【文章內(nèi)容簡介】 數(shù)軸承座就是運用鑄造方式獲得。 鑄造的特點 鑄造生產(chǎn)是將液態(tài)金屬注入型腔中，經(jīng)降溫、固態(tài)成型，這類生產(chǎn)金屬方法叫做鑄造。 鑄造生產(chǎn)具有以下特點 ： （ 1）適用性強 ： 鑄造工藝一般對零件的大尺寸、重量、材料型號（厚度）、和復(fù)雜性沒有太多要求，所以說它的 適用性強。很復(fù)雜的鑄件都可以鑄造出來。 （ 2）適用的范圍廣 ： 像鑄鐵、鑄鋼還有很多種類的材料都可以使用鑄造進(jìn)行生產(chǎn)。 （ 3）鑄件的尺寸精度高 ： 鑄件的尺寸一般要比鍛件、焊接件的更加精確，這樣產(chǎn)生的廢料就會很少，可以有效地節(jié)約金屬材料和機械加工的時間。 鑄造方法的分類 （ 1） 砂型鑄造 砂型鑄造是一種很普遍的鑄造方法。鑄鋼件、鑄鐵件等都可以通過這種方法生產(chǎn)。砂型鑄造能夠適應(yīng)大、中、小批量的生產(chǎn)特點，而且操作簡單。因此，砂型鑄造一直是鑄造生產(chǎn)中的主要鑄造方法。所以砂型鑄造可以作為本課題軸承座設(shè)計的備選鑄造方法 。 （ 2） 金屬型鑄造 金屬型不僅能采取重力鑄造，還能利用壓力鑄造。金屬型的鑄型模具能夠循環(huán)江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 使用，使用壽命長，生產(chǎn)效率很高。金屬型的鑄件優(yōu)點是不僅尺寸精度高。但是，金屬型鑄造也是有缺陷的：因為此鑄件材料的熔點很高，所以一般不被選用。對于小批量生產(chǎn)加工的話，金屬型的模具價格很高；而且金屬型鑄造的模具受材料尺寸等條件的限制，對于大的鑄件無法加工。幾乎不用金屬型鑄造生產(chǎn)大量同批產(chǎn)品。所以本課題研究的軸承座不會采用這種方式。 （ 3） 壓力鑄造 壓鑄是當(dāng)今效能最高的鑄造方法。它有熱室和冷室的兩種。長處： （ 1） 它的自動化水 準(zhǔn)較高，原料損耗少。 （ 2） 它的機器加工余量放的小一點， ，一方面可以減少生產(chǎn)成本，也可以避免破壞表面致密層。弊端： （ 1） 受到加工工具耐熱性的影響，現(xiàn)在唯獨可在熔點低一點的原料上生產(chǎn)。 （ 2） 鑄造熔融金屬在高速灌裝的狀態(tài)下，在一個很大壓力下成型，所以腔中的氣體容易涂抹在鑄件的內(nèi)部出現(xiàn)孔隙?；谝陨戏治鰤毫﹁T造不能用于生產(chǎn)本課題設(shè)計的軸承座鑄造方法。 （ 4） 熔模鑄造 我國將熔模鑄造應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，取得極大的發(fā)展。 熔模鑄造是一種幾乎沒有切削加工余量的鑄造方法，甚至有時一些鑄件只需要留有很少的打磨 、拋光余量，不需要再進(jìn)行機械加工，因而得到了非常廣泛的應(yīng)用。優(yōu)點在于它不僅能夠適用于各種材料的鑄造，而且生產(chǎn)出的鑄件尺寸精度比其它鑄造方法都要高，甚至可以生產(chǎn)很多結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的和耐熱性強的鑄件。 熔模鑄造鑄件粗糙度至少有 ～ ，比其他 13點方法的高。可是因為它的工藝進(jìn)程繁雜，很多情況破壞鑄件尺寸精度。比如收縮性、變形等原因。汽輪發(fā)電機軸承座的精度要求高，鑄造過程中不允許有變形，所以不采用熔模鑄造方法。 所以 選用砂型鑄造設(shè)計此軸承座。 鑄造工藝設(shè)計的原則 隨著科技進(jìn)步，我們對鑄件 的質(zhì)量也在提高： （ 1） 表面粗糙度要低，性能要好； （ 2） 還要擁有一些特殊的機能，像耐腐、耐熱性； （ 3） 鑄件要有合適的厚度，這樣可以防止?jié)膊坏?