毕业设计任务书及说明书

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毕业设计论文

设计（论文）题目：轴承座铸造工艺及工装设计

下达日期：2023年4月28日开始日期：2023年4月28日完成日期：2023年6月15日指导教师：韩小峰学生专业：材料成型及控制工程专业班级：材料0404班学生姓名：杨坤教研室主任：

材料工程系

陕西工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书一、设计（论文）内容及要求：（一）设计（论文）内容

1.撰写铸造技术发浮现状的研究文章；2.维美德XX造纸机械有限公司实习；

3.编制铸件（附零件图）铸造工艺规程，绘制铸造工艺图，填写铸造工艺过程卡片；4.绘制铸件图和铸型装配图；

5.设计铸造工艺装备，绘制模样、模板、砂箱和芯盒等设计图；6.撰写设计说明书（论文）。（二）要求

1．通过企业实习，熟悉铸造工艺过程，结合生产实际完成本次设计任务；2.工程图用AutoCAD软件绘制并打印；

3.说明书（论文）依照学院统一格式，使用word文档并打印。4.提交资料包括：（1）毕业设计任务书；

（2）铸造技术发浮现状的研究文章；（3）“四图一卡〞，即绘制铸造工艺图；铸件图；铸型装配图；模样、模板、砂箱和芯盒等铸造工装图；

（4）设计说明书（论文）。

所有提交的资料包括打印文件和电子文件。二、技术指标：

1．生产类型：大批大量生产

2．生产及质量要求：满足产品图纸的各项技术要求；工艺出品率较高，废品率5％以下；生产效率高；对工人技术水平要求较低，操作简便。

3.生产工艺要求：树脂砂型铸造；机械化造型；所用工装自行设计；冲天炉及中频感应电炉熔炼；生产的原材料均经过检验，符合材料质量保证单要求。

4.技术水平要求：尽量采用先进技术，创新项目应符合国家环保及安全生产要求。三、主要参考资料：

[1]曹瑜强．铸造工艺及设备．北京：机械工业出版社，2023年7月.[2]刘喜俊．铸造工艺学．北京：机械工业出版社，1999年10月.[3]丁根宝．铸造生产基础．北京：机械工业出版社，1994年10月.[4]王晓江．铸造合金及其熔炼．北京：机械工业出版社，1999年7月.

[5]中国机械工程学会铸造分会编．铸造手册．北京：机械工业出版社，2023年10月.

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陕西工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书

进程计划表序号起止日期2023.4.28.－4.302023.5.8.－5.112023.5.14.－5.182023.5.21.－5.252023.5.28.－6.12023.6.4.－6.82023.6.11.－6.15

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计划完成内容明确毕业设计任务，准备毕业设计辅助资料。查阅资料，撰写“铸造技术发浮现状〞文章。维美德XX造纸机械有限公司毕业实习。实际完成状况检查签名编制铸造工艺规程。绘制铸造工艺图，填写铸造工艺卡。设计铸造工艺装备（模样、模板、芯盒、砂箱）撰写设计说明书（论文）辩论提纲毕业辩论轴承座铸造工艺及工装设计

摘要

本文主要介绍了造纸机械中的轴承座，其材质为QT400的铸造工艺过程。在这些过程中，对轴承座的铸造工艺设计：铸造用砂的选择，涂料的选配，浇冒系统的计算，工艺参数的选择；以及铸造工装设计：砂箱，芯盒，模板，模样等都做出了计算和说明，包括了铸造熔炼中的选炉，配料，脱硫过程也都进行了主要的详细分析。其中对树脂砂和涂料的工艺、性能、混制和配比做出了进一步的分析计算和详细陈述，以达到配置型砂无误的目的。最终，对操作过程中操作工应注意的操作方法和技术安全做出简单介绍。通过这次设计，对我们以后的工作打下了良好的基础。

