安徽工程大學(xué)材料專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)

閥蓋的鑄造工藝設(shè)計(jì)及模擬摘要本文完成了對鑄鋼件閥蓋的鑄造工藝方案設(shè)計(jì)，包括澆注位置、分型面的選擇，砂芯和各項(xiàng)鑄造工藝參數(shù)確實(shí)定以及澆注系統(tǒng)、砂箱、芯盒、模板的設(shè)計(jì)。根據(jù)鑄件小的特點(diǎn)，分為一箱四件，并采用封閉-開放式的澆注系統(tǒng)的方法。在利用華鑄CAE模擬的根底上，通過對凝固過程的溫度場和鑄造缺陷的分析，依據(jù)分析結(jié)果對工藝進(jìn)行改良，最后設(shè)計(jì)出合理的鑄造工藝方案。鑄造過程計(jì)算機(jī)模擬可以減少或取消新產(chǎn)品的工藝實(shí)驗(yàn)，能夠有效地防止可能出現(xiàn)的鑄造缺陷，保證工藝的可靠性，縮短新產(chǎn)品的試制周期。關(guān)鍵詞：模擬；鑄造工藝設(shè)計(jì)；澆注系統(tǒng)ValveCoverCastingProcessDesignandSimulationAbstractThisarticlecompletesthecastvalvecovercastingtechnologydesign，includingthecastingchoiceoflocation，apartingsurface，sandcoresandthecastingpouringsystemfordeterminationofprocessparametersand，sandbox，box，templatedesign。Accordingtothecastingcharacteristicsofsmall，dividedintoaboxoffourpieces，andclosed-open-castmethodofthesystem。ChinacastingCAEsimulationonthebasisof，throughtheanalysisofsolidificationandtemperaturefieldofcastingdefects，analysisbasedonprocessimprovement，andfinallydeviseareasonablecastingtechnology。Computersimulationofcastingprocesstoreduceorcanceltheprocessofnewproduct，caneffectivelypreventpossiblecastingdefects，ensureprocessreliability，shortenthedevelopmentcycleofnewproducts。Keywords:valvecover;simulation;castingprocessdesign;pouringsystem目錄第1章緒論……………….11.1概述…………………11.2鑄造行業(yè)的現(xiàn)狀……………………11.3國內(nèi)鑄造行業(yè)的現(xiàn)狀及開展趨勢………………….11.4興旺國家鑄造行業(yè)的現(xiàn)狀及開展趨勢…………….11.5本課題的研究內(nèi)容………………….2第2章鑄造工藝方案的設(shè)計(jì)……………...32.1零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性…………….32.2造型和造芯方法的選擇…………….42.3澆注位置確實(shí)定……………………42.4分型面的選擇………………………52.5砂箱中鑄件的數(shù)量及排列方式……………………..6第3章鑄造工藝參數(shù)及砂芯的設(shè)計(jì)…………………….73.1鑄造工藝參數(shù)確實(shí)定……………….73.2砂芯的設(shè)計(jì)…………10第4章澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………154.1澆注系統(tǒng)類型的選擇………………154.2澆注時(shí)間……………154.2直澆道的設(shè)計(jì)............................................................................................................164.3橫澆道的設(shè)計(jì)………………………164.4內(nèi)澆道的設(shè)計(jì)………………………164.5澆口杯的設(shè)計(jì)………………………164.6冒口的設(shè)計(jì)…………174.7冷鐵的設(shè)計(jì)…………17第5章鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)………………185.1模樣的設(shè)計(jì)………………………..185.2砂箱的設(shè)計(jì)………………………..185.3芯盒的設(shè)計(jì)………………………..215