0404060王光伟低压铸造机.doc

1 前言 1.1 低压铸造机的发展趋势及研究状况低压铸造最早由英国人E. F. LAKE 于1910 年提出并申请专利。其目的是解决重力铸造中浇注系统充型和补缩的矛盾。在重力铸造中为了充型平稳，避免气孔、夹渣。一般都采用底铸式，因此铸型内温度场分布不利于冒口补缩。低压铸造则巧妙地利用坩埚内气压，将金属液由下而上充填铸型，在低气压下保持下浇道与补缩通道合二为一，始终维持铸型温度梯度与压力梯度的一致性，从而解决了重力铸造中充型平稳性与补缩的矛盾，而且使铸件品质大大提高。低压铸造由于有较高的补缩压力和温度梯度，有效地提高了厚大断面铸件的致密性。这一技术至今仍被应用于厚大断面铸件的铸造。铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。中国约在公元前1700前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。中国商朝的重875公斤的司母戊方鼎，战国时期的曾侯乙尊盘，西汉的透光镜，都是古代铸造的代表产品。    早期的铸件大多是农业生产、宗教、生活等方面的工具或用具，艺术色彩浓厚。那时的铸造工艺是与制陶工艺并行发展的，受陶器的影响很大。    中国在公元前513年，铸出了世界上最早见于文字记载的铸铁件晋国铸型鼎,重约270公斤。欧洲在公元八世纪前后也开始生产铸铁件。铸铁件的出现，扩大了铸件的应用范围。例如在1517世纪，德、法等国先后敷设了不少向居民供饮用水的铸铁管道。18世纪的工业革命以后，蒸汽机、纺织机和铁路等工业兴起，铸件进入为大工业服务的新时期，铸造技术开始有了大的发展。    进入20世纪，铸造的发展速度很快，其重要因素之一是产品技术的进步 ，要求铸件各种机械物理性能更好，同时仍具有良好的机械加工性能；另一个原因是机械工业本身和其他工业如化工、仪表等的发展，给铸造业创造了有利的物质条件。如检测手段的发展，保证了铸件质量的提高和稳定，并给铸造理论的发展提供了条件；电子显微镜等的发明，帮助人们深入到金属的微观世界，探查金属结晶的奥秘，研究金属凝固的理论，指导铸造生产。铸造是比较经济的毛坯成形方法，对于形状复杂的零件更能显示出它的经济性。如汽车发动机的缸体和缸盖，船舶螺旋桨以及精致的艺术品等。有些难以切削的零件 ，如燃汽轮机的镍基合金零件不用铸造方法无法成形。另外，铸造的零件尺寸和重量的适应范围很宽，金属种类几乎不受限制；零件在具有一般机械性能的同时，还具有耐磨、耐腐蚀、吸震等综合性能，是其他金属成形方法如锻、轧、焊、冲等所做不到的。因此在机器制造业中用铸造方法生产的毛坯零件，在数量和吨位上迄今仍是最多的 目前国外低压铸造机与成套设备著名厂家有：美国Empire 公司，日本Isuzu 公司，英国Plume 公司，丹麦Ri2matic 公司和德国Gima 和Kurtz 公司。产品规格比较齐全，保温炉铝合金容量3001 000 kg。系列产品已进入中国企业，现仅以德国Kurtz 公司Ak293 和Ak296 以及德国Gima 公司Tec800 和Tec350 型各两种型号低压铸机为代表，介绍世界上比较先进的低压铸造机国内低压铸造机主要生产厂家有济南铸锻研究所(J455) ，上海机械制造工艺研究所(FDZ2A、FDZ2C) ，江苏灌南压铸机厂(J453A ，J453B) ，天水铸造机械厂(J452 ，J453) 和沈阳铸造研究所(803 液面加压系统) 等。据文献报道，国内大型的铝合金铸件低压铸造是哈尔滨第一机床厂用低压铸造法生产变速箱和传动箱箱体大型铝合金铸件，铸件最大尺寸1024mm x346mm x 465mm，最大毛重85kg。国内低压铸造机不成系列，无成套供应能力。最重要的问题还是设备与工艺脱节使之产品成品率低，生产故障频繁，造成生产率低，低压铸造技术在设备、模具、工艺及自动化方面需要进一步的改善和提高。