【正文】 環(huán)形冒口的橫截面積， cm2； L—— 環(huán)形冒口的橫截面周長(zhǎng)， cm。我們?nèi)?η=30%。鑄造工藝裝備包括模樣、模板、砂箱、芯盒、砂芯修整磨具等。 砂箱的設(shè)計(jì) 砂箱是用于制作砂型和運(yùn)輸砂型的工藝裝備。砂箱內(nèi)凸緣設(shè)計(jì)在分箱面上。 圖 35 砂箱的翻箱及搬運(yùn)結(jié)構(gòu) (6) 確定砂箱定位耳及耳孔的結(jié)構(gòu)及尺寸：上、下砂箱的定位耳及耳孔的結(jié)構(gòu)、尺寸及間距要一樣，以便能夠使砂箱順利合箱。模底板三維 UG 造型圖如圖 37 所示。 圖 311 模底板的翻轉(zhuǎn)及搬運(yùn)結(jié)構(gòu) 第三章 鑄造工藝裝備設(shè)計(jì) － 21－ 模樣在模底板上的裝配 模樣和模底板設(shè)計(jì)并加工出后，要用螺釘、螺栓等緊固成一體。 圖 312 木模金屬定位銷結(jié)構(gòu)圖 圖 313 砂箱與模板的定位裝配 第四章 鑄鋼的熔煉 － 22－ 第四章 鑄鋼的熔煉 該鑄件為回轉(zhuǎn)體上冠，部件要求高強(qiáng)度，耐磨抗腐蝕性好。 本次配料采用查表法。 采用以下精煉法：鋼包氬氣凈化、鋼包喂線凈化、感應(yīng)電爐氬氣凈化（爐底吹氬和爐口氬氣保護(hù)）、氬氧脫碳 AOD精煉、鋼包 LF兩項(xiàng)和三項(xiàng)功能、真空氧脫碳VOD精煉、清潔廢鋼和爐料前處理等。在馬氏體鋼中隨著淬火溫度的提高，碳化鉻 (CrFe)23C6 溶解度不斷增加，馬氏體進(jìn)一步強(qiáng)化，因而淬火后的硬度也不斷增加。由于型腔的填充模式是影響壓鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，因而充型過(guò)程的流場(chǎng)控制是鑄造過(guò)程的中心環(huán)節(jié)。 第五章 鑄件工藝數(shù)值模擬結(jié)果及分析 － 28－ 通過(guò)本次模擬結(jié)果，分析液態(tài)金屬在澆注充型過(guò)程中存在以下一些特點(diǎn)： 由于上冠結(jié)構(gòu)為回轉(zhuǎn) 體，壁厚不均勻，從整個(gè)充型過(guò)程看，其充填形態(tài)表現(xiàn)出順序、簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。影響鑄件組織形成的主要因素有澆注溫度、鑄模冷卻能力、散熱條件、液體流動(dòng)性以及合金的凝固溫度范圍等。 結(jié)論 － 30－ 結(jié) 論 本次設(shè)計(jì)最明顯的特點(diǎn)是利用環(huán)形暗冒口代替分散冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，即只在中間放置一個(gè)環(huán)形冒口，而在外圓處不設(shè)置冒口，靠一個(gè)環(huán)形冒口來(lái)補(bǔ)縮整個(gè)鑄件，這樣集中補(bǔ)縮，在最大外圓處放置外冷鐵來(lái)降低該處的模數(shù)，既可使操作方便，有提高了冒口的利用率，從而節(jié)約了鋼液。對(duì)于鑄件的造型方法來(lái)說(shuō)，應(yīng)用的是樹(shù)脂砂造型方法。 感謝 陳宗民等老師 ，在 CAD 制圖方面 給予 我 的幫助！我的每一次成功和進(jìn)步都和他們的幫助分不開(kāi)。以上每個(gè)方面對(duì)鑄造出高質(zhì)量鑄件都起到關(guān)鍵的作用，因此設(shè)計(jì)的時(shí)候要非常的仔細(xì)認(rèn)真。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也能使金屬液平穩(wěn)流入，更好的充型，這樣顯著提高了鑄件的工藝出品率及鑄件質(zhì)量，明顯地防止和消除鑄件縮孔、縮松、氣孔、夾渣、裂紋及滲漏等缺陷。因?yàn)樵诿翱谖恢迷O(shè)置為厚度為 40mm 的保溫套，所以最后在冒口必定是最后一部分凝固的，并且凝固時(shí)間也會(huì)延長(zhǎng)。 從充型過(guò)程溫度分布來(lái)看，鑄件在整個(gè)充型過(guò)程中的溫度分布基本上是縱向下部溫度低，上部溫度高，橫向則是中心溫度高，邊緣溫度低。如圖 51 所示為充型順序及溫度場(chǎng)分布。但是過(guò)高的溫度又會(huì)浪費(fèi)能源，并且對(duì)熔煉設(shè)備也有一定的損害，第四章 鑄鋼的熔煉 － 25－ 同時(shí)會(huì)使增加金屬液的氧化以及添加劑的燒損，因此融化鋼錠一般加熱至1610℃ ～ 1630℃ ，合金的澆注溫度一般為 1560℃ ～ 1600℃ 。