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江蘇科技大學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 學(xué) 院 材料與冶金學(xué)院 專 業(yè) 材料成型及控制工程 學(xué)生姓名 劉 楊 班級(jí)學(xué)號(hào) 1045561215 指導(dǎo)教師 周 瑞 二零一四年六月 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 100MW汽輪發(fā)電機(jī)軸承座鑄造工藝設(shè)計(jì) Casting process design 100MW turbine generator bearing 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 100MW汽輪發(fā)電機(jī)軸承座鑄造工藝設(shè)計(jì) 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、達(dá)到的指標(biāo)和應(yīng)做的實(shí)驗(yàn)等） 1 提供條件： 汽輪發(fā)電機(jī)軸承座零件圖 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求: （1）熟悉汽輪發(fā)電機(jī)軸承座。 （2）查閱相關(guān)技術(shù)資料，為設(shè)計(jì)做好前期準(zhǔn)備。 （3）根據(jù)樣品及相關(guān)資料做出三維零件圖。 （4）提出工藝方案，并進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。 3 設(shè)計(jì)手段 設(shè)計(jì)手段：查閱資料；設(shè)計(jì)二維零件圖；提出并編寫工藝方案； 二、完成后應(yīng)交的作業(yè)（包括各種說明書、圖紙等） 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一份（不少于1.5萬字）； 2.外文譯文一篇（不少于5000英文單詞，并附原文）； 3.相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙。 三、完成日期及進(jìn)度 自2014年3月5日起至2014年6月7日止進(jìn)度安排： 3.5～ 3.16 文獻(xiàn)檢索與閱讀； 3.16～ 5.23 設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)、提交開題報(bào)告和翻譯文獻(xiàn)； 5.23～ 6.04 撰寫論文、提交論文； 6.04～ 6.06 論文評(píng)閱和修改； 6.07 答辯。 四、主要參考資料（包括書刊名稱、出版年月等）: [1] 蔣毓良. 超超臨界1000MW汽輪發(fā)電機(jī)軸承座的鑄造質(zhì)量控制[J]. 上海宏鋼電站設(shè)備鑄鍛有限公司. 2002: [2] 王秀瑾. 百萬千瓦級(jí)核電汽輪發(fā)電機(jī)軸承座剛度計(jì)算[J]. 上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院. 2012 [3] 南紅艷. 灰鑄鐵軸承座的兩種鑄造工藝方案數(shù)值模擬對(duì)比與選定[J]. 河南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院. 2012.11 [4] 廖瓊. 軸承座鑄造工藝方案研究及模擬[J].天津重型裝備工程研究有限公司. 2012 [5] 王文清，李魁盛等. 鑄造工藝學(xué)(M). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社. 2002.10:10-11 [6] 李弘英. 鑄造工藝設(shè)計(jì)(M). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社. 2005.2:1-3 [7] 沈紅衛(wèi). 超臨界900MW汽輪發(fā)電機(jī)軸承座鑄件的鑄造[J].上海汽輪機(jī)有限公司. 2003.9 [8] 許濟(jì)群，蔣磊，葉青等. 16V240ZB型柴油機(jī)鑄鋼主軸承座鑄造工藝[J]. 1994 [9] 馮景蘭，付龍. 大型鑄鋼件縮松改進(jìn)實(shí)踐[J]. 寧夏機(jī)械. 2009，4：91-94 [9] 林工. 樹脂砂鑄造工藝. 樹脂砂、V法、消失模造型線及單機(jī)[J]. 2011，10 [10] 李日，劉百成，李文珍. 溫度梯度對(duì)致密厚壁鑄鋼件工藝設(shè)計(jì)的重要性[J]. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù). 2004：92-96 [11] 杜西靈等. 鑄造技術(shù)與應(yīng)用案例. 機(jī)械工業(yè)出版社[M]. 2009:1-5 [12] 王文清等.鑄造工藝學(xué). 機(jī)械工業(yè)出版社[M]. 2009:83-90 [13] 郭林. 凝固模擬技術(shù)在軸承座鑄造中的應(yīng)用[J]. 濟(jì)鋼集團(tuán)重工機(jī)械有限公司 2011 [14] 蔣志龍, 李全勇, 樊志勇. 汽輪發(fā)電機(jī)軸瓦傾斜故障分析[J]. 中國設(shè)備工程. 2013:38-39. 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Turbo refers to a turbine driven power generating apparatus, a mechanical energy into electrical energy machine. By the steam into the turbine expansion work, so that the blades rotate prompting generators. Turbogenerator generally stator, rotor and bearing components such as constitution, it is an important bearing casting process manufacturing turbine generator. The turbo-generator housings suitable casting process can not only improve the performance of the motor, but also to extend its service life. This paper completed the determination of 100MW turbine generator bearing casting process design, including the selection of sub-surface systems and pouring sand core design, process parameters. Design looks like, core boxes and sand box, revealing the produce loose shrink, shrinkage