【正文】 強(qiáng)鑄件的順序凝固，擴(kuò)大冒口的補(bǔ)縮距離，減少冒口的數(shù)目和體積，因此，在鑄件上方安放一個(gè)保溫環(huán)形暗冒口， ① 處外圍安放外冷鐵，這樣在冒口和冷鐵的共同作用下，使鑄件 能順序凝固，厚大處也不會(huì)產(chǎn)生縮孔和縮松。這些外冷鐵不僅可以防止鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松，裂紋和變形，而且可以細(xì)化組織，提高鑄件表面硬度和耐磨性。在鑄件形成時(shí)可有效補(bǔ)給金屬，起到防止縮孔、縮松、排氣和集渣的作用。；橫澆道 Ф80mm， A橫 =178。 鋼液在型內(nèi)的上升速度： ν=C/t=625/39=16(mm/s),去掉填充澆注系統(tǒng)的時(shí)間，鋼液在型內(nèi)的上升速度約為 20mm/s。 ΣA控 =178。 此上冠鑄件澆注系統(tǒng)中，鑄件重量 ，澆注重量 。 確定了澆包孔的直徑和數(shù)量，便確定了控流截面積 ∑A控 。確定澆注系統(tǒng)各組元截面積的目的，在于保證該上冠鑄件型腔在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)充滿，控制金屬液通過澆注系統(tǒng)各組元時(shí)的流速、流量、及充滿狀態(tài)，達(dá)到大流量、低流速、平穩(wěn)地充填。 第二章 上冠鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì) － 11－ 圖 24 澆注系統(tǒng)位置 圖 25 澆注系統(tǒng)三維圖 綜之，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)為開放式頂注澆注系統(tǒng)，使用這種澆注系統(tǒng)金屬液進(jìn)入型腔時(shí)流速小，充型平穩(wěn)，為了更好的撇渣， 在澆口杯處安放陶瓷制成的厚為 20mm的過濾網(wǎng)片，網(wǎng)孔 直徑為 6mm，提高了金屬液的質(zhì)量。 澆注系統(tǒng)的確定 在這次澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，充分考慮了澆注系統(tǒng)對(duì)液態(tài)金屬充型方式、鑄型溫度分布、鑄件質(zhì)量的影響， 根據(jù)上冠的結(jié)構(gòu)，以及分型面的位置，決定采用樹脂砂鑄造，澆注系統(tǒng) 采用頂注式工藝。 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬流入型腔的通道的總稱。 因?yàn)樵撋瞎阼T件是自硬砂造型，采用木摸樣，并且測(cè)得鑄件測(cè)量面高度為 116 ㎜，所以查《鑄造工藝設(shè)計(jì)》 [4] 得 a=0176。 (4) 起模斜度的確定。 第二章 上冠鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì) － 10－ 表 22 ZG06Cr13Ni4Mo 體收縮率的計(jì)算 成分 影響系數(shù) 體收縮率（﹪） 元素 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（﹪） C Mn Si Cr Ni W 13 4 ＋ ＋ ＋ ＋ － － ＋ ＋ ＋ ＋ － － 合計(jì) ⅰ 澆注溫度為 1580℃ 。所謂鑄造收縮率是指鑄件從線收縮開始溫度（從液相中析出枝晶搭成的骨架開始具有固態(tài)性質(zhì)時(shí)的溫度）冷卻到室溫時(shí)的相對(duì)線收縮量。各面所留機(jī)械加工余量如表 11所示： 表 11 鑄件各部分的機(jī)械加工余量 序號(hào) 基本尺寸／ mm 加工余量等級(jí) 加工余量數(shù)值／ mm 公差等級(jí) 公差數(shù)值／mm 1 2 3 4 5 6 7 8 Φ1510 Φ1380 Φ300 Φ500 369 244 Φ190 G H H H H H G H 8 5 6 5 5 4 CT12 CT12 CT12 CT12 CT12 CT12 CT12 CT12 13 13 9 10 9 9 8 8 (3) ZG06Cr13Ni4Mo 的鑄造收縮率的確定。 上冠鑄件表面需要進(jìn)行加工，因此要預(yù)留加工余量。通過查閱資料，確定該上冠鑄件的尺寸精度為 CT12。 第二章 上冠鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì) － 9－ 圖 23 砂芯結(jié)構(gòu)、尺寸 上冠鑄件的工藝參數(shù) (1) 鑄件尺寸精度的確定。 