.4模板的設(shè)計(jì)………………………..23第6章鑄造過程的凝固模擬…………...27結(jié)論與展望……………….28致謝……………………….29參考文獻(xiàn)………………….30附錄A:主要參考文獻(xiàn)摘要……………31附錄B:英文原文及翻譯………………33附錄C:鑄造工藝卡……………………56插圖清單圖2-1澆注位置示意圖……………………4圖2-2分型面方案一………………………5圖2-3分型面方案二………………………5圖3-1鑄件中砂芯的示意圖……………...11圖3-2垂直砂芯芯頭典型結(jié)構(gòu)示意圖…………………..11圖3-3垂直芯頭各局部尺寸示意圖……………………..11圖3-4擴(kuò)大下芯頭的垂直芯頭示意圖…………………..12圖3-5外砂芯示意圖……………………..14圖4-1鑄件在砂箱中的排布示意圖……………………..15圖4-2各個(gè)澆道的截面圖………………..16圖5-1下模樣示意圖……………………..18圖5-2砂箱箱壁形狀、定位銷以及銷套示意圖…………20圖5-3砂箱手把示意圖…………………..21圖5-4芯盒示意圖………………………..22圖5-5定位銷套結(jié)構(gòu)尺寸示意圖………..22圖5-6定位銷結(jié)構(gòu)尺寸示意圖…………..22圖5-7芯盒緊固及定位裝置圖…………..23圖5-8加強(qiáng)肋示意圖……………………..24圖5-9模板與砂箱的定位方式及定位銷示意圖………..24圖5-10定位銷耳示意圖…………………25圖5-11緊固耳示意圖……………………25圖6-1模擬結(jié)果圖……………………….27表格清單表2-1砂型鑄造時(shí)鑄件最小允許壁厚…………………….3表2-2按鑄件重量確定的吃沙量…………6表3-1鑄件的尺寸公差值…………………7表3-2鑄件質(zhì)量公差數(shù)值…………………7表3-3用于成批或大量生產(chǎn)與鑄件尺寸公差配套使用的鑄件機(jī)械加工余量等級(jí)……8表3-4與鑄件尺寸公差配套使用的機(jī)械加工余量………8表3-5砂型鑄造普通合金鑄件的鑄造收縮率……………9表3-6起模斜度……………9表3-7鑄件的最小鑄出孔………………...10表3-8垂直芯頭的高度…………………..12表3-9垂直芯頭斜度……………………..13表3-10垂直芯頭與芯座之間的間隙……………………13表3-11壓環(huán)、防壓環(huán)和積砂槽…………13表4-1鑄鋼件內(nèi)澆道截面積……………..15表4-2內(nèi)澆道、橫澆道截面積尺寸………16表4-3普通漏斗形澆口杯尺寸…………..16表5-1砂箱及其附件的材料……………..19表5-2最小吃砂量………………………..19表5-3普通砂箱的規(guī)格…………………..19表5-4簡易砂箱轉(zhuǎn)角局部結(jié)構(gòu)及尺寸…………………..20表5-5普通小型砂箱箱把局部的尺寸…………………..21表5-6加強(qiáng)肋間距………………………..24表5-7模底板上定位銷耳的尺寸………..25表5-8緊固耳的尺寸……………………..26引言隨著科技的進(jìn)步與鑄造業(yè)的蓬勃開展，不同的鑄造方法有不同的鑄型準(zhǔn)備內(nèi)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，如鑄造原砂、型砂粘結(jié)劑和其他輔料，以及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)，選擇適宜的原砂、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)和連續(xù)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，混砂速度快。鑄造工藝可分為三個(gè)根本局部，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，并參加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。造型、造芯是根據(jù)鑄造工藝要求，在確定好造型方法，準(zhǔn)備好造型材料的根底上進(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)、氣沖造型機(jī)、無箱射壓造型機(jī)、冷芯盒制芯機(jī)和熱芯盒制芯機(jī)、覆膜砂制芯機(jī)等。造型造芯是根據(jù)鑄造工藝要求，在確定好造型方法，準(zhǔn)備好造型材料的根底上進(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、冒口及金屬毛刺披縫，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。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。鑄造的零件尺寸和重量的適應(yīng)范圍很寬，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。