目录

一、铸造工艺性分析6二、铸造用砂及辅助材料的选用6

1、原砂62、固化剂63、添加剂64、混合料配比75、混制工艺76、呋喃Ⅱ型树脂砂性能77、呋喃树脂砂的硬化原理7

三、铸型涂料的使用7

1、涂料的作用72、涂料的组成73、涂料的配制8

四、球墨铸铁工艺性8

1、球墨铸铁的组织和性能82、球墨铸铁的牌号及应用83、球化处理和孕育处理94、球铁的热处理10

五、铸造工艺设计10

1、造型（芯）的方法和铸型的种类102、铸件凝固原则、浇注位置和分型面的选择103、型芯的结构设计114、铸造工艺参数11

（1）铸造收缩率11（2）机械加工余量11（3）起模斜度11（4）分型负数11

5、合箱、浇注、落砂及清理工艺11

6

6、浇注系统的设计127、熔炼工艺过程设计14（1）冲天炉的选择及其工艺参数15（2）冲天炉用焦碳15（3）配料计算15（4）脱硫处理17

六、铸造工装设计17

1、砂箱设计17

（1）砂箱壁的断面17（2）砂箱箱带18（3）砂箱转角部分18（4）外壁加强肋18

2、模板设计193、模样设计194、芯盒设计20

致谢21σb?MPaQT400-18QT450-10铁素体400450σ0.2??%?MPa2503101810HB应用举例130~180汽车、拖拉机的轮毂、驱动桥壳体、160~210拨叉、阀体、阀盖、气缸、齿轮箱、飞轮壳、差速器壳QT500-07铁素体－球光体5006003２0370７3170～230内燃机油泵齿轮，机车车轴瓦机械座架、飞轮、电动机架QT600-03球光体190～270柴油机、汽油机曲轴、凸轮轴、气缸套、连杆、进排气阀座QT700-02QT800-02球光体70080042048022225～305曲轴、凸轮轴、缸体、缸套、轻负245～335荷齿轮，部分磨床、铣床、车床的主轴QT900-02贝氏体或回火马氏体9006002280~360犁铧、耙片、汽车上的转向节、传动轴、拖拉机减速齿轮、内燃机曲轴、凸轮轴3、球化处理和孕育处理

球化处理和孕育处理是制造球墨铸铁的关键，必需严格控制。

球化剂：我国广泛采用的球化剂是稀土镁合金。镁是重要的球化元素，但它密度小（1.73g/cm3）、沸点低（1120℃），若直接参与铁液，镁将浮于液面并马上沸腾，这不仅使镁的吸收率降低，也不够安全。稀土元素包括铈（Ce）、镧（La）、镱（Yb）和钇（Y）等十七种元素。稀土的沸点高于铁水温度，故参与铁水中没有沸腾现象，同时，稀土有着猛烈的脱硫、去气能力，还能细化组织、改善铸造性能。但稀土的球化作用较镁弱，单纯用稀土作球化剂时，石墨球不够圆整。稀土镁合金（其中镁、稀土含量均小于10%，其余为硅和铁）综合了稀土和镁的优点，而且结合了我国的资源特点，用它作球化剂作用平稳、俭约镁的用量，还能改善球铁的质量。球化剂的参与量一般为铁水质量的1.0%~1.6%。

孕育剂：促进铸铁石墨化，防止球化元素造成的白口倾向，使石墨球圆整、细化，改善球铁的力学性能。常用的孕育剂为含硅75%的硅铁，参与量为铁水质量的0.4%~1.0%。由于球化元素有较强的白口倾向，故球墨铸铁不适合铸造薄壁小件。

球化处理：以冲入法最为普遍。将球化剂放在铁液包的堤坝内，上面铺硅铁粉和稻草灰，以防球化剂上浮，并使其缓慢作用。开始时，先将铁液宽容量2/3左右的铁液冲入包内，使球化剂与铁液充分反应。今后，将孕育剂放在冲天炉出铁槽内，用剩余的1/3包铁

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液将其冲入包内，进行孕育。

球化处理后的铁液应及时浇注，以防孕育和球化作用的衰退4、球铁的热处理

QT400-18为低牌号球铁，基体组织为铁素体。生产过程中，对铸件的组织进行金相检验，若存在自由渗碳体，则采用高温石墨化退火。若只有少量珠光体组织，则采用低温石墨化退火。

