ZG 齿轮铸造工艺设计 课程设计

ZG45齿轮铸造工艺设计（论文）（论文）（论文）（论文）摘要为了获得ZG45齿轮铸造的合理铸造工艺 设计方案 关于薪酬设计方案通用技术作品设计方案停车场设计方案多媒体教室设计方案农贸市场设计方案 ，初步设计了ZGc45齿轮的铸造工艺 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，通过PROCAST进行模拟仿真，根据模拟结果，对其进行分析，铸造工艺方案的合理性。结果表明：45齿轮轮的浇注系统采用底注式；浇口比为∑S内：∑S横：∑S直=1.0：0.8：1.2；冒口为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 腰形暗冒口，个数为6个，尺寸为a=70mm，b=140mm，h=105mm。这样的铸造工艺设计方案对于45大齿轮轮来说是合理的。对齿轮工作条件的分析，根据其性能特点制定正火、调质、高频退火、低温回火热处理工艺。关键词铸造工艺设计，齿轮，PROCAST，热处理目录摘要......................................................................................................................................I目录....................................................................................................................................II1铸件铸造性能与结构特点.............................................................................................12铸造工艺设计.................................................................................................................22.1铸件结构铸造工艺性分析.......................................................................................22.2铸造方法的选择.....................................................................................................22.3工艺参数设计.........................................................................................................32.3.1铸件尺寸公差.............................................................................................32.3.2铸件重量公差.............................................................................................32.3.3机械加工余量.............................................................................................42.3.4铸件线收缩率.............................................................................................42.3.5起模斜度....................................................................................................42.4砂芯设计................................................................................................................42.5浇注系统设计.........................................................................................................42.5.1计算静压头尺寸..........................................................................................42.5.2浇注系统尺寸设计......................................................................................42.6冒口设计................................................................................................................42.7铸造工艺图............................................................................................................