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1、河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告（學(xué)生填表）學(xué)院： 材料科學(xué)與工程學(xué)院 2015年3月30日課題名稱磨機(jī)端蓋鑄造工藝設(shè)計學(xué)生姓名專業(yè)班級鑄造111課題類型設(shè)計指導(dǎo)教師職稱講師課題來源科研1. 設(shè)計（或研究）的依據(jù)與意義本次設(shè)計的鑄件為濕式棒磨機(jī)出料端蓋，鑄件材料為ZG270-500碳鋼，要求輥體組織致密，表面光潔，中空軸軸頸面上氣孔不超過5個，氣孔尺寸小于3mm3mm，鑄件允許焊補。本鑄件外形尺寸大小為3970mm1435mm，主要壁厚110mm，最大壁厚158mm，鑄件壁厚尺寸變化較大，在下部小法蘭軸頸處和上部喇叭口軸頸處易出現(xiàn)縮孔、縮松缺陷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量?？紤]到鑄件外形尺寸較大，本
2、鑄件采用地坑造型。地坑造型主要適用于單件或小批量生產(chǎn)的大中型鑄件，可以不受工裝設(shè)備的限制，生產(chǎn)較為靈活，成本較低。但是操作煩瑣，容易出現(xiàn)問題，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證，不便于標(biāo)準(zhǔn)化，所以不適用于大批量生產(chǎn)。對于磨機(jī)端蓋的生產(chǎn)，我國大部分廠家仍是應(yīng)用傳統(tǒng)的CO2硬化水玻璃砂工藝。水玻璃砂硬化快，簡化造型和制芯工藝，縮短生產(chǎn)周期；鑄造缺陷少，提高了鑄件質(zhì)量。但是水玻璃砂也存在許多問題，用于厚大鑄鋼件粘砂比較嚴(yán)重；CO2水玻璃砂硬化后放置一段時間，在型（芯）表面會出現(xiàn)一層白霜，澆注時易產(chǎn)生沖砂缺陷；澆注后CO2水玻璃砂具有較大的殘留強(qiáng)度，潰散性差；CO2水玻璃砂具有吸濕性，在我國南方的梅雨季節(jié)嚴(yán)重影響正常的
3、生產(chǎn)；水玻璃砂舊砂再生和回用性困難。所以以上缺點嚴(yán)重阻礙了水玻璃砂的廣泛應(yīng)用。樹脂砂由于能獲得高質(zhì)量鑄件，近年來在國內(nèi)得到大幅度的推廣和應(yīng)用。樹脂砂潰散性較好，容易出砂；硬化速度快，利于提高型芯質(zhì)量；使用時間范圍大，利于生產(chǎn)安排；樹脂砂回用性好，舊砂回用率達(dá)到90%以上。但是樹脂砂對原砂要求較高，在生產(chǎn)過程中有刺激性氣味，且現(xiàn)場控制不當(dāng)容易產(chǎn)生諸多問題。通過以上比較，本鑄件決定采用樹脂砂。嚴(yán)格控制工藝，獲得尺寸精度高，表面質(zhì)量好，輪廓清晰的鑄件。2. 國內(nèi)外同類設(shè)計（或同類研究）的概況綜述1984年齊齊哈爾第一機(jī)床廠與哈爾濱科技大學(xué)、沈陽重型機(jī)器廠合作，澆制了小到幾斤大到十幾噸的樣塊及模塊進(jìn)行
4、探索性實驗，并實驗了厚大斷面球鐵件的凝固特性和控制冷卻方法，采取鑄件大平面朝下，多箱組合造型，雙層澆注的鑄造工藝，生產(chǎn)出了符合要求的球鐵端蓋。2002年河南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的王愛琴等和中信重型機(jī)械公司的岳宗格等針對大型球磨機(jī)端蓋尺寸較大，壁厚較薄，鑄件易形成顯微縮松的問題，通過計算機(jī)凝固過程模擬，在內(nèi)圓設(shè)置整圈補貼，在小頭端法蘭底面及外側(cè)面、大端法蘭外錐面外圈凸帶處設(shè)置整圈掛砂冷鐵，鑄件上部設(shè)置4個保溫冒口，采用階梯式澆注系統(tǒng)。解決了鑄件常見的縮孔、縮松問題，生產(chǎn)出了結(jié)構(gòu)完整、無缺陷的鑄件。2009年河南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院王錦永等優(yōu)化了焦作礦山機(jī)械廠常年生產(chǎn)的輪廓尺寸為388