五、铸造工艺设计

1、造型（芯）的方法和铸型的种类

造型造芯是根据铸造工艺要求，在确定好造型方法，准备好造型材料的基础上进行的。铸件的精度和全部生产过程的经济效果，主要取决于这道工序。在好多现代化的铸造车间里，造型造芯都实现了机械化或自动化。该铸件无特别技术要求，其材质为QT400－18，净重量为124.1Kg，其大约轮廓尺寸为419mm×514mm×295mm，属于中、大件范围，最小壁厚为44.45mm，超过了球墨铸铁可铸壁厚8~10mm的上限，因此不易产生浇不到的现象。

根据产品产量以及生产条件，决定采用手工造型，该逐渐内腔形状不繁杂，尺寸不大，采用手工造芯的方法。

2、铸件凝固原则、浇注位置和分型面的选择

球墨铸铁的体收缩大，简单产生缩孔、缩松等缺陷，铸件本体断面又较厚，技术要求较高，加设冷铁和出气孔，以获得较密组织，因此采用。

轴承座的主体为盘类零件，浇注时轴线处于垂直位置，这样浇注时处于顶面位置的端面可能出现某些缺陷，要适当加大顶部加工余量，以保证铸件端面质量。

上下上下第一种方案其次种方案12

图6-1分型面的选择

分型面的选择如图6-1所示：

第一种方案：分型面把铸件一分为二，上下模样高度一致，起模较为便利，造型、合箱也不困难，主要加工面放在侧面，大端面朝下，砂芯安放稳固，下芯便利，此种方法可较大程度上避免了铸造中缺陷的产生。但缺点是合箱时芯子不易检查，简单碰坏芯子。其次种方案：分型面在铸件的底部平面上分开，将模样全部位于下箱中，次种方法合箱便利，不会发生错箱，便于合型，还可降低上箱高度。但下芯困难，起模比第一种方案困难，并且主要面和大端面不在适当位置，简单出现大量铸造缺陷。综合分析，采用第一种方案较为适合。3、型芯的结构设计

该铸件型腔形状简单，型芯的造型、烘干、下芯、合型、检验都不困难，采用分两半造芯，烘干后组装，这样易于保证铸件精度，而且芯盒数目也少，型芯的强度和刚度也较好。

4、铸造工艺参数（1）铸造收缩率

查阅相关资料可得，球墨铸铁的自由收缩率为0.8%，受阻收缩率为0.6%（2）机械加工余量

查阅相关资料可得，底面取7mm，顶面和侧面去6mm（3）起模斜度

凹处内表面?=0.50外表面??0.30（4）分型负数

由于是树脂砂，合型时在分型面上要采取措施防止跑火，因此，再两办摸样上分别各留1.5mm的分型负数，以保证铸件精度。5、合箱、浇注、落砂及清理工艺

合箱是将砂型、砂芯等组装成一个完整铸型的过程，是完成铸型的最终一道工序操作。合箱时，要对铸型、砂芯质量进行检验，然后下芯，安装芯撑和冷铁，检查砂芯在型中的位置及铸件壁厚，清理好芯头出气孔及型中浮砂、杂物后才能合箱。该铸件合箱前，需要“验箱〞及围好砂芯出气孔和下箱四周的“拦火面〞。合好箱后，在铸型上面放好浇口，不允许跑火。最终放置压铁或采用锁箱装置将砂箱夹紧。

浇注是将处理包内已经球化处理和孕育处理的金属液接入浇包并注入铸型的过程。浇

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注前需要测定合金的成分以及温度，并静置5分钟左右。只有成分、温度全部适合的金属液才允许浇注。在一炉的浇注中，要根据铸铁牌号、铸件大小以及数量多少确定浇注顺序，把铁水损失减少到最低程度。在浇注中要严格依照规定的浇注时间进行浇注，不允许人工断流或小流浇注，当人工浇注不能保证速度时，应设置拔塞浇口杯或座包进行浇注。

