輸油管道接口的鑄造工藝設(shè)計(jì),輸油管道,接口,鑄造,工藝,設(shè)計(jì) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目 輸油管道接口的鑄造工藝 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書 題 目 輸油管接頭鑄造工藝設(shè)計(jì) 題目來源 教師自擬 學(xué)生姓名 王超奇 學(xué) 號(hào) 0802140119 專業(yè)班級(jí) 14級(jí)機(jī)械一班 指導(dǎo)教師 何斌鋒 職 稱 講師 教 研 室 機(jī)械 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)與要求 完成零件的鑄造工藝，包括鑄件圖（澆注位置，分型面，拔模斜度，確定材料收縮率，加工余量，型芯等），確定鑄造各項(xiàng)參數(shù)（澆注溫度等），采用三維造型軟件（Creo等）完成鑄件的三維造型，最后采用鑄造模擬軟件對(duì)工藝進(jìn)行模擬驗(yàn)證，并根據(jù)模擬結(jié)果優(yōu)化工藝，確定最終的鑄造工藝。最終，完成畢業(yè)論文撰寫，要求畫出鑄造工藝圖（A1）一張。 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作進(jìn)程 起止時(shí)間 工作內(nèi)容 2017.12.27-2017.12.31 2018.1.1-2018.2.28 2018.3.1-2018.3.31 2018.4.1-2018.4.30 2018.5.1-2018.5.11 2018.5.25 查（借）閱資料，了解本課題設(shè)計(jì)重點(diǎn)，注意事項(xiàng)，撰寫開題報(bào)告。 分析圖紙，完成零件圖、鑄件圖的三維實(shí)體繪制。 鑄造工藝設(shè)計(jì)。 利用鑄造模擬軟件進(jìn)行鑄造工藝的模擬仿真，對(duì)比分析，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)一步完善，確定鑄造工藝，撰寫論文，完成工藝圖。 指導(dǎo)老師、評(píng)閱老師評(píng)閱，整理資料準(zhǔn)備答辯。 答辯。 指導(dǎo)教師（簽字） 畢業(yè)論文工作組組長（簽字） 學(xué)生（簽字） 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）起止時(shí)間： 2017 年 12 月 27 日 至 2018 年 5月 25 日 注：本表由指導(dǎo)教師填寫，于每學(xué)年第1學(xué)期18周，經(jīng)畢業(yè)論文工作組審批，隨畢業(yè)論文裝訂由學(xué)院存檔。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告 論文（設(shè)計(jì)）題目 輸油管接頭鑄造工藝設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 王超奇 學(xué)號(hào) 0802140119 指導(dǎo)教師 何斌鋒 一、選題的研究意義 隨著社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)在人們生活中起著舉足輕重的作用。在鑄造的過程中，為了更進(jìn)一步的提升生產(chǎn)效率，降低成本，規(guī)范操作，保證質(zhì)量，持續(xù)改進(jìn)，鑄造工藝設(shè)計(jì)已經(jīng)成為不可或缺的鑄造力量。應(yīng)用鑄造有關(guān)理論和系統(tǒng)知識(shí)生產(chǎn)鑄件的技術(shù)和方法，使得加工材料的成本低，效率高，更精密，所以，鑄造工藝設(shè)計(jì)在工業(yè)發(fā)展的道路上必不可少。 二、國內(nèi)外發(fā)展 ??? 發(fā)達(dá)國家總體上鑄造技術(shù)先進(jìn)、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染少、原輔材料已形成商品化系列化供應(yīng)，如在歐洲已建立跨國服務(wù)系統(tǒng)。生產(chǎn)普遍實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化（計(jì)算機(jī)控制、機(jī)器人操作）。在重要鑄件生產(chǎn)中，對(duì)材質(zhì)要求高，如球墨鑄鐵要求P≯0.04%、S≯0.02%，鑄鋼要求P、S≯0.025%，采用熱分析技術(shù)及時(shí)準(zhǔn)確控制C、Si含量，用直讀光譜儀2~3分鐘分析出十幾個(gè)元素含量且精度高，C、S分析與調(diào)控可使超低碳不銹鋼的C、S含量得以準(zhǔn)確控制，采用先進(jìn)的無損檢測(cè)技術(shù)有效控制鑄件質(zhì)量。? 廣泛應(yīng)用合金包芯線處理技術(shù)，使球鐵、蠕鐵和孕育鑄鐵工藝穩(wěn)定、合金元素收得率高、處理過程無污染，實(shí)現(xiàn)了微機(jī)自動(dòng)化控制。鑄鐵熔煉使用大型、高效、除塵、微機(jī)測(cè)控、外熱送風(fēng)無爐襯水冷連續(xù)作業(yè)沖天爐，普遍使用鑄造焦，沖天爐或電爐與沖天爐雙聯(lián)熔煉，采用氮?dú)膺B續(xù)脫硫或搖包脫硫使鐵液中硫含量達(dá)0.01%以下；熔煉合金鋼精煉多用AOD、VOD等設(shè)備，使鋼液中H、O、N達(dá)到幾個(gè)或幾十個(gè)10-6的水平。普遍采用液態(tài)金屬過濾技術(shù)，過濾器可適應(yīng)高溫諸如鈷基、鎳基合金及不銹鋼液的過濾。過濾后的鋼鑄件射線探傷A級(jí)合格率提高13個(gè)百分點(diǎn)，鋁鎂合金經(jīng)過濾，抗拉強(qiáng)度提高50%、伸長率提高100%以上。鋁基復(fù)合材料以其優(yōu)越性能被廣泛重視并日益轉(zhuǎn)向工業(yè)規(guī)模應(yīng)用，如汽車驅(qū)動(dòng)桿、缸體、缸套、活塞、連桿等各種重要部件都可用鋁基復(fù)合材料制作，并已在高級(jí)賽車上應(yīng)用；在汽車向輕量化發(fā)展的進(jìn)程中，用鎂合金材料制作各種重要汽車部件的量已僅次于鋁合金。?砂處理采用高效連續(xù)混砂機(jī)、人工智能型砂在線控制專家系統(tǒng), 制芯工藝普遍采用樹脂砂熱、溫芯盒法和冷芯盒法。熔模鑄造普遍用硅溶膠和硅酸乙酯做粘結(jié)劑的制殼工藝。鑄造生產(chǎn)全過程主動(dòng)、從嚴(yán)執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，鑄件廢品率僅2%-5%；標(biāo)準(zhǔn)更新快（標(biāo)齡4-5年）；普遍進(jìn)行ISO9000、ISO14000等認(rèn)證。? 重視開發(fā)使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，紛紛建立自己的主頁、站點(diǎn)。鑄造業(yè)的電子商務(wù)、遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)與制造、虛擬鑄造工廠等飛速發(fā)展。 ? ? ?我國鑄造領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究并不落后，很多研究成果居國際先進(jìn)水平，但轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的少。國內(nèi)鑄造生產(chǎn)技術(shù)水平高的僅限于少數(shù)骨干企業(yè)，行業(yè)整體技術(shù)水平落后，鑄件質(zhì)量低，材料、能源消耗高，經(jīng)濟(jì)效益差，勞動(dòng)條件惡劣，污染嚴(yán)重。