80m2电除尘器阀壳热加工工艺 毕业论文.doc
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1、 沈阳大学毕业设计 80m2电除尘器阀壳热加工工艺 专业:金属材料工程 班级:2008 级 姓名: 沈阳大学毕业设计 引言3 1 铸造工艺设计6 1.1 铸造工艺方法的选择 6 1.1.1 生产方法6 1.1.2 原砂、砂型(芯)的选择7 1.1.3 造型(芯)方法的选择 8 1.1.4 浇注位置和分型面的确定 9 1.1.5 浇注系统 .12 1.1.6 砂芯的设计17 1.2 工艺参数的计算.21 1.2.1 线收缩量21 1.2.2 铸件尺寸公差21 1.2.3 加工余量22 1.2.4 拔模斜度 .22 1.2.5 分型负数 .22 1.3 砂箱设计23 1.3.1 砂箱的分类及结构
2、.23 1.3.2 砂箱的选择及设计 .23 1.3.3 砂箱各部分的结构和尺寸23 1.3.3 合箱 .27 2 铸件热处理工艺设计29 2.1 铸件热处理概述 .29 2.2 退火方案及热处理工艺曲线图 .29 2.3 热处理炉的选取 .30 2.4 退火操作工艺 .31 结 论 32 致 谢 33 参考文献 .34 沈阳大学毕业设计 No 1 摘 要 本毕业设计为电除尘器阀壳的热加工工艺设计,设计包括铸造 工艺设计和热处理工艺设计两部分。 铸造工艺设计包括三大部分。 首先,根据阀壳的质量、材料、生产批次选择铸造方法为手工 砂型铸造,确定型(芯)砂的材料为粘土型(芯)砂。由浇注位置 的确定
3、原则选好浇注位置和分型面。再由流体力学公式计算出各浇 道的截面尺寸并设计出浇注系统的形状。其次,确定铸造工艺中的 参数,包括线收缩率、加工余量、尺寸公差、拔模斜度和分型负数。 最后,进行砂箱的设计。选择手工造型用砂箱,确定砂箱的结构及 其尺寸,包括砂箱内框、箱壁、紧固箱耳、定位装置和箱带。 热处理工艺设计中,根据阀壳的热处理工艺要求确定退火方案, 由退火方案绘制出热处理工艺曲线,然后选取热处理炉。 关键字: 热加工;铸造;热处理;热处理炉 沈阳大学毕业设计 No 2 Abstract This graduation design is the heat process design of th
4、e valve housing of the electrostatic precipitator, which includes the design of the casting process and the design of heat treatment process. The design of casting process consists of three parts. Firstly, casting method is selected to manual sand casting and the materials of molding sand(sand core)
5、is determined to clay sand (clay sand core) according to the quality, materials and production batch of valve housing. Determine the casting position and parting surface according to the principles of the casting location. Afterwards, the size of cross-section of each runner is calculated by fluid m
6、echanics formula. Then, the shape of the gating system is designed out. Secondly, the parameters of casting process is defined, including linear shrinkage allowance, dimensional tolerances, taper angle and typing negative number. Finally, we carry on the design of the sand box. Hand molding sand box
