【文章內(nèi)容簡介】 20％。此外，材料成分、組織和性能的一致性、 穩(wěn)定性與發(fā)達國家相比也有差距。 發(fā)達國家鑄造業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 發(fā)達國家總體上鑄造技術(shù)先進、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)普遍實現(xiàn)機械化、自動化、智能化（計算機控制、機器人操作）。鑄鐵熔煉使用大型、高效、除塵、微機測控、外熱送風無爐襯水冷連續(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，采用氮氣連續(xù)脫硫或搖包脫硫使鐵液中硫含量 寧夏大 學機械工程學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 3 達 %以下；熔煉合金鋼精煉多用 AOD、 VOD 等設(shè)備，使鋼液中 H、 O、 N達到幾個或幾十個 106 的水平。 在重要鑄件生產(chǎn)中，對材質(zhì)要求高，采用先進的無損檢測技術(shù)有效控制鑄件質(zhì)量。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 級合格率提高 13 個百分點，鋁鎂合金經(jīng)過濾，抗拉強度提高 50%、伸長率提高 100%以上。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，實現(xiàn)了微機自動化控制。 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，并已在高級賽車上應(yīng)用；在汽車向輕量化發(fā)展的進程中，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。 在大批量中小鑄件的生產(chǎn)中，大多采用微機控制的高密度靜壓、射壓或氣沖造型機械化、自動化高效流水線濕型砂造型工藝，砂處理采用高效連續(xù)混砂機、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。 用自動化壓鑄機生產(chǎn)鑄鋁缸體、缸蓋；已經(jīng)建成多條鐵基合金低壓鑄造生產(chǎn)線。用差壓鑄造生產(chǎn)特種鑄鋼件。所生產(chǎn)的各種口 徑的離心球墨鑄鐵管占鑄鐵管總量 95%以上，球鐵管占球鐵年產(chǎn)量 30%50%。鑄造生產(chǎn)全過程主動、從嚴執(zhí)行技術(shù)標準，鑄件廢品率僅 2%5%；標準更新快（標齡 45年）；普遍進行 ISO9000、ISO14000 等認證。 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 。 鑄造業(yè)的電子商務(wù)、遠程設(shè)計與制造、虛擬鑄造工廠通過使用身臨其境的虛擬環(huán)境系統(tǒng)，可以學習通過多媒體先進的產(chǎn)品技術(shù)和體驗的技巧和訣竅通過虛擬技術(shù)實現(xiàn)，這些新元素都在飛速發(fā)展。 很明顯，中國現(xiàn)有的資源和能源已無法滿足傳統(tǒng)經(jīng)濟模式下高速發(fā)展的要求 ，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，使中國經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展，是中國經(jīng)濟發(fā)展模式的必然選擇。我們應(yīng)加大鑄造業(yè)中循環(huán)經(jīng)濟的新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備的研究和應(yīng)用，以科學的發(fā)展觀來發(fā)展中國的鑄造業(yè)。 