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南京工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯 原 文 題 目： Casting of Brake Disc and Impeller from Aluminium Scrap Using Silica Sand 原 文 來 源： Leonardo Electronic Journal of Practices and Technologies Issue 10, January-June 2007 學(xué) 生 姓 名： 衛(wèi)佳華 學(xué) 號： X00231120332 所在院(系)部： 工業(yè)中心 專 業(yè) 名 稱： 機械設(shè)計制造及其自動化 以廢鋁為材料的制動盤和葉輪砂型鑄造 Matthew S. ABOLARIN Oluwafemi A. OLUGBOJI Oladeji A. OGUNWOLE 尼日利亞尼日爾州明那市聯(lián)邦技術(shù)大學(xué)機械工程系 摘要：葉輪葉片和制動盤是利用砂型鑄造方法生產(chǎn)的。兩種木模以必要余量配合使用。借助環(huán)保技術(shù)和成形方法，并利用當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有的材料來制造模具。鋁廢料也可以作為鑄造材料。利用熔爐熔化鋁廢料，最后將熔融的金屬澆注到砂模內(nèi)，便可以獲得葉輪和制動盤。 在鑄件的清理工作完成之后，所得的兩個鑄件質(zhì)量良好。根據(jù)鑄件的產(chǎn)量統(tǒng)計，有73.59％的葉輪葉片和85.1％的制動盤能夠符合要求，這表明這種鑄造方法是可行的。 關(guān)鍵詞：葉輪葉片 制動盤 環(huán)保成型 熔爐 1 導(dǎo)言 制動盤與葉輪 制動盤是一種可以減慢車輪轉(zhuǎn)速或讓車輪停止轉(zhuǎn)動的裝置。一個完整的制動盤通常由鑄鐵或如碳、纖維或硅膠等復(fù)合材料制作成的，它的用途是連接車輪或軸。在制動盤的工作過程中，是靠摩擦力來減慢車輪轉(zhuǎn)速或讓車輪停止轉(zhuǎn)動。因此剎車皮（安裝在稱之為制動鉗上的裝置）使用耐摩擦性能較好的材料制成。在液壓、氣動或電磁的作用下受到機械力的作用，并與盤面產(chǎn)生較大的摩擦力。在摩擦力的作用下可以減慢車輪轉(zhuǎn)速或讓車輪停止轉(zhuǎn)動。 葉輪一般安裝在管狀裝置內(nèi)，可以增加流體的壓力和提高流體的流量。 水泵葉輪 可旋轉(zhuǎn)的葉輪是離心泵的組成部分，通常是由鑄鐵，鋼，鋁或塑料等材料制成的。由馬達驅(qū)動葉輪旋轉(zhuǎn)，將流體以中心向外以很高的加速度拋出。葉輪工作時的壓力能轉(zhuǎn)換為流體的動能，但是只有在泵套管內(nèi)才存在較大的壓力，從而使流體獲得較大的速度。一般來說，葉輪由一個較短的通孔（稱為眼），流體從一側(cè)流入，從另一側(cè)流出。葉片在徑向方向上給流體施加力，并繞一個中心軸轉(zhuǎn)動。 模具成型 模具成型是一種以與零件外形一致的模型模架為基礎(chǔ)對工件進行生產(chǎn)的過程。模具有一個中空的型腔，在它的型腔內(nèi)可以充滿液體，如熔融的塑料、玻璃、金屬或陶瓷材料。液體流入模具內(nèi)并充滿型腔，得到零件的實際形狀。模具與鑄造的概念并不相同。 鑄造 鑄造是指將熔融的金屬液體注入到模具中，冷卻固化后得到理想形狀零件的成型方法。