铸钢齿轮熔模铸造工艺设计

攀枝花学院本科课程设计（论文）铸钢齿轮熔模铸造工艺设计学生姓名唐洪学生学号： ************ 院（系）：材料工程学院年级专业： 10级材料成型及控制工程指导教师：范兴平博士助理指导教师：范兴平讲师二〇一三年十一月攀枝花学院本科学生课程设计任务书课程设计（论文）指导教师成绩评定表摘要熔模铸造在我国具有悠久的历史。

它是一种少切削或无切削的铸造工艺，铸造行业中的一项优异的工艺技术，是一种无分型面的特种铸造方法。

熔模铸造是用一种易形成模样的材质如石蜡等做成零件的模型，然后在表面涂一层耐火材料和型砂形成一个模壳，经过脱蜡后对壳进行焙烧使壳具有一定的强度，然后进行浇注，经冷却落砂后生产出产品。

本课程设计主要是对齿轮的熔模铸造进行了设计，对齿轮的材料进行了分析，和在铸造中遇到的一系列问题，并一一进行处理。

在模料的选择中进行了分析并列举了制模的操作步骤等。

关键字：熔模铸造，齿轮，工艺设计目录摘要 (Ⅰ)1.零件分析 (1)1.1齿轮的形状分析 (1)1.2 齿轮材质分析 (1)2.选择基准面…………………………………………………………………………3.制模工部设计………………………………………………………………………3.1模料选择……………………………………………………………………………3.2制模设备与工艺…………………………………………………………………… 3.2.1制模设备………………………………………………………………………3.2.2蜡膏制备………………………………………………………………………3.2.3制模工艺………………………………………………………………………3.2.4压型制造………………………………………………………………………3.3蜡模修整………………………………………………………………………………4.制壳工部设计…………………………………………………………………………4.1 耐火材料选择………………………………………………………………………4.2涂料的配置及操作程序…………………………………………………………… 4.3 制壳………………………………………………………………………………4.4 脱蜡和型壳焙烧…………………………………………………………………5.熔炼工部设计…………………………………………………………………………5.1 熔炼操作步骤………………………………………………………………………6.浇注工部设计……………………………………………………………………………7.落纱清理及质检工部设计………………………………………………………………8.铸件表面处理方案的选择………………………………………………………………9.结束语……………………………………………………………………………………10.参考文献…………………………………………………………………………………1 零件分析1.1齿轮形状分析齿轮的外圆直径为φ258.26mm,宽为60mm，轮毂上有均匀分布的六个直径为φ40mm的孔，齿轮中心孔的直径为50mm。

轮齿的表面粗糙度为3.2。

其于的表面粗糙度为6.3。

由于齿轮的体积适中，则用熔模铸造的方法可以达到要求。

图1-1 齿轮的零件图1.2齿轮材质分析齿轮是机械传动中应用最广泛的零件之一,它的功用是按规定的速比传递动力和运动。

在工作中,它的受力情况比较复杂,齿轮的齿根部受交变弯曲应力,齿面承受大的接触应力并产生强烈的摩擦,在换挡、启动和啮合不良时,齿轮还承受一定的冲击载荷。

铸造齿轮的精度较低,常用于农业机械。

近十几年来,随着铸造技术的发展,铸造精度有了很大的提高,某些铸造齿轮已经可以直接用于具有一定传动精度要求的机械中。

为了提高铸钢齿轮的精度,应增加机械加工工序,在机械加工前应进行正火,消除铸造应力和硬度不均,改善切削加工性能;机械加工后,一般进行表面淬火,提高硬度、耐磨性及抗疲劳强度。

