【導讀】造工藝設計，以及充型凝固過程的模擬，最后得到最優(yōu)的鑄造工藝方案。上述工作充分體現(xiàn)了CAD在設計精度和設計效率上均具有傳統(tǒng)工藝。設計無法比擬的優(yōu)越性。在模擬優(yōu)化部分，用SOLIDCast對鑄造工藝進行評價和優(yōu)化。

　　

【正文】 鑄件中部開始凝固，而且中間凝固速度快于底部的凝固速度，致使在底部凝固完全前中部已經(jīng)完全凝固，導致沒有液態(tài)金屬補縮來源，最終導致鑄件底部出現(xiàn)缺陷?？梢詼p少冷鐵數(shù)目并在底部加入側(cè)冒口對鑄件進行補縮，消除缺陷。 對于鑄件頂部凸臺處，由于凸臺處的壁厚大于周圍鑄件壁厚，最終導致該處凝固時間大于周圍的凝固時間，致使缺陷的出現(xiàn)?？梢栽谒膫€凸臺處加入冷鐵消除缺陷。 對于分割體三處的圓環(huán)處，由于圓環(huán)的 壁厚大于周圍鑄件的壁厚，致使在凝固時滯后于周圍鑄件的凝固，最終沒有足夠的液量補縮，致使缺陷的出現(xiàn)。可以在熱結(jié)處加冷鐵，使熱結(jié)處首先凝固，再圓環(huán)頂部安放冒口，對圓環(huán)進行補縮，在圓環(huán)底部加冷鐵以增加冒口的垂直補縮距離。 對于鑄件吊鉤處，主要是應為加強筋與外壁交接處過早的凝固，堵塞了補縮通道，使吊夠沒有足夠的液量補縮，致使缺陷的出現(xiàn)。可以通過在加強筋和外壁交接處加發(fā)熱補貼，保證補縮通道的暢通，完成補縮缺陷的任務。 初始鑄造工藝方案的優(yōu)化 根據(jù)以上分析結(jié)果，對初始鑄造工藝進行優(yōu)化，具體如下： 1） 鑄件底部加入三 個側(cè)冒口，以補縮分割體二的縮松缺陷。仍然保留一部分冷鐵增加冒口的補縮距離； 2） 在鑄件頂部加強筋處加入六塊保溫補貼，保證補縮通道暢通； 3） 分割體三的垂直圓環(huán)頂部加入圓柱形暗冒口，并在周圍加入冷鐵以增加該冒口的垂直補縮距離； 4） 在鑄件頂部凸臺處分別加入冷鐵，使該部位首先凝固，去除缺陷。 優(yōu)化后的工藝圖如 410所示，其中綠色部分為冷鐵，黃色部分為發(fā)熱補貼。 河北工業(yè)大學 2020 屆畢業(yè)論文 24 優(yōu)化后的鑄造工藝方案的模擬 將優(yōu)化后的鑄造工藝圖用 SOLIDCast 進行模擬，其流場為： 圖 47 澆注開始階段 圖 410 優(yōu)化后的工藝圖 河北工業(yè)大學 2020 屆畢業(yè)論文 25 圖 48 澆注中期 圖 49 澆注完成 河北工業(yè)大學 2020 屆畢業(yè)論文 26 通過分析以上的充型過程可看出過程平穩(wěn)并且可將鑄件充填完整。也可看出澆注過程順暢，而且澆注速度、澆注時間合適，澆完之后鐵液仍保持很高的溫度，這樣澆注過程便不會對最后鑄件質(zhì)量造成不好的影響。 圖 410 凝固開始 圖 411 凝固過程中 河北工業(yè)大學 2020 屆畢業(yè)論文 27 圖 412 凝固中期 圖 413 凝固完成 河北工業(yè)大學 2020 屆畢業(yè)論文 28 通過對優(yōu)化后的鑄件的凝固模擬可以看出：鑄件底部側(cè)冒口和圓環(huán)頂冒口最后凝固，這樣就可以對鑄件底部和圓環(huán)進行有效地補縮；鑄件 頂部凸臺先于鑄件其他部位凝固，這樣就凸臺得到有效地補縮；加強筋處凝固時間明顯加長，這樣可以有效補縮鑄件吊鉤部位。 圖 413 是鑄件的凝固圖，從圖中可以看出鑄件各個冒口對鑄件起到了很好的補縮作用，鑄件整體沒有缺陷。新的工藝方案解決了所有初始方案的缺陷，制造出完美沒有缺陷的鑄件，進而達到了這次研究的最終目的。 鑄件工藝收得率η =鑄件的質(zhì)量 /澆注總質(zhì)量 100%=10938Kg/149445Kg 100% =%。 圖 413 鑄件缺陷圖 河北工業(yè)大學 2020 屆畢業(yè)論文 29 結(jié) 論 在 三維 造型部分 ，充分利用計算機進行鑄造工藝的輔助設計。首先利用 三維造型軟件，按照圖紙對鑄件進行作圖，得到鑄件的三維圖。除此之外也充分利用了 的分析體功能，精確計算鑄件的體積和表面積，進而得到鑄件的模數(shù)。而在工藝設計方面，需要 對澆注系統(tǒng)、冒口、冷鐵、補貼等進行作圖，精確的繪出鑄件的初始工藝和優(yōu)化的工藝圖。 在工藝設計部分，通過分 析鑄件熱結(jié)位置，確定冒口的安放位置。應用計算機輔助進行鑄件模數(shù)精確計算，運用模數(shù)法對冒口進行設計。 根據(jù)鑄件外形及熱結(jié)位置，將冒口設計成腰型易割冒口。 