【正文】 向過(guò)程驅(qū)動(dòng)的技術(shù)是虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，在面向過(guò)程驅(qū)動(dòng)技術(shù)的環(huán)境中，用戶的全部產(chǎn)品及其精確的數(shù)據(jù)模型能夠在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)全過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)保持相關(guān)，從而有效地實(shí)現(xiàn)了并行工程。具體來(lái)說(shuō)，該軟件具有以下特點(diǎn)： （ l）具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，真正實(shí)現(xiàn)了 CAID、 CAD、 CAE 和 CAM 等模塊之間無(wú)數(shù)據(jù)交換的自由切換，并且可實(shí)施并行工程； （ 2）采用復(fù)合建模技術(shù)，將實(shí)體建模、曲面建模、線框建模、顯示幾何建模與參數(shù)化建模等建模技術(shù)融于一體； 第一章 引言 － 4－ （ 3）采用基于特征的建模和編輯方法作為實(shí)體造型的基礎(chǔ)，形象直觀，類似于工程師傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并能采 用參數(shù)驅(qū)動(dòng)； （ 4）曲面設(shè)計(jì)采用非均勻有理 B 樣條作為基礎(chǔ)，可用多種方法生成復(fù)雜曲面，特別適合于汽車外形和汽輪機(jī)葉片等復(fù)雜曲面的造型； （ 5）二維圖功能強(qiáng)大，可方便地從三維實(shí)體模型直接生成二維工程圖，可以按照 ISO 標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)生成各種剖視圖、標(biāo)注尺寸、形位公差和漢字說(shuō)明等； （ 6）以 Parasolid 為實(shí)體建模核心，目前許多著名 CAD/CAE/CAM 軟件均以此作為實(shí)體造型的基礎(chǔ)； （ 7）提供了界面良好的應(yīng)用開(kāi)發(fā)工具，并能通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言接口，使 UG 的圖形功能與高級(jí)語(yǔ)言的計(jì)算功能緊密結(jié)合，便于用戶開(kāi)發(fā)專用 CAD 系統(tǒng)； （ 8）具有良好的用戶界面，絕大多數(shù)功能都可通過(guò)圖標(biāo)實(shí)現(xiàn)；進(jìn)行對(duì)象操作時(shí)，具有自動(dòng)推理功能；在每個(gè)操作步驟中，都有相應(yīng)的提示信息，便于用戶做出正確的選擇。早在 1985 年，我們就研制出了 AnyCasting 軟件核心求解 器， 1990 年開(kāi)始推廣為商業(yè)化軟件，通過(guò)多年來(lái)為大量不同領(lǐng)域如汽車、電子、重工、連續(xù)鑄造行業(yè)的客戶提供鑄造工程咨詢服務(wù)， AnyCasting 積累了豐富的鑄造工程經(jīng)驗(yàn)，并不斷地將實(shí)際的工藝經(jīng)驗(yàn)在軟件功能中得以實(shí)現(xiàn)，使得AnyCasting 日益成為當(dāng)今世界上技術(shù)最先進(jìn)，包含豐富實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的鑄造模擬分析軟件系統(tǒng) [3]。 AnyMESH 能編輯由 AnyPRE 生成的網(wǎng)格文件。用 戶能簡(jiǎn)單的選擇感興趣的材料而不需要輸入幾百種不同的材料性能。只有在兩個(gè)分析都準(zhǔn)確的前提下才能正確預(yù)測(cè)可能造成缺陷的區(qū)域。 圖 AnyCasting 軟件的組成部分 第二章 上冠鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì) － 6－ 第二章 上冠鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì) 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，要求金屬鑄件具有高的力學(xué)性能、尺寸精度和低的表面粗糙度值，要求生產(chǎn)周期短、成本低。 