大学毕业论文-—双金属复合垂头铸造工艺及充型模拟模拟.doc

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1、陕西理工学院毕业论文双金属复合锤头铸造工艺设计及充型模拟摘要：锤头是反击式破碎机中破碎矿石的主要部件，该部件在使用中锤柄不断承受交变的弯曲应力和冲击力，而锤头部位则主要承受较强的冲击力和摩擦力。本文通过设计出一种新型的锤头制作工艺，采用镶铸复合技术解决现有技术中存在的锤头易磨损、易破碎、使用寿命短的问题。采用的技术方案是双金属复合型锤头的制作方法，双金属复合型锤头的结构为：包括相连接的锤柄和端头，所述端头内部设置11根耐磨棒，锤柄部分为高锰钢，耐磨棒的主要成分为高铬铸铁，各耐磨棒之间呈等边三角形放置；与传统的砂型铸造相比较采用消失模模铸造工艺有大大的简化，且零件的质量及精度较高，设计自由度大。

2、同时利用负压紧实可以解决高铬铸铁的固定问题；进而使耐磨棒的外表面与锤柄主体合金紧密结合，并力求达到冶金结合。并对铸造过程进行ProCAST铸造模拟。关键词：镶铸复合法；高铬铸铁；高锰钢；消失模;The casting process design of Double metal composite hammerand filling simulationFan-Hao（Grade08,Class1,Major control materials，Materials Science and Engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong

3、 723003，Shaanxi）Tutor:Wang-HuaAbstract: Hammerhead is the main parts of the broken ore crusher hammer handle, the component is in use constantly to withstand alternating bending stress and the impact hammer parts, mainly exposed to the strong impact and friction force. Through the design of a new ty

4、pe of hammerhead production process, using cast-in composite technology to solve existing technology hammerhead easy wear, easy broken, the short life of the problem. The technical solution adopted for the production of bimetal composite hammer, bi-metallic composite structure of the hammer: includi

5、ng the hammer handle and the end connected to the end internal settings wear rods 11, the hammer handle part greatly simplified, and the quality of the parts of high manganese steel wear bar the main component of high chromium cast iron, and other equilateral triangle is placed between each wear rod

6、 was; compared with the traditional sand casting using the lost foam casting process and accuracy of high design freedom. While taking advantage of the vacuum tight can solve the fixed problem of high chromium cast iron; thus closely integrated rods, wear-resistant outer surface with a hammer handle

7、 the main alloy, and striving to achieve a metallurgical bond. And the casting process ProCAST casting simulation.Key words: cast-composite method; high chromium cast iron; high manganese steel; lost foam毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包

8、含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声

9、明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理

10、。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日目录摘要Abstract1 引 言11.1 研究的目的和意义11.2双金属复合工艺现状、发展趋势、研究方法等11.2.1研究方法21.2.2应用领域31.3研究目标和研究内容31.4研究的技术路线32 双金属复合铸造方案321进行工况分析合理选择锤头结构及的复合材质3211工况分析3212锤头结构的确定3213锤头材质的确定522选择合理的铸造方案进行镶铸523消失模铸造工艺设计6231铸造工艺性分析62311读图62312零件结构的工艺性分析7232绘制铸件图及模样图82321 零件机加部分的余量及铸件尺寸公差82322不能直接铸出

11、的孔、台部位92323合金收缩和EPS模样收缩值9233设计消失模铸造工艺方案102331模样在铸型中的位置即浇注位置102332确定浇注金属液引入铸型的方式102333一箱浇注的铸件数量及布置11234消失模铸造浇注系统的结构和尺寸设计112341浇注系统各单元截面的设计112342浇口杯尺寸设计122343冒口的设计13235消失模铸造生产及浇注规范132351白模、涂料、模组、造型132352浇注温度的确定142353负压的范围及时间的确定143 其他工艺方案144 proCAST铸造过程模拟1541 proCAST模拟过程简介1542 proCAST建模模拟详细过程15421使用三维软

