【正文】 ... 31 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 1 第一章 緒論 課題目標(biāo) 鑄件簡(jiǎn)介和要求 本課題鑄件為 20Mn 轉(zhuǎn) 缸 ，在實(shí)際的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生 的缺陷主要為 澆不足、冷隔、縮孔和縮松、裂紋及粘砂等 ，尤其在薄壁高大鑄件中產(chǎn)生的縮孔縮松缺陷最為嚴(yán)重。在設(shè)計(jì)過程中以 模數(shù)法和澳贊公式 為基礎(chǔ)， UG 為設(shè)計(jì)工具最后用 CAE 軟件分析其流場(chǎng)、溫度場(chǎng)，進(jìn)而作出判斷。 如圖 11 所示， 該鑄件為高大薄壁鑄件，底部最大半徑為 1230mm，頂部最大半徑為 1120mm，底部中間有較大熱 節(jié) ，外部為薄壁套筒狀，最小壁厚為 40mm，中間熱結(jié)部分與外部通過三個(gè)加強(qiáng)筋相連。鑄件頂部均勻分布著六個(gè)用于連接零件用的半徑為 的孔，底部在對(duì)稱部位分布著四個(gè)同樣用于連接用的半徑為32mm 的孔，根據(jù)單件、小批量生產(chǎn)鑄鋼的最小鑄出孔直徑為 50mm，這些孔均為鑄出孔。熱結(jié)頂部有寬度為 64mm，深度為 10mm 的溝槽。熱結(jié)頂部和外壁處分別有六個(gè) M14 和 M30 的螺紋孔，該螺紋孔均為后期機(jī)械加工孔，在鑄造時(shí)均不鑄出。再進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，得到最優(yōu)的工藝方案，最終應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，取到很好的效果。最終獲得較好的效果。對(duì)鑄鋼件生產(chǎn)工藝的改進(jìn)、質(zhì)量的提高以及檢測(cè)水平的提高起到一定的作用。 文獻(xiàn) [5]同樣運(yùn)用 ViewCast模擬軟件進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)。然后進(jìn)行凝固模擬，根據(jù)結(jié)果找出最優(yōu)的工藝方案。文章同時(shí)詳細(xì)說明了大型鑄鋼件生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)，例如鑄造工藝技術(shù)，熱處理技術(shù)以及數(shù)值模擬技術(shù)等，尤其是計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬近年來在我國(guó)飛速發(fā)展和運(yùn)用。 文獻(xiàn) [8]針對(duì)與大型礦山機(jī)械上機(jī)架類似結(jié)構(gòu)的鑄件生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)中存在模具活料較多、法蘭尺寸難以控制、起模困難等普遍問題，提出了創(chuàng)新的解決辦法，并成功應(yīng)用。 文獻(xiàn) [10]針對(duì)大型立柱類鑄件、主軸箱體和尾座體箱體類 鑄件質(zhì)量改進(jìn)等對(duì)大型數(shù)控機(jī)床制定了可行的工藝方案，并通過數(shù)值模擬解決了大型鑄件的缺陷。最后通過 CAE 模擬軟件進(jìn)行模擬，進(jìn)一步改善了工藝方案，提高了工藝出品率。 文獻(xiàn) [13]利用 Procast 軟件對(duì) 42CrMo 大型軸承環(huán)件的砂型鑄造工藝進(jìn)行了數(shù)河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 4 值模擬，分析了凝固過程和產(chǎn) 生缺陷的原因。 文獻(xiàn) [14]詳細(xì)敘述了對(duì)厚壁高錳鋼耐磨鑄件的制造工藝要求，通過合理的成分選擇、鑄造澆注工藝、結(jié)合熱處理強(qiáng)化措施，以達(dá)到高錳鋼鑄件的抗沖擊耐磨的特性。 