7、 is chose, after which the structure and size of the sand box is defined, including inside frame, the rampart, fastening box ear, the positioning device and the box stripe. On the process of heat treatment, the annealing scheme is defined first based on the process parameters of the valve housing. T
8、echnology curve is drawn by the annealing scheme of the heat treatment process. Then, the furnace where annealing operation is conducted finally is selected. Keywords: thermal processing; casting; heat treatment; heat treatment furnace 沈阳大学毕业设计 No 3 引 言 我国的制造业迅猛发展,现在继美国、日本、德国之后,生产 规模已跃居世界第四位,我国境内的制成
9、品在国际市场占有份额迅 速增长,已成为世界上的制造大国。 但世界制造大国并不就是世界制造强国。我国制造业虽名列世 界第四位,但总体规模较低,制造业人均劳动生产率远远落后于发 达国家。技术创新能力落后,有自主知识产权的产品少,依附于国 外企业的组装业比重大。低水平生产能力过剩,高水平生产能力过 剩,大量先进设备仍依赖进口。 为了使我国尽快地成为世界制造强国,就要改造传统工业,发 展先进制造技术。 我国的铸造技术历史悠久。早在三千多年前青铜铸器已有应用, 二千五百年前铸铁工具已经相当普遍。大量历史文物显示了我国古 代人民在铸造机技术上的精湛创造。泥型、金属型和失蜡型是我国 创造的三大铸造技术。 近
10、几十年来,我国的铸造技术发展迅速。在砂型铸造方面,推 广、应用了快速硬化的水玻璃砂、自硬砂及树脂砂等,可制出精确 铸型及砂芯;机器造型技术不断发展,可用湿型砂制造出高密度铸 型,从而获得精确铸件,进一步扩大了砂型铸造的应用范围。在铸 造合金方面,发展了高强度、高韧性的球墨铸铁和各类合金铸铁, 成功地用球墨铸铁件代替了某些锻钢件。在铸造设备方面,已建立 起许多先进的机械化、自动化高密度砂型造型生产线。在新工艺、 沈阳大学毕业设计 No 4 新技术方面,各种特种铸造、精确铸造方法得到发展和应用。所有 这些都使铸件质量和生产效率不断提高,劳动条件不断改善。 铸造生产是以异型的金属毛坯和零件供应国民经
11、济部门,首先 供给机器制造业及金属加工业。它是机械工业的基础,是工业生产 的重要组成部分。美国 10 项主要工业部门增加生产产值的指标中, 铸件的产值仅次于汽车、黑色冶金、化学制品及飞机制造业,列第 五位。铸造生产在国民经济中的作用不断提高,在现代的机械设备 中,铸件重量约占其中总重量的(5085)%。但铸造生产的发展受 到多因素的限制,要求在稳定提高铸件质量的前提下,应尽量地节 省原材料及能源,降低成本,减少公害,努力实现铸造生产过程机 械化、自动化和专业化,以达到优质、高产、低耗、少污染的要求。 “优质”的含义一般包括铸件的质量轻,性能好、尺寸精度及表面 光洁度高等方面。为了实现上述的要求
