中桥圆柱齿轮壳消失模铸造的工艺研究

毕业设计（论文）开题报告课题名称中桥圆柱齿轮壳消失模铸造的工艺研究系部材料工程系专业材料成型及控制工程班级T733-1姓名任立志学号20070330103指导教师签名（校内）饶群章指导教师签名（校外）袁卫东教学主任签名2010年3月14日21课题背景及意义本课题为载重车底盘中桥齿轮壳零件（图1），来源于十堰飞远汽车零部件有限公司，零件采用消失模铸造成型，零件的生产批量为批量生产，材料牌号为QT500-7。中桥齿轮壳零件工作环境复杂，要求有较高的强度、较好的抗冲击、抗震能力，必须有可靠的机械性能和较长的使用寿命，否则会发生严重事故。采用球墨铸铁消失模铸造成型方法生产该零件，在保证其质量要求的情况下，对于促进汽车轻量化、节约资源、保护环境等方面均具有良好贡献。十堰飞远零部件有限公司主要生产汽车底盘零部件，拥有两条消失模生产线，是东风十堰五一车桥厂的主要采货供应商。该公司2007年以前，主要生产灰铁件和铸钢件，2007年以来，专门生产球墨铸铁件，加之以消失模铸造这一先进铸造方法为生产规范，使其成为该地区凤毛麟角的球墨铸铁消失模铸造企业。然而，对于球墨铸铁消失模铸造，在国内还没有大范围而又成功的应用实例，缺乏成功的生产经营指导，该企业还在探索中前行。图1零件图3经企业介绍与本人生产现场实际调查，发现球墨铸铁消失模铸造工艺，存在以下几点突出问题：1，球墨铸铁熔炼工艺难于控制，温度及化学成分难以达到预期标准，这主要受限于炉料成分及相关检测分析设备。2，变形，这是最突出的问题，包括模样的变形及铸件的变形。笔者对该企业的产品460减壳的四爪（圆形对称）进行过跟踪测量，其零件的对角线设计尺寸是423mm，烘干后白模的尺寸在424—428mm之间（样本容量20），涂挂一层涂料的尺寸在425—430mm之间（样本容量10），涂挂两层涂料即准备装箱造型前的尺寸在427—431mm之间（样本容量10）。对于同一个模样，其白模、挂涂料后的对角线尺寸之差多数在0—3mm之间，少部分尺寸偏差严重过大，直接报废。跟踪测量翻箱后铸件的尺寸，在423—430mm之间（测量了60件铸件），对于每一个铸件，其对角线的尺寸偏差在0—7mm之间，其中0—2mm（含2mm）占50%，3mm（含）以上占50%；0—3mm(含3mm)占64%。（测量工具为50分度游标卡尺，因生产现场限制，测量时取整。）以上实测数据说明，变形确实是消失模铸造生产中一个不容忽视的问题。3，浇注。消失模铸造浇注不同于其他铸造方法，适合快浇，因为模样气化需要吸热；然而浇注过快，会产生反喷，因为模样气化产生的气化膜压力过大。笔者在生产现场就看多过多次反喷现象，一方面非常危险，另一方面，反喷时人员躲避往往带来浇注断流，而消失模铸造浇注最需要注意的就是避免断流。因此，本课题的意义还在于，针对企业实际，对球墨铸铁的中频炉熔炼工艺作生产现场考察，将理论与实践结合，整理成文；对球墨铸铁消失模铸造工艺设计与实施，作生产跟踪，理出章节，争取解决生产现场问题。2本课题及相关领域的国内外现状及发展1956年美国人H.F.SHOYER开始了将聚苯乙烯泡沫塑料用于铸造的试验；1958年以专利的形式公布于众，当时称之为“无型腔铸造”。2001年美国通用汽车公司所属的SMCO消失模生产线正式投产，标志着美国消失模铸造技术走向成熟。欧洲消失模发展比美国晚，但进展也非常迅速。1991年意大利菲亚特公司在都灵建成当时欧洲最大的消失模铸造车间，总面积4400m2,年产铸件5000—15000t，生产线自动化程度很高，60—120型每小时，全车间共22人。