馬氏體不銹鋼中的主要合金元素是鉻，鐵的熔點(diǎn)因加入鉻而降低，其最低熔點(diǎn)為 1516℃ ， A4 點(diǎn)因鉻量的增加而降低； A3 鉻量的增加而降低，繼續(xù)增加鉻含量至 7%時(shí)又迅速升高，由于鉻含量對(duì) A4 和 A3 點(diǎn)的影響形成了封閉的 γ_相， γ_相最大含鉻為 %。 裝料配入的金屬爐料可不受碳含量的嚴(yán)格控制，但還原期補(bǔ)加的鐵合金要求碳含量低，并在使用前經(jīng)過(guò)仔細(xì)烘干。 其力學(xué)性能要求為： 抗拉強(qiáng)度 ?b (MPa)： ≥750 屈服強(qiáng)度 ?s (MPa)： ≥550 伸長(zhǎng)率 ? (%)： ≥15 沖擊韌性值 ? kv (J/cm2)： ≥ 彈力消失率 ? (%)： ≥35 硬度 HB： 217～ 286HB 砂鑄， 熱處理 規(guī)范： a、退火，在高于 600℃ 的適當(dāng)溫度范圍進(jìn)行； b、正火和淬火，在 AC3 點(diǎn)以上進(jìn)行； c、回火，在 AC1 點(diǎn)上下進(jìn)行一次或兩次回火。定位銷采用圓柱銷，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)、尺寸如圖 312所示。另外，為了防止砂箱在造型時(shí)卡死在模板的第三章 鑄造工藝裝備設(shè)計(jì) － 20－ 定位銷上或套不進(jìn)去，尤其是剛澆注落砂后的砂箱存在著熱脹現(xiàn)象，需要設(shè)計(jì)導(dǎo)向銷，其結(jié)構(gòu)及尺寸如圖 310 所示。 采用模板造型，可以提高生產(chǎn)效率和鑄件質(zhì)量，并使鑄件尺寸精確。箱帶的高度隨模樣的輪廓變化，箱帶和模樣的最小吃砂量選取為 35mm。根據(jù)暗冒口及模樣高度，選取上砂箱高度為 600mm，下砂箱高度為 780mm。 木模的木材選用紅松。明出氣孔引出型外，與大氣相通；暗出氣孔不與大氣相通，常做成設(shè)置在型內(nèi)或芯內(nèi)的片狀或針狀空腔。該環(huán)形冒口的重量 G 冒 =。 Mc1 處的外冷鐵可按下式進(jìn)行計(jì)算： G=0r0MMM 式中， G—— 外冷鐵的重量， kg； V—— 欲放置外冷鐵處的體積， cm2； M0—— 放置外冷鐵處鑄件的原始模數(shù)； Mr—— 放置外冷鐵處假想減小后的模數(shù)。 冷鐵與冒口的設(shè)計(jì) 這次冒口設(shè)計(jì)為環(huán)形冒口，冒口位置選擇在鑄件熱節(jié)的上方。以它為 1,按如下比例關(guān)系可計(jì)算出澆注系統(tǒng)的各組元的截面積： ΣA控 ： ΣA直 ： ΣA橫 =： ： 各組元的截面積計(jì)算出來(lái)以后，可依據(jù)工藝對(duì)澆注系統(tǒng)的要求，查表求出各組元的截面積尺寸。本次上冠鑄件的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)條件、合金種類，選擇澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型、確定引入位置、計(jì)算截面尺寸等 [5 ]。 如表 22 所示。 鑄件尺寸公差是指鑄件各部分尺寸允 許的極限偏差，它取決于鑄造工藝方法等多種因素。芯頭長(zhǎng)度是指砂芯伸入鑄型部分的長(zhǎng)度。 缺點(diǎn)：鋼液在鑄型中的流動(dòng)不穩(wěn)定。平直分型面可簡(jiǎn)化造型過(guò)程和模底板的制造，易于保證鑄件的精度。 上冠鑄件 UG三維造型如圖 21所示。 上冠鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì)要根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)條件等，確定鑄造方案和工藝參數(shù)，繪制鑄造工藝圖等技術(shù)文件的過(guò)程。 AnySOLVER 作為 AnyCasting 的求解器， AnySOLVER 能夠根據(jù)你的設(shè)定計(jì)算流場(chǎng)和溫度場(chǎng)。使用AnyPRE，您可以進(jìn)行多種設(shè)置 包括工藝流程和材料的選擇來(lái)模擬鑄造成型過(guò)程，設(shè)置邊界、熱傳導(dǎo)和澆口條件，也能通過(guò)特殊功能模塊來(lái)設(shè)置一些設(shè)備和模型。