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I 目 录 摘 要 ........................................................... 错误～未定义书签。I ABSTRACT ..................................................... 错误～未定义书签。II 第1章 绪论................................................................................. 1 1.1 铸钢齿轮的特点和发展现状 ............................................... 1 1.1.1 铸钢齿轮的特点 .......................................................... 1 1.1.2 铸造齿轮的发展现状 ................................................... 1 1.1.3 齿轮铸造生产中存在的主要问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ................................ 2 1.2 本文研究的目的与意义 ...................................................... 3 1.3 计算机辅助工艺设计 .......................................................... 3 1.3.1 计算机工艺设计 .......................................................... 3 1.3.2 计算机模拟的特点 ...................................................... 4 1.4 本文主要研究内容 .............................................................. 5 第2章 铸钢齿轮的工艺设计 ...................................................... 6 2.1 铸钢齿轮结构的分析 .......................................................... 6 2.2 铸造工艺 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的设计 .......................................................... 6 2.2.1 技术要求 ..................................................................... 6 2.2.2 铸造 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 的选择 .......................................................... 7 2.2.3 造型方法 ..................................................................... 7 2.2.4. 浇注位置的确定 ........................................................ 8 2.2.5 分型面的确定 .............................................................. 8 2.2.6 浇注温度的确定 .......................................................... 9 2.2.7 铸件在铸型中的冷却时间 ........................................... 9 2.3 铸造工艺参数的选择 .......................................................... 9 II 2.3.1 铸件的尺寸公差 .......................................................... 9 2.3.2 铸件的质量公差 ........................................................ 10 2.3.3 铸件机械加工余量 .................................................... 10 2.3.4 铸造收缩率 ............................................................... 10 2.3.5 铸造工艺补正量 ........................................................ 10 2.3.6 最小铸出孔、槽 ........................................................ 10 2.4 砂芯的设计 ....................................................................... 11 2.4.1 砂芯的种类 ............................................................... 11 2.4.2 确定砂芯形状和个数 ................................................. 