具體表現(xiàn)在，模樣仍以手工或簡單機(jī)械進(jìn)行模具加工；鑄造原輔材料生產(chǎn)供應(yīng)的社會(huì)化、專業(yè)化、商品化差距大，在品種質(zhì)量等方面遠(yuǎn)不能滿足新工藝新技術(shù)發(fā)展的需要；鑄造合金材料的生產(chǎn)水平、質(zhì)量低；生產(chǎn)管理落后；工藝設(shè)計(jì)多憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用少；鑄造技術(shù)裝備等基礎(chǔ)條件差；生產(chǎn)過程手工操作比例高，現(xiàn)場工人技術(shù)素質(zhì)低；僅少數(shù)大型汽車、內(nèi)燃機(jī)集團(tuán)鑄造廠采用先進(jìn)的造型制芯工藝，大多鑄造企業(yè)仍用震壓造型機(jī)甚至手工造型，制芯以桐油、合脂和粘土等粘結(jié)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(chǎn)非鐵或鑄鐵中小件，不能生產(chǎn)鑄鋼件；用EPC技術(shù)穩(wěn)定投入生產(chǎn)的僅限于排氣管、殼體等鑄件，生產(chǎn)率在30型/小時(shí)以下，鑄件尺寸精度和表面粗糙度水平低；雖然建成了較完整的鑄造行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，但多數(shù)企業(yè)被動(dòng)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)多低于GB（國標(biāo)）和ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)），有的企業(yè)廢品率高達(dá)30%；質(zhì)量和市場意識(shí)不強(qiáng)，僅少數(shù)專業(yè)化鑄造企業(yè)通過了ISO9000認(rèn)證。結(jié)合鑄造企業(yè)特點(diǎn)的質(zhì)量管理研究十分薄弱。近年開發(fā)推廣了一些先進(jìn)熔煉設(shè)備，提高了金屬液溫度和綜合質(zhì)量，如外熱式熱風(fēng)沖天爐開始應(yīng)用，但為數(shù)少，使用鑄造焦的僅占1%。一些鑄造非鐵合金廠仍使用燃油、焦炭坩堝爐等落后熔煉技術(shù)。沖天爐-電爐雙聯(lián)工藝僅在少數(shù)批量生產(chǎn)的流水線上得以應(yīng)用。少數(shù)大、中型電弧爐采用超高功率（600-700kVA/t）技術(shù)。?開始引進(jìn)AOD、VOD等精煉設(shè)備和技術(shù)，提高了高級(jí)合金鑄鋼的內(nèi)在質(zhì)量。重要工程用的超低碳高強(qiáng)韌馬氏體不銹鋼，采用精煉技術(shù)提高鋼液純凈度，性能改善。鑄造馬氏體不銹鋼在保持原有韌性基礎(chǔ)上，屈強(qiáng)比由0.70-0.75提高到0.85-0.90，強(qiáng)度提高30%-60%，硬度提高20%-50%。?廣泛應(yīng)用國內(nèi)富有稀土資源，如稀土鎂處理的球墨鑄鐵在汽車、柴油機(jī)等產(chǎn)品上應(yīng)用；稀土中碳低合金鑄鋼、稀土耐熱鋼在機(jī)械和冶金設(shè)備中得到應(yīng)用；初步形成國產(chǎn)系列孕育劑、球化劑和蠕化劑，推動(dòng)了鑄鐵件質(zhì)量提高。 三、研究目的 本課題是研究鑄造工藝的總體設(shè)計(jì)，并對(duì)鑄造工藝的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。通過對(duì)該課題的研究，了解鑄造工藝過程，并運(yùn)用所學(xué)知識(shí)完成鑄造工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)化。鑄造是生產(chǎn)零件毛坯的主要方法之一，尤其對(duì)于有些脆性金屬或合金材料的零件毛坯，鑄造幾乎是唯一的加工方法。輸油管接頭的材料是鑄鋁合金，所以只能采用鑄造來完成。鑄造工藝具有鑄件可以不受金屬材料、尺寸大小和重量的限制；鑄造可以生產(chǎn)各種形狀復(fù)雜的毛坯，特別適用于生產(chǎn)具有復(fù)雜內(nèi)腔的零件毛坯，如各種箱體等；鑄件的形狀和大小可以與零件很接近，既節(jié)約金屬材料，又省切削加工工時(shí)；鑄件一般使用的原材料來源廣、鑄件成本低；鑄造工藝靈活，生產(chǎn)率高，既可以手工生產(chǎn)，也可以機(jī)械化生產(chǎn)。為了進(jìn)一步減少成本，引入了計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)。 四、研究內(nèi)容 1、輸油管接頭的鑄造工藝研究 根據(jù)輸油管零件圖計(jì)算毛坯圖的尺寸并繪制其三維模型、確定鑄造工藝過程中所涉及到的各參數(shù)，如：鑄造溫度、所用型芯的數(shù)目、澆注系統(tǒng)類型等。 2、補(bǔ)縮系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 根據(jù)鑄造手冊(cè)以及經(jīng)驗(yàn)公式分析確定何處會(huì)出現(xiàn)缺陷，設(shè)計(jì)補(bǔ)縮系統(tǒng)。根據(jù)鑄件的材料、所選型砂的強(qiáng)度確定是否需要冒口；根據(jù)鑄件的厚度，查閱手冊(cè)確定是否要用冷鐵及冷鐵的尺寸、個(gè)數(shù)。 3、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 首先計(jì)算出輸油管接頭鑄件的毛坯尺寸，根據(jù)冒口及整個(gè)鑄件的高度確定出直澆道的總高度，鑄件材料流動(dòng)性選擇澆道形狀，根據(jù)毛坯的形狀選擇分型面及型芯的放置位置。 4、．采用Pro/E進(jìn)行造型，通過鑄造模擬軟件進(jìn)行驗(yàn)證澆注系統(tǒng)和補(bǔ)縮系統(tǒng)是否能夠保證鑄件無缺陷；若有缺陷，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。 五、研究方案及步驟 1.研究方案的確定要通過以下幾個(gè)步驟 ① 查閱相關(guān)的資料，記錄需要的信息，確定預(yù)方案 ② 計(jì)算所需的數(shù)據(jù)，確定預(yù)方案的可行性 ③ 繪制三維模型 ④ 分析方案，對(duì)其進(jìn)行修改優(yōu)化 ⑤ 對(duì)改進(jìn)的方案進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，確定設(shè)計(jì)方案 ⑥ 繪制零件圖并裝配 六、論文提綱 第一章 緒論 1.1研究的意義 1.2國內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì) 1.3研究目的 第二章 輸油管道接口的工藝分析 2.1零件信息 2.2技術(shù)要求 2.3工藝流程 第三章 鑄造工藝方案的擬定 3.1鑄造方法的選擇 3.2分型面的選擇 3.3澆注位置的確定 3.4造型方法的選擇 3.5鑄造工藝參數(shù) 第四章 型芯的確定 4.1砂芯的結(jié)構(gòu)與尺寸 第五章 澆注系統(tǒng)和冒口的設(shè)計(jì)計(jì)算 5.1澆注系統(tǒng)的初步擬定 5.2澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第六章 砂箱的設(shè)計(jì) 6.1砂箱的材料和結(jié)構(gòu) 6.2砂箱尺寸的確定 第七章 總結(jié) 參考文獻(xiàn) 致謝 七、 工作量的估計(jì)算 1.查閱資料，了解關(guān)于輸油管道接口的鑄造工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，并知道注意事項(xiàng)與要求 2.確定加工方案，確定加工工藝有關(guān)的參數(shù) 3.鑄造接頭的工藝設(shè)計(jì)規(guī)程和所需家具設(shè)計(jì) 4.繪制零件圖和裝配圖 5.?撰寫畢業(yè)論文 10 制作相應(yīng)的PPT以便于答辯。 八、 工作條件 1.二維、三維制圖軟件 2.翻閱書本，通過互聯(lián)網(wǎng)查閱所需的資料信息 3.學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室和后工廠可以提供一些設(shè)備 4.