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1、课程设计说明书课程设计名称：材料成型装备及自动化课程设计课程设计题目：型砂性能测试用夹具的课程设计 学 院 名 称：机电工程学院 专 业 班 级：2013级材控1班 学 生 学 号：1303181005 学 生 姓 名：郭强龙 学 生 成 绩： 指 导 教 师：吴和保 课程设计时间：2016.06.06 至 2016.06.19 一、课程设计的任务和基本要求1. 设计题目：型砂智能化综合性能检测装置的设计2. 设计结构简图：3. 设计的主要部件：主要部件包括：工作台架、型砂透气性检测机构、型砂试样制备与性能检测机构、检测夹具设计、检测装置液压系统设计和电驱动系统的设计。4. 设计要求：1. 每
2、个班学生分为6组：即工作台架设计、透气性检测机构设计、试样制备与检测机构设计、夹具设计、液压系统设计、电驱动系统的设计；2. 设计计算：立柱强度计算、检测上横梁强度计算、检测装置液压系统计算、电驱动丝杆机构和电机功率计算；3. 图纸设计：工作台架、透气性检测机构、试样制备与检测机构、液压缸设计、电驱动丝杆机构和夹具的三维设计；4. 控制系统设计：液压控制系统设计、电路控制系统图的绘制；5. 撰写课程设计报告。5. 设计刚要：设计的参数说明：6. 设计步骤：1） 根据二维图熟悉型砂性能综合检查装置的基本原理和性能要求；2） 进行各机构的设计计算；3） 根据设计计算结果，对装置的各部件进行材料选用
3、和标准间的选型；4） 绘制机构各部件三维图和装置总体三维图；5） 撰写课程设计报告；6） 进行课程设计答辩。二、进度安排2016.06.06-2016.06.06课程设计指导及安排2016.06.07-2016.06.09 分组、查阅资料2016.06.10-2016.06.12 设计计算2016.06.13-2016.06.16 设计校核2016.06.17-2016.06.18 撰写设计说明书2016.06.19-2016.06.19 课程设计答辩三、参考资料或参考文献1 樊自田.材料成型装备及自动化.机械工业出版社.2014年7月第1版2 濮良贵，陈国定，吴立言.机械设计.高等教育出版社
4、.2013年5月第9版3 范钦珊.材料力学.高等教育出版社.2005年7月第2版 本科生课程设计成绩评定表姓名郭强龙专业班级材控1班学号1303181005课程设计题目：型砂性能测试用夹具的课程设计课程设计答辩记录：（手写）成绩评定依据：项目得分比例考勤记录设计结果报告撰写答辩成绩备注：成绩评定依据的项目内容和项目分值比例可以由老师按指导的专业进行调整，但成绩评定依据的项目数不得少于3项。最终评定成绩： 指导教师签名： 年 月 日目 录一、 铸造型砂性能分析检测方法概述11.1、铸造型砂性能检测的主要内容11.2、铸造型砂强度检测方法及原理21.3、铸造型砂紧实率的检测方法及原理21.4、铸造
5、型砂透气性检测方法及原理3二、 测试装置夹具设计计算42.1、 砂型试样压制冲头及连接夹具的设计41） 压制冲头和夹具受力42） 冲头和夹具的截面积43） 绘制冲头和夹具的图形52.2、 型砂制样筒及底座的设计61） 制样筒及底座的受力62） 制样筒及底座的截面积63） 绘制制样筒及底座的图形7三、小结8一、 铸造型砂性能分析检测方法概述1.1、铸造型砂性能检测的主要内容一般来说，型砂性能可以分为型砂物理性能及机械性能。型砂物理性能的检测主要包括型砂透气性、砂温、含水量和紧实率等，型砂机械性能以前通常指型砂的各种湿强度、韧性的检测。其中，紧实率和湿压强度是最有代表性的型砂性能指标，而紧实率反映