1995年5月德国宝马（BMW公司建成年产20万只铝合金六缸缸盖消失模生产线并正式投入生产，成品率在90%以上，每天生产1500只缸盖，全部经过X射线检测，并进行粗加工，全车间只有10余名生产工人。在我国，1965年上海机械制造工艺研究所开始研究消失模铸造技术。1979年，黄述哲教授领导的课题组，最早开始了消失模铸造的原理性试验。1982年，在大量实验室试验的基础上，黄述哲教授主持在光机所工厂建成了一条消失模铸造实验生产线，而后又主持完成了数十个技术先进、功能完备、配置合理、生产高效的消失模铸造流水生产线工程。80年代后期郑州机械所也开始了消失模铸造的试验性应用研究。90年代开始以来，清华大学、哈尔滨工业大学、华中理工大学、西安交大等也纷纷加入了消失模铸造的研究。我国消失模铸造技术的发展水平与美国相比还相差10-15年，在模具设计、制造、发泡成型工艺、涂料、白区和黑区的关键设备以及解决各种合金特有的缺陷等方面，需要认真对付并逐一加以解决。43课题主要任务和研究路线3.1课题主要任务本课题要求结合工厂实际情况和产品图纸，利用所学铸造工艺设计知识，通过分析零件的结构工艺性，制定铸造工艺图、铸件图、确定浇注方案、画出装箱三维图等.具体要求如下：1.掌握复杂球铁零件的消失模铸造技术及相关问题;2.绘制二维工艺图（含浇注系统）；3.绘制二维铸件图,三维铸件图;4.确定浇注方案:包括成分、配料、熔化设备、浇铸温度、球化处理温度、球化剂、孕育处理(孕育剂)、浇铸时间开箱时间.5.绘制铸件三维浇铸装配图；6.如可能,使用Procast分析软件对产品进行工艺分析；7.掌握球铁的性能和应用特点，生产过程，材质成分及炉料配料计算；8.掌握消失模铸造的特点、工艺过程、存在问题和应用前景9.浇出成品（含配料、熔化，球铁处理、落砂清理）10.检验成品的外观、成分、金相组织、力学性能11.分析、查明产生废品的原因并提出解决办法球铁件消失模铸造工艺设计是一门理论与实践并重的综合性工业技术，在设计时首先要根据生产纲领，了解工厂生产条件；熟悉产品结构，掌握球铁凝固理论，熟悉铸造工艺设计流程和内容，熟悉铸造缺陷种类及防止措施，了解变形特点，把握制模及造型技术，通晓工艺要求；还必须进行工厂生产实践和工艺试验，最后对结果进行系统分析，找出产生缺陷的原因，若试验成功，则更要分析、记录，以积累经验，寻求规律。只有做到这些，才能对消失模铸造工艺进行全方位的设计，提高铸造工艺设计的成功率。3.2研究路线3.2．1产品及工艺可行性分析该产品属于载重车底盘零部件，工作环境复杂，要求有较高的强度、较好的抗冲击、抗震能力，必须保证可靠的机械性能和较长的使用寿命，否则会发生严重事故。采用球墨铸铁QT500-7材质，可以达到以上要求。零件结构复杂，壁厚不均匀，最薄8mm，最厚30mm，外形尺寸约为490×410×160mm。该零件若采用湿型铸造，则需要多个砂芯和活块，造型工艺复杂，产品精度不高。采用消失模铸造，无需砂芯，造型工艺简单，产品精度高，工艺出品率高。由此得出结论：该产品适合于消失模铸造工艺生产。（图2为消失模铸造工艺流程。）5图2消失模铸造工艺流程3.2．2工艺设计思路第一步:生产现场实习，了解工厂生产能力和环境，包括设备种类与精度，人员配备与操作技术规范；熟悉工厂生产的该产品的缺陷种类，分析其产生的原因，力求在工艺设计中改进。第二步：掌握球墨铸铁的性能特点，凝固理论，应用范围及球铁设计特点。球墨铸铁是铁液经球化处理和孕育处理，使石墨呈球状，均匀分布于基体组织中，具有较高的强度和韧性的铸铁，某些情况下可用来代替铸钢。球墨铸铁具有典型的糊状凝固特性，其凝固后期石墨化膨胀，对铸件补缩，消除缩松缩孔十分有利。