基于anycasting的阀盖铸造工艺模拟

基于anycasting的阀盖铸造工艺模拟内容摘要：

20％。 此外，材料成分、组织和性能的一致性、 稳定性与发达国家相比也有差距。 发达国家铸造业现状及发展趋势 发达国家总体上铸造技术先进、产品质量好、生产效率高、环境污染少、原辅材料已形成商品化系列化供应，如在欧洲已建立跨国服务系统。 生产普遍实现机械化、自动化、智能化（计算机控制、机器人操作）。 铸铁熔炼使用大型、高效、除尘、微机测控、外热送风无炉衬水冷连续作业冲天炉，普遍使用铸造焦，冲天炉或电炉与冲天炉双联熔炼，采用氮气连续脱硫或摇包脱硫使铁液中硫含量 宁夏大 学机械工程学院 2020 届毕业设计 3 达 %以下；熔炼合金钢精炼多用 AOD、 VOD 等设备，使钢液中 H、 O、 N达到几个或几十个 106 的水平。 在重要铸件生产中，对材质要求高，采用先进的无损检测技术有效控制铸件质量。 普遍采用液态金属过滤技术，过滤器可适应高温诸如钴基、镍基合金及不锈钢液的过滤。 过滤后的钢铸件射线探伤 A 级合格率提高 13 个百分点，铝镁合金经过滤，抗拉强度提高 50%、伸长率提高 100%以上。 广泛应用合金包芯线处理技术，使球铁、蠕铁和孕育铸铁工艺稳定、合金元素收得率高、处理过程无污染，实现了微机自动化控制。 铝基复合材料以其优越性能被广泛重视并日益转向工业规模应用，如汽车驱动杆、缸体、缸套、活塞、连杆等各种重要部件都可用 铝基复合材料制作，并已在高级赛车上应用；在汽车向轻量化发展的进程中，用镁合金材料制作各种重要汽车部件的量已仅次于铝合金。 在大批量中小铸件的生产中，大多采用微机控制的高密度静压、射压或气冲造型机械化、自动化高效流水线湿型砂造型工艺，砂处理采用高效连续混砂机、人工智能型砂在线控制专家系统，制芯工艺普遍采用树脂砂热、温芯盒法和冷芯盒法。 熔模铸造普遍用硅溶胶和硅酸乙酯做粘结剂的制壳工艺。 用自动化压铸机生产铸铝缸体、缸盖；已经建成多条铁基合金低压铸造生产线。 用差压铸造生产特种铸钢件。 所生产的各种口 径的离心球墨铸铁管占铸铁管总量 95%以上，球铁管占球铁年产量 30%50%。 铸造生产全过程主动、从严执行技术标准，铸件废品率仅 2%5%；标准更新快（标龄 45年）；普遍进行 ISO9000、ISO14000 等认证。 重视开发使用互联网技术，纷纷建立自己的主页、站点。 铸造业的电子商务、远程设计与制造、虚拟铸造工厂通过使用身临其境的虚拟环境系统，可以学习通过多媒体先进的产品技术和体验的技巧和诀窍通过虚拟技术实现，这些新元素都在飞速发展。 很明显，中国现有的资源和能源已无法满足传统经济模式下高速发展的要求 ，大力发展循环经济，使中国经济和社会可持续发展，是中国经济发展模式的必然选择。 我们应加大铸造业中循环经济的新技术、新工艺、新材料、新设备的研究和应用，以科学的发展观来发展中国的铸造业。 铸造模拟的介绍 铸造工艺计算机辅助设计 在铸造工艺设计过程中，有许多繁琐的数学计算和大量的查表选择等工作，仅凭工艺设计人员的个人经验和手工操作，不但要花费很多时间，而且设计结果往往因人而异，很难保证铸件质量， 60 年代以来，特别是进入 80 年代后，随着电子计算机技术的迅猛发展，计算机辅助设计技术在工业中得到愈来愈 广泛的应 宁夏大 学机械工程学院 2020 届毕业设计 4 用，也为铸造工艺设计的科学化、精确化提供了良好的工具，成为铸造技术开发和生产发展的重要内容之一。 典型的铸造工艺计算机辅助设计系统工作过程是： ① 接收用户送给的铸件图纸，在以工程图方式接收时可自行进行三维造型； ② 工艺分析和报价；按需要从任一角度或对铸件任一部分结构加以观察，根据三维实体计算铸件重量和不同部位的模数，计算浇冒口等工艺数据，进行铸件的初步设计，估算成本并提出报价 ； ③ 进行铸件的详细设计；从建立的铸件三维实体抽取数据进行三维凝固模拟并修改铸件设计，然后自动生成相应的铸型、芯盒或模具图 ； ④ 铸型、芯盒和模具经数控加工成形，进行浇铸和检验，收集生产中的数据供质量跟踪和知道以后的铸件设计。 目前铸造工艺计算机辅助设计的软件功能一般是单一的，分为铸件设计、凝固模拟和模样加工等相对独立的系统。 