12、件进行建模及前处理15422网格划分及修补生成四面体网格16423边界条件、初始条件工艺等参数设置17424二进制转化并进行模拟计算18425模拟结果的查看195 各种工艺方案模拟结果及分析比较195.1工艺方案a模拟结果及分析195.2带有集渣补缩暗冒口的浇注方案模拟结果及分析225.3 高工艺出品率带排气冒口浇注方案模拟结果及分析256 总结28致谢：29参考文献30VII陕西理工学院毕业论文1 引 言1.1 研究的目的和意义冶金、矿山、电力、水泥、石化等行业中大量使用的零部件往往都是因为磨损而失效，耐磨零部件的消耗量很大。全国每年各种金属耐磨件的消耗量在数百万吨以上，锤头、衬板、鄂板等这

13、些采用高硬度材料制造工艺简单，所以越来越受到人们的重视。造的耐磨件，不仅生产成本高，而且脆性大，因而在强烈冲击载荷条件下使用时受到限制。而矿山机械上所使用的锤头锤头部分应能够承受一定的冲击以及交变载荷，需要足够的硬度与耐磨性，与之连接起安装与传动作用的锤柄部分应该具有一定的塑性与韧性。耐磨锤头是破碎机的关键部件，其端部磨损程度决定出料粒度的大小，因此通常被设计成头部和柄两部分，其中头部直接与物料发生撞击，要求具有较高的硬度和耐磨性，而起连接作用的锤柄并不直接参与磨损，只需具备相应韧性和强度即可。这两者本身就是相互矛盾的。使用单一材料很难满足使用要求，难以具备高硬度、耐磨、良好的塑韧性。另外，在

14、矿山、水泥等工业领域中，有许多抵抗磨粒磨损的工件都采用高硬度的铬系合金白口铸铁，然而其中部分易损件要求与设备的某些部位装配一起，需要对其非工作面进行机械加工，在这些情况下整体用高硬度材质就难以满足要求。还有一些易损件只要求特定的部位磨损到一定的尺寸后就失效报废，因此锤头整体采用同一种金属进行生产非但在经济上不可取，在使用上也没有必要。复合双金属材料能在零件不同部位提供不同性能，通过表面材料与芯部材料的合理组合，可以使材料获得所需的冶金性能。双金属复合铸件不仅可同时拥有良好的力学性能和高的使用寿命，而且适用面广、成本低廉。目前常用的复合铸造工艺分为液液和液固两大类，其中又因液固复合铸造几乎不受铸

15、件形状的影响以及其制研究意义双金属复合铸造是根据铸件的使用要求，在其不同部位选用不同金属进行铸造的工艺方法。采用这种方法生产的铸件能够充分发挥不同金属各自的优异性能而有效弥补其不足，从而表现出优良的整体性能。生产中常采用高铬铸铁(KmTBCr26)与铸钢(ZG270500)两种材质进行复合铸造双金属耐磨材料兼具两种金属的优点，在工业上已获得广泛的应用。目前，常采用复合铸造工艺来制备双金属复合材料，复合铸造工艺一般分为液液结合和液固结合两大类。液固结合几乎不受铸件形状的影响和制造工艺简单，因此受到人们的重视。在工业生产中很多的重要部件处在恶劣条件下工作，部件的耐用性就成为发展生产、降低成本的限制

16、性环节之一。因此，采用碳钢高铬铸铁复合锤头，满足了锤柄的高韧性和锤端的高耐磨性的要求，提高了零件的寿命，降低了零件成本。在其它方面，双金属复合材料也有很广泛的应用前景。随着科学技术的发展和工业化的进程，材料在制备和生产中提出了新的要求，产品的一次成品率要高。因此，双金属复合处理也将朝着自动化和自能化方向发展。双金属复合铸造工艺的研究也显得相当重要。通过对双金属复合过程中各种参数的理论计算和实际试验，得出一套完整的优化参数和完整的双金属复合理论，为双金属复合技术的推广提供支持。1.2常用双金属复合工艺现状、发展趋势、研究方法及应用领域等 目前国内外对双金属复合的研究在逐年增多，双金属制造的锤头，

