靠背轮铸造工艺设计.docx

湖南科技大学本科生课程设计湖 南 科 技 大 学课 程 设 计课程设计名称： 靠背轮铸造工艺设计 学 生 姓 名： 学 院： 机电工程学院 专业及班级： 材料成型及控制工程一班 学 号： 指导教师： 二一五 年 七月 十日i 摘要联轴器是一种用于永久或半永久性联接的器件，在操纵杆的作用下，它将作为联合器而实现快速联接或脱离。理解联轴器的设计和局限有助于我们做出明智的抉择。任何一种联轴器都有它的缺陷，因此，为了满足工业应用的需要，联轴器有多种型号可供选用。联轴器的制造工艺对其性能有重要影响。这个项目的目的即在于为联轴器寻求一种合理的铸造方式，包括铸造工艺路线的安排和给定零件二维、三维图形的绘制。关键词：联轴器设计，制造工艺，铸造工艺路线 i ABSTRACT A coupling is termed as a device used to make permanent or semi-permanent connection where as a cluth permits rapid connection or disconnection at the will of the operator. Undstangding coupling designs and limitations can help us to make a good selection.Every coupling has its limitations,which is why various coupling types are offered to fit industry applications.The manufacture technic of the coupling has a significant influence to its property.This project is aimed to find a reasonable way to cast a common coupling,which includes the arrangement of the cast routine，and the 2D or 3D paintings of the given elemenKey words:coupling design, manufacture technic,cast routinei湖南科技大学本科生课程设计 目录一、零件简介1 二、初步分析2 1.基本结构参数及技术要求2 2.生产方式与条件2 三、铸造工艺方案2 1.浇铸位置和分型面2 2.确定工艺参数2 3.造型和造芯4 四、浇铸系统的设计8 1.浇铸系统类型8 2.确定内浇道在铸件上的位置、数目和金属引流方向8 3.确定直浇道的位置和高度8 4.浇铸时间及金属液的上升速度8 五、冒口的设计9 1.铸件冒口补缩设计原理9 2.冒口相关参数的计算9 3.冒口的设置9 六、冷铁的设计10 1.冷铁的设置部位10 2.冷铁材料的选择10 3.冷铁厚度的确定11 七、设计小结与致谢12 参考文献13 iv一、零件简介靠背轮又称联轴器，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、减震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。联轴器的类型，联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差，承载后的变形以及温度变化的影响等，会引起两轴相对位置的变化，往往不能保证严格的对中。根据联轴器有无弹性元件、对各种相对位移有无补偿能力，即能否在发生相对位移条件下保持联接功能以及联轴器的用途等，可将其分为刚性联轴器、挠性联轴器和安全连轴器。由于制造和安装不可能绝对精确，以及工作受载时基础、机架和其它部件的弹性变形与温差变形，联轴器所联接的两轴线不可避免的要产生相对偏移。