而对于性能要求不高、转速较低的铸钢齿轮通常不需淬火。

常用的铸钢有ZG270-500、ZG310-570等［2］。

本齿轮采用ZG270-500。

2 选择基准面熔模铸件的基准面主要用作检查铸件尺寸的测量基准和机械加工的定位基准，并作为压型设计的参照面。

由于熔模铸造加工余量很小，有时不进过粗加工便直接进行精加工或光整加工，因此基准面的选择比较重要，应从铸件工艺上保证这些面的几何形状，尺寸精度，表面粗糙度。

在溶模铸造中在选择基准面时一般要考虑以下几点：［1］①溶模铸造选择基准面一般选择加工面，若选用加工面是，最好是加工余量较少的面。

②基准面应选择与待加工面之间有精度要求的面，并尽量使零件的设计基准和加工工艺基准重合。

③基准面的数目应能约束六个自由度，故一般选择三个基准面（回转体零件选择两个基准面）并力求划线与加工为同一基准面。

④基准面应使尺寸比较稳定的平整，光洁的表面，其上不应有浇冒口残余，斜度，毛刺等。

在此铸造中，考虑多方面的因素应该选择齿轮的轮毂表面作为基准面。

图2-1 齿轮的三维图3 制模工部设计3.1模料的选择模料常用的原材料分为蜡质材料（包括矿物蜡、动植物蜡、人造或合成蜡）、树脂（包括天然、人造或合成树脂）和高分子聚合物（主要是聚烯烃）。

本课程设计的模料选择为蜡质原材料，常用的有石蜡、微晶蜡、地蜡、褐煤蜡等矿物蜡等。

表3-1为石蜡的组成和特点。

［3］表3-1石蜡的化学组成和性能名称规格主要组成物晶体结构在模料中的作用石蜡56、58、60、62等牌号正构烷烃CnH2n+2n=17～32较粗大多角形片状晶体无论在蜡基模料或树脂基模料中常作为基本组元对模料的基本要求：［4］①溶化温度和凝固温度：兼顾耐热性和工艺操作方便，模料熔化温度通常控制在50～80℃之间。

凝固温度区间则以5～10℃为宜。

②耐热性：耐热是指当温度升高时模料抗软化变形的能力。

通常有两种表示方法;一种是软化点，另一种是热变形量。

而后则测试更方便些。

一般来说在35℃下模料的热变形量为ΔH35-2<2mm③热膨胀率和收缩率：模料线收缩率一般应小于1.0%。

目前国内外较好的模料线收缩率达0.3%～0.5%。

④强度：熔模需要有一定的强度，以保证在生产过程中不致损坏。

由于测定模料的抗弯强度比测定抗拉强度更简便而且准确可靠，故现多以抗弯强度来代表模料强度。

模料抗弯强度一般不低于2.0MPa。

最好为5.0～8.0 MPa。

⑤硬度：为保持熔模的表面质量，模料应有足够的硬度，以防摩擦损伤。

⑥粘度：模料液态时粘度低便于脱蜡，有利于将水分和粉尘从蜡液中分离出去，使模料回收更容易。

通常在90℃附近，模料粘度为(3×10－2～3×10－1)Pa.s 3.2制模设备与工艺3.2.1制模设备溶模铸造制模设备是以压蜡机为核心，还包括溶蜡炉、制备蜡膏和输送等辅助设备。

目前国内有以下几种压蜡机设备：气力压蜡机、气动活塞式压蜡机、液压压蜡机等。

本工艺选择液压式的压蜡机为四柱双工位压蜡机。

3.2.2蜡膏制备表3-1 蜡基模料典型蜡膏制备方法工序名称设备操作要点化蜡水浴化蜡缸化蜡温度90℃刨蜡削卧式蜡片机蜡锭截面尺寸135mm×135mm搅蜡膏搅蜡机蜡液温度65～80℃；保温缸水温48～52℃；回性恒温箱温度48～52℃；保温0.5h以上3.2.3制模工艺参数模料：石蜡-硬脂酸模料；压射温度：45～48℃；压射压力：0.3～0.5Mpa；压型温度：18～25℃；保压时间：（按熔模大小和壁厚调整）3～10s或更长；起模时间：（按熔模大小和壁厚调整20～100s或更长；脱模剂：10#变压器油或松节油3.2.4压型制造压型是用来制造熔模的重要工艺装备，应满足以下要求：①保证制出的溶模能达到要求的尺寸精度和表面粗糙度。

