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自動化表面精加工注塑模具鋼球形研磨和拋光工藝球 英 文 翻 譯 學(xué)院：機(jī)械學(xué)院 專業(yè)班級：機(jī)制07-1班 指導(dǎo)老師：向道輝 學(xué)號：310704010124 姓名：楊勇 自動化表面精加工注塑模具鋼球形研磨和拋光工藝球 收件日期：2004年3月30日/接受日期：2004年7月5日/發(fā)表時間：05年3月30號?施普林格出版社倫敦有限公司2005 要 本研究探討球形研磨和拋光表面處理的自動化的可能性，正如在自由曲面注塑模具鋼PDS5 在數(shù)控加工中心。設(shè)計和制造，研磨工具持有人已經(jīng)完成了這項研究。最佳參數(shù)的確定，采用磨削的塑料注射成型法交PDS5加工中心。最佳表面磨削，荷蘭國際集團(tuán)的注塑模具鋼PDS5參數(shù) 一個PA的氧化鋁，研磨材料組合磨削，荷蘭國際集團(tuán)18 000 rpm時，磨削深度為20微米的速度，以及50毫米/分鐘。試樣的表面粗糙度Ra可提高到1.60微米至0.35微米的最佳使用表面磨削參數(shù)。表面粗糙度Ra可進(jìn)一步改善至約0.343微米至0.06微米之間，擠光與拋光的最佳參數(shù)。 應(yīng)用表面打磨和拋光最佳參數(shù)，順序為細(xì)研磨自由曲面模，表面粗糙度Ra的自由曲面上的測試區(qū)部分可提高到約2.15微米至0.07微米。 關(guān)鍵詞自動化表面精加工? 球研磨拋光工藝過程? ?測量表面粗糙度的方法 塑料是重要的工程材料，由于其特定的特性，如耐化學(xué)腐蝕，密度低，易于制造，并有越來越多在工業(yè)應(yīng)用中替代金屬部件。 注射成型是重要的質(zhì)粒成形工藝之一 。該模具的注塑表面的光潔度是一個基本要求，由于其直接影響塑料的外觀。整理過程，如研磨，拋光和研磨常用來改善表面光潔度。 裝入的研磨工具（輪），已被廣泛應(yīng)用于在傳統(tǒng)模具精加工產(chǎn)業(yè)。幾何模型安裝工具磨床自動化表面光潔度，荷蘭國際集團(tuán)過程中引入了[1]。一個整理過程模型球研磨系統(tǒng)自動化表面精加工的工具，電信設(shè)備制造商開發(fā)了在[2]。磨削速度，切削深度，進(jìn)給如研磨材料，磨料率，車輪性能，晶粒尺寸，都為球形研磨主導(dǎo)參數(shù)，荷蘭國際集團(tuán)的過程，如圖所示。 1、最佳球面磨床，注塑模具鋼的參數(shù)尚未掌控的以文獻(xiàn)為基礎(chǔ)。 近年來，一些研究已經(jīng)在德國進(jìn)行了擠光球的最佳參數(shù)的研究（圖2）。例如，它已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，塑料對工件表面形成可減少使用碳化鎢球或滾子，從而提高了表面粗糙度，表面硬度和抗疲勞性[3-6]。該拋光過程是由加工中心[3，4]和車床[5，6]。主要參數(shù)有打磨。表面粗糙度的影響是滾珠或滾子的材料，打磨力，進(jìn)給速度，拋光速度，潤滑，打磨等[3]通過。最佳注塑模具鋼拋光參數(shù)PDS5是一個組合的潤滑脂，進(jìn)給速度200毫米/分鐘，打磨拋光速度是40微米，力量是 300 N。該深度的滲透拋光表面采用最佳球擠光參數(shù)約2.5微米的表面粗糙的改善，通過打磨一般介于40％和90％[3-7]。這項研究的目的是開發(fā)和球面磨削擠光表面光潔度過程而言，是一個自由曲面。 2、 在注塑模具加工中心。該流程圖利用自動化表面光潔度研磨球，其過程如圖所示。 3、我們通過設(shè)計和制造球形研磨工具及其對準(zhǔn)去副加工中心上使用。最佳表面球形磨削工藝參數(shù)進(jìn)行了測定，利用正交表的方法。四因素三對應(yīng)，然后選擇了矩陣實驗。最佳裝球的表面磨削參數(shù)研磨，然后應(yīng)用到一個自由曲面光潔度表面的載體。為了改善表面粗糙度，對表面進(jìn)一步打磨，使用最佳擠光參數(shù)。 2設(shè)計和球面磨削工具的定位裝置 了能從球面磨削過程中的自由曲面表面上看，球磨床中心應(yīng)配合Z軸加工中心軸。裝入的研磨球工具及其調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計，如圖4所示。電動砂輪機(jī)是安裝在刀架上有兩個支點螺絲。該磨床球中心以及相同走線的COM的錐形槽求助。經(jīng)對齊磨床球，兩個可調(diào)整的支點螺釘擰緊之后，校準(zhǔn)組件可能被取消。中心坐標(biāo)之間的偏差，球磨床和納茨是約5微米，它是衡量一臺數(shù)控三坐標(biāo)測量機(jī)。由機(jī)床振動引起的力量是AB - 吸附由螺旋彈簧。所生產(chǎn)的球形磨削荷蘭國際集團(tuán)的工具和球擠光工具被安裝，如圖5主軸被鎖定為球面磨床，其進(jìn)程和由主軸鎖球及制程機(jī)制。 3規(guī)劃矩陣實驗 3.1配置的直交 幾個參數(shù)的影響可以達(dá)到有效通過開展正交陣列的實驗[8]。為配合上述球面磨削的PA，該磨床球研磨材料（與直徑10毫米），進(jìn)料速度，磨削深度和電動砂輪機(jī)被選定為四個實驗因素（參數(shù)）和一個指定的因子D（見表1）研究。三個等級（設(shè)置）為每個因素被配置，其范圍是由數(shù)字1，2和3確定。三研磨材料，即碳化硅（SiC），白鋁氧化物（氧化鋁，），粉紅色三氧化二鋁（Al2O3微粉，）分別被選用和研究。每個因素三個數(shù)值乃根據(jù)預(yù)先研究的結(jié)果開展4個3級的球形研磨工藝因素矩陣實驗。 3.2定義的數(shù)據(jù)分析 工程設(shè)計問題可分為較小的，更好的類型，標(biāo)稱的最佳類型，較大的，更好的類型，簽署的目標(biāo)類型，其中包括[8]。該信號與信噪比（S / N）作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的產(chǎn)品或工藝設(shè)計。