锤头铸造工艺

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21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、性能要求较高的铸件，它的优势是别的铸造方法所无法替代的。3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3×400V50HZ12KW1300℃520×600×650mm3.2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4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5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）6在实验过程中，我们采用融化的金属铝来浇注。首先对于铝，有很多优秀的性能：(1)铝的密度很小，仅为2.7g/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①造型简单，因为铸件为对称②图形分型面为大平面7③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8图7合箱三维图如图8所示图83.浇注系统的设计9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，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，底面为等腰梯形，体积为V3。计算V1=3.14×（352-152）=62800mm3。V2=65×30×2010=39000mm3。V3=（50+54）×40×40÷2=83200mm3V=V1+V2+V3=62800+39000+83200=1.85×105mm3。M铸件=ρ铝×V=1.85×105×2.7X10-6≈0.500kg。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：11处模数）（ba2abM=9.05cm②处模数）（ba2abM+==6cm③处模数）（ba2abM+==12.24cm可以看出模数②＞①＞③遵守顺序凝固的原则，又因为在①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）最小剩余压头高度的计算如图10所示：经查表得a=8°L=360mm由公式hm≥Ltana=360×tan8°=51mm取hm=100mm又因为Ho=hm+1/2hc=100+1/2×110=155mm则平均压力头Hp=Ho-0.125hc=155-0.125×110=142mm12图10（4）平均压头的确定0H——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ntAm式中t—浇注时间A、n—系数13m—浇注金属质量其中A=2，m=G=13.55kg，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：10.32pGSuth式中S1—内浇道横截面积（cm2）；G—流经内浇道的金属液质量（kg）；u—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，u取0.3。t—浇注时间；pH—平均静压力头高度，对于顶注式浇注，H0=Hp带入数据得，S1=17.8cm2(7)浇口比及各组元截面积据查表[3]，可得浇口比：3S：2S：1S=1:1.5:2其中：1S—内浇道面积；2S—横浇道面积；3S—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：6.31429812003.0842.089.7162gHtGApL=××××××==ρμ则根据浇口比得：横浇道的面积A横=5.4cm214内浇道的面积A内=7.2cm2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，15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16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17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18熔炼设备：箱式电阻炉①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。②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。③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19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。将浇注完成的铸件，待冷却片刻之后，立刻将其从砂中取出，在空气中冷却，相当于正火作用，以获得较细的珠光体组织。4.8取样20将铸件浇冒口的一部分进行切割后，获得小样，进行打磨。如图16、17、18、19所示图16图17图18图194.9金相组织分析选取铸件浇口部分的切割样品，用来制作为金相观察实验的样品。先用收锯将试样切割下来，再用砂轮打磨样品，最后用砂纸打磨，砂纸的使用顺序为从粗到细。并且打磨一会儿要旋转90°以保证打磨质量，最后在抛光机上抛光，也要抛光几分钟之后旋转90°以保21证抛光质量。最后试样表面光洁，可倒影出人影即可。最后将试样进行清洗，使用电吹风烘干。最后将清洗后的样品用硝酸进行腐蚀，再放到金相显微镜下进行观察，得到图20、图21和图22。图