12、,人们对老的铸造工艺方法 进行改进和革新,并研制出许多新的工艺方法,有力地推动了铸造 生产和科学技术不断向前发展。随着科学技术和工业生产的不断发 展,新的铸造方法不断出现,我们应努力学习先进的铸造科学技术, 不断提高我国铸造生产水平,为四化建设生产更多、更好的铸件。 在整个国民经济中凡涉及机械制造的任何领域中,热处理也是 一项广泛应用的重要的基础工艺之一。它是金属材料在严格控制的 加热和冷却条件下进行处理,通过改变材料内部的显微组织来达到 人们所要求的使用性能或服役寿命。 具体的要求往往在下述方面:软化材料,改善成型性能,提 沈阳大学毕业设计 No 5 高机加工效率和生产效率;提高材料的强度和
13、韧度,增加零部件的 寿命;在保证材料心部性能的同时提高工件的表面强度、硬度、耐 磨性、疲劳性和耐蚀性等;研制新型材料和针对已出现的特种材料 通过热处理方法获得特殊的物理、化学性能以满足医疗、宇航、生 物、光学、电子等领域中高要求的应用;改进传统材料的生产和处 理,细化材料的组织,大大提高强度和韧度,充分发挥材料潜能, 满足愈来愈高的工业需要;应用物理和化学沉积方法使材料表面的 性能发生质的飞跃,满足高速高精度加工的需要和高耐磨、耐蚀环 境下的使用要求;应用纳米技术、复合材料技术制造出特种性能的 材料。 金属制品和工件经热处理使其达到所要求的组织、性能和服役 寿命,应按精确生产方式来完成,即使其
14、在精确可靠运行的清洁设 备中,按科学先进的工艺方法,在严格的管理下去完成处理全过程, 获得分散度为零的高质量水平。严格的管理包括工艺执行管理、设 备管理、质量管理、能源管理、环保管理和人力资源管理等。这些 管理项目在质量保证体系和环保体系的认证中规定十分明确。对一 个投资企业,应十分重视 ISO9000,QS9000 和 ISO14000 等的认 证。达到这些认证,才能找到和确定企业和汽车、宇航航空、机械、 化工、冶金、纺织、工模具等方面领域的固定客户,并争取维持长 期合作关系。 沈阳大学毕业设计 No 6 1 铸造工艺设计 编制工艺是铸造生产过程中的一个工序。 1.1 铸造工艺方法的选择 1
15、.1.1 生产方法 铸造生产可以分为砂型铸造和特种铸造两大类。特种铸造包括 熔模铸造、金属型铸造、压力铸造等。根据所铸零件的要求选择合 适的铸造方法。 砂型铸造:最常用的铸造方法,不受零件尺寸、轮廓、合金种 类、生产批量的限制;造型材料来源较广,生产准备周期短,成本 低。缺点是劳动强度大,铸件质量欠佳,铸型只能使用一次,生产 率低。 熔模铸造:熔模铸造的优点就是熔模铸件有着很高的尺寸精 度和表面光洁度,所以可减少机械加工工作 ;可以铸造各种合金 的复杂的铸件,特别可以铸造高温合金铸件 。但熔模铸造的工序 繁杂,生产周期长,原辅材料费用比砂型铸造高,生产成本较高, 铸件不宜太大、太长,一般限于
16、25kg 以下。 金属型铸造:金属性铸造有很多优点,与砂型铸造比能提高铸 件的力学性能,生产效率高,铸件产生缺陷的 因素减少,工序简 单,易实现机械化和自动化。 但金属型铸造模具成本高,只能适 合批量、大批量生产,此外不宜采用高熔点合金以提高模具的使用 沈阳大学毕业设计 No 7 寿命。 压力铸造:压力铸造具有生产率高、易于自动化、工序简单的 优点。但由于金属模具制作成本昂贵不适合小批量生产,不宜用于 高熔点金属铸造。 由于本设计的零件为单件生产,零件材质为灰口铸铁,质量为 114kg。故选择砂型铸造。 1.1.2 原砂、砂型(芯)的选择 1)原砂的选择 砂型铸造中常用的原砂有石英(SiO2)
17、 、锆英砂(ZrO2 SiO2) 、 莫来石(3Al2O32SiO2) 。原砂的蓄热系数对凝固有着重要的影响, 系数愈大,吸收的热量愈多,铸件的冷却速度愈快,铸件的结晶组 织愈细。原砂的热膨胀性影响铸件尺寸精度,常用线膨胀系数表示 热膨胀系数。下表为以上三种原砂的主要的热物理性能 表 1 原砂的热物理性能 原砂 熔点 蓄热系数 J/m2 线膨胀系数 110-6(1/) 石英砂17131115.216.0 锆英砂2420836.45.5 莫来石1810627.34.5 由于,石英砂的粒度等级广泛,能与各种铸造粘结剂结合,资 源丰富,价格低廉,蓄热系数大,铸件能快速冷却。但石英砂热膨 胀系数大,将