低压铸造具有经济性好，生产率高等诸多优点而被广泛用于汽车用铝合金铸件生产。此外，低压铸造充型能力强，平稳可控。因此，该方法在大型，尤其是薄壁、优质铝合金铸件上近年来得到越来越多的应用，与此同时，低压铸造的先进性是与投资的费用是成正比例的。不仅改善了现在的先进设备可生产高质量的铸件，同时还一个人可以管理23台低压铸造设备，极大的提高了劳动生产率。低压铸造可以高度机械化、自动化，既提高生产率，达到1015 型/ h，又可减少众多的不利于生产工艺的人为因素，提高成品率，而且可大大减轻工人劳动强度。低压铸造技术的运用与发展使成套设备和工艺要求完全满足及符合参数要求。 为了提高铸造的寿命及质量，其表面的各种强化超硬处理等技术也是发展的重点。随着汽车工业、电子信息工业和家电工业的发展，低压铸造业的发展也发生较大的变化。为进一步提高铸件质量, 近年来开发了大型复杂铝合金铸件的砂型低压铸造技术。针对本所产品, 联合开发了容量分别为1800kg 和600kg 的大型铝合金用低压铸造机。设备采用了国内先进的液面加压计算机控制系统, 可以根据具体铸件预设工艺参数, 实现整个流程控制, 实时跟踪升液、充型过程。利用多年的生产大型复杂铝合金铸件的经验和铸件充型、凝固计算机模拟方面的技术优势, 首先对铸件在低压铸造条件下的充型和凝固进行摸拟,优化工艺参数, 针对可能出现的缺陷, 研制解决方案。已生产出框架类、箱体类、筒状、锥状等多种大型铝合金铸件。生产的军用高精度优质复杂薄壁铸件, 如主要壁厚为4mm , 外形尺寸2000mm ×1100mm , 铸件净重238kg 的筒状件; 主要壁厚为3mm , 外形尺寸为640mm ×480mm ×420mm , 铸件净重2415kg 的箱体铸件 在信息化工业发展的今天，我国要尽快提高水平。通过改革与发展，采用有效措施，在低压铸造行业及其它相关行业的共同努力下，我们相信我国的铸造行业也一定会不断的提高，逐步缩小与世界先进水平的差距。在“十一.五期间”，通过科学发展观指导下，不断的提高自主研发能力、重视创新、坚持改革开放、走新型工业化的道路，将速度效益型的增长模式转变到质量和水平效益型轨道上来，我国的铸造行业水平也必会更上一层。 在一般的低压铸造设备中，使用的是合型机构即采用单油缸进行合模，并且油缸是采用正装的结构进行工作，即：油缸伸展的过程使上模具下行，这种结构的合型装置在使用时开型力较小，为了增大油缸的功率，进一步使生产的成本提高了。单油缸在工作过程中，载荷分布不均匀，需要加大油缸底板的厚度，为了减少以上缺点，在本次设计中采用两个液压缸，从而避免了其工作过程中因载荷分布不均，造成的产品质量降低。液压缸采用反装的优点是有效的避免高温模具对其的影响，以免使液压构件受热变形而影响铸造的精度和使密封圈的失效造成漏油，从而更进一步有效的提高了产品的质量和生产效率。 低压铸造机该机采用了PC 电气控制，可控硅炉温控制，微机控制液面加压装置，大流量插装阀集成液压系统等先进的控制方法。在低压铸造机的系列化设计中，以J455 为基础,针对经常发生故障的部位不断加以改进。如 1、抽芯机构的水平油缸安装位置不妥，造成受力不合理，水平油缸仅靠其底座用螺栓固定，缸体前后无依托支撑。开合边模时油缸施力很大( 65 kN 120 kN) , 推拉的反作用力常把油缸底座撬裂。另外，油缸刚性欠佳也影响到边模的合型精度以及边模运动的稳定性。2、是为了防止动模板在高温的生产环境下，热膨胀变形的防护装置，共八件，每件上有三个螺钉孔，两个锥销孔，在装配过程中与动模板配合。由于设计中压板与导向套配合的精度要求高，及安装位置的限制，钻孔和攻丝都很困难，成了装配中的难题，经常需要返修。但在实际应用中，通过检测，由于对模具的冷却，采用了双介质(水和压缩空气)六通道冷却，所以这种装置并没有起到作用。针对这些问题，我们在改进设计中以简化结构、增强工作可靠性为目的，从而解决了液压系统对动模板运动的影响，对合型机构做一定的处理。