鑄造產(chǎn)品開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外表。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)方面開展，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)先開展，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)在各道工序的檢測和無損探傷、應(yīng)力測定方面，將有新的開展。第1章緒論1.1概述鑄造生產(chǎn)是用液態(tài)合金形成產(chǎn)品的方法，將液態(tài)合金注入鑄型中使之冷卻、凝固，這種制造金屬制品的過程稱為鑄造生產(chǎn)，簡稱鑄造，所鑄出的金屬制品稱為鑄件。絕大多數(shù)鑄件用作毛坯，需要經(jīng)過機(jī)械加工后才能成為各種機(jī)器零件；少數(shù)鑄件當(dāng)?shù)竭_(dá)使用的尺寸精度和外表粗糙度要求時(shí)，可作為成品或零件而直接應(yīng)用。1.2鑄造行業(yè)的現(xiàn)狀鑄造毛坯因近乎成形，而到達(dá)免機(jī)械加工或少量加工的目的降低了本錢并在一定程度上減少了制作時(shí)間．鑄造是現(xiàn)代裝置制造工業(yè)的根底工藝之一。鑄造產(chǎn)品開展的趨勢是要求鑄件有更好的綜合性能，更高的精度，更少的加工余量和更光潔的外表。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)。1.3國內(nèi)鑄造行業(yè)的現(xiàn)狀及開展趨勢鑄造工藝是機(jī)械制造工業(yè)的根底工藝之一，因此鑄造業(yè)的開展標(biāo)志著一個(gè)國家的生產(chǎn)實(shí)力。有資料說明[1]，我國鑄造生產(chǎn)中。材料和能源的投人之比可占到產(chǎn)值的55％到70％。我國目前已經(jīng)成為世界鑄造機(jī)械大國之一，在鑄造機(jī)械制造行業(yè)近年來取得了很大的成績。我國是鑄造大國，在十五期間，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速開展．我國鑄件年產(chǎn)量一直居世界鑄件生產(chǎn)大國榜首。從數(shù)量上來看．整個(gè)形勢是喜人的．但鑄造生產(chǎn)的粗放特征沒有得到根本改變。我國的鑄件質(zhì)量與國外先進(jìn)水平相比有較大差距。鑄件尺寸精度普遍低1～2級(jí)，外表粗糙度差1～2級(jí)，鑄件壁厚也厚得多。中國的鑄件材料仍以灰鑄鐵為主，約占鑄件總產(chǎn)量的61.9％(其中HT250以下牌號(hào)約占70％)，球墨鑄鐵占16.7％，比世界平均值20％低，遠(yuǎn)低于日本(30．8％)、美國(29．6％)。合金鋼在鑄鋼件中的比例，中國為25％，國外先進(jìn)水平為42％～60％。有色金屬鑄件．中國為7.9％，國外先進(jìn)水平為11％～20％[2]。此外，材料成分、組織和性能的一致性、穩(wěn)定性與興旺國家相比也有差距[3]。1.4興旺國家鑄造業(yè)現(xiàn)狀及開展趨勢興旺國家總體上鑄造技術(shù)先進(jìn)、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染少、原輔材料已形成商品化系列化供給，如在歐洲已建立跨國效勞系統(tǒng)。生產(chǎn)普遍實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化〔計(jì)算機(jī)控制、機(jī)器人操作〕。鑄鐵熔煉使用大型、高效、除塵、微機(jī)測控、外熱送風(fēng)無爐襯水冷連續(xù)作業(yè)沖天爐，普遍使用鑄造焦，沖天爐或電爐與沖天爐雙聯(lián)熔煉，采用氮?dú)膺B續(xù)脫硫或搖包脫硫使鐵液中硫含量達(dá)0。01%以下；熔煉合金鋼精煉多用AOD、VOD等設(shè)備，使鋼液中H、O、N到達(dá)幾個(gè)或幾十個(gè)10-6的水平。在重要鑄件生產(chǎn)中，對材質(zhì)要求高，采用先進(jìn)的無損檢測技術(shù)有效控制鑄件質(zhì)量。普遍采用液態(tài)金屬過濾技術(shù)，過濾器可適應(yīng)高溫諸如鈷基、鎳基合金及不銹鋼液的過濾。過濾后的鋼鑄件射線探傷A級(jí)合格率提高13個(gè)百分點(diǎn)，鋁鎂合金經(jīng)過濾，抗拉強(qiáng)度提高50%、伸長率提高100%以上[4]。廣泛應(yīng)用合金包芯線處理技術(shù)，使球鐵、蠕鐵和孕育鑄鐵工藝穩(wěn)定、合金元素收得率高、處理過程無污染，實(shí)現(xiàn)了微機(jī)自動(dòng)化控制。

鋁基復(fù)合材料以其優(yōu)越性能被廣泛重視并日益轉(zhuǎn)向工業(yè)規(guī)模應(yīng)用，如汽車驅(qū)動(dòng)桿、缸體、缸套、活塞、連桿等各種重要部件都可用鋁基復(fù)合材料制作，并已在高級(jí)賽車上應(yīng)用；在汽車向輕量化開展的進(jìn)程中，用鎂合金材料制作各種重要汽車部件的量已僅次于鋁合金。

