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水輪機上冠件砂型鑄造工藝及工裝設計

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更新時間：2017-04-28
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開題報告1．本課題所涉及的問題在國內（外）的研究現狀綜述
鑄造是指將液態合金注入鑄型中使之冷卻凝固, 并進行后處理, 最終成為金屬制品的一種生產方法。根據鑄型的不同，鑄造生產又大體可分砂型鑄造金屬型鑄造( 含壓鑄)熔模鑄造等不同的鑄造方法, 對鑄造工藝裝備的要求各不相同。
鑄造生產的優點是毛坯成本低廉，對于形狀復雜、特別是具有復雜內腔的零件，更能顯示出它的經濟性，同時它的適應性較廣，且具有較好的綜合機械性能；缺點是鑄造生產所需的材料（如金屬、木材、燃料、造型材料等）和設備（如冶金爐、混砂機、造型機、造芯機、落砂機、拋丸機等）較多，且會產生粉塵、有害氣體和噪聲而污染環境。
發達國家總體上鑄造技術先進、產品質量好、生產效率高、環境污染少、原輔材料已形成商品化系列化供應，如在歐洲已建立跨國服務系統。生產普遍實現機械化、自動化、智能化(計算機控制、機器人操作)。
總體上, 我國鑄造領域的學術研究并不落后, 很多研究成果居國際先進水平, 但轉化為現實生產力的少。國內鑄造生產技術水平高的僅限于少數骨干企業, 行業整體技術水平落后, 鑄件質量低, 材料、能源消耗高, 經濟效益差；勞動條件惡劣；污染嚴重。具體表現在, 模樣仍以手工或簡單機械進行模具加工；鑄造原輔材料生產供應的社會化、專業化、商品化差距大, 在品種質量等方面遠不能滿足新工藝新技術發展的需要；鑄造合金材料的生產水平、質量低；生產管理落后；工藝設計多憑個人經驗，計算機技術應用少；鑄造技術裝備等基礎條件差；生產過程手工操作比例高，現場工人技術素質低；僅少數大型汽車、內燃機集團鑄造廠采用先進的造型制芯工藝, 大多鑄造企業仍用震壓造型機甚至手工造型, 制芯以桐油、合脂和粘土等粘結劑砂為主。大多熔模鑄造廠以水玻璃制殼為主；低壓鑄造只能生產非鐵或鑄鐵中小件；不能生產鑄鋼件。
對于砂型鑄造，化學硬化砂型的強度比粘土砂型高得多，而且制成砂型后在硬化到具有相當高的強度后脫膜，不需要修型。因而，鑄型能較準確地反映模樣的尺寸和輪廓形狀，在以后的工藝過程中也不易變形。制得的鑄件尺寸精度較高。由于所用粘結劑和硬化劑的粘度都不高，很易與砂粒混勻，混砂設備結構輕巧、功率小而生產率高，砂處理工作部分可簡化。混好的型砂在硬化之前有很好的流動性，造型時型砂很易舂實，因而不需要龐大而復雜的造型機。用化學硬化砂造型時,可根據生產要求選用模樣材料,如木、塑料和金屬。化學硬化砂中粘結劑的含量比粘土砂低得多,其中又不存在粉末狀輔料,如采用粒度相同的原砂，砂粒之間的間隙要比粘土砂大得多。為避免鑄造時金屬滲入砂粒之間，砂型或型芯表面應涂以質量優良的涂料。用水玻璃作粘結劑的化學硬化砂成本低、使用中工作環境無氣味。但這種鑄型澆注金屬以后型砂不易潰散；用過的舊砂不能直接回收使用，須經再生處理，而水玻璃砂的再生又比較困難。因此，在我國鑄造行業砂型鑄造更受歡迎。
我國的鑄件年產量現已位居世界第一。但是，我國鑄造技術仍與國外存在很大差距，我們要認清現狀奮起直追，爭取縮小國外差距，使我國鑄造技術更進一步。