17、衬板，颚板，斗齿等耐磨件已经得到很好的应用，并产生了巨大的经济效益，节省了大量的材料。双金属层状板复合材料，双金属复合的套、管、辊类机械零件等也得到很大研究并有了很好的生产实际应用。具体应用如下：双金属复合轧辊. 双金属复合管件. 耐磨件方面（锤头、衬板、斗齿等 ）. 国外对双金属复合铸造工艺也进行了广泛的研究，一些发达国家对此更是做了很广泛的研究。欧美国家以德国为代表，自70年代以来一直对双金属复合轧辊进行研究，外层工作面采用高铬铸铁芯材用铸钢。而我国在85年也开始湘钢线材轧机精轧段成品机架的275轧辊的研究。近年来国内对双金属耐磨材料的研究进入一个高潮，各种铸造工艺也逐渐接近成熟，带来了很

18、大的经济效益。由此可见，双金属复合工艺已经在世界范围内得到良好的发展。1.2.1研究方法双金属复合材料生产方法主要有：爆炸复合法、扩散焊接法、堆焊法、轧制复合法、挤压复合法和铸造复合法、镶铸法等。爆炸复合的优点是复合界面上看不到明显的扩散层，不会生成脆性的金属间化合物，产品性能稳定。缺点是由于射流的作用使复合界面呈波浪形，同时由于炸药的存放、爆破地点的选择、噪音的处理、人身安全的保障及污染严重等一系列问题而使得该法不易被推广使用。扩散焊接是一种精密连接方法，特别适合于异种金属材料、复合材料等之间的连接。扩散焊接是在温度和压力的共同作用下完成的，但连接压力不能引起试件的宏观塑性变形。固相扩散焊接

19、时母材不发生熔化，液相扩散焊接时靠近界面处母材仅发生少量熔化。堆焊法是采用普通钢材作为基体，在基体上堆焊一层或多层耐磨合金，使这些合金与金属基体表面达到金属冶金结合，形成双金属复合材料从而达到零件表面耐磨的目的。堆焊前需对基进行彻底的清理，对操作工人技术要求高，如果操作方法和工艺不当易出现堆焊层脱落、开裂和剥落、气孔等缺陷，焊渣不易清理。不适用于于大平面工件，而且成本高。轧制复合法一般分为热轧复合法和冷轧复合法等。热轧复合法是将待轧制金属材料加热到在再结晶以上的轧制。金属在再结晶温度以下进行轧制变形叫冷轧，一般指不经加热而在室温直接进行轧制加工。冷轧固相复合法加工温度低，所生产的复合带材具有综

20、合强度高，复层厚度变化范围广且层厚比稳定，尺寸精度高等特点。挤压复合法是先把界面清洁的组元金属组装成挤压坯，选定合适的挤压比和温度等参数挤压成型，是清洁金属表面在压力的作用下实现界面的冶金结合。挤压复合法主要用于生产双金属管、棒、线材。铸造复合法是应用最早的制备层状金属复合材料的一种方法。铸造复合法又具体有铸渗法、双液双金属复合法、镶铸法等。铸渗法是将一定成分的合金粉末调成涂料或预制成块，涂刷(或放)在铸型的特定部位（需要提高表面性能的部位）。通过浇注时金属液浸透涂料(或预制块)的毛细孔隙，使合金粉末熔解、融化，并与基体金属融合为一体，从而在铸件表面上形成一层具有特殊组织和性能的复合层。此方法

21、具有合金层深度大，生产工艺简便，成本低等优点，但是存在如下问题：其一，铸渗过程中产生的气体、熔渣等不能及时排出，在合金化层中形成气孔、夹渣，合金层质量较难控制。其二，铸渗效果对工艺参数的变化较为敏感，必须具备良好的设备条件和严格的工艺条件才能在批量生产中得到质量稳定可靠的铸渗件。双液双金属复合法的两种金属较易形成质量良好的冶金结合，双金属复合管件，目前双金属复合管主要采用离心铸造法，将固体外套和液体金属在离心条件下复合成型。如耐磨套筒，其外层为低碳钢，内层为高铬铸铁。通过冶金离心铸造热处理等工艺，使套筒过度层组织逐渐变化而结合为一个整体，耐磨性能大大提高。但是此工艺需要两台熔炼炉同时进行两种金