11 2.4.3 芯头尺寸的设计 ........................................................ 11 2.4.4 型芯的固定 ............................................................... 12 2.4.5 型芯排气系统的设计 ................................................. 13 2.4.6 芯骨 ........................................................................... 13 2.5 浇注系统的设计 ............................................................... 13 2.5.1 浇注系统类型的选择 ................................................. 13 2.5.2 浇注系统引入位置的确定 ......................................... 14 2.5.3 铸件质量 ................................................................... 15 2.5.4 金属液上升速度和浇注时间的确定 .......................... 15 2.5.5 浇注系统各组元截面积的确定 .................................. 16 2.5.6 浇注系统各组元结构和尺寸...................................... 17 2.6 冒口和补贴的设计 ............................................................ 18 2.6.1 冒口类型的确定 ........................................................ 18 2.6.2 模数法计算冒口 ........................................................ 19 2.6.3 补贴的设计 ............................................................... 21 第3章 计算机模拟及工艺优化 ................................................. 23 3.1 初始工艺凝固数值模拟分析 ............................................. 23 3.1.1 三维实体模型的建立 ................................................. 23 3.1.2 工艺的简单介绍 ........................................................ 23 III 3.1.3 凝固过程模拟 ............................................................ 24 3.1.4 模拟结果及分析 ...................................................... 25 3.2 第一种改进方案的模拟与分析 ......................................... 26 3.2.1 工艺的简单介绍 ........................................................ 26 3.2.2 凝固模拟及分析 ........................................................ 27 3.3 第二种改进方案的模拟与分析 ......................................... 28 3.3.1 工艺的简单介绍 ........................................................ 28 3.3.2 凝固模拟及分析 ........................................................ 28 3.4 第三种改进方案的模拟与分析 ........................................... 30 3.4.1 工艺的简单介绍 .......................................................... 30 3.4.2 凝固模拟及分析 ........................................................ 31 3.5 铸件工艺出品率 ............................................................... 32 IV 第1章 绪论 1.1 铸钢齿轮的特点和发展现状 1.1.1 铸钢齿轮的特点 本课题的大齿轮材质为ZG310—570。作为铸钢件，它能用于多种不同的工况条件，起综合力学性能优于其他任何铸造合金。承受高拉伸应力或动负荷的零件、重要的压力容器铸件，在低温或高温下受较大负荷的零件以及重要的关键件，原则上都应优先采用铸钢件。为保障作业安全，矿井设备的一些关键部件均为铸钢件，如绞缆轮(天轮)和矿车的主要零件等。本课题的大齿轮 [1]就是应用于矿山机械和减速机行业。 (1)工艺性能 ZG310—570流动性和铸造性能都较铸铁差，但有着良好的焊接性。 (2)力学性能 ,,570MPZG310—570的屈服强度，抗拉强度，,,310MPbasa ,,15%,,21%断后伸长率，断面收缩率，冲击韧性或，A,15Jkv ,2a,3.0/J,cm，其吸震性、耐磨性性较铸铁差，但具有高强度、ku 高韧性，并可以通过不同的热处理工艺能在相当宽的范围内调整其力学性能。 