表面粗糙度值通過適當(dāng)?shù)哪ハ鲄?shù)組合應(yīng)比原表面小。因此，球面磨削過程是一個較小的，更好的類型問題的例子。S / N比η，是由以下方程定義[8]： 之后的S / N從每個實驗數(shù)據(jù)比 正交表進(jìn)行計算，各因素的主效應(yīng)測定使用方差分析（ANOVA） [8]。較小的，很好的解決問題的優(yōu)化策略是盡量由公式式定義。 η水平，最大限度地將負(fù)責(zé)的因素，有一個顯著的影響η的選擇。球形研磨的最佳條件可以被確定。 4實驗工作和結(jié)果 在這項研究中所使用的材料是PDS5工具鋼（相當(dāng)于采用AISI P20的）[9]，這是常見的大型注塑產(chǎn)品的模具用于汽車零部件和家用電器領(lǐng)域。這種材料的硬度為HRC33（HS46）[9]。這樣做的一個好處是物質(zhì)特殊加工后，模具可直接用于未經(jīng)熱處理的進(jìn)一步整理，由于其特殊的前處理工藝。該標(biāo)本的設(shè)計和制造，使它們可以在一個測力計測量反應(yīng)上。大體標(biāo)本的PDS5加工，然后安裝在測功機(jī)上進(jìn)行三軸加工中心作出銑削。鋼鐵公司（類型的MV - 3A）款，配備了FUNUC的數(shù)控控制器（類型0M的）[10]。預(yù)加工表面的粗糙度進(jìn)行了測量，使用Hommelwerke T4000裝備，將約1.6微米。圖6顯示了實驗設(shè)置在球面磨削工藝。一個MP10觸摸觸發(fā)由雷尼紹公司生產(chǎn)的探針也集成加工中心刀庫來衡量和確定試樣的原產(chǎn)地。該數(shù)控為球擠光加工路徑生成所需的代碼是PowerMILL CAM軟件。這些代碼可以傳到該加工中心。數(shù)控控制器通過RS232串行接口。 表2總結(jié)了地面測量表面粗糙度值Ra和計算的S / N為每18課比正交氬 光用均衡器。 1，后執(zhí)行的18式實驗。平均的S / N為每四個因素可以得到的比率，如表3所列，采取的數(shù)值見表2。平均的S / N為每四個因素的比率是圖形如圖所示。 7圖。實驗裝置，以確定運算球面??磨削參數(shù) 表2.PDS5試樣表面粗糙度 表3.平均的S / N比值因子水平（分貝） 朗讀 顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音 在球面磨削過程的目的是盡量減少表面的粗糙度由determin地面標(biāo)本價值荷蘭國際集團(tuán)各因素的最佳水平。因為是一個單調(diào)減函數(shù)，我們應(yīng)盡量的使用S / N比。形成機(jī)制，我們能確定每個因素的最佳水平作為一級η的最高值。因此，在試驗的基礎(chǔ)矩陣，最佳研磨材料呈粉紅色氧化鋁;最佳的進(jìn)給為50毫米/分鐘;最佳的磨削深度為20微米，以及最佳轉(zhuǎn)速18000轉(zhuǎn)，如表4所示。各因素的主要作用是進(jìn)一步確定使用方差分析（ANOVA）技術(shù)分析和F比為了測試，以確定其意義（見表5）。該 F0.10，2,13是平等的顯著性水平2.76至0.10（或90％置信水平）;因素的自由度為2，匯集了錯誤的自由度為13，根據(jù)F分布表[11]。一架F比值大于2.76可歸納為表面粗糙度有顯著影響，并確定了一個星號。因此，進(jìn)給和深度磨削表面粗糙度有一個顯著的效果。 五，進(jìn)行了驗證實驗，觀察重復(fù)性使用研磨的最佳組合，如表6。表面粗糙度的索取這些標(biāo)本價值進(jìn)行測量，約為0.35微米。在使用球面磨削參數(shù)的最佳組合后表面粗糙度提高約78％。在表面進(jìn)一步打磨使用最佳擠光參數(shù)的RA = 0.06μm的表面粗糙度值的OB 拋光球。用30 ×光學(xué)顯微鏡觀察改進(jìn)光面粗糙度，如圖所示。預(yù)加工表面粗糙度的改善約95％，打磨的過程。 表面研磨球的最佳工藝參數(shù)的OB從實驗被應(yīng)用于對自由曲面模具插入到evalu表面光潔度， 表面粗糙度的改善，一個選定為測試載體。模具的數(shù)控加工，為測試對象是與PowerMILL CAM的SERT的模擬軟件。經(jīng)過精細(xì)加工的模具，進(jìn)一步地插入與球面磨削獲得最佳參數(shù)的矩陣實驗。此后不久，表面拋光的最佳擠光參數(shù)，進(jìn)一步提高被測物體的表面粗糙度（見圖。9）。模具的表面粗糙度測量插入， 與Hommelwerke T4000設(shè)備。平均表面粗糙度對模具的插入精細(xì)研磨表面價值平均為2.15微米，這對表面為0.45微米 圖7 控制因素的影響 表4。優(yōu)化組合球面磨削參數(shù) 因子 水平 磨料 Al2 O3 , PA 進(jìn)給 50 mm/min 磨削深度 20 μm 公轉(zhuǎn) 18000 rpm 表5。方差分析表的S / N的表面粗糙度比 因子 自由度 平方和 平均平方 F比率 A 2 24.791 12.396 3.620? B 2 0.692 0.346 C 2 28.218 14.109 4.121? D 2 4.776 2.388 錯誤 9 39.043 總和 17 97.520 匯集錯誤 13 44.511 3.424 * F比率值> 2.76有顯著影響表面粗糙度 表6.表面的粗糙度值測試后驗證實驗標(biāo)本 圖。 8。一個工具制造者對被測樣品表面和預(yù)加工表面之間的打磨情況在顯微鏡下的比較（30 ×） 圖. 9.精細(xì)研磨，研磨和拋光模 t圖8 5結(jié)論 在這項工作中，自動球形的最佳參數(shù)，卡爾研磨和球擠光表面處理過程中一個自由曲面注塑模具開發(fā)了cessfully的加工中心。裝入的研磨球工具（和其排列組成部分）的設(shè)計和制造。最佳球形表面磨削參數(shù)磨削確定了矩陣進(jìn)行實驗。最佳球面磨削參數(shù)為注塑模具鋼PDS5是對合并磨料粉紅色的鋁氧化物（氧化鋁，），50毫米/分鐘，20微米的磨削深度，以及18000轉(zhuǎn)的壽命。試樣的表面粗糙度Ra可提高約1.6微米的表面用研磨球的最佳條件，以0.35微米研磨。