壓鑄工藝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模式

1、壓鑄工藝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，已有約6000年的歷史。中國約在公元前1700前1000年之間已進(jìn)入青銅鑄件的全盛期，工藝上已達(dá)到相當(dāng)高的水平。中國商朝的重875公斤的司母戊方鼎，戰(zhàn)國時(shí)期的曾侯乙尊盤，西漢的透光鏡，都是古代鑄造的代表產(chǎn)品。早期的鑄件大多是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活等方面的工具或用具，藝術(shù)色彩濃厚。那時(shí)的鑄造工藝是與制工藝并行發(fā)展的，受器的影響很大。 中國在公元前513年，鑄出了世界上最早見于文字記載的鑄鐵件晉國鑄型鼎，重約270公斤。歐洲在公元八世紀(jì)前后也開始生產(chǎn)鑄鐵件。鑄鐵件的出現(xiàn)，擴(kuò)大了鑄件的應(yīng)用圍。例如在1517世紀(jì)，德、法等國先后敷設(shè)了不少向居民供飲用

2、水的鑄鐵管道。18世紀(jì)的工業(yè)革命以后，蒸汽機(jī)、紡織機(jī)和鐵路等工業(yè)興起，鑄件進(jìn)入為大工業(yè)服務(wù)的新時(shí)期，鑄造技術(shù)開始有了大的發(fā)展。 進(jìn)入20世紀(jì)，鑄造的發(fā)展速度很快，其重要因素之一是產(chǎn)品技術(shù)的進(jìn)步 ，要求鑄件各種機(jī)械物理性能更好，同時(shí)仍具有良好的機(jī)械加工性能；另一個(gè)原因是機(jī)械工業(yè)本身和其他工業(yè)如化工、儀表等的發(fā)展，給鑄造業(yè)創(chuàng)造了有利的物質(zhì)條件。如檢測手段的發(fā)展，保證了鑄件質(zhì)量的提高和穩(wěn)定，并給鑄造理論的發(fā)展提供了條件；電子顯微鏡等的發(fā)明，幫助人們深入到金屬的微觀世界，探查金屬結(jié)晶的奧秘，研究金屬凝固的理論，指導(dǎo)鑄造生產(chǎn)。 在這一時(shí)期開發(fā)出大量性能優(yōu)越，品種豐富的新鑄造金屬材料，如球墨鑄鐵，能焊接的

3、可鍛鑄鐵，超低碳不銹鋼，鋁銅、鋁硅、鋁鎂合金，鈦基、鎳基合金等，并發(fā)明了對灰鑄鐵進(jìn)行孕育處理的新工藝，使鑄件的適應(yīng)性更為廣泛。 50年代以后，出現(xiàn)了濕砂高壓造型，化學(xué)硬化砂造型和造芯，負(fù)壓造型以與其他特種鑄造、拋丸清理等新工藝，使鑄件具有很高的形狀、尺寸精度和良好的表面光潔度，鑄造車間的勞動(dòng)條件和環(huán)境衛(wèi)生也大為改善。20世紀(jì)以來鑄造業(yè)的重大進(jìn)展中，灰鑄鐵的孕育處理和化學(xué)硬化砂造型這兩項(xiàng)新工藝有著特殊的意義。這兩項(xiàng)發(fā)明，沖破了延續(xù)幾千年的傳統(tǒng)方法，給鑄造工藝開辟了新的領(lǐng)域，對提高鑄件的競爭能力產(chǎn)生了重大的影響。 鑄造一般按造型方法來分類，習(xí)慣上分為普通砂型鑄造和特種鑄造。普通砂型鑄造包括濕砂型、

4、干砂型、化學(xué)硬化砂型三類。特種鑄造按造型材料的不同，又可分為兩大類：一類以天然礦產(chǎn)砂石作為主要造型材料，如熔模鑄造、殼型鑄造、負(fù)壓鑄造、泥型鑄造、實(shí)型鑄造、瓷型鑄造等；一類以金屬作為主要鑄型材料，如金屬型鑄造、離心鑄造、連續(xù)鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造等。 鑄造工藝可分為三個(gè)基本部分，即鑄造金屬準(zhǔn)備、鑄型準(zhǔn)備和鑄件處理。 鑄造金屬是指鑄造生產(chǎn)中用于澆注鑄件的金屬材料，它是以一種金屬元素為主要成分，并加入其他金屬或非金屬元素而組成的合金，習(xí)慣上稱為鑄造合金，主要有鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色合金。 金屬熔煉不僅僅是單純的熔化，還包括冶煉過程，使?jié)策M(jìn)鑄型的金屬，在溫度、化學(xué)成分和純凈度方面都符合預(yù)期要求。為此