根據(jù)鑄件的 特殊形狀，采用頂注式澆注系統(tǒng)， 根據(jù)澳贊公式得到阻流截面積 S 阻 =105 cm，進而得到半徑為 r 阻 =58 mm。 在 在鑄件底部添加冷鐵實現(xiàn)順序凝固。最后運用 畫出鑄件的初始工藝圖。 用 SOILDCast 對鑄件的初始工藝進行數(shù)值模擬，觀察鑄件的凝固過程，分析缺陷出現(xiàn)的位置及其原因，為工藝方案的優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。對初始方案進行優(yōu)化 ，其中包括：鑄件底部加入側(cè)冒口進行補縮；頂部凸臺加冷鐵； 加強筋處加入發(fā)熱補貼，增強其補縮能力。最后用 SOIDCast 軟件 對優(yōu)化工藝 進行數(shù)值模擬。 經(jīng)過了二次對工藝的優(yōu) 化修改，找到了最佳方案。最佳工藝的模擬結(jié)果 理想 ，縮孔 ， 縮松基本消除，得到了合格的鑄件，最終達到本次研究的目的。 河北工業(yè)大學 2020 屆畢業(yè)論文 30 參 考 文 獻 [1] 米國發(fā) ， 趙大為 ， 劉翔宇 .大型磨臺鑄鋼件的數(shù)值模擬與工藝優(yōu)化 [2] 韓桂新， 蔡振東 .大型鑄鋼件操作側(cè)機架的鑄造工藝 . 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程 , No． 8 2020 [3] 雷廣山， 雷 鈞， 王雪 .大型鑄鋼件常見缺陷分析 . 機械工程與自動化 . [4] 米國發(fā)，董翠粉， 趙大為 .R2178 212A 型鑄鋼托輪鑄造工藝模擬及優(yōu)化 .鑄造技術(shù)研究， 2020 年 2 月第 1期 [5] 趙竹青， 何斌鋒 .大型鑄鋼件鑄造工藝設計 .金屬鑄焊技術(shù)， 2020 年 6 月 [6] 黃天佑，劉小剛，康進武，沈厚發(fā)， 柳百成 .我國大型鑄鋼件生產(chǎn)的現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù) .鑄造。 [7] 胡春良 .大型藝術(shù)鑄件特殊工藝例析 .材料工藝 [8] 魯 云，劉繼紅，楊茂海 .大型礦山機械鑄件鑄造工藝分析 [9] 邊 敦 亭 ， 王 自 遠 ， 張 有 飛 . 熱 軋 初 軋 機 架 大 型 鑄 鋼 件 的 鑄造 . [10] 柴樹繁 .大型數(shù)控機床鑄件的研制 .研究與應用 [11] 趙益鋒，宋賢發(fā) .大型箱體球鐵鑄件 的鑄造工藝 .球墨鑄鐵 [12] 羅志華，周海國 .廣鋼電爐煉鋼廠生產(chǎn)大型鑄鋼件的探索與實踐 .冶金叢刊 ，Sum． 194 No． 4 [13] 趙磊，李永堂 .軸承鋼環(huán)坯鑄造工藝數(shù)值模擬與優(yōu)化設計 . 機械設計與自動化，第 5 期 ( 總第 168 期 )2020 年 10月 [14] 高瞻 .厚壁大型高錳鋼耐磨鑄件的制造工藝 . 梅山科技 ， 2020 年第 1期 [15] 劉 霄 . 數(shù) 值 模 擬 在 鐵 路 養(yǎng) 路 機 械 鑄 件 工 藝 優(yōu) 化 中 的 應 用 . [16] 鑄造手冊 鑄造工藝第 2版 . 中國機械工程學會鑄造分會 編 [17] 李魁盛，王文清 . 鑄造工藝學 .機械工業(yè)出版社， 河北工業(yè)大學 2020 屆畢業(yè)論文 31 致 謝 感謝河北工業(yè)大學給了我一次鍛煉自己的機會。在設計過程中提供了各種所需要的設備資料，使自己積累了許多寶貴的經(jīng)驗。在此表示衷心的感謝。 本設計是在指導教師李日教授的全力支持和精心指導下完成的。李老師豐富的實踐經(jīng)驗、淵博的理論知識以及認真負責的工作態(tài)度給了我莫大的幫助，使我學習到了許多知識，同時對原有的基礎(chǔ)理論有了更深入的理解。在幾個月的設計學習中，李老師的言傳身教使我受益匪淺。在此表示衷心的感謝。 感謝 大學四年里教育過我的所有的老師們，向你們深深地敬禮！ 感謝師姐沈煥弟對我的指導和幫助，她們在相關(guān)學術(shù)信息上以及各種軟件的操作上都給了我莫大的關(guān)懷與照顧，使我在設計過程中能夠及時地更改、完善造型和工藝設計中的錯誤和不足，再次感謝他們一直以來默默地幫助我！ 在設計的過程中，高玉剛、朱義康等同學也給予了我很大的幫助，在此表示真誠的感謝。感謝大學四年里所有的同學，他們對我的學業(yè)和人生的進步給予了各個方面的幫助，永遠難忘那些在一起朝夕相處的美好時光。 最后對于幫助過我的人表示誠摯的謝意，謝謝大 家！