6、型砂混碾揉和程度和回性优劣，必须将它严格控制在工艺规范要求的范围内。湿型砂的紧实率是和水分、强度、造型材料配比等指标均相关的一个综合参数。通过检测检测紧实率可以调整型砂中的加水量，把紧实率控制在一定的范围内即可保证水分的相对稳定性，同时可使型砂获得一定的湿压强度，韧性和流动性等综合性能。目前国外普遍采用三锤制样机配合相应量具测定型砂紧实率，采用型砂硬度计测定型砂表面硬度，来间接表征铸件内部紧实度。国外多家铸造公司推出的紧实率在线检测仪，它们的测量原理和结构相似。瑞士GF-DISA公司的型砂多功能控制仪的前置环节是一台可快速测量紧实率和砂样强度的性能检测仪，通常安装在混砂机一侧，奔腾微机及相关软
7、件构成主控单元，PLC控制的执行元件则依据控制信号调节水分和黏土的加入量，型砂多功能控制仪对比实测值与目标值，并考虑整碾砂的重量后，计算出水和黏土的加入量，从而实现有效控制，比传统筛选法水分控制仪具有更好的实用价值，并能进行全自动控制和检测，适用于批量生产的间歇或连续混砂系统，但对混砂量、旧砂温度、旧砂湿度以及旧砂性能均要求具有相对稳定的状况。型砂的紧实率是反映型砂紧实前后体积变化率的一个参数，被认为是能够反映型砂性能的综合性能指标。型砂紧实率除人工手握和观察颜色外，其最简便的方法就是采用“冲击试验法”。冲击试验法包括取样、过筛、定量、冲击、测量、计算等繁琐步骤。整个测量过程大约需要几分钟到十
8、几分钟。这中间，远距离取样、过筛、测量、计算几个环节在测量过程中费时最多，占整个测量时间的90%以上、耗时过长和步骤繁琐严重阻碍了其在生产中的应用。型砂紧实率快速测试仪是在对上述方法进行分析、改进的基础上提出并实现的。其原理是：测量开始时，取待测散沙装满试筒并刮平，然后通过液压和电动系统对冲头垂直施加压力，当压力达到某一定值P1时（P1P2），砂样高度为h2，此时即按着如下公式计算得到紧实率：上述过程中，由于试筒的几何形状与尺寸保持不变，因此P1一定，就是作用在砂样上的压强一定，也就是型砂试样的初始密度一定，因而省却了以往的过筛工序。在此基础上继续施加压力使之达到P2，则型砂试样的高度由h1变
9、化到了h2，亦即型砂试样在压力P2-P1的作用下从初始高度h1变化到了h2，高度相对变化量为（h2-h1）/h1。1.2、铸造型砂强度检测方法及原理湿压强度是表示物体在饱水状态下，抵抗外部压力能力的物理量，以试样受外力作用破坏时的应力值来表示。型砂湿压强度是一个单独的性能项目，而且是最重要的一个性能项目。湿压强度的测定方法：测定湿压强度时，将制备好的湿压试样，置于预先装置强度试验机上的抗压夹具上，然后转动手轮，逐渐加载于试样上，直至试样破裂，其强度值可直接从压力表中读出。测试抗拉强度时，同样将制备好的8字型试样置于型砂强度试验机上的抗拉夹具上，转动手轮，逐渐加载拉力于试样上，直至试样断裂，其强
10、度值可直接从压力表中读出，即大致测出湿型砂的拉压强度。1.3、铸造型砂紧实率的检测方法及原理对于粘土砂而言，型砂中的水分是影响型砂性能和质量的最重要的因素之一，紧实率是表示型砂中粘土与调匀水的比例是否适当并且适宜于造型的一种综合性指标。与水分有关，与其它成分也有着间接的联系。一般认为：紧实率反映型砂的可紧实性、韧性和水分的敏感性，即反映了型砂的调性程度，是湿型砂最重要的指标之一。实验证明，通过检测紧实率可以调整型砂中的加水量，把紧实率控制在一定的范围内即可保证水分的相对稳定性，同时可使型砂获得一定的湿压强度、韧性和流动性等最佳综合性能。所谓型砂紧实率,就是受力面积保持不变时一定初始密度的型砂试
11、样在一定的压力作用之下,紧实距离对紧实前高度的百分比。型砂紧实率是代表型砂性能的综合技术指标，但型砂紧实率的现有测试方法中，除了人工手握和观察颜色之外。其最简便的测试方法就是“冲击实验法”。其中，紧实率是用型砂试样被紧实的前后其高度变化的百分比来度量的其方法，测定紧实率时，首先到生产现场对混碾完毕的型砂进行取样，然后回到试验室中通过漏斗型筛子（筛孔面积约55mm2在一定高度自由落满型砂试验用的试筒，此时筒内的型砂十分松散，其密度称之为堆积密度，然后刮去筒顶多余型砂后，通过紧实冲头的压力压紧，使砂样高度从最初的H1变化为H2，最后测量出试筒中型砂高度的变形量。1.4、铸造型砂透气性检测方法及原理
