座體鑄造工藝設(shè)計及其模擬優(yōu)化

1、4州坎膏鑄造過程計算機輔助分析模擬綜合實驗題目：座體鑄造工藝設(shè)計及其模擬優(yōu)化院：機械工程學院學 業(yè)：材料成形及控制工程專級：班名： 姓號： 學指導教師：日月1032014年20/ 1目錄第一章 .零件簡介21.1 零件基本信息21.2 技術(shù)要求5第二章.基于UG零件的三維造型 62.1 軟件簡介62.2 零件的三維造型圖6第三章 .鑄造工藝方案的擬定73.1 工藝方案的確定73.2 型（芯）砂配比73.3 混砂工藝83.4 鑄造用涂料、分型劑及膠補劑83.5 熔煉設(shè)備及熔煉工藝93.6 分型面的選擇63.7 砂箱大小及砂箱中鑄件數(shù)目的確定73.8 鑄造工藝參數(shù)的確定7第四章.砂芯設(shè)計及排氣84

2、.1 芯頭的基本尺寸84.2 砂芯設(shè)計尺寸見下工藝圖9第五章.澆注系統(tǒng)設(shè)計 錯誤!未定義書簽。5.1 澆注系統(tǒng)的類型及選擇 未定義書簽。!誤錯5.2 澆注位置的選擇 錯誤 !未定義書簽。5.3 澆注系統(tǒng)各部分尺寸的計算 錯誤 !未定義書簽。5.4 合金鑄造性能分析 錯誤!未定義書簽。5.5 設(shè)計計算步驟 錯誤 !未定義書簽。5.6 出氣孔 145.7 鑄件工藝出品率14第六章 .模擬仿真部分156.1 充型模擬156.2 凝固模擬15第七章 .結(jié)論及優(yōu)化方案16第八章 .小結(jié) 16主要參考文獻：19要 摘本文通過對座體零件圖的深入分析，根據(jù)零件的形狀、尺寸、 材料等特點，采用傳統(tǒng)設(shè)計方法與計算

3、機輔助設(shè)計相結(jié)合的方式對零件的鑄造工藝進行設(shè)計。分析并確定采用臥式造型合箱，底注式澆注的砂型鑄造工藝方案；確定了鑄鐵件的凝固原則、澆注位置和分型面等；確定了座體鑄鐵件的鑄造工藝參數(shù)并計算了其體積和重量；設(shè)計并計算了箱蓋砂型鑄造的澆注系統(tǒng)；繪制了座體砂型鑄造工藝圖、UG20/ III鑄件圖、合箱圖等；并采用華鑄CAE模擬軟件進行模擬分析。 整 體得到了一套生產(chǎn)該灰鑄鐵箱蓋的砂型鑄造工藝文件。關(guān)鍵詞：座體;砂型鑄造；工藝設(shè)計；模擬分析。箱蓋鑄造工藝設(shè)計及其模擬優(yōu)化零件簡介.第一章 1.1 零件基本信息零件名稱：座體鑄件。零件材料：HT200。產(chǎn)品生產(chǎn)綱領(lǐng)：單件小批量生產(chǎn)。結(jié)構(gòu)：屬厚、薄均勻的小型座

4、體。根據(jù)相關(guān)資料查得HT200具體成分及其含量如表所示。)表1.1.1 HT200化學成分表(質(zhì)量分數(shù)，Si Mn P SCCr0.1500.600W 0.3.33.5W 0.1.952.30 508 .15.90 12 表 1.1.1HT200材料的力學性能抗拉強度硬度延伸率/%/HB /MPa >10>200170241座體零件圖：圖1-1座體零件圖1.2技術(shù)要求20 / 5(1)結(jié)構(gòu)特點及使用要求該零件結(jié)構(gòu)簡單，壁厚均勻為10mm ,座體外形整體較大長 約255mm,寬190mm,高172.5mm。材料為灰鐵，流動性較較 好，收縮大，所以在澆注時容易產(chǎn)生澆不足、冷隔、縮孔和縮