通過應(yīng)用最佳表面打磨和拋光參數(shù)對自由曲面模的表面光潔度，表面粗糙度進(jìn)行測量，為改善表面約79.1％，在表面上，約96.7％的磨光表面上。 朗讀 顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音 致謝：作者感謝國科會的支持與中華人民共和國共和國授予國科會89 - 2212 - é - 011 - 059本研究。 References 1. Chen CCA, Yan WS (2000) Geometric model of mounted grinding tools for automated surface finishing processes. In: Proceedings of the 6th International Conference on Automation Technology, Taipei, May 9-11, pp 43-47 2. 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Wiley, New York 機(jī)械工程系 機(jī)械設(shè)計與制造 機(jī)械加工工序卡片 產(chǎn)品型號 零件圖號 產(chǎn)品名稱 十字軸 零件名稱 共 頁 第 1 頁 車間 工序號 工序名稱 材 料 牌 號 機(jī)加工車間 1 粗車四端面 16Mn 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件數(shù) 每 臺 件 數(shù) 模鍛件 1 1 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 設(shè)備編號 同時加工件數(shù) 臥式車床 CA6140 1 夾具編號 夾具名稱 切削液 三抓卡盤 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 (分) 準(zhǔn)終 單件 工步號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速 切削速度 進(jìn)給量 切削深度 進(jìn)給次數(shù) 工步工時 r/min m/min mm/r mm 機(jī)動 輔助 1 粗車軸380端面1 YT5硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀 游標(biāo)卡尺 2.0 1.47 0.39 0.3 1 4s 2 粗車軸360端面2 2.0 1.47 0.39 0.3 1 4s 3 粗車軸285端面3 2.0 1.47 0.39 0.3 1 4s 4 精車軸380端面4 2.0 1.47 0.39 0.3 1 4s 5 精車軸360端面4 6 銑軸的斜端面 設(shè) 計（日 期） 校 對（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會 簽（日期） 肖楊閔 20130701 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號 簽 字 日 期 鋼包設(shè)計 I 摘要 鋼包精煉爐，是用來對初煉爐（電弧爐、平爐、轉(zhuǎn)爐）所熔鋼水進(jìn)行精煉，并 且能調(diào)節(jié)鋼水溫度，工藝緩沖，滿足連鑄、連軋的重要冶金設(shè)備。鋼包爐是爐 外精煉的主要設(shè)備之一。鋼包精煉爐主要功能：1、使鋼液升溫和保溫功能。鋼 液通過電弧加熱獲得新的熱能，這不但能使鋼包精煉時可以補(bǔ)加合金和調(diào)整成 分，也可以補(bǔ)加渣料，便于鋼液深脫硫和脫氧。而且連鑄要求的鋼液開澆溫度 得到保證，有利干鑄坯質(zhì)量的提高。 關(guān)鍵詞：鋼包；液壓；滑動水口 II Abstract Ladle Turret in continuous casting machine is pouring position over the top of the ladle used to carry cross and bearing steel casting equipment packages，it is the most commonly used in modern continuous casting and the most common bearing steel ladle for pouring the key machinery and equipment.In this paper, we make a design calculations for the Ladle Turret slewing device system, helping to optimize the large package of turret structure, reduce costs and increase the economic efficiency.This topic is mainly making a design calculation of correlation of Ladle Turret slewer , including the calculation of the drives power , the selection of the electrical machine and electrical machine ,the checking of exposed gear ,the selection and checking of exposed gear ,the checking of coupling bolt and foundation bolt. Keywords：The Ladle ；hydraulic；slide gate 3 第一章 總論 1.1 鋼包精練爐的簡介 鋼包精煉爐，是用來對初煉爐（電弧爐、平爐、轉(zhuǎn)爐）所熔鋼水進(jìn)行精煉， 并且能調(diào)節(jié)鋼水溫度，工藝緩沖，滿足連鑄、連軋的重要冶金設(shè)備。