鑄鐵件銅金屬型的模具設(shè)計(jì)

1、唐鑄鐵件銅金展型的模具設(shè)計(jì) 277 應(yīng)用技術(shù)鑄鐵件銅金屬型的模具設(shè)計(jì)唐齷12,齊笑冰2,孫遜2,孫起東I(1.水走大學(xué)封料坊冶會(huì)遼亨氏陽(yáng)110004； 2.洸陽(yáng)信邊研丸所.遼寧沈陽(yáng)110023)摘要：介鋁了利用Unigraphics (H稱(chēng)UG)軟件設(shè)計(jì)銅金屬型模具的方法扼及理論分析.進(jìn)一步憲暮模具設(shè)計(jì)從而確良模具設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞：鑄鐵件；銅金屬熨；模具設(shè)計(jì)；UG中圖分類(lèi)號(hào):TG250.6； TP391.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：Design of Copper Metal Mold toTANG Jil- QI Xiao-bing2, SUN Xun2> SUN Xu-dong1(1

2、.Department of Materials & Metallurgy, Northeastern University, Shenyang 110004> Liaoning, China;2.Shenyang Research Institute of Foundry, Shenyang, 110022, Liaoning China)Abstract： This paper introduces the design methods of copper metal mold for producing iron castings based on UG (Unigraph

3、ics) Numerical simulation of mold filling and solidification process for permanent mold castings are studied to optimize the die design parameters. Based on the numerical simulation re suits and analysis, the final die design is determinedKeywords： iron castings； copper metal mold; mold design； UG唐鑄

4、鐵件銅金展型的模具設(shè)計(jì) 277 唐鑄鐵件銅金展型的模具設(shè)計(jì) 277 金朋型鑄造方法能生產(chǎn)岀內(nèi)部質(zhì)址好和尺寸精度 較高的鑄件.尤其是近年來(lái)汽車(chē)等行業(yè)的迅速發(fā)展, 使得僉居型錯(cuò)造得到廣泛的應(yīng)用。其中銅金屬型鑄造 工藝又是一項(xiàng)敵先進(jìn)的金屬型鑄造方法，由于采用水 冷銅型技術(shù).鑄件冷卻凝固速度快.生產(chǎn)效率高.鑄 件質(zhì)就和將度得以提高，有利于規(guī)?；蛯?zhuān)業(yè)化的生 產(chǎn)。1994年，日本本田公司開(kāi)發(fā)了鑄鐵件銅金屬型 鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，年產(chǎn)轉(zhuǎn)向tt 160萬(wàn)件。1996 年.在美國(guó)的本田工廠(Honda of America Mfg, Inc)建成了同類(lèi)生產(chǎn)線(xiàn)。這標(biāo)志著這一技術(shù)已進(jìn) 入了工業(yè)化生產(chǎn)階段。銅金屬盤(pán)模

5、具的設(shè)計(jì)和制造是鑄鐵件銅金屬型鑄 造技術(shù)的重要一環(huán)，如采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，模貝設(shè) 計(jì)、加工制造周期長(zhǎng).不利于提奇生產(chǎn)效率；特別是 目前工業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代快.要求模貝制造周期越來(lái)越 短。這促進(jìn)我們采用模具設(shè)計(jì)CAD/CAE/CAM技 術(shù)，來(lái)完成銅金屬型模具的設(shè)計(jì)和制適.三維模具設(shè) 計(jì)與制造的優(yōu)點(diǎn)是：與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程相比.更立 觀，更高效；利用CAE進(jìn)行分析，最大限度地減 少了設(shè)計(jì)缺陷(氣孔、冷廂、縮松等)；利用CAM 模塊，提髙了加工能力和效率；UG提供了針對(duì) AutoCAD等其它軟件的數(shù)據(jù)接口，便這些軟件能與 UG軟件互相交換數(shù)據(jù)。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，有利于 提高模具設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和效率，縮短模具制造