causes the site and thus the casting process optimization. Keywords: turbine generator bearing;cast steel;casting process design 目錄 第一章 緒論 1 1.1 本課題的研究背景 1 1.2 本課題研究發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3 本課題的研究目的與意義 1 1.4 鑄造概述 1 1.5 鑄造的特點(diǎn) 2 1.6 鑄造方法的分類 2 1.7 鑄造工藝設(shè)計(jì)的原則 3 1.8 確定澆注位置的一般原則 4 1.9 分型面的選擇原則 4 1.10 鑄造工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟 5 1.10.1 本課題研究的內(nèi)容 5 1.10.2 本課題設(shè)計(jì)的步驟 5 第二章 軸承座工藝性分析 7 2.1 汽輪發(fā)電機(jī)軸承座 7 2.2 軸承座鑄造方法的選定 7 2.3 軸承座鑄造材料 7 2.4 軸承座工藝分析 9 2.5 加工面選擇 9 第三章 工藝方案的確定 10 3.1 澆注位置的選擇 10 3.2 分型面選擇 10 3.3 砂箱尺寸確定 11 第四章 軸承座鑄造工藝參數(shù) 12 4.1 鑄件的尺寸公差 12 4.2 鑄件最小鑄出壁厚 12 4.3 機(jī)械加工余量 13 4.4 鑄造收縮率 15 4.5 起模斜度 16 4.6 工藝補(bǔ)正量 17 4.7 反變形量 17 第五章 砂芯的設(shè)計(jì) 18 5.1 砂芯的分類 18 5.2 砂芯的材料選擇 18 5.3 砂芯的設(shè)計(jì)原則 18 5.4 芯頭的設(shè)計(jì) 18 5.5 芯骨設(shè)計(jì) 20 5.6 砂芯的定位結(jié)構(gòu) 20 5.7 砂芯的排氣 20 第六章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22 6.1 澆注系統(tǒng)選擇 22 6.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 22 6.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn) 22 6.4 澆注系統(tǒng)組成 22 6.4.1 澆口杯 22 6.4.2 澆口窩 23 6.4.4 橫澆道 23 6.4.5 內(nèi)澆道 23 6.5 確定澆道數(shù)量及內(nèi)澆道位置 24 6.6 開放式澆注系統(tǒng)澆口比 24 6.8 澆注時(shí)間的確定 24 6.9 各組元的截面積 25 6.10 直澆道窩尺寸設(shè)計(jì) 28 6.11 最小壓力頭的校核 29 6.12 冒口設(shè)計(jì) 29 6.13 出氣孔設(shè)計(jì) 30 6.14 冷鐵設(shè)計(jì) 30 結(jié)論 32 致謝 33 參考文獻(xiàn) 34 第一章 緒論 1.1 本課題的研究背景 隨著世界各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速的趨勢(shì)，人類對(duì)于電能的運(yùn)用和需求也就顯得尤為重要。電能是我們生活的必要資源，它其實(shí)是容易獲得、干凈和經(jīng)濟(jì)的動(dòng)力是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)揚(yáng)的因素。近幾年，經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長，與此同時(shí)，我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源利用的矛盾日益突出。而很多的城市持續(xù)加深發(fā)電高效行使和廣泛管制。 1.2 本課題研究發(fā)展現(xiàn)狀 目前我國主要的發(fā)電方式是火力發(fā)電，火力發(fā)電按照它的作用可以分為兩大類：供電和供熱。顧名思義，原動(dòng)機(jī)就是提供動(dòng)力，汽輪機(jī)作為火力發(fā)電的三大重要的原動(dòng)機(jī)之一，為我國的火電行業(yè)提供了有力地保障。所以在我國龐大電力市場(chǎng)，發(fā)電技藝必須持續(xù)的提升，就能讓相關(guān)設(shè)備更有效快速發(fā)展。鑄造工藝生產(chǎn)出的零件毛坯已經(jīng)大致的成性，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的精加工即可，從而簡(jiǎn)化了工序，價(jià)格也降低了。所以說汽輪發(fā)電機(jī)軸承座的各種性能與鑄造工藝密不可分。 1.3 本課題的研究目的與意義 軸承座目的是能讓它的外圈固定，只使內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，一直與傳輸方向一樣，并且還能夠保持平衡狀態(tài)。這就表明軸承座是機(jī)器正常工作的重要影響因素。軸承座的主要應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)，另外也應(yīng)用于交通業(yè)、航空航天業(yè)等，足以證明軸承座在現(xiàn)代各行各業(yè)中的重要作用。 軸承座的概念就是軸承與箱體的集合體，方便運(yùn)用，這樣的好處是可以有更好的配合，更便捷有效，減少企業(yè)的使用成本。至于軸承座外形，大多數(shù)有一個(gè)箱體，軸承就是安裝在里面，但是本課題設(shè)計(jì)的是多箱體。軸承主要分為：分離軸承、外球面軸承、法蘭軸承、滑動(dòng)軸承、滾動(dòng)軸承等，他們也都有其相應(yīng)的軸承座。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是：100MW汽輪發(fā)電機(jī)軸承座的鑄造工藝設(shè)計(jì)?？梢酝ㄟ^閱讀書籍資料，依據(jù)軸承使用機(jī)能剖析決定澆注位置、分型面的選取要領(lǐng)、工藝參數(shù)、砂芯設(shè)計(jì)等進(jìn)行研究。 1.4 鑄造概述 鑄造工藝是機(jī)器生產(chǎn)的根蒂而且很緊要的的方式。鑄造的工藝方法有著悠久的歷史，其中我國就有很豐富的鑄造經(jīng)驗(yàn)。隨著現(xiàn)代工業(yè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，大型鑄件的鑄造質(zhì)量很大程度上影響著出廠產(chǎn)品內(nèi)部的核心質(zhì)量，因此，鑄造在工業(yè)制造中占起著舉足輕重的地位。由于現(xiàn)代工業(yè)對(duì)鑄造質(zhì)量、精確度、成本和自動(dòng)化要求的提高，鑄造工藝正在向著精確化、質(zhì)量體系化、自動(dòng)化和環(huán)?；姆较蜻~進(jìn)。 鑄造是將通過熔化的金屬液體澆注入型腔內(nèi)，然后冷卻凝固后達(dá)到預(yù)定的形狀和性能產(chǎn)品的制作過程。它是很實(shí)用的生產(chǎn)方式，在低價(jià)格、方法比較靈便的特征下，可以獲得各類繁雜外形或者大型鑄件，所以這樣有有優(yōu)勢(shì)的特性，較為準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，美觀的外表已經(jīng)成為成為鑄件的發(fā)展趨勢(shì)。