5、松、熱裂、內(nèi)應力以及變形和冷裂等缺陷。(鑄件體積V=1791168.0543mm3 ,質(zhì)量 m=13.824kg。(2)鑄件技術(shù)要求鑄造圓角R3R5;零件的三維造型基于 UG第二章.2.1軟件簡介UG NX2用由 Siemens PLM Software發(fā)布的集 CAD/CAM/CAE 一體化解決方案軟件，它涵蓋了產(chǎn)品設(shè)計、工程和制造中的全套 開發(fā)流程。NX產(chǎn)品開發(fā)解決方案完全支持制造商所需的各種工 具。NX與UGS PLM的其他解決方案的完整套件無縫結(jié)合，這些對于CAD、 CAM和CAE在可控環(huán)境下的協(xié)同、產(chǎn)品數(shù)據(jù) 管理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字化實體模型和可視化都是一個補充。本件采用UG NX進行三

6、維立體建模使工藝設(shè)計直觀形象，便于后 續(xù)分析、模擬及加工等過程的管理與控制。2.2零件的三維造型圖通過運用NX8.5對零件進行立體建模得到如圖2-1所示三維圖。零件的三維造型圖圖 2-1鑄造工藝方案的擬定.第三章1 3.1工藝方案的確定該鑄件屬于薄壁小型件，無需開座體材質(zhì)為灰鑄鐵HT200,生產(chǎn)綱領(lǐng)為單件小批量生產(chǎn)可采用砂型鑄造，成品率高。設(shè)冒口鑄型和型芯都采用味喃樹脂自硬砂，每箱一件，乙醇涂料，造 型強度高，時按模型材質(zhì)選擇合適的脫模劑。采用樹脂砂的優(yōu)點有：可自硬，精度高，鑄件易清理，生產(chǎn)效率高等特點。型（芯）砂配比3.2根據(jù)零件結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)要求，該鑄件采用味喃樹脂自硬砂造3.2 型、造芯即可

7、，具體數(shù)值參考型、芯砂配比如表3.1和表 所示。）型砂配比（配比重量表3.1 Wt%附加物氧化 味喃樹生成新砂再F700固化劑20 / 7 .分砂脂鐵粉0 1.5% 百分 10%90% 1.6% 2.0% 15 比表3.2芯砂配比（配比重量 Wt%）新F70味喃固化附加物氧鐵 01.5%6412.3%2.5%比 表中催化劑含量為占樹脂砂的百分比。3.3 混砂工藝合理地選用混砂機，采用正確的加料順序和恰當?shù)幕焐皶r間 有助于得到高質(zhì)量的樹脂砂。樹脂砂各種原料稱量要準確，其混 砂工藝如下：上上.下下催化劑加樹脂出砂+砂上述順序不可顛倒，否則局部發(fā)生劇烈的硬化反應，縮短可使用時間，影響到樹脂砂的使用性

8、能。 砂和催化劑的混合時間應以催 化劑能均勻的覆蓋住沙粒表面所需的時間為準。3.4 鑄造用涂料、分型劑及膠補劑鑄造涂料在鑄型和砂芯的表面上形成耐火的保護層，避免鑄件產(chǎn)生表面粗糙、機械粘砂、化學粘砂以及減少鑄件產(chǎn)生與砂子有關(guān) 的其它鑄造缺陷，是改善鑄件表面質(zhì)量的重要手段之一。雖然采用涂料增加了工序和費用，但使用涂料之后，不僅鑄件表面光潔，也減少了缺陷降低了清理費用，增加了鑄件在市場上的競爭力，綜合效益得以提高。為滿足要求可選水溶性涂料，根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)選用手工刷涂的方式施涂。鑄造用分型劑可在造型造芯過程中在模樣、芯盒工作表面覆蓋一薄層可以減少或者防止型砂、芯砂對模樣或芯盒的粘附，降低起模力，以便得到

9、表面光潔、輪廓清晰的砂型或砂芯，可手工涂涂柴油。如砂型或砂芯出現(xiàn)裂紋、孔洞、 掉角以及不平整等缺陷可用膠補劑進行修補，以提升生產(chǎn)效率。對自硬樹脂砂可用同種自硬砂+修補膏+膠合劑進行修補。3.5 熔煉設(shè)備及熔煉工藝熔煉設(shè)備：為保證獲得化學成分均勻、穩(wěn)定且溫度較高的鐵液，滿足生產(chǎn)需要這一前提，在大批量流水生產(chǎn)中，宜采用沖天爐-電爐雙聯(lián)熔煉工藝。它可以保證出爐鐵液溫度在1500以上，溫度波動范圍小于等于(-) 10，化學成分(質(zhì)量分數(shù))精度達到 C小于等于+ (-) 0.05%, ZSi小于等于+ (-) 0.10%。20/ 9熔煉工藝：(1) 廢鋼 加廢鋼可明顯提高灰鑄鐵基體中D 型石墨和初生奧氏