上冠鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 該上冠鑄件屬于壁厚相差懸殊的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，由于材料的導(dǎo)熱性差且鑄造時(shí)鋼水在型腔內(nèi)的溫度差較高，使上冠的冷卻極不均勻，產(chǎn)生較大的溫度梯度形成較大的熱應(yīng)力與組織應(yīng)力，且易在中間壁厚處形成縮松縮孔等缺陷。 結(jié)構(gòu)上屬于厚、薄相差懸殊的 大 型回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)。分型面的優(yōu)劣，在很大程度上影響鑄件的尺寸精度、成本和生產(chǎn)率。分型面少，鑄件精度容易保證，且砂箱數(shù)目少。 （ 5）不使砂箱過(guò)高，因?yàn)楦呱跋湓煨屠щy，填砂、緊實(shí)、起模、下芯都不方便。 根據(jù)該上冠鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 及選擇分型面的一般原則，現(xiàn)提供選擇分型面的三種方案如圖 22所示。 缺點(diǎn)：不利于順序凝固和補(bǔ)縮。 砂芯的設(shè)計(jì)及安放 砂芯的功用是形成鑄件的內(nèi)腔、孔和鑄件外形不能出砂的部位。 根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)、分型面的選擇，本鑄件的 內(nèi)部空腔采用一個(gè)砂芯來(lái)形成 。 為了保證該砂芯在制造、運(yùn)輸、裝配和澆注過(guò)程中不變形、不開(kāi)裂或折斷，生產(chǎn)中在砂芯中埋置了芯骨，以提高其強(qiáng)度和剛度。 (2) 機(jī)械加工余量的確定。 為了確定模樣和芯盒的工作尺寸，需要確定該上冠鑄件的鑄造收縮率。 ⅱ 為安全起見(jiàn)，取體收縮率＝ 6℅。40′， α= 。由于鑄件屬厚、薄相差懸殊的大型回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，為保證鑄件的充型能力，澆注系統(tǒng)設(shè)置為一個(gè)的截面為圓柱形的直澆道 ,然后對(duì)應(yīng)一個(gè)截面為圓柱形的橫澆道，適當(dāng)增加平均靜壓頭高度，澆注系統(tǒng)設(shè)置位置如圖 24所示，澆注系統(tǒng) UG三維造型圖如圖 25所示。 本次澆注系統(tǒng)采用底注包澆注，以包孔截面積作為控流面積，澆注時(shí)間按下式計(jì)算： t=NnqG 式中 t—— 澆注時(shí)間， s； G—— 型內(nèi)鋼液重量， kg，含漲箱和冒口重量； N—— 同時(shí)澆注的澆包數(shù)，個(gè)； n—— 每個(gè)漏包的漏孔數(shù)，個(gè)； q—— 平均澆注速度， kg/s； 澆注時(shí)間是否合適，可用鋼液在型內(nèi)的上升速度驗(yàn)算，其式如下： v= tC 第二章 上冠鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì) － 12－ 式中 v—— 鋼液在型內(nèi)的上升速度， mm/s； C—— 鑄件在型內(nèi)的高度， mm； t—— 澆注時(shí)間， s。采用單包雙注孔澆注，注孔直徑 50mm， A控 =178。 根據(jù)鑄造手冊(cè)，澆注系統(tǒng)的尺寸與橫截面積設(shè)計(jì) 為：直澆道 Ф80mm， A直 =178。在鑄件最大外輪廓處設(shè)計(jì)有 8塊外冷鐵。保溫套的厚度取 40mm。代入上式，求得所需外冷鐵的重量 G=1730kg。 一般情況下， M 冒 =kM 件 式中， k 為系數(shù)，取 k=，則 M 冒 =kM 件 =kMc3= 第二章 上冠鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì) － 14－ 而實(shí)際環(huán)形冒口的模數(shù) M 冒 =＞ 。具體驗(yàn)算公式如下： G 件 max=G 冒 ???? 式中， G 件 max—— 冒口可以補(bǔ)縮最大鑄件的重量， kg； η—— 冒口的補(bǔ)縮率， %； ε—— 鋼液的凝固收縮率， %。 