鑄造模擬的介紹 鑄造工藝計算機輔助設(shè)計 在鑄造工藝設(shè)計過程中，有許多繁瑣的數(shù)學計算和大量的查表選擇等工作，僅憑工藝設(shè)計人員的個人經(jīng)驗和手工操作，不但要花費很多時間，而且設(shè)計結(jié)果往往因人而異，很難保證鑄件質(zhì)量， 60 年代以來，特別是進入 80 年代后，隨著電子計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機輔助設(shè)計技術(shù)在工業(yè)中得到愈來愈 廣泛的應(yīng) 寧夏大 學機械工程學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 4 用，也為鑄造工藝設(shè)計的科學化、精確化提供了良好的工具，成為鑄造技術(shù)開發(fā)和生產(chǎn)發(fā)展的重要內(nèi)容之一。典型的鑄造工藝計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)工作過程是： ① 接收用戶送給的鑄件圖紙，在以工程圖方式接收時可自行進行三維造型； ② 工藝分析和報價；按需要從任一角度或?qū)﹁T件任一部分結(jié)構(gòu)加以觀察，根據(jù)三維實體計算鑄件重量和不同部位的模數(shù)，計算澆冒口等工藝數(shù)據(jù)，進行鑄件的初步設(shè)計，估算成本并提出報價 ； ③ 進行鑄件的詳細設(shè)計；從建立的鑄件三維實體抽取數(shù)據(jù)進行三維凝固模擬并修改鑄件設(shè)計，然后自動生成相應(yīng)的鑄型、芯盒或模具圖 ； ④ 鑄型、芯盒和模具經(jīng)數(shù)控加工成形，進行澆鑄和檢驗，收集生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)供質(zhì)量跟蹤和知道以后的鑄件設(shè)計。 目前鑄造工藝計算機輔助設(shè)計的軟件功能一般是單一的，分為鑄件設(shè)計、凝固模擬和模樣加工等相對獨立的系統(tǒng)。 鑄造工藝計算機輔助設(shè)計的特點 首先將零件圖通過數(shù)字化儀或其他圖 形輸入設(shè)備輸入計算機內(nèi)，然后根據(jù)要求標出澆注位置和分型面的位置，進一步繪出加工余量及不鑄孔、槽的符號，以及撥模斜度，并標出尺寸，形成鑄件圖；以此為依據(jù)進行鑄件模數(shù)和重量計算、進行補縮系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)設(shè)計；將設(shè)計計算的結(jié)果以圖形方式加到鑄件圖上，再繪出砂芯形狀，算出芯頭間隙、芯頭壓緊環(huán)、防壓環(huán)、積砂槽和芯頭分塊線及尺寸等，從而形成一個完整的工藝圖；最后繪制出鑄造工藝卡片。將圖形由繪圖儀輸出，完全取代了手工繪制工藝圖和描圖、曬圖等繁瑣工序，而且修改、存檔方便，大大提高了設(shè)計效率。與傳統(tǒng)的鑄造工藝設(shè)計方法相比，用計 算機設(shè)計鑄造工藝有如下特點： ① 計算準確、迅速、消除了人為的計算誤差 ； ② 可同時對幾個不同的方案進行工藝設(shè)計和比較，從而找出較好的方案 ； ③ 能夠儲存并系統(tǒng)利用鑄造工作者的經(jīng)驗，使得使用者不論其經(jīng)驗豐富與否都能設(shè)計出較合理的鑄造工藝 ； ④ 計算結(jié)果能自動打印記錄，并能繪制鑄造 工藝圖等技術(shù)文件。 計算機輔助設(shè)計不僅使計算機代替了人工設(shè)計鑄造工藝和繪制工藝圖，而且還能優(yōu)化工藝設(shè)計，提高工藝出品率。 鑄造工藝計算機輔助設(shè)計程序的功能主要表現(xiàn)在以下幾方面： ① 鑄件的幾何、物理量計算，包括鑄件體積、表面積、重量及熱模數(shù)的計算 ； ② 補縮系統(tǒng)的設(shè)計計算，包括冒口的設(shè)計和計算、冷鐵設(shè)計計算和設(shè)計合理的補縮通道 ； ③ 澆 注系統(tǒng)的設(shè)計計算，包括選擇澆注系統(tǒng)的類型和各部分截面積計算 ； ④ 繪圖，包括鑄件圖、鑄造工藝圖、鑄造工藝卡等圖形的繪制和輸出。 