10、體的數(shù)量；加廢鋼能促進初生奧氏體的形核及長大；可增加鑄件的強度和孕育。( 2)出爐溫度和澆注溫度出爐溫度一般都控制在14001450之內(nèi)，澆注溫度一般控制在13701440C。（3）孕育處理 為改善石墨形態(tài)和材質(zhì)的均勻性， 孕育處理是十分重要的。孕育的作用為消除白口、改善加工性能， 細化共晶團、獲得A型石墨，使石墨細化及分布均勻， 改善基體 組織、提高力學性能，減小斷面敏感性。綜合孕育劑選擇的主要 兩個因素：滿足工藝性及性能、金相組織的需要；避免鑄件產(chǎn)生 氣孔、縮松、滲漏等缺陷。由于75SiFe瞬時孕育效果好，溶解性 能優(yōu)良，故此鑄鐵熔煉采用此方法。鑄造工藝設(shè)計第四章4.1、鑄件零件圖圖4-1

11、-1鑄件零件圖4.2、 分型面與澆注方式的確定4.2.1、 分型面的選擇該零件幾何結(jié)構(gòu)較為簡單，采用底澆注式的方式澆注，既滿 足要求，又使得澆注系統(tǒng)的設(shè)計簡化，充型平穩(wěn)，減少夾渣、縮 孔，有利于浮渣。不需要再設(shè)計冒口，同時可以提高工藝出品率, 合箱簡單，非常適合單件、小批量的造型成型。分型面選擇如圖4-2-1所示：圖4-2-1分型面的選擇位置4.2.2、 澆注位置的選擇該零件大體輪廓屬于環(huán)形構(gòu)造，根據(jù)型芯情況，結(jié)合分型面的選擇，決定采用底注式的澆注方式，澆注位置如圖 4-2-2所示。20/ 11圖4-2-2鑄件澆注位置4.2.3、 主要的鑄造工藝參數(shù)鑄件尺寸公差和重量公差 1）（該鑄件材質(zhì)為H

12、T200,手工造型，經(jīng)查得，鑄件的尺寸公差等級為11級；重量公差等級為13級，該鑄件的重量公差為 24% 3。機械加工余量）（2該鑄件為鑄鐵（HT200胖，砂型人工造型， 經(jīng)查加工余量等級為 H,經(jīng)查得，加工余量取 7鑄造收縮率3)(由于鑄件的固態(tài)收縮(線收縮)將使鑄件各部分尺寸小于模樣原來的尺寸， 因此，為了使鑄件冷卻后的尺寸與鑄件圖示尺寸一致，則需要在模樣或芯盒上加上其收縮的尺寸。加大的這部分尺寸為鑄件的收縮量，一般用鑄造收縮率表示。 經(jīng)查可知該鑄件的線收縮率為 1.0%。不鑄出孔)4(.因為采用的是單件小批量生產(chǎn)，零件圖中的螺紋孔太小，需鑄出 孔要大于或等于30-50,所以該零件的孔都不

13、能鑄出，鑄件圖如圖4-2-3所不：圖4-2-3 鑄件圖三維圖4.3、 砂芯設(shè)計對于該零件有中空結(jié)構(gòu)，因此需要在鑄造時使用砂芯成型。對于砂芯的要求，應具有足夠的強度和剛度。型芯設(shè)計和澆注系統(tǒng)放置如圖4-3-1所示：如圖4-3-1 型芯和澆注系統(tǒng)的位置4.4、 注系統(tǒng)設(shè)計20 / 134.4.1、 、澆注系統(tǒng)的選擇原則該鑄件為鑄鐵中小型鑄件， 壁厚均勻，根據(jù)鑄鐵件生產(chǎn)要求 及特點，根據(jù)鑄造工藝學表 3-4-12選擇封閉式（II）澆注系統(tǒng)。 取Z2S內(nèi)：Z2S橫：k S直=1:1.1:1.154.4.2、 澆注系統(tǒng)的尺寸確定每個鑄件質(zhì)量13.824kg,共布置1件。鑄件出品率按30%估計, 則型腔內(nèi)

