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1、攀枝花学院本科课程设计（论文）铸钢齿轮熔模铸造工艺设计学生姓名唐洪学生学号：201011102062 院（系）：材料工程学院年级专业：10级材料成型及控制工程指导教师：范兴平博士助理指导教师：范兴平讲师二一三年十一月名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 17 页 -攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目铸钢齿轮熔模铸造工艺设计1、课程设计的目的使学生了解、设计铸件熔模铸造工艺，融会贯通相关专业课程理论知识，培养学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）内容：（1）识读图纸；铸件结构铸造工艺性分析。（2）选择
2、基准面。（3）制模工部设计（制芯，压型，浇冒口等）（4）制壳工部设计（5）熔炼工部设计（6）浇注工部设计（7）落砂清理及质检工部设计（8）铸件表面处理方案设计（9）结论及参考文献要求：（1）分析生产加工及热处理过程中可能出现的缺陷，针对这些缺陷提出预防措施或补救措施。（2）提交设计说明书（或设计报告），35 千字，提交设计说明书。3、主要参考文献4、课程设计工作进度计划第 12 周：对给定题目进行认真分析，查阅相关文献资料，做好原始记录。第 13 周：撰写课程设计说明书，并进行修改、完善。指导教师（签字）日期年月日教研室意见：年月日学生（签字）：接受任务时间：年月日名师资料总结-精品资料欢迎下
3、载-名师精心整理-第 2 页，共 17 页 -课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01 学习态度6 遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。02 科学实践、调研7 通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03 课题工作量7 按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04 综合运用知识的能力10 能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05 应用文献的能力5 能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种
4、信息及获取新知识的能力。06 设计（实验）能力，方案的设计能力5 能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07 计算及计算机应用能力5 具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08 对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10 具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09 插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5 符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10 设计说明书（论文）质量30 综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严
5、谨合理；实验正确，分析处理科学。11 创新10 对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名：年月日名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 17 页 -摘要熔模铸造在我国具有悠久的历史。它是一种少切削或无切削的铸造工艺，铸造行业中的一项优异的工艺技术，是一种无分型面的特种铸造方法。熔模铸造是用一种易形成模样的材质如石蜡等做成零件的模型，然后在表面涂一层耐火材料和型砂形成一个模壳，经过脱蜡后对壳进行焙烧使壳具有一定的强度，然后进行浇注，经冷却落砂后生产出产品。本课程设计主要是对齿轮的熔模铸造进行了设计，对齿轮的材料进行了分析，和在铸造中遇到的一系列问题
