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1、河南科技大学毕业设计（论文）开题报告（学生填表）学院： 材料科学与工程学院 2015年3月30日课题名称磨机端盖铸造工艺设计学生姓名专业班级铸造111课题类型设计指导教师职称讲师课题来源科研1. 设计（或研究）的依据与意义本次设计的铸件为湿式棒磨机出料端盖，铸件材料为ZG270-500碳钢，要求辊体组织致密，表面光洁，中空轴轴颈面上气孔不超过5个，气孔尺寸小于3mm3mm，铸件允许焊补。本铸件外形尺寸大小为3970mm1435mm，主要壁厚110mm，最大壁厚158mm，铸件壁厚尺寸变化较大，在下部小法兰轴颈处和上部喇叭口轴颈处易出现缩孔、缩松缺陷，严重影响产品质量。考虑到铸件外形尺寸较大，本
2、铸件采用地坑造型。地坑造型主要适用于单件或小批量生产的大中型铸件，可以不受工装设备的限制，生产较为灵活，成本较低。但是操作烦琐，容易出现问题，产品质量难以保证，不便于标准化，所以不适用于大批量生产。对于磨机端盖的生产，我国大部分厂家仍是应用传统的CO2硬化水玻璃砂工艺。水玻璃砂硬化快，简化造型和制芯工艺，缩短生产周期；铸造缺陷少，提高了铸件质量。但是水玻璃砂也存在许多问题，用于厚大铸钢件粘砂比较严重；CO2水玻璃砂硬化后放置一段时间，在型（芯）表面会出现一层白霜，浇注时易产生冲砂缺陷；浇注后CO2水玻璃砂具有较大的残留强度，溃散性差；CO2水玻璃砂具有吸湿性，在我国南方的梅雨季节严重影响正常的
3、生产；水玻璃砂旧砂再生和回用性困难。所以以上缺点严重阻碍了水玻璃砂的广泛应用。树脂砂由于能获得高质量铸件，近年来在国内得到大幅度的推广和应用。树脂砂溃散性较好，容易出砂；硬化速度快，利于提高型芯质量；使用时间范围大，利于生产安排；树脂砂回用性好，旧砂回用率达到90%以上。但是树脂砂对原砂要求较高，在生产过程中有刺激性气味，且现场控制不当容易产生诸多问题。通过以上比较，本铸件决定采用树脂砂。严格控制工艺，获得尺寸精度高，表面质量好，轮廓清晰的铸件。2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述1984年齐齐哈尔第一机床厂与哈尔滨科技大学、沈阳重型机器厂合作，浇制了小到几斤大到十几吨的样块及模块进行
4、探索性实验，并实验了厚大断面球铁件的凝固特性和控制冷却方法，采取铸件大平面朝下，多箱组合造型，双层浇注的铸造工艺，生产出了符合要求的球铁端盖。2002年河南科技大学材料科学与工程学院的王爱琴等和中信重型机械公司的岳宗格等针对大型球磨机端盖尺寸较大，壁厚较薄，铸件易形成显微缩松的问题，通过计算机凝固过程模拟，在内圆设置整圈补贴，在小头端法兰底面及外侧面、大端法兰外锥面外圈凸带处设置整圈挂砂冷铁，铸件上部设置4个保温冒口，采用阶梯式浇注系统。解决了铸件常见的缩孔、缩松问题，生产出了结构完整、无缺陷的铸件。2009年河南理工大学材料科学与工程学院王锦永等优化了焦作矿山机械厂常年生产的轮廓尺寸为388
5、01760mm的球磨机端盖铸造工艺。首先通过采用传统的铸造工艺设计方法确定出基本的铸造工艺，再通过华铸软件对铸件的凝固过程进行模拟，预测了缩松、缩孔产生的部位和大小并分析原因，加厚了端盖下端小法兰处冷铁的厚度，并在上端喇叭口厚大部位增加了了冷铁。实现了铸件自下而上的顺序凝固，获得了合格的铸件。2010年中国有色（沈阳）冶金机械有限公司的刘学、南国峰针对用传统工艺生产的铸钢端盖，铸件的质量很不稳定，常存在铸件轴头抛光面存在砂眼和气孔缺陷，有的端盖轴头抛光面部位探伤存在超标的缩松缺陷以及端盘根部圆角部位产生周向裂纹，磁粉探伤不合格。为解决以上三个常见问题，改进了铸造工艺：（1）将浇注系统改为上下两
6、层侧切式内浇道，使钢液充型过程中产生快速的旋转，加速钢液内的渣、砂和气体的上浮排出。（2）取消内浇道处的砂脖，以减少钢液充型过程中在内浇道处产生涮砂，减少砂眼的产生。（3）在铸件轴头内径下端设置一圈或两圈外冷铁，加速钢液份凝固速度，以提高轴颈抛光面部位的内在质量，并可减小补贴的厚度。（4）在铸件下法兰的背面放置厚100mm左右的石灰石砂，减少下法兰与上部端盘之间的收缩阻力，即减少了上部端盘根部圆角部位的收缩应力，以避免裂纹的产生。经过以上工艺改进，基本消除了轴颈抛光面部位的砂眼和气孔缺陷，偶尔内浇道处出现微小裂纹，经粗加工也容易修复，铸件的内在质量得到保证。经超声波探伤全部合格，端盘根部圆角部
7、位的裂纹基本消除，使铸件的质量上了一个新台阶。通过以上研究案例可以看出对于大型端盖的铸造工艺可以不断优化，找到节约金属，方便造型，铸件质量稳定的最佳方案。关键是采取合适的措施使铸件实现自下而上的顺序凝固，解决端盖下端小法兰和上部大法兰轴颈处的缩松、缩孔问题。3. 课题设计（或研究）的内容（1）根据端盖的材料以及结构特点进行合适的工艺设计；（2）砂型以及砂芯的结构设计，铸造工艺设计；（3）采用铸造模拟软件进行铸件凝固过程的模拟；（4）绘制铸造工艺图、模样图、装配图。4. 设计（或研究）方法 （1）根据端盖的材料以及结构特点查寻相关文献； （2）根据铸件特点及相关铸造工艺手册进行铸造工艺设计； （3）采用铸造模拟软件模拟铸件凝固过程； （4）根据模拟结果，更改铸造工艺，直至模拟出合格铸件。5. 实施计划 3.254.12查阅文献，撰写开题报告，外文翻译； 4.135.3铸件工艺设计，工艺图的绘制以及砂型、砂型的设计； 5.45.25数值模拟、整理结果，撰写说明书；指导教师意见指导教师签字： 年 月 日教研室意见教研室主任签字： 年 月 日