該砂芯的制芯方法選擇自硬冷芯盒（原砂：鋯砂；粘結(jié)劑：堿性酚醛樹脂；催化劑：甘油醋酸酯），其形狀和尺寸如圖 23所示。該砂芯設(shè)計(jì)的總的原則是：使造芯到下芯的整個(gè)過程方便，鑄件內(nèi)腔尺寸精確，不致造成氣孔等缺陷，使芯盒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。為了合箱方便，避免上、下芯頭和鑄型相碰，對(duì)垂直芯頭，上、下芯頭都要設(shè)有斜度。芯頭是指伸出鑄件以外不與金屬接觸的砂芯部分。 （ a） （ b） （ c） 圖 22 分型面的選擇方案（ a）方案一 （ b）方案二 （ c）方案三 綜合考慮各個(gè)分型面選擇方案的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)本鑄件的實(shí)際結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求等因素，本上冠鑄件采用方案一，使用兩箱造型，鑄件放在下砂箱。 方案三 : 優(yōu)點(diǎn)： 減小了砂箱尺寸； 有利于下芯。 方案二： 優(yōu)點(diǎn)： 重要面放在側(cè)面和下面，有利于重要面得到致密的組織； 第二章 上冠鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì) － 8－ 避免了吊芯。 方案一： 優(yōu)點(diǎn)： 有利于順序凝固和沖型； 有利于鑄件的補(bǔ)縮。 （ 7）注意減輕鑄件的清理和機(jī)械加工工作量。分型面通常選在鑄件最大截面上。 （ 4）分型面的設(shè)計(jì)要便于下芯、合箱和檢查型腔尺寸。 （ 3）分型面應(yīng)盡量選用平面。 （ 2）應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)目。我們?cè)谶x擇分型面時(shí)遵循的原則如下所述： （ 1）應(yīng)使鑄件全部或大部分置于同一半型內(nèi)。 第二章 上冠鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì) － 7－ 圖 21 上冠鑄件 UG 三維造型圖 分型面位置的確定 分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。 鑄件各面均需加工，其中外側(cè)弧面為精加工。 上冠鑄件的結(jié)構(gòu)分析 本上冠的材質(zhì)為 ZG06Cr13Ni4Mo，輪廓尺寸為 1510mm1510mm623mm， 毛量約為 1950kg。所以要在上冠件壁厚處安放暗冒口，進(jìn)行 補(bǔ)縮，在外輪廓熱節(jié)圓處安放冷鐵， 這樣可以很好地補(bǔ)松補(bǔ)縮，提高鑄件的工藝出品率和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也可以提高鑄件的致密度和鑄件質(zhì)量。其鑄造工藝設(shè)計(jì)的好壞，對(duì)鑄件品質(zhì)、生產(chǎn)效率和成本起著重要作用。因此，本上冠鑄件在生產(chǎn)之前，首先應(yīng)進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)，使鑄件的整個(gè)工藝過程都能實(shí)現(xiàn)科學(xué)操作 ，才能有效地控制鑄件的形成過程，達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的效果。這個(gè)程序具備動(dòng)畫功能使用戶把計(jì)算結(jié)果編輯成播放文件，通過結(jié)果合并功能來觀察各種二維或三維的凝固缺陷。 anyPOST 作為 AnyCasting 的后處理器，可以通過讀取 anySOLVER 中生成的網(wǎng)格數(shù)據(jù)和結(jié)果文件在屏幕上輸出圖形結(jié)果。鑄造成型模擬包括計(jì)算熔體充型過程的流動(dòng)分析和熔體凝固過程的傳熱 /凝固分析。另外，它還提供每種材料的傳熱系數(shù)，提高了程序的方便性。常規(guī)數(shù)據(jù)庫(kù)提供了具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的常用材料性能，而用戶數(shù)據(jù)庫(kù)使用戶能保存和管理修改或附加的數(shù)據(jù)。您可以輕松地修改網(wǎng)格信息而不改變幾何模型。另外，你還可以通過 AnyPRE 提供的 CAD 功能來查看、移動(dòng) /旋轉(zhuǎn)實(shí)體坐標(biāo)系統(tǒng)。 