6、，并一一进行处理。在模料的选择中进行了分析并列举了制模的操作步骤等。关键字：熔模铸造，齿轮，工艺设计名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 17 页 -目录摘 要1.零件分析11.1 齿轮的形状分析11.2 齿轮材质分析12.选择基准面3.制模工部设计3.1 模料选择 3.2 制模设备与工艺 3.2.1制模设备3.2.2蜡膏制备3.2.3制模工艺3.2.4压型制造3.3 蜡模修整 4.制壳工部设计4.1 耐火材料选择 4.2涂料的配置及操作程序 4.3 制壳 4.4 脱蜡和型壳焙烧5.熔炼工部设计 5.1 熔炼操作步骤6.浇注工部设计7.落纱清理及质检工部设计8.铸件表面
7、处理方案的选择9.结束语 10.参考文献 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 17 页 -1 零件分析1.1 齿轮形状分析齿轮的外圆直径为 258.26mm,宽为 60mm，轮毂上有均匀分布的六个直径为40mm 的孔，齿轮中心孔的直径为50mm。轮齿的表面粗糙度为3.2。其于的表面粗糙度为 6.3。由于齿轮的体积适中，则用熔模铸造的方法可以达到要求。1.2 齿轮材质分析齿轮是机械传动中应用最广泛的零件之一,它的功用是按规定的速比传递动力和运动。在工作中,它的受力情况比较复杂,齿轮的齿根部受交变弯曲应力,齿面承受大的接触应力并产生强烈的摩擦,在换挡、启动和啮合不良时,齿
8、轮还承受一定的冲击载荷。铸造齿轮的精度较低,常用于农业机械。近十几年来,随着铸造技术的发展,铸造精度有了很大的提高,某些铸造齿轮已经可以直接用于具有一定传动精度要求的机械中。为了提高铸钢齿轮的精度,应增加机械加工工序,在机械加工前应进行正火,消除铸造应力和硬度不均,改善切削加工性能;机械加工后,一般进行表面淬火,提高硬度、耐磨性及抗疲劳强度。而对于性能要求不高、转速较低的铸钢齿轮通常不需淬火。常用的铸钢有ZG270-500、ZG310-570等2。本齿轮采用 ZG270-500。图 1-1 齿轮的零件图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 17 页 -2 选择基准面熔模
9、铸件的基准面主要用作检查铸件尺寸的测量基准和机械加工的定位基准，并作为压型设计的参照面。由于熔模铸造加工余量很小，有时不进过粗加工便直接进行精加工或光整加工，因此基准面的选择比较重要，应从铸件工艺上保证这些面的几何形状，尺寸精度，表面粗糙度。在溶模铸造中在选择基准面时一般要考虑以下几点：1溶模铸造选择基准面一般选择加工面，若选用加工面是，最好是加工余量较少的面。基准面应选择与待加工面之间有精度要求的面，并尽量使零件的设计基准和加工工艺基准重合。基准面的数目应能约束六个自由度，故一般选择三个基准面（回转体零件选择两个基准面）并力求划线与加工为同一基准面。基准面应使尺寸比较稳定的平整，光洁的表面，
10、其上不应有浇冒口残余，斜度，毛刺等。在此铸造中，考虑多方面的因素应该选择齿轮的轮毂表面作为基准面。图 2-1 齿轮的三维图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 17 页 -3 制模工部设计3.1 模料的选择模料常用的原材料分为蜡质材料（包括矿物蜡、动植物蜡、人造或合成蜡）、树脂（包括天然、人造或合成树脂）和高分子聚合物（主要是聚烯烃）。本课程设计的模料选择为蜡质原材料，常用的有石蜡、微晶蜡、地蜡、褐煤蜡等矿物蜡等。表 3-1 为石蜡的组成和特点。3表 3-1 石蜡的化学组成和性能名称规格主要组成物晶体结构在模料中的作用石蜡56、58、60、62 等牌号正构烷烃CnH2n
11、+2 n=1732 较粗大多角形片状晶体无论在蜡基模料或树脂基模料中常作为基本组元对模料的基本要求：4溶化温度和凝固温度：兼顾耐热性和工艺操作方便，模料熔化温度通常控制在 5080之间。凝固温度区间则以510为宜。耐热性：耐热是指当温度升高时模料抗软化变形的能力。通常有两种表示方法;一种是软化点，另一种是热变形量。而后则测试更方便些。一般来说在35下模料的热变形量为 H35-22mm 热膨胀率和收缩率：模料线收缩率一般应小于1.0%。目前国内外较好的模料线收缩率达 0.3%0.5%。强度：熔模需要有一定的强度，以保证在生产过程中不致损坏。由于测定模料的抗弯强度比测定抗拉强度更简便而且准确可靠，