1.1.2 铸造齿轮的发展现状 随着我国制造业特别是汽车工业的飞速发展，中国齿轮行业 1 年总产值已突破700亿元，对汽车齿轮、工程机械齿轮和工业齿轮的需求还将大幅度增长。齿轮的铸造技术经过了长期的发展，种类日益繁多，技术水平也不断的提高。目前应用较广泛的有金属型铸造和砂型铸造。选择哪一种铸造方法，要在铸件质量、生产条件、经济效益等方面全方位考虑。大型铸件多采用砂型铸造，这样存在的问题有金属液量损耗大，所用砂量很大。 齿轮类零件要求组织致密，在加工过程中不能出现铸造缺陷。工艺设计中必须充分考虑补缩，设置适当的浇冒口系统补充铸型中金属液在冷凝过程中发生的体收缩需要，建立合理的温度梯度，满足顺序凝固的要求。 实践表明大型铸件快浇能有效地防止铸件产生铸造缺陷。肋条可视为内浇道，用冒口作为直浇道，无横浇道，以减少钢液损耗。按开放式浇注系统设计，但金属液在浇注系统中的流动仍然呈正压、充满状态，保证浇注液流小而平稳。 1.1.3 齿轮铸造生产中存在的主要问题 大型齿轮铸造生产中，常常出现的问题有:金属消耗量大，工艺出品率低，铸件表面质量不太高，飞边、冒口等切除费工费时，铸件内部存在缩孔、缩松、夹砂、裂纹等缺陷。 齿轮的轮缘要求不允许有砂眼、缩孔、缩松等缺陷。而轮缘与轮辐连接处又存在较大的热节。齿轮生产中常见裂纹及原因: (1)辐板与轮缘交接处裂纹:辐板结构不合理;热处理升温过快。 (2)冒口中心处裂纹:铸件出现缩孔、缩松;切割工艺不合理(合金钢、高碳钢冒口直径大于300mm时应采取热割工艺)。 (3)内浇口根部裂纹:内浇口处热量过于集中;内浇口比例不合适。 (4)热处理时出现裂纹:钢液不纯净，夹杂物较多;铸件组织 2 不均匀，有缩松存在。 1.2 本文研究的目的与意义 铸钢齿轮在工农业生产中应用很广，适用于多种工况条件。但铸钢齿轮的工艺出品率往往低于60,。铸钢齿轮内部易产生缩孔、砂眼、裂纹等缺陷，使通过机械加工将为成品的齿轮，因在齿面和齿根等处存在铸造缺陷而报废，其中双幅板的铸钢齿轮尤为突出，已严重影响产品的交货期并加大产品成本，同时加工齿轮时由于气割冒口和补贴留下的割痕使刀具容易损坏和磨损，增加了加工成本。 现代科学技术的发展，要求金属铸件具有高的力学性能、尺寸精度和低的表面粗糙度值;要求具有某些特殊性能，如耐热、耐蚀、耐磨等;同时还要求生产周期短，成本低。寻找一种既经济又合理的铸造方法是铸造工作者研究的课题。因此，铸件在生产之前，首先应进行铸造工艺设计，并进行计算机模拟，使铸件的整个工艺过程都能实现科学操作，才能有效地控制铸件的形成过程，达到优质高产的效果。 铸造工艺设计就是根据铸造零件的结构特点、技术要求、生产批量和生产条件等，确定铸造方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等技术文件的过程。铸造工艺设计的有关文件，是生产准备、管理和铸件验收的依据，并用于直接指导生产操作。因此，铸造工艺设计的好坏，对铸件品质、生产率和成本起着重要作用。 1.3 计算机辅助工艺设计 1.3.1 计算机工艺设计 传统的铸造设计、生产方法已不能适应市场经济和社会进步的 3 要求，为了赢得竞争、占有市场、可持续发展，铸造生产厂必须变革传统的生产方法，引进新技术、新思维。将计算机技术引入铸造领域正是这一趋势的迫切要求，它包括计算机辅助设计与分析、计算机检测与控制、专家系统、信息处理系统、铸造工装的计算机应用等。 计算机辅助设计与分析以计算机为主要手段，辅助设计者完成某项设计工作的建立、修改、分析和优化，输出信息全过程的综合性技术。 与传统铸造工艺设计方法相比，用计算机设计铸造工艺可以显著提高设计效率、缩短设计周期;能够实现设计与分析的统一。 我国先后开展了计算机工艺辅助设计、成分和力学性能辅助设计，铸造合金凝固过程及温度场数值模拟、铸件充型过程的数值模拟，铸造过程、铸造合金品质和铸件品质以及铸造设备的检测与控制，铸造数据库、管理、计算机识图、机械手和机器人的应用等，并在生产中得到运用，应用范围越来越广，取得良好的经 [3] 济效益。 长期以来，铸造工艺设计一直建立在生产经验基础上，通过试验、比较的方法寻求较佳的工艺。虽然这些方法至今在铸造生产中仍起着重要的作用，但不能进行更准确的工艺设计，采用计算机数值模拟可以使铸造工艺设计从经验走向科学。现在常用的相关软件有Pro/E，ViewCast、Z-cast等。 1.3.2 计算机模拟的特点 计算机模拟是用计算机程序替代实物行对铸件作模拟实验，要得到优质铸件，事先要做一个该铸件的模型， 然后对该模型铸造过程模拟，再对铸造工艺设计进行修改。 铸造工艺过程的计算机模拟可以优化现有的生产工艺;获得可重复的产品质量，即使在原材料、工艺设备和操作者变化时也 4 同样稳定;可以缩短设计、生产产品的周期，降低成本;实现工艺的可视化，使企业操作者和模拟工作者之间能够共同分析到最佳工艺模拟的判据 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。通过计算机模拟可以在实际铸造前对铸件可能出现的缩孔缺陷的大小、部位和发生的时间进行有效预报，以不断改进工艺;根据温度场的分布，有效控制凝固过程，确保 [3]铸件质量。因此，计算机模拟是铸造行业的一个重要手段。 1.4 本文主要研究内容 本文以ZG310-570齿轮为研究对象，利用《铸造手册》 、《铸造工艺设计简明手册》等工具书，并参照《典型铸造工艺设计实例》进行传统工艺设计;在设计过程中，根据提供的零件图分析齿轮的铸造工艺性，并根据手册和铸件的要求选择和设计造型方法、各个铸造工艺参数，然后设计浇注系统、冒口、补贴等。 在传统铸造工艺的基础上，利用pro/E对齿轮及其浇冒口系统造型，然后用ViewCast软件对齿轮进行了凝固模拟。通过分析模拟结果，找出齿轮出现缺陷的部位，并分析缺陷出现的原因;然后在此基础上改变原来设计方案，再进行模拟，以达到优化工艺方案的目的。 5 第2章 铸钢齿轮的工艺设计 2.1 铸钢齿轮结构的分析 本课题的ZG310-570齿轮是单件小批生产的。