鋼包爐是 爐外精煉的主要設(shè)備之一。鋼包精煉爐主要功能：1、使鋼液升溫和保溫功能。 鋼液通過電弧加熱獲得新的熱能，這不但能使鋼包精煉時可以補(bǔ)加合金和調(diào)整 成分，也可以補(bǔ)加渣料，便于鋼液深脫硫和脫氧。而且連鑄要求的鋼液開澆溫 度得到保證，有利干鑄坯質(zhì)量的提高。2、氬氣攪拌功能。氬氣通過裝在鋼包底 部的透氣磚向鋼液中吹氛，鋼液獲得一定的攪拌功能。3、真空脫氣功能。通過 鋼包吊入真空罐后，采用蒸汽噴射泵進(jìn)行真空脫氣，同時通過包底吹入氬氣攪 動鋼液，可以去除鋼液中的氫含量和氮含量，并進(jìn)一步降低氧含量和硫含量， 最終獲得較高純凈度的鋼液和性能優(yōu)越的材質(zhì)。鋼包精煉爐的應(yīng)用對整個企業(yè) 來看，至少可增加如下得益：加快生產(chǎn)節(jié)奏，提高整個冶金生產(chǎn)效率。應(yīng)用領(lǐng) 域：鋼包精煉爐被廣泛用于工業(yè)、鋼鐵、冶金等行業(yè)。 1.2 鋼包精煉爐的研究意義 爐外精煉技術(shù)由于其具有提高鋼質(zhì)量、加快產(chǎn)量、降低成本、改善勞動條件 和生產(chǎn)環(huán)境條件等優(yōu)點日益成為全世界鋼鐵行業(yè)的新寵。鋼包精煉爐以其冶金 效果好、具有設(shè)備費用低、易于操作等特點而成為爐外精煉技術(shù)有代表性的設(shè) 備,正得到普遍應(yīng)用。 1.3 鋼包精煉爐的研究背景 鋼鐵是國民經(jīng)濟(jì)的中流破柱,是國家生存和發(fā)展的物質(zhì)保障。鋼鐵工業(yè)在國 民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過程中,起著舉足輕重的作用,是國民經(jīng)濟(jì)水平和綜合國力的重要 標(biāo)志。我國是發(fā)展中國家,正大力發(fā)展其國民經(jīng)濟(jì),這使得我國對鋼鐵材料的需 求量增大。同時我國也是鋼鐵產(chǎn)量世界第一的鋼鐵大國,在國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的 今天,社會對鋼材尤其是高質(zhì)量鋼材的需求不斷加大,這就需要我們?yōu)殇撹F強(qiáng)國 的偉大目標(biāo)努力奮斗。在一段時期之內(nèi),鋼鐵工業(yè)仍將是我國經(jīng)濟(jì)的支柱之一。 20 世紀(jì)以來,鋼鐵產(chǎn)品被廣泛地應(yīng)用在建筑、機(jī)械、汽車、船舶、石油和 運輸?shù)雀鱾€行業(yè)中。因此,鋼鐵一直是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)之一?，F(xiàn)如今,雖然 出現(xiàn)了許多新材料,例如陶瓷、塑料、高分子復(fù)合材料等等,這些新材料由于自 身的一些特點在一定程度上取代了鋼材,但是鋼材具有其它材料不可比擬的綜合 性能。同時,與其它材料相比,鋼材價格波動趨勢相對較小。所以,鋼鐵材料仍是 當(dāng)代最主要的材料之一。 隨著市場經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展,使得企業(yè)的規(guī)模和產(chǎn)量越來越大,鋼鐵工業(yè) 4 也通過加快結(jié)構(gòu)優(yōu)化與調(diào)整,不斷提高滿足國民經(jīng)濟(jì)對鋼材產(chǎn)量、品種、質(zhì)量、 成本等全面要求的能力。但是,隨之而來的市場競爭又使各企業(yè)面臨著生產(chǎn)規(guī)模、 經(jīng)濟(jì)效益、產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)境保護(hù)等方面的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。企業(yè)要想立于不敗之地,必 須提高自身的競爭能力,提高生產(chǎn)效率、降低成本、降低能源消耗和原材料消耗、 減輕對環(huán)境的污染和改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量,以適應(yīng)快速多變的市場需求。 近 20 多年來,由于人類社會的飛速發(fā)展對鋼材尤其是優(yōu)質(zhì)鋼材、特殊鋼材 的需求越來越大,而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,鋼材的冶煉技術(shù)也發(fā)生了質(zhì)的變化。 煉鋼爐的容量不斷擴(kuò)大,超高功率電爐普遍應(yīng)用于生產(chǎn),連續(xù)鑄鋼技術(shù)也円臻完 善。因此,煉鋼的方法也發(fā)生了巨大的變化,由原始的一步煉鋼法發(fā)展成為二步 煉鋼法即爐內(nèi)初煉、爐外精煉。爐外精煉技術(shù)由于其具有提高鋼質(zhì)量、加快產(chǎn) 量、降低成本、改善勞動條件、改善生產(chǎn)環(huán)境條件等等優(yōu)點已日益成為全世界 鋼鐵行業(yè)的新寵,發(fā)展極其迅速。全世界各大鋼鐵企業(yè)紛紛加大了對鋼水爐外精 煉的研究力度,研制了多種鋼水爐外精煉的設(shè)備,尤其是提出了各種各樣的理論 和控制方法,并已創(chuàng)造了極其可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 1.4 實施方案及主要研究手段 （1）本課題對現(xiàn)有鋼包精煉爐進(jìn)行改進(jìn)，重點解決現(xiàn)有鋼包精煉爐的缺 陷。 （2）根據(jù)鋼包精煉爐的材料性質(zhì)，確定工藝材料的選擇（3）通過對已有的 鋼包精煉爐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，主要改善鋼包包體、滑動水口、吹氬口。 