同時(shí)，可采用建立的三 維模型直接生成數(shù)控代碼用于產(chǎn)品的加工。建模模塊提供了草圖、曲線、實(shí)體、自由 曲面等工具，可以設(shè)計(jì)各種形狀復(fù)雜的實(shí)體和曲面。同時(shí)計(jì)算機(jī)在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用也促使鑄造行業(yè)建立了完整的教育、科研、協(xié)會(huì)、學(xué)會(huì)、標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)檢、出版、信息體系 [1]。此時(shí)鋼的表面形成一層極薄而致密的鉻的氧化膜，阻止金屬基體被繼續(xù)侵蝕。低碳鋼和低碳合金不銹鋼在工業(yè)上占有重要的地位 , 大量用于軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域 , 也廣泛用作建筑結(jié)構(gòu)材料、家庭生活用具和體育用品等 。造型采用呋喃樹(shù)脂砂，熔煉采用堿性電弧爐返回法，為保證鑄件質(zhì)量，澆注系統(tǒng)為頂注式，直澆道采用圓柱狀，并在澆口杯處安放過(guò)濾網(wǎng)，在有熱結(jié)處安放冷鐵?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于水電、火電、核電等電力工業(yè)領(lǐng)域。而以具有較高韌性的的低碳馬氏體的形成和以鎳、鉬等合金與該鋼拋棄了高碳馬氏體形成碳化物的強(qiáng)化手段其結(jié)果是：在改善力學(xué)性能、韌性和焊接性能等方面，都有突破性的進(jìn)展。 不銹鋼最重要的技術(shù)要求是耐蝕性，合適的力學(xué)性能，良好的冷、熱加工和焊接等工藝性能。 計(jì)算機(jī)在鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用 鑄造成形是極其復(fù)雜的高溫、動(dòng)態(tài)、瞬時(shí)過(guò)程，其間發(fā)生一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)、冶金變化，這些變化不能直接觀察，也難以測(cè)試，所以其工藝設(shè)計(jì)多憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，技藝性強(qiáng)，而科學(xué)性不足。 UG的主要應(yīng)用領(lǐng)域分布 UG 是一個(gè)集 CAD/CAM/CAE 于一體的計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)制造軟件，它具有強(qiáng)大的三維實(shí)體造型功能、曲面造型、虛擬裝配及創(chuàng)建工程圖等功能。 UG在我國(guó)研究應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì) Unigraphics CAID/CAD/CAM/CAE系統(tǒng)提供了一種基于過(guò)程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)境，使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)從設(shè)計(jì)到加工真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成，從而優(yōu)化了企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造。它具有模擬準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)便、功能全面及運(yùn)算速度快等特點(diǎn)。常規(guī)數(shù)據(jù)庫(kù)提供了具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的常用材料性能，而用戶數(shù)據(jù)庫(kù)使用戶能保存和管理修改或附加的數(shù)據(jù)。這個(gè)程序具備動(dòng)畫功能使用戶把計(jì)算結(jié)果編輯成播放文件，通過(guò)結(jié)果合并功能來(lái)觀察各種二維或三維的凝固缺陷。 