53铸件充型及冷却过程模拟.............................................................................................63.1铸件的充型模拟及其分析.......................................................................................63.2铸件冷却的模拟及其分析.......................................................................................84热处理工艺设计...........................................................................................................125结论...............................................................................................................................13参考文献...........................................................................................................................1411铸件铸造性能与结构特点45铸钢齿轮在铸造过程中容易产生裂纹，因为：齿轮壁厚差异大，齿轮幅25mm，轮毅150mm，轮缘100mm，由于凝固收缩不均衡极易产生铸造热裂纹。45铸钢收缩大，因此热应力也大。如果铸造工艺、热处理工艺处理不当极易产生裂纹(冷裂纹)。齿轮类铸件要求组织致密，应保证齿轮在加工过程中无铸造缺陷。该齿轮重点是轮毂和轮缘较厚、较高，工艺设计必须充分考虑补缩，同时控制铸件凝固过程中的顺序，创造有利的补缩条件，提高铸件补缩的致密度[1]。22铸造工艺设计2.1铸件结构铸造工艺性分析技术要求：①该钢件在铸造后加工，表面不得有夹渣、裂纹等铸造缺陷。②粗车调质HB220－255。③128HD双键槽对φ中心不得＞0.04/150。④未注明铸造圆角均为R5~10mm。为了保证吃轮的高质量所以齿轮的齿和轮毂上的键槽不铸出，后期加工出来，其结构如下图：图1齿轮结构简图2.2铸造方法的选择采用砂型铸造方法来进行，选用水玻璃砂来造型和制芯。水玻璃砂有以下特点：水玻璃的原材料资源丰富、价格便宜；水玻璃砂在混制、造型、浇注和落砂过程中不析出有毒气体，也无黑色污染，是一种较好的清洁造型、制芯的型砂粘接剂；型砂不含氮、硫、磷，在高温下呈现一定的塑形，比较适用于浇注铸钢件和大型铸铁件。目前在我国铸造生产中得到应用的水玻璃砂工艺按其硬化方法可普遍分为如下四种：干燥法、CO2法、酯硬化法和VRH-CO2法。但CO2法主要有以下几点缺点：3（1）CO2硬化水玻璃砂强度低，导致水玻璃加入质量分数高达8.0%以上，浇注后型、芯砂溃散性很差，铸件清砂极端困难。（2）CO2硬化时水玻璃砂易于过吹，而且硬化的水玻璃砂在存放过程中容易吸湿，表面形成白霜和粉化，表面安定性明显下降。（3）水玻璃砂旧砂再生非常困难，我国基本上不回用，增加了新砂用量，也造成了环境污染。由于上述问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，水玻璃砂应用受阻，特别是20世纪70年代呋喃树脂砂的开发成功，使CO2硬化水玻璃砂收到了冲击而迅速萎缩。但是，树脂的价格高，也存在环保问题，又迫使人们重新对水玻璃基本组成的深入研究，发现新制备的水玻璃是一种真溶液，在它存放过程中，硅酸分子产生缩聚反应而形成大分子结构，导致水玻璃粘接性能下降，即被称之为“老化”现象。若对已老化水玻璃给予能量，消除其老化现象，那么它的粘接强度可提高20%~30%。同时，采用液体有机酯取代CO2气体，又可使水玻璃砂的强度提高30%以上。由于上述二项有效措施的应用，使其水玻璃加入质量分数可降低到3.5%以下，明显改善了它的溃散性，使其旧砂再生回用成为可能[2]。采用手工造型中的砂箱造型，采用两箱造型。齿轮轮毂的通孔中间是需要铸造出来的，因此必须制作一个芯子。对于一箱一件的铸造工艺来说，我们可以采取手工制芯中的芯盒制芯方法。该方法的主要特点是，用芯盒内表面形成的砂芯的形状，砂芯尺寸精确，可制造小而复杂的砂芯。2.3工艺参数设计2.3.1铸件尺寸公差由于该铸件的材质是ZG45，并且尺寸精度要求比较高，再考虑到该铸件是用砂型铸造手工造型，所选用的造型材料为化学粘接剂砂。经查资料[2]可得，铸件尺寸公差等级为CT12，铸件尺寸公差数值为10mm。但考虑到铸件的实际要求，选取铸件尺寸公差数值为1mm。由于该铸件的材质是ZG45，并且尺寸精度要求比较高，再考虑到该铸件是用砂型铸造手工造型，所选用的造型材料为化学粘接剂砂。经查资料[2]可得，铸件尺寸公差等级为CT12，铸件尺寸公差数值为9mm。但考虑到铸件的实际要求，选取铸件尺寸公差数值为1mm。2.3.2铸件重量公差铸件采用的是砂型手工造型，且为铸钢件，该铸件重量为92kg。经查资料[2]可得，铸件重量公差数值为14%。42.3.3机械加工余量齿轮的材质为ZG45，要求的机械加工余量等级为H，最大轮廓尺寸为580mm，机械加工余量为10mm。2.3.4铸件线收缩率齿轮结构复杂，其各部分冷却速度不同，互相制约，使铸件不能自由收缩，铸件线收缩率较小。因此选定其线收缩率为2.0%。2.3.5起模斜度采用增加铸件壁厚法来设计起模斜度齿轮轮是采用木模样自硬砂造型，经资料[2]可得，模样外表面的起模斜度α=0°40′，a=2.0mm。