1.5 設(shè)計(論文)的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）： (1) 參閱相關(guān)資料，了解和掌握鋼包精煉爐工作原理及其發(fā)展，并查閱和收集 相關(guān)資料； (2) 完成原理方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，確定實施方案； (3) 對鋼包精煉爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計； (4) 鋼包起吊軸加工工藝規(guī)程設(shè)計； (5) 對鋼包滑動水口的結(jié)構(gòu)改善，并對結(jié)果進(jìn)行分析； (6) 完成所設(shè)計部件的裝配圖和零件圖。 5 第 2 章 鋼包設(shè)計 2.1、 鋼包尺寸計算 (1)鋼包容納鋼水量。鋼包的容量應(yīng)于轉(zhuǎn)爐的最大出鋼量相匹配，設(shè)鋼包的 額定容量為 。一般考慮應(yīng)用 10％的過裝余量，則鋼包內(nèi)鋼水實際容量為()Pt =1.1×250=275t0.1.P?? (2)鋼包內(nèi)渣量。出鋼時一般將爐內(nèi)熔渣全部或絕大部分隨鋼水水傾入鋼包。 采用留渣出鋼操作者除外，但留渣出鋼操作時在鋼桶中要新加渣料熔融成新渣 層覆蓋。渣量一般為金屬量的 3～5％，設(shè)計時取較大比例為 15％。即渣量為： ×15%＝0.15P (3)鋼包的容積。根據(jù)鋼包實際容納金屬液與熔渣量計算容積。鋼液比容取 為 0.14 ，熔渣比容取為 0.28 。因此，鋼與渣的總體積即鋼包容積應(yīng)3/mt 3/mt 為： =0.14×1.1 +0.28×0.15 =0.20 ( )，若采用 ＝1，錐度為VPP3DH 15％，則鋼包下部內(nèi)徑(鋼包內(nèi)空間尺寸見圖 1)： =0.8515%HD??D 圖 1 鋼包內(nèi)空間尺寸 鋼包的容積按圓錐臺計算： 2()1HVD??? 6 將 ， 帶入上式得： HD?0.85H 30.67VD? 又因為鋼和渣體積為 =0.20 ，故 =0.20PVP3.1133.2()0.67? 從而可得鋼包基本尺寸與容量的關(guān)系使如下: ； ； 130.67DP130.67HP?130.567HDP? 上面三個計算式是根據(jù)內(nèi)襯厚度上下一致的情況下推出的。各部設(shè)計過程 參考（《鋼鐵廠設(shè)計》下冊，李傳薪主編 P128-129）從而得到各部分參數(shù)如圖 2 所示。 圖 2 鋼包各部分尺寸 1) 0.1.dHJD???1外 殼 內(nèi) 高 2) 2 D?外 殼 全 高 = 3) 12.7.14bJ?外 殼 上 部 內(nèi) 徑 + 4) 2 0.6????外 殼 上 部 外 徑 D 5) 30.9HbJ外 殼 下 部 內(nèi) 徑 = 7 6) 4321.0bD???外 殼 下 部 外 徑 = 說明： (1)盛鋼桶磚襯厚度。盛鋼桶磚襯包含保溫層(外層)與耐火工作層(外層)， 一 般砌筑總厚度 100～250mm。工作層砌磚有多種型式，陳列入標(biāo)準(zhǔn)的盛鋼桶襯磚 磚型外，可針對專用盛鋼桶依據(jù)其錐度、直徑、高度等參數(shù)設(shè)計專用襯磚，則 砌筑工作更為方便順利，砌筑質(zhì)量也較高。 鋼桶桶壁厚度約等于 ＝0.07D ； ：包壁厚度（上下一致） ，bJdJm D：鋼包上部內(nèi)徑， m :鋼包底襯厚度， （ =0.10D）bJb ：鋼包殼壁厚， ( =0.01D)?? ：鋼包殼底厚， ( =0.012D)d d 磚襯部分加厚則須加以擴(kuò)大修正，亦即增大 σ 值方能保證實際容積為 0.20P 表示為: K× =0.20P 。K 為 093～0.96 的一個系數(shù)。意義是磚襯部分加30.67D 厚使容積減小了 4～7％，為彌補(bǔ)容積之不足故在式中乘以系數(shù) K 并得下部內(nèi)徑 （一般 為 30～60 ，取 為 45 ） 。.85HD???m?1/306(.9)P～ =4.289 1/37250.4?? =3.4668HD??m 表 1 鋼包各部分尺寸值 參數(shù)名稱 數(shù)值(mm) 參數(shù)名稱 數(shù)值(mm) D 4289 H4289 8 1D4889 1H47182 4975 247693 4246 dJ4294D 4332 b300d? 51 ?43 上述鋼包設(shè)計的凈空高度為300～400mm , 為了適應(yīng)現(xiàn)代真空冶煉的需要通常增 大鋼包的凈空高度。RH 要求鋼包的凈空達(dá)400mm 以上即可。本設(shè)計中取鋼包的 凈空高度為800mm 從而得到鋼包的各部分尺寸如下表2所示 表 2 改進(jìn)后鋼包各部分的值 參數(shù)名稱 數(shù)值(mm) 參數(shù)名稱 數(shù)值(mm) D 4289+120 H4289+8001 4889+137 14718+8002 4975+139 24769+8003 4246+119 dJ4294D 4332+121 b300d? 51 ?43 2.2、鋼包質(zhì)量 鋼包質(zhì)量的精確計算須完成外殼、吊掛耳抽、支撐腿及滑動水口等結(jié)構(gòu)計 算后，根據(jù)詳細(xì)圖紙進(jìn)行計算，但由上述已經(jīng)確定的主要尺寸參數(shù)與選材亦可 以較粗略地算出鋼包的質(zhì)量。 (1)包襯質(zhì)量。磚襯總體積體積與總質(zhì)量為： 桶壁磚襯體積為: 9 222223[(1.4)(0.9).1.4(0.85).]0.19bDVDDD??????? 桶底磚襯體積為： 23(0.9)..74d?? 磚襯總體積: 3330.219D.0.296DV??襯 磚襯總質(zhì)量(現(xiàn)取平均密度約 1.81 計算)/tm??33333W..71.80.19.5D????襯 （2）外殼鋼板質(zhì)量 桶底鋼板體積： 23(.0)..4D? 桶壁鋼板體積: 3(1.6.)1.50..9D??? 外殼鋼板質(zhì)量: ??3W09784?殼 （3）空鋼包質(zhì)量 ，將式 代入得：3.1D??1襯 殼 13.6P 0.273P 即空盛鋼桶質(zhì)量約為鋼桶額定容量值的 27～28％。