通過(guò)上面分析得出冒口和冷鐵的尺寸及安放位置，如圖 2圖 28 所示。 該上冠的鑄型排氣孔可由鑄工在造型時(shí)自設(shè)，起模后 用 Φ12 鋼管扎出，主要設(shè)在冒口處。 模樣材質(zhì)的選擇 該上冠模樣選用木模。但紅松質(zhì)地松軟，耐磨性差，為了提高 木模的使用壽命、保證鑄件的表面質(zhì)量，需在木模外表面涂一層油漆。因此，為了保證鑄件質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、降低成本以及保證安全生產(chǎn)，我們的砂箱設(shè)計(jì)為圓形砂箱，上、下砂箱的材料均選擇 HT200。 （ａ） （ｂ） 圖 31 砂箱的三維圖 （ a）上砂箱 （ b）下砂箱 第三章 鑄造工藝裝備設(shè)計(jì) － 17－ (2) 確定砂箱箱壁厚度、砂箱截面結(jié)構(gòu)及砂箱外壁加強(qiáng)筋：上、下砂箱壁厚均取 45mm。 （ a） （ b） 圖 32 箱壁斷面結(jié)構(gòu)圖 （ a）上砂箱壁（ b）下砂箱壁 (3) 確定砂箱箱帶的布置形式和尺寸：砂箱箱帶不但能增加砂箱的強(qiáng)度和剛度，還可以增加對(duì)型砂的承托力和黏附力，防止砂型的塌箱。砂箱壁排氣孔的尺寸及分布如圖 3圖 34所示。 (a) (b) 圖 36 砂箱的定位結(jié)構(gòu) (a) 砂箱定位耳截面圖 (b) 砂箱定位耳尺寸 第三章 鑄造工藝裝備設(shè)計(jì) － 19－ 模底板的設(shè)計(jì) 模板一般由鑄件模樣、芯頭模樣和澆冒口系統(tǒng)模樣與模底板通過(guò)螺釘、螺栓、定位銷等裝配而成。我們選擇 HT200 作為模底板的材料。加強(qiáng)筋形狀及布局如圖 3圖 38所示。其模底板中心距為 2100mm。模樣在模底板上采用定位銷來(lái)定位，以便將模樣定位在模底板上，防止模樣因螺釘松動(dòng)而錯(cuò)位。另外，砂 箱與模板的定位裝配如圖 。上冠的材質(zhì)選擇為 ZG06Cr13Ni4Mo(馬氏體鑄造不銹鋼 )。 鑄件配料的方法很多，主要有計(jì)算配料法、查表配料法、圖解配料法、計(jì)算尺配料法和計(jì)算機(jī)配料法等。參考《鑄造合金配料速查手冊(cè)》， 本 上冠鑄件的配料單如表 41 所示 [7 ]： 第四章 鑄鋼的熔煉 － 23－ 表 上冠鑄件配料單 [7] 成分 成分要求： C≤， Si≤， Mn≤， S≤， P≤， Cr： ～ ， Ni：～ ， Mo： ～ 配料 Ni、 Mo 二元素按產(chǎn)量配至要求成分中限，其余成分按下表要求配入 元素 C Cr Si P 配入量 ～ ～ ? 配料時(shí)，爐料中配碳過(guò)高，氧化期時(shí)間長(zhǎng)，鉻燒損量比較大，不利于延長(zhǎng)爐底使用壽命；配碳過(guò)低，則鋼液達(dá)不到良好的沸騰，不利于排出氣體和夾雜。此外，金屬爐料的 P 含量均應(yīng)小于 %。熱處理的方法有退火、正火或正火加回火。隨著鋼中含碳量的增加，它的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、切削加工性能顯著提高，而耐蝕性下降。綜之，為了提高馬氏體不銹鋼的力學(xué)性能，應(yīng)采用高溫回火并保持較長(zhǎng)的回火保溫時(shí)間，使馬 氏體碳化物充分析出，才能在保證馬氏體不銹鋼具有較高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性的同時(shí)，具有較好的延伸性。上冠鑄件的澆注溫度可控制在 1560℃ ～ 1600℃ ，本鑄件取 1580℃ 。 鑄件澆注充型過(guò)程中，伴隨著熱量的散失、溫度的降低。 鑄件充型過(guò)程與液態(tài)金屬的流動(dòng)、傳熱及傳質(zhì)過(guò)程密切相關(guān)，是一個(gè)伴隨著熱量散失以及凝固的 非恒溫流動(dòng)過(guò)程，可用質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒方程描述，而充型過(guò)程中金屬液與鑄型之間的熱交換可用熱量平衡方程來(lái)描述，在這個(gè)過(guò)程中最基本又最重要的物理現(xiàn)象是傳熱和流動(dòng) [9]。由于充型速度較高，金屬液進(jìn)入澆道直接沖向砂芯，由于砂芯阻力及慣性作用，金屬液被沖到一定高度。 