鑄造專業(yè)畢業(yè)論文.doc

河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)I掛舵臂鑄造成形過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬摘要介紹了鑄造過(guò)程數(shù)值模擬技術(shù)的一些基本的原理和應(yīng)用。采用華鑄CAE軟件對(duì)大型鑄鋼件掛舵臂的鑄造成形過(guò)程溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬。選用了Solidworks三維造型軟件生成鑄件以及冒口、澆注系統(tǒng)、冒口套、冷鐵等工藝參數(shù)的三維實(shí)體模型，并導(dǎo)出STL格式文件作為接口文件，然后用華鑄軟件進(jìn)行模擬計(jì)算處理。模擬結(jié)果作為改良掛舵臂鑄造工藝的依據(jù)，在掛舵臂肋板熱節(jié)處設(shè)置冷鐵來(lái)提高凝固速度，在冒口上加設(shè)保溫冒口套來(lái)提高冒口的金屬液補(bǔ)縮能力。通過(guò)對(duì)凝固過(guò)程溫度場(chǎng)的模擬分析，優(yōu)化了原始工藝。利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，判斷鑄造工藝的合理性，輔助完成工藝優(yōu)化的方法，能夠徹底克服傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)方法的缺點(diǎn)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短試制周期，降低生產(chǎn)成本。將模擬優(yōu)化后的工藝用于中信重機(jī)公司鑄鍛廠的實(shí)際生產(chǎn)中，結(jié)果表明：通過(guò)合理設(shè)置冒口、冷鐵的位置和大小，合理選擇澆注系統(tǒng)及分型面，可以控制冶煉和熱處理工藝，保證鑄件符合順序凝固的原則，生產(chǎn)出組織致密、性能優(yōu)良、各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到用戶要求的優(yōu)質(zhì)掛舵臂鑄件。關(guān)鍵字：掛舵臂，華鑄CAE，縮孔，工藝優(yōu)化河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)IIComputerSimulationforCastingProcessofRudderArmABSTRACTThisarticlehasintroducedtheprinciplesandapplicationsofnumericalsimulationofcastingprocess.HUAZHUCAEbeenusedtoimitatethetemperaturefieldinthecastingprocessofthelargerudderarm.Inthisexperiment,Solidworks,athree-dimensionalmodelingsoftware,hasbeenusedtocreatethethree-dimensionalentitymodelofcastingandriser,poursystem,riserset,coldiron,etcandleadoutfileswhoseformsareSTLastheinterfacefiles.AndthenIntecasthasbeenusedtoimitatethecomputing.Thesimulationresultisusedasthebasicofimprovingthecastingtechnologyoftherudderhorn.Inordertoenhancethespeedofsolidification,coldironsaresetupintheribhotspotofrudderarm.Andtoimprovethecontractioncompensationcapacityofmoltenmetaloftheriserhead,theinsulatingrisersleevehasbeensetup.Throughthesimulationanalysistheoriginaltechnologyhasbeenoptimized.Utilizingthecomputermodelingtechniquetojudgetherationalityofcastingtechnologyandtoassisttheoptimizationofcastingtechnologycanovercometheshortcomingofthetraditionalmethodoncraftdesigncompletely.Thatcanimprovedesignqualityandshortenproductioncycleaswellasreducetheproductioncost.CITICheavymachineryCO.adoptedtheoptimizedtechnologyintheactualproduction.Theresultsshowsthatcastofrudderarmwithcompacttexture,highqualityandsatisfyingparameterscanbeproducedbyproperlysettingthepositionandsizeofriserandcoldiron,properlychoosingperfusionsystemandpartingplane，controlingsmeltingandheattreatmentprocessandensuringthatthecastaccordtotheprincipleofsequentialsolidification.KEYWORDS：rudderarm,HUAZHUCAE,shrinkage,processoptimization河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)III目錄第一章緒論.11.1造船業(yè)的發(fā)展與掛舵臂鑄件的介紹.11.2掛舵臂的傳統(tǒng)鑄造工藝.31.2.1掛舵臂成型特點(diǎn).41.2.2傳統(tǒng)鑄造工藝.4第二章掛舵臂縮孔、縮松等缺陷的研究.72.1縮孔、縮松產(chǎn)生的原因和過(guò)程.72.2掛舵臂生產(chǎn)中縮孔、縮松等缺陷的產(chǎn)生.82.3掛舵臂生產(chǎn)中縮孔、縮松缺陷的防止.92.3.1掛舵臂鑄件中縮孔位置的確定.92.3.2掛舵臂鑄件生產(chǎn)中縮孔的防止.11第三章掛舵臂成形過(guò)程溫度場(chǎng)數(shù)值模擬及工藝優(yōu)化.133.1計(jì)算機(jī)技術(shù)在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用.133.2華鑄CAE的概述.143.3華鑄CAE對(duì)掛舵臂鑄造過(guò)程溫度場(chǎng)的模擬.163.3.1STL文件的前置處理.163.3.2溫度場(chǎng)的計(jì)算分析.173.3.3模擬結(jié)果顯示與分析.193.4掛舵臂鑄造工藝優(yōu)化.20第四章掛舵臂鑄鋼件的實(shí)際生產(chǎn).23結(jié)論.27參考文獻(xiàn).28致謝.錯(cuò)誤!未定義書簽。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)1第一章緒論1.1造船業(yè)的發(fā)展與掛舵臂鑄件的介紹中國(guó)造船業(yè)經(jīng)過(guò)幾代人的努力，取得了令世人矚目的成就。2006年中國(guó)造船產(chǎn)量達(dá)到1400萬(wàn)載重噸，占世界造船總產(chǎn)量的20%份額，造船總量位居世界第三1。中國(guó)船舶工業(yè)應(yīng)以加入WTO為契機(jī)，抓住新的機(jī)遇，放眼世界，充分利用國(guó)內(nèi)和國(guó)外兩個(gè)資源、兩個(gè)市場(chǎng)，努力創(chuàng)新，“做大、做強(qiáng)”中國(guó)船舶工業(yè)。從世界造船競(jìng)爭(zhēng)格局的演變看，進(jìn)入新世紀(jì)，世界造船業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移步伐加快，中國(guó)造船業(yè)正在迅速崛起，在世界造船業(yè)中的地位日益突出。中國(guó)船舶工業(yè)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)施跨越式發(fā)展的新時(shí)期，呈現(xiàn)強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭和巨大的發(fā)展?jié)摿?，中?guó)船舶工業(yè)所具有的綜合比較優(yōu)勢(shì)，使中國(guó)最有希望成為下一個(gè)造船王國(guó)。按照船舶系統(tǒng)“十一五”規(guī)劃，加強(qiáng)船舶自主設(shè)計(jì)能力、船用裝備配套能力和大型造船設(shè)施建設(shè)，優(yōu)化散貨船、油輪、集裝箱船三大主力船型，如圖1-1所示，重點(diǎn)發(fā)展高技術(shù)、高附加值的新型船舶和海洋工程裝備。這不僅僅是中國(guó)船舶制造工業(yè)的發(fā)展，無(wú)疑也對(duì)中國(guó)整體高技術(shù)制造生產(chǎn)、高質(zhì)量鑄件生產(chǎn)提出更高要求。據(jù)計(jì)算，每百萬(wàn)噸載重船需要船廠外協(xié)的鑄鍛件1萬(wàn)2萬(wàn)噸。所以船用鑄件，尤其是大型船用鑄件的生產(chǎn)技術(shù)對(duì)造船業(yè)的發(fā)展有著極大的影響。散貨船20萬(wàn)噸油輪河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)2集裝箱船圖1-1三大主力船型眾所周知，船舶的航行除了前進(jìn)的動(dòng)力，還需要方向的確定和轉(zhuǎn)變，而舵就是船舶轉(zhuǎn)變方向的設(shè)備，所以舵系是船舶航行最主要的設(shè)備之一，直接關(guān)系到船舶航行的安全性能。