所以，目前多數(shù)軸承座就是運(yùn)用鑄造方式獲得。 1.5 鑄造的特點(diǎn) 鑄造生產(chǎn)是將液態(tài)金屬注入型腔中，經(jīng)降溫、固態(tài)成型，這類生產(chǎn)金屬方法叫做鑄造。 鑄造生產(chǎn)具有以下特點(diǎn)： （1）適用性強(qiáng)：鑄造工藝一般對(duì)零件的大尺寸、重量、材料型號(hào)（厚度）、和復(fù)雜性沒有太多要求，所以說它的適用性強(qiáng)。很復(fù)雜的鑄件都可以鑄造出來。 （2）適用的范圍廣：像鑄鐵、鑄鋼還有很多種類的材料都可以使用鑄造進(jìn)行生產(chǎn)。 （3）鑄件的尺寸精度高：鑄件的尺寸一般要比鍛件、焊接件的更加精確，這樣產(chǎn)生的廢料就會(huì)很少，可以有效地節(jié)約金屬材料和機(jī)械加工的時(shí)間。 1.6 鑄造方法的分類 （1）砂型鑄造 砂型鑄造是一種很普遍的鑄造方法。鑄鋼件、鑄鐵件等都可以通過這種方法生產(chǎn)。砂型鑄造能夠適應(yīng)大、中、小批量的生產(chǎn)特點(diǎn)，而且操作簡(jiǎn)單。因此，砂型鑄造一直是鑄造生產(chǎn)中的主要鑄造方法。所以砂型鑄造可以作為本課題軸承座設(shè)計(jì)的備選鑄造方法。 （2）金屬型鑄造 金屬型不僅能采取重力鑄造，還能利用壓力鑄造。金屬型的鑄型模具能夠循環(huán)使用，使用壽命長，生產(chǎn)效率很高。金屬型的鑄件優(yōu)點(diǎn)是不僅尺寸精度高。但是，金屬型鑄造也是有缺陷的：因?yàn)榇髓T件材料的熔點(diǎn)很高，所以一般不被選用。對(duì)于小批量生產(chǎn)加工的話，金屬型的模具價(jià)格很高；而且金屬型鑄造的模具受材料尺寸等條件的限制，對(duì)于大的鑄件無法加工。幾乎不用金屬型鑄造生產(chǎn)大量同批產(chǎn)品。所以本課題研究的軸承座不會(huì)采用這種方式。 （3）壓力鑄造 壓鑄是當(dāng)今效能最高的鑄造方法。它有熱室和冷室的兩種。長處：（1）它的自動(dòng)化水準(zhǔn)較高，原料損耗少。（2）它的機(jī)器加工余量放的小一點(diǎn)，0.5毫米上下就行，一方面可以減少生產(chǎn)成本，也可以避免破壞表面致密層。弊端：（1）受到加工工具耐熱性的影響，現(xiàn)在唯獨(dú)可在熔點(diǎn)低一點(diǎn)的原料上生產(chǎn)。（2）鑄造熔融金屬在高速灌裝的狀態(tài)下，在一個(gè)很大壓力下成型，所以腔中的氣體容易涂抹在鑄件的內(nèi)部出現(xiàn)孔隙?；谝陨戏治鰤毫﹁T造不能用于生產(chǎn)本課題設(shè)計(jì)的軸承座鑄造方法。 （4）熔模鑄造 我國將熔模鑄造應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，取得極大的發(fā)展。 熔模鑄造是一種幾乎沒有切削加工余量的鑄造方法，甚至有時(shí)一些鑄件只需要留有很少的打磨、拋光余量，不需要再進(jìn)行機(jī)械加工，因而得到了非常廣泛的應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)在于它不僅能夠適用于各種材料的鑄造，而且生產(chǎn)出的鑄件尺寸精度比其它鑄造方法都要高，甚至可以生產(chǎn)很多結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的和耐熱性強(qiáng)的鑄件。 熔模鑄造鑄件粗糙度至少有Ra0.63～1.25um，比其他1-3點(diǎn)方法的高。可是因?yàn)樗墓に囘M(jìn)程繁雜，很多情況破壞鑄件尺寸精度。比如收縮性、變形等原因。汽輪發(fā)電機(jī)軸承座的精度要求高，鑄造過程中不允許有變形，所以不采用熔模鑄造方法。 所以選用砂型鑄造設(shè)計(jì)此軸承座。 1.7 鑄造工藝設(shè)計(jì)的原則 隨著科技進(jìn)步，我們對(duì)鑄件的質(zhì)量也在提高： （1）表面粗糙度要低，性能要好； （2）還要擁有一些特殊的機(jī)能，像耐腐、耐熱性； （3）鑄件要有合適的厚度，這樣可以防止?jié)膊坏?、冷隔等缺陷，但也不能設(shè)計(jì)的太厚； （4）設(shè)計(jì)時(shí)注意鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不能造成較大的收縮阻礙，多用一些圓角來解決此問題； （5）鑄件的內(nèi)壁要比外壁薄一些，目的就是都能均勻的冷卻； （6）避免各種情況的變形； （7）設(shè)計(jì)注意達(dá)到按順序凝固； （8）要求生產(chǎn)工時(shí)少，成本也不能很高。 因此，鑄件在生產(chǎn)之前，鑄造工藝設(shè)計(jì)很有必要。此次設(shè)計(jì)便是憑借此軸承座圖紙的規(guī)格尺寸特征，以及工藝流程規(guī)定，采取有優(yōu)勢(shì)的方案，進(jìn)而確定一些參數(shù)，制作工藝等技術(shù)文件的過程。 1.8 確定澆注位置的一般原則 （1）鑄造時(shí)下面和側(cè)面一般放置零件工作面，避免各種缺陷； （2）澆注位置應(yīng)有利于所確定的凝固順序，對(duì)于凝固體收縮率較大的鑄造合金，應(yīng)盡量滿足順序凝固原則，鑄件厚實(shí)部分應(yīng)盡可能至于上方，利于設(shè)置冒口補(bǔ)縮； （3）澆注位置應(yīng)有利于砂芯的定位、固定和排氣； （4）平面要放在下部或傾斜位置，用來避免各種缺陷。有時(shí)為了方便造型，可采用“橫做立澆”、“平做立澆”的方法； （5）鑄件的薄壁部分應(yīng)置于鑄件的底部或側(cè)面，以防澆不到、冷隔等缺陷； （6）大批量生產(chǎn)時(shí)盡量減少飛翅和毛刺； （7）要避免厚實(shí)鑄件冒口下面的受力面產(chǎn)生偏析； （8）盡量使冒口置于加工面上，以減少鑄件清理工作量。 1.9 分型面的選擇原則 鑄件分型面的選擇一般要遵循以下原則： （1）盡量將鑄件的全部或大部分放在同一箱內(nèi)，以減少錯(cuò)型和不便于驗(yàn)型而造成的尺寸偏差； （2）盡量將加工定位面和主要加工面放在同一箱內(nèi)，以減少加工定位的尺寸偏差； （3）盡量減少分型面數(shù)量，在機(jī)器造型中一般采用一個(gè)分型面； （4）在機(jī)器造型中，應(yīng)盡量不使用活塊，必要時(shí)用砂芯取代模樣拆活； （5）盡量減少砂芯數(shù)量； （6）盡量使分型面為平面，必要時(shí)也可不做成平面； （7）為了方便起模，分型面應(yīng)在鑄件的最大截面處，對(duì)于較高的鑄件，盡量使鑄件在一箱內(nèi)不過高； （8）在大量生產(chǎn)時(shí)，分型面的選擇應(yīng)有利于鑄件的清除； （9）選擇分型面應(yīng)考慮到造型方法的不同。 1.10 鑄造工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟 1.10.1 本課題研究的內(nèi)容 （1）繪制100MW汽輪發(fā)電機(jī)軸承座鑄件零件圖。 （2）設(shè)計(jì)確定鑄造工藝方案。 （3）了解軸承座的鑄件結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)； （4）CAD和SolidWorks繪圖。 （5）澆注系統(tǒng)，分型面選擇工藝參數(shù)，分析設(shè)計(jì)過程； （6）改善產(chǎn)品缺陷，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的； （7）根據(jù)鑄造工藝方案作出設(shè)計(jì)說明。 1.10.2 本課題設(shè)計(jì)的步驟 （1）確定合理的鑄造工藝 顧名思義，一個(gè)好的鑄造工藝方案不僅提高生產(chǎn)效率，而且很大程度上提高產(chǎn)品質(zhì)量。有許多鑄造型，選取合理的工藝是產(chǎn)品質(zhì)量的前提；主要依據(jù)有軸承座材料的選擇、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與技術(shù)要求也很重要。以及生產(chǎn)批量的大小，在現(xiàn)有的條件下生產(chǎn)的鑄造工藝條件的選擇，最主要的設(shè)計(jì)就是這種澆注位置、分型面選擇等適不適合100MW汽輪發(fā)電機(jī)軸承座的生產(chǎn)，從而確定鑄造工藝方案。 （2）鑄造工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 鑄造工藝參數(shù)有著很重要的功用，這個(gè)步驟主要包括（1）鑄件最小鑄出壁厚；（2）鑄件最小鑄出孔與槽；（3）鑄件尺寸公差；（4）機(jī)械加工余量；（5）鑄造收縮率；（6）起模斜度；（7）澆注系統(tǒng)的形式和位置；（8）工藝補(bǔ)正量及反變形量；（9）澆冒口的切割余量等。 （3）砂芯的設(shè)計(jì) 砂芯設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度高，鑄件形成可以及時(shí)的排出氣體，鑄件的收縮性的要求是足夠小，易于清洗。任務(wù)主要是砂芯尺寸、定位個(gè)數(shù)、芯頭大小、砂芯排氣系統(tǒng)等。 （4）澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)是熔融金屬填充到型腔模具的路徑。由澆口杯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道組成的它。雖然類型很多，不過設(shè)計(jì)它們的目的和依據(jù)都一樣：保證熔融金屬能夠均勻、連續(xù)的、穩(wěn)定的進(jìn)入型腔，并能夠有效地阻止熔渣和氣體進(jìn)入。要求說明澆道類型及其各種參數(shù)。 （5）出氣孔設(shè)計(jì) 排氣通常是放在澆注位置法蘭或簡(jiǎn)單的空氣阻力對(duì)表面的最高點(diǎn)。它按照能否與空氣接觸，可以分成明和暗出。 （6）補(bǔ)縮系統(tǒng)設(shè)計(jì) 鑄件從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)候，會(huì)發(fā)生收縮。導(dǎo)致容易在鑄件的內(nèi)部產(chǎn)生縮孔等缺陷。補(bǔ)縮系統(tǒng)就是可以在金屬液凝固前給其填補(bǔ)液體，這需要冒口合理。 （7）鑄造工藝裝備設(shè)計(jì) 鑄造工裝就是在做合箱時(shí)要用到的所有工具的總稱。要求造價(jià)不高、容易獲得。 第二章 軸承座工藝性分析 2.1 汽輪發(fā)電機(jī)軸承座 圖2-1 發(fā)電機(jī)軸承座立體圖 2.2 軸承座鑄造方法的選定 軸承座生產(chǎn)特點(diǎn)是大批量生產(chǎn)，材料選取ZG230-450，汽輪發(fā)電機(jī)軸承座主要生產(chǎn)要求比較高，不能受到鑄造中經(jīng)常出現(xiàn)的各類缺陷的影響，并且要能符合ZG230-450的材料規(guī)定。 現(xiàn)代經(jīng)常利用而且很容易操作的方法就是砂型鑄造。它可以用于生產(chǎn)尺寸相對(duì)大一些的零件，而且生產(chǎn)必備的砂子等其他用料價(jià)格便宜。另外，生產(chǎn)操作的方式比其它幾種鑄造方法簡(jiǎn)便點(diǎn)，能夠適應(yīng)批量生產(chǎn)的能力。100MW汽輪發(fā)電機(jī)軸承座的質(zhì)量約為7噸，尺寸較為龐大，基于以上觀點(diǎn)，我選用砂型鑄造。 此軸承座尺寸為：是大型鑄鋼件，且是關(guān)鍵性零部件，要求高標(biāo)準(zhǔn)的尺寸精度，所以鑄造過程中必須排除一切變形因素，例如砂芯的變形、膨脹變形、碰傷等。呋喃樹脂砂強(qiáng)度很高，熱穩(wěn)定性好；無需烘干節(jié)約了能源成本；而且砂芯固化后就起模，減少振動(dòng)和碰傷，恰恰可以排除上述的各種變形因素；另外呋喃樹脂砂生產(chǎn)的產(chǎn)品規(guī)格精確度要有所改善；呋喃樹脂砂的流動(dòng)性很好，無需再去緊實(shí)，所以說它的造型效率較高；故我選用砂型鑄造，呋喃樹脂砂。 2.3 軸承座鑄造材料 本課題所給的零件是100MW汽輪發(fā)電機(jī)軸承座部分。軸承是它與外殼的集合，為了方便操作，優(yōu)點(diǎn)是便捷，是軸承座達(dá)到作用的重要部分。軸承座能夠保持平衡狀態(tài)依靠固定的軸承，軸承的外環(huán)不能動(dòng)達(dá)到此目的。所以我們一般考慮的是軸承座的抗振動(dòng)與抗沖擊能力、導(dǎo)熱系數(shù)、耐磨損能力、耐熱與防腐能力等。 基于軸承座以上的性能要求，我們通常選擇鑄造方法生產(chǎn)軸承座，材料一般從鑄鋼、鑄鐵、不銹鋼等材料中選擇。一般普通的軸承座選用的是鑄鐵材料，雖然鑄鐵的價(jià)格相對(duì)要低一些，但是它生產(chǎn)出鑄件的各種性能和耐用性不是很高；不銹鋼軸承座一般用于酸堿度較強(qiáng)的海水里，不易失靈。而鑄鋼的力學(xué)、化學(xué)性能更好，因此使用壽命更長，耐用性能好，鑄鋼的優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)具有靈活性，節(jié)約時(shí)間；擁有比較好的實(shí)用性和靈活性；可以適應(yīng)大批量大型生產(chǎn)。 綜上所述，以及查資料知道：鑄鋼件的綜合力學(xué)性能都勝過其他任何鑄造合金，其中ZG230-450對(duì)夾雜物的限制要求較為嚴(yán)格，230指的是這種鑄鋼件的屈服強(qiáng)度為230MPa，450指的是這種材質(zhì)的抗拉強(qiáng)度為450MPa?；瘜W(xué)成分：0.20%～0.30%C；0.20%～0.50%Si;0.50%～0.90%Mn；≤0.04%P、S；≤0.03%Cu。 表2-1 ZG230-450疲勞值 σ-1/MPa σ-Jav/MPa σ-1rms/MPa Emax/MPa 202.47,198.97,208.70 210.59,203.21,208.52 207.50,212.24 206.52 4.5266 0.4772 鑄鋼的鑄態(tài)組織如圖2-2所示 圖2-2 鑄鋼鑄態(tài)組織 碳鋼的鑄態(tài)組織：(1)細(xì)等軸晶區(qū)（2）柱狀晶區(qū)（3）粗晶區(qū) 液態(tài)鋼在凝固的時(shí)候，在其斷面上的奧氏體會(huì)沿著這個(gè)斷面溫度方向長成不同形狀的晶粒。這三個(gè)晶區(qū)的厚度將會(huì)隨著材料的不同及冷卻的條件不同而發(fā)生改變。鑄件的降溫速度隨著厚度的增大而減小，所以其柱狀、粗晶區(qū)就更發(fā)達(dá)。 ZG230-450的塑性不錯(cuò)，有高熔點(diǎn)，被切削性也不錯(cuò)，可以直接在機(jī)器上生產(chǎn)不需要熱處理。 