落砂是待铸件凝固冷却到一定温度范围时，将铸件从铸型中取出的工序。由于落砂粉尘多，劳动条件差，因此，该铸件采用机械落砂。落砂温度寻常决定铸件的大小、重量、繁杂程度和合金类别。查铸造关于落砂的相关手册可得，该铸件的落砂温度可取300~400度，温度可借助于表面温度计和测温颜色笔测定。

清理是指落砂后从铸件上清除型芯、表面粘砂、浇冒口和飞边毛刺等过程。清理是整个铸造生产过程中劳动最繁重、工作条件最差的工序。6、浇注系统的设计（1）计算铸件体积

V=3.14×209.52×171－3.14×1702×171＋514.2×56.45×295

=16611708.89×10?9=0.017Kg/m3（2）计算铸件质量

G件=?V总=7.3×0.017×103=124.1Kg

（3）计算金属液总质量

G=1.3×G件=1.3×124.1=161.33Kg

（4）计算浇注时间

t=K3G?=1.6×3161.33?45=31s

（5）验算液面上升速度

c295V===9.5mm

st31因此，液面上升速度满足于8~10mm

s（6）求流量系数?值按表3—5查得：?=0.48①.浇注温度升高，?值+0.05；②.有出气孔，?值+0.05；

③.有四个内浇道，阻力增大，?值－0.05；

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?=0.48+0.05+0.05－0.05=0.53

（7）计算平均压头H均

P225.962H均=H0－=30－=23.51cm

2?51.922C（8）计算内浇道截面积

?S内=

G0.31?tH均=

161.330.31?0.53?31?23.51=6.64cm2

（9）查《铸造工艺及装备》中图3—32选取图3—32a，求b值

(0.9b?1.0b)?0.5b664=

24求得b=18.7mm

（10）选取球墨铸铁浇道截面比例，查表3—8：

?S内：?S横：S直=1：1.2：1.4

所以，S直=9.3cm2S横=8.0cm2

直浇道的截面图形为图10-1所示：

图10-1直浇道的截面图形

内浇道的截面图形为图10-2所示（4个）。

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图10-2内浇道的截面图形

横浇道的截面图形为图10-3所示。

图10-3横浇道的截面图形

（11）出气孔的设计

根据球墨铸铁的特性以及该铸件的尺寸，确定该铸件无需设置冒口，可以设置6个直径为30mm的出气孔。（12）冷铁的设计

查资料得知：铸件壁的凸缘处的冷铁厚度为凸缘厚度的0.7~1倍，在一般壁上的冷铁一般取壁厚的0.5~0.7倍。

因此在齿轮铸件的外缘的侧壁上使用尺寸为130mm?85mm?60mm的石墨冷铁2件，防止出现缩孔、缩松。7、熔炼工艺过程设计

熔炼采用冲天炉、中频电炉双联熔炼，它的优点是，可最大限度地利用冲天炉的熔化效率，再利用感应电炉的过热的优势。并可提高炉衬寿命（铁液可不用在冲天炉内过热），减少焦炭的参与量，增硫、增碳减少。有利于铁液质量的保证。（1）冲天炉的选择及其工艺参数

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根据生产中的需要以及设计原则，选用2T两排大间距冲天炉。

表5—1冲天炉工艺参数

风口区炉膛内径/mm溶化带炉膛内径/mm有效高度/mm炉缸高度/mm前炉与冲天炉中心距/mm风口比（%）内径/mm有效容积/m2（2）冲天炉用焦碳

焦碳是冲天炉熔炼的重要材料之一，焦碳的质量直接影响到铁水的质量，选用优质的焦碳是十分重要的，优质铸造焦碳的主要成分是：硫分≤0.6%，固定碳≥85%，灰分≤10%及适合的块度。（3）配料计算

