0r c n 式中 c系数，具体参考值见表 4-3； r0 铸件内半径（mm） 。 表 4-3 各种铸件离心铸造时 c 值 本 科 毕 业 设 计 第 15 页共 29 页 铸件合金合金密度（g/cm）产品名称离心铸造方式c 钢管、涨圈卧式900012500 铸铁7.2 缸套卧式1075013650 铸钢7.85卧式1000011000 黄铜8.20圆环卧式13500 8.890200 轴承卧式9500 铅青铜 9.510.5卧式85009500 巴氏合金7.37.5轴瓦卧式70009000 铝合金2.653.10卧式1300017500 青铜8.4立式17000 此式也只适用于铸件外半径对铸件内半径的比值时的离心铸造。15. 1 0 r R （3）重力系数公式（西方国家广泛采用）如式 4-3。 （r/min） （4- 0 9 .29 r G n 3） 式中 G重力系数，具体数值参考表 4-4； r0铸件内半径（m） 。 表 4-4 不同合金离心铸造时的 G 值7 合金G 铜合金 铸铁 铸钢 铝合金 40110 45110 4075 90155 （4）砂型离心铸造公式，如式 4-4。 为降低铸件外表面粗糙度，防止砂型被合金液压坏，有时需要控制金属液作用在 本 科 毕 业 设 计 第 16 页共 29 页 砂型表面上的离心压力值，故提出了根据砂型可能承受的最大离心压力值计算铸型转 速的的公式 （r/min） （4- )( 3 .42 2 0 2 rRr P n 4） 式中 P砂型能承受的最大离心压力（MPa） ，对于砂型，P0.0030.004MPa；对于 砂芯组合的离心砂型，P0.0040.006MPa；对于陶瓷型，P0.0060.008MPa； g 液态金属重度（N/m） ； R、r0 铸件的外半径和内半径（mm） 。 在本次设计中 R=150mm， 、 R=130mm， ，由上述 4 个公式154 . 1 130 150 、 R R 15 . 1 得知，选取第 3 个，重力系数公式。零件为铸钢件由表 4.4 得 G 值取 65，内半径 r0=65mm=0.065m，。min/950 065 . 0 65 9 . 29 9 . 29 0 r r G n 本 科 毕 业 设 计 第 17 页共 29 页 5 零件的选择零件的选择 5.1 联轴器的选择联轴器的选择 联轴器10是用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传 递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴 系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力 机大都借助于联轴器与工作机相联接。 对于已标准化和系列化的联轴器，选择合适类型后，可按转矩、轴直径和转速等 确定联轴器的型号和结构尺寸。 5.1.1 确定联轴器的计算转矩 运转过程中，可能出现动载荷及过载荷等现象，所以，应取轴上的最大的最大转 速作为计算转矩。如最大转矩不能精确求得时，可按式 5-1 计算。 Tca=KaT （5- n P T9550 1） 式中 T-联轴器所需传递的名义转矩，N.m Tca-联轴器所需传递的计算转矩，N.m Ka-工作情况系数，小型机械故选=1.3 5.1.2 确定联轴器的型号及尺寸 根据计算转矩、轴直径和转速等，由下面的条件，从有关手册中选取联轴器的型 号和结构尺寸。 TcaT nnmax 式中 T-所选联轴器型号的许用转矩，N.m； n-为联轴器的转速，r/min； nmax-所选联轴器允许的最高转速，r/min。 多数情况下，每一型号联轴器适用的轴的直径均由 一个范围。标准中已给出轴直 径的最大与最小值，或者给出适用转矩范围。 名义转矩 T=9550=40.64N.m n P 计算转矩 Tca=KAT=1.340.64=54.46N.m 选用固定式凸缘式联轴器， 如图 5-1，5-2 所示。 4428 6225 1 J Y G 许用扭矩 112N.m 许用转速 9500 r/min 凸缘式联轴器特点特点：构造简单，成本低，可传递较大转矩。不允许两轴有相 本 科 毕 业 设 计 第 18 页共 29 页 对位移，无缓冲。凸缘联轴器的材料可用灰铸铁或碳钢，重载时或圆周速度大于 30 米/ 秒时应用铸钢或锻钢。在本次设计中联轴器材料选取碳钢 Q235。 图 5-1 联轴器正视图1415 本 科 毕 业 设 计 第 19 页共 29 页 图 5-2 联轴器左视图 5.2 离合器的选择离合器的选择 离合器11在机器运转中可将传动系统随时分离或结合。对离合器的要求有：接合 平稳，分离迅速而彻底，调节和处理方便，外廓尺寸大小，质量小，耐磨性好和有足 够的散热能力，操作方便省力。 按操作的方式，离合器可分为外力操纵式离合器和自动离合器。外力操纵式离合 器和自动离合器。外力操纵式离合器有机械操纵式、电磁操纵式、液压操纵式和气动 操纵式等；自动离合器能够自动进行接合或分离，不需忍来操纵。例如，离心离合器， 当转速达到一定值时，两轴能自动接合或分离；安全离合器，当转矩超过允许值时， 两轴即自动分离；定向离合器，只允许单项传动，反转时即自动分离等等。 大多数离合器已标准化或规格化，设计时，只需参考有关手册对其进行类比设计 或选择即可。 选择