寧夏大 學機械工程學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 5 圖形處理的軟件系統(tǒng) 近年來，國內(nèi)外在鑄造工藝計算機輔助設(shè)計方面已作了較多的研究和開發(fā)，相繼出現(xiàn)了一批較實用的軟件，如美國鑄協(xié)（ AFS）的 AFSoftware 軟件，可用于鑄鋼鑄鐵的澆冒口設(shè)計；英國 Foseco 公司的 FEEDERCALC 軟件可計算鑄鋼件的澆冒口尺寸 ， 補縮距離及選擇保溫冒口套等；丹麥 DISA 公司的 DISAMATIC軟件專用垂直分型生產(chǎn)線的澆冒口設(shè)計；清華大學研制開發(fā)的 FTCAD 軟件適用于球鐵澆冒口系統(tǒng)設(shè)計 ； 鑄造工藝輔助設(shè)計集成軟件 CASTCAD 適用于鋁合金、鑄件和鑄鋼生產(chǎn)；華北工學院開發(fā)的鑄鋼件集成軟件提出了改進 RUDDLE 三次方法設(shè)計冒口且實現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計。此外，還有許多這方面的軟件都已在鑄造生產(chǎn)中得到較好的應(yīng)用，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟效果。 鑄造工藝計算機輔助設(shè)計中，微機上較多的是采用 AutoCAD 軟件 (2D)作為圖形處理的支撐軟件，國內(nèi)已有很多再其基礎(chǔ)上二次開發(fā)的軟件，完成鑄件圖、鑄造工藝卡等圖形處理 功能。但目前， 3D 軟件發(fā)展很快，既有大型軟件，如 UG、Pro/E、 CATIA，也有中檔軟件，如 Solid Edge、 Solid Work、 MDT 等以及低檔的一些軟件。 (1)Auto CAD 軟件包及基本功能 AutoCAD 是美國 Autodesk 公司為 PC 機開發(fā)的一個交互式圖形軟件包，它主要是一個二維圖形軟件包，具有很強的二維作圖編輯功能，也具有簡單的三維作圖功能 ， 它是目前我國微型計算機上應(yīng)用最廣泛的軟件包。 AutoCAD 自 1982年在美國首次推出 ， 版本不斷升級 ， 目前已有 AutoCAD2020版本。它的繪圖命令得到了很大改進，產(chǎn)生圖形的速度和編輯圖形的速度都比以前的版本提高了許多 ， 繪圖和編輯功能也都大大增強了。 (2)Pro/Engineer 軟件包及基本功能 Pro/Engineer 是一套由設(shè)計至生產(chǎn)的機械自動化 3D 軟件，是新一代的基于特征的產(chǎn)品造型系統(tǒng)。 Pro/Engineer 是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計專用功能來實現(xiàn)，其中包括：筋（ Ribs）、槽（ Slots）、倒角（ Chamfers）和抽空（ Shells）等，采用這種手段來建立形體，對于工程師來說是更自 然，更直觀，無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計方式。造型不僅可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機上或一些支持 Postscript 格式的彩色打印機 。 Pro/Engineer 還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件。 Pro/Engineer 是采用參數(shù)化設(shè)計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活。 (3)Unigraphics（ UG）工業(yè)設(shè)計軟件包 寧夏大 學機械工程學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 6 UG 包括一個靈活的復(fù) 合建模模塊以及功能強大的逼真照相的渲染，動畫和快速的原型工具，復(fù)合建模讓用戶可在下例建模方法中選擇：實體建模（ Solid）、曲面建模 (Surface)、線框建模 (Wireframe)及其于特征的參數(shù)化建模。 UG 的特征和功能有許多獨到之處： ① 功能強大的編程框架，使客戶和軟件供應(yīng)商能夠開發(fā)與 UG 很好集成和完全相關(guān)的應(yīng)用程序 ； ② 在客戶的擴展企業(yè)的意義上的數(shù)據(jù)相互可操作性 ， 甚至包括對那此有問 題的輸入數(shù)據(jù)的高成功率。包括培訓(xùn)，直接技術(shù)支持，項目實施，系統(tǒng)集成，數(shù)據(jù)交換和工程應(yīng)用的完整服務(wù) ； ③ 虛擬產(chǎn)品開發(fā)評估，它用圖表表示一個公司采用制造業(yè)認可的最佳實踐的程度 ； ④ 完整的可升級的產(chǎn)品線，為各層次用戶優(yōu)化的產(chǎn)品線，因而，一個公司可以在需要時以最合適的價格購置或租用僅僅是它需要的那些模塊。 