铸造工艺计算机辅助设计的特点 首先将零件图通过数字化仪或其他图 形输入设备输入计算机内，然后根据要求标出浇注位置和分型面的位置，进一步绘出加工余量及不铸孔、槽的符号，以及拨模斜度，并标出尺寸，形成铸件图；以此为依据进行铸件模数和重量计算、进行补缩系统和浇注系统设计；将设计计算的结果以图形方式加到铸件图上，再绘出砂芯形状，算出芯头间隙、芯头压紧环、防压环、积砂槽和芯头分块线及尺寸等，从而形成一个完整的工艺图；最后绘制出铸造工艺卡片。 将图形由绘图仪输出，完全取代了手工绘制工艺图和描图、晒图等繁琐工序，而且修改、存档方便，大大提高了设计效率。 与传统的铸造工艺设计方法相比，用计 算机设计铸造工艺有如下特点： ① 计算准确、迅速、消除了人为的计算误差 ； ② 可同时对几个不同的方案进行工艺设计和比较，从而找出较好的方案 ； ③ 能够储存并系统利用铸造工作者的经验，使得使用者不论其经验丰富与否都能设计出较合理的铸造工艺 ； ④ 计算结果能自动打印记录，并能绘制铸造 工艺图等技术文件。 计算机辅助设计不仅使计算机代替了人工设计铸造工艺和绘制工艺图，而且还能优化工艺设计，提高工艺出品率。 铸造工艺计算机辅助设计程序的功能主要表现在以下几方面： ① 铸件的几何、物理量计算，包括铸件体积、表面积、重量及热模数的计算 ； ② 补缩系统的设计计算，包括冒口的设计和计算、冷铁设计计算和设计合理的补缩通道 ； ③ 浇 注系统的设计计算，包括选择浇注系统的类型和各部分截面积计算 ； ④ 绘图，包括铸件图、铸造工艺图、铸造工艺卡等图形的绘制和输出。 宁夏大 学机械工程学院 2020 届毕业设计 5 图形处理的软件系统 近年来，国内外在铸造工艺计算机辅助设计方面已作了较多的研究和开发，相继出现了一批较实用的软件，如美国铸协（ AFS）的 AFSoftware 软件，可用于铸钢铸铁的浇冒口设计；英国 Foseco 公司的 FEEDERCALC 软件可计算铸钢件的浇冒口尺寸 ， 补缩距离及选择保温冒口套等；丹麦 DISA 公司的 DISAMATIC软件专用垂直分型生产线的浇冒口设计；清华大学研制开发的 FTCAD 软件适用于球铁浇冒口系统设计 ； 铸造工艺辅助设计集成软件 CASTCAD 适用于铝合金、铸件和铸钢生产；华北工学院开发的铸钢件集成软件提出了改进 RUDDLE 三次方法设计冒口且实现了参数化设计。 此外，还有许多这方面的软件都已在铸造生产中得到较好的应用，产生了明显的经济效果。 铸造工艺计算机辅助设计中，微机上较多的是采用 AutoCAD 软件 (2D)作为图形处理的支撑软件，国内已有很多再其基础上二次开发的软件，完成铸件图、铸造工艺卡等图形处理 功能。 但目前， 3D 软件发展很快，既有大型软件，如 UG、Pro/E、 CATIA，也有中档软件，如 Solid Edge、 Solid Work、 MDT 等以及低档的一些软件。 (1)Auto CAD 软件包及基本功能 AutoCAD 是美国 Autodesk 公司为 PC 机开发的一个交互式图形软件包，它主要是一个二维图形软件包，具有很强的二维作图编辑功能，也具有简单的三维作图功能 ， 它是目前我国微型计算机上应用最广泛的软件包。 AutoCAD 自 1982年在美国首次推出 ， 版本不断升级 ， 目前已有 AutoCAD2020版本。 它的绘图命令得到了很大改进，产生图形的速度和编辑图形的速度都比以前的版本提高了许多 ， 绘图和编辑功能也都大大增强了。 (2)Pro/Engineer 软件包及基本功能 Pro/Engineer 是一套由设计至生产的机械自动化 3D 软件，是新一代的基于特征的产品造型系统。 Pro/Engineer 是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（ Ribs）、槽（ Slots）、倒角（ Chamfers）和抽空（ Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自 然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。 造型不仅可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持 Postscript 格式的彩色打印机。 Pro/Engineer 还可输出三维和二维图形给予其他应用软件。 