2．本人對課題任務書提出的任務要求及實現預期目標的可行性分析
任務要求：
1、對鑄件進行鑄造工藝性分析；
2、繪制鑄件毛坯圖、鑄造工藝圖；
3、設計繪制全套的紙質鑄造用工裝圖紙（包括裝配圖和各種非標零件圖）；
4、部分圖紙采用CAD繪圖，部分資料生成電子文檔；
5、參與進行鑄造教具的加工制造和試用工作；
6、按照“南陽理工學院畢業設計（論文）基本格式”，書寫一份完整的設計說明書。
可行性分析：
在大學期間我認真學習了《機械制圖》《機械原理》《機械設計》《理論力學》《材料力學》《工程材料》《機械制造技術》《機械故障診斷技術》《模具設計與制造》等專業課程，這些課程的學習為完成本課題打下了一定的專業知識要求。
另外，我已經在互聯網上和圖書館搜集了大量的相關技術資料，做好了設計的準備，相關的為完成畢業設計所需的設計場所、設備等配套設施也配備完畢，這些都為完成本課題的完成提供了必要的保證。
總的來說，水輪機上冠件砂型鑄造工藝工裝設計制作可行。
3．本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路
本課題重點及關鍵在于：
（1）鑄造工藝性分析及其方案的確定；
（2）工藝參數的確定；
（3）鑄造工藝和工裝的設計；
（4）編制鑄造工藝，繪制鑄件圖。
解決的思路：
（1）審查零件結構是否符合鑄造生產的工藝要求；
（2）從避免鑄造缺陷、簡化鑄造工藝方面確定鑄件的合理結構；
（3）在既定的零件條件下，考慮鑄造過程中鑄件的加工余量缺陷繪制鑄件毛配圖；
（4）根據鑄件工藝工裝過程完成設計說明。

4．完成本課題所必須的工作條件（如工具書、實驗設備或實驗環境條件、某類市場調研、計算機輔助設計條件等等）及解決的辦法
完成本課題需要的主要參考資料及其設計手冊：
[1] 吳宗澤，羅圣國.機械設計課程設計手冊[M]. 北京:高等教育出版社,1999.8.
[2] 黃乃瑜.中國模具設計大典[M]. 南昌:江西科學技術出版社，2003.1.
[3] 杜西靈.鑄工速成與提高[M]. 北京:機械工業出版社，2008.3.
[4] 韓曉峰.鑄造成產與工藝工裝設計[M]. 長沙:中南大學出版社, 2010.10.
[5] 賈振元.機械制造技術基礎 [M]. 北京:科學出版社，2011.2.
可以去圖書館和機電系資料室借閱有關書籍，可以向同學借閱有關書籍，可以向導師請教相關疑惑的問題。
完成本課題設計、加工需要的環境條件：
（1）本課題設計需要教室，還需要圖板、尺子等物品；
（2）本課題加工需要車床、銑床、磨床、鉆床、加工中心及工作地點。
按照機電工程系的統一安排，在6#教學樓進行畢業設計，所用機床由金工實習基地安排。
解決辦法
（1）系里應給出一定的外出調研時間，收集相關資料；
（2）學校應在教學樓給出一個專門進行設計的教室作為設計的固定場所，同時租借繪圖設備一套；
（3）為了完成本次設計還需滿足一定的上機時間，系CAD機房應提供畢業生上機的便利條件。

5．完成本課題的工作方案及進度計劃
工作方案:
（1）首先根據零件圖繪制鑄件圖，然后根據生產規模及質量要求確定鑄造工藝方案和工藝參數；
（2）進行澆口及砂芯的設計及砂箱模板等工裝設計；
（3）畫出鑄造工藝圖及合箱圖。
進度計劃:
第 1 周搜集設計資料，完成開題報告；
第 2～3 周鑄件鑄造工藝性分析，繪制鑄件圖；
第 4～8 周鑄造工藝設計，繪制鑄件工藝圖；
第 9～11 周鑄造工裝設計，繪制鑄件裝配圖；
第 12～13 周編制設計說明書；
第 14～15 周部分資料生成電子文檔，填寫鑄造工藝卡；
第 16 周答辯。
6．指導教師審閱意見

指導教師（簽字）：　　　　　　年月日

7．學院畢業設計（論文）工作領導小組評審意見

領導小組組長（簽字）：　　　　　　　　　　　院（簽章）

年月日...

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