【文章內(nèi)容簡介】 用低溫模料，涂料為水玻璃硅石粉，多層型殼。對于本鑄件，由于其最小壁厚為 8mm,而其它大部分的壁厚都要大于 10mm，故選用鑄件壁厚大于 10~20mm 的線收縮率，選定蠟?zāi)Ｊ湛s為 1%，鑄鋼的收縮為 2%[3]。在設(shè)計中，型體內(nèi)腔所有尺寸都要進(jìn)行收縮補償，其補償量為： 其中：a ——補償量 L——內(nèi)腔尺寸；在設(shè)計過程中，為求計算簡便，??la量進(jìn)行簡化計算： ，其結(jié)果與上式結(jié)構(gòu)并沒有多大區(qū)別。3.?l 模料選擇制造熔模的材料稱為模料。為了得到優(yōu)質(zhì)的熔模，必須要選擇合適的模料。由于熔模鑄造的工序較多，因此對模料性能的要求也是多方面的。制模材料在以下幾個方面要滿足一定的要求：熔點、熱穩(wěn)定性、流動性、收縮率、強度、焊接性、涂掛性和灰分 [3]。石蠟—硬脂酸模料的性能隨著石蠟及硬脂酸配比不同而變化。提高石蠟含量，可使模料的強度增加，并能防止產(chǎn)生裂紋，但模料的熱穩(wěn)定性降低。如果提高硬脂酸含量，則模料的流動性、涂掛性及熱穩(wěn)定性均有所提高，但降低模料的強度。除模料配比外，石蠟熔點亦影響石蠟—硬脂酸模料的性能。在石蠟—硬脂酸模料中添加少量的蜂蠟、地蠟及松香等，能改善模料的某些性能。本設(shè)計采用 1：1 的石蠟—硬脂酸模料。3 模 具 壓 型 設(shè) 計 壓型選擇壓型是用來制造易熔模的重要工藝裝備。壓型型腔的尺寸精度和表面粗糙度直接影響易熔模的尺寸精度和表面粗糙度，壓型的結(jié)構(gòu)會對易熔模的生產(chǎn)效率和壓型制造成本產(chǎn)生影響。壓型的設(shè)計和制造是熔模鑄造向少切削和無切削發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，必需給予充分的重視。壓型要滿足以下要求： [2] 保證制出的熔模能達(dá)到要求的尺寸精度和表面粗糙度；裝拆方便、輕巧、耐用，便于起模；壓型各個零件均應(yīng)加工方便、經(jīng)濟、合理；小件一型多腔以提高熔模生圖 2 鑄件的工藝圖（細(xì)剖面都是待加工余量）表 1 石蠟—硬脂酸模料（1：1）的性能檢 測 項 目 單 位 性 能 指 標(biāo)熔 點 ℃ 50—51熱穩(wěn)定性 ℃ 31收縮率（自由澆注） % 抗拉強度 公斤 /厘米2流 動 性 毫 米 表面硬度 毫 米 涂 掛 性 毫 米 焊 接 性 公斤 /厘米2灰 分 % 15 / 50產(chǎn)率。常用壓型可分為四大類：機械加工壓型、鑄造壓型、塑料壓型及塑料鍍銅壓型和石膏壓型 [5] 。本閥體的生產(chǎn)批量很大，但在尺寸精度要求上不高，相比較采用機械加工壓型相對的要好一些，所有的型芯和型體都采用鋁合金制造。 分模面確定分型面是指壓型型體之間的界面，選擇不同的分型面會導(dǎo)致壓型結(jié)構(gòu)不同，并直接影響到壓型加工的方便程度、使用性以及易熔模的生產(chǎn)率，因此分型面選擇是壓型設(shè)計的關(guān)鍵問題之一。通過對閥體鑄件的分析，我們可以輕易確定分型面，而圖 2 就是以分型面剖掉的截面圖形。設(shè)置這個分型面，觀察圖 1，我們可以發(fā)現(xiàn)上下型體的內(nèi)腔是對稱的，在型體和型芯設(shè)計加工中就會大大地提高效率。 型體設(shè)計 型體外形與壁厚在保證強度和剛度的前提下，為了減輕重量，便于操作，壓型壁厚盡量可能小，一般為 8~12mm[3]。更薄的可達(dá) 5 毫米。厚大的鑄件，壓型厚度也可達(dá)15~20mm。大鑄件壓型用鋁合金鑄造成箱體結(jié)構(gòu)。小鑄件壓型用機械加工切削，也要盡量做到外形仿形于內(nèi)腔，切掉多余金屬以減輕重量。在本設(shè)計中，型體壁厚選擇 10mm，且上下型體的尺寸都比較的大，型體采用鑄造出來后再對內(nèi)腔進(jìn)行機加工。型體的壁厚盡量保持一致，保證易熔模在冷卻過程中保持一致的冷卻速度，降低因型體壁厚的影響而使熔模各部導(dǎo)熱的不同出現(xiàn)不同的收縮率，從而使熔模的精度更精確。