各种金属炉料的铸铁牌号为QT400—18，该铸件的主要壁厚为50mm，该铸件的化学成分（质量分数）要求如表5—2所示：

表5—2QT400—18球墨铸铁的化学成分

元素种类成分范围（%）平均值（%）C3.5~3.93.5Si2.5~3.02.5S≤0.020.02P≤0.070.07Mn0.3~0.60.35006004000250120037001.5各种金属炉料的化学成分（质量分数）如表5—3所示：

表5—3各种金属炉料的化学成分

炉料种类Q12原生铁回炉铁废钢FeSi45C（%）3.83.50.4－Si(%)1.42.50.445S(%)0.020.020.04－P(%)0.050.070.04－Mn(%)0.20.30.35－各种元素变化率（质量分数）如表5—4所示：

表5—4各种元素变化率

元素名称

CSiS17

PMn增减率（%）

按公式-20%-25%－+50%计算过程：

用选择法进行配料，初步确定比例如下（铁料按100Kg计算）：Q12原生铁占53%（53Kg），回炉料占38%（38Kg），费钢占9%（9Kg）。

1）核算炉料中的含碳量。根据公式，炉料中要求的碳的质量分数为：

WC炉料=2×（WC铁液－1.8）%=2×（3.5－1.8）%=3.4%

按上述比例配料，核算炉料中的实际含碳量：

WC炉料=3.8×53%+3.5×38%+0.4×9%=3.38%

2）核算结果与炉料中的要求的碳两基本想符，因此配料比例是适合的。核算炉料中的含硅两。炉料中要求的硅量：

WSi炉料=

炉料中实际带入的硅量：

WSi铁液1??Si

=

2.5%=3.125%

1?20%WSi炉料/=1.4×53%+2.5×38%+0.4×9%=1.728%

炉料中尚缺的硅量：

WSi炉料－WSi炉料/=3.125%－1.728%=1.397%

补加的FeSi45为：

WFeSi45?1.397%×100%=3.104%45%即每100Kg炉料中加3.104Kg硅铁。3）核算炉料中的含锰量：其炉料中要求的锰量：

WMn炉料=

炉料中实际带入的锰量：

WMn铁液1??Mn=

0.3%=0.4%

1?25%WMn炉料/=0.2×53%+0.3×38%+0.35×9%=0.2515%

炉料中尚缺的锰量：

WMn炉料－WMn炉料/=0.4%－0.2515%=0.1485%

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即每100Kg炉料中加0.1485Kg锰料。4）核算磷、硫是否超出要求：

WP=0.05×53%+0.07×38%+0.04×9%=0.0567%＜0.07%

因此，磷符合要求。

WS=0.02×53%+0.02×38%+0.04×9%=0.0218%＞0.02%

因此，出炉后应当脱硫。（4）脱硫处理

球铁铁水含硫量偏高回导致夹杂物多，球化衰退，金相组织与机械性能不合格，因此球铁生产中的脱硫处理十分重要。脱硫的条件要求：

1）适当提高脱硫渣的碱度与铁水温度，减少渣中的氧化亚铁的含量；2）提高熔渣的滚动性，加强脱硫剂与铁水的接触面，即使扒渣。

脱硫处理一般依照上述两条进行材料与方法选择，但必需注意熔化过程中FeO的含量＜5%，温度最好大于1450，脱硫剂参与量最好不大于1.5%

六、铸造工装设计

1、砂箱设计

砂箱材料选用HT150，每个砂箱确定放两个铸件。根据本铸件的轮廓尺寸，以及吃砂量、浇冒口的位置和透气性等方面的因素，确定选取的砂箱尺寸为1400mm×900mm×300mm.

（1）砂箱壁的断面

砂箱壁的断面形状和尺寸是决定砂箱强度和刚度的因素，它要根据砂箱的工作件内框尺寸、高度和材质等决定的。如图11-1所示：

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图11-1砂箱壁的断面

（2）砂箱箱带

砂箱箱带不但能增加砂箱的强度和刚度，而切主要的作用是增加对型砂的承托力和粘附力，可以防止砂型的塌箱。如图11-2所示：

图11-2砂箱箱带断面

（3）砂箱转角部分

砂箱的转角处是砂箱应力