5、，在熔煉過程中要進(jìn)行以控制質(zhì)量為目的的各種檢查測試，液態(tài)金屬在達(dá)到各項(xiàng)規(guī)定指標(biāo)后方能允許澆注。有時(shí)，為了達(dá)到更高要求，金屬液在出爐后還要經(jīng)爐外處理，如脫硫、真空脫氣、爐外精煉、孕育或變質(zhì)處理等。熔煉金屬常用的設(shè)備有沖天爐、電弧爐、感應(yīng)爐、電阻爐、反射爐等。 不同的鑄造方法有不同的鑄型準(zhǔn)備容。以應(yīng)用最廣泛的砂型鑄造為例，鑄型準(zhǔn)備包括造型材料準(zhǔn)備和造型造芯兩大項(xiàng)工作。砂型鑄造中用來造型造芯的各種原材料，如鑄造砂、型砂粘結(jié)劑和其他輔料，以與由它們配制成的型砂、芯砂、涂料等統(tǒng)稱為造型材料造型材料準(zhǔn)備的任務(wù)是按照鑄件的要求、金屬的性質(zhì)，選擇合適的原砂、粘結(jié)劑和輔料，然后按一定的比例把它們混合成具有一定性

6、能的型砂和芯砂。常用的混砂設(shè)備有碾輪式混砂機(jī)、逆流式混砂機(jī)和葉片溝槽式混砂機(jī)。后者是專為混合化學(xué)自硬砂設(shè)計(jì)的，連續(xù)混合，速度快。 造型造芯是根據(jù)鑄造工藝要求，在確定好造型方法，準(zhǔn)備好造型材料的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。鑄件的精度和全部生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)效果，主要取決于這道工序。在很多現(xiàn)代化的鑄造車間里，造型造芯都實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化或自動(dòng)化。常用的砂型造型造芯設(shè)備有高、中、低壓造型機(jī)、拋砂機(jī)、無箱射壓造型機(jī)、射芯機(jī)、冷和熱芯盒機(jī)等。 鑄件自澆注冷卻的鑄型中取出后，有澆口、冒口與金屬毛刺披縫，砂型鑄造的鑄件還粘附著砂子，因此必須經(jīng)過清理工序。進(jìn)行這種工作的設(shè)備有拋丸機(jī)、澆口冒口切割機(jī)等。砂型鑄件落砂清理是勞動(dòng)條件較差的

7、一道工序，所以在選擇造型方法時(shí) ，應(yīng)盡量考慮到為落砂清理創(chuàng)造方便條件。有些鑄件因特殊要求，還要經(jīng)鑄件后處理，如熱處理、整形、防銹處理、粗加工等。 鑄造是比較經(jīng)濟(jì)的毛坯成形方法，對于形狀復(fù)雜的零件更能顯示出它的經(jīng)濟(jì)性。如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體和缸蓋，船舶螺旋槳以與精致的藝術(shù)品等。有些難以切削的零件 ，如燃汽輪機(jī)的鎳基合金零件不用鑄造方法無法成形。 另外，鑄造的零件尺寸和重量的適應(yīng)圍很寬，金屬種類幾乎不受限制；零件在具有一般機(jī)械性能的同時(shí)，還具有耐磨、耐腐蝕、吸震等綜合性能，是其他金屬成形方法如鍛、軋、焊、沖等所做不到的。因此在機(jī)器制造業(yè)中用鑄造方法生產(chǎn)的毛坯零件，在數(shù)量和噸位上迄今仍是最多的。 鑄造生