由圖 3 和圖 4 可見型體的壁厚和外形。 型體定位上下型體之間的定位面一般需要設(shè)置兩個以上定位銷才能限制其自由度，但過多的定位銷會引起過定位。定位銷之間的間距越大，定位精度越高。在本設(shè)計中，采用 M10 的定位銷，其一在中心線上，另一個在其的右下方，距離兩側(cè)邊緣分別為 25mm和 20mm。具體的請見設(shè)計圖 FTMJ14—07。兩型體與圓柱銷的配合原則是，上 型體與圓柱銷采用間隙配合，下型體與圓柱銷采用過盈配合。本設(shè)計中上型體 與圓柱銷采用 H8/f7 的配合 [6]，下型體與圓柱銷采用 H8/s7 的配合 [6]。 型 體鎖緊型 體鎖緊機構(gòu)是為了在壓蠟前，將壓型所有組成塊牢固的鎖緊成一體，保證壓蠟 時不漲開，不錯位，不跑蠟。型體鎖緊有固定式和活動式兩種，其中中最常見 的活節(jié)螺栓鎖緊。本 設(shè)計中采用碟形螺母活節(jié)螺栓鎖緊，選擇 M8 的活節(jié)螺栓和碟形螺母 [2]，活節(jié)螺 栓的長度為 132mm，螺紋長度為 22mm。圖 5 為設(shè)計圖中的活節(jié)螺栓鎖緊圖， 在整個模具中共有四副此鎖緊機構(gòu)。采用直徑為 Φ6mm 的圓柱銷，將活節(jié)螺 栓固定在型體上，其中圓柱銷與凸耳的配合采用過盈配合 H7/s6[6]。圖 3 上型體立體圖圖 5 活節(jié)螺栓 鎖緊機構(gòu)圖 4 下型體剖面圖16 / 50 型體工藝?yán)咴O(shè)計由于型體比較大，由鑄造出來后再進(jìn)行內(nèi)腔加工，因而有必要對型體進(jìn)行簡單的鑄造工藝設(shè)計。首先一點要保證型體壁厚，這是考慮到提高熔模尺寸精度；其次，由于型腔比較的深，有必要進(jìn)行工藝?yán)咴O(shè)置，否則在型體的生產(chǎn)過程中，容易產(chǎn)生裂紋、變形等缺陷。 在本設(shè)計中，我們在小型體的兩個法蘭盤處采用了加強肋，并在型腔外側(cè)采用了十字防變形肋。加強肋： [2] 防變形肋： [2]式中的 為肋設(shè)置處的鑄件2/)(~6(1???? m)8~2(??21,?厚度。在設(shè)計中， 均為 10mm，所以取加強肋的厚度為 6mm，而防變形肋的厚度也取為 6mm。2, 型芯類別構(gòu)成熔模內(nèi)部形狀的構(gòu)件叫做型芯，熔模在冷卻過程中收縮時，會把型芯緊緊的抱住，因此開型前要首先將型芯拔出。為了拔芯方便，型芯上均作出手柄部分。型芯可分為金屬型芯、尿素型芯、陶瓷型芯和石英玻璃型芯 [2]。本設(shè)計采用金屬型芯。 型芯分塊方案型芯的分塊在以下三種情況下采用：為了改善加工工藝性而分塊，此種分塊應(yīng)用很多；由于型芯抽取困難而分塊，如本設(shè)計中的閥體就是采用七塊分塊；有深腔的型芯，在抽取時，端部往往形成負(fù)壓，熔模在該處形成凹陷或破裂，因而必須將型芯分塊。本閥體是三通結(jié)構(gòu)，不可能從單邊就可直接將型芯取出，整個閥體抽芯比較困難，這屬于第二種型芯分塊情況。型芯的具體分塊方案如圖 6。首先，可以將孔直徑為 Φ40mm 的那一端的型芯直接分成一塊，剩余型芯再分成分割成如圖 7 的軸和圓環(huán)，再將圓環(huán)切割成五份，型芯都將從直徑為 的孔那端拔出。這種設(shè)計方案在取模的時候，圓環(huán)的五塊型芯在兩邊都可同時施力，使其更易與熔模的脫離。 型芯定位和結(jié)構(gòu)確定型芯在壓型中必須有確定的位置，并且在壓蠟過程中不得松動移位。首先是 7型芯，其在軸方向上由銷釘來定位的，通過銷釘將型芯和上下型體的位置固定住，多出來的 32mm 是抽芯的把柄，其銷釘與型芯及上型體的配合都為間隙配合，配合關(guān)系 H8/f8 ，與下型體的配合為過盈配合，配合關(guān)系 H8/k8。同時，為防止在壓蠟的過程中 7型芯受力軸向偏轉(zhuǎn)，故需加工出一段直徑為 Φ20mm 的軸與 2裝配，如圖 6 所示。2至 6型芯都固定在1型芯上。