一个好的产品设计不能离开科学技术的强大支持。没有高水平的科学研究就没有高水平的设计。随着社会的进步，科技的发展，设计逐步进入人类高科技的创造性智力活动的范畴。它是运用一定的规律和过程来解决工作过程中遇到的问题。对于某种产品的设计要满足一定的条件。如：首先要满足一定的功能要求，只有满足其功能要求才可以谈其它的性能指标，否者，一切免谈。其次，明确工作的功能要求，包括已知道的和未知的。最后，在设计过程时满足以上的要求后，在考虑资源是否节约，是否可行。1.2 低压铸造的设备组成低压铸造设备一般由主机、液压系统、保温炉、液面加压装置、电气控制系统及模具冷却系统等部分组成。1.2.1 低压铸造设备的主要结构（1）主机 低压铸造机主机一般由合型机构、静模抽芯机构、机架、铸件顶出机构、取件机构、安全限位机构部分组成。（2） 保温炉 保温炉主要有坩埚式保温炉和熔池式保温炉2种。坩埚式保温炉有石墨坩埚和铸铁坩埚2种类型。熔池式保温炉采用炉膛耐火材料整体打结工艺, 硅炭棒辐射加热保温, 具有容量大、使用寿命长、维护简单的特点, 极利于连续生产要求, 被现代低压铸造机广泛采用。保温炉与主机的联接有固定连接式和保温炉升降移动式2种, 可根据生产工艺要求选用。（3）液面加压装置 在低压铸造中, 正确控制对铸型的充型和增压是获得良好铸件的关键, 这个控制完全由液面加压控制系统来实现。根据不同铸件的要求, 液面加压系统应可以在工艺参数范围内任意调节, 工作要稳定可靠, 结构要使维修方便。1.3设备基本工作过程低压铸造的工艺规范包括升液、充型、增压、保压结晶、卸压、冷却延时, 以及铸型预热温度、浇注温度、铸型的涂料等。（1）升液压力和升液速率 升液压力是指当金属液面上升到浇口, 所需要的压力。金属液在升液管内的上升速度即为升液速度, 升液应平稳, 以有利于型腔内气体的排出, 同时也可使金属液在进入浇口时不致产生喷溅。（2）充型压力和充型速度 充型压力是指使金属液充型上升到铸型顶部所需的压力。在充型阶段, 金属液面上的升压速度就是充型速度。（3）增压和增压速度 金属液充满型腔后, 再继续增压, 使铸件的结晶凝固在一定大小的压力作用下进行, 这时的压力叫结晶压力或保压压力。结晶压力越大, 补缩效果越好, 最后获得的铸件组织也愈致密。但通过结晶增大压力来提高铸件质量, 不是任何情况下都能采用的。（4）保压时间 型腔压力增至结晶压力后, 并保持一段时间, 直到铸件完全凝固所需要的时间叫保压时间。如果保压时间不够, 铸件未完全凝固就卸压, 型腔中的金属液将会全部或部分流回批捐, 造成铸件􀀁放空􀀂报废; 如果保压时间过久, 则浇口残留过长, 这不仅降低工艺收得率, 而且还会造成浇口􀀁 冻结􀀂, 使铸件出型困难, 故生产中必须选择一适宜的保压时间。（5）卸压阶段 铸件凝固完毕(或浇口处已经凝固) , 即可卸除坩埚内液面上的压力(有称排气) , 使升液管和浇口中尚未凝固的金属液依靠重力落回坩埚中。（6）涂料 如用金属型低压铸造时, 为了提高其寿命及铸件质量, 必须刷涂料; 涂料应均匀, 涂料厚度要根据铸件表面光洁度及铸件结构来决定。2总体方案设计2.1 设计课题及要求通过实地调研并查阅有关资料及参观实习，对现有的各种同类机械进行比较得出各自的优缺点，进行方案的分析对比论证，确定设计方案；设计方案要求：（1）采用液压气压传动，工作压力分别为16MPa与0.6MPa；（2）设计的机械可完成模具合箱，定位；其中合箱推力F=70 KN，压力F=120 KN。（3） 便于更换模具；可实现的最大铸件尺寸为：600X600X600（4） 完成液压缸，气缸的选型，其中气缸推力F=400N，拉力F=140N；（5） 结构模块化，便于装配。无论设计什么机械类或别的产品，都要满足自己或规定的要求原则。要达到在经济上合理，在工作原理上可行，材料得到最大利用，还要保证达到一定的安全系数。 