14、金屬質(zhì)量為 13.824/0.3=45.16kg。（1）、確定澆注時間和澆注速度 q=B6 pmn.一澆注時間（S）m一鑄件質(zhì)量或澆注金屬質(zhì)量（kg）6鑄件壁厚(mm)查表計算可得澆注時間為 15s(2)、計算內(nèi)澆道截面積由公式：G一包括澆冒口在內(nèi)的鑄件總重量；一充填一個型腔的時間；一每個鑄件的平均計算壓力頭，查表得到取值為 30cm根據(jù)鑄件情況，n取0.05經(jīng)過上面公式計算和結(jié)合鑄造工藝手冊可得到內(nèi)澆道最小，總截面積約為6061.2,所以取內(nèi)澆道的截面積為30o 一共兩個內(nèi)澆道，每個內(nèi)澆道為采用梯形斷面內(nèi)澆口主要考慮到是從鑄件后凝固處引入，的體形 尺寸，a=h內(nèi)澆口可以很好的起到補縮的作用。

15、采用可得出內(nèi)澆道截面尺寸如下表：內(nèi)澆道截面尺寸表4-4-1 內(nèi)澆道截面積h(mm)a(mm)b (mm)(2883024圖4-4-1內(nèi)澆道界面形狀(3)直澆道及橫澆道尺寸該鑄件屬于中小型鑄件，采用封閉式澆注系統(tǒng)，根據(jù)鑄造工藝手冊可得直、橫、內(nèi)澆道截面積比為1.15:1.1:1。根據(jù) 澆注質(zhì)量為45.16Kg可得直澆道總 截面積為50-60,所以取直澆道截面積為 25。20/ 15直澆道的的截面積采用圓形截面，具體尺寸R=25 mm。直澆道高度可根據(jù)最小剩余壓力頭 HM> Ltg6,取直澆道長度為200 mm圖4-4-2直澆道截面形狀橫澆道采用用梯形截面，橫澆道為分流形式，所以每一個分34

16、,所以根據(jù)鑄造工藝手冊和實際的計算尺流最小截面積為國比例，綜合考慮可得橫澆道具體尺寸選取為a=16mm,b=20mm,h=20mm。橫澆道截面形狀4-4-3圖鑄件工藝出品率4.5.X 100%鑄件工藝出品率=13.824/15.531=89%對該鑄件工藝出品率砂箱大小及砂箱中鑄件數(shù)目的確定4.6.由于鑄件為座體件，結(jié)構(gòu)簡單，采用一箱一件生產(chǎn)方式。模。190m樣高255mm,長200mm,寬為砂箱的尺寸計算：。取砂箱寬度為砂箱寬 =40+40+190=271mm, 300mm。砂箱長=40+40+200=380mm,取砂箱長度為400mm。砂箱各部位的52mm,下砂箱高取60mm下砂箱高=40+

17、12=尺寸如表所列。砂箱外形尺寸表表4-6-1mm）砂箱高（砂箱寬（砂箱長（ mm） mm）300400 上箱 300 400 300 下箱 60模擬仿真部分第五章.20/ 175.1 凝固模擬圖5-1凝固時間模擬圖結(jié)果分析：由上圖可以看出，鑄件最后凝固為鑄件的最上部，沒 有明顯的縮孔縮松，所以不必用冒口。5.2 充型模擬如下圖示:圖 5-2 充型時間模擬圖結(jié)果分析：由上圖可以看出，該鑄型在2.2s時充滿，符合快澆的原則，和理論計算出的澆注時間很接近，而且鑄件沒有澆不足的情況，金屬液能順利地充滿型腔。因此，符合生產(chǎn)實際，滿足生產(chǎn)要求.結(jié)論及優(yōu)化方案.第六章本鑄件體積不太大，結(jié)構(gòu)較簡單，材料為灰鑄鐵其材料是在凝固過程中易出現(xiàn)縮松縮孔等缺陷的灰鑄鐵， 因此此工藝設(shè)計思想是在保證鑄件質(zhì)量前提下，盡量采取合理工藝及先進的分析方法來消除各種缺陷，最后才考慮工藝出品率的提高。小結(jié)第七章.在此次設(shè)計過程中，我們遇到了許多困難，但通過努力也解決了許多問題。這次綜合試驗，我們受益匪淺，不僅深層次的學習了鑄造知識，掌握了鑄造工藝設(shè)計流程，而且還提高了分析問題、解決問題的能力，使自己的專業(yè)素質(zhì)得到了進一步的鍛煉和提升。但同時也深刻發(fā)現(xiàn)了自身知識能力的不足，在日后的生活中，一定會更加