考慮到其它未計入的鋼 結(jié)構(gòu)件與耐火磚(塞仔磚或滑板)質(zhì)量，應(yīng)增加約 10％，則空桶質(zhì)量為額定容量 值的 30～31％。 （取為 30%）103WP?（ .～ ） =0.3×250=75 （ t） （4）裝滿鋼水與熔渣后的總質(zhì)量。鋼包容量按過裝 10%計算，渣量為金屬量 15%計 算，則裝滿鋼水和渣后的質(zhì)量為： 21.P065.273P1.58??? =1.538×250=384.5t 10 因此，在選用澆注起重機(jī)時，其起重容量應(yīng)大于 加門形吊鉤的質(zhì)量。門2W 形吊鉤有固定在盛鋼桶上(與耳鈾餃接)和脫鉤式兩種，均須計入起重總量。 2.3 鋼包重心計算 計算鋼包的重心是為了確定鋼包耳軸的高低位置，使裝滿鋼水與熔渣的鋼包 吊運與澆注過程穩(wěn)定，無傾翻的危險；又要使其在傾倒出殘鋼與鋼水時不需太 費力。計算重心是采用力學(xué)常規(guī)的計算方法。 對于盛鋼桶而言，如簡化不計澆注操作機(jī)構(gòu)(塞桿或滑動鑄口)的質(zhì)量，即 忽略它們在盛鋼桶上所引起的重心偏移，則可視盛鋼桶桶體，內(nèi)襯及鋼水、熔 渣是圍繞鉛垂軸線完全對稱的。故計算重心只考慮堅直方向的距離即可以了。 (1)鋼桶桶壁磚襯的重心點 由計算可得桶壁磚襯重心距上口為： 01.487yD? (2)盛鋼桶底磚襯的重心點 由計算可得桶底磚襯重心距上口為： 02.5 (3)外殼側(cè)壁之重心點 由計算可得外殼側(cè)壁重心距上口為 03.7yD? (4)底殼的重心點 由計算可得底殼重心距上口為 041.6 (5)渣層的重心點 由計算可得渣層重心距上口為 05.9yD? (6)盛鋼桶內(nèi)金屬的重心點 由計算可得盛鋼桶內(nèi)金屬重心距上口為 06.581 (7)總重心。已知盛鋼桶各部分重心的所有數(shù)據(jù)，總重心就可以求出。因盛 鋼桶是對稱的，所有重心都在對稱袖上，根據(jù)合力靜力矩等于合力靜力 矩之和的原理，可列出下列方程式： 01020300.mWyyWy?? = 2.538P 11 裝滿鋼水的盛鋼桶質(zhì)量： 321.58.6WD?? 鋼水量: 31..6.70P?? 化簡得： 02795D.4.y =0.54×4.289=2.3160 m 同時，為了使盛鋼桶穩(wěn)定，必須使耳軸中心線與盛鋼桶上緣的距離小于 0.54D。同樣計算方法，可得空盛鋼桶之重心位置 ，亦即空盛鋼0.642`yD? 桶較盛滿鋼水、熔渣時重心為低，此時更為穩(wěn)定，無傾覆之危險。 表 3 鋼包各部分參數(shù) 參數(shù)名稱 數(shù)值(mm) 參數(shù)名稱 數(shù)值(mm) D 4409 H50891 5026 155182 5114 255693 4365 dJ4294D 4453 b300d? 51 ?430y 2.316 12 第三章 鋼包滑動水口設(shè)計 隨著快速、高效連鑄和二次精煉技術(shù)及工藝的發(fā)展，滑動水口 （Sliding Nozzle，簡稱 SN）系統(tǒng)在現(xiàn)代鋼鐵冶煉過程中變得越來越重要， 成為冶煉中不可缺少的部分。它是連鑄機(jī)澆鑄過程中鋼水的控制裝置，能夠 精確地調(diào)節(jié)從鋼包到連鑄中間包的水流量，使流入和流出的鋼水達(dá)到平衡， 從而使連鑄操作更容易控制?；瑒铀谙到y(tǒng)因其可控性好，能提高煉鋼生產(chǎn) 效率而得到了迅速發(fā)展?，F(xiàn)在，在鋼包、中間包上國內(nèi)外普遍使用了滑動水 口系統(tǒng)。 滑動水口的設(shè)計早在 1884 年就由美國人 D. Lewis 提出構(gòu)思并申請了專 利，后來也有不少類似的專利，但均因材質(zhì)不過關(guān)而未能實現(xiàn)。直到 1964 年， 西德本特勒鋼鐵公司在 22T 鋼包上，采用滑動水口裝置代替塞棒系統(tǒng)進(jìn)行澆 鋼，首次獲得成功，并迅速推廣到許多國家。 滑動水口一般由驅(qū)動裝置、機(jī)械部分和耐火材料部分（即上下滑板、下 水口）組成。滑動水口的工作原理是通過滑動機(jī)構(gòu)使上下滑板磚滑動，從而 帶動流鋼孔的開閉來調(diào)節(jié)鋼水流量大小的。 為獲得較長的使用壽命和穩(wěn)定的操作條件，滑板作為滑動水口系統(tǒng)的耐 火材料和機(jī)械構(gòu)件，都要求其具有優(yōu)良的性能。當(dāng)前，為了使滑動水口系統(tǒng) 使用性能更加穩(wěn)定可靠，對滑板的形狀以及固定方式進(jìn)行了許多改進(jìn)和研究， 其主要目的是抑制滑板使用過程中工作面裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。 滑板（Sliding Plate，簡稱 SP）是滑動水口系統(tǒng)的主要部件之一。按 照組成滑動水口系統(tǒng)的滑板塊數(shù)劃分，可分為兩層式和三層式。鋼包用滑板 一般為兩層式，操作時上滑板固定不動，通過下滑板進(jìn)行截流和節(jié)流。中間 包用滑板一般為三層式，操作時將上滑板與上水口固定，下滑板與下水口固 定，通過中間滑板來進(jìn)行截流和節(jié)流。 3.1 負(fù)載與運動分析 3.1.1 計算工作負(fù)載 由任務(wù)書給出 缸1：F1=100KN 缸2：F2=100KN 13 3.1.2 摩擦及慣性負(fù)載 由于摩擦及慣性負(fù)載須由實驗確定，且該系統(tǒng)的摩擦及慣性負(fù)載均 不大，故忽略不計。 