如圖 8 所示，在左側(cè)，2至 6型芯被圓螺母所擰緊，在右側(cè)，其是鑲嵌在 1型芯的圓環(huán)槽里圖 8 1至 6型芯組合裝配圖圖 6 型芯分塊組合的圖圖 7 1型芯17 / 50面。1至 6型芯組成一個整體，其由右側(cè)的銷釘孔定位在型體上，銷釘?shù)难b配關(guān)系跟 7型芯跟型體的裝配關(guān)系一樣。右側(cè)設(shè)計 50mm 的短軸，當(dāng)作把手使用。另外，設(shè)計 2至 6型芯時，多出一段距離，以便抽取型芯。1至 6型芯都將從型體大孔端抽出。1型芯與 2—6型芯在圓柱面上的配合面選在最大的軸徑上，1型芯其它段的軸徑依次縮小 2mm 的直徑，防止發(fā)生裝配過定位；在端面上裝配定位選在 1型芯的圓環(huán)端面上，1型芯其它的端面依次縮小 1mm。同時在 1型芯上圓環(huán)上留一段 3mm 寬，3mm 高，長為 5mm 的凸塊，相應(yīng)的在 5型芯上加工出相應(yīng)的槽，使其裝配在一起，阻止了各型芯的圓周轉(zhuǎn)動。其中5型芯的兩側(cè)邊有 8 度的斜度，以方便其在取模時徑向的移動。 抽芯次序?qū)τ谑止げ僮鞯膲盒?，為了使其結(jié)構(gòu)簡單，操作輕便，好維修，往往不設(shè)置取模機構(gòu)。本設(shè)計的取模次序為：先是擰開圓螺母，再拔掉型芯與型體之間的固定銷，其次取出 1與 7型芯，再去掉兩個型體之間的定位銷，然后將 5型芯往徑向移動，抽出 5型芯，之后依次取出 6型芯。6型芯如圖 如圖 10 所示。 注蠟孔設(shè)計熔模鑄造中，注蠟孔的位置對蠟?zāi)Ｙ|(zhì)量有極大影響。在本設(shè)計中，由于兩個法蘭盤在整個閥體的對角上，且其在型體中的深度都是相同的，不管將注蠟孔放置在任一個法蘭盤的外側(cè)面上，則另一個法蘭盤的填充性能都較差，在蠟?zāi)Ｉ先菀壮霈F(xiàn)缺陷，而將孔放置在 110 110 方體的外側(cè)面的中間部分，能兼顧到兩側(cè)?的法蘭盤。圖 11 是注蠟孔的示意圖。4 結(jié)論與展望通過本次畢業(yè)設(shè)計，讓我感觸最深的是要做好設(shè)計需有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、堅韌的毅力。在本次設(shè)計中，經(jīng)常發(fā)生因一個因素沒有考慮到而重新設(shè)計的情況，浪費了很多時間，這就需要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，全面地認(rèn)真考慮每一個因素的影響；同時，對于達(dá)不到要求的設(shè)計，要反復(fù)修改，直到滿足設(shè)計要求，這就要求有堅韌的毅力。對于模具設(shè)計和模具制作，我之前是一無所知，經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，我學(xué)到了很多東西。至少讓我了解了我國熔模鑄造目前的發(fā)展?fàn)顩r，讓我明白了熔模設(shè)計的基本過程和要注意的工藝問題。在整個設(shè)計過程中，我將機械制造設(shè)計、Pro/E 三維制圖以及 CAD 二維制圖等知識有效統(tǒng)一起來，從中學(xué)到了許多新的知識和能力。但是在這過程中也發(fā)現(xiàn)了很多不足，特別是對于基礎(chǔ)知識的掌握力不夠，使得在做設(shè)計的過程中走了不少彎路。不過，通過此次畢業(yè)設(shè)計，使我對模具設(shè)計知識及其相關(guān)的知識有了更深入了解和掌握，分析問題、解決問題和獨立工作的能力有了較大的提高。對于大學(xué)里學(xué)過的知識也有了一個比較全面和系統(tǒng)的回顧，在感受學(xué)業(yè)不精的同時也讓我收益非淺。 