2.4 軸承座工藝分析 該零件外形規(guī)格是13452700毫米。外觀上它是對(duì)稱排布。零件的底部有空腔，中間位置是肋。另外兩側(cè)2個(gè)對(duì)稱的190毫米凸臺(tái)，前側(cè)有一個(gè)高25毫米凸臺(tái)，凸臺(tái)兩側(cè)對(duì)稱分布著2個(gè)寬度是100毫米筋。 工藝分析：（1）此軸承座各部分的尺寸相對(duì)較大，因此不存在低于最小壁厚的問題；（2）很多壁厚的地方都有不同大小的圓角避免掉應(yīng)力集中導(dǎo)致的裂紋；（3）軸承座底部比較厚，而且尺寸大，存在熱節(jié)，要考慮到補(bǔ)縮問題，避免變形。 2.5 加工面選擇 因?yàn)槲覀兌贾黎T件做容易出現(xiàn)缺陷的地方就是朝上的面，四周和下表面就比較平整，所以我選擇的加工面就是朝上的面，這樣還一個(gè)好處就是避免凹陷。如圖2-3 圖2-3 加工面 第三章 工藝方案的確定 3.1 澆注位置的選擇 首先，此軸承座規(guī)格很大，精確度必須提高。其次，要避免各種缺陷，得到高質(zhì)量鑄件，而且澆注的位置要能夠達(dá)到順序凝固。因此，設(shè)計(jì)在底座比較厚的位置。底座在上的澆注方法。從底到上凝固，讓工作面處得以充分補(bǔ)縮。綜上考慮，澆注位置選取如圖3-1所示。 圖3-1 澆注位置選擇 3.2 分型面選擇 方案如圖3-2所示。 圖3-2 分型面選擇 方案分析： 采取此方案，鑄件在箱里就不會(huì)太高。底部較厚的位置，澆注時(shí)間比較長，為了有助補(bǔ)縮，采取頂注式澆注。另外，該軸承座尺寸較大：2700mm1345mm945mm，質(zhì)量也很大，將近7噸，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，所以采用一箱一件。 3.3 砂箱尺寸確定 砂箱長度和寬度應(yīng)該是50或100mm的倍數(shù)，高度應(yīng)該是20或50mm的倍數(shù)。 圖3-3 模樣平均輪廓吃砂量 表3-1 模樣平均輪廓吃砂量 模樣平均輪廓尺寸 a b和c d 滑脫砂箱≤400 ≥20 30~50 1/2模樣高度 30~50 40~70 400~700 50~70 70~90 1/2-3/2模樣高度 701~1000 71~100 91~120 1001~2000 101~150 121~150 2001~3000 151~200 151~200 3001~4000 201~250 201~250 ＞4000 251~500 ＞250 選取砂箱尺寸為：上箱32001800650mm；下箱：320018001000mm。 第四章 軸承座鑄造工藝參數(shù) 工藝參數(shù)的定義是擬定基本規(guī)格索引在生產(chǎn)之前，獲得的所有數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)做出明確限制，達(dá)到按照指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的效果。 4.1 鑄件的尺寸公差 就是說的2組可變動(dòng)的公稱數(shù)值的最大和最小差值。如果產(chǎn)品的最后實(shí)際尺寸位于2個(gè)差值之間,那么就可以獲得滿足機(jī)械化、使用性能的零件。現(xiàn)有CT1~16級(jí)的尺寸公差，如表4-1及4-2所示。 表4-1 公差等級(jí) 造型方式 公差的等級(jí) 鑄件材料 灰鑄鐵 鑄鋼 球墨鑄鐵 銅合金 砂型鑄造手工造型 11～14 11～14 10～13 10～13 砂型鑄造機(jī)械造型 8～12 8～12 8～12 8～10 選用機(jī)械造型，鑄鋼材料，8-12級(jí)，故選用CT12。 表4-2 鑄件尺寸公差數(shù)值 鑄件基本尺寸 公差等級(jí)CT 8 9 10 11 12 ＞1000～1600 3.2 4.6 7 9 13 ＞1600～2500 3.8 5.4 8 10 15 ＞2500～4000 4.4 6.2 9 12 17 又由表可知尺寸公差選取17mm。 4.2 鑄件最小鑄出壁厚 因?yàn)榱鲃?dòng)性的液態(tài)金，如不加以規(guī)定，就不會(huì)消除冷隔與其他的鑄造弊端，所以要規(guī)定適當(dāng)增大一些厚度。 砂型鑄鋼的最小壁厚理論上在輪廓尺寸大于500500時(shí)是15-20,從零件圖可知，此軸承座的最小壁厚為60mm。只要考慮其內(nèi)、外壁厚度差。減小幅度如表4-3所示。表4-3 內(nèi)壁比外壁減小百分比 合金類型 鑄鋼 鑄鐵 鑄鋁 鑄銅 內(nèi)壁比外壁厚度應(yīng)減小的相對(duì)值（%） 20～30 10～20 10～20 15～20 另外還要考慮它的最小鑄出孔。我們都知道通常情況下鑄造可以得到相似于最終產(chǎn)品形狀、尺寸、性能的毛坯件，再經(jīng)過機(jī)械精加工精確的達(dá)到產(chǎn)品要求，所以為了節(jié)省精加工時(shí)間提高效率，圖紙上的大一些的孔要通過鑄造同時(shí)鑄出；孔與鑄件壁厚處不能鑄出，因?yàn)檫@些位置機(jī)加工反而更方便、準(zhǔn)確。另外鑄鋼件的最小鑄出孔還與孔深H有關(guān)系，那么鑄鋼件的最小可以鑄出孔尺寸如表格4-4所示。 表4-4 最小鑄出孔壁厚 孔深H 孔壁厚度 ≤25 26～50 51～75 76～100 101～150 151～200 201～300 ＞300 鑄出孔的最小直徑d ≤100 60 60 70 80 100 120 140 160 101~200 60 70 80 90 120 140 160 190 201~400 80 90 100 110 140 170 190 230 401~600 100 110 120 140 170 200 230 270 601~1000 120 130 150 170 200 230 270 300 ＞1000 140 160 170 200 230 260 300 330 從零件圖上可以看出有2個(gè)通孔最小壁厚為125+75=200mm，查表4得出最小鑄出孔直徑為120mm，而在零件圖中可以看到這兩個(gè)孔直徑為250mm，所以這2個(gè)貫穿通孔可以鑄出。 4.3 機(jī)械加工余量 通常我們留有加工余量是有據(jù)可查的，不能過大，因?yàn)榻饘俦砻嬷旅?，耐磨耐腐性能較好，如果機(jī)械加工余量過大這些性能就會(huì)受到影響。因?yàn)闄C(jī)械造型比手工造型誤差小，所以留有的機(jī)械加工余量稍小一些。我們應(yīng)該根據(jù)產(chǎn)品的尺寸規(guī)格選取這種產(chǎn)品的加工余值。（要求的鑄件加工余量分為A——K這十個(gè)級(jí)別。每個(gè)級(jí)別、最大規(guī)格對(duì)應(yīng)一個(gè)加工余值）。等級(jí)選取查表4-5。 表4-5 加工余量級(jí)別 方法 要求的機(jī)械加工余量等級(jí) 鑄件材料 鑄鋼 灰鑄鐵 球墨鑄鐵 銅合金 砂型鑄造手工造型 G-K F-H F-H F-H 圖4-1 機(jī)械加工余量示意圖（1） 圖4-2 機(jī)械加工余量示意圖（2） 圖4-3 機(jī)械加工余量示意圖（3） 4.4 鑄造收縮率 它使用模樣與鑄件尺寸的差值除以模樣的長度。從而得到得值即為鑄造收縮率： （4-1） ε—鑄造收縮率 發(fā)電機(jī)軸承座的精度要求比較高，必須選擇適合的鑄造收縮率，依據(jù)就是此軸承座的主要尺寸以及加工余量，如表4-6所示。 