滚轮式离心铸造机设计

云南机电职业技术毕业设计（论文）任务书云南机电职业技术学院材料成型与控制技术专业09171 班学生：张宇毕业设计（论文）题目：滚轮式离心铸造机设计课题的意义及培养目标：离心铸造机属特种铸造的金属成型的方法之一。

它的原理是金属液体在离心离的作用下，不用型芯即可浇铸空新件，省去浇注系统和冒口冷铁，节约了大量的金属，省去造型的工时。

这样就降低工件成本，并可制造双金属件，质量可靠。

采用这种方法生产的铜套和铁套，工艺简便，生产效率高，是机械成型先进的工艺。

学生通过此项设计，加深对工装设备设计过程的了解。

是他们的综合能力的培养得以提高，为今后的工作做好充分的准备。

设计（论文）所需收集的原始数据与资料：离心铸造手册铸型转速：500——800r/min铸件最大尺寸：500X2000课题的主要任务（须附有技术指标要求）：1铸型设计2 传动系统设计3控制系统4浇注系统设计5毕业论文说明书1份设计进度安排及完成的相关任务（以教学周为单位）：学生：张宇指导老师：蔡云秀摘要铸造是一种液态金属成型的方法。

铸件已广泛应用于各工业部门和日常生活中，其中通过离心铸造而成的铸件占相当大的比重，离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型中，在离心力作用下填充铸型而凝固成形的一种铸造方法，离心铸造是在离心机上进行的。

离心铸造分为立式和卧式两种，卧式滚轮式离心铸造机包括：铸型，浇注系统，传动系统，以及电器控制系统几个部分。

其工作过程包括：涂料，浇注，冷却，拔模，本设计利用现有的一些新元件对铸造机进行优化设计，并采用PLC进行控制，使之操作方便，结构简化，性能提升。

关键词：铸造;浇注系统;离心铸造机;电器控制系统目录第一章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 离心铸造机的发展过程 (1)1.3离心铸造机的分类及应用 (2)1.4离心铸造的特点 (3)1.5离心铸造基本原理 (3)1.6离心铸造发展前景 (4)第二章滚轮式离心铸造机的原理分析 (5)2.1离心力 (5)2.2离心力场 (5)2.3有效重度 (5)2.4自由表面 (5)2.5离心压力 (7)2.6液体金属中异相质点的径向运动 (9)2.7离心铸造的缩补 (10)2.8离心铸件的凝固特点 (10)第三章离心铸造工艺 (14)3.1离心铸型转速选择 (14)3.2离心铸造用铸型 (14)3.3涂料 (15)3.4浇注 (15)3.5拔管 (15)3.6清理与准备 (15)第四章离心铸管常见缺陷分析 (16)4.1横向壁厚不均 (16)4.2纵向壁厚不均 (16)4.3气孔与针孔 (16)4.4裂纹断裂 (17)4.5龟纹 (17)4.6凹陷 (18)4.7渗漏 (18)第五章金属铸型设计 (20)5.1卧式滚筒离心机的特点 (20)5.2铸型类型选择 (20)5.3铸型各组成部分结构设计 (20)5.4铸型型体设计 (21)5.5铸型段盖和端盖紧固装置设计 (21)5.6铸型滚道设计和定位 (22)5.7浇注系统设计 (23)第六章铸造机的参数与计算 (24)6.1铸型转速的选择 (24)6.2铸型壁厚 (24)6.3离心压力 (25)6.4电机功率选择 (25)6.5带传动的设计与计算 (26)第七章控制系统的编程控制 (30)7.1梯形图 (30)第八章操作安全注意事项 (31)结束语 (32)致谢 (32)参考文献………………………………………………第一章绪论1.1概论铸造是一种液态金属成型的方法。