、冷隔等缺陷，但也不能設(shè)計的太厚； 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 （ 4） 設(shè)計時注意鑄件的結(jié)構(gòu)特點，不能造成較大的收縮阻礙，多用一些圓角來解決此問題； （ 5） 鑄件的內(nèi)壁要比外壁薄一些，目的就是都能均勻的冷卻； （ 6） 避免各種情況的變形； （ 7） 設(shè)計注意達(dá)到按順序凝固； （ 8） 要求生產(chǎn)工時少，成本也不能很高。 因此，鑄件在生產(chǎn)之前，鑄造工藝設(shè)計很有必要。此次設(shè)計便是憑借此軸承座圖紙的規(guī)格尺寸特征，以 及工藝流程規(guī)定，采取有優(yōu)勢的方案，進(jìn)而確定一些參數(shù)，制作 工藝等技術(shù)文件的過程。 確定澆注位置的一般原則 （ 1）鑄造時下面和側(cè)面一般放置零件工作面，避免各種缺陷； （ 2）澆注位置應(yīng)有利于所確定的凝固順序，對于凝固體收縮率較大的鑄造合金，應(yīng)盡量滿足順序凝固原則，鑄件厚實部分應(yīng)盡可能至于上方，利于設(shè)置冒口補縮； （ 3）澆注位置應(yīng)有利于砂芯的定位、固定和排氣； （ 4）平面要放在下部或傾斜位置，用來避免各種缺陷。有時為了方便造型，可采用 “橫做立澆 ”、 “平做立澆 ”的方法； （ 5）鑄件的薄壁部分應(yīng)置于鑄件的底部或 側(cè)面，以防澆不到、冷隔等缺陷； （ 6）大批量生產(chǎn)時盡量減少飛翅和毛刺； （ 7）要避免厚實鑄件冒口下面的受力面產(chǎn)生偏析； （ 8）盡量使冒口置于加工面上，以減少鑄件清理工作量。 分型面的選擇原則 鑄件分型面的選擇一般要遵循以下原則： （ 1）盡量將鑄件的全部或大部分放在同一箱內(nèi)，以減少錯型和不便于驗型而造成的尺寸偏差； （ 2）盡量將加工定位面和主要加工面放在同一箱內(nèi)，以減少加工定位的尺寸偏差； （ 3）盡量減少分型面數(shù)量，在機器造型中一般采用一個分型面； 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 （ 4）在機器造型中，應(yīng)盡量不使用活塊，必要時用砂芯取 代模樣拆活； （ 5）盡量減少砂芯數(shù)量； （ 6）盡量使分型面為平面，必要時也可不做成平面； （ 7）為了方便起模，分型面應(yīng)在鑄件的最大截面處，對于較高的鑄件，盡量使鑄件在一箱內(nèi)不過高； （ 8）在大量生產(chǎn)時，分型面的選擇應(yīng)有利于鑄件的清除； （ 9）選擇分型面應(yīng)考慮到造型方法的不同。 鑄造工藝設(shè)計的內(nèi)容和步驟 本課題研究的內(nèi)容 （ 1）繪制 100MW 汽輪發(fā)電機軸承座鑄件零件圖。 （ 2）設(shè)計確定鑄造工藝方案。 （ 3）了解軸承座的鑄件結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點； （ 4） CAD 和 SolidWorks 繪圖。 （ 5）澆注系統(tǒng)，分型面選擇工藝參數(shù)，分析設(shè)計過程； （ 6）改善產(chǎn)品缺陷，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計的目的； （ 7）根據(jù)鑄造工藝方案作出設(shè)計說明。 本課題設(shè)計的步驟 （ 1）確定合理的鑄造工藝 顧名思義，一個好的鑄造工藝方案不僅提高生產(chǎn)效率，而且很大程度上提高產(chǎn)品質(zhì)量。有許多鑄造型，選取合理的工藝是產(chǎn)品質(zhì)量的前提；主要依據(jù)有軸承座材料的選擇、結(jié)構(gòu)的設(shè)計與技術(shù)要求也很重要。以及生產(chǎn)批量的大小，在現(xiàn)有的條件下生產(chǎn)的鑄造工藝條件的選擇，最主要的設(shè)計就是這種澆注位置、分型面選擇等適不適合 100MW 汽輪發(fā)電機軸承座的生產(chǎn)，從 而確定鑄造工藝方案。 （ 2）鑄造工藝參數(shù)的設(shè)計計算 鑄造工藝參數(shù)有著很重要的功用，這個步驟主要包括 （ 1） 鑄件最小鑄出壁厚；（ 2） 鑄件最小鑄出孔與槽； （ 3） 鑄件尺寸公差； （ 4） 機械加工余量； （ 5） 鑄造收縮率； （ 6） 起模斜度； （ 7） 澆注系統(tǒng)的形式和位置； （ 8） 工藝補正量及反變形量；（ 9） 澆冒口的切割余量等。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 （ 3）砂芯的設(shè)計 砂芯設(shè)計滿足強度高，鑄件形成可以及時的排出氣體，鑄件的收縮性的要求是足夠小，易于清洗。任務(wù)主要是砂芯尺寸、定位個數(shù)、芯頭大小、砂芯排氣系統(tǒng)等。 （ 4）澆注系統(tǒng)設(shè)計 澆注系統(tǒng)是熔融金屬填充到 型腔模具的路徑。由澆口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道組成的它。雖然類型很多，不過設(shè)計它們的目的和依據(jù)都一樣：保證熔融金屬能夠均勻、連續(xù)的、穩(wěn)定的進(jìn)入型腔，并能夠有效地阻止熔渣和氣體進(jìn)入。要求說明澆道類型及其各種參數(shù)。 （ 5）出氣孔設(shè)計 排氣通常是放在澆注位置法蘭或簡單的空氣阻力對表面的最高點。它按照能否與空氣接觸，可以分成明和暗出。 （ 6）補縮系統(tǒng)設(shè)計 鑄件從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)時候，會發(fā)生收縮。導(dǎo)致容易在鑄件的內(nèi)部產(chǎn)生縮孔等缺陷。補縮系統(tǒng)就是可以在金屬液凝固前給其填補液體，這需要冒口合理。 （ 7）鑄造工藝裝備設(shè)計 鑄 造工裝就是在做合箱時要用到的所有工具的總稱。要求造價不高、容易獲得。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第二章 軸承座 工藝性 分析 汽輪發(fā)電機軸承座 圖 21 發(fā)電機軸承座立體圖 軸承座鑄造方法的選定 軸承座生產(chǎn)特點是大批量生產(chǎn)，材料選取 ZG230450，汽輪發(fā)電機軸承座主要生產(chǎn)要求比較高，不能受到鑄造中經(jīng)常出現(xiàn)的各類缺陷的影響，并且要能符合ZG230450的材料規(guī)定。 現(xiàn)代經(jīng)常利用而且很容易操作的方法就是砂型鑄造。它可以用于生產(chǎn)尺寸相對大一些的零件，而且生產(chǎn)必備的砂子等其他用料價格便宜。另外，生產(chǎn)操作的方式比其它幾種鑄造方法簡便點，能夠適應(yīng)批量生產(chǎn)的能力。 100MW 汽輪發(fā)電機軸承座的質(zhì)量約為 7噸，尺寸較為龐大，基于以上觀點，我選用砂型鑄造。 此軸承座尺寸為：是大型鑄鋼件，且是關(guān)鍵性零部件，要求高標(biāo)準(zhǔn)的尺寸精度，所以鑄造過程中必須排除一切變形因素，例如砂芯的變形、膨脹變形、碰傷等。呋喃樹脂砂強度很高，熱穩(wěn)定性好；無需烘干節(jié)約了能源成本；而且砂芯固化后就起模，減少振動和碰傷，恰恰可以排除上述的各種變形因素；另外呋喃樹脂砂生產(chǎn)的產(chǎn)品規(guī)格精確度要有所改善；呋喃樹脂砂的流動性很好，無需再去緊實，所以說它的造型效率較高； 故我選用砂型鑄造，呋喃樹脂砂。 軸承座鑄造材料 本課題所給的零件是 100MW 汽輪發(fā)電機軸承座部分。軸承是它與外殼的集合，江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 為了方便操作，優(yōu)點是便捷，是軸承座達(dá)到作用的重要部分。軸承座能夠保持平衡狀態(tài)依靠固定的軸承，軸承的外環(huán)不能動達(dá)到此目的。所以我們一般考慮的是軸承座的抗振動與抗沖擊能力、導(dǎo)熱系數(shù)、耐磨損能力、耐熱與防腐能力等。 