表4-6鑄造收縮率 受阻收縮 自由收縮 鑄鋼 碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼 1.5～1.7 1.7～2.0 奧氏體、鐵素體鋼 1.5～1.9 1.8～2.3 純奧氏體鋼 1.7～2.0 2.0～2.4 其中，受阻收縮和自由收縮統(tǒng)稱收縮率。ZG230-450屬于低碳鋼，故受阻收縮為：1.5～1.7，自由收縮為：1.6～2.2。因?yàn)榇溯S承座本身結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，選取的收縮為受阻收縮，所以選取收縮率1.5%。 4.5 起模斜度 它就是在造型時(shí)，為了更便捷的起?；蛘咛统錾靶?，可以設(shè)計(jì)一個(gè)分型面漸漸增加的斜率模式和芯盒垂直分型的面。而我們?cè)O(shè)計(jì)這樣一個(gè)斜度的大小取決因素有很多，例如造型的材料及方法、用于起模的高度、制造精度、表面粗糙度等。 (1)提高鑄件壁厚（非加工表面壁厚小于5mm） (2)增添或縮小鑄件壁厚（非加工表面壁厚為5～10mm） (3)縮小鑄件壁厚（非加工表面壁厚大于10mm） 圖4-4 起模斜度選擇比照 表4-7 鑄造起模斜度 測(cè)量面高度/mm 金屬、塑料模樣 木模樣 ɑ a/mm ɑ a/mm ≤10 300′ 0.6 400′ 0.8 ＞10～40 150′ 1.4 205′ 1.6 ＞40～100 050′ 1.6 055′ 1.6 ＞100～160 035′ 1.6 040′ 2.0 ＞160～250 030′ 2.2 035′ 2.6 ＞250～400 030′ 3.6 035′ 4.2 ＞400～630 025′ 4.6 030′ 5.6 ＞630～1000 020′ 5.8 025′ 7.4 ＞1000～1600 — — 025′ 11.6 ＞1600～2500 — — 025′ 18.2 ＞2500 — — 025′ — 由表4-7所示，由于該鑄件采用的是金屬性制芯，所以起模斜度： A面高度295mm，自硬砂造型，起模斜度α=030′，a=3.6mm。 B面高度75mm，自硬砂造型，起模斜度α=050′，a=1.6mm。 C面高度290mm，自硬砂造型，起模斜度為α=030′，a=3.6mm。 4.6 工藝補(bǔ)正量 前面已經(jīng)說過呋喃樹脂砂可以防止大部分的變形因素，但是此軸承座的精確度要求極高，所以我選擇在鑄件局部位置處的非加工面增加金屬層厚度。 表4-8 工藝正補(bǔ)量 被補(bǔ)面間距L 工藝補(bǔ)正量A 鑄鐵件 鑄鋼件 ＜100 1～2 1.5～2.5 101～160 1.5～2.5 2～3 161～250 2～3 2.5～3.5 251～400 2.5～3.5 3～4 401～650 3～4 3.5～4.5 651～1000 3.5～4.5 4～5 高度為945處，查表4-8可知鑄鋼件生產(chǎn)的工藝補(bǔ)正量約為4mm，1345mm處約為5mm，2700處約為9mm。另外，樹脂砂批量生產(chǎn)的應(yīng)該通過試生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)整。 4.7 反變形量 鑄造過程中出現(xiàn)變形的因素很多，所以可以再變形的相反方向上設(shè)計(jì)出反變形量，使鑄件冷卻凝固時(shí)變形時(shí)相互抵消。就是做出反向變形弧線在模樣上。留有的量值如表4-9所示。 表4-9 反變形量 鑄件類型、尺寸 每1米鑄件長度留有的反變形量/mm 床身長度小于5m 1.0～2.0 床身長度大于5m 1.5～2.5 因?yàn)榇溯S承座的長度為2.7m。所以反變形量約為5mm。 第五章 砂芯的設(shè)計(jì) 5.1 砂芯的分類 砂芯設(shè)計(jì)主要包含芯頭設(shè)計(jì)、砂芯排氣設(shè)計(jì)。型芯大多數(shù)是干態(tài)的，它用在砂型鑄造中，可以確保鑄件品質(zhì)。根據(jù)型芯所選用粘結(jié)劑的不同，可將型芯分成濕型、干型、表干型、自硬砂型。 5.2 砂芯的材料選擇 材料選擇：因?yàn)檫秽珮渲暗男阅芎?，而且無毒，一般用來循環(huán)使用；鑄件的尺寸精度相對(duì)高一點(diǎn)；報(bào)廢率也較低。所以本課題選用呋喃樹脂砂作為本鑄件的砂芯材料。 5.3 砂芯的設(shè)計(jì)原則 (1)保證尺寸精確度；(2)盡可能的讓砂芯的分盒面與分型面保持一致的位置上；(3)如果鑄件尺寸大可以分成多個(gè)小砂芯；(4)盡量使烘干的支撐面為平面。(5)若要對(duì)應(yīng)砂型至少2個(gè)分型面的要求，就可以利用多箱造型。砂箱具有造型、定位和合箱的作用，足夠的強(qiáng)度和剛度、保障要求的加工精確度。 5.4 芯頭的設(shè)計(jì) 砂芯在砂型中主要是靠芯頭來固定。它的原理就是讓砂芯精確定位于鑄型里面。另外，芯頭上的作用力主要來自砂芯自身的重力和澆注時(shí)候液態(tài)金屬的浮力。所以芯頭要有足夠尺寸，通常是15到150mm。觀察此鑄件，它的砂芯要與砂箱配合。所以，沒必要用芯頭定位。 圖5-1 上砂箱（左）和下砂箱（右） 由上圖可知我選擇的此軸承座零件的砂芯是水平的。要利于砂芯定位，確保準(zhǔn)確度，上砂箱做了凹槽。 圖5-2 砂芯（上） 圖5-3 四個(gè)砂芯（下） 5.5 芯骨設(shè)計(jì) 為了鑄件生產(chǎn)和運(yùn)輸中不容易破壞，砂芯要具有足夠的剛度和強(qiáng)度。此鑄件由于設(shè)計(jì)的砂芯較多，所以需要用芯骨來滿足強(qiáng)度和剛度要求。 型鋼焊接的芯骨一般用于大型砂芯?？煞磸?fù)使用。 5.6 砂芯的定位結(jié)構(gòu) 砂芯務(wù)必精確定位，不能讓它滾動(dòng)或者繞芯頭旋轉(zhuǎn)。有些形狀并不對(duì)稱的砂芯，就需要做出定位芯頭。芯頭高度一般為15mm到150mm之間選取，下芯頭要稍微的增大一點(diǎn)，這樣可以使砂芯更加垂直穩(wěn)定。芯頭斜度一般為5到10，芯頭間隙的選擇要考慮到我選用的是機(jī)械造型，間隙選取0.5mm。 5.7 砂芯的排氣 砂芯在高溫環(huán)境中，會(huì)有很多的氣體。所以為了避免氣孔，要設(shè)計(jì)出氣孔來排氣。此軸承座鑄件重量大，體積也大，生產(chǎn)時(shí)候會(huì)有大量的氣體產(chǎn)生，所以要設(shè)計(jì)幾個(gè)出氣孔來排氣。 有前面設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)可以繪制出軸承座的鑄件圖,如圖5-4所示。 圖5-4 鑄件圖 第六章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 鑄型里的金屬液進(jìn)入型腔中的通道的總稱稱為澆注系統(tǒng)。主要作用是導(dǎo)流同時(shí)把型腔和澆包連接在一起，并能夠平穩(wěn)的進(jìn)入金屬液，并且具備阻渣、排氣、調(diào)整充型速度、調(diào)節(jié)鑄件溫度。 6.1 澆注系統(tǒng)選擇 根據(jù)凝固順序是自下到上和熱節(jié)大的特征，采用開放式、頂注式澆注系統(tǒng)。 6.