据文献报道，国内大型的铝合金铸件低压铸造是哈尔滨第一机床厂用低压铸造法生产变速箱和传动箱箱体大型铝合金铸件，铸件最大尺寸1024mm x346mm x 465mm，最大毛重85kg。这就要求我们在了解国内一些铸造状况，结合我国目前的铸造发展状况，考虑高效性，简洁快速性，经济可行性等因素。从而提出以下具体要求。（1）低压铸造机的机构应保证在铸造时铸型充型良好，铸件内部组织应致密而无夹杂和气孔，铸件表面无裂纹和偏析等缺陷。（2）确保机器设备的安全可靠性以及操作人员的安全性。（3）确保铸件的气密性和组织的致密性。（4）确保铸件轮廓的清晰度。（5）确保良好的经济效益即金属利用率要高些。（6）良好的可靠性，较少维护，提高自动化程度。（7）良好的扩展性，能根据市场的快速变化进行扩展。从总体要求设计出发，在追求良好的铸造性能的同时充分考虑可靠性、安全性、可扩展性、性价比等要求。 低压铸造机控制系统的研发是核心。2001 年万丰成立了以俞利民、陈涛等专家组成的研发组, 通过对国外进口机技术资料的充分探讨分析, 反复试验,经历无数次的失败, 终获成功, 研发组借鉴了进口机控制系统的优势, 并结合国内实际, 突破了控制系统技术难题, 获得成功。2001年7月1日, 中国第一台自主研发的低压铸造机在万丰诞生, 见图2.1。 图2.1 自主研发的低压铸造机2.2 设计方案的制定低压铸造机是一种比较复杂的机械铸造设备，在本次设计中，主要针对低压铸造机的开合模工作进行的设计。低压铸造机的基本工作工程是：（1）事先把需要的模具装置固定好，模具可根据具体的要求可以更换。（2）利用气动把放在保温加热炉里的液体压到适当的位置，与此同时，安放在旁边的模具会迅速的把炉口封住，而炉内的压力在这时要控制与外界的大气压相一致。此时，前、后、左、右还有上面的模具会快速的把顶上来的液体压铸成型。（3）利用机械手在适当的位置把成型的铸件取出来。如下图所示。图2.2 低压铸造工艺过程方框图在本次设计中，主要针对低压铸造机的开合模工作进行的设计，以及对整体框架，重要导杆，锁紧机构设计。由于时间关系，对液压、电气控制系统，保温炉等不做具体设计。低压铸造机结构示意图如图2.3所示。图 2.3低压铸造机结构图1. 动模板台 2. 侧油缸 3.侧模板 4.主油缸 5. 大螺栓6. 支架7.前模板 8.上模板 9 .导杆 10.导向套设计要点：芯缸框架与四导柱相配的滑动轴套及其润后 ,进行高温退火处理。支承架由槽钢与扁钢和角钢焊接而成。四个导杆的平行度及各个导杆及导杆的重合度。3 合型机构设计3.1 开合型机构定义 开合型机构是带动动模板的运动的部分，使动模板分开或合拢的机构，开合型机构是压铸机上最重要的部件之一。开合型机构的结构在很大程度上影响到铸造机的生产效率、金属型的工作条件、铸件的精度和致密度、工人的劳动安全等。推动动模板合拢的力为合型力，锁紧金属型的力称为锁型力，但生产中通称为合型力。合型力是金属型铸造机的主要参数。3.2 合型机构构成开合型机构由定模板、动模板、四根导向杆、和油缸组成，定模板采用螺栓紧固在下固定板上，油缸固定在上固定板（即左端定板）上，油缸的活塞杆与动模板采用螺纹连接，通过导向杆带动动模板左右运动，实现开合型动作。 在动模板和定模板还设计了模具快换机构，使模具定位准确，装卸方便，实了模具的快速装配或更换，为每个班次的模具表面清理、维护保养、预热、喷涂涂料提供了方便条件，提高了铸件表面质量。图3.1开合型机构示意图 1 动模板 2 导向套 3 导杆 4 液压缸 动力是由和型油缸中的压力产生的，带动四个导杆一起做往复的开闭合模运动。3.3 导向套装置图 3.2 导向机构 1. 螺钉2. 导向套3.压板 4. 导杆 5.防尘圈 导向套的目的是为了确保导杆被卡住，从而起到导向的作用。然而，导杆是为了保证动模板可在任意的高度停止并且可以防止动模板的下滑，是一个保险装置。但是，有时这种装置停到任意的位置时位置不那么准确。