工艺设计中，应尽量考虑并应用这些特性。第三步：根据提供的二维零件图绘制三维零件图，以便更直观的对不同的设计方案进行分析对比，选出最优方案。第四步：白区工艺控制。该过程包括：（1）选用合适的模样材料，模样材料应满足一下铸造工艺要求：模样材料的密度要小，刚性要好，要具有一定的抗压强度。能承受机加工，同时又要容易机加工。在加工过程中不脱珠粒，容易得到光洁的外表面。气化温度要低，在高温金属液的热冲击作用下，能迅速分解气化。与液体金属液相互作用而被破坏时，生成的残渣物要少，气体的生成量要小，且对人体无毒。孔径均匀、结构致密、加工性能好。6品种规格多，以适应不同铸造和制模的需要。价格便宜、货源广。（2）选择合适的制模方法，即机械加工成形还是模具发泡成形。对于发泡成形，要预先设计并制作模具，设计预发泡和发泡工艺以及预防模样变形措施。（3）模样组合粘接。选择适合的粘结剂，将模样的各部分粘接在一起，将浇注系统粘接到模样上。（4）涂料。包括涂料的配置：水基涂料或醇基涂料，耐火材料、粘结剂、悬浮剂、载液、附加物等的配比；涂料的涂挂方法，浸涂、喷涂、刷涂的选择与运用；模样烘干技术控制，时间、温度。第五步：黑区工艺设计。分析铸件结构特点，确定内浇口开设部位，确定浇注位置，计算浇注系统尺寸，制作浇注系统。分析铸件上是否有型砂无法填充的死角部位，如果有，应采取如预填自硬砂等工艺措施。将涂料烘干的模样，放在覆盖有50—100mm厚度底砂的砂箱中，粘接浇注系统，检查模样系统有无露白部位，如果有，应立即补涂涂料。完毕后，填砂震动造型，造型过程中，震动次数及每次震动时间都对造型质量以至最终结果产生影响。确定合适的浇注温度、浇注方法、负压大小及维持时间。球墨铸铁具有糊状凝固特性，为获得较好的充型能力，需要较高的浇注温度，消失模铸造由于模样的气化需要向铸型吸收热量，所以需要比湿型铸造更高的浇注温度；负压有利于模样气化产生的气体迅速而即使的排除铸型，同时紧实干砂，使干砂铸型具有一定的强度。另外，球墨铸铁的熔炼工艺，包括配料、球化、孕育等方面的设计，对于消失模铸造也十分重要。以上各部，均需以理论为依据，以现场工艺试验为原则，以浇注合格产品为本质，以提高工艺出品率为参考，合理确定各工艺参数及生产规范。4课题工作计划序号设计（论文）各阶段任务日期1制定工作计划10.12.28-10.12.302收集资料，完成开题报告、英文翻译10.12.30-2011.3.143绘制二维及三维图2011.3.14-3.204确定工艺方案，进行工艺设计，完成成品浇注2011.3.20-5.1075毕业设计（论文）中期检查。2011.4.16-4.206成品质量检验并完成论文准备答辩2011.5.10-5.317毕业答辩2011.6.08-6.10四、应阅读的主要参考文献[1]中国机械工程学会铸造分会编.铸造手册.铸造工艺卷［M］.北京：机械工业出版社，2003[2]黄乃瑜.消失模铸造原理及质量控制［M］.华中科技大学出版社.2004年.[3]董秀埼.消失模铸造实用技术［M］.北京:机械工业出版社.2005年.[4]DuctileIronSocietion.DuctileIronDataforDesignEngineers.((part1)).Download.2009.[5]饶群章.铬铸态球铁的研究（上篇）[J].铸造技术，2007，（6）[6]饶群章.铬在球铁中作用的探讨—铬铸态球铁的应用(2)[J].现代铸铁，2009，（6）：P75-786指导教师评语：从调查入手,找出问题,中心任务明确8签名：饶群章2011年3月18日