6、周期。1模具的設(shè)計(jì)方法主要以壓縮機(jī)缸體鑄鐵件為對(duì)象，開(kāi)始銅金屬型 模具的設(shè)計(jì)工作。金屬型模具主要由宙模、定模、澆注系統(tǒng)、復(fù)位 桿、推桿、推桿板、推板、定位銷(xiāo)、墊鐵、熱電偶探 頭、標(biāo)準(zhǔn)件等零部件組成。模具設(shè)計(jì)過(guò)程一般為：(1) 先根據(jù)零件圖確定鑄造參數(shù)，繪岀鑄造零件 圖，包括設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)、型腔和型芯、分型面、拔模 斜度、收縮率、鑄造圓角等；(2) 利用UG建立鑄件的三維實(shí)體模型；(3) 利用UG設(shè)計(jì)動(dòng)模、定模；(4) 其他零部件設(shè)計(jì)；(5) 根據(jù)金屈型模具傳熱過(guò)程溫度場(chǎng)的數(shù)值模 擬，設(shè)計(jì)模具冷卻系統(tǒng)；(6) 根據(jù)金屬型鑄件充型凝固過(guò)程的數(shù)值模擬對(duì) 鑄件的質(zhì)量做出預(yù)報(bào)。圖1 (a)為壓縮機(jī)缸體鑄造

7、零件設(shè)計(jì)圖。由圖 可知這個(gè)壓縮機(jī)缸體由下面的不對(duì)稱(chēng)圖形、上面的對(duì) 稱(chēng)部分和中間的孔以及若干倒角構(gòu)成。建模步驟為： 在草圖中通過(guò)建立主要持征曲線(xiàn)，從而建立零件主 視圖上的形狀；通過(guò)拉伸實(shí)體的辦法建立零件的大 致立體模型；通過(guò)倒圓角、打中間的孔、旋轉(zhuǎn)和布 爾運(yùn)算形成產(chǎn)品的主要結(jié)構(gòu)特征，獲得產(chǎn)品的實(shí)體三 維模型。所建壓縮機(jī)缸體三維模型如圖1 (b)所示。收權(quán)日期：2004-11-26收到初稿.2005-01-22收列修改稿作審簡(jiǎn)介：(1965-)男.遼寧沈陽(yáng)人，工學(xué)博士，研究主要從事鑄造新材料及工藝的研究。對(duì)于簡(jiǎn)單的零件，婦只有型芯而無(wú)砂芯的零件， 可以直接利用UG提供的用于注塑模具自動(dòng)化設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)

8、應(yīng)用擁塊MoldWizardo MoldWizard為設(shè)計(jì)模具 的型芯、型腔、滑塊、推桿和嵌件提供了更進(jìn)一步的 建模工具.使模具設(shè)計(jì)變得更快捷、容易，設(shè)計(jì)出與 產(chǎn)品參數(shù)相關(guān)的三維模具，并可利用UG生成直接用 于數(shù)控加工的數(shù)控程序。(b)三維模型EE 1壓編機(jī)缸體寫(xiě)件Fig. 1 Compressor housing casting對(duì)于復(fù)雜零件.如只有砂芯的零件，則需要利用 布爾運(yùn)算自行設(shè)計(jì)動(dòng)察、定模及其它零部件。圖2 (a)為壓縮機(jī)缸體的三維模型，圖2 (b)為模具三 視圖。(a)«Fig.2 s2充型. 隕測(cè)本模擬王安許對(duì)匍金畑型芮適出瑚機(jī)6L體進(jìn)行充 型凝固過(guò)程的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)進(jìn)