舵系的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作，在外裝區(qū)域設(shè)計(jì)中占有重要的地位，其質(zhì)量的好壞直接影響到整艘船舶下水節(jié)點(diǎn)和建造質(zhì)量2。作為本研究對(duì)象的掛舵臂為船舶上重要部件之一(如圖1-2)，其用途是來(lái)承受舵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所使與的拉應(yīng)力與壓應(yīng)力。掛舵臂與艉軸管安裝位置示意如圖1-3所示，從而掛舵臂結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形狀特殊、尺寸精度要求高。另外，掛舵臂幾乎所有面均設(shè)計(jì)為曲面，以使船舶在航行中所受阻力小。圖1-2掛舵臂河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)3圖1-3掛舵臂與艉軸管安裝位置示意圖以上種種的使用要求和設(shè)計(jì)思想無(wú)不體現(xiàn)對(duì)高技術(shù)制造業(yè)尤其對(duì)鑄造業(yè)的迫切需求。掛舵臂鑄鋼件大都為小批量生產(chǎn)，鑄件重量大（單件重量80157t）耗用鋼水材料多，進(jìn)行反復(fù)試澆顯然是不合理的，而傳統(tǒng)的鑄造工藝往往只是憑借鑄造工藝人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，常常需要反復(fù)試澆，進(jìn)行超聲波探傷和磁粉探傷等鑒定和分析之后，才能得到一個(gè)合理、優(yōu)化的鑄造工藝方案。本文正是探討利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)（CAE）對(duì)大型鑄鋼件掛舵臂鑄造成形過(guò)程的溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)縮孔、縮松缺陷，進(jìn)而對(duì)鑄造工藝進(jìn)行優(yōu)化，改變傳統(tǒng)的“試制”模式，以計(jì)算機(jī)技術(shù)提高鑄造業(yè)鑄造技術(shù)水平，并為中國(guó)船舶工業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。1.2掛舵臂的傳統(tǒng)鑄造工藝大型掛舵臂鑄鋼件是支撐、吊掛舵結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵件，掛舵臂的性能和質(zhì)量在船舶航運(yùn)中起著非常重要的作用。生產(chǎn)中不但要保證鑄件的形體尺寸完美地符合圖紙規(guī)定的流線型外表，以減小輪船在大海中行駛的阻力。還要控制內(nèi)部質(zhì)量，保證掛舵臂在惡劣的工作環(huán)境下滿足使用要求，確保整個(gè)船只的安全航行。本設(shè)計(jì)掛舵臂鑄件材質(zhì)為KSC49,化學(xué)成分見表1-1，其中殘余元素Cr、Ni、Mo、Cu總含量1%，外型輪廓尺寸為762918605639mm,重量為82t，結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，鑄件尺寸公差要求較嚴(yán)格，鑄造難度大，澆冒口處、圓角處、機(jī)加工表面和特殊表面均要求超聲探傷和著色探傷。為此應(yīng)該對(duì)該鑄件進(jìn)行了仔細(xì)的分析，制訂合理可行的鑄造工藝，以生產(chǎn)出合格的鑄件。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)4表1-1KSC49的化學(xué)成分（Wt%）材質(zhì)CSiMnPS殘余元素（總量不大于1）CrNiMoCuKSC400.600.890.920.0250.010.200.500.200.301.2.1掛舵臂成型特點(diǎn)掛舵臂鑄件的成形過(guò)程具有如下特點(diǎn)：1.由表1-1可看出，碳量在Fe-C相圖中位于包晶區(qū)，凝固特性決定鑄件易形成顯微縮松，磁粉探傷后出現(xiàn)超標(biāo)磁痕顯示，特別是加工后不易進(jìn)行返修、焊補(bǔ)和回火處理3。2.結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形狀特殊，幾乎所有面均為曲面，形狀均為流線型，每個(gè)斷面尺寸均不相同，其特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為工藝編制、造型、清理等工序均帶來(lái)不便。3.掛舵臂質(zhì)量要求高，形位公差要求極其嚴(yán)格，且要求磁粉探傷和超聲波探傷。而中間型腔芯子易漂浮，使鑄件壁厚不均勻。4.鑄件尺寸大、重量大，最大重量達(dá)150t，鋼液總量200t以上，需要三包鋼液合澆，給生產(chǎn)組織和質(zhì)量管理增加了難度。各船級(jí)社船都要求在船用鑄鋼件重要部位進(jìn)行超聲波探傷和磁粉探傷，所以鑄造工藝設(shè)計(jì)中必須采用針對(duì)性的技術(shù)措施有效地預(yù)防各種鑄造缺陷。1.2.2傳統(tǒng)鑄造工藝掛舵臂鑄鋼件是船舶的必備部件，隨著船舶工業(yè)的發(fā)展，各工礦企業(yè)在掛舵臂