凝固過(guò)程 鑄件的凝固過(guò)程也就是金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的結(jié)晶過(guò)程 ,液態(tài)金屬結(jié)晶過(guò)程乃是由形核和長(zhǎng)大兩個(gè)基本過(guò)程所組成，并且這兩個(gè)過(guò)程是同時(shí)并進(jìn)的。 圖 52 為鑄件的凝固順序以及溫度分布，其中圖 (a)(f)依次為凝固 5%， 15%，30%， 50%， 85%， 100%時(shí)的狀態(tài)圖。鑄件的凝固順序表現(xiàn)為縱向下部先凝固、上部后凝固，橫向邊緣先凝固中心后凝固，即鑄件薄壁處先凝固，壁厚較大處后凝固，薄壁處凝固速度快，厚壁處凝固速度慢，鑄件厚度最大處最后凝固，如圖 52 所示。它克服了分散冒口間的偏析問(wèn)題，可以更好的保證鑄件的質(zhì)量。另外，本課題造型方法是采用呋喃樹(shù)脂砂造型，不僅能夠提高鑄件的表面質(zhì)量，還可大大改善勞動(dòng)條件和工作環(huán)境，提高生產(chǎn)效率。審核完鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性之后，就可以根據(jù)設(shè)計(jì)工藝和工裝方面的知識(shí)逐步展開(kāi)設(shè)計(jì)了。 參考文獻(xiàn) － 31－ 參考文獻(xiàn) [1] 高尚書(shū) . 計(jì)算機(jī)技術(shù)及在鑄造行業(yè)中的應(yīng)用 .鑄造， 1995,(6):31～ 38 [2] 姜彬 . UG 壓鑄模具設(shè)計(jì)入門(mén)與提高 北京：電子工業(yè)出版社， ： 2～ 5 [3] 侯擊波 ， 程軍 . 鑄件充型過(guò)程的數(shù)值模擬技術(shù) 華北工學(xué)院學(xué)報(bào) . 1997: 1～ 3 [4] 李弘英 ， 趙成志 鑄造工藝設(shè)計(jì) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， [5] 葉榮茂 ， 吳維岡 ， 高景艷 . 鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊(cè) 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，： 74～ 134 [6] 陳琦 ， 彭兆弟 . 鑄造合金配料速查手冊(cè) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ， ： 848～ 849 [7] 陸文華 ， 李隆盛 ， 黃良余 . 鑄造合金及其熔煉 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， ： 299～339 [8] R. Stoehr. Simulation in the Design of Sand Casting Proceedings of Modelling Casting and Welding Proceses. Rindge, Nwe Hampshire, USA,1980: 3～ 18 [9] 于梅 . 金屬液在充型和凝固過(guò)程中夾雜物運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬： [碩士學(xué)位論文 ]. 沈陽(yáng)：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) . 20xx [10] 柳白成，荊濤等 . 鑄造工程的模擬仿真與質(zhì)量控制 [M]. 北京 :機(jī)械工業(yè)出 社 , ～170 致謝 － 32－ 致 謝 在畢業(yè)論文即將完成之際，我謹(jǐn)向曾經(jīng)給我?guī)椭椭С值娜藗儽硎局孕牡母兄x ! 首先要感謝我的指導(dǎo)老師盛文斌副教授，他在學(xué)習(xí)和做人方面給予我悉心的指導(dǎo)，使我增長(zhǎng)了知識(shí)，拓寬了眼界， 還學(xué)會(huì)了科學(xué)的思維方法，鍛煉了分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。 附圖 － 33－ 附 圖 目錄 附圖 1：上冠鑄件零件圖 附圖 2：上冠鑄件工藝圖 附圖 3：上砂箱 附圖 4：下砂箱 附圖 5：模板裝配圖