在各种铸造方法中，用的最普遍的是砂型铸造，这是因为砂型铸造不仅铸件批量的大小，不受限制，而且铸件的形状，尺寸，重量及合金种类几乎都不受限制。

随着科学技术的不断发展和生产水平的不断提高以及人类社会生的需要，对铸造生产提出了一系列新的，更高的要求，归纳起来，主要有如下三个方面：1，要求大量生产同类型，高质量而且稳定性的铸件，进一步提高铸件的表面光洁程度，尺寸精度以及内在质量和机械性能；2，进一步简化生产工艺过程，缩短生产周期，便于实现生产工艺过程机构化，自动化，提高劳动生产率，改善劳动条件；3，减少生产原材料的消耗，降低生产成本。

为了实现上述要求，近几十年来，铸造工作者在继承，发展古代铸造技术和应用近代科学技术成就的基础上，发明了许多新的铸造方法，为了有别于砂型铸造，人们把这些新的铸造方法统称为特种铸造。

最常见的有如下几种：1，熔模铸造2，金属型铸造3，压力铸造4，离心铸造5，陶瓷型铸造6，低压铸造7，液体金属冲压8，真空吸铸9，连续铸造，等等特种铸造就是在造型材料，造型方法，金属液的充型形式和金属在型中的凝固条件等方面与普通砂型铸造有显著差别的铸造方法。

离心铸造是将液体金属浇入旋转的铸型中，使之在离心力作用下，完成填充和凝固成型的一种铸造方法。

为实现这种工艺过程，必须采用专门的设备——离心铸造机（简称离心机），提供使铸型旋转的条件。

1.2离心铸造机的发展过程离心铸造发展至今已有几十年的历史，第一个专利是1809年由英国人Erchardt 提出的，直到上世纪初才逐步推广于工业生产。

我国30年代开始采用于生产铸铁管。

现在离心铸造已经是一种应用广泛的铸造方法，常用于生产铸管，铜套，缸套，双金属钢背铜套等。

对于像双金属轧锟，加热炉滚道，造纸及干燥滚筒及异型铸件（如叶轮）等，采用离心铸造也十分有效。

目前已有高度机械化，自动化的离心铸造机，有年产量达数十万吨的机械化离心铸管厂。

在离心铸造中，铸造合金的种类几乎不受限制。

对于中空铸件，其内径最小为8mm,最大为3000mm，铸件长度最大为8000mm，重量最小为几克（金属牙），最大可达几十吨。

1.3离心铸造机的分类与应用近年来，离心铸造机发展很快，类型日益增多，因而分类方法也很多。

根据铸型旋转轴在空间位置的不同，常用的离心机分为：（一）立式离心铸造机（二）卧式离心铸造机立式离心铸造的铸型是绕垂直轴旋转的，如图1-1所示，在这种机器上的铸造过程称为立式离心铸造。

它主要用于生产高度小于直径的圆环类铸件。

由于在这种机器上安装及稳固铸型比较方便，因此，不仅可以采用金属型，也可采用砂型，熔模型壳等非金属型。

卧式离心铸造机的铸型是绕水平轴旋转的，如图1-2所示，在这种机器上的铸造过程成为卧式离心铸造。

它主要用来生产长度大于直径的套筒类或管类铸件。

图1-1 立式离心铸造示意图1-浇包 2-铸型 3-液体金属 4-皮带轮和皮带 5-旋转轴 6-铸件 7-电动机图1-2 卧式离心铸造示意图1-浇包 2-浇注槽 3-铸型 4-液体金属 5-端差 6-铸件其中，卧式离心铸造又可以分为：1，悬臂卧式离心铸造；2，在滚筒式离心铸造机上的卧式离心铸造；3，水冷金属离心铸管。

立式离心铸造可分为：1，圆环形铸件的立式离心铸造；2，成形铸件的立式离心铸造。

1.4离心铸造的特点由于离心铸造时，液体金属是在旋转情况下充填铸型并进行凝固的，因而离心铸造便具有下述的一些特点：1）液体金属能在铸型中形成中空的圆柱形自由表面，这样便可不用型芯就能铸出中空的铸件，大大简化了套筒，管类铸件的生产过程；2）由于旋转时液体金属所产生的离心力作用，离心铸造工艺可提高金属充镇铸型的能力，因此一些流动性较差的合金和薄壁铸件都可用离心铸造法生产；3）由于离心力的作用，改善了补缩条件，气体和非金属夹杂也易于自液体金属中排出，因此离心铸件的组织较致密，缩孔（缩松）、气孔、夹杂等缺陷较少；4）消除或大大节省浇注系统和冒口方面的金属消耗；5）铸件易产生偏析，铸件内表面较粗糙。