參 考 文 獻(xiàn)[1] 張沛頎,裴建昌,黃圣杰編著 Pro/ENGINEER 200 高級攻略 北京：人民郵電出版社 2022[2] 中國鑄造協(xié)會編 熔模鑄造手冊 北京：機械工業(yè)出版社 [3] 上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)和內(nèi)蒙古工學(xué)院主編 熔模精密制造 國防工業(yè)出版社 [4] 佟天夫，陳冰，姜不居編著 熔模鑄造工藝 北京：機械工業(yè)出版社 圖 10 6型芯 圖 9 3型芯圖 11 注蠟孔18 / 50[5] 中國機械工程學(xué)會鑄造專業(yè)學(xué)會編 鑄造手冊北京：機械工業(yè)出版社 [6] 甘永立主編 幾何量公差與檢測 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 [7] 陳志剛主編 塑料模具設(shè)計 北京：機械工業(yè)出版社 [8] 譚建榮 張樹有 陸國棟 施岳定編 圖學(xué)基礎(chǔ)教程 北京：高等教育出版社 [9] 李發(fā)致編著 模具先進(jìn)制造技術(shù) 北京：機械工業(yè)出版社 2022[10] 王樹勛,蘇樹珊主編 模具實用技術(shù)設(shè)計綜合手冊 廣州：華南理工大學(xué)出版社 2022[11] ICI. Investment Casting Handbook. USA：ICI， 199719 / 50微機控制超低速運動下降桿設(shè)計作者：孫國浩 指導(dǎo)教師：鄭堤（寧波大學(xué) 工學(xué)院，浙江 寧波 315211）摘要：本設(shè)計主要介紹了超低速運動下降桿的設(shè)計，用于單晶生長。 設(shè)計包括機械設(shè)計和控制設(shè)計兩大塊。在機械設(shè)計中，本文主要說明了機械結(jié)構(gòu)的方案選擇和設(shè)計計算。在控制部分中，文章重點闡述了單片機的外圍電路開發(fā)、電機的控制電路設(shè)計和電源設(shè)計三大部分。關(guān)鍵詞：低速；機械結(jié)構(gòu)；單片機；電路1 引 言為滿足晶體生長而設(shè)計出超低速下降機構(gòu)。本設(shè)計適用于下降法生長晶體。設(shè)計主要滿足下降過程中的精度和速度變化的要求。目前，下降法晶體生長的機構(gòu)大多是要人工操作來實現(xiàn)速度的改變，并且速度的變化范圍很小。本次設(shè)計采用單片機控制步進(jìn)電機來實現(xiàn)下降速度的變化，設(shè)計的速度變化范圍廣、精度高。使晶體生產(chǎn)過程實現(xiàn)自動控制，操作簡單，大大提高了生產(chǎn)效率。并且本設(shè)計采用的零部件加工和采購成本底，能夠降低小型企業(yè)生產(chǎn)成本投入。2 結(jié)構(gòu)設(shè)計（總裝圖參見附錄二） 結(jié)構(gòu)方案的比較與選擇設(shè)計要求的速度變化范圍為 ～100mm/24h，變化范圍比較大，因此下降采用步進(jìn)電機驅(qū)動。步進(jìn)電機相對于普通電動機能夠滿足大范圍速度變化的要求，同時轉(zhuǎn)速控制簡單，精度高。由于速度變化范圍比較大同時速度非常低，因此設(shè)計要求的傳動比非常大（通過計算，傳動比在 30000 左右） ，對于一般的減速機構(gòu)達(dá)到這樣大的減速比比較困難。采用諧波減速器可以實現(xiàn)單級減速比在 2022 左右，這樣可以使結(jié)構(gòu)緊湊，傳動機構(gòu)的體積大大減小。上升部分由于沒有精度和速度要求，可以選用單相交流電動機，以節(jié)約設(shè)計成本。設(shè)計方案如下：方案比較：由于運動速度要求比較低，并且范圍比較大，所以設(shè)計需要很大的減速比，在一級減速中選用諧波減速器并采用步進(jìn)電機驅(qū)動。名稱（編號） 參考圖 傳動比 特點絲杠—蝸桿式（方案一） 圖 a蝸桿：10～40 最大可達(dá)到 80；諧波減速器可達(dá)到 2022。蝸輪與蝸桿嚙合，潤滑方便，一般用于速度小于 4～5m/s 的情況下；滑動絲杠自鎖性能好。V 帶傳動工作平穩(wěn)，允許線速度不超過25m/s20 / 50齒條—齒輪式（方案二） 圖 b圓柱齒輪：一般小于5 最大為 8；諧波減速器可達(dá)到 2022。齒輪可以做成