在大批量中小鑄件的生產(chǎn)中[5]，大多采用微機(jī)控制的高密度靜壓、射壓或氣沖造型機(jī)械化、自動(dòng)化高效流水線濕型砂造型工藝，砂處理采用高效連續(xù)混砂機(jī)、人工智能型砂在線控制專家系統(tǒng)，制芯工藝普遍采用樹脂砂熱、溫芯盒法和冷芯盒法。熔模鑄造普遍用硅溶膠和硅酸乙酯做粘結(jié)劑的制殼工藝。

用自動(dòng)化壓鑄機(jī)生產(chǎn)鑄鋁缸體[6]、缸蓋；已經(jīng)建成多條鐵基合金低壓鑄造生產(chǎn)線。用差壓鑄造生產(chǎn)特種鑄鋼件。所生產(chǎn)的各種口徑的離心球墨鑄鐵管占鑄鐵管總量95%以上，球鐵管占球鐵年產(chǎn)量30%-50%。鑄造生產(chǎn)全過程主動(dòng)、從嚴(yán)執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，鑄件廢品率僅2%-5%；標(biāo)準(zhǔn)更新快〔標(biāo)齡4-5年〕；普遍進(jìn)行ISO9000、ISO14000等認(rèn)證。

重視開發(fā)使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，紛紛建立自己的主頁、站點(diǎn)。鑄造業(yè)的電子商務(wù)、遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)與制造、虛擬鑄造工廠通過使用身臨其境的虛擬環(huán)境系統(tǒng)，可以學(xué)習(xí)通過多媒體先進(jìn)的產(chǎn)品技術(shù)和體驗(yàn)的技巧和訣竅通過虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)，這些新元素都在飛速開展。很明顯[7]，中國現(xiàn)有的資源和能源已無法滿足傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)模式下高速開展的要求，大力開展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，使中國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)開展，是中國經(jīng)濟(jì)開展模式的必然選擇。我們應(yīng)加大鑄造業(yè)中循環(huán)經(jīng)濟(jì)的新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備的研究和應(yīng)用，以科學(xué)的開展觀來開展中國的鑄造業(yè)。1.5本課題的研究內(nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是：閥蓋的鑄造工藝設(shè)計(jì)及模擬。我查閱了相關(guān)資料和書籍后，主要進(jìn)行了鑄造工藝性分析、鑄造工藝設(shè)計(jì)及鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)。這個(gè)過程看似一目了然，但具體工作卻十分繁瑣，首先，我們要確定這個(gè)零件是否適合鑄造工藝性的要求；其次，我們還要確定澆注位置，分型面以及造型、造芯的方法；然后，開始鑄造工藝參數(shù)的選擇以及砂芯的設(shè)計(jì)；再然后，我們要進(jìn)行澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；最后，要對鑄造工藝裝備進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。當(dāng)這一切完成后，我們還要在華鑄CAE上進(jìn)行模擬，利用計(jì)算機(jī)模擬的幫助，修改工藝參數(shù)并選擇較為合理的方案。第2章鑄造工藝方案的設(shè)計(jì)2.1零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性砂型鑄造工藝方案通常包括以下內(nèi)容：造型、造芯方法和鑄型種類的選擇，澆注位置及分型面確實(shí)定等。要想定出最正確工藝方案，首先應(yīng)對零件的結(jié)構(gòu)有詳細(xì)的鑄造工藝性分析。零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性指的是零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)符合鑄造生產(chǎn)的要求，易于保證鑄件品質(zhì)，簡化鑄造工藝過程，降低生產(chǎn)本錢。為了保證零件具有良好的鑄造工藝性，在設(shè)計(jì)零件時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的問題：鑄件應(yīng)有適宜的壁厚為了防止?jié)膊坏?、冷隔等缺陷，鑄件不應(yīng)太薄。