22、属的熔炼并同时浇注，其工艺过程较复杂，并且难以控制。此外，该工艺在实际应用上也有其局限性，只适用于形状简单的铸件而无法用于形状复杂的铸件。所研究的镶铸双金属耐磨铸件主要分为两类:（1）高铬白口铸铁硬质合金碳钢或铸铁镶铸双金属材料;（2）铝合金铸铁或铸钢镶铸双金属材料。常见的复合锤头镶铸工艺可归结为镶块、预置锤柄和预置锤端三种工艺。镶块工艺是采用类似固定内冷铁的方法将具有一定形状的耐磨合金块固定在锤头型腔的端部，利用随后浇入的高温金属液的热量，在铸件凝固过程中使耐磨金属块与基体结合在一起。由于铸件的形状决定镶块的大小和数量均受到限制，使用中可能会出现脱落现象。预置锤端的复合方法是将锤头使用过程中

23、真正起破碎作用的端部采用耐磨合金预制成形，放入锤头型腔内然后浇入锤柄金属，从而实现端部与锤柄间的机械结合，通常两者结合部位被设计成燕尾的形式以增加结合的可靠程度。由于后浇入钢液温度较高，高铬铸铁产生热应力交变较大，容易出现裂纹。预置锤柄的复合方法是将普通碳钢的锤柄预置在锤头型腔内，然后浇入高铬铸铁金属液，并使高铬铸铁包覆在锤柄的四周。通常芯材采用镂空方式，达到了机械和冶金的两重结合。由于镶铸工艺的上述特点，国内现在生产双金属复合锤头大都采用预置锤柄的方式。1.2.2应用领域通过近十年来的研究取得了很大成果，耐磨性能相对于单一的高锰钢提高了4倍左右。但是石油、化工、冶金等部门常用的耐磨零件都是在

24、高温、氧化和腐蚀等恶劣条件下承受着强烈的磨损的零件。这种严酷的工作条件对材料性能提出了更高的要求，不仅要求材料具备优异的抗磨性能，而且还要具有优良的耐蚀性能和高温抗氧化性能。迄今为止，同时具有优异的耐磨、耐蚀和高温抗氧化性能的材料并不多见。因此，研制同时具有耐磨、耐蚀和高温抗氧化性能的新材料，开发在普通铸件表面形成具有特殊性能合金层的复合铸造新技术将具有重要的意义1.3研究目标和研究内容为了解决前述的问题，我们采用镶铸法，其就是将一定的耐磨材料（或合金）棒，固定在耐磨铸件铸造铸型要求的部位，利用金属液的热量，在铸件凝固时使耐磨材料与基体结合在一起的工艺。其实质就是相当于在铸件中放置内置内冷铁一

25、样（作为成型冷铁），其关键问题是它能否与复合层很好的结合在一起。该方法具有加热效率高、速度快、可控性好的特点，从而易于实现机械化和自动化。因此，本文主要通过研究在镶铸法的工艺过程，并使用ProCAST对铸造过程进行模拟对工艺方案进行分析。并有效推进双金属复合工艺在实际生产中的应用。为了上述目标的完成，本课题将进行如下的研究内容：（1）采用消失模铸造工艺进行复合锤头的镶铸生产，解决内置成型冷铁的固定问题，以及使用消失模进行铸造生产的相关工艺。（2）使用ProCAST进行铸造过程的充型模拟，分析相关缺陷，进行有意参数的优化。1.4研究的技术路线本文针对生产实际通过双金属复合铸造工艺制备复合锤头来反

26、映双金属复合工艺参数。所采用的技术路线如下：（1）对锤头进行工况分析，合理选择锤头结及的复合材质。（2）在镶铸条件下，选择合理的铸造方案。（3）消失模铸造工艺设计。（4）ProCAST对铸造过程进行模拟，比较各个工艺方案的优缺点，得到最为合理的铸造方案。2 双金属复合铸造方案21进行工况分析合理选择锤头结构及的复合材质211工况分析锤式破碎机是冶金、矿山和建材等行业常用的破碎设备。其中头部直接与物料发生撞击，要求具有较高的硬度和耐磨性，而起连接作用的锤柄并不直接参与磨损，只需具备相应韧性和强度即可。锤头锤头部分应能够承受一定的冲击以及交变载荷，需要足够的硬度与耐磨性，与之连接起安装与传动作用的