求助專業(yè)老師 九、 參考文獻(xiàn) ① 矯津毅編著. UG NX5基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與案例實(shí)踐[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008 ② 王文清，李魁盛. 鑄造工藝學(xué) [M]. 北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2002 ③ 李宏英編著. 鑄造工藝設(shè)計(jì)[M].? 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 ④ 申榮華編. 鑄造工藝課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[Z]. 貴陽，自編參考書，2011 ⑤?陸文華 李魁盛 黃良余 編 .《鑄造合金及其熔煉》.機(jī)械工業(yè)出版社，鑄鐵合金部分. ⑥ 中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì)編. 鑄造手冊(cè)5（第2版）[M]. 北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2004 ⑦ 蔡群? 主編.《現(xiàn)代工程制圖》南京大學(xué)出版社， 繪圖圖框部分 ⑧ 張克義??主編.《AutoCAD工程制圖》.?中國林業(yè)出版社，CAD制圖操作部分 ⑨ 李魁盛，馬順龍等. 典型鑄件工藝設(shè)計(jì)實(shí)例[M]. 北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2008 指導(dǎo)教師意見及建議（從選題、理論與實(shí)證準(zhǔn)備、研究（設(shè)計(jì)）方法、工作安排等方面給出評(píng)價(jià)，并提出指導(dǎo)意見）： 該生通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)課題有了一定的認(rèn)識(shí)，了解了鑄造工藝在毛坯生產(chǎn)中的重要作用，根據(jù)課題要求，制訂了合理的工作計(jì)劃，首先采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，再采用鑄造模擬軟件對(duì)工藝進(jìn)行模擬計(jì)算，判斷工藝的合理性，并作出優(yōu)化，同意開題。 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 畢業(yè)論文工作組意見及建議 準(zhǔn)予開題 畢業(yè)論文工作組組長簽字： 年 月 日 注：1.此表由學(xué)生填寫后，交指導(dǎo)教師簽署意見，經(jīng)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作組審批后，才能開題。 2.此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學(xué)院存檔。  本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 摘要 鑄造就是將金屬熔煉，然后澆注生產(chǎn)出所需要的工件毛坯。該次研究的對(duì)象是輸油管道接口，本次鑄造是采用重力鑄造，用脲醛樹脂砂造型。根據(jù)二維圖，用Creo畫出鑄件的三維模型，砂芯采用的是手工造型，考慮到零件工作時(shí)的條件，要滿足的性能，參考零件的技術(shù)要求，通過計(jì)算查閱確定了所需要的各項(xiàng)工藝參數(shù)，確定出鑄件的分型面，選擇最合理的澆注位置。通過查閱計(jì)算澆注系統(tǒng)的澆道尺寸以及冒口尺寸，最后選擇了封閉式澆注系統(tǒng). 為了驗(yàn)證工藝的合理性，運(yùn)用Z-cast軟件對(duì)其進(jìn)行模擬仿真，模擬結(jié)果表明，采用的傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)存在鑄造缺陷，根據(jù)缺陷所出現(xiàn)的位置和尺寸，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行性優(yōu)化，消除鑄造缺陷，最后確定出最合理可行的鑄造工藝方案。 關(guān)鍵詞：分型面；澆注系統(tǒng)；模擬仿真；工藝優(yōu)化 Abstract Foundry is a process of melting of metals, pouring into the mold and other steps to create the required metal parts blank. In this study, the pipeline interface was set an example to the research of foundry technology, the gravity casting method and urea formaldehyde resin sand molding were used in the designing. The CREO software was used to the solid parts creation. According to the technical requirements and working conditions, choked running system choked gating system was chose and the series foundry technology parameters such as pouring position, mould joint and so on were determined, the gating systems and risers were calculated for the casting. In order to verify the rationality of the foundry technology, Z-cast software was introduced in the simulation process. The simulation results show that there were some defects were found in the original casting technology. The casting technology was optimized according to the position and dimensions, the defects were decreased or eliminated, the final foundry technical was determined. Keywords:?parting?surface;?gating?system;?simulation;?process?optimization III 目 錄 第1章 緒論 1 1.1 課題研究的背景及意義 1 1.2本章小結(jié) 2 第2章 輸油管道接口結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求 3 2.1 鑄件結(jié)構(gòu)與尺寸 3 2.2選擇砂型與鑄造方法 5 2.3 ZL104化學(xué)成分及性能 5 2.4本章小結(jié) 6 第3章 輸油管道接口鑄造工藝方案 7 3.1分型面的確定 7 3.2選擇合理的澆注位置 7 3.3 確定鑄件數(shù)目 8 3.4輸油管道接口砂型鑄造工藝參數(shù)確定 8 3.4.1 選擇尺寸公差 8 3.4.2 最小鑄出孔及槽的選擇 9 3.4.3 機(jī)械加工余量的選擇 9 3.4.4鑄件收縮率 9 3.4.5起模斜度 10 3.5輸油管道接口鑄件澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 3.5.1澆注系統(tǒng)類型選擇 11 3.5.2澆注系統(tǒng)尺寸的設(shè)計(jì) 11 3.5.3澆注時(shí)間的計(jì)算 13 