本次設(shè)計(jì)的閥蓋使用的材料是ZG230-450，為碳素鋼。密度為7830kg/m3，屈服強(qiáng)度為230Mpa，抗拉強(qiáng)度為450Mpa。此類鑄鋼件壁厚的選擇參考表2-1[8]。表2-1砂型鑄造時(shí)鑄件最小允許壁厚由于本次設(shè)計(jì)的零件整體最大輪廓尺寸小于200mm，而且為鑄鋼件。根據(jù)表1-1得，鑄造允許最小壁厚為8mm。由零件圖知，本次設(shè)計(jì)閥蓋的最小壁厚為6mm。貌似不合理，其實(shí)還需要把加工余量計(jì)算在內(nèi)，這樣鑄件的最小壁厚就大于8mm，所以是合理的。〔2〕鑄造結(jié)構(gòu)不應(yīng)造成嚴(yán)重的收縮障礙，注意壁厚和圓角；〔3〕鑄件內(nèi)壁應(yīng)薄于外壁；〔4〕壁厚力求均勻，減少肥厚局部，防止形成熱節(jié)；〔5〕利于實(shí)現(xiàn)補(bǔ)縮和順序凝固；〔6〕防止鑄件翹曲變形；〔7〕防止?jié)沧⑽恢蒙嫌兴降拇笃矫娼Y(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)閥蓋采用圓角過渡，防止了因應(yīng)力集中導(dǎo)致的裂紋缺陷。2.2造型和造芯方法的選擇造型和造芯方法的選擇可參照以下原那么：優(yōu)先采用濕型；造型和造芯方法與生產(chǎn)批量相適應(yīng)；造型方法應(yīng)適合工廠條件本次設(shè)計(jì)的鑄鋼件閥蓋為小型鑄件，大批量生產(chǎn)，鑄件不高，無需長時(shí)間等待，也無需放置冷鐵，應(yīng)選用濕型砂。由于是小型、大批量生產(chǎn)，那么選用機(jī)器造型、造芯、金屬模、砂箱造型。雖然本錢高，但由于是大批量生產(chǎn)，故合理。2.3澆注位置確實(shí)定鑄件的澆注位置是指澆注時(shí)鑄件在型內(nèi)所處的狀態(tài)和位置。根據(jù)對合金凝固理論的研究和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，確定澆注位置時(shí)，應(yīng)考慮以下原那么：鑄件的重要部位應(yīng)盡量置于下部；重要加工面應(yīng)朝下或呈直立狀；鑄件大平面朝下，防止夾砂結(jié)疤類缺陷；應(yīng)保證鑄件能充滿；應(yīng)有利于鑄件的補(bǔ)縮；防止吊砂、吊芯或懸臂式砂；應(yīng)使合箱位置、澆注位置和鑄件冷卻位置相一致綜合考慮以上原那么，本次設(shè)計(jì)的閥蓋的澆注位置應(yīng)選在如圖2-1所示法蘭盤朝上的大平面位置上。圖2-1澆注位置示意圖2.4分型面的選擇分型面是指兩半鑄型相互接觸的外表。生產(chǎn)中，澆注位置和分型面有時(shí)是同時(shí)確定的。分型面的優(yōu)劣，在很大程度上影響鑄件的尺寸精度、本錢和生產(chǎn)率。分型面的選擇應(yīng)盡量與澆注位置一致，以防止合型后翻轉(zhuǎn)砂箱。在選擇時(shí)，應(yīng)注意以下原那么：〔1〕盡量將鑄件的全部或大局部放在同一箱內(nèi)，以減少錯(cuò)型和不便驗(yàn)型造成的尺寸偏差；〔2〕盡量將加工定位面和主要加工面放在同一箱內(nèi)，以減少加工定位的尺寸偏差；〔3〕盡量減少分型面數(shù)量，在機(jī)器造型中一般采用一個(gè)分型面；〔4〕盡量減少砂芯數(shù)量；〔5〕盡量使分型面為平面；〔6〕為了方便起模，分型面應(yīng)在鑄件的最大截面積處；〔7〕注意減輕鑄件清理和機(jī)械加工；綜合上述原那么，現(xiàn)有以下兩種方案：圖2-2分型面方案一圖2-3分型面方案二方案一：如圖1-2所示，分型面選在閥蓋法蘭盤的大平面上，這樣就保證了鑄件的大局部都在同一個(gè)半型內(nèi)，而且是重要部位盡量置于下箱，這樣的話，下部金屬液就會(huì)在上部金屬液的靜壓力下形成致密的組織，保證了重要部位的質(zhì)量。這種分型方法，貌似起模不方便，而且大平面的精度不易保證。但是這都可以通過一些措施補(bǔ)救，大平面是要留有加工余量的，所以不用擔(dān)憂精度問題。而且不易起模的局部，我們可以不鑄出，用機(jī)加工把它加工出來。這樣以上問題就解決了。這樣分型很明顯的一點(diǎn)優(yōu)勢就是可以保證圓柱外表的粗糙度和圓柱的垂直度。方案二：如圖1-3，分型面選在對稱的面上，起模相當(dāng)方便。但圓柱內(nèi)壁的精度不能保證，而且澆注位置也不易確定。圓柱必須垂直澆注，方能保證精度，假設(shè)水平放置，澆注時(shí)圓柱壁易遭沖刷，造成缺陷，圓柱的垂直度也不易保證。而圓柱內(nèi)壁的加工又不方便，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。綜上兩種方案，還是選擇方案一，雖免不了有些不合理的地方，但總體來講還是要優(yōu)于方案二，應(yīng)選擇方案一。2.5砂箱中鑄件的數(shù)量及排列方式鑄件輪廓尺寸為75mm×75mm×48mm，單件質(zhì)量約為0.74kg，屬于小型鑄件，由于是大批量生產(chǎn)，采用的是機(jī)器造型、造芯，因此選擇一箱四件。查表2-2[9]得：鑄件與箱壁的距離為c=40mm，鑄件與砂箱底部的距離為b=40mm，澆注系統(tǒng)內(nèi)澆道的長度為f=30mm。