两轴相对偏移的出现，将在轴、轴承和联轴器上引起附加载荷，甚至出现剧烈振动。因此，联轴器还应具有一定的补偿两轴偏移的能力，以消除或降低被联两轴相对偏移引起的附加载荷，改善传动性能，延长机器寿命。为了减少机械传动系统的振动、降低冲击尖峰载荷，联轴器还应具有一定的缓冲减震性能。目前联轴器生产方式主要是先进行铸造，然后再经过机械加工。由于在不同场合下使用时联轴器的性能要求有一定的差异，所以材质和生产方法也有所不同，总体说来，目前砂型铸造采用较多。二、初步分析1.基本结构参数及技术要求 材质：HT250；壁厚：主要圆筒壁厚为 15mm，底座厚为25 mm；结构：铸件为带底座的长筒类结构，毛坯轮廓尺寸为，凸台外圆：72mm，底座外圆：154.4mm ，通孔：38.6mm ，螺栓孔:未铸出 ； 其他要求：铸件要求硬度均匀，不能存在任何铸造缺陷（铸件各表面均需机械加工），铸件需经过人工时效处理。2.生产方式与条件大批量生产；自硬树脂砂，机器造型和制芯；冲天炉熔炼；铸造所达到的公差等级为CT812，选CT10；要求的机械加工余量等级为EG，选G。三、铸造工艺方案1.浇铸位置和分型面根据该铸件的特点，采用顶注式浇铸系统，两箱造型。（见浇铸示意图）2.确定工艺参数加工余量：铸件内外圆分别为0.7mm、1mm，顶面为1.5mm，底面为1.0mm，螺栓孔为1319mm。每箱铸件数量：每箱一件。起模斜度：联轴器铸造型较为简单，可以采用木模手工加工制造，查阅相关文献资料可以确定木模的起模斜度为：00 30 ，a=1.2mm。 如图下所示：铸造圆角：铸件上相邻两壁之间的交角，应做出铸造圆角，防止在尖角处产生冲砂及裂纹等缺陷；对于所给靠背轮零件，属于小型铸件，外圆角半径取2mm,内圆角半径取4mm。缩尺：各向缩尺1%。未铸出孔：4个均布的螺栓孔。3.造型和造芯 造型和造芯材料的选择 联轴器铸件是大批量生产，造型和造芯的方法可以选择手工造型。但它有生产率低，劳动强度大，铸件质量不易稳定的缺点。造型方法选用砂箱造型，其操作方便，无论是大、中、小型铸件，还是大量、成批和单件生产均可采用。型砂选择：铸钢用的型砂和泥心砂，其主要的组成部分是石英砂和耐火粘土。作为造型材料的沙子性质，由砂粒形状和大小，氧化硅的含量，以及沙子中存在的各种混合物来确定。该铸件型砂选用瘦沙（粘土含量210%）来代替石英砂。在湿模造型时，小型和中小型钢铸件泥心砂可以采用小颗粒的半肥沙（粘土含量1020%）作为附加物加入石英砂中。加入的耐火粘土，其工艺试样的抗压强度应为0.50.6公斤/公斤2。耐火粘土应该是白色或者淡灰色的，不应有可被肉眼看出的混杂物，如砂子、矿石、石灰等。碎粘土所含水分不应超过2%。（铸件材料是铸铁时，制造湿砂型的粘土砂所用粘土为膨润土，湿抗压强度一般为80-120kpa。含水量为4.5-5.5，透气性为60-100，型砂配比70/140目占33，100/200目占17%， 红砂占50%。芯砂选择油砂或水玻璃砂。）造芯的方法可采用芯盒造芯和刮板造芯，前者用于造各种形状、尺寸和批量的砂芯，后者用于造单件小批量生产，形状简单或回转体砂芯。主体砂芯的中部用带孔钢管作芯骨和排气道。另外，要求用强度较高，变形量较小的芯。芯头及芯座的设计 采用垂直型芯，查阅相关资料可得，垂直芯头的高度h一般取15150mm，型芯横截面面积越大，型芯高度H越高，h也越高。下芯头的斜度较小些，一般为50左右，以增加型芯安放的稳定性，上芯头的斜度大些，一般为100左右，以利于合箱。所以，根据联轴器铸件的实际情况可得垂直芯头的高度h=20mm；下芯头的斜度=500；上芯头的斜度=100； 型芯盒的设计 中心孔型芯的芯盒造型如下图所示 装配图造型如下图所示 四、浇铸系统的设计1.浇铸系统类型根据该铸件的特点，采用顶注式浇铸系统，设置浇口杯，直浇道和内浇道。