整体来看，其结构有以下特点: (1)齿轮的尺寸很大，而壁厚相对于其方向上的尺寸较薄，而且铸件的壁的尺寸变化(壁厚)变化较大，如果设计的工艺不合适的话很容易出现缩孔等缺陷，由此铸件的顺序凝固在这里就很有作用了，这样就可以将缩孔最终留到冒口里从而形成质量优良的铸件，因此补缩系统(冒口、冷铁)的设计在端盖的铸造工艺中的作用就很重要了。 (2)齿轮的轮毂和轮缘为主要受力部位，且这些部位以及和轮辐交接处的厚度都比它周围部分的大，为了实现顺序凝固需要在这些部位设置冒口，并使最终的缩孔、缩松等缺陷转移到冒口中。 (3)轮毂孔为基准孔，所以为了保证精度，分型面的选择不应从中间经过轮毂。 (4)齿轮的齿为机械加工制出。 2.2 铸造工艺方案的设计 2.2.1 技术要求 (1)铸件应作化学成份及机械性能试验，必须符合JB/T5000 —6—1998标准规定; (2)热处理:铸件进行正火处理，硬度达到HB170-190; (3)铸件不允许有裂纹、砂眼、缩松、气孔等影响零件强度 6 的缺陷; (4)齿用机械加工完成，并要求相应的表面处理，增强其强度、硬度和耐磨性;齿顶圆的径向跳动不得大于0.12mm; (5)非加工表面应光滑、平整不应有粘砂夹砂和凸凹不平等影响外质量的缺陷; (6)基准孔270H7和齿顶圆的椭圆度与圆锥度均不得大于, 自身公差半径。 (7)非加工表面涂防锈漆。 2.2.2 铸造方法的选择 本课题的零件质量为3434kg，最大外圆直径为2240mm，最大高度为300mm，平均厚度为90mm可以看为大型铸件，为单件小批生产。此件结构简单，且工厂实际生产中多用砂型，成本低，灵活性大，操作方便，劳动量小，而且相对来说技术也比较成熟。， [4]故拟采用砂型铸造。参考表3,30，综合考虑选用水玻璃砂造型。 2.2.3 造型方法 此齿轮形状简单，主要结构成旋转体，适宜采用地坑刮板和组合木模造型方式。 分析铸件:铸件的主体结构为回转体，这样采用刮板造型的话就很方便也易于保证铸件质量，可省去制作大型木模的时间，而且会节约大量的木材消耗。但其肋高280mm，远超过辐板厚底，这样若单单用刮板造型的话，肋不容易刮出，对于这一部位，综合考虑后采用组合木模的方法更为合适。对于铸件的轮毂和轮缘造型,采用刮板造型，刮板的形状和铸件的形状相拟合(见图2-1)。 7 图2-1刮板形状示意图 ,上箱也须刮板造型:砂箱直径为3000mm，高550mm;冒口可用耐火材料(保温套)围成;最后还需要参考芯头尺寸(见2.4节)挖出相应的芯座;上箱的排气孔为人为钻的一系列小孔，这在合箱时做出。 2.2.4. 浇注位置的确定 本课题的齿轮高径比很小，所以应将齿轮平放比较平稳。(浇注位置见铸造工艺图) 选用此浇注位置的优点:保证了铸件的主要工作表面、重要的加工表面放在铸件下部或侧面，这样上述表面产生气孔、夹砂等缺陷的可能性较少，也能保证金属液充型平稳，减少卷气、涡旋等浇注缺陷;有利于砂芯的定位和稳固支撑，使排气通畅，同时避免了吊砂，悬臂砂芯;同时，便于设置补缩冒口;铸件的毛刺，飞翅也易于清除。 与选择其他浇注位置相比，此浇注位置既能兼顾到铸件质量又能提高工人工作效率，简化了工装，方便了浇注操作，能保证获得完整的铸件并使清理方便。所以最终确定此浇注位置。 2.2.5 分型面的确定 根据齿轮的外形特点和铸件顺序凝固的要求,铸件分型面的选择应尽量与浇注位置一致，见图2-2。 这样分型的优点:与地坑造型相适应，同时避免上箱过高;铸件的全部分布在地坑内，以减少错型、不便验型造成的尺寸偏差， 8 增加了铸件尺寸精度;将铸件加工基准面、基准孔和主要加工面放在同一箱内，减少了定位的尺寸偏差; 图2-2 铸件的分型面 可简化铸造工艺、提高生产率、降低成本、提高铸件质量。 缺点:使用砂芯数目较多，增加了工作量，造型也比较麻烦。 2.2.6 浇注温度的确定 0C铸钢件的浇注温度一般按其材质的熔点加40,80，此齿轮 [1]为ZG310-570，由表9-156查得此铸件合适的浇注温度为 0C1540~1570。铸件质量大，壁厚较大，结构较为简单，浇注温度可低些。 2.2.7 铸件在铸型中的冷却时间 [5]参照表1,15,铸件在砂型中的冷却时间为12~48h。依据铸件的质量为4489Kg，定为45h，使铸件在出型时具有足够的强度和韧性，减少变形、开裂和裂纹等缺陷。 2.3 铸造工艺参数的选择 2.3.1 铸件的尺寸公差 齿轮结构较简单，尺寸精度和表面质量要求中等，结合手工 [5]造型精度不高，参照表2,3小批单件生产铸件的尺寸公差等级(GB6414-86)，选铸钢的公差等级为CT14，既保证铸件质量又不过多地增加生产成本。 9 2.3.2 铸件的质量公差 铸件的重量公差等级与铸件尺寸公差等级应对应选取，取MT14，在铸件图或技术文件中，铸件重量公差等级标注为(GB/T11351-1989 MT14)。 2.3.3 铸件机械加工余量 因为此铸件为手工刮板造型，铸件材料为铸钢，则查表机械 [5]加工余量取等级为J;然后根据表2-8要求的铸件加工余量(RAM)GB/T11350-89，各个表面的机械加工余量经查表可得，此铸件的最大轮廓尺寸为2240mm，在表中1600-2500mm范围, 内，又因为要求的机械加工余量等级为J，所以查表得要求的单侧机械加工余量为19mm，轮缘厚300mm，查得单侧加工余量为15mm，轮毂孔为270mm，单侧余量为9mm。 , 2.3.4 铸造收缩率 本铸钢齿轮的尺寸较大，结构较简单，拟采用的是水玻璃砂 [5]造型，由表2-14选取铸钢的受阻收缩率为1.8%。 2.3.5 铸造工艺补正量 由于铸造造成的尺寸偏差，会使轮缘壁厚尺寸小于图纸的要求。为了保证轮缘的强度，控制其壁尺寸不小于负偏差,在不加工 [5],2016一侧加放工艺补正量。本铸件轮缘内径为mm，由表2-20查得的工艺补正量取8mm。 2.3.6 最小铸出孔、槽 [5]由表2,16可知，单件、小批生产的铸钢的最小铸出孔为直径50mm，本设计中的大齿轮的轮毂孔需铸出;由表2-17的铸件 10 最小铸出槽尺寸，查得轮毂孔中的键槽不需要铸出。 2.4 砂芯的设计 2.4.1 砂芯的种类 砂芯的材料决定采用二氧化碳硬化水玻璃砂。 