表2-2按鑄件重量確定的吃沙量〔單位：mm〕但這些數(shù)據(jù)也要根據(jù)實(shí)際情況來具體修改，以上數(shù)據(jù)在選擇砂箱的時(shí)候可能會(huì)有所變動(dòng)。因?yàn)樵谶x擇砂箱時(shí)，砂箱的尺寸是有規(guī)格的，所以會(huì)有相應(yīng)的調(diào)整。鑄造工藝參數(shù)及砂芯的設(shè)計(jì)3.1鑄造工藝參數(shù)確實(shí)定鑄造工藝設(shè)計(jì)參數(shù)通常是指鑄型工藝設(shè)計(jì)時(shí)需要確定的某些數(shù)據(jù)，它包括了鑄造收縮率〔縮尺〕、機(jī)械加工余量、起模斜度、最小鑄出孔的尺寸、工藝補(bǔ)正量、分型負(fù)數(shù)、反變形量、非加工壁厚的負(fù)裕量、砂芯負(fù)數(shù)〔砂芯減量〕及分芯負(fù)數(shù)。這些工藝數(shù)據(jù)一般都與模樣和芯盒尺寸有關(guān)，即與鑄件的精度有密切關(guān)系，同時(shí)也與造型、制芯、下芯及合箱的工藝過程有關(guān)。鑄件尺寸公差鑄件尺寸公差是指鑄件各局部尺寸允許的極限偏差，它取決于鑄造工藝方法等多種因素。在本次設(shè)計(jì)中，零件的鑄造工藝為砂型鑄造，大批量生產(chǎn)的鑄鋼件，查得[8]：鑄件的尺寸公差等級(jí)為CT8-CT12，取CT10。零件根本尺寸為75mm，查表3-1[9]得，允許最大偏差為3.2mm。表3-1鑄件的尺寸公差值〔單位：mm〕鑄件重量公差鑄件質(zhì)量公差定義為以占鑄件公稱質(zhì)量的百分率為單位的鑄件質(zhì)量變動(dòng)的允許值。按照規(guī)定，質(zhì)量公差應(yīng)與尺寸公差同級(jí)，所以，鑄件重量公差等級(jí)為MT10，查表3-2[10]得，本次設(shè)計(jì)的鑄件的質(zhì)量公差數(shù)值為18%。表3-2鑄件質(zhì)量公差數(shù)值機(jī)械加工余量機(jī)械加工余量是鑄件為了保證其加工面尺寸和精度，應(yīng)有加工余量，即在鑄造工藝設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先增加的，而在機(jī)械加工時(shí)又被切除的金屬層厚度。在本次設(shè)計(jì)中，尺寸公差等級(jí)為CT10，查表3-3[8]得，鑄鋼件成批大量生產(chǎn)的機(jī)器造型的加工余量等級(jí)為H級(jí)。表3-3用于成批或大量生產(chǎn)與鑄件尺寸公差配套使用的鑄件機(jī)械加工余量等級(jí)但在實(shí)際零件當(dāng)中，還有些特殊要求，由于本次設(shè)計(jì)零件尺寸為75mm，屬于小于100mm的范疇，查表3-4[8]得，本次設(shè)計(jì)的單側(cè)加工余量為4.0mm，雙側(cè)為3.0mm。表3-4與鑄件尺寸公差配套使用的機(jī)械加工余量鑄造收縮率查表3-5[8]可知：鑄鋼件的受阻收縮率選為2%。表3-5砂型鑄造普通合金鑄件的鑄造收縮率起模斜度為了方便起模，在模樣、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免損壞砂型或砂芯。這個(gè)斜度，稱為起模斜度。查表3-6[10]得：對于外側(cè)非加工外表，由于壁厚小于10mm因此選用增加鑄件壁厚的方法，另外，同一鑄件應(yīng)盡量選用同一起模斜度，以免加工模樣時(shí)頻繁更換刀具，所以選用同一起模斜度α=1°10′，a=0.8mm；對于外側(cè)的加工外表，起模斜度也選擇α=1°10′，a=0.8mm；對于內(nèi)外表的起模斜度，由于是加工外表。因此，選擇增加壁厚的方法，起模斜度仍選α=1°10′，a=0.8mm。表3-6起模斜度最小鑄出孔及槽在本次設(shè)計(jì)中，鑄件的法蘭盤上有四個(gè)直徑為14mm的通孔，中心處也有一個(gè)直徑為20mm的通孔。大批量生產(chǎn)的鑄鋼件，其最小鑄出孔直徑查表3-7[9]得[30，50]。于是法蘭盤上的四個(gè)直徑為14mm的通孔可以不鑄出。中心通孔雖然也可以不鑄出，但是考慮到機(jī)械加工不易，故鑄出。表3-7鑄件的最小鑄出孔工藝補(bǔ)正量工藝補(bǔ)正量可按照以下公式進(jìn)行計(jì)算：(1)在本次的設(shè)計(jì)中，由于鑄件的尺寸較小，可不考慮工藝補(bǔ)正量的影響。分型負(fù)數(shù)本次設(shè)計(jì)屬于尺寸較小的濕型，分型負(fù)數(shù)較小，可不考慮。其它工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中可不考慮其它如“反變形量〞、“砂芯負(fù)數(shù)〞、“非加工壁厚的負(fù)余量〞、“分芯負(fù)數(shù)〞的影響。3.2砂芯的設(shè)計(jì)砂芯的功能是形成鑄件的內(nèi)腔、孔和鑄件外形不能出砂的部位。砂型局部要求特殊性能的局部，有時(shí)也用砂芯。選用砂芯的總原那么是：使制芯到下芯的整個(gè)過程方便，鑄件內(nèi)腔尺寸精確，不致造成氣孔等缺陷，使芯盒結(jié)構(gòu)簡單。