5、01760mm的球磨機(jī)端蓋鑄造工藝。首先通過采用傳統(tǒng)的鑄造工藝設(shè)計方法確定出基本的鑄造工藝，再通過華鑄軟件對鑄件的凝固過程進(jìn)行模擬，預(yù)測了縮松、縮孔產(chǎn)生的部位和大小并分析原因，加厚了端蓋下端小法蘭處冷鐵的厚度，并在上端喇叭口厚大部位增加了了冷鐵。實現(xiàn)了鑄件自下而上的順序凝固，獲得了合格的鑄件。2010年中國有色（沈陽）冶金機(jī)械有限公司的劉學(xué)、南國峰針對用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的鑄鋼端蓋，鑄件的質(zhì)量很不穩(wěn)定，常存在鑄件軸頭拋光面存在砂眼和氣孔缺陷，有的端蓋軸頭拋光面部位探傷存在超標(biāo)的縮松缺陷以及端盤根部圓角部位產(chǎn)生周向裂紋，磁粉探傷不合格。為解決以上三個常見問題，改進(jìn)了鑄造工藝：（1）將澆注系統(tǒng)改為上下兩
6、層側(cè)切式內(nèi)澆道，使鋼液充型過程中產(chǎn)生快速的旋轉(zhuǎn)，加速鋼液內(nèi)的渣、砂和氣體的上浮排出。（2）取消內(nèi)澆道處的砂脖，以減少鋼液充型過程中在內(nèi)澆道處產(chǎn)生涮砂，減少砂眼的產(chǎn)生。（3）在鑄件軸頭內(nèi)徑下端設(shè)置一圈或兩圈外冷鐵，加速鋼液份凝固速度，以提高軸頸拋光面部位的內(nèi)在質(zhì)量，并可減小補貼的厚度。（4）在鑄件下法蘭的背面放置厚100mm左右的石灰石砂，減少下法蘭與上部端盤之間的收縮阻力，即減少了上部端盤根部圓角部位的收縮應(yīng)力，以避免裂紋的產(chǎn)生。經(jīng)過以上工藝改進(jìn)，基本消除了軸頸拋光面部位的砂眼和氣孔缺陷，偶爾內(nèi)澆道處出現(xiàn)微小裂紋，經(jīng)粗加工也容易修復(fù)，鑄件的內(nèi)在質(zhì)量得到保證。經(jīng)超聲波探傷全部合格，端盤根部圓角部
7、位的裂紋基本消除，使鑄件的質(zhì)量上了一個新臺階。通過以上研究案例可以看出對于大型端蓋的鑄造工藝可以不斷優(yōu)化，找到節(jié)約金屬，方便造型，鑄件質(zhì)量穩(wěn)定的最佳方案。關(guān)鍵是采取合適的措施使鑄件實現(xiàn)自下而上的順序凝固，解決端蓋下端小法蘭和上部大法蘭軸頸處的縮松、縮孔問題。3. 課題設(shè)計（或研究）的內(nèi)容（1）根據(jù)端蓋的材料以及結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行合適的工藝設(shè)計；（2）砂型以及砂芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計，鑄造工藝設(shè)計；（3）采用鑄造模擬軟件進(jìn)行鑄件凝固過程的模擬；（4）繪制鑄造工藝圖、模樣圖、裝配圖。4. 設(shè)計（或研究）方法 （1）根據(jù)端蓋的材料以及結(jié)構(gòu)特點查尋相關(guān)文獻(xiàn)； （2）根據(jù)鑄件特點及相關(guān)鑄造工藝手冊進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計； （3）采用鑄造模擬軟件模擬鑄件凝固過程； （4）根據(jù)模擬結(jié)果，更改鑄造工藝，直至模擬出合格鑄件。5. 實施計劃 3.254.12查閱文獻(xiàn)，撰寫開題報告，外文翻譯； 4.135.3鑄件工藝設(shè)計，工藝圖的繪制以及砂型、砂型的設(shè)計； 5.45.25數(shù)值模擬、整理結(jié)果，撰寫說明書；指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日教研室意見教研室主任簽字： 年 月 日
磨機(jī)端蓋鑄造工藝設(shè)計開題報告