8、產(chǎn)有與其他工藝不同的特點(diǎn)，主要是適應(yīng)性廣、需用材料和設(shè)備多、污染環(huán)境。鑄造生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生粉塵、有害氣體和噪聲對環(huán)境的污染，比起其他機(jī)械制造工藝來更為嚴(yán)重，需要采取措施進(jìn)行控制。 鑄造產(chǎn)品發(fā)展的趨勢是要求鑄件有更好的綜合性能，更高的精度，更少的余量和更光潔的表面。此外，節(jié)能的要求和社會(huì)對恢復(fù)自然環(huán)境的呼聲也越來越高。為適應(yīng)這些要求，新的鑄造合金將得到開發(fā)，冶煉新工藝和新設(shè)備將相應(yīng)出現(xiàn)。 鑄造生產(chǎn)的機(jī)械化自動(dòng)化程度在不斷提高的同時(shí)，將更多地向柔性生產(chǎn)方面發(fā)展，以擴(kuò)大對不同批量和多品種生產(chǎn)的適應(yīng)性。節(jié)約能源和原材料的新技術(shù)將會(huì)得到優(yōu)先發(fā)展，少產(chǎn)生或不產(chǎn)生污染的新工藝新設(shè)備將首先受到重視。質(zhì)量控制技術(shù)在各

9、道工序的檢測和應(yīng)力測定等方面，將有新的發(fā)展。 鑄造工作者在電子技術(shù)和測試手段不斷進(jìn)步的條件下，將對金屬結(jié)晶凝固和型砂緊實(shí)等理論進(jìn)行更深入的探索，以研究提高鑄件性能和部質(zhì)量的有效途徑。機(jī)器人和電子計(jì)算機(jī)在鑄造生產(chǎn)和管理領(lǐng)域里的應(yīng)用，也將日益廣泛?，F(xiàn)在鑄造工廠所采用的造型方法，過去十年間沒有大的變化而造型技術(shù)有了大的進(jìn)步。對濕砂造型、精密砂型、消失模鑄造分別敘述如下。 1濕砂造型法。Mount公司認(rèn)為：適用于大部分金屬材質(zhì)、大批量生產(chǎn)的造型法中，粘土濕砂造型是最經(jīng)濟(jì)的造型法。鑄造工廠裝備有最新技術(shù)的控制裝置，就應(yīng)逐步做到，用濕型砂控制技術(shù)可以反復(fù)得到最佳的性能。這些控制裝置包括，篩分分離金屬、回用

10、砂的冷卻、回用砂混練時(shí)準(zhǔn)確釋量添加劑等等。 Vulcan 公司認(rèn)為，現(xiàn)在的粘土濕砂造型機(jī)具有優(yōu)良的性能，能以二年前從未達(dá)到過的速度，制造要求嚴(yán)格、允許差別很小時(shí)濕砂型。再加上準(zhǔn)確控制效率高的供砂裝置，使粘土濕砂型在鐵基合金和非鐵合金的造型中保持最重要的地位。 Macler Assoc認(rèn)為，在濕砂造型中，垂直分型與水平分型兩種加以比較，對于大批量生產(chǎn)中、小型，灰鐵件或球鐵件的鑄造工廠，重直分型造型都占優(yōu)勢，因其設(shè)備費(fèi)用比較便宜、可以高速造型、所需人員少、緊實(shí)度的偏差小等優(yōu)點(diǎn)。但采用垂直分型工藝，在澆口方案與昌口與形態(tài)上，以與在用復(fù)雜的芯子、過濾片、冷鐵、套管、舂入芯等方面都受到限制。此外，用流動(dòng)

11、性好的合金鑄造時(shí)，由于金屬靜壓比較高，容易引起金屬滲透粘砂。 在制造有色合金鑄件方面，已設(shè)計(jì)了適合這類合金鑄件的大批量生產(chǎn)各種特性垂直分型造型法，現(xiàn)正在推廣。但是，具有要求的機(jī)械特性的鑄件，在用這種造型法達(dá)到相當(dāng)高度的大批量生產(chǎn)之前，作為大批量鋁合金鑄件的生產(chǎn)方式，金屬型鑄造法依然占有優(yōu)勢。 Macler Assoc認(rèn)為，水平分型濕砂型鑄造法，對于中、小批量鑄造工廠，還是有利的造型法之一，無論是上型、下型方式，或雙面模板方式，對復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)都有適應(yīng)性。可在一個(gè)循環(huán)期更換模樣，短時(shí)間運(yùn)行、長時(shí)間運(yùn)行都可以有效的進(jìn)行生產(chǎn)。但手工操作需要機(jī)械化，為了保證生產(chǎn)表面優(yōu)良、尺寸精度高的鑄件，還需對整套設(shè)