當(dāng)然，主要的鑄造方法包括：砂型鑄造，在砂型鑄造中將液體倒入一個由金剛砂料制造的具有一定形狀的模具中；模具鑄件，其中模腔是由經(jīng)過加工的金屬內(nèi)塊組成；也可用如離心鑄造等方法加工。型砂有一個相當(dāng)?shù)偷膶?dǎo)熱系數(shù)，可以使砂型中的液態(tài)金屬凝固緩慢，這是由型砂的晶粒粗細(xì)所決定的。當(dāng)然，使用金屬模具也許更合適，可以使零件獲得更細(xì)的晶體結(jié)構(gòu)。 金屬鑄件是現(xiàn)代化的機器和運輸車輛的重要組成部分。以拖拉機為例，通過鑄造得到的金屬零件的比重超過百分之九十。在汽車發(fā)動機上，這一比例超過了百分之五十?？傊?，鑄造提供了一個改善零件或部件力學(xué)性能的好的方法。以鋁作為材料是因為鋁在鑄造生產(chǎn)有著良好的機械性能，比如有著良好的表面粗糙度，重量輕，不易被氧化，塑性較好，具有耐腐蝕性等其他優(yōu)點。本篇論文涉及利用環(huán)保砂模鑄造制動盤和葉輪葉片，其成本并不是太昂貴，其尺寸精度也并不須太精確。由于熔融的鋁合金具有流動性和良好的物理特性，因此被廣泛使用。 2 理論分析 砂型鑄造可以用于有色金屬和非有色金屬合金，但特別適用于大噸位的鑄件。有色合金的鑄造中包括鑄鐵和鑄鋼。一般非有色金屬合金鑄造使用的是鋁制的模架，或由銅鎂基合金的模架。合金的溫度范圍控制在450℃至680℃之間。 在熔煉和澆注的過程中，將金屬熔融的準(zhǔn)備工作是將材料在熔煉爐內(nèi)在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M行的，之后將熔融的金屬澆注到加工好的模具中。在整個過程中，熔化爐的動作包括融爐的抬起與融化爐的傾斜。對于較特殊的鑄造合金，澆注時的溫度要高于其液體的溫度。超高溫度的選擇是根據(jù)對金屬的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響決定的，另外還有其他因素，如鑄件的厚度，鑄造金屬的壁厚等。影響模具材料物理性能有溫度和模具材料的初始溫度，及在模具中攪拌鐵水的力等其他因素。鋁合金的澆注溫度一般為680℃-700℃，對于銅和黃銅材料，溫度一般是在是1000℃-1200℃，鎂合金是在700-800℃，鋼是1520℃-1620℃，鑄鐵則是在1300-1450℃。 3 材料和方法 3.1 材料的使用 直徑為260mm，厚度為15mm的制動盤和直徑為146mm，厚度為5mm的葉輪分別使用以下材料的鑄造：模型材料，模具材料，鋁廢料。 a) 模型材料 利用先進的成型繪圖方法可以完成木制模型的虛擬設(shè)計。硬制木材（如桃花心木）可用于生產(chǎn)葉輪的模型。該葉輪模型從木材最初的尺寸200mm-150mm，考慮到間隔的空間，每個模型的具體深度可以在繪圖設(shè)計時根據(jù)實際情況修改。 對于葉輪片盤，用兩個32mm32mm見方，每個厚度在2mm的膠合板釘起來并粘和在一起。以膠合板邊為對角線，在其中間開一個半徑為140cm的一個圓孔。硬木的尺寸為16cm1cm，厚度為3cm，并將它們以膠合板為中心粘釘在一起，并在距離6.7cm處鉆一個圓孔。油灰可以被用來填補所有模型的缺陷之處，可修補粗糙的邊緣，在修補工作完成后，將木材刷上漆。 b) 模具材料 該模具為環(huán)保砂模，其中所使用的材料如下：石英砂，黏土和水。組成石英砂的化合物是二氧化硅，也稱為硅，是一種硅元素的氧化物，其化學(xué)公式是SiO2。人們自古以來就已經(jīng)知道它有著很高的硬度。硅最常見的存在形式是砂或石英，以及硅藻的細(xì)胞壁中。大多數(shù)的玻璃和如混凝土這樣的材料的主要組成元素就是硅。二氧化硅是地殼中最豐富的化學(xué)物質(zhì)之一。