内表面尺寸不易控制。

1.5离心铸造基本原理根据力学中的惯性原理，处于旋转状态下的金属液质点相应地产生了离心力，所以金属液在离心力作用下凝固成形式离心铸造的一大特点。

1.6 离心铸造的发展前景铸型的大小可由零点几公斤至十多吨，其最小的壁厚优于同类的常压铸造，铸件材料决定铸件的表面粗糙度和铸件尺寸，金属收缩率可达到85～95%，投产的合适最小批量为100～10000件，生产率可达高中机械化程度。

由于离心铸造的上述优点，应用越来越广泛，在生产一些管、套类铸件如铸铁管、铜套、缸套、双金属钢脊铜套时，离心铸造几乎是最主要的方法。

此外在耐热钢管道、特殊无缝钢管、毛坯、造纸机干燥滚筒等方面，离心铸造将发挥更大的作用。

第二章 滚轮式离心铸造机的原理分析2.1 离心力作用在旋转体上的离心力与旋转半径成正比，与角速度的平方成正比： r m F 2ω= （2-1）如旋转速度以r/min 为单位，则30/n πω= （2-2） 201.0mrn F = （2-3）n —为金属液质点的旋转速度（r/min ）r —液体金属任意点的旋转半径（cm ）g —重力加速度m —金属液质点的质量（kg ）2.2 离心力场在旋转液体所占空间中，每一质点都受到离心力r m 2ω的作用，因此，可把这一空间称为离心力场。

其中ω为离心力加速度，方向远离旋转中心。

2.3 有效重度离心力场中单位体积液体金属的质量就是它的密度)/(3m kg ρ，这部分液体金属产生的离心力成为有效重度g r /'22γωρωγ== )m /N (3。

式中：γ—金属的重度)m /N (3该式表明旋转金属液的有效重度比在重力场中的重度大g r /2ω倍。

2.4自由表面图1-2 所示为卧式离心铸造时，在自由表面上任取一个质点M,其质量为m,若不考虑重力场的影响，则作用在该质点的离心力为在X 轴方向上的分力为：x m r m X 202cos ωαω== （2-4）在Y 轴方向上的分力为： y m r m Y 202sin ωαω== （2-5）在旋转轴方向上的分力为：0=Z （2-6）有水力学的欧拉公式可知，当液体质点受力的作用，在等压面上作微小位移时，应满足下述条件：0=++z y x Zd Yd Xd （2-7）式中，X,Y,Z 分别为质点M 在x,y,z 轴方向上所受的力，z y x d d d ,,分别为质点M 在x,y,z 轴方向上微小位移的投影。

将（2-4）、（2-5）、（2-6）代入式（2-7），得： 022=+y x yd m xd m ωω （2-8）将式（2-8）移项积分后，得如下方程式：2022r y x =+ （2-9）此为图2-1的方程式，其半径为液体的内半径，圆的中心与液体金属的旋转轴线相重合。

因此可以推论，卧式离心铸造时，如果不考虑重力场的影响，则液体金属的自由表面位移旋转轴为轴线的圆柱面。

图2-1图2-1为卧式离心铸造时，液体金属自由表面的形状实际上由于存在着重力场的影响，所以在卧式离心铸造时液体金属边面（圆柱面）的中心将向下移动e 距离。

因为液体金属作圆周运动时，金属质点从最高处（A 端面上的一点）向最低处（B 端面上任一点）移动时，在重力场的影响下，其速度将增加，而当液体金属质点自A 端面向B 端面移动时，其速度将增大，所以液体金属在A 端面处的圆周线速度a V 最小，而在B 段面上，圆周线速度b V 最大，即b a V V <。