3.1.3 工進(jìn)速度 由任務(wù)書給出 缸1：V1=15mm/s 缸2：V2=15mm/s 3.1.4 各工況負(fù)載 由于忽略了摩擦及慣性負(fù)載，且由任務(wù)書可知，整個工作過程中， 工 3.1.5 各工況時間 將啟動和減速過程忽略 工進(jìn)：t1===7.33s 退回：t2===7.33s 3.2 確定液壓缸基本參數(shù) 3.2.1 初選系統(tǒng)壓力 由任務(wù)書給出系統(tǒng)工作壓力 P1=16MPa，液壓缸工作過程中，活塞桿 主要受壓，故取 d/D=0.7 系統(tǒng)對活塞桿速度有要求，初步構(gòu)想采用出口節(jié)流調(diào)速，故初取系 統(tǒng)背壓 P2=1MPa 3.2.2 計算液壓缸主要尺寸 A1= 14 去=0.9 =71.6846 = 則 A1=7168.46×則液壓缸直徑 D==9.56cm 去標(biāo)準(zhǔn)值 D=100cm 由 d/D=0.7，則 A1=2A2，i=0.7 則 d=70mm 則液壓缸的有效面積： A1=π·/4=78.5 A2=π·( )=40.1 活塞桿直徑 A=A1-A2=38.4 3.3 擬定液壓系統(tǒng)圖 3.3.1 選擇基本回路 3.3.1.1 調(diào)速回路 由于出口節(jié)流調(diào)速始終存在背壓，故速度穩(wěn)定性好。 3.3.1.2 油源形式的確定 由第一部分分析看出，系統(tǒng)工作過程中主要由工進(jìn)（高壓大流量） 和退回（低壓大流量）兩個工況組成，即泵主要要滿足高壓大流量的 要求，故而，選擇軸向柱塞泵。 3.3.1.3卸荷回路的選擇 由于鋼水包滑動水口特殊的工作條件，要求液壓系統(tǒng)在大部分時間 內(nèi)都處于不工作狀態(tài)，但頻繁的啟動不僅消耗大量能量，而且對液壓 系統(tǒng)不利，故而系統(tǒng)應(yīng)采用卸荷回路，現(xiàn)提出以下卸荷回路： （1）換向閥卸荷 15 （2）先導(dǎo)式溢流閥卸荷 （3）先導(dǎo)式電磁卸荷溢流閥卸荷 3.3.1.4鎖止回路的確定 由于鋼水包滑動水口要求在任何位置停止并鎖緊，以穩(wěn)定的調(diào)節(jié)鋼 水流出速率，故采用液控單向閥的鎖緊回路。 3.3.1.5系統(tǒng)圖的最終確定 (1) 16 （2） 3.1.3.6系統(tǒng)的比較 系統(tǒng)一采用雙缸串聯(lián)機(jī)構(gòu)，工作中從動缸可隨主動缸動作，從動缸 的啟動與停止完全跟隨主動缸動作，運動控制精確，且系統(tǒng)簡單，易 實現(xiàn)。 系統(tǒng)二中，從動缸采用差動連接，并靠主動缸推動滑動水口為從動 缸提供機(jī)械力，使從動缸運動，在主動缸停止運動時，從動缸可能會 在慣性作用下繼續(xù)運動，從而造成滑動水口的開度定位不精確，且此 17 系統(tǒng)復(fù)雜，使系統(tǒng)搭建、調(diào)試以及發(fā)快的設(shè)計變得復(fù)雜。 系統(tǒng)三才有用先導(dǎo)式卸荷溢流閥，卸荷溢流閥流量大，且系統(tǒng)簡單。 系統(tǒng)四采用單缸系統(tǒng)，并利用換向閥中位鎖緊，系統(tǒng)簡單易實現(xiàn)，但 單缸系統(tǒng)的液壓缸尺寸計算時，須按有桿腔提供工作壓力計算，導(dǎo)致 液壓缸尺寸變大，而由于此液壓缸需要經(jīng)常拆卸，過大的液壓缸對工 人操作不方便，且對機(jī)械機(jī)構(gòu)要求也更高，而換向閥中位機(jī)能鎖緊回 路鎖緊不可靠。 綜合以上分析，將系統(tǒng)一作為最終選定系統(tǒng)。 3.4液壓輔件的選擇 3.4.1 選擇液壓泵及驅(qū)動電機(jī) 3.4.1.1確定液壓泵最大工作壓力 P1=16MPa 由于系統(tǒng)管路簡單，取 ΔP=0.5MPa 3.4.1.2確定液壓泵的流量 取泄露系數(shù) K=1.1 18 3.4.1.3選擇液壓泵型號 由以上計算數(shù)字查閱產(chǎn)品樣本，選用規(guī)格相近的華德公司的 A2F 10 R 2 P 1軸向柱塞泵 3.4.1.4確定驅(qū)動液壓泵的功率 取泵的總效率=0.8 其中=10ml/r× 1500r/min=15l/min =5KW 3.4.2 控制閥的選擇 3.4.2.1 先導(dǎo)式溢流閥 溢流閥通過的最大流量即為泵的額定流量，q=15L/min，最大調(diào)定 壓力 p≥16MPa 選擇華德公司的 DBW 10A-2-30B/315X/V 3.4.2.2 換向閥 通過換向閥最大流量為系統(tǒng)工進(jìn)時流量 q=7.065L/min，工作壓力 p=16MPa 系統(tǒng)電磁換向閥選擇4WE6 J 50B/ A G24 V 系統(tǒng)手動換向閥選擇 H-4WMM 6JB/V 19 3.4.2.3調(diào)速閥及液控單向閥 調(diào)速閥及液控單向閥的最大流量為系統(tǒng)工進(jìn)工況時的流量 q=7.065L/min，工作壓力 p=16MPa 調(diào)速閥選擇 Z2F 6-30B/S2 V 單向閥選擇 Z2S 6-40 B/V 3.4.3 蓄能器的選擇 3.4.3.1蓄能器的參數(shù)計算 （1）蓄能器充氣壓力的確定 蓄能器的最低工作壓力應(yīng)由實驗確定，但由于條件的限制，在此定 位12MPa。 則蓄能器的充氣壓力 （2）蓄能器總?cè)莘e V0的計算 由于蓄能器做應(yīng)急能源使用，并要求在泵不工作時，靠蓄能器可工 作2-3次，以下按工作三次計算 則蓄能器有效工作容積 ΔV=A1·S·3·ζ 其中取 ζ=1.2 ΔV=3.2L 工作過程可看做等溫過程 20 則 3.4.3.2蓄能器的選擇 有以上計算選擇力士樂公司的 HAB 20-262-2X/10 G09 2N111-SQLO- 皮囊式蓄能器 3.4.4管道的選擇 3.4.4.1 管道內(nèi)徑的計算 管道內(nèi)徑計算公式 d=1.13 吸油管路: 取 v=3m/s d=10.3mm 回油管路：取 v=3.5m/s d=9.5mm/s 壓油管路：取 v=8.5m/s d=6mm/s 3.4.4.2 管道的選擇 液壓泵至閥塊之間管道的選擇:由泵的 p 口螺紋尺寸為 M22×1.5， 選擇 M22×1.5的卡套式管接頭，據(jù)此選擇泵至閥塊之間的管道為外徑 φ18，內(nèi)徑 φ12的鋼管。 閥塊至油箱之間管道的選擇：由回油管路的上述計算，取內(nèi)徑 φ10mm，外徑 φ14mm 的鋼管，選擇 M18×1.5的卡套式管接頭。 