AnyPRE 作為 AnyCasting 的前處理程序， AnyPRE 可以實(shí)現(xiàn) CAD 模型的導(dǎo)入，有限差分網(wǎng)格的劃分，模擬條件的設(shè)置，并調(diào)用 AnySOLVER 進(jìn)行求解。它具有模擬準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)便、功能全面及運(yùn)算速度快等特點(diǎn)。 Anycasting軟件 AnyCasting 是韓國(guó) AnyCasting 公司自主研發(fā)的新一代基于 Windows操作平臺(tái)的高級(jí)鑄造模擬軟件系統(tǒng)。另外它所提供的應(yīng)用開發(fā)語(yǔ)言 UG/Open GRIP 和 UG/Open API功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單易學(xué)，便于用戶開發(fā)專用 CAD 系統(tǒng)。 該軟件不僅具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、虛擬裝配和生成工程圖等設(shè)計(jì)功能，而且在設(shè)計(jì)過程中可進(jìn)行有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力學(xué)分析和仿真模擬，從而提高了設(shè)計(jì)的可靠性。 UG在我國(guó)研究應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì) Unigraphics CAID/CAD/CAM/CAE系統(tǒng)提供了一種基于過程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)境，使產(chǎn)品開發(fā)從設(shè)計(jì)到加工真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無縫集成，從而優(yōu)化了企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造。裝配模塊可以對(duì)裝配體進(jìn)行虛擬裝配，具有很強(qiáng)的仿真性，提高了授課質(zhì)量和效率。制圖模塊使設(shè)計(jì)人員能方便地獲得與三維實(shí)體模型完全相關(guān)的二維工程圖，當(dāng) 3D 模型改變時(shí)，二維工程圖也會(huì)同步更新。 CAD 模塊由許多獨(dú)立功能的子模塊構(gòu)成，建模模塊、制圖模塊、裝配模塊就是引入到機(jī)械制圖教學(xué)當(dāng)中的模塊。 UG的主要應(yīng)用領(lǐng)域分布 UG 是一個(gè)集 CAD/CAM/CAE 于一體的計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)制造軟件，它具有強(qiáng)大的三維實(shí)體造型功能、曲面造型、虛擬裝配及創(chuàng)建工程圖等功能。 80 年代后期引進(jìn)我國(guó)以來，已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、通用機(jī)械、模具等領(lǐng)域。 UG軟件介紹 UG 是 Unigraphics 的縮寫，是美國(guó) Unigraphics Solutions 公司開發(fā)的三維參數(shù)化軟件，主要通過其虛擬產(chǎn)品開發(fā)（ VPD）的理念提供多級(jí)化的、集成的、企業(yè)級(jí)的包括軟件產(chǎn)品與服務(wù)在內(nèi)的完整的 MCAD 解決方案。國(guó) 內(nèi)有關(guān)高等院校、科研院所和重點(diǎn)鑄造企業(yè)經(jīng)過 20 多年的努力，取得了積極的成果先后開展了計(jì)算機(jī)工藝輔助設(shè)計(jì)、成分和力學(xué)性能輔助設(shè)計(jì)，鑄造合金凝固過程及溫度場(chǎng)數(shù)值模擬、鑄件充型過程的數(shù)值模擬，鑄造過程、鑄造合金品質(zhì)和鑄件品質(zhì)以及鑄造設(shè)備的檢測(cè)與控制，鑄造數(shù)據(jù)庫(kù)、管理、計(jì)算機(jī)識(shí)圖、機(jī)械手和機(jī)器人的應(yīng)用等，并在生產(chǎn)中得到運(yùn)用，應(yīng)用范圍越來越廣，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)理論定量指導(dǎo)工藝過程的目標(biāo)。 