本大齿轮的轮毂孔和各轮辐间都需要用砂芯，强度、刚度要求较高，以保证成型内腔体的形状精度，并结合实际生产条件和考虑经济性，选用刮板造芯。 2.4.2 确定砂芯形状和个数 在铸件浇注位置和分型面等工艺方案确定后，就可根据铸件结构来确定砂芯如何分块和各个分块砂芯的结构形状。基于铸件本身的结构特点和所选用的造型方法，为了使铸件内腔尺寸精确，不致造成气孔等缺陷，使每块砂芯有足够的断面，保证有一定的强度和刚度，并能顺利排出砂芯中的气体，利于制造和使用，最终确定使用7个砂芯:轮毂砂芯和周围六个辐条之间的砂芯(见图2-3)。 图2-3 齿轮辐条间砂芯形状示意图 2.4.3 芯头尺寸的设计 所用砂芯都为垂直砂芯，为了保证其轴线垂直、牢固地固定在砂型上，必须有足够的芯头尺寸。芯头横截面的尺寸决定于铸 11 件相应部位孔、槽的尺寸。辐条间砂芯的高径比不大而且砂芯相 [5]当直径较大，则不必做出上芯头，下芯头高度按表3-1、3-2和3-3值，增加约30,，砂芯的相当直径为544mm，属于mm,,400~630 0取S=1.5mm，下芯头高h=58.5mm;型芯头斜度=7，a=8。轮毂, 砂芯上部为冒口，为了使砂芯在充型时更稳固，下部芯头尺寸也按表增加约30,，其尺寸见图2-4。 图2-4 轮毂芯头(单位mm) 2.4.4 型芯的固定 辐条之间的砂芯由于其自身形状不规则，所以自身可以防止 图2-5轮毂芯头的定位方式 12 水平方向转动和沿水平方向移动，不需用固定措施;轮毂砂芯为了防止绕垂直轴旋转，采用如图2-5的固定方式。 2.4.5 型芯排气系统的设计 轮毂砂芯形状简单，尺寸并不太大，辐条之间的砂芯高颈比很小，都可以直接在砂芯中间扎通气孔，操作简便。 2.4.6 芯骨 轮毂砂芯之上设有冒口，为了保证砂芯在浇注过程中不开裂，不折断，不被周围液体金属冲坏，砂芯应有足够的强度和刚度，因此在砂芯中须埋置芯骨。水玻璃砂可用铸铁芯骨，或用钻有约,3mm小孔(孔间距约100mm)的钢管或用圆钢杆作芯骨，这里拟采用如图2-6所示的铸铁管芯骨，管长270mm，直径180mm。 图2-6 轮毂砂芯芯骨 2.5 浇注系统的设计 2.5.1 浇注系统类型的选择 本铸钢齿轮的熔点高，流动性差，收缩大，易氧化，而且夹杂物对铸件力学性能影响严重，考虑选择底注浇包(漏包)，要求浇注系统结构简单、截面积大，使充型快而平稳，股流不宜分散， 13 有利于铸件的顺序凝固和冒口的补缩。用底注式包浇注时，浇注系统必须是开放的，直浇道不被充满，保证钢液不会溢出浇道以外，以快速而平稳地充型。 2.5.2 浇注系统引入位置的确定 初始方案 最终方案 图2-7浇注系统引入位置图示 在初始方案中，在轮缘上开设了6个内浇道，使金属液能够均匀分散地充满型腔。在最终确定的方案四中，内浇道减为两个，如图2-7。 下面从不同角度说明铸钢大齿轮金属液引入位置的考虑情况: (1)两者都有利于铸件凝固补缩时顺序凝固的要求，结合本铸件，内浇道适宜开在轮缘冒口附近; (2)两者都有利于改善铸件铸态组织:内浇道不应开设在铸件质量要求高的部位，以防止内浇道附近组织粗大，不得开设在靠近芯撑处，以免造成芯撑过早熔化; (3)都有利于提高铸件质量,将内浇道开设在铸件要求不高的加工面部位上，而不开设在铸件非加工面上，以避免影响铸件外观质量; (4)有利于铸件清理; (5)铸钢齿轮收缩倾向大，内浇道的设置应不阻碍铸件收缩， 14 避免铸件产生较大的应力或因收缩受阻而开裂。 最终方案与初始方案相比，有以下优点: (1)内浇道的开设避免了直冲砂芯，防止造成冲砂; (2)内浇道沿型壁切向注入，有利于充型平稳、排气和除渣。从各个内浇道流入型腔的液体流向力求一致，避免了因流向混乱而不利于渣和气的排除; (3)在保证铸件质量的前提下，内浇道减少为两个，横浇道长度缩短，节约了金属，降低了成本。 2.5.3 铸件质量 按照图样用Pro/E软件绘制出铸件实体图，计算出铸件的理论 38，10重量为4235Kg，其中铸件体积为5.4mm,曲面体积为 2[4]7，101.17mm。根据P219表查得，手工造型对于质量为1~5吨的简单件，其型腔扩大量按6%计算，则铸件质量为:4235，(1，6%)=4489Kg。 2.5.4 金属液上升速度和浇注时间的确定 此齿轮属于单件小批大型铸钢件，采用漏包浇注，设计步骤原则如下:采用漏包浇注首先要选定漏包包孔直径，然后检验浇注重量速度和型内液面上升速度是否符合铸件浇注的要求，最后按经验比例确定浇注系统各组员的尺寸。 (1) 依型内金属液上升速度计算包孔尺寸 ,80首先试选直径为mm的包孔，型内金属上升速度v依下式核算 330，1，150H,n,qv,==11 mm/s (2-1) Q4489 式中H——铸件的最大高度; n——钢液包漏孔数; 15 q——平均流量; Q——铸件质量(不包括浇冒口)。 [4]根据表3-177查得对于铸件质量小于等于5吨的简单件，钢液在型腔中的最小允许上升速度为15mm/s。计算表明，上升速度太小，不能满足要求。 再选mm的包孔，这时q=195Kg/s，再验算上升速度v: ,100 得v=15mm/s。 据工厂经验，对于大齿轮上升速度v=15mm/s，基本满足要求， mm。 确定选包孔直径为,100 (2) 浇注时间t 7841Gt===41 s (2-2) Nnq1，1，195 式中N——同时浇注的浇包个数; n——每个浇包的包孔数; q——钢液的质量浇注速度; G——金属液总质量(Kg)。 t=41s基本满足要求。 2.5.5 浇注系统各组元截面积的确定 此铸钢齿轮采用漏包浇注，以漏包包孔的直径(即横截面)为基础，采用开放式浇注系统，根据由生产经验确定的浇道截面比确定浇注系统其他组元的横截面积。采用的浇道截面比如下: ,F:,F:,F:,F=1:(1.8,2.0):2.0 (2-3) 包孔直横内 2mm式中——包孔的总截面积() ,F包孔 2mm ——直浇道总截面积() ,F直 2mm ——横浇道总截面积() ,F横 2mm,F ——内浇道总截面积() 内 2所以由包孔的直径φ100mm得包孔的截面积为=78.5cm，,F包孔 16 2根据比例计算得为142.0,157.0cm、当横浇道对称分布时，,F直 22为71.0,78.5cm、为157cm。 ,F,F内横 2.5.6 浇注系统各组元结构和尺寸 对于此大型的铸钢齿轮，其直浇道、横浇道和内浇道均为耐火砖管砌成，截面为圆形。 (1)按包孔直径选择浇注系统各断面: 根据前面的阐述，结合该铸件的具体情况，铸件的浇注共设计一个直浇道，其下端连接的横浇道成对称分布，每段横浇道连着一个内浇道。在初始方案中，在铸件底部开设了六个内浇道，在最终方案中，减少为两个内浇道，浇注时采用两边对称同时浇 [4]注。其值由表3-180查得，见表2-1。 表2-1浇注系统各单元耐火砖管直径和数量的确定(单位:mm) 内浇道直径d包孔直直浇道 横浇道直径d32 径d 直径60 100 对称 d每层内浇道数量/个 1 100 140 100 6 2 (2)直浇道的高度 一般直浇道的锥度为1:50或1:25，由于本设计的齿轮尺寸较大，在文献[4]中未能查到合适的直浇道尺寸，依据所选择的造型方法和分型面，参照工厂实际生产经验，直浇道比明冒口高100mm即可，以满足充型所需压力头。 (3)浇口杯的形状和尺寸 浇口杯直径至少要比金属液直径大一倍，其顶部宽度要比直浇道直径大一倍，沿浇注方向的长度要两倍于宽度，而深度可等于宽度，浇口杯中容纳的金属液量应比直浇道的容量大。 浇口杯采用闸门式(见图2-8)。这是因为此铸钢齿轮采用漏包浇注时，液态合金压头大、冲力大、流量不易控制且浇包孔不 17 易对准直浇道，闸门式浇口杯可方便浇注工作，避免金属的飞溅，同时其挡渣效果好，底部设置堤坝有利于浇注操作，使金属的浇注速度达到适宜的大小后再流入直浇道，这样浇口杯内液体深度大，使用闸门可以降低浇注高度以避免水平旋涡的产生而形成垂直漩涡，从而有助于分离渣滓和气泡。 图2-8闸门式浇口杯 2.6 冒口和补贴的设计 2.6.1 冒口类型的确定 对于此铸钢件，在局部热节处(轮毂，轮辐和轮缘的交接处)易产生集中缩孔，冒口主要是补充这些部位所需的金属量，排气和收集液流前沿混有夹杂物或氧化膜的金属液。 铸钢件的液态和凝固时期的体收缩率高，缩孔形成的倾向大，虽然暗冒口保温性能要比明冒口好，所废金属液量会相对减小，但依铸件结构、所使用的砂箱尺寸来考虑，最终选择使用明顶冒口，这样可不至于使上箱过高，也使盖箱和浇注时操作方便，并减小由此而造成的误差，同时有利于气体的逸出和最初进入型腔的冷污金属和所形成的渣体的上浮和去除。 18 2.6.2 模数法计算冒口 (1)冒口位置的确定 铸件越厚的部位越容易产生缩孔，分析此铸钢齿轮的结构，可以得到轮辐条和轮缘、轮毂的交接处是整个铸件最后的部位，而且这些部位还存在热节圆，因此此处是补缩的重要部位，需在此设计冒口。 (2)冒口的计算 铸钢齿轮的冒口具体设计方法:首先根据铸件的结构特征，将它分成几个一定的几何基体，计算各个基体的模数，进而得到冒口模数，然后查出冒口的尺寸，用铸件所需补给量求冒口的个数，以保证圆满补缩铸件。 A(轮缘冒口 对轮缘部分可以近似看作“T”形杆，如图2-9: 图2-9 辐条和轮缘的近似T形杆 13.9，33ab,M因而 ==5.28 cm (2-4) 件2(a，b),c2，(13.9，33),7 式中a——铸件图上轮缘厚度; b——轮缘高度; c——辐板与轮缘交接处厚度。 19 于是冒口模数 =1.2=6.34 cm (2-5) MM件冒 图2-10 腰形明冒口尺寸 1) 确定冒口尺寸 依工厂腰形明冒口的形状(见图2-10)和冒口尺寸、重量、 模数系列表(文献[4]P110)，查得=6.50cm时，冒口尺寸为M冒 a=274mm，b=548mm，h=411mm，每个冒口体积V=55L，每个冒 口重量G=375Kg。 a，b3a其中b=2a,V=2.67,h==1.5a,=0.237a。 M冒2 2)用铸件所需补给量求冒口个数n冒 该冒口能补缩的铸件的最大重量 375，(14,5)G===675 Kg (2-6) G(,,,)/,冒件(最大)5 式中——冒口的补缩效率 , 0C——钢的凝固收缩值，对于ZG310-570，浇注温度为1550, 3cm时，=5%，其中,=7.85g/。 , 由图样尺寸得铸件的轮缘和轮辐共重 88,6331010mm10mm(5.4-0.7)7.85Kg/=3689.5Kg,即轮缘冒，，，， 口应补缩的铸件总重量，这两部分都有轮缘冒口进行补缩。因此可计算出冒口数目n 20 3689.5KgGn==5.5 (2-7) ,G675Kg件(最大) 决定采用6个腰圆形明冒口。 B(轮毂冒口 铸件模数:轮毂部分可近似看作“T”形杆围成的空心圆柱体，因此 1.1，13.7，33fa，b==55.8 mm (2-8) M,件2(fa，b),c2，(1.1，13.7，33),7 式中a——热节圆直径; f——考虑砂尖效应而放大的系数; b——轮毂高; c——非散热边长度，这里为辐板厚。 1) 冒口模数 =1.2M=6.7 cm (2-9) M件冒 2) 选定冒口尺寸 依工厂圆柱冒口的尺寸、模数、重量系列表(文献[5]P108)，查得当=6.75cm,其中圆柱体底面直径D=361mm，高H=542mm，M冒 冒口体积V=56L，重量G=380Kg。 2.6.3 补贴的设计 为在轮毂部位实现顺序凝固和增强补缩效果，应在靠近轮毂冒口的铸件壁厚上补加补贴，消除铸件下部热节处的缩孔。 轮毂冒口补贴: 垂直补贴宽度K按经验公式计算 mm=(137,114)+ 10=33mm (2-10) K,(D,T)，5~20111 式中——热节圆直径; D1 ——轮毂厚度。 T1 补贴从热节下部，距底部约90mm处开始，以避免堵塞补缩通道。 21 轮缘没有冒口补贴，既降低了气割工作量及氧气、乙炔的消耗，又减少了因气割轮毂补贴而产生的温裂倾向，同时使工艺出品率提高，每吨齿轮铸件节约钢液350kg以上。还使粗车工件时震动减轻，机床得到了保护，同时减少了对刀具的损坏和磨损，降低了加工成本。 22 第3章 计算机模拟及工艺优化 3.1 初始工艺凝固数值模拟分析 3.1.1 三维实体模型的建立 铸钢齿轮的三维模型是利用Pro/E软件来建立的，它是进行凝固和充型数值模拟的前提。 