27、锤柄部分应该具有一定的塑性与韧性。锤头是其中的主要易磨损件，目前主要用高锰钢制作，耐磨性差，使用寿命短，需要频繁更换，既降低了设备运转率.影响正常生产，又增大了工人劳动强度。212锤头结构的确定为提高锤头的使用寿命，就必须提高锤头的耐磨性，若整体式采用耐磨材料制作必然带来浪费。锤头锤头部分应能够承受一定的冲击以及交变载荷，需要足够的硬度与耐磨性，与之连接起安装与传动作用的锤柄部分应该具有一定的塑性与韧性。因此通常被设计成头部和柄两部分，其中头部直接与物料发生撞击，要求具有较高的硬度和耐磨性，而起连接作用的锤柄并不直接参与磨损，只需具备相应韧性和强度即可。这两者本身就是相互矛盾的。使用单一材料很

28、难满足使用要求，难以具备高硬度、耐磨、良好的塑韧性。这使得复合锤头的生产很据必要性。锤头结构确定为端头内部设置11根耐磨棒，锤柄部分为高锰钢，耐磨棒的主要成分为高铬铸铁，各耐磨棒之间呈等边三角形放置。结构如图2.1所示，图2.2为三维模型，图2.3高铬铸铁嵌件在锤头内分布。图2.1锤头形状及结构零件图 图2.2为三维模型 图2.3高铬铸铁嵌件在锤头内分布锤头的工几何形状见图，锤式破碎机破碎物料的过程，主要是利用高速旋转的锤头将由高处落下的物料破碎。被破碎的物料以高速度向蓖条方向冲击，粒度较大的物料经过反复破碎，当粒度合乎要求时即从蓖缝中排出。锤头边缘进行破碎的工作区域被称为工作区。随着锤头不断

29、被磨损，工作区将发生变化，物料对锤头的磨损方式也将发生变化。在锤头工作初期，冲击为主要受力方式，而当锤头被磨极到一定程度，物料对锤头工作面产生冲刷作用。锤头磨损到一定程度，破碎效率降低很多时，就必须倒换锤面或更换锤头。锤柄：锤头工作过程中，锤柄主要承受物料破碎过程中所产生的弯曲冲击力，因此材质选择主要防止在使用过程中出现弯曲折断以及孔轴拉长磨损。耐磨块：工作区域主要受物料的摩擦磨损和冲击，因此对耐磨块既要要求高的耐磨性能，又要具有一定的韧性防止脱落过快。213锤头材质的确定任何双金属复合材料，只有当它和单一材料结构相比成本显得更低，某些性能或者综合性能有所改进时才是有用的。选用金属复合时需要考

30、虑的性能包括弹性、强度、延展性和断裂韧性等机械性能，以及抗磨损性、抗腐蚀性或者抗高温等物化性能。另外，制作的双金属复合材料不仅要其整体具有良好的综合性能，同时还需要保持两种金属自身的特点。过去工厂一般采用高锰钢制造锤头，目前，高铬铸铁基本上取代高锰钢制造耐磨零件。通过对复合材料条件的考虑和锤头工况的分析，现对锤头材质进行选取，传统的锤头耐磨性差，抗冲击韧性低，使用寿命短，耗材量大。为此，我们将锤头设计成锤柄和锤端并分别制造锤柄：锤头工作过程中，锤柄主要承受物料破碎过程中所产生的交变弯曲应力和冲击力，属于连接传动部分。基本上不受物料直接的摩擦磨损，因此材质选择主要防止在使用过程中出现弯曲折断以及

31、轴孔拉长磨损。综合以上因素，决定锤柄材质为采用高锰钢，使其具有足够的强韧性。表2.1 锰对钢冲击韧性的影响WMn%7.28.69.51112.213.8WMn/Wc7.59.11011.512.814.5Ak/jcm-22062.7695.12130.43185.35185.35272.62-4019.6137.2764.72116.7142.2176.52由于不能忽略C对冲击韧度的的影响，所以选用的成分为；20时，WMn%为13.8%， WMn/Wc为14.5。选用有较强冲击韧性的高锰钢。耐磨材料：目前所使用的各种抗磨材料，在冲击力不是十分大的情况下，就抗磨性而言，应首推高铬铸铁。高铬铸铁经