所使用的砂模工作場合要求是這樣的：在熔融的金屬液注入模具后，型砂仍然要保持潮濕。石英砂的篩選是要獲得晶體顆粒較細(xì)的沙子并去除其他夾雜在沙中的異物。將一定量的沙子與作為粘結(jié)劑的黏土混合。在已經(jīng)混合的混合物中加入水，然后用手徹底地將混合物混合在一起，為制模作好準(zhǔn)備。 鋁 鋁是一種銀白色和具有韌性的一種化學(xué)元素。鋁的符號是AL；其原子序數(shù)是13。在正常情況下鋁不溶于水。鋁是地球地殼中最豐富的金屬元素之一，排在第三，在它之前的分別是氧和硅。鋁在地殼中的含量大是地球固體表面重量的8％。鋁的化學(xué)性質(zhì)相對大自然中的其它金屬較為活躍。因此，目前以發(fā)現(xiàn)超過270種不同的礦物中含有鋁。鋁的主要來源是鋁土礦。 鋁顯著的化學(xué)性能是它的耐腐蝕性（這是由于鈍化現(xiàn)象所致）和它的低密度。鋁及其合金在航空航天工業(yè)和運輸建設(shè)等其他領(lǐng)域發(fā)揮了極其重要的作用。鋁的化學(xué)性質(zhì)使它可作為催化劑或其它化學(xué)添加劑，可運用在硝酸銨炸藥的制造上，以曾加硝酸銨炸藥的威力。 熔爐是用于熔化鋁廢料的熔爐又稱摩根爐，這是一種使用柴油進行燃燒的爐具。 3.2 方法 鋁在熔爐中融化，熔爐是一個古老而又簡單的熔化設(shè)備。在金屬融化后倒入其中。在未進行熔化處理之前是不能進行澆注作業(yè)的。在澆注和凝料完成之后，這兩個模型將被拆除，清理和進行缺陷檢查。 3.3 計算 葉輪： 葉輪實際直徑，使用的收縮率，加工余量為。 根據(jù)收縮率得到的模型直徑葉輪直徑（收縮率）（葉輪直徑） 因此，再加上加工余量，這個模型直徑為： 模型直徑加工余量根據(jù)收縮率得到的模型直徑 制動盤： 實際葉輪片盤直徑，收縮率，加工余量。 根據(jù)收縮率得到的模型直徑圓盤直徑（收縮率）（制動盤直徑） 再加上加工余量，則這個模型直徑為： 模型直徑＝加工余量＋根據(jù)收縮率得到的模型直徑 鑄件產(chǎn)量——鑄造可以通過鑄件產(chǎn)量來計算，以此確定鑄造中使用金屬的比例。 鑄件產(chǎn)量 其中：鑄件重量，澆注重量，冒口重量。 對于葉輪而言，鑄件重量，澆注和冒口重量。 鑄件產(chǎn)量 對于制動盤來說，鑄件重量，澆注和冒口重量 鑄件產(chǎn)量 4 結(jié)果和討論 對模型進行優(yōu)化設(shè)計時一些缺陷是可以避免的，當(dāng)然，模具應(yīng)當(dāng)充分的準(zhǔn)備并且在熔煉和澆注的過程中正確地操作。在這項工作中，由于錯誤是不可避免的，因此在葉輪葉片和制動盤的鑄件上會發(fā)現(xiàn)了一些缺陷。無論是在鑄件的外部還是內(nèi)部，其表面都相對比較粗糙。然而，對外部表面進行加工，可以獲得更高的表面粗糙度，就內(nèi)部表面而言，這樣做以改善表面質(zhì)量幾乎是不可能的。在葉輪鑄件中，邊緣一般較粗糙?？梢允褂锰钛a邊緣的方法完善它。 5 結(jié)論 在這項工作中，利用當(dāng)?shù)氐匿X廢料來生產(chǎn)葉輪和制動盤，并確保它們符合規(guī)范要求。利用砂模制造了兩個表面粗糙的鑄件，這也可能是由于沒有添加一些合理的成分，或制造成分比例使用不當(dāng)造成的。兩個鑄造上所發(fā)現(xiàn)的缺陷可能是由于混入空氣或模具表面光潔度不足，雖然缺陷較小。量葉輪和制動盤的鑄件產(chǎn)量表明，已達到了良好鑄造效果。 參考文獻 [1] Mikhailow A.M.. 金屬鑄造第一版. 莫斯科：Mir出版社, 1989. [2] Howard E.B.，Timothy L.G.. 金屬手冊Desk版. 美國：美國金屬學(xué)會，1992.