12、(1) 测定原理 由流体力学可知，通过试样的空气量Q(cm3)与通气时间t(min)、试样截面积A(mm2)以及试样两端的气压差P(cmH2O)成正比。其比例关系为：Q=KtPA/H 式中，K为比例系数，代表透气性；H为试样高度，这里H=50mm。 可见，K=QH/tPA 故K可定义为：在1gf/cm2的压力下，每分钟通过面积为1cm2、高度为1cm 的试样的气体量(cm3)。虽然K有量纲，但一般把它作为无量纲量。 (2)测定步骤1）标准测定法 打开阀帽6，取出阻流孔等附件。 调节调平脚14，使仪器处于水平位置。 向水筒4内注入1%2%的重铬酸钾水溶液，使钟罩3上的“0”刻度线正对水筒4上沿。
13、 把旋钮9转向“吸、放气”位置，提起钟罩3，然后将旋钮9转向“关” 的位置。这时，钟罩内已经充满2000cm3的空气。 将制好的标准试样连同试样筒一起放在试样座8上，并封闭好。 将旋钮9转到“工作”位置，此时钟罩内的气体在钟罩自重的作用下，施于气体10g/cm2的压力。在此压力下气体将通过试样。记录下2000cm3气体全部通过试样所需要的时间及从微压表11上读出的压力值。 将测得的时间和压力值带入公式计算出透气性K。2）快速测定法 与标准法不同，在试样座8上，附加一阻流小孔，孔的大小有1.5mm和0.5mm两种，当透气性小于50时用小孔。 阻流小孔也与试样一样对气体的通过其阻流作用。测定时，以
14、微压表11上读出的压力值代表到达试样前的气体压力，压力大小与阻流孔和试样对气体通过的阻力大小有关。当阻流孔的尺寸一定时，其压力只随试样对气体通过的阻力大小而变化，即只随透气性而变化。压力越低，说明透气性越好。依次与标准法对照，通过大量实验，得出压力和透气性的换算关系，并将此关系以透气性的数值直接刻在微压表11的相应位置。测定时，可直接从微压表11上读出透气性，而不必等2000cm3的空气全部通过试样。 快速法的测定步骤与标准法基本相同，只要注意阻流孔的正确使用。二、 测试装置夹具设计计算2.1、 砂型试样压制冲头及连接夹具的设计： 1） 压制冲头和夹具受力 冲头受力F=PA=2MPa*19.6
15、cm2=39.2KN 夹具受力F=PA=0.5MPa*20.06cm2=10.03KN2） 冲头和夹具的截面积 夹具的截面积 S=5*3.3+3*7+1*5-1*3.2-3.3*2.8=20.06cm2 冲头的截面积 S=2.5*2.5=19.6cm2. 3） 绘制冲头和夹具的图形2.2、 型砂制样筒及底座的设计： 1） 制样筒及底座的受力 制样筒受力F筒=F冲=39.2KN 底座受力F底=F总=PA=2MPa*35.4cm2=70.8KN 2） 制样筒及底座的截面积 试样桶的截面积 S=8.8*10-5*10-2*0.9*8=23.6cm2 底座截面积 S=4*14-1*8.8-1*5-4*
16、0.85*2=35.4cm2 3） 绘制制样筒及底座的图形三、小结 型砂主要指标是紧实率，透气性，含水量，抗压强度，干拉强度等；本次装置的主要目的是测量透气性，抗压强度，干拉强度，其中透气性测量是借鉴的，但也让我们了解了一些基本原理；本组主要是负责三维图的绘制以及液压缸的初步计算；我的主要工作是绘制试样桶，紧实座，夹具等零件的三维图，以及为最后的装配做了一些必要的准备工作，在绘制三维图同时，我也对液压缸的缸筒直径，活塞杆直径，缸筒壁厚的校核做了一些初步的计算，需要说明的是这些工作是在我们一起讨论合作中实现的，最后才完成了液压系统的设计以及零件图的绘制，团队的精诚合作才最终使这次任务的顺利完成。在这此课程设计过程中，我们各组员分工明确，对遇到的问题积极思考，动手实践，查阅资料，运用以前所学绘图和液压传动、机械设计等课程对课程设计的基本思路、原理予以分析、综合，结合各方面意见才给出了大体思路，最终汇集各家之长，终成此次文档，在此我要十分感谢吴和保老师的指导和各位队员配合！