12、備進(jìn)行改造。溫砂造型法的選擇，需要考慮以下各點(diǎn)： 要有能造型出硬度均一的高質(zhì)量鑄型的造型設(shè)備。 可以迅速更換模板。 下芯、鑄型的裝卸機(jī)械化。 Macler Assoc談到，為使造型度均一，采用了多種技術(shù)。有幾種自動(dòng)雙面模板機(jī)采用了射砂和壓實(shí)法，此時(shí)，為了取得均一的鑄型密度，射砂和壓實(shí)法，此時(shí)，為了取得均一的鑄型密度，射砂的方向要是與板垂直的方向。還有一種上型、下型造型機(jī)，為使鑄型密度均一，還采了微振擊和壓實(shí)。另外，為向模樣填砂時(shí)有強(qiáng)的沖擊力，也有用高壓縮氣體的。 但是，為得到均一的鑄型硬度，采用了多種方法，對各種造型方式來講一種方法是解決不了的。在造型機(jī)的選擇上，要對現(xiàn)在使用的鑄造廠進(jìn)行調(diào)查，

13、并用自己的模樣試驗(yàn)，以觀察其結(jié)果。 精密砂型 這種造型法的要點(diǎn)是用冷芯盒法的化學(xué)粘結(jié)鑄型。Vulcan認(rèn)為這是鋁合金缸體和缸蓋鑄件鑄造工藝的復(fù)活。其理由是這種方法，可將缸套鑄在缸體中，同時(shí)，還有能使用實(shí)現(xiàn)方向性凝固的冷鐵的優(yōu)點(diǎn)。 這種方法是在1970年代出現(xiàn)的用于鑄造近凈形鑄件和用濕砂鑄造對需要增加芯子的形狀復(fù)雜的鑄件?，F(xiàn)在，鑄造形狀復(fù)雜尺寸的準(zhǔn)確的鑄件時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的辦法是用冷芯盒造型法。而且，與砂型鑄造相比適用于更多的合金。在制芯作業(yè)中可見到，由于樹脂化學(xué)和造型裝置的革新，可用更低的價(jià)格鑄造質(zhì)量，更高的零部件用液泵和機(jī)械手自動(dòng)生產(chǎn)線，裝置進(jìn)一步改善，所需勞動(dòng)力減少，可生產(chǎn)出高質(zhì)量、低成本的鑄件。

14、冷芯盒工藝造型機(jī)是制芯機(jī)的重大的變型。有的造型機(jī)上型、下型同時(shí)造型，有的造型機(jī)可制出兩面型腔的鑄型疊型鑄造，第三種變型是利用二組造型機(jī)，一組是上型，一組造下型。 這些造型機(jī)為了提高精度，使分型線的飛邊最小，在全過程中將鑄型緊實(shí)是其特點(diǎn)。大型造型機(jī)，為使其動(dòng)作平滑可靠完全用油壓驅(qū)動(dòng)。裝有機(jī)械手，實(shí)施上涂料型、干燥、下芯、涂粘結(jié)劑和合箱等作業(yè)。由于有了這些裝置，可減少所需的勞動(dòng)力，保證最高的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。這種冷芯盒造型機(jī)，其鑄型的狀況不僅影響鑄件表面質(zhì)量和清理作業(yè)，對芯子的正確組裝和芯頭使型砂在射砂頭中流態(tài)化的位置也有影響，因而，鑄型的設(shè)計(jì)是非常重要的。 Macler Assoc稱，冷芯盒造型機(jī)

15、有幾種射砂技術(shù)。大部分造型機(jī)，這種型式的造型機(jī)，用低壓大風(fēng)量射砂，每個(gè)循環(huán)后都可以使射砂。有二、三個(gè)機(jī)械廠不是使砂子流態(tài)化，而是用"擠出方式，用有專利權(quán)設(shè)計(jì)的射砂，低氣量高壓射砂，有的機(jī)械廠認(rèn)為，用擠出方式，制造復(fù)雜的鑄型時(shí)，砂子也容易流動(dòng)。這二種技術(shù)，最好用自己的模樣進(jìn)行試用比較，選出最好的方法"。 冷芯盒造型法，可以制造尺寸非常準(zhǔn)確的復(fù)雜鑄型，但模費(fèi)用和型砂粘接劑、催化劑的成本比濕砂型用的砂和粘接劑的價(jià)格要高，冷芯盒造型法的造型速度低。 消失模鑄型 Vulcan消失模鑄造由于設(shè)備和原料改進(jìn)而有所發(fā)展，采用的比率在不斷擴(kuò)大。多方向的充填工作點(diǎn)，充填砂（后續(xù)砂）即時(shí)充填等新