閥塊上 A、B 口至液壓缸之間的管道選擇：由亞油管路計算，選擇 內(nèi)徑 φ6mm，外徑 φ10mm 的鋼管，管接頭選擇 M14×1.5的卡套式管接 21 頭。 3.5 確定油箱容量 油箱容量由經(jīng)驗公式確定：V=α·q q=15L/min，取 α=6 即油箱容量 V=90L 3.6過濾系統(tǒng)的設(shè)計 3.6.1 過濾器的位置設(shè)置 系統(tǒng)采用軸向柱塞泵，受泵的吸油特性限制，不采用吸油過濾由系 統(tǒng) 要求知道，系統(tǒng)大部分時間處于卸荷狀態(tài)，故只采用壓油路過濾， 且過濾器裝在溢流閥的上游，既可起到對泵下游液壓元件的保護(hù)，又 可保證流回油箱油液的清潔。 3.6.2 過濾器精度的選擇 （1）系統(tǒng)中最敏感元件為液壓泵 （2）由 ISO4406標(biāo)注及水乙二醇為工作介質(zhì)，選擇清潔度為 17/15/13。 （3）考慮到系統(tǒng)工作的高溫環(huán)境，及系統(tǒng)的故障可能威脅設(shè)備及 人員安全，目標(biāo)清潔度再增加一級，選擇16/14/12。 （4）由目標(biāo)清潔度選擇過濾器清潔度，查表可得過濾精度為 5μm。 3.6.3過濾器尺寸確定 22 （1）根據(jù)環(huán)境污染狀況和對污染物的控制程度，查處環(huán)境等級 由于鋼廠環(huán)境較差，但系統(tǒng)所用缸較少，故選環(huán)境等級為5級。 （2）確定流量增大倍數(shù) 選擇 ZU-H 系列高壓過濾器，最大允許壓力將為0.35MPa，據(jù)此查表 增大倍數(shù)為2倍 3.7液壓油的選用 由于鋼水包滑動水口液壓系統(tǒng)在鋼水包附近工作，工作環(huán)境溫度較 高，且有發(fā)生火災(zāi)的危險，故采用抗燃液壓油水乙二醇。 23 結(jié)論 經(jīng)過對鋼包設(shè)計計算，可以得出以下結(jié)論： （1）設(shè)計了鋼包體結(jié)構(gòu)； （2）設(shè)計了鋼包滑動水口； （3）設(shè)計了鋼包滑動水口液壓系統(tǒng)。 通過本次畢業(yè)設(shè)計，我全面的進(jìn)行了一次機(jī)械設(shè)計基本技能訓(xùn)練，對所學(xué) 的課程進(jìn)行了一次全面系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，并融會貫通。綜合運用所學(xué)知識，遇到問 題，分析問題，并解決問題。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，我的計算機(jī)和外語應(yīng)用能力 得到了一定的提高，并且提高了我的機(jī)械設(shè)計與應(yīng)用能力。 不過在本次設(shè)計計算過程也有不少問題，比如查閱的資料可能還不夠完善， 考慮的工況還不夠周全。計算時我也遇到了許多困難，但是通過自己不斷查閱 相關(guān)資料和請教老師等途徑，最終將一個個困難解決了。在本次設(shè)計過程中鍛 煉和加強(qiáng)了自己獨立分析、解決問題的能力。這些必將使我在以后的生活與學(xué) 習(xí)中受益匪淺。 24 致謝 本次畢業(yè)設(shè)計是在 xx 老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。xx 嚴(yán)肅的科 學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從 課題的選擇到項目的最終完成，xx 老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。 xx 老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想給我以鼓舞，在此謹(jǐn)向 xx 老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)，以及 在設(shè)計中被我引用或參考的論著的作者。 25 參考文獻(xiàn) [1]閻松葉，鋼包回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)支承緊固[J]，中鋼邢機(jī)設(shè)備制造公司連鑄室， 2010(13)，76~77 [2]潘毓淳編. 煉鋼設(shè)備[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1991 [3]邱慶文，鋼包回轉(zhuǎn)臺改造[J]，漣源鋼鐵集團(tuán)有限公司，2005，33（3） ， 37~42 [4]成大先編，機(jī)械設(shè)計手冊第四版（第二卷）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002 [5]羅振才編，煉鋼機(jī)械，第 2 版[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008 [6]成大先編，機(jī)械設(shè)計手冊第四版（第三卷）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002 [7]徐立民編，回轉(zhuǎn)支承[M]. 北京：高等教育出版社，1988 [8]羅振才編，煉鋼設(shè)備[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1982 [9]北京鋼鐵學(xué)院，弧形連續(xù)鑄鋼設(shè)備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1978 [10]濮良貴編 .紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2006 [11]吳宗澤，羅圣國編 .機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊（2 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