具體原那么如下：保證鑄件內(nèi)腔尺寸精度；保證操作方便；保證壁厚均勻；應(yīng)盡量減少砂芯數(shù)目；填砂面應(yīng)寬敞，烘干支撐面是平面；砂芯形狀適應(yīng)造型、制芯方法本次設(shè)計(jì)要鑄出一個(gè)孔，故需一個(gè)砂芯。綜合考慮，選用垂直砂芯，為了制芯和下芯的方便，零件的一些局部改成機(jī)械加工。根據(jù)本次設(shè)計(jì)中所選取的分型面及澆注位置，為了能夠順利取出模樣，應(yīng)該在鑄件無法取出的部位設(shè)置一個(gè)外芯。最終的砂芯在零件中的模樣就如圖2-1所示。圖3-1鑄件中砂芯的示意圖芯頭的設(shè)計(jì)芯頭：伸出鑄件以外不與金屬接觸的砂芯局部。對芯頭的要求：〔1〕定位和固定砂芯，使砂芯在鑄造中有準(zhǔn)確的位置，并能承受砂芯重力及澆〔2〕注時(shí)液體金屬對砂芯的浮力，使之不被破壞；〔3〕芯頭應(yīng)能及時(shí)排出澆注后砂芯所產(chǎn)生的氣體至鑄型外；〔4〕上下芯頭及芯號(hào)容易識(shí)別，不致下錯(cuò)方向或芯號(hào)；〔5〕下芯、合型方便，芯頭應(yīng)有適當(dāng)斜度和間隙。第一種砂芯：本次設(shè)計(jì)的第一個(gè)是垂直砂芯，其芯頭典型的結(jié)構(gòu)見圖3-2。圖3-2垂直砂芯芯頭典型結(jié)構(gòu)示意圖包括：芯頭長度、斜度、間隙、壓環(huán)、防壓環(huán)和積砂槽等結(jié)構(gòu)。芯頭長度砂芯伸入鑄型局部的長度〔露出鑄件外部的長度〕，垂直芯頭的長度稱為芯頭高度。如圖3-3〔a〕中的h〔下芯頭高度〕、h1〔上芯頭高度〕。圖3-3垂直芯頭各局部尺寸示意圖垂直芯頭的高度查表3-8[11]，得芯頭高度為20~25mm，具體是上芯頭高度h1為20mm，下芯頭高度為25mm。表3-8垂直芯頭的高度〔單位：mm〕對于垂直芯頭，由于L:D2大于2.5，所以下芯頭要加大直徑。取D1=1.5D2，D2=14mm，那么D1=21mm。如圖3-4所示。圖3-4擴(kuò)大下芯頭的垂直芯頭示意圖芯頭斜度對垂直芯頭，上、下芯頭都應(yīng)設(shè)有斜度。查表3-9[11]知，上芯頭斜度10o，下芯頭斜度5o。表3-9垂直芯頭斜度〔單位：mm〕芯頭間隙查表3-10[11]得，垂直芯頭間隙s=0.5mm。表3-10垂直芯頭與芯座之間的間隙〔單位：mm〕壓環(huán)、防壓環(huán)和集砂槽壓環(huán)的作用：合箱后它能把砂芯壓緊，防止金屬液沿間隙鉆入芯頭防壓環(huán)的作用：下芯、合箱時(shí)，它可防止此處砂型被壓塌，因而可以防止掉砂。集砂槽的作用：用來存放個(gè)別的散落砂粒，這樣就可以加快下芯速度。查表3-11[11]知，垂直芯頭e=1.5mm，f=3mm，r=1.5mm。表3-11壓環(huán)、防壓環(huán)和積砂槽〔單位：mm〕第二種砂芯：為方便起模，增設(shè)的外芯。如圖3-5所示。圖3-5外砂芯示意圖芯骨的設(shè)計(jì)為了保證砂芯的制造、搬運(yùn)、配型和澆注中不開裂、不變形、不被金屬液沖擊折斷，生產(chǎn)中常在砂芯中埋置芯骨，以提高其強(qiáng)度和剛度。在本次設(shè)計(jì)中，由于砂芯尺寸較小，而且采用樹脂砂，砂芯強(qiáng)度較好，因此砂芯內(nèi)不用放置芯骨。第4章澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1澆注系統(tǒng)類型的選擇澆注系統(tǒng)分為開放式、封閉式、半封閉式和封閉-開放式。本次設(shè)計(jì)的閥蓋為小型鑄鋼件，宜選用封閉-開放式澆注系統(tǒng)。而且鑄件高度不高，結(jié)構(gòu)比擬簡單，因此采用頂注式澆注。又根據(jù)鑄件形狀，采用頂注式澆注系統(tǒng)中的搭邊式澆注系統(tǒng)。封閉-開放式澆注系統(tǒng)：以轉(zhuǎn)包澆注的小鑄件，其內(nèi)澆道面積可查表3-1，表中d的計(jì)算式：d=GL/V〔kg/dm3〕，GL是鑄件澆注重量，V是鑄件輪廓體積，是鑄件三維最大尺寸的乘積?？梢詮谋?-2選取Ag和Aru的截面尺寸。澆注系統(tǒng)各組元的截面積比為內(nèi)澆道：橫澆道：直澆道=1：〔0.8~0.9〕：〔1.1~1.2〕，取為1：0.9：1.1。鑄件澆注重量GL為0.74kg，計(jì)算得d=2.74kg/dm3。查表4-1[9]得內(nèi)澆道〔Ag〕截面積尺寸為1.8cm2，那么橫澆道截面積為1.6cm2，直澆道截面積為2.0cm2。表4-1鑄鋼件內(nèi)澆道截面積本次設(shè)計(jì)采用一箱四件，排布如圖4-1所示，因此要設(shè)計(jì)4個(gè)內(nèi)澆道，1個(gè)橫澆道和1個(gè)直澆道。圖4-1鑄件在砂箱中的排布示意圖4.2澆注時(shí)間鑄鋼件的澆注時(shí)間，可用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)決定澆注時(shí)間，本次設(shè)計(jì)的鑄鋼件由于太小，所以澆注時(shí)間暫取t=3s。