9、行數(shù)值模擬預(yù)測(cè)銅 金屬型鑄造過(guò)程中可能出現(xiàn)的一些常見(jiàn)鑄造缺陷(如 卷氣、夾渣、冷隔和縮孔、縮松等)及具位置。液態(tài)金屬在銅金屬型內(nèi)的充型凝固過(guò)程，可近似 看作常密度不可壓縮高溫流體在復(fù)雜型腔內(nèi)的帶有自 由表面的流體流動(dòng)和傳熱過(guò)程，采用交錯(cuò)網(wǎng)格技術(shù)進(jìn) 行數(shù)值模擬計(jì)算。根搖銅金屬型實(shí)際大小(包括 冷卻水在內(nèi))進(jìn)行造型和剖分.圖3為鑄件三維實(shí)體 造型和網(wǎng)格剖分結(jié)果。圖4和圖5為應(yīng)用流動(dòng)和傳熱唐鑄鐵件銅金展型的模具設(shè)計(jì) 277 唐鑄鐵件銅金展型的模具設(shè)計(jì) 277 n 1 i n X XI X x o u m唐鑄鐵件銅金展型的模具設(shè)計(jì) 277 唐鑄鐵件銅金展型的模具設(shè)計(jì) 277 圖3鋼金厲勒鑄造壓堀機(jī)缸體

10、三it實(shí)體適型和鋼分Fig.3 DimensiorMl cnmcshment of casting(al) r «2s時(shí)的速度場(chǎng)(a2)f -2 s時(shí)的泥度場(chǎng)(b-1) t =6s時(shí)的連度場(chǎng)(卜2八=6sB|的游度場(chǎng)圖4漁動(dòng)和傳熱計(jì)算結(jié)果Fig.4 (Xlcubiion results of flow and heat transfer 278 Mar. 2005FOUNDRYVol. 54 No. 3 278 Mar. 2005FOUNDRYVol. 54 No. 3 278 Mar. 2005FOUNDRYVol. 54 No. 3 278 Mar. 2005FOUNDRYVol

11、. 54 No. 3(a) r =47 sffi5借件凝固過(guò)程樓擬結(jié)衆(zhòng)Fig.5 Simulation results of solidification proce 278 Mar. 2005FOUNDRYVol. 54 No. 3數(shù)學(xué)模型得到的計(jì)算對(duì)象數(shù)值模擬結(jié)果。由模擬結(jié)果預(yù)測(cè)到銅金屬型鑄造壓縮機(jī)缸體可能 出現(xiàn)的缺陷如下。(1) 鑄件凝固初期，靠近直澆道的鑄件溫度較 高，建議加強(qiáng)銅金屈型模具中部的冷卻；凝固后期， 鑄件內(nèi)部溫度場(chǎng)趨于一致.反映銅金屬型非常強(qiáng)的導(dǎo) 熱能力。(2) 澆注初期，靠近直澆道的鑄件鐵液上升快, 易造成靠近直澆道的鑄件出現(xiàn)卷氣、夾渣缺陷；澆注 后期，鐵液均勻上升。建議

12、修改模具內(nèi)澆道，使鑄件 澆注時(shí)鐵液平穩(wěn)上升。(3) 旨口頸和內(nèi)澆口先于鑄件凝固，符合鑄鐵件 凝固原則，可以讓石縣膨脹補(bǔ)充部分液態(tài)收縮。該模擬結(jié)果為模具設(shè)計(jì)按供了參考方案，同時(shí)可 修改設(shè)計(jì)后的模具，降低了模具制造成本，確保了鑄 件質(zhì)毎。3結(jié)論(1)利用UG可快速完成鑄件、模具的實(shí)體造型(上接第260頁(yè))(9) HU Mu-chcn Numcrkal model of mdti<phasc surface flowD Doctor Thesis of the University of Texas at Arlingion 2000(10) Hwang W S, S<ochr R A