3.6冒口的設(shè)計(jì) 14 3.7本章小結(jié) 15 第4章 砂芯結(jié)構(gòu)與砂箱選擇 16 4.1砂芯 16 4.2砂箱的設(shè)計(jì) 17 4.3模底板的設(shè)計(jì) 17 4.4本章小結(jié) 19 第5章 輸油管道接口的鑄造模擬分析 20 5.1模擬分析前處理 20 5.1.1 模型建立 20 5.1.2工藝參數(shù)的設(shè)置 20 5.2模擬仿真 21 5.2.1第一次凝固過程的溫度場 22 5.2.2第一次優(yōu)化后的凝固過程的溫度場 25 5.2.3第二次優(yōu)化后的凝固過程的溫度場 27 5.4優(yōu)化的澆注系統(tǒng)以及充型 32 5.4.1優(yōu)化的澆注系統(tǒng) 32 5.4.2優(yōu)化充型過程 33 5.5優(yōu)化后的凝固過程的溫度場 35 5.6模擬缺陷的預(yù)測(cè)分析 38 5.7本章小結(jié) 38 第6章 結(jié)論 39 致謝 40 參考文獻(xiàn) 41 第1章 緒論 1.1 課題研究的背景及意義 從古至今，我國一直是鑄造大國，在幾千年前的商場，就出現(xiàn)了青銅器的大量使用，從那時(shí)起，鑄造業(yè)開始起步。我國的鑄造出的工件的交易率極高，大多數(shù)交易到國外，從這現(xiàn)象可以看出，我國的鑄造水平在全世界都處于一個(gè)比較領(lǐng)先的位置，由此我很感到驕傲。經(jīng)歷了這么多年，鑄造的方法也是千變?nèi)f化，其中用的最多的屬于砂型鑄造，它是最古老，也是最傳統(tǒng)，發(fā)展最廣泛的鑄造技術(shù)之一，隨著鑄造業(yè)的水平日益提高，人們對(duì)鑄件的要求液越來越高，所以鑄件的精度極其重要，我們要設(shè)計(jì)出最合理的工藝方案，使鑄件的精度進(jìn)一步提高。由于現(xiàn)在的鑄造大多都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，所以會(huì)出現(xiàn)對(duì)工藝設(shè)計(jì)沒有很好的依據(jù)，鑄件經(jīng)常出現(xiàn)缺陷。 在社會(huì)的推動(dòng)下，鑄造工藝飛速發(fā)展，鑄件產(chǎn)生缺陷的原因也越來越復(fù)雜，比如鑄造工藝的設(shè)計(jì)安排、對(duì)鑄件材料的不同選擇、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制作、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不合理，冒口的位置大小，或者不嚴(yán)格的操作，都會(huì)使得鑄件出現(xiàn)缺陷。 由于最原始的鑄造工藝沒有什么可以借鑒，人們總是憑借著不斷實(shí)踐，在實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)，然后鑄出符合當(dāng)時(shí)市場所需要的鑄件，發(fā)展至今，已經(jīng)有了一套比較完整的鑄造體系，但是一切都是基于先輩的不懈努力與實(shí)踐，整個(gè)鑄造周期尤其的漫長，所以我們要珍惜現(xiàn)今的鑄造體系，理解其中的來之不易。 圖1.1 傳統(tǒng)鑄造工藝流程圖 從上圖我們可以發(fā)現(xiàn)，鑄造工藝在一步一步的進(jìn)度，從難到簡單，鑄造的精度也是越來越高，隨著社會(huì)的發(fā)展，鑄造業(yè)也在不斷進(jìn)步，在這種不斷進(jìn)步的鑄造環(huán)境下，鑄造出來的鑄件也是精度極高的，滿足人滿的要求。 為了使鑄造的周期縮短，由足夠低的工藝成本，鑄造CAE技術(shù)已經(jīng)成為不可或缺的一部分。我們通過現(xiàn)階段可以利用的技術(shù)，可以更直觀，跟確切的模擬出鑄件鑄出的整個(gè)過程，并對(duì)模擬結(jié)果認(rèn)真分析，好好地分析缺陷出現(xiàn)的原因，及時(shí)改進(jìn)優(yōu)化，及時(shí)的使得自己的設(shè)計(jì)的工藝路線合理可行。 1.2本章小結(jié) 本章主要介紹了鑄造工藝的國內(nèi)外發(fā)展以及背景，并對(duì)現(xiàn)在鑄造工藝進(jìn)行了簡單的介紹，其中包括鑄造工藝的流程，現(xiàn)階段應(yīng)用的技術(shù)等。 15 第2章 輸油管道接口結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求 2.1 鑄件結(jié)構(gòu)與尺寸 鑄件：輸油管道接口 材料：ZL104 外形尺寸：180mm×100mm×68mm 根據(jù)三維圖得出體積：244.0049立方厘米 經(jīng)查閱ZL104的密度：2.7g/立方厘米 由密度公式m=ρ?v算出該鑄件的質(zhì)量為658.81g 生產(chǎn)批量：小批量生產(chǎn) 該鑄件在眾多鑄件類中屬于支撐類，所以它內(nèi)部要承受壓力，與相對(duì)應(yīng)的載荷，由于它的作用的原因，致使它內(nèi)部不能有缺陷，氣密性要良好，內(nèi)有縮松縮孔缺陷。鑄件的三維圖如下： 圖1.1 輸油管道接口三維 輸油管道接口形狀簡單，鑄件的最大壁厚和最小壁厚分別為12mm和4mm，其中平均壁厚6mm對(duì)于ZL104材質(zhì)來說，它的最小壁厚保證了它的延展性，最大壁厚可以有效防止缺陷發(fā)生. 圖1.2所示，輸油管道接口輪廓尺寸為180mm×100mm×68mm，根據(jù)CAD圖各項(xiàng)尺寸，利用Creo三維造型，然后計(jì)算體積工具測(cè)出體積，把體積與鋁合金密度2.7g/mm3相乘，得到輸油管道接口單件658.81g，屬于中型鑄件。 圖1.2 輸油管道接口零件圖 為了保證能獲得優(yōu)質(zhì)的鑄件，對(duì)于零件結(jié)構(gòu)的要求應(yīng)該考慮到以下的幾個(gè)方面： 1)由鑄件的尺寸和結(jié)構(gòu)特性，選擇最合理的壁厚，防止缺陷的產(chǎn)生。 2)要對(duì)鑄件相對(duì)壁厚的地方連接處使用圓角，避免應(yīng)力集中，產(chǎn)生裂紋，縮松，縮孔等缺陷。 表2-1 最小壁厚（mm） 鑄鋼種類 鑄件輪廓尺寸的最大值范圍 最大尺寸 <200 200~400 400~800 800~1200 1200~2000 鑄鋁合金 2.5~6 6~9 9~11 11~14 16~18 灰鑄鐵 8~9 9~10 10~12 12~16 16~20 2.2選擇砂型與鑄造方法 因?yàn)樵撹T件為小型鑄件，生產(chǎn)方式為小批量生產(chǎn)，在現(xiàn)今社會(huì)，我們優(yōu)先考慮鑄造成本，經(jīng)篩選，這里采用的是機(jī)器造型濕型澆注。采用他的好處有，便于落紗，良好的退讓性。 這里采用的是機(jī)器造型濕型澆注，為了使造型時(shí)具有良好的流動(dòng)性，和有利于排氣的設(shè)置，這里選用大小偏小，顆粒偏細(xì)的砂。 裝配的順序?qū)τ阼T造來說也是極為重要的一部分，第一步，檢查一下型腔的尺寸是否有誤差，檢查合格，第二步，檢查通氣孔是否通暢，如果不通暢及時(shí)清理，清理干凈，第三步，砂芯放進(jìn)型腔內(nèi)部，確認(rèn)裝好，第四步，砂芯固定在型腔內(nèi)固定好，這四步都檢查無誤后，合型，合型最關(guān)鍵的地方是要保證兩個(gè)砂型很牢固，因?yàn)槿绻焕喂?，金屬液進(jìn)入型腔的時(shí)候，會(huì)帶來一定的壓力，會(huì)將兩個(gè)砂型掀開，金屬液流到外面。 2.3 ZL104化學(xué)成分及性能 鑄造鋁合金，熱膨系數(shù)比較小，有著良好的延展性和鑄造性能，廣泛的應(yīng)用于殼體，缸體，各種結(jié)構(gòu)件。是現(xiàn)在用來鑄造的最多材料之一。本文研究選取ZL104合金，在國標(biāo)GB1173-86中，其合金成分表表2.1所示： 表2.1 ZL104合金的化學(xué)成分及含量（wt%） 成分 Si Mg Cu Mn Mn 其他 Al 含量 11-13 0.4-1.0 1.0-1.2 0.3-0.9 <0.35 <1.1 余量 2.4本章小結(jié) 本章講了鑄件的尺寸以及根據(jù)三維圖得出鑄件的體積，并根據(jù)壁厚，鑄件結(jié)構(gòu)選擇合適的鑄造方法，并介紹了鑄件材料的化學(xué)成分和各成分的含量。 第3章 輸油管道接口鑄造工藝方案 3.1分型面的確定 選擇合理的分型面對(duì)鑄造來說極其重要，分型面選擇的不合理，可能會(huì)導(dǎo)致鑄件的加工精度，鑄造的成本提高，操作變得復(fù)雜，所以在選擇分型面時(shí)要遵循分型面的選擇原則，盡可能的把鑄件的加工面和加工基準(zhǔn)面放在同一半型內(nèi)。根據(jù)分型面的選用原則，選擇的分型面要便于下芯，選擇截面時(shí)盡量選擇最大截面。 根據(jù)選擇出最合理的分型面，我們要確定最合理的澆注位置，經(jīng)篩選，下圖是將輸油管道接口的中間對(duì)稱面作為分型面，這樣選擇最合理，成本至最低，操作最簡單。如圖3.1所示： 圖3.1 分型面設(shè)置 上圖表示的是分型面的位置示意圖，用紅線標(biāo)出的位置時(shí)選擇出來的最合理的分型面，這樣選擇的好處有，首先，遵循了分型面選擇時(shí)的對(duì)稱原則，分型面在這個(gè)位置，在檢查型腔里面的尺寸時(shí)很方便，在合型的時(shí)候也很方便。 3.2選擇合理的澆注位置 一個(gè)合理的澆注系統(tǒng)，時(shí)鑄造工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，澆注位置選擇的是否合理可以從它是否方便下芯，是否便于清理，最主要的是看它能否合理的完成整個(gè)鑄造過程，不出現(xiàn)問題。將澆注系統(tǒng)確定之后，我們就可以模擬鑄件的凝固過程，并在有缺陷的地方添加冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)，要優(yōu)先考慮實(shí)現(xiàn)順序凝固原則。實(shí)現(xiàn)同時(shí)凝固的鑄件，內(nèi)應(yīng)力小，變形小，金相組織比較均勻。 在這種澆注系統(tǒng)下有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：金屬液容易充滿型腔；順序凝固基本可以達(dá)到同時(shí)凝固；充型完整；操作簡單；有利于造型。 3.3 確定鑄件數(shù)目 根據(jù)前面所確定分型面，澆注位置，我們可以大致確定選用的砂箱。根據(jù)鑄造原則，盡量避免一個(gè)砂箱中的砂芯太多，一個(gè)砂箱中型芯太多影響工序平衡。經(jīng)選擇最后選擇一個(gè)模具一個(gè)型腔，這樣最為合理。 3.4輸油管道接口砂型鑄造工藝參數(shù)確定 設(shè)計(jì)鑄造工藝時(shí)需要設(shè)置，重量公差，加工余量，尺寸公差，收縮率，起模斜度等。 3.4.1 選擇尺寸公差 在鑄造過程中，選擇合適正確的尺寸公差尤為關(guān)鍵，輸油管道接口輪廓尺寸為：180mm×100mm×68mm，屬于小型薄壁鑄件，經(jīng)查閱相關(guān)數(shù)據(jù)，公差等級(jí)范圍CT8到CT10，這里選取CT10。 表 3.1 批量生產(chǎn)鑄鋁尺寸公差等級(jí) 方法 公 差 等 級(jí)CT 鑄 件 材 料 銅合金 灰鑄鐵 可鍛鑄鐵 鑄鋁合金 手工造型 10~11 11~12 12~13 10~11 機(jī)器造型和橋型 10~10 10~11 10~11 9~10 根據(jù)輸油管道接口的生產(chǎn)條件，為CT10，鑄件的基本尺寸范圍為50~200mm，通過查得鑄件的尺寸公差為CT=1.5 mm。 3.4.2 最小鑄出孔及槽的選擇 根據(jù)鑄件的材質(zhì)，和平均壁厚，我們確定出最小鑄出孔的直徑為16毫米，所以只有鑄件的兩邊接口處需要鑄造，其它的螺紋孔加工余量不需要留出來，但在加工過程中，要用合理的加工方法，避免缺陷的發(fā)生。 3.4.3 機(jī)械加工余量的選擇 在選擇機(jī)械加工余量時(shí)，提前設(shè)計(jì)的一個(gè)參數(shù)，是在加工時(shí)應(yīng)該加工掉的鑄件金屬的厚度。經(jīng)查閱，輸油管道接口需要加工的面有，鑄件內(nèi)孔；圓周曲面；上面的局部小孔；上下兩個(gè)端面。在這些面都留2.5毫米的加工余量。 圖3.2輸油管道接口毛坯 3.4.4鑄件收縮率 鑄造時(shí)，由于鑄件要滿足要求的相關(guān)性能，所以鑄件本身必須具有滿足要求的特性，因?yàn)樵撹T件對(duì)精度的要求較高，所以要求鑄件材料必須有良好的鑄件收縮率，鑄件收縮率表示為：模樣長度與鑄件長度的差值比上模樣長度的數(shù)值，如下圖： 上式中：ε，L，1L2，分別表示的是鑄造收縮率，模樣長度，鑄件長度。 本在該次設(shè)計(jì)中，我翻閱資料查的ZL104的鑄件收縮率的范圍是0.8%到1.3%，經(jīng)過對(duì)該鑄件的結(jié)果和尺寸分析，這里選擇1.2%。 3.4.5起模斜度 根據(jù)鑄件要求，模樣上必須設(shè)有合理的起模斜度，起模斜度是由造型方法和模樣高度兩方面共同決定的。 表3.3砂型鑄造時(shí)模樣表面的起模斜度 測(cè)量面高度/mm 起模斜度≤ 金屬模樣、塑料模樣 木模樣 α α/mm α α/mm ≤15 7°15＇ 0.5 6°45＇ 0.5 >15～30 6°20＇ 0.6 5°35＇ 0.65 >30～80 4°10＇ 0.8 2°10＇ 0.8 >80～120 2°25＇ 1.2 1°45＇ 1.2 >120～200 0°15＇ 1.5 0°30＇ 1.6 >200～360 0°15＇ 2.6 0°25＇ 2.4 >360～600 0°15＇ 3.2 0°20＇ 3.2 >900 0°15＇ 4.5 0°15＇ 5.0 根據(jù)本鑄件造型材料為呋喃樹脂砂，經(jīng)查閱得到：高度小于70毫米時(shí)，起模斜度取值0.8，由于該鑄件高度最高處為68毫米，所以在該范圍內(nèi)，所以取值0.8. 3.5輸油管道接口鑄件澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先應(yīng)考慮該系統(tǒng)的可行性，操作的簡單性。根據(jù)鑄件的材料，鑄件的結(jié)構(gòu)，來確定引入位置，和澆道的截面尺寸。 3.5.1澆注系統(tǒng)類型選擇 澆注系統(tǒng)的類型由：封閉式、開放式、半封閉式澆注系統(tǒng)。封閉式澆注系統(tǒng)的控流截面設(shè)在內(nèi)澆道，澆注開始之后，金屬液能夠很容易充滿澆注系統(tǒng)，使得金屬液始終保持低壓狀態(tài)，更容易充型。所以此處我選擇封閉式澆注系統(tǒng)。 鑄造時(shí)選用一個(gè)砂箱一個(gè)鑄件，這樣方便下芯和檢查。在鑄件的分型面位置設(shè)置一個(gè)橫澆道，內(nèi)澆道為了平衡，設(shè)置對(duì)稱的兩個(gè)。為了方便造型，橫澆注開設(shè)在上砂箱，內(nèi)澆道開設(shè)在下砂箱。 圖3.3澆注系統(tǒng)方案 3.5.2澆注系統(tǒng)尺寸的設(shè)計(jì) 1）澆注時(shí)間的計(jì)算 通過Creo軟件計(jì)算鑄件的體積為：244.0049立方厘米。 對(duì)于鑄鋁密度=2.7g/立方厘米 已知鑄件質(zhì)量為658.81g，小型鑄件的澆注時(shí)間公式： 式中，t，S，G分別代表，澆注時(shí)間，系數(shù)，液體質(zhì)量，可查表得S取2.4。 將數(shù)據(jù)代入公式得出澆注時(shí)間為2.4s。澆注時(shí)應(yīng)選擇，最合適的澆注能力，實(shí)現(xiàn)更加快速的澆注。 2）澆注速度 金屬液的澆注速度也是設(shè)計(jì)的一部分，因?yàn)闈沧⑺俣忍?，可能?dǎo)致金屬液飛濺，導(dǎo)致鑄件金屬氧化，澆注速度太慢，會(huì)發(fā)生冷隔，澆不到等缺陷，所以要選擇最合適的澆注速度，公式如下： 上面公式，ν表示的是澆注速度；G表示金屬液質(zhì)量， A代表所需系數(shù)，這里取得0.9，B代表所需要系數(shù)，鑄件為鋁合金這里取1.2。 將已知數(shù)據(jù)代入公式得出，澆注速度為0.553Kg/s，符合實(shí)際要求。 3）確定澆注系統(tǒng)各組元的比例 內(nèi)澆道的總截面積確定之后，根據(jù)不同的合金和不同的鑄件特點(diǎn)，選擇澆 注系統(tǒng)個(gè)組元的比例關(guān)系。