文獻(xiàn) [15]主要介紹了華鑄 CAE 鑄造工藝分析軟件在鐵路大型養(yǎng)路機(jī)械中的應(yīng)用。 論文研究目標(biāo)、 研究 內(nèi)容和方法 研究目標(biāo)：本課題對(duì) 20Mn 轉(zhuǎn)鋼鑄件進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，包括 、 SOLIDCast，最后找出最佳的工藝方案。 （ 2）選定 20Mn 轉(zhuǎn)鋼體的鑄造工藝方案，并進(jìn)行論證。 （ 3）利用 軟件，將零件轉(zhuǎn)化為鑄件圖。 （ 5）利用 SOLIDCast 軟件進(jìn)行澆鑄模擬，并觀察鑄件流場(chǎng)、溫度場(chǎng)，分析存在的缺陷，并最終確定最佳工藝方案。本課題以 軟件為工具對(duì) 20Mn 轉(zhuǎn)鋼的實(shí)體化進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，同時(shí)用 Excel 表格作為輔助工具并用 SOLIDCcast 軟件進(jìn)行澆鑄模擬，最終找到最優(yōu)的鑄造工藝方案。首先，冒 口的凝固時(shí)間 Tr 應(yīng)該大于鑄件被補(bǔ)縮部位的凝固時(shí)間 Tc。一般取安全系數(shù) f=。 硬件設(shè)備 在數(shù)值擬部分應(yīng)用 SOLIDcast 軟件對(duì)鑄件進(jìn)行數(shù)值模擬，應(yīng)用 SOLIDcast 工作站進(jìn)行模擬，其計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備具體如下： 電腦配置為 CPU: ； 安裝內(nèi)存（ RAM）： ( 可用 )； 32 位操作系統(tǒng) ； 硬盤： 500GB。它是 世界最流行的基于 PC 的鑄造工藝設(shè)計(jì)、分析、優(yōu)化軟件 ，其 材料庫中包含了上百種合金材料及其熱物理參數(shù)。 SOLIDCast 提供了一套成熟的澆注系統(tǒng)和冒口設(shè)計(jì)向?qū)?。該設(shè)計(jì)向?qū)Щ谡鎸?shí)鑄造過程的模擬結(jié)果，綜合考慮了鑄件材料、造型材料和其他輔助工藝措施，而不是依靠簡(jiǎn)單幾何的估算。 在 SOLIDCast 基礎(chǔ)上 FSI 公司開發(fā)了專業(yè)流場(chǎng)計(jì)算模塊 FLOWCast，用于模擬液河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 6 態(tài)金屬經(jīng)過澆注系統(tǒng)進(jìn)入型腔的狀態(tài)。 使用 SOLIDCast 建模（或者導(dǎo)入 3D 模型）并劃分網(wǎng)格，直接調(diào)用 FLOWcast 即可模擬液態(tài)金屬的充型過程。這兩個(gè)模塊結(jié)合起來就成為一個(gè)完美的 模擬系統(tǒng) ， 設(shè)置非常簡(jiǎn)單、易學(xué)易用。 圖中 1 為鑄件中間部位，該部分空間上是對(duì)稱的，可以在 XOZ 面上做出草圖，再將該草圖以 Z 軸為對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)；在加強(qiáng)筋部分，同樣可以通過旋轉(zhuǎn)的方法得到整個(gè)加強(qiáng)筋，再畫出需要去除的部分， 二者做布爾求差 運(yùn)算即可以得到加強(qiáng)筋；圖中 2 為鑄件的空腔部位，在這部分造型時(shí)先完成空腔部位的造型，再完成鑄件頂部的造型，二者做布爾求差 運(yùn)算 即可完成該部分空腔的造型；圖中 3為鑄件的外壁，該外壁為鑄件的最小壁厚，外形對(duì)稱，同樣可以在 XOZ 面上繪出草圖，再將該草圖以 Z 軸為對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn) 即可完成；圖中 4 為鑄件與底座相交的圓環(huán)，該部分造型時(shí)，可以首先建立基準(zhǔn)平面，并在基準(zhǔn)平面上繪制草圖，通過草薙的拉伸可以完成該部分的造型。