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 (1)能夠使液態(tài)金屬穩(wěn)定的轉(zhuǎn)型，不對(duì)型壁以及型芯造成沖壓，不產(chǎn)生噴濺，不讓氣體進(jìn)入，并能夠使設(shè)計(jì)出的澆注系統(tǒng)排出型腔內(nèi)的氣體排出腔外； (2)盡量控制夾雜物的進(jìn)入； (3)可以有效的調(diào)節(jié)鑄型和鑄件的溫度差值，并能夠調(diào)整鑄件凝固的順序； (4)降低鑄件的形變幾率和開裂的傾向； (5)能夠達(dá)到一定的補(bǔ)縮能力； (6)控制澆注速度從而達(dá)到控制澆注時(shí)間； (7)努力設(shè)計(jì)的具有實(shí)用性，占地盡量的少，就能降低冒口的占用空間率，既達(dá)到省料的效果，又不占空間。方便了造型和澆注系統(tǒng)的模樣制作。 6.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn) (1)便于型腔內(nèi)的氣體排出腔外?！{(diào)節(jié)各內(nèi)澆道截面分布，保證氣體能夠按照固定的方向排出； (2)阻擋夾雜物進(jìn)入型腔?！M量采取過濾片澆注系統(tǒng)去渣，簡(jiǎn)化澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)； (3)控制鑄型及鑄件各位置溫度差值，調(diào)節(jié)鑄件的凝固順序?！侠淼脑O(shè)計(jì)多個(gè)內(nèi)澆道進(jìn)液態(tài)鋼。 6.4 澆注系統(tǒng)組成 6.4.1 澆口杯 澆口杯的作用有防止液態(tài)金屬的飛濺和溢流，減輕金屬液對(duì)型腔的沖壓力，分離出渣和氣體，并能使它們進(jìn)入型腔。 澆口杯按其形狀分類有漏斗形和盆形，漏斗形的澆口杯擋渣的效果較差一些，容易形成渦流，不過它的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，常用于尺寸較小的鑄件的生產(chǎn)；澆口杯盆形有助于渣與氣體的隔離，同時(shí)設(shè)計(jì)閘門和堤壩，排氣效果最好。 另外，液態(tài)金屬的深度比直澆道的上端直徑的5倍多，即H/D≥5，或者使?jié)舶x澆口杯近一些可以防止亂流，可以消除漩渦。 6.4.2 澆口窩 由于液態(tài)金屬流動(dòng)過程中對(duì)直澆道有一定的沖擊力，并產(chǎn)生渦流、亂流，造成沖砂、渣孔和很多的夾雜物帶來缺陷，而設(shè)置澆口窩就可以有效改善這種情況。 本課題研究的軸承座是大件生產(chǎn)，所以我們采用耐火材料制作直澆道窩。形狀主要是半球形、圓錐形等。 6.4.4 橫澆道 橫澆道主要功能是從澆口注入通道的液體金屬，流經(jīng)流道的時(shí)候也可以提高液態(tài)金屬于模具中的熱平衡。 橫澆道的設(shè)計(jì)原則： （1）橫澆道的橫截面積要足夠的大，橫澆道在由直澆道朝著內(nèi)澆道的方向上橫截面積要漸漸的減小，盡量筆直，這樣可以使金屬液平穩(wěn)的流動(dòng)； （2）橫澆道的橫截面積要大于內(nèi)澆道的； （3）橫澆道要足夠的厚、長，長度至少是其高度的4倍； （4）液態(tài)金屬流經(jīng)橫澆道的時(shí)候盡可能的減少損失熱量； 6.4.5 內(nèi)澆道 內(nèi)澆道的設(shè)計(jì)原則 (1)因?yàn)?00MW汽輪發(fā)電機(jī)的軸承座結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，依照從厚壁地方流進(jìn)，根據(jù)一起冷卻的方法選取若干內(nèi)澆道充型，有利于補(bǔ)縮； (2)內(nèi)澆道的長度與橫澆道和型腔之間的距離有關(guān)系，因?yàn)榇嬖谘a(bǔ)縮和溫度的損失，不宜過長； (3)盡量使各內(nèi)澆道的流量均勻合理的排布； （4)設(shè)計(jì)時(shí)使金屬液順壁引流，減少對(duì)型壁、型芯的沖刷； （5）盡量不要接近重要部位，避免晶粒粗大。 （6）方便造型、清理，不能阻礙鑄件的收縮。 6.5 確定澆道數(shù)量及內(nèi)澆道位置 此汽輪發(fā)電機(jī)軸承座尺寸較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以采用一箱一件式。設(shè)計(jì)1個(gè)直澆道和橫澆道，內(nèi)澆道是3個(gè)。內(nèi)澆道設(shè)置在上砂箱中與鑄件底部接觸的水平位置。 6.6 開放式澆注系統(tǒng)澆口比 ::：=1：2：（1.8～2）:（2:2.5） （6-1） Aco：控流截面積，As：直澆道截面積 Aru：橫澆道截面積，Ag：內(nèi)澆道截面積 6.7 凝固順序 鑄鋼件順序凝固，先凝固的是離冒口遠(yuǎn)的位置，然后是接近冒口的位置逐漸凝固，最后冒口位置凝固。 6.8 澆注時(shí)間的確定 因?yàn)槲疫x用的是開放式的澆注系統(tǒng),包孔的橫截面積就是控制流動(dòng)的面積,以控制塞桿的打開程度來調(diào)節(jié)流動(dòng)速度,達(dá)到控制澆注時(shí)間的目的，然后用液態(tài)鋼的上升速度來驗(yàn)證運(yùn)算結(jié)果是否正確。 澆注時(shí)候液態(tài)鋼的流量基本上由包孔的直徑?jīng)Q定，包孔的大小要適合澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，所以選擇包孔直徑為80mm。 （1）能否獲得高質(zhì)量的鑄鋼件主要取決于鋼液在型腔內(nèi)的上升速度，一般大型鑄鋼件的上升速度不能大于30mm/s。 （2）澆筑時(shí)間t： （6-2） t是澆注時(shí)間（s）； G是澆注液態(tài)鋼的質(zhì)量（kg）； N是澆包數(shù)量； n是每個(gè)漏包的注孔數(shù)量； q是平均的澆注速度（單位：kg/s），可從表6-1查得。 表6-1澆注速度 注孔直徑Φ/mm 30 35 40 45 50 55 60 70 80 100 流量速度q/kg﹒s 10 20 27 42 55 72 90 120 150 195 初步預(yù)定澆注速度為180kg/s，注孔直徑80mm。G=7013，N=2；n=1；q選取180kg/s，另外考慮到出品率約為55%，所以澆注速度還要乘以次比例；L=1.06。計(jì)算得出t=37.5s。 現(xiàn)在可以根據(jù)液態(tài)鋼在型腔里的速度驗(yàn)證是否正確，由公式t=C/v；C是鑄件在腔內(nèi)高度（mm），v是液態(tài)鋼在型內(nèi)的允許范圍內(nèi)最小值（mm/s）。v=945/37.5=25.2mm/s，其中v值可在表6-2中查得。 表6-2最小允許上升速度 鑄件質(zhì)量Gc/t 5 515 1535 3565 65100 100 鑄件結(jié)構(gòu) 最小允許上升的速度v/mm﹒ 復(fù)雜結(jié)構(gòu) 25 20 16 14 12 10 中等復(fù)雜 20 15 12 10 9 8 簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu) 15 10 8 8 7 6 由圖紙可知此軸承座的重量約為7t，它屬于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，所以v=20mm/s。驗(yàn)證可知澆注時(shí)間符合要求。由此確定澆注孔直徑80mm符合要求。 