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15、00, 100： 224-229工作，不£降低了模具的制造貞性。(2) $可以預(yù)報(bào)鑄件中的常見(jiàn)秋陷(如卷氣、滅道.冷Pft和縮孔、縮 松等)，而且為模具設(shè)計(jì)工藝參數(shù)的最終確定，提供 了可靠的理論依據(jù)。參考文駅：(!) 井村武等.金熨磚適法召FCD材制適6材料特性(J).誨物 1994 . 66 (II)： 858-865(2) Honda Embraces FPM to Produce Ductile Iron Steering Knuckles(J). Modem Casting, 1996 (11): 513 王棟彥.裁旳李斌.Unigraphics快遼入門(mén)及應(yīng)用(ML北 京：電

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19、Processing Technology, 2001, 111： 59-63(編輯：郭桂林，guogl foundry world com) 278 Mar. 2005FOUNDRYVol. 54 No. 3鑄鐵件銅金屬型的模具設(shè)計(jì)戸方暫掘作者： 作者單位:唐驥，齊笑冰， 孫遜， 孫旭東，TANG Ji, QI Xiao-bing , SUN Xun SUN Xu-dong 唐TANG Ji(東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院遼寧，沈陽(yáng),110004;沈陽(yáng)鑄造研究所遼寧,沈陽(yáng),110023)，齊笑冰 孫遜,QI Xiao-bing,SUN Xun(沈陽(yáng)鑄造研究所遼寧，沈陽(yáng),110023):刊名：英文刊名

20、： 年，卷(期): 被引用次數(shù):孫旭東,SUN鑄造|一匚|7FOUNDRY2005 54(3)0次參考文獻(xiàn)(5條)1. 井村武 金型鑄造法tFC材©制造材料特性1994(11)2. Honda Embraces FPM to Produce Ductile Iron Steering Knuckles1996(11)3. 王棟彥.董玲.李斌Unigraphics快速入門(mén)及應(yīng)用20004. 康亞鵬UG MoldWiza模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程20035. 陶文銓數(shù)值傳熱學(xué)相似文獻(xiàn)(6條)1. 期刊論文 汽車(chē)球墨鑄鐵件銅金屬型鑄造工藝與成套設(shè)備研制-機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新2001,"&qu

21、ot;(4)2. 期刊論文 齊笑冰.劉子安.申澤驥.樸東學(xué).李耀輝.楊立杰 鑄鐵件金屬型鑄造用銅合金金屬型研究-鑄造技術(shù)2001,""(5)介紹了鑄鐵件水冷銅合金金屬型機(jī)械化高效率鑄造生產(chǎn)工系統(tǒng)研究了鑄鐵件鑄造用金屬型材質(zhì)開(kāi)發(fā)出熱導(dǎo)率高、綜合性能優(yōu)良的金屬型用鉻鋯 鎂銅合金系統(tǒng)研究了鑄鐵件鑄造用水冷銅金屬型設(shè)I提出了水冷銅金屬型設(shè)計(jì)和水冷銅金屬型澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則計(jì)制造了汽車(chē)球鐵齒輪水冷 銅合金金屬型并在生產(chǎn)線(xiàn)中進(jìn)行試生產(chǎn)結(jié)果表明鐵液充型平穩(wěn)鑄件合格率395%水冷銅金屬型使用壽命將超過(guò)0X105模次.3. 會(huì)議論文 齊笑冰.唐驥.劉子安.樸東學(xué).李新亞.伊鳳泉.楊樹(shù)春 汽車(chē)球墨鑄鐵件銅金屬型鑄造生產(chǎn)線(xiàn)2001采用水冷銅合金金屬型機(jī)械化高效率生產(chǎn)汽車(chē)球墨鑄鐵鑄係統(tǒng)研究了球墨鑄鐵件金屬型鑄造工？提出最佳化學(xué)成分和工藝參數(shù)控制范!設(shè)計(jì)制 造了成套設(shè)備并組建了球墨鑄鐵件銅金屬型鑄造生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)實(shí)踐表明生產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)行可靠工藝穩(wěn)定水冷銅金屬型鑄造的汽車(chē)球鐵齒輪、惰車(chē)綜合力學(xué) 性能