所以还要进一步的修改，故为了增加动模板的平稳性，改装一下动模板即在动模板的内侧增加一定间距的凹槽。这种改进是定位得到进一步的提高，避免了四个动模板因定位不准而产生的“别劲”影响动模板的平稳工作。 导向装置是铸造机中不可少的一向装置，它主要包括导向柱，导向柱上安装导向座，导向座上部与导向柱之间安装有第一导向套，导向座上面安装有动模板，导向座与动模板之间设置间隙，动模板为放置模具所用。当采用导向装置工作时，导向柱不会产生磨损，避免产生运动阻力，从而进一步提高合模精度。 在涉及低压铸造设备中，我们安装使用的低压铸造合型机构导向装置。已有的在低压铸造机上使用的合型机构导向装置，无论是进口设备或国产设备，都存在吸收热膨胀后导向柱变形的不足，这种变形产生的后果是使导向柱磨损严重，运动阻力大，使合模精度较低。在这次设计中，我使用的是一种低压铸造机合型机构导向装置，使它在工作时，导向柱不会产生磨损，避免产生运动阻力，从而提高合模的精度。导向座下部与导向柱之间安装第二导向套。第一导向套外端安装第一防尘圈。第二导向套外端安装第二防尘圈。图3.3 导向杆 1 导向套 2 上板 3 上螺母 4 下板 5 导柱 6 下螺母 使用上下螺母的优点是一方面可以调节5 导柱和另一导柱的平衡度，另一方面，可以和上板紧密固定一起。 图3.4 锁紧机构 1 大导柱 2 锁紧导柱 3 弹簧 4 凹槽 5 活塞杆 6 气缸锁紧机构主要是利用气缸把（2）锁紧导柱顶在（1）大导柱上开的齿槽上，以免让大导柱在定位时下滑，起到锁紧定位的作用。其特征在于：所述锁紧装置包括均匀设置在其中一个圆导柱的外侧面得若干锁紧槽口、该圆导柱外部的滑动导套上设置的插销孔及固定在该圆导柱的外侧的上板上的锁紧机构，锁紧机构包括底座，底座上固定有拔销油缸，拔销油缸的活塞杆与位于底座上的销轴座连接，销轴座的两侧开有长条形孔，螺栓穿过长条形孔及销轴的后端并用螺母锁紧，螺栓可在长条形孔内滑动销轴上套有压缩弹簧，销轴的前端与插销连接，压缩弹簧的一端顶在销轴座得前端面上，另一端顶在插销的后端面上，压缩弹簧为预紧状态，插销的前端与锁紧槽口相配合;当插销进入锁紧槽口时，圆导柱只能向上移动而不能向下移动。导向杆上设置倒钩齿，倒钩齿与感应器配合使用，限位器有一个底板，底板上安装推杆。推杆一端与气缸连接，推杆另一端与连接块连接，连接块上开设凹槽，凹槽内安装移动杆，连接块与连接杆连接，连接杆上安装有弹簧，连接杆一端与楔销连接，连接杆另一端与移动杆连接，连接杆与楔销连接处安装感应块，底板一侧安装第一支架，底板另一侧安装第二支架，第一支架上安装第一感应块，第二支架上安装第二感应块。4液压缸和气缸的选择4.1 液压缸的选型（1）液压缸的主要几何尺寸，包括液压缸的内径D，活塞杆直径d和液压缸的s行程等。液压缸内径D的计算在工程上，计算液压缸的内径D时，按要求已给出p=16Mpa, 各部件之间的摩擦系数，结合工作条件考虑安全系数，确定推力（或压力）为F=70 KN。根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径D。参考机械设计手册-液压传动与控制计算公式23.6-17 计算公式为D3.57x10 （4.1） 由以上公式计算可得 D3.57x10= 3.57x10=7.47 x10 m 经查表圆整可知，D= 0.080 m式中 D液压缸内径(m) F液压缸推力(KN) P选定的工作压力Mpa 活塞杆的直径d的计算.活塞杆的直径d的计算. 根据速度比的要求来计算活塞杆的直径 d= （4.2）式中 d活塞杆直径（m） D液压缸直径（m） 速度比 = （4.3） 活塞杆的缩入速度（）； 活塞杆的伸出速度（）；液压缸的往复运动速度比，一般有2、1.46、1.33、1.25、和1.15等几种。 表1 9 d和D的关系 1.151.251.331.462d0.36D0.45D0.5D0.56D0.71D活塞杆的直径 d=0.56D=0.56x80=44.8mm设计中，根据工作压力的大小，选用速度比时可参考表23.6-58.