6.9 各組元的截面積 表6-3 按注孔直徑確定各組元的截面積 注孔直徑d/mm 直澆道的最小直徑d1/mm 橫澆道直徑d2/mm 內(nèi)澆道直徑d3/mm 單向≥ 雙向≥ ≥40 ≥60 ≥80 ≥100 每層內(nèi)澆道數(shù)量/個(gè) 45 60 60 40 3 1 - - 50 80 80 60 3 2 1 - 55 80 80 60 4 2 1 - 60 100 100 60 5 2 1 - 70 100 100 80 6 3 2 1 80 120 120 80 8 4 2 1 100 140 140 100 13 6 3 2 已知注孔直徑為80mm，橫澆道采用的是單向橫澆道，內(nèi)澆道個(gè)數(shù)選為3個(gè)。則注孔截面積為50.3cm2，選直澆道最小直徑為120mm，單向橫澆道最小直徑為120mm，內(nèi)澆道最小直徑為60mm。 表6-4 橫澆道的截面尺寸 由表6-3確定橫澆道的截面尺寸，如圖6-1所示： 圖6-1 橫澆道截面尺寸 由表6-3確定內(nèi)澆道的截面尺寸，如圖6-2所示： 圖6-2 內(nèi)澆道截面尺寸 直澆道的最小直徑是120mm，選取直澆道高度是300mm，錐度是1/20，直澆道的截面尺寸如圖6-3所示： 圖6-3 直澆道截面尺寸 6.10 直澆道窩尺寸設(shè)計(jì) 直澆道窩的用途：（1）緩沖作用，液流下落的動(dòng)能相當(dāng)大部分被窩內(nèi)液體吸收轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，再由壓力能轉(zhuǎn)化為水平速度流向橫澆道；（2）縮短高度紊流區(qū)；（3）改善內(nèi)澆道的流量分布；（4）減少局部阻力系數(shù)和水頭損失；（5）浮出金屬液中的氣泡。 直澆道窩的澆口直徑為直澆道下端直徑的1.4～2倍，高度為橫澆道高度的兩倍。直澆道窩的界面尺寸如圖6-4所示： 圖6-4 直澆道窩截面尺寸 6.11 最小壓力頭的校核 一般直澆道高度和上砂箱高度相等，另外要檢驗(yàn)此高度能不能滿足： （6-3） HM：最小剩余壓力； L：直澆道中心到鑄件最高且最遠(yuǎn)點(diǎn)的水平投影距離； α：壓力角。 HM≥1400*tgα=240mm。 實(shí)際靜壓頭高度取300mm，滿足壓力角要求，所以此高度滿足要求。 6.12 冒口設(shè)計(jì) 由于大型鑄鋼件的鋼液澆注量大，體收縮大，鋼液的液態(tài)冷卻收縮量及其需要補(bǔ)縮的量也相應(yīng)較大，所以冒口系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用補(bǔ)縮力強(qiáng)的頂冒口、加工藝補(bǔ)貼的壓邊冒口及保溫冒口相結(jié)合的形式為宜。 鑄件中縮孔所在的位置是在鑄件最后凝固的部位。鑄件內(nèi)的各個(gè)部分凝固時(shí)間是不同的，其取決于體積與表面積的比值，被稱為凝固模數(shù)。 （6-4） V：鑄件體積（cm3）； A：鑄件傳熱表面積（cm2） 任意板都是由任意多的小方塊組成，其模數(shù)為： （6-5） 該鑄件底部兩側(cè)厚實(shí)部分是最后凝固部位，可以視為截面為305mm2651345mm的長方體，其模數(shù)為7.68cm，經(jīng)過修正取冒口模數(shù)為9.64cm。采用Ι型標(biāo)準(zhǔn)圓柱形冒口，其截面尺寸如圖6-5所示。 圖6-5 明冒口截面尺寸 該鑄件頂部兩側(cè)的厚實(shí)部位因?yàn)楸容^厚實(shí)，在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，在兩側(cè)需要添加暗冒口以保證補(bǔ)縮，防止缺陷的形成?？梢詫⒃摬课灰暈?60220500mm的長方體，其模數(shù)為4.81cm，經(jīng)過修正，取暗冒口模數(shù)為5.81cm。采用標(biāo)準(zhǔn)圓柱形暗冒口。其截面尺寸如圖6-6所示。 圖6-6 暗冒口截面尺寸 6.13 出氣孔設(shè)計(jì) 直接出氣孔截面積尺寸不宜過大，其底部尺寸一般等于鑄件壁厚處的1/2-3/4，出氣孔尺寸要大些，大型鑄件截面尺寸為Ф14-25mm左右。選取該軸承座鑄件的出氣孔直徑選為20mm。 6.14 冷鐵設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)鑄鋼在凝固過程中順序凝固，在壁厚比較厚的部位應(yīng)該設(shè)置冷鐵，促進(jìn)局部冷卻速度提高。如圖，在綠色部位壁厚相對(duì)于周邊要大，為了實(shí)現(xiàn)順序凝固，避免鑄件凝固后在該部位產(chǎn)生缺陷，需要添加冷鐵促進(jìn)凝固。 圖6-7 冷鐵安放位置 圖6-8 工藝圖結(jié)論 ZG230-450汽輪發(fā)電機(jī)軸承座鑄件采用的是樹脂砂造型，共計(jì)5個(gè)砂芯，生產(chǎn)方式是1箱1件，采取的是開放式頂注式澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)采用的澆口比為：：：=2：2：2.5。設(shè)有1個(gè)直澆道，1個(gè)橫澆道和3個(gè)內(nèi)澆道，在直澆道的末端設(shè)有直澆道窩，各澆道在澆注位置頂部兩側(cè)對(duì)稱分布。在鑄件頂部兩側(cè)設(shè)有兩個(gè)圓形頂冒口。鑄件毛重為7013kg，澆注時(shí)間為37.5s。 汽輪發(fā)電機(jī)軸承座鑄件的工裝設(shè)計(jì)，設(shè)有加強(qiáng)筋。模底板與砂箱之間采用的是定位銷和銷套定位。砂箱尺寸：上砂箱：32001800650mm；下砂箱：320018001000mm。 致謝 此次在著手設(shè)計(jì)軸承座鑄造工藝的同時(shí)運(yùn)用了很多本平時(shí)書本上學(xué)到的理論知識(shí)，雖然遇到了很多的疏漏之處，不過在各位老師及同學(xué)的指導(dǎo)下順利解決各個(gè)難題，這個(gè)過程讓我的思路更加清晰，知識(shí)理解、掌握的更加透徹。 每次遇到各種學(xué)術(shù)上的難題，每當(dāng)這時(shí)周瑞老師總是耐心熱情的給予我講解指導(dǎo)，并且向我推薦了很多的參考文獻(xiàn)資料。另外非常感謝周老師在我的論文上花了大量的時(shí)間反反復(fù)復(fù)的斟酌，運(yùn)用淵博的學(xué)術(shù)知識(shí)做出批閱、改進(jìn)完善。他不僅給我提出了很多好的建議和意見，還嚴(yán)格的控制管理我的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度，在他的嚴(yán)格要求和諄諄教誨下我的畢業(yè)設(shè)計(jì)如期完成。再次特別感謝周老師！本次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我對(duì)于軸承座這個(gè)領(lǐng)域以及鑄造工藝這門高深的技術(shù)有了更深的理解，在此感謝廣大學(xué)者的支持與幫助。 再次感謝各位老師對(duì)本論文提出寶貴的批評(píng)和建議！ 參考文獻(xiàn) [1] 蔣毓良. 超超臨界1000MW汽輪發(fā)電機(jī)軸承座的鑄造質(zhì)量控制[J]. 上海宏鋼電站設(shè)備鑄鍛有限公司. 2002: [2] 王秀瑾. 百萬千瓦級(jí)核電汽輪發(fā)電機(jī)軸承座剛度計(jì)算[J]. 上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院. 2012 [3] 南紅艷. 灰鑄鐵軸承座的兩種鑄造工藝方案數(shù)值模擬對(duì)比與選