16、技術(shù)、使鑄件質(zhì)量，造型速度提高而成本降低。 消失模鑄造的優(yōu)點(diǎn)有：發(fā)泡?？蓻]有斜度或鈄度很小，有時(shí)還可用鈄度使復(fù)雜形狀可以造型，設(shè)計(jì)上有自由度。此外，可使鑄件重量減輕，減少甚至不需機(jī)械加工，不用芯子也可鑄造等。設(shè)備上的革新，組成的部件、涂料、充填介質(zhì)等新的開發(fā)、使鑄件質(zhì)量和生產(chǎn)效率提高，從而使市場日益擴(kuò)大。面向?qū)ο?Object-Orientated)方法能夠描述現(xiàn)實(shí)世界客觀對象之間的層次關(guān)系、對象的操作方法、以與對象的性質(zhì)等，從而反映了一個(gè)動(dòng)態(tài)實(shí)體體系的各個(gè)層次與側(cè)面。建立對象模型的目的在于從實(shí)體中提取對具體應(yīng)用有用的概念，并用易于理解的方式來描述。壓鑄工藝與模具設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各個(gè)描述實(shí)體，如壓

17、鑄合金，澆注系統(tǒng)，型腔鑲塊等，實(shí)際上都可由數(shù)據(jù)模型來定義。壓鑄工藝數(shù)據(jù)庫的建立，是為后續(xù)的面向?qū)ο髩鸿T工藝與模具設(shè)計(jì)過程提供基本數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。 1 面向?qū)ο蟮膲鸿T數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建模 面向?qū)ο蟮膲鸿T數(shù)據(jù)庫是一種基于面向?qū)ο笏枷氲年P(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(OODBMS)。將數(shù)據(jù)庫中每一個(gè)描述實(shí)體都作為一個(gè)對象(Object)，且每個(gè)對象是唯一可標(biāo)識的。對象是由描述實(shí)體所包含的一組數(shù)據(jù)和施加于這些數(shù)據(jù)上的操作組成。具有相似性質(zhì)的對象通過概括語義關(guān)系形成一個(gè)類(Class)，對象是類的一個(gè)實(shí)例。在OODBMS中，對象-類模型通過定義類，對象，對象間關(guān)系，以與標(biāo)識類中對象的屬性和操作來建立數(shù)據(jù)模型。對象的操作包括事

18、件(即消息)，過程與方法等。數(shù)據(jù)模型可由類圖來表示，其一般結(jié)構(gòu)如下： 在本研究的OODBMS中，包括了壓鑄合金類數(shù)據(jù)庫，壓鑄機(jī)類數(shù)據(jù)庫，壓鑄件尺寸類數(shù)據(jù)庫，模具標(biāo)準(zhǔn)零件類數(shù)據(jù)庫等。其類圖可表達(dá)如下 (1)壓鑄合金類圖 (2)壓鑄機(jī)類圖 壓鑄機(jī)包括臥式冷壓室壓鑄機(jī)，立式冷壓室壓鑄機(jī)以與熱壓室壓鑄機(jī)等。根據(jù)壓鑄零件的結(jié)構(gòu)條件，確定澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，再選取適宜的壓鑄機(jī)類型。 (3)壓鑄件尺寸類圖 (4)模具標(biāo)準(zhǔn)零件類圖 模具標(biāo)準(zhǔn)零件類包括模板類(分套板，墊板和推出機(jī)構(gòu)推板等形式)，導(dǎo)套類，導(dǎo)柱類等 導(dǎo)套類和導(dǎo)柱類還存在如下關(guān)聯(lián)語義關(guān)系 關(guān)于各個(gè)對象類的操作，將在后續(xù)的壓鑄工藝與模具設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)。 例如，對于壓鑄機(jī)類的“壓室直徑”(ChbDiameter)屬性參數(shù)，在后續(xù)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊與壓室容量校核模塊會(huì)發(fā)生如下操作 Global ChbDiameter As Double在項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)模塊中定義全局變量 ： Private Sub PourSysClick()澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)菜單驅(qū)動(dòng)事件 ： Datal.Recordset.FindFirst“規(guī)則”按規(guī)則訪問數(shù)據(jù)庫記錄 Datal.Recordset.Fields(“壓室直徑”).Value提取當(dāng)前記錄中壓室直徑字段的數(shù)據(jù) Parame