12、故现多以抗弯强度来代表模料强度。模料抗弯强度一般不低于2.0MPa。最好为 5.0 8.0 MPa。硬度：为保持熔模的表面质量，模料应有足够的硬度，以防摩擦损伤。粘度：模料液态时粘度低便于脱蜡，有利于将水分和粉尘从蜡液中分离出去，使模料回收更容易。通常在 90附近，模料粘度为(31023101)Pa.s 3.2 制模设备与工艺3.2.1 制模设备溶模铸造制模设备是以压蜡机为核心，还包括溶蜡炉、制备蜡膏和输送等辅助设备。目前国内有以下几种压蜡机设备：气力压蜡机、气动活塞式压蜡机、液压压蜡机等。本工艺选择液压式的压蜡机为四柱双工位压蜡机。3.2.2 蜡膏制备名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心
13、整理-第 8 页，共 17 页 -表 3-1 蜡基模料典型蜡膏制备方法工序名称设备操作要点化蜡水浴化蜡缸化蜡温度 90刨蜡削卧式蜡片机蜡锭截面尺寸 135mm 135mm 搅蜡膏搅蜡机蜡液温度 6580；保温缸水温4852；回性恒温箱温度 4852；保温 0.5h 以上3.2.3 制模工艺参数模料：石蜡-硬脂酸模料；压射温度：4548；压射压力：0.3 0.5Mpa；压型温度：1825；保压时间：（按熔模大小和壁厚调整）310s 或更长；起模时间：（按熔模大小和壁厚调整20100s 或更长；脱模剂：10#变压器油或松节油3.2.4 压型制造压型是用来制造熔模的重要工艺装备，应满足以下要求：保证
14、制出的溶模能达到要求的尺寸精度和表面粗糙度。装拆方便，轻巧、耐用、便于起模。压型的各个零部件均应加工方便、经济合理。小件一型多腔以提高溶模生产率。压型有几种方式，有手工压蜡用压型、摇杆压型、机器加工压型等。以下图为摇杆压型。由于齿轮的尺寸较大在压蜡机中只能进行单个零件的压蜡。3.3 蜡模修整修模刀除去分型面上的披缝和其他不应有的凸起（包括注蜡残余），用稀蜡填补缺陷并修饰光滑。修整合格的蜡模在清洗槽中用清洗液进行清洗，清除分型剂，用压缩空气吹除蜡模表面上的蜡屑和水分。清洗干净的蜡模按品种整齐摆放在规定的器具中交检查员进行验收图 3-3 摇杆压型名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9
15、 页，共 17 页 -4 制壳工部设计熔模铸造型壳是由粘接剂、耐火材料及附加物组成的。其中耐火材料占总比重的90%以上，对型壳性能影响很大。制壳耐火材料应使型壳有足够的常温强度和高温强度，在高温下不发生变形，有良好的透气性，热稳定性易脱壳性等。为此，制壳用耐火材料必须有足够的耐火度、热化学稳定性、小而均匀的热膨胀系数、合适的粒度，并要有利于涂料性能的稳定。此外，作为制壳材料还应对人体健康无害、货源充足和质量稳定4.1 耐火材料的选择本工艺采用水玻璃，要求的环境室温：1532度，湿度 40%60%.水玻璃涂料应符合标准 CICBA/B02.07。图 4-1 水玻璃面层涂料的组成及配比面层涂料用耐
16、火材料种类应根据铸件合金的不同种类而定，碳钢、低合金钢、及铜合金等可选用精制白硅石粉、铝矾土粉等，浇注不锈钢、锰钢及高合金铸件时，则应采用刚玉粉。涂料的制备混合过程及搅拌设备对涂料性能及均匀性有影响，涂料制备可使用高速或低速搅拌机。水玻璃加固层涂料用耐火粉料大多以铝硅系材料，本工艺采用铝-硅系熟料为主，如煅烧高岭土、莫来石、上店土、铝钛土等，配成的涂料粉液比高，不易吸水膨胀，性能稳定，涂层渗透，硬化速度较快，型壳高温强度好。图4-1和图 4-2 分别为水玻璃面层涂料的组成和配比以及加固层的组成和配比。表 4-2 水玻璃加固层涂料的组成及配比组成及配比水玻璃粘结剂耐火粉料液：粉表面润湿剂JFC加
17、入量消泡剂加入量模数 M 密度/(g/cm)表面层33.4 1.25 1.28 精白硅石粉1：11：3 0.1 0.3 0.05 0.1 组成及配比水玻璃粘结剂耐火粉料液：粉JFC（质量分数，%）模数 M 密度/(g/cm)表面层33.4 1.3 1.34 200270 铝-硅系耐火熟料1：1.1 1.5 0.1 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 17 页 -4.2 涂料的配置及操作程序操作的步骤：检查涂料搅拌机运转是否正常，按表4-4 的规定分别计算水玻璃、粉料、JFC的加入量，并准确称量。按表 4-1 的规定，水玻璃加水处理合格后一次性加入涂料搅拌机中，加JF