在考虑加工余量等工艺性的要求下建立三维实体模型。然后将次几何实体模型存为STL格式，作为下一步网络划分的基础。铸钢齿轮三维造型图3-1，图3-2: 图3-1 铸钢齿轮实体图 图3-2 初始工艺三维实体 3.1.2 工艺的简单介绍 铸钢齿轮流动性差，所以考虑设置多个内浇道同时浇注，轮缘和轮辐交接处壁厚较大，内浇道开设在这些地方可以实现铸件的顺序凝固，并在这些交接之上设置冒口，保证所需金属液的补缩量，其中中间的轮毂上的为圆柱形明冒口，周围的轮缘上的为腰形明冒口。初始方案主要是为了使铸件尽量少地出现可能的缺陷，参照文献[5]而设计的，其铸件出品率暂不是考虑重点。 23 3.1.3 凝固过程模拟 将STL格式的初始工艺(工艺一)实体模型导入ViewCast模 图3-3工艺一的温度场模拟 24 拟软件进行网格剖分，网格数为1500000，对工艺一的凝固过程进行模拟。 图3-3为凝固一段时间后铸件的温度场分布。在图上可以直观的看出随着时间的推移铸件的补缩通道是否畅通，铸件出现的缩孔和缩松分布等，为进一步的优化工艺和改进提供依据。ViewCast的计算结果表明，工艺一最晚凝固部分的时间为10834s。 图3-4工艺一的缩孔、缩松分布 3.1.4 模拟结果及分析 由图3-3可以看出，当凝固时间到1000s时，浇注系统先凝固，并不起到补缩作用，而铸件各部分的补缩通道畅通;当t=2500s时，铸件底部和轮辐蓄含热量少，散热快，也逐渐凝固，凝固过程延伸到了轮辐中部，轮辐也出现补缩瓶颈;当t=3000s时，轮辐区域凝固结束，轮毂部分液体与周围轮缘相隔离，由轮毂冒口来补缩液体;当t=4700s时，轮缘区域出现补缩瓶颈，补缩通道即将 25 断开;当t=5100s时，铸件出现七部分孤立液相区，分别由七个冒口进行补缩;当t=10000s时，轮缘冒口已经全部凝固，且轮缘和轮辐部分未出现缺陷，说明轮缘冒口补缩作用足够，此时轮毂冒口中还有少量的液体存在。 由图3-4可以看出，最终凝固完毕后，轮毂部分出现有小的缩松，冒口内的锥形缩孔底部到铸件表面还有一定距离，说明轮毂冒口补缩金属量足够，但补缩通道不太通畅，同时由于轮缘冒口较大，所以最终冒口内缩孔距铸件较远。 3.2 第一种改进方案的模拟与分析 3.2.1 工艺的简单介绍 图3-5工艺二实体图 作为工艺一的优化，工艺二(三维实体模型见图3-5)在轮毂冒口下部铸件添加补贴(补贴设计具体见第2.6节)，以增加其补缩通道，并有助于实现顺序凝固。同时为了节约金属量，提高铸件出品率，将轮缘冒口高度降低为380mm。由于浇注系统并未起 到补缩作用，所以减短横浇道长度也为节省金属的一种方法，只留两个内浇道成一定角度引入铸件，但要保留一定的横浇道末端， 26 以起到阻渣和储存最初进入浇道的冷污、含气金属液的作用，于此同时内浇道的横截面也应随之改变。 3.2.2 凝固模拟及分析 工艺二的铸件最终凝固时间为11518s，图3-6为凝固结束后铸件中缩孔、缩松的分布。 图3-6 工艺二缩孔、缩松分布 由图3-6可以清楚地看到，铸件内部已经没有缺陷存在，缩孔、缩松都上升在冒口中，且锥形缩孔的底端距离铸件表面不是太远，且能够保证一定的安全高度。冒口内金属成功地起到了补缩作用，并实现了铸件的顺序凝固。工艺二相对于原始工艺方案在保证了铸件的质量的同时，又减低了成本，提高了工艺出品率。 27 3.3 第二种改进方案的模拟与分析 3.3.1 工艺的简单介绍 参观了工厂的实际生产情况之后，对工艺二又做了进一步的优化。由于七个冒口均为明冒口，所以冒口高度不一致显得不太合理，在新工艺三(见图3-7)中，将轮毂冒口也降为380mm，这样所有冒口高度一致，同时，将直浇道高度相应调整为710mm。为了使明冒口有更好的补缩效果，为其加上厚20mm的保温套，依工作经验在顶部开直径为40mm的出气孔。 图3-7 工艺三实体图 3.3.2 凝固模拟及分析 此工艺方案的总的凝固时间为16036秒。由图3-8可以看出，冒口加了保温套之后，其凝固时间大大延长，冒口也始终是最后凝固的部位，使顺序凝固得到很好的体现。 28 图3-8 工艺三的凝固过程 29 图3-9工艺三缩孔、缩松分布 由图3-9可以看出，铸件质量优良，但冒口中的缺陷位置较工艺二普遍提升很多，其锥形缩孔底端距离铸件表面较高，这说明在保温套的作用下，冒口的补缩能力显著地提高，此时的冒口体积相对于需要补缩的金属液量来说太大，造成金属的浪费。 3.4 第三种改进方案的模拟与分析 3.4.1 工艺的简单介绍 通过以上各工艺的模拟与分析得知，铸件的质量已经可以保证，目前优化工艺的关键是降低铸造成本。出于这样的经济性的考虑，在工艺三的基础上，将各冒口高度均降低为230mm，又因轮缘冒口内金属富余较轮毂冒口中多，所以将轮缘冒口降低的同 30 时，还将其截面积做适当减小:腰形冒口宽由原来的274mm改为260mm。为了使补缩通道更加顺畅，对以前的轮缘冒口位置也做适当调整:使轮缘冒口的补缩中心与铸件热节的中心相对应。另外，直浇道高度相应地调整为560mm。工艺四实体图见图3-10。 图3-10工艺四实体图 3.4.2 凝固模拟及分析 冒口的减小使工艺四的最终凝固时间有所减短，为13161秒。图3-11为模拟凝固时间为10000秒时的温度场。 图3-11 t =10000s 31 图3-11显示，原明冒口位置的调整，使冒口中心在铸件凝固过程中始终有通畅的补缩通道，从而更好地发挥补缩作用，且冒口下部铸件部位不需要添加补贴。 图3-12 工艺四缩孔、缩松分布图 由于实际生产中难免会有一些其他因素影响铸造过程，使最终产品质量与模拟的结果有所出入，这就要求冒口有一定的安全高度。由图3-12看出，冒口内的缺陷与铸件表面的距离减小了很多，并且保证了冒口的安全高度。工艺四与工艺三相比，铸件质量良好，并有很好的经济效益。 3.5 铸件工艺出品率 本齿轮工艺二的出品率为4489/7397=60.7%，工艺四的出品率为4489/(4489+1821)=71.1%,由文献[4]查得，此出品率是非常理想的。 