計(jì)算機(jī)在鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用 鑄造成形是極其復(fù)雜的高溫、動(dòng)態(tài)、瞬時(shí)過程，其間發(fā)生一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)、冶金變化，這些變化不能直接觀察，也難以測(cè)試，所以其工藝設(shè)計(jì)多憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，技藝性強(qiáng)，而科學(xué)性不足。廣泛應(yīng)用于有高強(qiáng)度要求的工件。 鎳 是 不銹 鋼 中的主要合金元素，其主要作用是穩(wěn)定奧氏體，使 鋼 獲得完全奧氏體組織，從而使鋼具有良好的強(qiáng)度和塑性，韌性的配合，并具有優(yōu)良的冷，熱加工性和冷形成性以及焊接，低溫與無 磁 等性能 ，同時(shí)提高 不銹鋼 的 熱力 學(xué)穩(wěn)定性，使之不僅比相同 鉻 ， 鉬 含量的 鐵 素體，馬氏體等類不銹鋼有更好的不銹性和耐 氧化 性介質(zhì)的性能，而且于 表 面膜 穩(wěn)定性的提高，從而使鋼還具有更加優(yōu)異的耐一些還 原性介質(zhì)的性能。當(dāng)鋼中第一章 引言 － 2－ 含鉻量達(dá)到 12％左右時(shí)，鋼在氧化性介質(zhì)中的耐蝕性發(fā)生突變性的上升。 不銹鋼最重要的技術(shù)要求是耐蝕性，合適的力學(xué)性能，良好的冷、熱加工和焊接等工藝性能。與此同時(shí)，低碳合金不銹鋼的熔煉及處理技術(shù)也飛速地發(fā)展，一方面這些先進(jìn)的合金液處理技術(shù)提高了合金性能及鑄件的整體性能；另一方面，更有利于生產(chǎn)和環(huán)境的保護(hù)。 幾十年來，圍繞鑄造低碳合金成分、組織、性能進(jìn)行了大量的研究，使傳統(tǒng)的低碳合金不銹鋼綜合性能上了一個(gè)新臺(tái)階。 低碳合金不銹鋼鑄造技術(shù)分析 低碳合金不銹鋼鑄造 是在鑄鋼的基礎(chǔ)上加入其他金屬或非金屬元素 , 不僅能保持鑄鋼的基本性能 , 而且由于合金化及熱處理的作用 , 使低碳合金不銹鋼具有良好的綜合性能。而以具有較高韌性的的低碳馬氏體的形成和以鎳、鉬等合金與該鋼拋棄了高碳馬氏體形成碳化物的強(qiáng)化手段其結(jié)果是：在改善力學(xué)性能、韌性和焊接性能等方面，都有突破性的進(jìn)展。因此，該鋼具有一定的耐腐蝕性能，良好的強(qiáng)度、韌性、可焊性以及耐磨蝕性能以外，還具有良好的抗空蝕性能。這樣可以大大提高鑄件出品率，提高了鑄件的質(zhì)量。 上冠鑄件，要求具有高強(qiáng)度，良好的抗磨耐蝕性，不允許有砂眼、縮松?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于水電、火電、核電等電力工業(yè)領(lǐng)域。 SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 鑄鋼上冠鑄件工藝設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬仿真 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 材料成型及控制工程 中文摘要 I — — 摘 要 鑄造低碳馬氏體不銹鋼是 20 世紀(jì) 60 年代發(fā)展起來的鋼種。該鋼具有良好的淬透性、優(yōu)良的室溫和低溫力學(xué)性能、腐蝕疲勞強(qiáng)度和動(dòng)靜態(tài)斷裂韌性 ,良好的鑄、鍛、焊和機(jī)加工等工藝性能及優(yōu)良的服役性能 (如抗空蝕、抗磨損、低溫性能。 本文主 要是對(duì)材質(zhì)為 ZG06Cr13Ni4Mo(馬氏體鑄造不銹鋼 )的上冠鑄件進(jìn)行工藝工裝設(shè)計(jì)，應(yīng)用 UG 軟件畫出三維造型，最后應(yīng)用 AnyCasting 軟件進(jìn)行工藝模擬，針對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析，修改工藝，得出最合理的工藝設(shè)計(jì)方案。造型采用呋喃樹脂砂，熔煉采用堿性電弧爐返回法，為保證鑄件質(zhì)量，澆注系統(tǒng)為頂注式，直澆道采用圓柱狀，并在澆口杯處安放過濾網(wǎng)，在有熱結(jié)處安放冷鐵。 關(guān)鍵詞： 鑄造，鑄造合金， 變質(zhì)處 理，澆注 系統(tǒng)