18、C搅匀，粉料应分 23次加入，边加边搅拌至全部完成，再搅拌 6090min。可间断搅拌每次搅拌时间不得小于30min。配好的涂料应静置 48h，使用前应充分搅拌。4.3 制壳当涂料配置好后进行制壳的步骤，首先检查所有的设备是否正常。第二，将涂料充分搅拌均匀，测量涂料展度，硬化剂参数，启动干燥时设备，测量风温。使所有的指标进行严格的控制。制壳撤砂的方式有两种，一种是沸腾式撤砂，另一种是雨淋式撤砂。第三，将模组挂在吊具上，按上涂料，撤砂，硬化，干燥的程序进行制壳。第四，制壳完毕，浇口杯顶部用专用工具打平，浮砂、壳皮用压缩空气吹干净。4.4 脱蜡和型壳焙烧本工艺采用热水脱蜡的方式。工艺要求如下5：脱
19、蜡液温度：9098。脱蜡液成分：1.0%HCL。脱蜡时间：1525min。焙烧的主要技术参数：焙烧温度：920970。焙烧时间：6090min。焙烧合格的型壳出炉时。应呈白色透明亮状，不冒黑烟。型壳浇注完毕应及时运到冷却区域进行冷却，冷却1h以后将铸件从台车上取出，放置在专用箱内。清除台车及焙烧盘上的钢渣、碎壳，铺平沙子，便于下次在装型壳。模组脱脂浸表面涂料和撒砂硬化前自然干燥化学硬化硬化后干燥浸加固层涂料和撒砂化学硬化硬化后干燥脱蜡型壳焙烧图 4-1 水玻璃型壳制壳工艺流程名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 17 页 -5 熔炼工部设计熔烧设备的选择：考虑各方面的
20、因素，可采用工频感应炉。工频感应炉的特点为：结构简单，维护方便，热效率高。熔炼温度较低，钢液达1500后升温慢，熔化周期长，不易造渣，元素烧损大，但适用于大批量生产。表 5-1 感应炉的特点钢液的熔练按照以下几个步骤来完成：先在炉底加入适量的小块炉料，然后用较大块度炉料装满炉子。装料时，底部应密实。通水、通电开始溶化。按中频炉体的容量、规格，及时调整电容，控制功率因素在 0.91.0 范围内，可控硅电源功率、电流、频率，按设备操作规程执行。要及时捣料，防止“搭桥”。炉料下沉后，要及时往炉内加料，捣料和加料时要防止钢水飞溅;加料时应将炉料预热。在第一批炉料全部溶化后，及时造渣，以防止钢水吸气和起
21、保温作用。当炉料全部溶化，钢水量约占炉体容积的2/33/4时，将钢水温度加热至15501570，扒开炉渣，用脱氧剂脱氧。然后取炉前分析试样，送化验室进行元素含量分析。取样后及时造新渣，并继续进行熔化，这时一般加同种钢号的回炉料，等分析报告。准确调整化学成分。根据炉前分析报告，迅速计算所需加材料的数量，预热后加入炉内。采用复沉淀脱氧，锰铁、硅铁同时也做铁合金补加量，按3.4 的规定计算加入，同时加入脱氧剂进行预脱氧。然后加入100200g的除渣剂进行出钢前的终除渣，除渣不得少于三次，以除尽渣为准。当炉内钢水温度达到有关工艺要求，成分合格，且脱氧除渣情况良好时即可出钢；出钢需进行包内终脱氧。出完第
22、二包后，取炉后分析试样。出钢时要及时检查炉衬腐蚀情况，当确定无问题时，可继续使用。类型电流频率/Hz 容量/kg 功率/kVA 应用范围工频感应炉 50 250500 150 200 熔化各种铸钢、铸铁及有色金属名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 17 页 -6 浇注工部设计熔模铸造常用的浇注方法有重力浇注、真空吸铸、离心浇铸、调压浇注和低压浇注。而重力浇注是熔模铸造中运用最广的浇注方法，适用于各种合金，只要合金液充型不成问题应尽量选用这种方法。而离心浇注是用于难成形的铸件，特别适合质量要求高，采用真空熔铸的钛合金、高温合金和不锈钢等精铸件。调压浇注主要用于质量要求
23、高的薄壁铝合金熔模和石膏型精铸件。低压浇注适合难以成形的熔模铸件，以铝合金精铸件为主。在此工艺中应该采用重力浇注的方式。重力浇注的方法分为：用浇包转注、从熔炉直接浇注、翻转浇注三种方法。而用浇包转注是最常用的，在此工艺中考虑多方面的因素应采用用浇包转注。不同类型合金的铸造性能和凝固特性存在较大差异，所以不同种类合金的单铸试样的形状、尺寸和浇道形式有所不同，图6-1 为梅花型试棒模组。用于结构钢、含碳钢和低合金钢的浇道口。6.1 浇注工艺参数的选择浇注温度：920970。浇注速度：浇注速度通常以浇注时间表示，由于齿轮尺寸较大则浇注时间应小于 30s。铸型温度：500700。铸件凝固冷却速度：钢液