表2 9 和 p的关系工作压力 1012.5-2020速度比 1.331.46, 22本设备中液压缸工作环境一般，安装方式需采用固定式，具体因设备的构造，采用前端法兰式安装，要求液压缸供给的压力为16MPa，油缸的运动度没有特殊的要求，设备的结构要求活塞的行程为600mm。综上所述，依据液压缸选型标准，选择了HSG型工程用液压缸。HSGF-100/dE型液压缸的主要参数如表3所示：型号缸径/mm活塞杆直径/mm工作压力 MPa介质温度 速度范围 mm/s最大行程/mm寿命Km HSGF-80/dE8044.816-10-7050-50080050以上推液压缸需要四个。主液压缸的选取计算: 计算液压缸的内径D时，按要求已给出p=16Mpa, 根据各部件的总重量，各部件之间的摩擦系数，结合工作条件考虑安全系数，最终估算F=120 KN。根据载荷力的大小和选定的系统压力来计算液压缸内径D。由以上公式（3.1）计算可得 D3.57x10= 3.57x10=9.78 x10 m 经查表圆整可知，D= 0.10 m 式中 D液压缸内径(m) F液压缸推力(KN) P选定的工作压力Mpa活塞杆的直径d=0.56D=0.56x100=56 mm 由于需要所求，主液压缸的行程需要特制加工其长度。根据铸造机的整体结构尺寸，由几何作图，最终确定行程S=650mm。4.2 气缸的选型根据工作机构运动要求和结构要求选择气缸的类型及安装方式:气缸的安装方式有：无记号：基本型，f:前法兰式，F：后法兰试，G:脚架式，B:中间摆轴式，S:尾部悬挂式。工作介质为压缩空气。气缸的缓冲作用，是当活塞运动到接近行程末端时，安装于气缸内部的缓冲装置开始起作用。使活塞运动速度降低，运动平稳。为了避免发生冲击的现象。气缸只需一端有活塞杆进行导杆的定位，故采用单活塞杆气缸，该气缸须有推进及回缩两个动作，故采用单活塞杆双作用气缸。根据需要气缸宜在前部固定，故选择f:前法兰式气缸。根据工作机构载荷及速度要求，计算气缸直径D。计算缸径一般应圆整为标准缸径：气压缸的工作压力为0.6MPa（1） 该定位气缸在定位时所需推力为400N。（2） 当推力做功时： D = （4.4） 式中 活塞杆的推力(N); P 气缸工作压力(Pa); 载荷率，可取=0.70.85;取载荷率=0.75则缸径D = = = 0.03365 (m)表 24.2-4 7查得D宜取D=40 mm 计算活塞缸直径d，并圆整为标准值：（2）该定位气缸在回程时所需拉力为140N当拉力做功时 （4.5） 式中 活塞杆的拉力(N)则 = = 0.01999 (m)由 表 24.2-5 查得d宜取d=20 mm（3）气缸行程的确定：根据理论计算，该气缸需有至少60 (mm)的行程，查阅标准行程表确定实际行程为80 (mm)。（4）选取合适气缸产品：由济南广源公司的产品资料中最终选取QGBQ系列轻型气缸，缸径为40 (mm)，气缸行程80 (mm)。5机架设计5.1 机架的设计要求及一般步骤 （1）柱的外形 焊接柱按外形分为实腹柱和格构柱。实腹柱分为型钢实腹柱和钢板实腹柱两种。前者焊缝少，应优先选用。后者适应性强，按要求设计成各种大小尺寸。 （2）在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻、成本低。抗振性好，受迫振动振幅限制在允许范围内。温度场分布合理，热变性对精度的影响小。（3）结构设计合理，工艺性良好，便于铸造、焊接和机械加工。结构力求便于安装与调整，方便修理和更新零部件。（4）有导轨的机架要求导轨受力合理，造型好，使之既适用经济，耐磨性良好。本设备中的机架主要起的作用是支撑关键的是铸造机架，故在整个设备中，机架的作用是不容小视的，一定要满足机架设计的要求。