32 结论 (1)铸件处于下部地坑中，采用刮板造型; (2)采用底注式浇注系统，漏包的包孔直径为100mm，铸件的浇注时间为41s，钢液在铸型内的上升速度为15mm/s; (3)共采用七个保温冒口进行补缩:轮毂上部用圆形明冒口，轮缘与辐条交接处上部用腰形明冒口，并开设合理的出气孔; (4)在轮毂冒口下部添加补贴。 33 34 35 以下是赠送资料劳动合同，不需要下载后可以编辑删除～～ 劳动合同 一、双方在签订本合同前，应认真阅读本合同书。本合同一经签订，即具有法律效力，双方必须严格履行。 二、本合同必须由用人单位(甲方)的法定代表人(或者委托代理人)和职工(乙方)亲自签章，并加盖用人单位公章(或者劳动合同专用章)方为有效。 三、本合同中的空栏，由双方协商确定后填写，并不得违反法律、法规和相关规定;不需填写的空栏，划上“,”。 四、工时 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 分为标准工时、不定时、综合计算工时三种。 实行不定时、综合计算工时工作制的，应经劳动保障部门批准。 五、本合同的未尽事宜，可另行签订补充协议，作为本合同的附件，与本合同一并履行。 六、本合同必须认真填写，字迹清楚、文字简练、准确，并不得擅自涂改。 七、本合同(含附件)签订后，甲乙双方各保管一份备查。 甲方(用人单位): 乙方(职工): 名称: 姓名: 法定代表人: 身份证号码: 36 地址: 现住址: 经济类型: 联系电话: 联系电话: 根据(中华人民共和国劳动法》和国家及省的有关规定，甲乙双方按照平等自愿、协商一致的原则订立本合同。 一、合同期限 (一)合同期限 双方同意按以下第 种方式确定本合同期限: 1、有固定期限:从 年 月 日起至 年 月 日止。 2、无固定期限:从 年 月 日起至本合同约定的终止条件出现时止(不得将法定解除条件约定为终止条件)。 3、以完成一定的工作为期限:从 年 月 日起至 工作任务完成时止。 (二)试用期限 双方同意按以下第 种方式确定试用期期限(试用期包括在合同期内): 1、无试用期。 2、试用期从 年 月 日起至 年 月 日止。 (试用期最长不超过六个月。其中合同期限在六个月以下的，试用期不得超过十五日;合同期限在六个月以上一年以下的。试用期不得超过三十日;合同期限在一年以上两年以下的，试用期不得超过六十日。) 二、工作内容 (一)乙方的工作岗位(工作地点、部门、工种或职务)为 (二)乙方的工作任务或职责是 (三)甲方因生产经营需要调整乙方的工作岗位，按变更本合同办理，双方签章确认的协议或通知书作为本合同的附件。 (四)如甲方派乙方到外单位工作，应签订补充协议。 三、工作时间 (一)甲乙双方同意按以下第 种方式确定乙方的工作时间: 1、标准工时制，即每日工作 小时，每周工作 天，每周至少休息一天。 2、不定时工作制，即经劳动保障部门审批，乙方所在岗位实行不定时工作制。 3、综合计算工时工作制，即经劳动保障部门审批，乙方所在岗位实行以 为周期，总工时 小时的综合计算工时工作制。 (二)甲方因生产(工作)需要，经与工会和乙方协商后可以延长工作时间。除(劳动法)第四十二条规定的情形外，一般每日不得超过一小时，因特殊原因最长每日不得超过三小时，每月不得超过三十六小时。 四，工资待遇 (一)乙方正常工作时间的工资按下列第( )种形式执行，不得低于当地最低工资标准。 1、乙方试用期工资 元,月;试用期满工资 元,月(——元,日)。 2、其他形式:。 (二)工资必须以法定货币支付，不得以实物及有价证券替代货币支付。 37 (三)甲方根据企业的经营状况和依法制定的工资分配办法调整乙方工资，乙方在六十日内未提出异议的视为同意。 (四)甲方每月 日发放工资。如遇节假日或休息日，则提前到最近的工作日支付。 (五)甲方依法安排乙方延长工作时间的，应按(劳动法)第四十四条的规定支付延长工作时间的工资报酬。 (一)任何一方要求变更本合同的有关内容，都应以书面形式通知对方。 (二)甲乙双方经协商一致，可以变更本合同，并办理变更本合同的手续。 九、本合同的解除 (一)经甲乙双方协商一致，本合同可以解除。由甲方解除本合同的，应按规定支付经济补偿金。 (二)属下列情形之一的，甲方可以单方解除本合同: 1、试用期内证明乙方不符合录用条件的; 2、乙方严重违反劳动纪律或甲方规章制度的; 3、严重失职、营私舞弊，对甲方利益造成重大损害的; 4、乙方被依法追究刑事责任的; 5、甲方歇业、停业、濒临破产处于法定整顿期间或者生产经营状况发生严重困难的; 6、乙方患病或非因工负伤，医疗期满后不能从事本合同约定的工作，也不能从事由甲方另行安排的工作的; 7、乙方不能胜任工作，经过培训或者调整工作岗位，仍不能胜任工作的; 8、本合同订立时所依据的客观情况发生重大变化，致使本合同无法履行，经当事人协商不能就变更本合同达成协议的; 9、本合同约定的解除条件出现的。 甲方按照第5、6、7、8、9项规定解除本合同的，需提前三十日书面通知乙方，并按规定向乙方支付经济补偿金，其中按第6项解除本合同并符合有关规定的还需支付乙方医疗补助费。 (三)乙方解除本合同，应当提前三十日以书面形式通知甲方。但属下列情形之一的，乙方可以随时解除本合同: 1、在试用期内的; 2、甲方以暴力、威胁或者非法限制人身自由的手段强迫劳动的; 3、甲方不按本合同规定支付劳动报酬，克扣或无故拖欠工资的; 4、经国家有关部门确认，甲方劳动安全卫生条件恶劣，严重危害乙方身体健康的。 (四)有下列情形之一的，甲方不得解除本合同: 1、乙方患病或非因工负伤，在规定的医疗期内的; 2、乙方患有职业病或因工负伤，并经劳动能力鉴定委员会确认，丧失或部分丧失劳动能力的; 3、女职工在孕期、产期、哺乳期内的; 4、法律、法规规定的其他情形。 (五)解除本合同后，甲乙双方在七日内办理解除劳动合同有关手续。 十、本合同的终止 本合同期满或甲乙双方约定的本合同终止条件出现，本合同即行终止。 本合同期满前一个月，甲方应向乙方提出终止或续订劳动合同的书面意向，并及时办理有关手续。 甲方:(盖章) 乙方:(签名或盖章) 法定代表人: (或委托代理人) 38 20 年 月 日 20 年 月 日 鉴证机构(盖章): 鉴证人: 鉴证日期:20 年 月 日 39