其中，浇口杯采用漏斗形浇口杯，其结构简单，适用于砂型铸造及金属铸造的小型铸件，但挡砂作用差，由于金属液易产生绕垂直轴旋转的涡流，易于卷入气体和熔渣。2.确定内浇道在铸件上的位置、数目和金属引流方向内浇道在铸件上的位置及金属引流方向如图所示。内浇道的数目为一个。内浇道设计时，应注意，使内浇道中的金属液畅通无阻地进入型腔，不正面冲击铸型壁、芯砂；内浇道不应妨碍铸件的收缩，避免铸件的变形和裂纹；内浇道的设计要避开铸件的重要部位，开在容易清理和打磨的地方。3.确定直浇道的位置和高度直浇道过低会使充型及液态补缩压力不足，易出现铸件棱角和轮廓不清晰、浇不足、上表面缩凹等缺陷。直浇道的位置要设在横、内浇道的对称中心点上，使金属流程最短，流量分布均匀。4.浇铸时间及金属液的上升速度联轴器铸件质量小于250kg，属于中小型铸件。其浇铸时间为46秒，铸件型内金属液的最小上升速度=1020mm/s五、冒口的设计1.铸件冒口补缩设计原理 冒口的主要作用是在铸件凝固收缩过程中，提供由于铸件收缩所需要补给的金属液，对铸件进行补缩，防止产生缩孔、缩松等缺陷。冒口应设置在铸件热节圆直径较大的部位。冒口尺寸计算通常采用比例法，其基本原理是使冒口根部的直径d大于铸件被补缩处的热节圆直径，冒口高度HM由所选定的系数乘以d得出。2.冒口相关参数的计算铸件热节圆在联轴器底座与侧壁相交处，近似取40mm，冒口根部宽度为：=1.5=60mm冒口高度为：=(1.52.5)，取2.5，所以=2.560=150mm。补缩长度为：s=（40+60）=314mm查表可得，冒口的相对长度L=30%35%，也就是说冒口根部的总长度nl要占铸件补缩长度s的1/3左右，才能保证品质。即：（n/s)100%=30%，可以计算得n=1.57。所以冒口数量取整数2，即n=2。3.冒口的设置铸件的冒口采用圆柱形冒口，冒口以铸型轴线对称布置。如下图所示：六、冷铁的设计1.冷铁的设置部位冷铁设置在联轴器底座与侧壁相交处。因为此处铸件部位厚大，在凝固时比周围的连接壁凝固得晚，得不到足够的液体金属补缩，容易产生缩孔、缩松和裂纹。在这些局部热节处放置冷铁，可使其比临近的连接壁早凝固，或与周围的连接壁同时凝固，以防止在这些热节部位产生缩松或缩孔缺陷。2.冷铁材料的选择冷铁材料选择铸铁冷铁。铸铁冷铁的蓄热系数较大，可以吸收较多的热量，有比较强的激冷能力。铸铁冷铁制作方便、成本低廉、应用广泛，尤其放在铸件底部或末端以加强铸件的凝固次序时，一般使用铸铁冷铁。但是，铸铁的热导率比较小，激冷速度比较慢，对于局部小的热节，要求激冷速度快时，使用铸铁冷铁效果差。联轴器铸造所需的铸铁冷铁可以用型材直接制作。3.冷铁厚度的确定冷铁选择圆形冷铁，根据相关文献表格，可以确定圆形冷铁直径为：d=25mm。 由上述铸造工艺方案中加工余量：铸件内圆为0.7mm，凸台外圆为1.0mm,底座外圆为2.2mm,顶面为1.0mm，底面为1.0mm，螺栓孔为1319mm。可以确定上述图示中个组分尺寸为：铸出中心孔直径=38.6mm铸出螺栓孔直径=0mm(未铸出)凸台外圆直径=72mm底座外圆直径=154.4mm底座高h=28mm铸件总高度H=104mm七、设计小结与致谢机械改变世界，科技创造未来。这一次的材料成形技术基础课程设计与以往的课程设计有所不同，主要表现在计算机的使用量大大提高，各类型软件（主要是文字处理软件和工程绘图软件）的操作贯穿于整个设计的全过程。因此，设计过程对计算机的操作和常用软件的使用是一次难得的考验和锻炼，提升了相关技能熟练度。材料成型及控制工程专业是一门介于材料和机械之间的专业，这就要求我们在掌握材料科学知识的基础上还要进一步学习和熟悉绘图软件的使用，做到能够灵活、熟练地运用CAD、proE等工程制图软件绘制零件的二维、三维图形。因此，课程设计的作用和意义是比较明显的。21世纪离不开材料，离不开机械，离不开科技。作为工科专业的学生，我们理应在加强专业知识学习的同时，不断提升实践能力和应用能力。由此观之