18、使铸件产生夹砂。尺寸不符等缺陷。 沈阳大学毕业设计 No 8 综合考虑后,选择石英砂作为原砂。 2)型砂(芯)的选择 (1)型砂的选择 型砂一般由铸造用原砂、型砂粘结剂和 附加物等造型材料按 一定的比例混合而成。 型砂主要有干型砂和湿型砂。 干型砂:经过烘干的砂型称为干型砂。烘干后增强了型砂的 强度、透气性,大大减少了由于铸型方面的原因而产生的气孔、 砂眼、夹砂等缺陷。缺点是生产周期长 ,需要烘干设备,难于自 动化。主要用于结构复杂、单件、小批量生产的中大型铸件。 湿型砂:向原砂中加入适量的水和粘土,混制成的型砂称为 湿型砂。湿型砂生产周期短,生产率高,经济,易于自动化等优 点。缺点是水分高,
19、强度低,适于小型铸件。 鉴于所铸零件为中型复杂件 ,因此选择干型砂。 (2)粘结剂的选择 铸造粘结剂的主要作用是将颗粒状或粉末状造型材料形成有 一定强度的连续粘结膜而形成铸型。粘结剂可以分为有机粘结剂 与无机粘结剂两大类。前者包括粘土、水泥、硅溶胶、水玻璃等, 后者包括植物油、合酯及各种树脂等。 选择粘土。 1.1.3 造型(芯)方法的选择 造型方法有手工造型和机械造型,选择手工造型中的两箱造型。 模型选择木模。由于阀壳有无法起模的部位,需要将其设为活块或 沈阳大学毕业设计 No 9 者采用其他方法,具体的做法是如下: ,阀壳的两个加强筋的主要作用是支持作用,对尺寸的要求 不大,故在造型时将加
20、强筋设为泡沫。 ,阀壳周围分别若干的小凸台不能起模,可设为泡沫 ,阀壳两侧各有一个凸台不能起模,由于凸台内侧需要机加 工,因此凸台内侧不铸,这样可以顺利起模。 造芯方法也有手工造型和机械造型两种,选择手工造芯中的芯 盒造芯。 造好的型砂及芯砂都要进行烘干脱水称为干型砂。 1.1.4 浇注位置和分型面的确定 浇注位置是指浇注是,铸件在铸型中所在的位置。浇注位置的 确定一般按照一下原则: 必须使铸件上最重要的部分或较大平面朝下,当不可能朝下 时,可放在侧面。这样可以减少重要部分或平面出现气孔、砂眼、 包砂、缩松等缺陷。 铸件的放置应有利于砂芯的定位与稳固支承。对体积较大的 砂芯,最好使芯头朝下。
21、铸型的位置应有利于在浇注时,砂型和砂芯的排气。 分型面是指模型直接相互接触的表面。分型面的选择与浇注位 置的选择有密切的联系,为了保证铸件的质量和简化工艺,分型面 的选择应尽量与浇注位置一致。 对于本铸件可能的方案有三个,如下图所示。黑色直线表示分 沈阳大学毕业设计 No 10 型面。 图 1 A 方案 图 2 B 方案 沈阳大学毕业设计 No 11 图 3 C 方案 现从起模、铸件质量、铁水填充和芯子放置四个角度对三种方 案进行比较。 A 方案:起模容易,除加强筋、若干小台阶和抓不能起模,其 他部位都可以。大平面侧放,能够一定程度上保证平面的铸造质量, 筒型内廓的上表面朝上,可能会产生气泡等
22、缺陷。较大截面芯子水 平放置不利于其稳固。铁水在型腔中的流动复杂。 B 方案:起模复杂,大平面和和筒型内轮廓都侧放,一定程度 上保证重要加工面的质量。较大截面芯子竖直放置有利于其稳固。 铁水充型较顺利。 C 方案:起模复杂,大平面朝上不能保证重要加工面的质量 从四个角度综合考虑后,首先排除 C 方案,由于 A 方案起模容易大 大减轻了造型中的工作量,故选择 A 方案。A 方案存在一下问题及 解决方法: 铁水不易在型腔中均匀填充,为防止引起的铁水流动集中 沈阳大学毕业设计 No 12 应在水平方向多设内浇道。 筒型内廓朝上可能会产生气泡等缺陷,应加大机械加工余量。 1.1.5 浇注系统 铸型中引
23、导液体金属流如型腔的通道称为浇注系统。浇注系统 应保证液态金属平稳地、无冲击地、连续地充满型腔。 浇注系统由直浇道、横浇道、内浇道和浇口杯组成 1)浇注系统的类型选择 浇注系统按金属液导入型腔的位置分为顶注式、中注式和底注 式等。由于中注式的优缺点介于顶注式和中注式之间,且造型简单, 故采用中注式。浇注系统按各单元截面的比例分为收缩式浇注系统 (F直F横F内) 、扩张式浇注系统(F直F横F内)和半扩张式 浇注系统(F横F直F内) 。由于收缩式浇注系统的最初阶段直至 整个充型过程都保持充满状态,金属液中的渣子易于上浮到横浇道 上部,避免进入型腔。此外,这种浇注系统所占体积较小,减小了 合金的消耗
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