（5）载荷分类 作用在设备上的载荷一般分为三类：基本载荷、附加载荷和特殊载荷。（6）基本载荷 基本载荷指始终和经常作用在机架结构上的载荷，包括自重及设备运行时产生的动载荷 。自重力包括机架的自重力及其机械设备、电气设备和附加装置的重力。一般计算中，计算载荷为基本载荷与动力系数的乘积。动力系数的值见下表。要应保证刚度、强度及稳定性。刚度评定大多数机架工作能力的主要准则是刚度，大多数机架的刚度表 4.1动力系数较小冲击、一般振动一般冲力、中等振动较大冲击、单向强力振动强烈冲击、双向振动1.1-1.251.25-1.51.5-2 2-3（4）动载系数应按具体设备情况而定。附加载荷，附加载荷指设备在正常运行时机架受到的非经常性作用的载荷。特殊载荷，特殊载荷指设备处于非工作状态时机架可能受到的最大载荷或在工作状态下机架偶然受到的不利载荷。机架的设计主都直接决定了产品精度和产品的工作性能。强度强度是评定重载机架工作的基本准则。机架的强度应根据机器在运转过程中可能发生最大载荷或安全装置所能传递的最大载荷来校核其静强度。此外，还要校核其疲劳强度。稳定性机架受压结构及受压弯结构都存在失稳问题。有些构件制成薄壁腹式也存在局部失稳。稳定性是保证机架正常工作的基本条件，必须加以校核。在本次设计中，选用钢板实腹柱。当腹板的计算高度与腹板厚度之比大于80时，应有横向隔板加强，间距不得大于3；柱肢外伸自由宽度不宜超过15t,箱形柱的两腹板间宽度b也不宜超过40t(t为板厚)。机架设计的一般步骤：（1）初步确定机架的形状和尺寸（2）常规计算 利用材料力学弹性力学等固体力学理论和计算公式，对机架进行强度刚度和稳定性等方面的校核。（3）有限元静态分析模型试验和优化设计。（4）制造工艺性和经济性分析。 5.2 机架的常用材料及结构设计材料的选用，主要是根据机架的使用要求。多数机架的形状较复杂，故一般采用铸造。铸铁的铸造性能好价廉和吸振能力强，还有切削性能好和易于大量生产使用时比较结实等优点，所以应用最广。 铸造碳钢的弹性模量大，强度也比铸铁高，故用于受力较大的机架。但钢水流动性差，在铸型中凝固冷却时体收缩和线收缩都较大，故不宜设计复杂形状的铸件。 铸造铝合金密度小重量轻，通过热处理强化，具有足够高的强度较好的塑性，良好的韧性。焊接机架具有制造周期短重量轻和成本低等优点，机架焊接后在进行焊后处理，使焊接处变得平滑些。在机器制造业中，焊接机架日益增多，用途也越来越广泛。机架的具体结构设计：机架主要由基座立柱固定块固定支座等组成。初步确定机架的形状和尺寸，依据整体及开合型机构中的合型油缸的外形尺寸和合型机构的机构尺寸和运动要求，以及人机工程方面的因素。同时考虑到生产制造的问题等等。机架结构图如图 4.1 所示。 图 4.1 机架结构图1.下底板 2.支承座 3.立柱 4. 底座 5.焊接架图 4.2 液压缸底座 1 前板 2 底板 3 肋板5.3机架的热处理 （1）铸铁机架的时效处理，目的是在不降低铸铁力学性能的前提下，使铸铁的内应力和机加工切削应力得到消除或稳定，以减少长期使用中的变形，保证几何精度。 （2）铸钢机架的热处理，目的是为了消除铸造内应力和改善力学性能。铸钢机架的热处理方法一般有正火加回火，退火高温扩散退火和焊补后回火等。 （3）焊接机架的热处理，退火用来消除焊接后机架的内应力，降低硬度，改善组织，增加韧性。接接头热处理的目的是减少和消除焊接应力，改善接头塑性和韧性，避免焊接裂纹的产生。焊接应力是由于钢材在焊接过程中受到不均匀的加热发生不均匀的变形而产生的，当钢材厚度增加，不均匀变形增加，焊接应力增大。经过焊后热处理(一般采用高温回火)使钢材发生塑性变形产生松驰，从而减少或消除焊接应力。实验和经验证明用高温回火法进行焊后热处理可消除焊接应力80%-90%。因此焊后是否需要热处理其厚度是一个重要的衡量指标。在焊缝之中氢气的压力加上焊接应力，使焊件在焊后一段时问内在焊缝发生裂纹甚至开裂，称为延迟裂纹。