32、过适当的热处理，其组织为：M7C3型碳化物马氏体弥散分布的二次碳化物（弥散强化或沉淀强化）残奥。宏观硬度达HRC60以上，且具有一定的冲击韧性。因此耐磨块应选用高铬铸铁。表2.2 高铬铸铁耐磨块化学成分元素CCrMnMo+WNiSi含量（%）2.03.513180.51.00.52.01.21.022选择合理的铸造方案进行镶铸此次镶铸实验制作双金属复合锤头，要解决的一个重要问题在于如何固定内置成型冷铁。也就是如何使得预先制作好的高铬铸铁耐磨棒在铸型中较稳固的安放。使得高锰钢金属液在充填过程中不破坏预先设计好的耐磨棒位置。进而保证镶铸之后锤头部分耐磨棒分布的均匀性，使得锤头有较长的使用寿命。也保

33、证耐磨棒周围的液体均匀分布使得界面具有良好的结合效果。我们比较一下传统的砂型铸造与消失模铸造各自的特点：消失模工艺特征：（1） 尺寸精度高，加工余量小（近无余量）。（2） 表面质量高（优于砂型铸造）（3） 不用砂芯，无心座、无分型面，不起模、合箱，造型工艺大大简化，减少相应的人为引起的缺陷。（4） 取消混砂工序，砂处理系统大大简化减少了由此带来的问题及缺陷。铸件无飞边毛刺清理打磨工作量减少50%以上。（5） 铸件设计自由度大几乎不受铸件的形状及铸造工艺限制。（6） 采用负压浇注充填效果好。相反的砂型铸造对于铸件的结构要求高同时工艺想要求严格。我们所要解决的高铬铸铁耐磨棒的镶铸固定在传统的砂型铸

34、造中只有采用如图.的方式，稳定性较差，浇注是易错位。图.砂型铸造内置成型冷铁高铬铸铁棒固定方法采用消失模铸造则很容易解决这个问题，用内置成型冷铁高铬铸铁耐磨棒将两个消失模摸样头对头相连接（连接方式也就是最终的镶铸方式）。再将摸样埋入砂箱抽真空进行负压紧实。两个锤头端面之间的高铬铸铁就会被经过负压紧实的砂子很好的固定。同时这样也减少了保持成型冷铁的材料可以减少热量的损失，进而使得界面的结合效果好。如图2.5。负压紧实固定镶铸内冷铁同时为了防止冷铁棒与白模之间的结合不紧密，影响到结合界面的结合效果，因此必须将这些缝隙消除掉。在消失模铸造过程中我们可以将白膜进行侵蜡处理消除结合间隙。并在浇注过程中利

35、用金属的高温液分解并使其汽化掉从而保证界面的良好结合。一般的镶铸则很难解决这一问题。因此消失模铸造是首选。图2.5消失模铸造负压紧实砂固定内置成型冷铁高铬铸铁棒方法23消失模铸造工艺设计231铸造工艺性分析2311读图 零件如图2.6所示。轮廓尺寸60100200，最小壁厚15锤柄尾部是安装部分要求精度高一些，锤头部分属于较为恶劣环境的工作部分磨损比较严重。因此不必要较高的精度。图2.6零件图零件要求：50的内圆Ra3.2， 80外圆及两个外圆端面Ra6.3； 50与80的圆同轴度要求0.02；锤柄连接部分对于对称面的对称度要求0.05，且对于锤柄部分轴线的垂直度要求0.08；其余未注几何公差

36、均按GB/T1184-k；安装部分采用基轴制，（因为锤头是易更换件）配合尺寸50P7/h6；安装部分尺寸公差均为h7（ei=0；IT7级）其余未注公差尺寸均按GB/T1804-c（粗糙）。2312零件结构的工艺性分析影响消失模铸件结构工艺性的关键因素有铸件结构的可充填性、铸件结构的抗变形性和铸件结构的可铸造性等等。铸件结构的可充填性 是指造型材料在振动紧实过程中充填到泡沫塑料模样周围死角部位的能力。即能否将松散流动的造型材料顺利地填满模样四周和内部空腔，确保不出现充填不到的死角。铸件结构的抗变形性 泡沫模样在加工制作、挂涂料、搬运、造型、振实、抽真空过程中，保持形状尺寸稳定的能力。液态金属的凝

