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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
2、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
3、要求较高的铸件，它的优势是别的铸造方法所无法替代的。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3400V50HZ12KW1300520600650mm3.2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
4、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14.2.2铸件三维图图24.2.3铸件装配图图34.2.4铸件装配三维图图44.3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
5、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
6、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，根据以下原则造型简单，因为铸件为对称图形分型面为大平面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所示图6下沙箱如图7所示图7合箱三维图如图8所示图83.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，
7、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
8、形，体积为V3。计算V1=3.14（352-152）=62800mm3。V2=653020=39000mm3。V3=（50+54）40402=83200mm3V=V1+V2+V3=62800+39000+83200=1.85105mm3。M铸件=铝V=1.851052.7X10-60.500kg。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）冒口计算和设计图9如图9的各个位置的模数为：处模数=9.05cm处模数=6cm处模数=12.24cm可以看出模数遵守顺序凝固的原则，又因为在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
9、头高度的计算如图10所示：经查表得a=8L=360mm由公式hmLtana=360tan8=51mm取hm=100mm又因为Ho=hm+1/2hc=100+1/2110=155mm则平均压力头Hp=Ho-0.125hc=155-0.125110=142mm图10（4）平均压头的确定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=230mmHp=Ho-P/4=230-30=200mm（5）浇注时间根据经验公式式中t浇注时间A、n系数m浇注金属质量其中A=2，m=G=1
10、3.55kg，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：式中S1内浇道横截面积（cm2）；G流经内浇道的金属液质量（kg）；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，取0.3。浇注时间；平均静压力头高度，对于顶注式浇注，H=Hp带入数据得，S1=17.8cm2(7)浇口比及各组元截面积据查表，可得浇口比：=1:1.5:2其中：内浇道面积；横浇道面积；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：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
11、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134.4.3铸造工艺参数工艺设计参数是：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
12、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，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
13、度为了方便起模，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
14、料名称原砂粘土水玻璃水配比10066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：图144.7熔炼、浇注以及清理4.7.1熔炼熔炼设备：箱式电阻炉装料为了加快溶化，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。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。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所示图154.7.3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