24、浇入型壳以后，通常铸件随型壳一起冷却。如铸件变形严重，应酌情采取缓慢冷却措施。为使铸件内部致密或细化晶粒则常采用加快冷却措施。图 6-1 梅花型试棒模组名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 17 页 -7.落纱清理及质检工部设计熔模铸件的清理，主要包括清除铸件组上的型壳、切除浇冒口和工艺肋、磨削铸件上的浇冒口余根、清除铸件表面和内腔的粘砂的氧化皮、清除铸件表面毛刺，以获得表面光洁完整的铸件。脱除型壳的工艺方法，振动脱壳：用气动压力使凿岩机的冲头压住带型壳的铸件组的浇口棒，启动凿岩机，对浇口棒产生高速振动冲击以去除铸件组上的型壳。电液压清砂：利用置于水中的电极产生高压大
25、电流脉冲放电，形成强大的高速扩张的水压冲击波，反复作用于带型壳的铸件组上。高压水力清砂。清理工序：脱除型壳切除浇冒口和工艺肋磨除铸件上浇冒口余根清除铸件表面和内腔的粘砂和氧化皮清除铸件表面毛刺、铸瘤。7.1 铸件检验项目铸件质量的检验是铸件生产中不可缺少的环节，其目的是保证铸件质量符合交货验收技术条件。铸件质量检测的主要依据是：铸件图、熔模铸件质量标准或由供需双方签订的铸件交货验收合同或协议。检验的项目主要有：铸件尺寸公差和形位公差、表面粗糙度、外观目视检验、化学成分、力学性能的检验、低倍金相检验、微观缺陷、物理化学性能和特殊要求。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共
26、 17 页 -8.铸件表面处理方案的选择8.1 熔模铸件的修补和精整熔模铸件上出现的某些缺陷经过修补后，可以满足铸件的技术要求，只要修补工作 在经济上是合算的，这种修补应看作是生产过程中正常的工序。铸件上较大的孔洞类缺陷，一般可以采用补焊方法修补助铸件上存在与表面连通的细小孔洞中，可采用浸渗处理法修补；重要的铸件内部封闭的疏松等缺陷则可以用热等静压处理。精整是将清砂干净、初检合格的铸件和经过修补的铸件，进行精细修整、矫正、光饰和表面处理以达到铸件技术要求的工序。修整要求：铸件非加工面上的余根应磨削到非与铸件表面大致平滑。平面殘留高度小于 0.2mm，弧面殘留高度小于 0.1mm，加工面上的余根
27、殘留高度小于2mm。打磨铸件非加工面上超过技术要求的毛刺、飞边、铸瘤、疤痕、粘砂和铁豆等缺陷，达到平整光滑。经过补焊的铸件，其补焊处应打磨平整光滑。铸件上局部尺寸超差时，在有修整余量的条件下，可利用磨削或冲压方法修整。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 17 页 -9 结束语通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关熔模铸造方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过检阅各种资料，最终解决了问题。同时也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要
28、不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！我认为，在这学期的学习中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。最后，感谢指导老师的细心教导，我一定不会忘记你的教诲，在以后的工作中都将终向受宜。名师资料总结-精品资料欢迎下载
29、-名师精心整理-第 16 页，共 17 页 -参考文献1溶模铸造手册/中国铸造协会编.北京：机械工业出版社，2000.10：91-92 2李玉平，常用齿轮的材料选择及热处理工艺A江西：新余高专学报，第十一卷第五期，文章编号:1008-6765(2006)05-0105-02 3姜不居，周泽衡.熔模铸造手册M .北京：机械工业出版社，2000.10：225-226 4姜不居，周泽衡.熔模铸造手册M .北京：机械工业出版社，2000.10：176-178 5杨树川，佘永卫.熔模铸造的工艺过程及防止缺陷产生的方法A.银川：宁夏大学农机化研究，第4 期名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 17 页 -