在美國航天航空工業(yè)已安裝有 10000 多套 UG,我們目前也遍及到機械、醫(yī)療設(shè)備、電子、高技術(shù)和 消費品工業(yè)。 基于以上介紹的各部分內(nèi)容的設(shè)計原理和設(shè)計方法，編制計算機程序，即可得到比較系統(tǒng)和完整的鑄造工藝計算機輔助設(shè)計軟件。 首先將零件圖通過數(shù)字化儀或其他圖形輸入設(shè)備輸入計算機內(nèi) ， 然后根據(jù)要求標出澆注位置和分型面的位置，進一步繪出加工余量及不鑄孔、槽的符號，以及撥模斜度，并標出尺寸，形成鑄件圖；以此為依據(jù)進行鑄件模數(shù)和重量計算、進行補縮系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)設(shè)計；將設(shè)計計算的結(jié)果以圖形方式加到鑄件圖上，再繪出砂芯形狀，算出芯頭間隙、芯頭壓緊環(huán)、防壓環(huán)、積砂槽和芯頭分塊線及尺寸等，從而形成一個完整的工藝圖；最后 繪制出鑄造工藝卡片。將圖形由繪圖儀輸出，完全取代了手工繪制工藝圖和描圖、曬圖等繁瑣工序，而且修改、存檔方便，大大提高了設(shè)計效率。 (4)鑄造機械及鑄造工程 CAD 鑄造機械設(shè)計的公益性強，設(shè)備種類多，計算和繪圖量大，利用 CAD 技術(shù)可提高效率并優(yōu)化設(shè)計。 國外的鑄造設(shè)備廠家如德國的 BMD 已采用了 CAD 技術(shù)；國內(nèi)也開發(fā)了一些鑄造機械設(shè)計軟件，如清華大學的拋丸機 CAD 系統(tǒng)（ SBMCAD）、氣沖造型線平面 布置系統(tǒng)（ MLCAD），機械工業(yè)鑄機科技信息網(wǎng) CAD 開發(fā)部的鑄造及機械化設(shè)計軟件系統(tǒng)（ ZJCAD），江蘇理工大學 的 S568 水玻璃砂再生系統(tǒng)（ FSCAD）等。 這些系統(tǒng)大多以微機為硬件環(huán)境，以 AutoCAD 為支撐軟件，但所用的開發(fā)工具不盡相同。系統(tǒng)都采用結(jié)構(gòu)化方法進行分析、設(shè)計和編程。將系統(tǒng)分為不同 寧夏大 學機械工程學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計 7 模塊，模塊的設(shè)計遵循通用原則，每一模塊能實現(xiàn)某種功能的通用實際和圖形繪出，便于系統(tǒng)升級和擴展。 鑄造仿真軟件介紹 ProCAST 由法國 ESI 公司開發(fā)的綜合的鑄造過程軟件解決方案，有 20 多年的歷史，提供了很多模塊和工程工具來滿足鑄造工業(yè)最富挑戰(zhàn)的需求?；趶姶? 的有限元分析，它能夠預(yù)測嚴重畸變和殘余應(yīng)力，并能用于半固 態(tài)成形，吹芯工藝，離心鑄造，消失模鑄造、連續(xù)鑄造等特殊工藝。 華鑄 CAE 鑄造工藝分析軟件是分析和優(yōu)化鑄造工藝的重要工具，是華中科技大學（原華中理工大學）經(jīng) 20 多年研究開發(fā)，并在長期的生產(chǎn)實踐中不斷改進，完善起來的集成軟件系統(tǒng)，目前發(fā)行的版本是 。它以鑄件充型、凝固過程數(shù)值模擬技術(shù)為核心對鑄件的成型過程進行工藝分析和質(zhì)量預(yù)測，從而協(xié)助工藝人員完成鑄件的工藝優(yōu)化工作。多年來在提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品，減少消耗，縮短試制周期，贏得外商訂單等方面為眾多的廠家創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟效益，在行業(yè)內(nèi)享有廣泛的聲譽和信譽。 MAGMA SOFT 鑄造仿真軟件是全球最佳的壓鑄鑄造軟件工具，為鑄造業(yè)提供改善鑄品品質(zhì)，制程條件，降低成本，增加競爭力的唯一選擇。鑄型的充填、凝固、機械性能、殘余應(yīng)力及扭曲變形等的模擬為全面最佳化鑄造工程提供了最可靠的保證。以往只有對鑄造工