为避免这一现象发生工程上常采用焊后消氢热处理方法，即将焊件加热到300400保温一段时间，空冷，将焊缝中的氢气释放掉。由于消除焊接应力的高温回火处理在消除焊接应力的同时也可以达到消氢的目的，因此，凡需消氢处理的压力容器经过高温回火处理后则无需再进行消氢处理。但是应汁意时间问题。因为延迟裂纹可以在焊后几天甚至几小时内发生，因此，消除焊接应力的高温回火若在焊后立即进行，则无需再做消氢，若不能则应立即做消氢处理。6结 论本次毕业设计课题是低压铸造机，主要实现的是低压铸造的功能。具体实施过程如下：（1）事先把需要的模具装置固定好。（2）利用气动把放在保温加热炉里的液体压到适当的位置，与此同时，安放在旁边的模具会迅速的把炉口封住，而炉内的压力在这时要控制与外界的大气压相一致。此时，前、后、左、右还有上面的模具会快速的把顶上来的液体压铸成型。（3）利用机械手在适当的位置把成型的铸件取出来。本次毕业设计由于时间较短，未能对液压气动控制系统，保温炉及电气控制等作出设计。在结构设计上也奔着可靠优先的原则进行，在节约成本方面尚有欠缺。本次毕业设计中，综合运用了专业所学课程的理论和生产实际知识，进行一次低压铸造设计工作的实际训练，从而培养和提高了独立工作的能力，巩固与扩充了低压铸造设计等课程的内容，掌握了低压铸造设计的方法和步骤，知道了铸造设计的基本技能。同时，我也懂得了如何分析铸造零件的工艺性，怎样确定工艺方案，并了解低压铸造的基本结构，提高了计算的能力及绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关课程都有了系统而全面的复习，独立思考的能力也有了进一步的提高。参 考 文 献1、徐灏主编.机械设计手册第五卷M.北京:机械工业出版社,1922.2、宋学义主编.袖珍液压工程手册M.北京:机械工业出版社,1995.3、雷天觉主编.新编液压工程手册M.北京:北京理工大学出版社,1998.4、郑洪生主编.气动传动及控制,第二版M.北京: 机械工业出版社,1992.5 陈金伟.压差铸造设备及其在铝合金铸造上的应用J 铸造设备究,1995 ,(4) :136 刘永跃，低压铸造工艺在D19 下缸体中的应用特种铸造及有色合金.2010 年第30 卷第4 期7 机械设计手册编委会.气压传动与控制. M.北京：机械工业出版社，2007.8特种铸造手册编写组. 特铸手册. 北京:机械工业出版社,1978.9 机械设计手册编委会.液压传动与控制. M.北京：机械工业出版社，2007.：189-21310 曹鑫铭主编.液压伺服控制系统M北京:冶金工业出版社,1992.11 康敬乐，丁苏沛，陈国诗，孙国法，史学谦 J458 型低压铸造机的研发与应用特种铸造及有色合金􀀁济南铸造锻压机械研究所. 2007 年第27 卷第8 期.12 SMC(中国)有限公司编.现代实用气动技术.第篇M.北京. 机械工业出版社,1998.13黄靖远，高志，陈祝林主编.机械设计学M.北京:机械工业出版社,2006.14成大先主编，机械设计手册 单行本 机械振动 机架设计M.北京：化学工业出版社，2004：28-47.15 B.Kekec,M. Unal,C. Sensogut.Effect of textural properties of rocks on their crushing and grinding featuresJ.Journal of University of Science and Technology Beijing,2006(5):2-9.16 R. Bartley, British and European Ahtminium Casting Alloys- Their Properties and Characteristics, The Association of Light Alloy Refiners, UK, 1992：119-122.