②装拆方便，轻巧、耐用、便于起模。

③压型的各个零部件均应加工方便、经济合理。

④小件一型多腔以提高溶模生产率。

压型有几种方式，有手工压蜡用压型、摇杆压型、机器加工压型等。

以下图为摇杆压型。

由于齿轮的尺寸较大在压蜡机中只能进行单个零件的压蜡。

图3-3 摇杆压型3.3蜡模修整修模刀除去分型面上的披缝和其他不应有的凸起（包括注蜡残余），用稀蜡填补缺陷并修饰光滑。

修整合格的蜡模在清洗槽中用清洗液进行清洗，清除分型剂，用压缩空气吹除蜡模表面上的蜡屑和水分。

清洗干净的蜡模按品种整齐摆放在规定的器具中交检查员进行验收4 制壳工部设计熔模铸造型壳是由粘接剂、耐火材料及附加物组成的。

其中耐火材料占总比重的90%以上，对型壳性能影响很大。

制壳耐火材料应使型壳有足够的常温强度和高温强度，在高温下不发生变形，有良好的透气性，热稳定性易脱壳性等。

为此，制壳用耐火材料必须有足够的耐火度、热化学稳定性、小而均匀的热膨胀系数、合适的粒度，并要有利于涂料性能的稳定。

此外，作为制壳材料还应对人体健康无害、货源充足和质量稳定4.1 耐火材料的选择本工艺采用水玻璃，要求的环境室温：15~32度，湿度40%~60%.水玻璃涂料应符合标准CICBA/B02.07。

图4-1 水玻璃面层涂料的组成及配比面层涂料用耐火材料种类应根据铸件合金的不同种类而定，碳钢、低合金钢、及铜合金等可选用精制白硅石粉、铝矾土粉等，浇注不锈钢、锰钢及高合金铸件时，则应采用刚玉粉。

涂料的制备混合过程及搅拌设备对涂料性能及均匀性有影响，涂料制备可使用高速或低速搅拌机。

水玻璃加固层涂料用耐火粉料大多以铝——硅系材料，本工艺采用铝-硅系熟料为主，如煅烧高岭土、莫来石、上店土、铝钛土等，配成的涂料粉液比高，不易吸水膨胀，性能稳定，涂层渗透，硬化速度较快，型壳高温强度好。

图4-1和图4-2分别为水玻璃面层涂料的组成和配比以及加固层的组成和配比。

表4-2水玻璃加固层涂料的组成及配比4.2涂料的配置及操作程序操作的步骤：①检查涂料搅拌机运转是否正常，按表4-4的规定分别计算水玻璃、粉料、JFC的加入量，并准确称量。

②按表4-1的规定，水玻璃加水处理合格后一次性加入涂料搅拌机中，加JFC搅匀，粉料应分2~3次加入，边加边搅拌至全部完成，再搅拌60~90min。

可间断搅拌每次搅拌时间不得小于30min。

③配好的涂料应静置4~8h，使用前应充分搅拌。

4.3 制壳当涂料配置好后进行制壳的步骤，首先检查所有的设备是否正常。

第二，将涂料充分搅拌均匀，测量涂料展度，硬化剂参数，启动干燥时设备，测量风温。

使所有的指标进行严格的控制。

制壳撤砂的方式有两种，一种是沸腾式撤砂，另一种是雨淋式撤砂。

第三，将模组挂在吊具上，按上涂料，撤砂，硬化，干燥的程序进行制壳。

第四，制壳完毕，浇口杯顶部用专用工具打平，浮砂、壳皮用压缩空气吹干净。

4.4 脱蜡和型壳焙烧本工艺采用热水脱蜡的方式。

工艺要求如下［5］：脱蜡液温度：90～98℃。