上冠鑄件的結(jié)構(gòu)分析 本上冠的材質(zhì)為 ZG06Cr13Ni4Mo，輪廓尺寸為 1510mm1510mm623mm， 毛量約為 1950kg。 （ 2）應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)目。 （ 7）注意減輕鑄件的清理和機(jī)械加工工作量。 （ a） （ b） （ c） 圖 22 分型面的選擇方案（ a）方案一 （ b）方案二 （ c）方案三 綜合考慮各個(gè)分型面選擇方案的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)本鑄件的實(shí)際結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求等因素，本上冠鑄件采用方案一，使用兩箱造型，鑄件放在下砂箱。 該砂芯的制芯方法選擇自硬冷芯盒（原砂：鋯砂；粘結(jié)劑：堿性酚醛樹(shù)脂；催化劑：甘油醋酸酯），其形狀和尺寸如圖 23所示。各面所留機(jī)械加工余量如表 11所示： 表 11 鑄件各部分的機(jī)械加工余量 序號(hào) 基本尺寸／ mm 加工余量等級(jí) 加工余量數(shù)值／ mm 公差等級(jí) 公差數(shù)值／mm 1 2 3 4 5 6 7 8 Φ1510 Φ1380 Φ300 Φ500 369 244 Φ190 G H H H H H G H 8 5 6 5 5 4 CT12 CT12 CT12 CT12 CT12 CT12 CT12 CT12 13 13 9 10 9 9 8 8 (3) ZG06Cr13Ni4Mo 的鑄造收縮率的確定。 因?yàn)樵撋瞎阼T件是自硬砂造型，采用木摸樣，并且測(cè)得鑄件測(cè)量面高度為 116 ㎜，所以查《鑄造工藝設(shè)計(jì)》 [4] 得 a=0176。確定澆注系統(tǒng)各組元截面積的目的，在于保證該上冠鑄件型腔在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)充滿，控制金屬液通過(guò)澆注系統(tǒng)各組元時(shí)的流速、流量、及充滿狀態(tài)，達(dá)到大流量、低流速、平穩(wěn)地充填。 鋼液在型內(nèi)的上升速度： ν=C/t=625/39=16(mm/s),去掉填充澆注系統(tǒng)的時(shí)間，鋼液在型內(nèi)的上升速度約為 20mm/s。 該上冠的主要熱節(jié)就分布在 ① 、 ③ 這兩個(gè)位置，本鑄鋼鑄件選用暗頂冒口，但由于分型面選擇和補(bǔ)縮距離 L=2T的限制，決定采用冒口與冷鐵相配合使用，來(lái)加強(qiáng)鑄件的順序凝固，擴(kuò)大冒口的補(bǔ)縮距離，減少冒口的數(shù)目和體積，因此，在鑄件上方安放一個(gè)保溫環(huán)形暗冒口， ① 處外圍安放外冷鐵，這樣在冒口和冷鐵的共同作用下，使鑄件 能順序凝固，厚大處也不會(huì)產(chǎn)生縮孔和縮松。 冒口尺寸如圖 27 所示，所設(shè) 計(jì)的冒口經(jīng)計(jì)算， M 冒 =S/L=。在 節(jié) 已 求出 ε=6%，則代入上式，得 G 件 max= 則 G 件 max＞ G 件 = 說(shuō)明冒口有足夠的金屬液補(bǔ)縮整個(gè)鑄件。根據(jù)本鑄件和砂芯整體的輪廓尺寸，初步確定砂箱和模板在鑄件分型面的大致輪廓尺寸為：17501750mm。設(shè)計(jì)砂箱時(shí)必須使砂箱符合鑄型工藝的要求，又能符合車間的造型、運(yùn)輸?shù)囊?。設(shè)計(jì)砂箱外壁加強(qiáng)筋是為了減小砂箱壁的厚度而不影響砂箱的強(qiáng)度和剛度，砂箱壁的結(jié)構(gòu)及尺寸如 圖 32所示。砂箱定位耳的結(jié)構(gòu)及尺寸如圖 3圖 36所示。 圖 37 模板三維圖 （ 2）確定模底板的壁厚和加強(qiáng)筋的厚度、形狀及布局：模底板厚度為 20mm，加強(qiáng)筋厚度為 20mm，加強(qiáng)筋邊緣厚度為 18mm。模樣在模底板上的放置形式我們采用平方式，即將模樣平放在模底板上，模底板不必挖槽，比較方便。另外，此件采用樹(shù)脂砂造型。 為合理利用原料，節(jié)約成本，鑄件配料采用 1Cr18Ni9Mo 返回鋼、本鋼和類似本鋼返回料、低碳低磷碳素 返回鋼、中碳低磷碳素返回鋼、純鐵、硅鐵、高碳鉻鐵、鉬板、鎳板等融化后 ，在還原期補(bǔ)加金屬鉻、金屬鉬、電解錳、鎳球、 低碳鉬鐵、硅鉻合金、鎳板等。 鑄鋼 的熱處理 該鑄