37、固原则 同其他的造型方法一样消失模铸造也要遵守同时凝固和顺序凝固的原则。一般有以下的原则可供参考：铸件壁厚尽量均匀，薄厚相差较大处应有一定的过渡区域。尽量减少较深、较细的盲孔。铸件结构有利于顺序凝固，成均衡化凝固。细、长件和大平板件应设加强筋，防止翘曲变形。转角处应有圆角过渡，要有一定大小的铸造圆角。消失模的最小壁厚和孔径 由于消失模的工艺特点，可铸最小壁厚和孔径、凸台、凹坑等细小部分的可能性大大提高。表2.3给出了铸件最小壁厚和孔径。表2.3铸件最小壁厚和最小孔径铸件合金种类铸铝铸铁铸钢可铸最小壁厚/mm234556可铸最小孔径/mm468101012此零件的最小壁厚15最小孔径50，由以上

38、分析可知此铸件在结构上完全满足消失模铸造要求。232绘制铸件图及模样图（1）零件机加部分的余量（2）不能直接铸出的孔、台部位（3）合金收缩和EPS模样收缩值2321 零件机加部分的余量及铸件尺寸公差由于锤头的尾部为安装部分必须有一定的精度，需要机加获得，要有一定的余量。其余部分则不需要。表2.4给出了机加工余量（红色加粗为选取值）表2.4机械加工余量（mm）铸件最大外轮廓尺寸/mm铸铝件铸铁件铸钢件100200顶面23.54侧、下面1.533（注：顶面、下面、侧面是相对于浇注位置而言）铸件的尺寸公差按照我国铸件尺寸公差标准GB6414-86等效采用ISO8062-1984铸件尺寸公差制选取CT

39、9级。数值如表2.5。（红色加粗为选取值）表2.5铸件尺寸公差值（mm）铸件尺寸公差等级CT大于至12345678910111602500.340.50.71.01.42.02.84.05.6铸件尺寸公差与加工余量之间的关系（双侧加工）如图2.7所示图2.7铸件尺寸公差与加工余量之间的关系（双侧加工）由零件基本尺寸加工余量及以上的铸件尺寸公差与加工余量之间的关系，计算铸件的尺寸：80的外圆对应铸件尺寸=80+=8650的内圆对应铸件尺寸=50=44锤柄外端面对应铸件尺寸=50+=56 其余部分不需要进行加工为原尺寸。得到铸件图各部分尺寸如图2.8所示：（网格所示范围为加工余量）图2.8铸件图及

40、加工余量2322不能直接铸出的孔、台部位此铸件不涉及这部分情况2323合金收缩和EPS模样收缩值采用消失模铸造合金收缩与传统砂型铸造工艺相近，可参见表2.6表2.6铸件收缩率K铸件合金种类铸铝灰铸铁球墨铸铁铸钢线收缩率（%）自由收缩1.82.00.91.21.21.51.82.0受阻收缩1.61.90.61.00.81.21.61.8消失模模样尺寸也就是收缩之前的铸件尺寸，设计模样尺寸可以按下式计算 (其中K=2.0%)计算的模样尺寸如图2.9所示：图2.9模样图及尺寸233设计消失模铸造工艺方案（1）模样在铸型中的位置即浇注位置。（2）确定浇注金属液引入铸型的方式。（3）一箱浇注的铸件数量及

41、布置。2331模样在铸型中的位置即浇注位置浇注位置是指在进行浇注时，铸件在铸型中所处的位置状态，浇注位置的确定在很大程度上着眼于控制铸件的顺序凝固。实现顺序凝固的铸件可以防止消除缩松、缩孔，保证获得致密的铸件。确定浇注位置的原则有：（1）铸件的重要部分应置于下部，有利于静压补缩。（2）重要的加工面朝下或直立状态。（3）铸件大平面朝下，浇注位置上不应该有大平面。（4）有利于补缩合型与浇注和补缩位置一致。确定的浇注位置如图2.10所示。2332确定浇注金属液引入铸型的方式浇注系统按照金属液的引入方式分为，（也就是内浇道的位置）顶注式、侧注式、底注式。顶注式 充型时间短，浇注速度快，可以防止塌箱，金