在這里選擇中型鑄件砂型鑄造： 橫澆道和直澆道的截面積可根據(jù)選定的各組元的比例關(guān)系，以及通過計(jì)算 所得內(nèi)澆道總截面積，就可依次算出來。 圖3.4 內(nèi)澆道截面 由于設(shè)計(jì)內(nèi)澆口設(shè)計(jì)為2支，根據(jù)油管接頭鑄件質(zhì)量查到內(nèi)澆道截面參數(shù)值為168mm，這算到單支內(nèi)澆道的面積為84平方毫米，梯形斷面大小經(jīng)查閱得：a，b，c取值分別是16，12，6，單位毫米。 橫澆道的作用是將金屬液分配給內(nèi)澆道，具有一定的擋渣隔氣功能，使得進(jìn)入內(nèi)澆道的金屬液更加平穩(wěn)，且氣體和雜質(zhì)較少。 橫澆口數(shù)量為一個(gè)， S橫=300毫米，橫澆道的形狀尺寸大小如上圖，梯形斷面大小經(jīng)查閱得：a，b，c取值分別為，16，14，14單位毫米。 圖3.5 橫澆道的截面 金屬液從直澆道流入，由直澆道進(jìn)入橫澆道，經(jīng)橫澆道擋渣之后，金屬液流入內(nèi)澆道，在金屬液自身的重力作用下從下往上充滿整個(gè)型腔，完成充型。 設(shè)計(jì)的直澆口有一個(gè)，直澆道截面為706平方毫米，則圓形斷面：D=30毫米直澆道是一個(gè)圓柱，如下圖： 圖3.6直澆道截面 3.5.3澆注時(shí)間的計(jì)算 已知鑄件的質(zhì)量為658.81g，平均壁厚為6毫米。T=1.11S?G，S是系數(shù)，是根據(jù)壁厚選擇的，根據(jù)平均壁厚查表得出S的值為2.7，G取鑄件質(zhì)量0.658.81kg，求出澆注時(shí)間為2.4s。 3.6冒口的設(shè)計(jì) 在鑄造中合理的添加冒口，可以防止鑄件縮孔縮松現(xiàn)象的發(fā)生，避免了鑄件凝固時(shí)缺陷的發(fā)生，在充型時(shí)可以很好的起到補(bǔ)縮的作用，使其凝固遵循順序凝固原則。 鑄造鋁合金冒口的設(shè)計(jì)一般采用兩種辦法：（1）經(jīng)驗(yàn)比例法（2）收縮模數(shù)法，經(jīng)過查閱，我們這里更適合用第一種方法。 根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特征，綜合ZL104的物理性質(zhì)，再根據(jù)所學(xué)知識(shí)在鑄件可能出現(xiàn)缺陷的地方設(shè)置兩個(gè)圓形冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，改善鑄件的凝固順序。距離冒口越近，越先凝固，反之，越后凝固。 查閱資料后對(duì)鑄件進(jìn)行分析，鑄件熱節(jié)的地方不是很高，但是在水平方向由較大尺寸，要求設(shè)計(jì)的冒口能夠起到橫向補(bǔ)縮的作用計(jì)算冒口的尺寸的公式為 D=（2~4）d。這里取d為10毫米得出冒口的直徑為20毫米。 冒口的高度計(jì)算：經(jīng)查閱冒口高度H=（1-2）D由于考慮到鑄件本身較小所以冒口的高度取20毫米。 圖3.7冒口設(shè)置位置 3.7本章小結(jié) 本章主要利用所學(xué)知識(shí)，選擇了最合理的分型面，根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)尺寸，設(shè)計(jì)了最合理的澆注系統(tǒng)，確定了鑄造過程中所需要的工藝參數(shù)、鑄件收縮率，尺寸公差等。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第4章 砂芯結(jié)構(gòu)與砂箱選擇 4.1砂芯 芯頭是砂芯最重要的一部分，對(duì)砂芯的固定起著關(guān)鍵作用。設(shè)計(jì)芯頭時(shí)應(yīng)做到：上下芯頭與比較明顯的識(shí)別標(biāo)記，以免兩個(gè)芯頭位置放反，芯頭應(yīng)該具有合理的間隙與斜度。 芯頭種類：（1）水平芯頭（2）垂直芯頭。芯頭的尺寸與鑄件本身尺寸有關(guān)，大多數(shù)取決于鑄件上的孔，內(nèi)槽尺寸?？紤]到要方便下芯，下芯頭的高度與斜度都必須小于上芯頭，必須要使得芯頭芯座要有合理的間隙。 鑄件為輸油管道接口，外觀近似于一個(gè)三通，在不影響精度的情況下可以將兩個(gè)砂芯同時(shí)造芯。如圖4.1所示。要使鑄件的上表面達(dá)到精度要求，砂芯可以起到絕對(duì)的定位作用。上砂芯的芯頭的結(jié)構(gòu)如圖，下砂芯部分，為了滿足定位要求，需要在其兩側(cè)制作不同形狀的芯頭，如圖所示： 圖4.1 砂芯一 圖4.2 砂芯二 間隙：芯頭與芯座兩者間的間隙受多方面影響，經(jīng)查閱， 240≤D≤300，這里取得間隙為0.5。 4.2砂箱的設(shè)計(jì) 砂箱材料為HT200。砂箱上設(shè)計(jì)由手柄便于翻轉(zhuǎn)搬移，四周沒有排氣孔，采用最多的是整體鑄造。砂箱兩端設(shè)有箱耳，用于定位零件的設(shè)置，如圖所示： 圖 4.3 砂箱立體圖 砂箱尺寸的確定，是根據(jù)吃砂量和工藝圖設(shè)定的。該次加工的鑄件體積小質(zhì)量輕，生產(chǎn)方式為批量生產(chǎn)。由鑄件的二維圖得知，鑄件的最寬處為100毫米，最長處為180毫米，根據(jù)鑄件的尺寸，我們將砂箱的長定為350毫米，寬定為250毫米。經(jīng)查閱《鑄鋁件生產(chǎn)指南》中表7—6得知，該砂箱的壁厚、模樣與箱帶間的吃砂量，經(jīng)查閱把側(cè)壁與澆注口間的吃砂量和側(cè)壁吃砂量分別設(shè)為50毫米和32毫米，給鑄件留出25毫米的吃砂量，綜上得出砂箱的長寬分別為350毫米、250毫米。上下砂箱的高度分別為120毫米、100毫米。 因?yàn)殍T件結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，小批量生產(chǎn)，所以我們選擇簡易砂箱，因?yàn)殍T件壁厚較薄，尺寸小，所以不用設(shè)計(jì)外凸緣。經(jīng)查閱，厚壁處的尺寸合薄壁處的尺寸分別為20毫米和18毫米。 4.3模底板的設(shè)計(jì) 因?yàn)殍T件為尺寸小，質(zhì)量輕，小批量生產(chǎn)，所以對(duì)模底板的耐磨性強(qiáng)度要求相對(duì)較低，經(jīng)查閱我選擇了鋁合金模板。 1）模底板的平面尺寸 A0=A+2b=350+2*18=386mm；B0=B+2b=250+2*18=286mm 上式中：A0 —模底板長度尺寸，mm； B0 —模底板長度尺寸，mm； A—砂箱內(nèi)框長度，mm； B—砂箱內(nèi)框?qū)挾?，mm； b—砂箱薄壁處壁厚，mm； 2）模底板高度 經(jīng)查閱，鑄鋁件的高度的選擇范圍為30毫米到90毫米，這里我選擇50毫米。 3）模底板定位銷孔中心距 砂箱的定位孔中心距與模底板定位銷孔中心距保持一致。查表得出模底板定位銷孔中心距，確定中心距實(shí)A+150毫米，所以中心距為450毫米。下圖為定位銷位置示意圖： 圖4.4定位銷 圖4.5定位銷與導(dǎo)向銷 為了定位和加固模樣和底板，把定位銷安放在現(xiàn)有的凸緣和凸耳上，多螺紋孔進(jìn)行加固。螺栓緊固的方法采用的是下固法。螺栓的個(gè)數(shù)及分布如圖。螺栓尺寸為M8X25。 4.4本章小結(jié) 本章根據(jù)鑄件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了合理的砂芯，根據(jù)鑄件的尺寸，設(shè)計(jì)了合理的砂箱和模底版。 39 第5章 輸油管道接口的鑄造模擬分析 5.1模擬分析前處理 5.1.1 模型建立 根據(jù)鑄件的二維圖，畫出三維圖，并根據(jù)其尺寸大小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)，選擇合理的分型面，合適的澆注系統(tǒng)，畫出如下三維圖，供模擬仿真時(shí)應(yīng)用。 圖5.1輸油管道接口的澆注系統(tǒng)三維 5.1.2工藝參數(shù)的設(shè)置 用Z-cast軟件模擬前，要先設(shè)置以下參數(shù)：澆注速度、澆注溫度、重力方向的設(shè)置、以及散熱方式等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。