基于軸承座以上的性能要求，我們通常選擇鑄造方法生產(chǎn)軸承座，材料一般從鑄鋼、鑄鐵、不銹鋼等材料中選擇。一般普通的軸承座選用的是鑄鐵材料，雖然鑄鐵的價格相對要低一些，但是它生產(chǎn)出 鑄件的各種性能和耐用性不是很高；不銹鋼軸承座一般用于酸堿度較強的海水里，不易失靈。而鑄鋼的力學(xué)、化學(xué)性能更好，因此使用壽命更長，耐用性能好，鑄鋼的優(yōu)點：設(shè)計具有靈活性，節(jié)約時間；擁有比較好的實用性和靈活性；可以適應(yīng)大批量大型生產(chǎn)。 綜上所述，以及查資料知道：鑄鋼件的綜合力學(xué)性能都勝過其他任何鑄造合金，其中 ZG230450對夾雜物的限制要求較為嚴(yán)格， 230指的是這種鑄鋼件的屈服強度為 230MPa， 450指的是這種材質(zhì)的抗拉強度為 450MPa?；瘜W(xué)成分： %～ %C；%～ %Si。%～ %Mn； ≤%P、 S； ≤%Cu。 表 21 ZG230450疲勞值 σ1/MPa σJav/MPa σ1rms/MPa Emax/MPa , , , 鑄鋼的鑄態(tài)組織如圖 22所示 圖 22 鑄鋼鑄態(tài)組織 碳鋼的鑄態(tài)組織： (1)細(xì)等軸晶區(qū)（ 2）柱狀晶區(qū)（ 3）粗晶區(qū) 液態(tài)鋼在凝固的時候，在其斷面上的奧氏體會沿著這個斷面 溫度方向長成不同江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 形狀的晶粒。這三個晶區(qū)的厚度將會隨著材料的不同及冷卻的條件不同而發(fā)生改變。鑄件的降溫速度隨著厚度的增大而減小，所以其柱狀、粗晶區(qū)就更發(fā)達(dá)。 ZG230450的塑性不錯，有高熔點，被切削性也不錯，可以直接在機器上生產(chǎn)不需要熱處理。 軸承座工藝分析 該零件外形規(guī)格是 13452700毫米。外觀上它是對稱排布。零件的底部有空腔，中間位置是肋。另外兩側(cè) 2個對稱的 190毫米凸臺，前側(cè)有一個高 25毫米凸臺，凸臺兩側(cè)對稱分布著 2個寬度是 100毫米筋。 工藝分析：（ 1）此軸承座各部分的尺寸相對較大 ，因此不存在低于最小壁厚的問題；（ 2）很多壁厚的地方都有不同大小的圓角避免掉應(yīng)力集中導(dǎo)致的裂紋；（ 3）軸承座底部比較厚，而且尺寸大，存在熱節(jié)，要考慮到補縮問題，避免變形。 加工面選擇 因為我們都知道鑄件做容易出現(xiàn)缺陷的地方就是朝上的面，四周和下表面就比較平整，所以我選擇的加工面就是朝上的面，這樣還一個好處就是避免凹陷。如圖23 圖 23 加工面 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 第三章 工藝方案的確定 澆注位置的選擇 首先，此軸承座規(guī)格很大，精確度必須提高。其次，要避免各種缺陷，得到高質(zhì)量鑄件，而且澆注的位置要能夠 達(dá)到順序凝固。因此，設(shè)計在底座比較厚的位置。底座在上的澆注方法。從底到上凝固，讓工作面處得以充分補縮。綜上考慮，澆注位置選取如圖 31所示。 圖 31 澆注位置選擇 分型面選擇 方案如圖 32所示。 圖 32 分型面選擇 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 方案分析： 采取此方案，鑄件在箱里就不會太高。底部較厚的位置，澆注時間比較長，為了有助補縮，采取頂注式澆注。另外，該軸承座尺寸較大： 2700mm 1345mm945mm，質(zhì)量也很大，將近 7噸，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，所以采用一箱一件。 砂箱尺寸確定 砂箱長度和寬度應(yīng)該是 50或 100mm的倍數(shù)，高度應(yīng)該是 20或 50mm的倍數(shù)。 圖 33 模樣平均輪廓吃