42、属液温度降低，防止冷隔浇不到，工艺出品率高，顺序凝固补缩效果好，但难以控制金属液流动容易使模样分解产物卷入，一般用于浇注铝合金。侧注式 从模型中间引入金属液，一般在投影面最大的位置。易出现表面缺陷。底注式 从底部引入金属液，金属液上升平稳充型慢，有利于分解产物的排出，可以支撑砂型，多用于厚大件。在一般实型铸造中要使泡沫分解的产物沿金属液上升的方向顺序排除。避免金属液流动方向与泡沫气化方向紊流而影响铸件质量。综上所述对于此铸件宜采用底注式浇注系统，且靠近锤头头部。可以防止头部产生缺陷有利于补缩，实现顺序凝固。金属液引入方式。如图2.10所示。2333一箱浇注的铸件数量及布置为了方便高铬铸铁耐磨棒

43、的负压固定及较高的工艺出品率采用一箱四件。如图2.10所示图2.10浇铸位置、金属液引入方式、件数及布置234消失模铸造浇注系统的结构和尺寸设计 消失模铸造直浇道一般宜选圆形，内浇道选矩形或梯形。因为相对于空型铸造流动条件差。因此一般消失模铸造用的浇道截面比普通的大一些。铸钢件大10%-20%。2341浇注系统各单元截面的设计一般的消失模铸造应采用封闭式浇注系统。因为封闭式浇注系统金属液静压大有利于挡渣和薄壁件的成型，也有利于保持砂箱的负压防止塌箱等等。对于消失模铸造，一般认为消失模铸造浇注系统截面要比砂型大一倍左右是由于金属液与气化的间隙太大有造成塌箱的危险。可以采用下式来确定消失模铸造浇注

44、系统各单元的尺寸。；消失模铸造采用顶注式和底注式最小断面（内浇道）。普通砂型铸造的最佳断面。计算砂型铸造的内浇道截面，再通过上式求出消失模采用底注式的内浇道截面积。然后利用，封闭式铸钢件浇注系统各单元截面关系（）,求解直浇道与横浇道截面。消失模内浇口大小，形状，方向，不可像砂型一样采用三角或薄片浇口，搭边浇口。因其金属量少，散热周边面积大，会急剧降低进入型腔的金属液温度。等于设置了卡脖子冷铁区影响白模熔化。要采用变截面式内浇口，与白模连接处内浇道口截面积厚应大于铸件壁厚的最多不超过。太厚容易形成热结倒补缩，使铸件的内浇口根部（结合处）产生缩孔甚至小渣。同时内浇道的长度尽可能的短，太长热量损失大

45、，还易形成小死角。 砂型铸造内浇道截面计算公式：浇注系统中最小断面总面积（）。G流经断面的金属液总量（Kg）。总流量损耗系数。t浇注时间。-平均静压力头（cm）G=5Kg =0.42 =24cm按照以上的设计理论经计算得到浇注系统各单元的截面形状及尺寸如图2.11所示。图2.11浇注系统各单元形状及尺寸2342浇口杯尺寸设计浇口杯采用普通漏斗，形状及尺寸如图2.12所示,尺寸如表2.7。 表2.7 浇口杯尺寸浇口杯小端直径D/mm/mm/mmh/mm金属液容量(Kg)18206056440.7图2.12浇口杯的形状及尺寸2343冒口的设计冒口的设计原则:冒口的位置要设置正确，应该放在可能产生缩孔或缩松的热结或壁厚处以提供补缩。合金元素最后充型的部位，即可逸气，集渣，在整个凝固过程有足够的液体补缩。此处的合金温度高压力大可以流到需补缩的地方。设置在白模死角处，以便集渣；同时避免该处产生气体热作用而产生缺陷。冒口不应该设