確定參數(shù)無誤后，保存，供之后的模擬使用。 （1）材料的設(shè)置 本論文鑄件材料根據(jù)實(shí)際情況： 1）鑄件及澆注系統(tǒng)材料為：ZL104（鑄鋁）； 2）根據(jù)鑄件材料設(shè)置需要的各項(xiàng)系數(shù)。 （2）界面換熱系數(shù) 在模擬之前需要對(duì)鑄件與模具，冷鐵與鑄件，模具與空氣間的換熱系數(shù)進(jìn)行設(shè)置。如下表： 表5-1 常見材料之間的換熱系數(shù) （3）需要設(shè)置的條件參數(shù) 在模擬之前需要設(shè)置的條件參數(shù)有：澆注溫度、散熱方式、澆注速度。 5.2模擬仿真 設(shè)計(jì)好所有的參數(shù)之后，利用Z-cast軟件在該系統(tǒng)下對(duì)鑄件進(jìn)行模擬仿真。本次仿真了三次我們依次對(duì)鑄件在模擬中的各個(gè)階段進(jìn)行分析。 5.2.1第一次凝固過程的溫度場 圖5.2凝固率5% 圖5.2為凝固率為百分之五時(shí)輸油管道接口的各部位的溫度。從圖中我們可以看出直澆道的顏色呈現(xiàn)為黃色表示其溫度最高，鑄件兩端顏色呈現(xiàn)出深紅色，表示這個(gè)部位的溫度比較高，而鑄件的上下兩個(gè)圓形端面呈現(xiàn)出淡藍(lán)色，表示兩個(gè)端面溫度最低，并低于鋁合金的熔點(diǎn)，開始凝固。 圖5.3凝固率20% 由圖5.3為凝固率為百分之二十的時(shí)候鑄件各個(gè)部位的溫度。澆注位置的顏色呈黃色，表示其溫度最高，鑄件的中間部分以及冒口處呈現(xiàn)出紅色表示其溫度比較高，此時(shí)上下兩個(gè)圓形端面呈現(xiàn)出藍(lán)色，溫度最低，已經(jīng)開始凝固。 圖5.4凝固率50% 圖5.4表示的是凝固率為百分之五十時(shí)各部件的溫度，從圖中可以看出整體已經(jīng)呈現(xiàn)出藍(lán)色或淡藍(lán)色，表示鑄件大部分溫度已經(jīng)很低，開始凝固，但是鑄件心部呈現(xiàn)出紅色溫度仍比較高。 圖5.5凝固率100% 可能出現(xiàn)缺陷 圖5.5表示的鑄件凝固率百分之百時(shí)的溫度示意圖鑄件整體為淡藍(lán)色，表示鑄件已經(jīng)完全凝固。 圖5.6凝固時(shí)間 上圖表示的是鑄件各部位凝固的溫度時(shí)間圖，由圖可以看出，箭頭指出的位置，溫度最高，可能出現(xiàn)缺陷。 圖5.7 上圖表示的是該澆注系統(tǒng)在模擬后的圖，箭頭圈出的部位明顯的看出在圓周曲面上半部分有紅色區(qū)域，表示該部位存在缺陷所以要對(duì)該部位進(jìn)行改進(jìn)。 5.2.2第一次優(yōu)化后的凝固過程的溫度場 經(jīng)過第一次模擬仿真之后對(duì)出現(xiàn)缺陷的部位添加冒口并進(jìn)行分析。 圖5.8凝固率10% 圖5.8為凝固率為10%時(shí)各部件的溫度，其中冒口的溫度較高，圓形端面呈現(xiàn)出淡藍(lán)色，表示溫度較低，圓形端面的溫度已經(jīng)低于鋁合金的熔點(diǎn)，已經(jīng)開始凝固。 圖5.9凝固率40% 圖5.9示的是凝固率在百分之四十時(shí)各部位的溫度，管道接口的內(nèi)部大部分呈現(xiàn)出藍(lán)色或者淡藍(lán)色，表示其溫度比較低，心部呈現(xiàn)為紅色溫度仍然比較高。 圖5.10凝固率70% 圖5.10示的是凝固率為百分之七十時(shí)各部位的溫度，除了冒口及澆道處呈現(xiàn)為紅色溫度較高外，鑄件本身呈現(xiàn)為藍(lán)色或者淡藍(lán)色，溫度較低。 圖5.11凝固率100% 圖5.11的是凝固率在100%時(shí)各部位的溫度，此時(shí)鑄件整體呈現(xiàn)為淡藍(lán)色，溫度較低，整體凝固。 圖5.12 上圖表示的是凝固過程的時(shí)間示意圖，對(duì)照右邊的溫度時(shí)間表，得出凝固時(shí)需要的時(shí)間從長到短依次是黃色—紅色—淡藍(lán)色。箭頭標(biāo)出的位置溫度較高，表示此冒口起到了很好的補(bǔ)縮作用。 經(jīng)過第一次之后對(duì)該澆注系統(tǒng)的改進(jìn)此次沒有缺陷出現(xiàn)，但是在缺陷部位添加的冒口起到了明顯的補(bǔ)縮作用但是該冒口尺寸太大，對(duì)材料很浪費(fèi)所以進(jìn)過再一次改良。 5.2.3第二次優(yōu)化后的凝固過程的溫度場 這次將第二次的矩形冒口改為圓柱形，既節(jié)省了材料，也與其它兩個(gè)冒口形狀相似，更加美觀。 圖5.13凝固率5% 圖5.13改進(jìn)陷后凝固率在5%的各部位的溫度，此時(shí)整個(gè)澆注系統(tǒng)呈現(xiàn)為黃色整天溫度比較高。 圖5.14凝固率60% 圖5.14凝固率在60%時(shí)各部位對(duì)的溫度，從圖中可以看出，此時(shí)兩個(gè)圓形端面溫度略低于其它部位，但整體溫度仍然比較高。 圖5.15凝固率100% 圖5.15表示凝固率為100%時(shí)各部位的溫度，從圖中可以看出各部位呈現(xiàn)出紅色溫度與之前比明顯偏低。 圖5.16 上圖表示的是此次凝固過程的凝固時(shí)間圖，對(duì)照右邊的溫度時(shí)間表，得出凝固時(shí)需要的時(shí)間從長到短依次是黃色—紅色—淡藍(lán)色。得出心部最后凝固，需要凝固時(shí)間最長。 圖5.17 圖5.17表示的是該系統(tǒng)凝固過程完成時(shí)的示意圖，從圖中看出，在該澆注系統(tǒng)下，鑄件沒有缺陷。由上圖看出在該澆注系統(tǒng)下，模擬過程滿足要求，接下里在該澆注系統(tǒng)下對(duì)其充型，看是否滿足。 5.3充型過程 5.3.1第一次充型過程 圖5.18充型率5% 上圖表示的是充型率為百分之五時(shí)該鑄件的充型情況，此時(shí)澆注液剛從直澆道流入。 圖5.19充型率40% 該圖表示的充型率為百分之四十時(shí)輸油管道接口的充型情況，此時(shí)能看出液體經(jīng)過澆道進(jìn)入鑄件內(nèi)部先充滿的是鑄件的上半部分，表示由于壓力太大液體直接噴射出去噴到鑄件上半部分，從此圖看出該澆注系統(tǒng)不合理。 圖5.20充型率100% 上圖表示充型率為百分之百時(shí)鑄件的充型情況，從圖中看出充型完整，但是從60%時(shí)的圖可以看出該澆注系統(tǒng)不合理，因?yàn)樵撓到y(tǒng)為封閉式澆注系統(tǒng)，內(nèi)部壓強(qiáng)大使得液體不能平穩(wěn)流入鑄件內(nèi)，所以該系統(tǒng)不合理需要改進(jìn)。 5.4優(yōu)化的澆注系統(tǒng)以及充型 5.4.1優(yōu)化的澆注系統(tǒng) 在第一次的模擬仿真之后發(fā)現(xiàn)在封閉式澆注系統(tǒng)下，充型時(shí)液體噴射出去，內(nèi)部壓力太大，容易造成金屬氧化，所以封閉式澆注系統(tǒng)不合理。相比封閉式澆注系統(tǒng)開放式澆注系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)擋渣能力強(qiáng)，金屬液流動(dòng)比較平穩(wěn)，排氣順利，不會(huì)出現(xiàn)液體噴射進(jìn)入型腔的現(xiàn)象，不會(huì)造成金屬的氧化，所以將之前的封閉式澆注系統(tǒng)改為開放式澆注系統(tǒng)。 查閱資料后得出，這個(gè)澆注系統(tǒng)的阻流截面在直澆道的下口處，內(nèi)澆道的橫截面積：橫澆道的橫截面積：直澆道橫截面積： =3.6：2：1 此澆注系統(tǒng)為開放式澆注系統(tǒng)直澆道的半徑為6毫米，直澆道的橫截面積為1.13平方厘米。橫澆道是一個(gè)上底為12毫米下底為16毫米高為14毫米的梯形，橫澆道的橫截面積為1.96平方厘米。內(nèi)澆道分為兩個(gè)，是上底為13毫米，下底為15毫米，高為13毫米的梯形，內(nèi)澆道的面積總和為3.64平方厘米。 冒口的尺寸與位置與第一次選擇一致，因?yàn)榈谝淮蔚臐沧⑾到y(tǒng)下凝固沒有問題，知識(shí)在充型時(shí)出現(xiàn)問題，得出第一次冒口的位置與尺寸起到了良好的補(bǔ)縮作用，所以冒口的位置與尺寸采用第一次的。 