2.4砂芯设计齿轮轮毂中间孔是需要铸造出来的，因此必须安放一个砂芯。为了不影响冒口的摆放位置，所设计的砂芯在靠近冒口的端面与铸件齐平。砂芯高为150mm,芯头斜度为45°。2.5浇注系统设计2.5.1计算静压头尺寸280840MHLtgmmtgmmα≥=×≈有冒口高度为105及采用底注式所以直浇道高取300mm。2.5.2浇注系统尺寸设计根据资料[3],查表117页表格选取浇注系统的浇口比为：∑S内：∑S横：∑S直=1：0.8：1.2内浇道面积为7.7cm2。所以横浇道为6.2cm2，直浇道为9.2cm2。2.6冒口设计轮缘与福板上肋板交界处有热节，需要6个冒口。此处的模数可以当作是T形接口来算模数[3]：铸件出圆弧状用标准腰形暗冒口取模数为3.22的，冒口尺寸是a=70mm，b=140mm，h=105mm。100501.0661.0661.8cm250MM×==×=×+杆（100）52.7铸造工艺图齿轮的铸造工艺图如下图３直浇道为的压头有300mm，冒口６个。图3齿轮铸铸造的工艺图其直浇道，横浇道，内浇道的横切面如下图：图4直浇道的示意图图5横浇道的示意图图6内浇道的示意图图2冒口的尺寸图6铸件充型及冷却过程模拟3.1铸件的充型模拟及其分析用PROCAST模拟软件对铸件进行充型及冷却模拟其分析。浇注温度为1640℃，冲型时间经过计算为10s。浇注时间τ可以采用下面经验公式来计算[4]：τ=Amn式中τ—浇式注时间s；m—铸件或浇注金属质量kg；A、n—系数。经查资料[1]表3-4-4公中的系数，A=1，n=0.5。τ=1×920.5≈10s。其模拟的充型结果如下：图7金属液开始进入铸型7图8金属液经过福板图9金属液到达齿轮轮缘8图10金属液进入冒口图11铸型填充完成由图10可以看出金属液从齿轮福板进入齿轮轮缘时，金属液最前端在冒口下方汇合最后进入了冒口，这对铸件的质量是非常有利的[5]。3.2铸件冷却的模拟及其分析铸件在冷却过程中的温度变化如下图：9图12齿轮的轮缘处和浇注系统冷却最大图13冒口金属液下移10图14冒口产生大量缩陷图1511图16铸件及冒口的剖面图从图14可以看出冒口对铸件的补缩良好。从图16的剖面图来看铸件内部结构致密，冒口设置大小适中。攀枝花学院本科课程设计（论文）4热处理工艺设计124热处理工艺设计齿面的接触传递动力，齿部承受很大的交变弯曲应力和接触应力的作用，在相互啮合的齿面上会有强烈的摩擦。啮合不均匀时，还会产生冲击力。齿轮的损坏形式主要是齿部折断和齿面的过度磨损[6]。根据齿轮的受力情况和失效分析，可知齿轮一般都需经过适当的热处理，以提高承载能力和延长使用寿命，齿轮在热处理后应满足下列性能要求[7]：(1)高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度(抗疲劳点蚀)。(2)齿面具有较高的硬度和耐磨性。(3)齿轮心部具有足够的强度和韧性。齿轮的材料及热处理对齿轮的内在质量和使用性能都有很大的影响。在零件铸造后还需要正火→初加工→调质→精加工→高频淬火及低温会火→精磨其工艺卡片如表1。表1热处理工艺卡片零件名称：大齿轮热处理工艺卡热处理技术要求：硬度：40~45HBC抗疲劳极限：650~750Mpa弯曲疲劳极限：560~620Mpa材料：45工序号名称设备工具装料工艺 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 冷却备注工具数量一工具装数量/件温度/℃加热时间保温时/h间合计介质温度/℃1正火850120min空气252淬火85080min油淬253高温回火62060min空气254高频淬火8700.5s乳化液255低温回火20460min空冷25攀枝花学院本科课程设计（论文）5结论135结论(1)浇注系统的浇口比一定要选择适当，避免引起太大的紊流，产生较大的卷气。45齿轮的浇口比为∑S内：∑S横：∑S直=1.0：0.8：1.2。(2)冒口的设计必须根据具体铸件具体设计。工具书上的一些参数可以适当作为参考，应该根据铸件的实际情况来设计冒口。45齿轮的冒口个数是6个，每个尺寸是a=70mm，b=140mm，h=105mm。(3)不仅要考虑铸造方便，还应考虑到后续工序的方便。(4)在模拟仿真中，网格划分个数要适当。若网格数量过少，会导致网格过大造成模拟时前置处理时，生成网格发生错误如有网格中三角形角度过小且模拟结果与实际相差很大，模拟分析毫无意义；若网格数量过大，模拟结果虽与实际吻合程度高，但会造成计算机模拟时间很长可能达到几十上百小时，造成资源浪费。参考文献14参考文献[1]王文清，李魁盛．铸造工艺学[M].北京：机械工业出版社，2002．[2]中国机械工程学会铸造分会.铸造手册(第五卷)．铸造工艺[M].北京：机械工业出版，2003[3]李弘英，赵成志．铸造工艺设计[M].北京：机械工艺设计，2005．[4]励琦，夏琦名．直浇道/横浇道控制浇道系统的应用[J]．造型材料，2005，32（1）：44．[5]刘冠岳．计算机仿真和试验设计在铸造工艺设计上的应用研究[D]．安徽工程大学，2010．[6]郑文伟，吴坚克．机械原理(第七版)[M]．北京：高等教育出版社，1997．[7]张京山．金属及合金材料手册[M]．北京：金盾出版社，2005． 摘要 目录 1铸件铸造性能与结构特点 2铸造工艺设计 2.1铸件结构铸造工艺性分析 2.2铸造方法的选择 2.3工艺参数设计 2.3.1铸件尺寸公差 2.3.2铸件重量公差 2.3.3机械加工余量 2.3.4铸件线收缩率 2.3.5起模斜度 2.4砂芯设计 2.5浇注系统设计 2.5.1计算静压头尺寸 2.5.2浇注系统尺寸设计 2.6冒口设计 2.7铸造工艺图 铸件充型及冷却过程模拟 3.1铸件的充型模拟及其分析 3.2铸件冷却的模拟及其分析 4热处理工艺设计 5结论 参考文献