也可以通過草圖拉伸、布爾求差運(yùn)算完成該部分造型。 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 7 澆注位置 澆注位置的 確定是鑄造工藝設(shè)計(jì)中相當(dāng)重要的一環(huán)，關(guān)系到鑄件的質(zhì) 量的好壞、鑄件的尺寸精度的高低以及造型工藝過程的難易，因此往往須制訂出幾種方案加以分析、對(duì)比，擇優(yōu)選用。 6 1 2 3 4 5 7 圖 31 鑄件三維造型圖 圖 32 水平澆注 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 8 以上三種澆注位置是 20Mn 轉(zhuǎn) 缸 的較為合理的三種澆注位置。綜上，該鑄件最終選為垂直向下的澆注 位置 為最佳澆注 位置 。但分析各種分型面方案的優(yōu)劣之后，可能需要重新調(diào)整澆注位置。分型面的優(yōu)略，在很大程度上影響鑄件的尺寸精度、成本和生產(chǎn)率。 圖 32 垂直向上澆注 圖 34垂直向下澆注 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 9 所以，根據(jù)以上原則結(jié)合該鑄件尺寸、結(jié)構(gòu)以及手工造型 時(shí) 的具體砂箱的有效高度，同時(shí)也利于下芯 等，所以將其分為 四箱造型，分別為上箱、第二箱、第三箱和下箱。 砂芯 砂芯的功能是形成鑄件的內(nèi)腔、孔和鑄件外形不能出砂的部位。 砂芯應(yīng)滿足下列要求：砂芯的形狀、尺寸以及在砂型中的位置應(yīng)符合鑄件的要求，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，在鑄件形成過程中砂芯所產(chǎn)生的氣體能夠及時(shí)的排除型外，鑄件收縮時(shí)阻力小和容易清砂。根據(jù)模數(shù)法可以利用 將鑄件切割成幾個(gè)不同的補(bǔ)縮部位，運(yùn)用 的分析體功能準(zhǔn)確算出補(bǔ)縮部位的模數(shù)，進(jìn)行冒口設(shè)計(jì)。為實(shí)現(xiàn)從下往上的順序凝固，分割體二處應(yīng)該加入冷鐵。根據(jù)模數(shù)法： Mr=f M c 其中 f=， Mc=； 所以 Mr=*= 圖 39 為冒口的俯視圖，其中 R1=775mm， R2=345mm， R3=215mm。 二、 冷鐵的設(shè)計(jì) 鑄鋼件的外冷鐵一般用高碳鋼制造，冷鐵面要光潔，無氧化鐵層和油垢，而且與鑄件接觸面平滑或圓滑，無氣孔后縮凹。 圖 39 冒口俯視圖 R2 R1 R3 河北工業(yè)大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 15 根據(jù)轉(zhuǎn)鋼鑄件需要加冷鐵的下部位為環(huán)形結(jié)構(gòu)，故將冷鐵設(shè)計(jì)為隨形冷鐵，環(huán)繞在鑄件外圍，已達(dá)到使鑄件從下往上實(shí)現(xiàn)順序凝固。 36 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)是鑄型中液態(tài)金屬進(jìn)入型腔的通道之總稱，它由澆口杯、直澆道、直澆道窩、橫澆道和內(nèi)澆道等部分組成。 根據(jù)該轉(zhuǎn)鋼薄壁 高大的特點(diǎn)，澆注系統(tǒng)應(yīng)選為階梯式澆注系統(tǒng)。 2） 如果運(yùn)用階梯式澆注系統(tǒng)，內(nèi)澆道將與鑄件底部連接形成熱結(jié)，一方面增加了補(bǔ)縮的難度，另一方面不容易實(shí)現(xiàn)鑄件從下往上的順序凝固。 4） 根據(jù)鑄件形狀，可以用頂注式澆注系統(tǒng)代替澆注系統(tǒng)。 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)： 鐵液消耗總重量： G＝鑄件毛重 +澆冒口重量＝ 11270＋ 3635＝ 14905kg. 圖 37 冷鐵 河北工業(yè)大學(xué) 2020