經(jīng)過對(duì)缺陷部位經(jīng)過添加冒口，實(shí)行了補(bǔ)縮，凝固過程沒有缺陷，但是在充型過程中，由于澆注系統(tǒng)為封閉系統(tǒng)導(dǎo)致型腔內(nèi)部壓力太大，液體噴射進(jìn)入型腔，容易造成鑄件金屬的氧化，所以將封閉式澆注系統(tǒng)改為開放式澆注系統(tǒng)，這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)可以使型腔內(nèi)的壓力減小，液體平穩(wěn)的進(jìn)入型腔內(nèi)，鑄件金屬不會(huì)出現(xiàn)氧化現(xiàn)象。 圖5.21優(yōu)化的注系統(tǒng) 上圖表示的將之前的封閉式澆注系統(tǒng)改為開放式澆注系統(tǒng)的三維圖。 5.4.2優(yōu)化充型過程 圖5.22充型率5% 圖5.22的是在優(yōu)化后的澆注系統(tǒng)下對(duì)該鑄件的充型率為百分之五時(shí)的示意圖，此時(shí)澆注液從直澆道進(jìn)入橫澆道在進(jìn)入內(nèi)澆道的過程，此時(shí)澆道整體呈現(xiàn)為白色，表示溫度非常高。 圖5.23充型率25% 圖5.23充型率在百分之二十五的示意圖，從圖中我們可以看出澆注液從底部流入先充滿鑄件底部，沒有出現(xiàn)之前的澆注液噴射，從鑄件上部分開始充型，目前這個(gè)現(xiàn)象合理。 圖5.24充型率50% 上圖表示的是在開放式澆注系統(tǒng)下充型率為百分之五十時(shí)的充型示意圖，從圖中看出，澆注液已經(jīng)充滿了下半個(gè)型腔，澆注液流動(dòng)平穩(wěn)，沒有異?，F(xiàn)象的出現(xiàn)。 圖5.25充型率95% 圖5.25表示在開放式澆注系統(tǒng)下充滿率為百分之九十五時(shí)的充型示意圖，此時(shí)從圖中可以看出液體已經(jīng)充滿整個(gè)型腔，充型完整，寵幸過程基本完成。 由上得出結(jié)論將之前的封閉式澆注系統(tǒng)改為開放式封閉系統(tǒng)之后，型腔內(nèi)部壓力減小，澆注液流動(dòng)平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)之前的噴射現(xiàn)象，也沒有出現(xiàn)鑄件金屬的氧化，所以這個(gè)方案可以實(shí)現(xiàn)鑄件的充型。 5.5優(yōu)化后的凝固過程的溫度場 經(jīng)過對(duì)上面的澆注系統(tǒng)的改進(jìn)之后，我對(duì)優(yōu)化后的澆注系統(tǒng)進(jìn)行了充型過程的模擬，從充型后的結(jié)果可以看出，在該澆注系統(tǒng)下充型完全合理，但是為了結(jié)果的準(zhǔn)確性，我需要在該澆注系統(tǒng)下重新模擬凝固過程，凝固過程也合理后，就能確定該澆注系統(tǒng)時(shí)合理可行的。凝固過程如下圖所示： 圖5.26凝固率10% 上圖表示將封閉式澆注系統(tǒng)改為開放式澆注系統(tǒng)后的凝固率為百分之十時(shí)各部位的溫度，此時(shí)圓形端面呈現(xiàn)淡藍(lán)色溫度較低，率先開始凝固，其它部位大體呈現(xiàn)為紅色和淡黃色，溫度較高。 圖5.27凝固率40% 上圖表示在優(yōu)化后凝固率為百分之四十時(shí)各部位的溫度，此時(shí)圓形端面和輸油管的兩個(gè)接口呈現(xiàn)為淡藍(lán)色，表示溫度比較低，率先凝固，鑄件心部呈現(xiàn)出紅色，溫度比較高，最后凝固。 圖5.28凝固率80% 上圖表示的是在優(yōu)化后凝固率為百分之八十時(shí)候各部位的溫度，此時(shí)鑄件心部呈現(xiàn)為灰色，溫度率高于其它部位，其它部位呈現(xiàn)為淡藍(lán)色，溫度低于鑄件液體的凝固溫度，已經(jīng)凝固，此時(shí)鑄件大部分已經(jīng)凝固完成。 圖5.29 上圖表示優(yōu)化后鑄件的凝固時(shí)間圖。箭頭所指出的位置，溫度較高，表明該冒口起到了很好的補(bǔ)縮作用。對(duì)照右邊的溫度時(shí)間表，得出凝固時(shí)需要的時(shí)間從長到短依次是黃色—紅色—淡藍(lán)色。得出兩個(gè)圓形端面凝固所需時(shí)間最短，心部凝固時(shí)需要的時(shí)間最長。 5.6模擬缺陷的預(yù)測(cè)分析 這次用V-cast軟件對(duì)該鑄件進(jìn)行模擬仿真，通過對(duì)該軟件的模擬結(jié)果分析，我們能從圖中很直觀的看出鑄件的缺陷部位，在鑄造一個(gè)鑄件時(shí)，鑄件的質(zhì)量是我們首先考慮的地方，能否能很好的防止縮松縮孔的發(fā)生，成為關(guān)鍵。在補(bǔ)縮時(shí)，冒口能夠起到絕對(duì)的作用，直到鑄件的內(nèi)部沒有縮孔的出現(xiàn)時(shí)，就可以確定當(dāng)前的設(shè)計(jì)方案時(shí)可行的。從凝固的結(jié)果可以看出，該系統(tǒng)的冒口是否合理，這次凝固過程中，經(jīng)過優(yōu)化，鑄件沒有出現(xiàn)縮松縮孔，說明冒口設(shè)置的合理，在優(yōu)化后的充型過程，金屬液平穩(wěn)的進(jìn)入型腔，充型時(shí)沒有不合理的現(xiàn)象發(fā)生，由此判斷，該澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理。綜合凝固和充型兩個(gè)過程結(jié)果，都沒有出現(xiàn)缺陷，所以優(yōu)化后的澆注系統(tǒng)符合鑄造該鑄件的要求。 5.7本章小結(jié) 本章主要講了利用Z-cast軟件在之前設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)下進(jìn)行模擬，得到的結(jié)果出現(xiàn)缺陷，對(duì)其缺陷部位添加冒口，合理的進(jìn)行了補(bǔ)縮，在充型模擬時(shí)，發(fā)現(xiàn)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不合理，使金屬液噴入型腔內(nèi)，造成金屬氧化，對(duì)此澆注系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化后模擬驗(yàn)證，結(jié)果合理，驗(yàn)證了優(yōu)化后澆注系統(tǒng)的合理性。 第6章 結(jié)論 本文研究對(duì)象是砂型鑄造工藝的計(jì)算機(jī)模擬與優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)鑄件的尺寸與內(nèi)部結(jié)構(gòu)，首先利用三維軟件畫出鑄件的三維圖，計(jì)算出質(zhì)量，供之后的計(jì)算用，然后根據(jù)所學(xué)知識(shí)，經(jīng)篩選，選擇出最合理的分型面，澆注位置，砂芯等。最后結(jié)合起來設(shè)計(jì)出一套完整的鑄造工藝設(shè)計(jì)，然后在該澆注系統(tǒng)下，進(jìn)行模擬仿真和充型仿真，在模擬時(shí)，鑄件圓周曲面出現(xiàn)缺陷，對(duì)該部位進(jìn)行優(yōu)化，在此處增添了一個(gè)矩形冒口，起到了很好的補(bǔ)縮作用，但是該冒口尺寸較大，存在很大浪費(fèi)，所以再次優(yōu)化，改變了冒口的尺寸以及形狀，很好的起到了補(bǔ)縮作用，又沒有浪費(fèi)，接下來充型模擬時(shí)，由于用的是封閉式澆注系統(tǒng)，導(dǎo)致金屬液進(jìn)入行腔內(nèi)有很大壓力，金屬液噴入型腔，造成鑄件金屬的氧化，所以將封閉式澆注系統(tǒng)改為開放式澆注系統(tǒng)，經(jīng)過優(yōu)化之后，充型和模擬兩個(gè)過程都沒有缺陷的產(chǎn)生，最后總結(jié)出，在優(yōu)化后的澆注系統(tǒng)時(shí)可行合理的。 致謝 完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)之后，我也就相當(dāng)于完成了我大學(xué)四年老師留給我最后的一次作業(yè)。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我真正體會(huì)到了學(xué)以致用，學(xué)不夠用的含義。首先感謝我的