Pro/Engineer 是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，可以随意勾画草图，轻易改变模型。 这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。 (3)Unigraphics（ UG）工业设计软件包 宁夏大 学机械工程学院 2020 届毕业设计 6 UG 包括一个灵活的复 合建模模块以及功能强大的逼真照相的渲染，动画和快速的原型工具，复合建模让用户可在下例建模方法中选择：实体建模（ Solid）、曲面建模 (Surface)、线框建模 (Wireframe)及其于特征的参数化建模。 UG 的特征和功能有许多独到之处： ① 功能强大的编程框架，使客户和软件供应商能够开发与 UG 很好集成和完全相关的应用程序 ； ② 在客户的扩展企业的意义上的数据相互可操作性 ， 甚至包括对那此有问 题的输入数据的高成功率。 包括培训，直接技术支持，项目实施，系统集成，数据交换和工程应用的完整服务 ； ③ 虚拟产品开发评估，它用图表表示一个公司采用制造业认可的最佳实践的程度 ； ④ 完整的可升级的产品线，为各层次用户优化的产品线，因而，一个公司可以在需要时以最合适的价格购置或租用仅仅是它需要的那些模块。 在美国航天航空工业已安装有 10000 多套 UG,我们目前也遍及到机械、医疗设备、电子、高技术和 消费品工业。 基于以上介绍的各部分内容的设计原理和设计方法，编制计算机程序，即可得到比较系统和完整的铸造工艺计算机辅助设计软件。 首先将零件图通过数字化仪或其他图形输入设备输入计算机内 ， 然后根据要求标出浇注位置和分型面的位置，进一步绘出加工余量及不铸孔、槽的符号，以及拨模斜度，并标出尺寸，形成铸件图；以此为依据进行铸件模数和重量计算、进行补缩系统和浇注系统设计；将设计计算的结果以图形方式加到铸件图上，再绘出砂芯形状，算出芯头间隙、芯头压紧环、防压环、积砂槽和芯头分块线及尺寸等，从而形成一个完整的工艺图；最后 绘制出铸造工艺卡片。 将图形由绘图仪输出，完全取代了手工绘制工艺图和描图、晒图等繁琐工序，而且修改、存档方便，大大提高了设计效率。 (4)铸造机械及铸造工程 CAD 铸造机械设计的公益性强，设备种类多，计算和绘图量大，利用 CAD 技术可提高效率并优化设计。 国外的铸造设备厂家如德国的 BMD 已采用了 CAD 技术；国内也开发了一些铸造机械设计软件，如清华大学的抛丸机 CAD 系统（ SBMCAD）、气冲造型线平面 布置系统（ MLCAD），机械工业铸机科技信息网 CAD 开发部的铸造及机械化设计软件系统（ ZJCAD），江苏理工大学 的 S568 水玻璃砂再生系统（ FSCAD）等。 这些系统大多以微机为硬件环境，以 AutoCAD 为支撑软件，但所用的开发工具不尽相同。 系统都采用结构化方法进行分析、设计和编程。 将系统分为不同 宁夏大 学机械工程学院 2020 届毕业设计 7 模块，模块的设计遵循通用原则，每一模块能实现某种功能的通用实际和图形绘出，便于系统升级和扩展。 铸造仿真软件介绍 ProCAST 由法国 ESI 公司开发的综合的铸造过程软件解决方案，有 20 多年的历史，提供了很多模块和工程工具来满足铸造工业最富挑战的需求。 基于强大 的有限元分析，它能够预测严重畸变和残余应力，并能用于半固 态成形，吹芯工艺，离心铸造，消失模铸造、连续铸造等特殊工艺。 华铸 CAE 铸造工艺分析软件是分析和优化铸造工艺的重要工具，是华中科技大学（原华中理工大学）经 20 多年研究开发，并在长期的生产实践中不断改进，完善起来的集成软件系统，目前发行的版本是。 它以铸件充型、凝固过程数值模拟技术为核心对铸件的成型过程进行工艺分析和质量预测，从而协助工艺人员完成铸件的工艺优化工作。 多年来在提高产品质量，降低废品，减少消耗，缩短试制周期，赢得外商订单等方面为众多的厂家创造了显著的经济效益，在行业内享有广泛的声誉和信誉。 MAGMA SOFT 铸造仿真软件是全球最佳的压铸铸造软件工具，为铸造业提供改善铸品品质，制程条件，降低成本，增加竞争力的唯一选择。 铸型的充填、凝固、机械性能、残余应力及扭曲变形等的模拟为全面最佳化铸造工程提供了最可靠的保证。 以往只有对铸造工。