4.3直澆道的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用最普通的圓柱形直澆道，如圖4-2所示。前面已經(jīng)得出直澆道截面積為2.0cm2。那么通過計(jì)算得直徑d=16mm，長度視砂箱尺寸而定，取100mm。直澆道窩長度取5mm。圖4-2各個(gè)澆道的截面圖〔mm〕4.4橫澆道的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用截面是梯形的橫澆道，如圖4-2所示。截面積為1.6cm2。查表4-2知，取a=13.5mm，b=10.5mm，h=13.5，長度視砂箱尺寸而定，取220mm。4.5內(nèi)澆道的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的內(nèi)澆道截面同樣采用梯形，如圖4-2所示。截面積為1.8cm2。查表4-2[9]知，取a=31mm，b=28mm，h=6.0mm，長度視砂箱尺寸而定，取92mm。表4-2內(nèi)澆道、橫澆道截面積尺寸〔單位：mm〕4.6澆口杯的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)選用普通漏斗形澆口杯，直澆道下端直徑d=16mm。查表4-3[9]知，D1=58mm，D2=54mm，h=42mm。由于是一箱四件，所以要加大澆口杯尺寸，其體積要乘以4，最終尺寸得出D1=89mm，D2=82mm，h=63mm。表4-3普通漏斗形澆口杯尺寸4.7冒口的設(shè)計(jì)冒口是鑄型內(nèi)用以儲(chǔ)存金屬液的空腔，在逐漸形成時(shí)補(bǔ)給金屬，有防止縮孔、縮松、排氣和集渣的作用。本次設(shè)計(jì)的鑄鋼件為小型鑄鋼件，尺寸為75mmX75mmX48mm，由于鑄件太小，無需補(bǔ)縮，所以不設(shè)置冒口。4.8冷鐵的設(shè)計(jì)為了增加鑄件局部冷卻速度，在型腔內(nèi)部及工作外表安放的金屬塊稱為冷鐵。本次設(shè)計(jì)鑄鋼件，結(jié)構(gòu)簡單，壁厚很小，無需設(shè)置冷鐵。第5章鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)5.1模樣的設(shè)計(jì)金屬模樣的材料本次設(shè)計(jì)的模樣為大批量生產(chǎn)的鑄鋼件，為小鑄件，故宜選用鋁合金模樣。機(jī)器造型使用壽命達(dá)90000~130000次。它質(zhì)輕，易加工，加工后外表光滑，具有良好的耐蝕外表。模樣類型本次設(shè)計(jì)選用分開模樣，造型簡便，沿分型面分為上下模樣。模樣尺寸的計(jì)算A模=〔A件+A藝〕〔1+K〕(2)式中A模—模樣的工作尺寸；A件—產(chǎn)品零件尺寸；A藝—零件鑄造工藝附加尺寸〔加工余量+起模斜度+其它工藝與量〕；K—鑄造的收縮率壁厚及加強(qiáng)肋本次設(shè)計(jì)為小型鑄鋼件，上下模樣尺寸很小，可制成實(shí)心模樣，故不必選擇壁厚和加強(qiáng)肋。模樣的形狀由于外芯的存在，遂將外芯與下模樣本體造成一個(gè)整體，如圖5-1所示。圖4-1下模樣示意圖5.2砂箱的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)和選用砂箱的根本原那么：滿足鑄造工藝要求。如砂箱和模樣間應(yīng)有足夠的吃砂量，箱帶不阻礙澆冒口的安放、不嚴(yán)重阻礙鑄件收縮等；尺寸和結(jié)構(gòu)應(yīng)符合造型機(jī)、起重設(shè)備、烘干設(shè)備的要求；有足夠的強(qiáng)度和剛度，使用中保證不斷裂或發(fā)生大變形；對砂型有足夠的附著力，使用中不掉砂或塌箱，但又要便于落砂。為此，只有在大的砂箱中才設(shè)置箱帶；經(jīng)久耐用，便于制造；應(yīng)盡可能的標(biāo)準(zhǔn)化，系列化和通用化本次設(shè)計(jì)選用通用砂箱—整鑄式—機(jī)器造型用砂箱。砂箱材質(zhì)和名義尺寸查表5-1[12]知：砂箱的材料選擇HT200，進(jìn)行自然實(shí)效或退火處理。表5-1砂箱及其附件的材料砂箱名義尺寸是指分型面上砂箱內(nèi)框尺寸〔長度X寬度〕乘以砂箱高度。確定砂箱尺寸時(shí)要考慮一箱內(nèi)放置鑄件的個(gè)數(shù)和吃砂量。吃砂量的選擇參照表5-2[8]，得出最小吃砂量為35mm。表5-2最小吃砂量〔單位：mm〕初步估算砂箱長度為270mm，寬度為270mm，高度為86mm。由于所設(shè)計(jì)的砂箱長度和寬度應(yīng)是50或100mm的倍數(shù)，高度應(yīng)是20或50mm的倍數(shù)。所以根據(jù)表5-3[13]得出，砂箱的長度為350mm，寬度為300mm，高度為100mm。最終砂箱的尺寸確定為350mmX300mmX100mm。表5-3普通砂箱的規(guī)格〔單位：mm〕箱壁本次設(shè)計(jì)選用機(jī)器造型沙箱。如圖5-1〔a〕所示，底部設(shè)置突緣，防止塌箱，保證剛性，便于落砂。本次設(shè)計(jì)箱壁壁厚取10mm。圓角尺寸簡易砂箱的轉(zhuǎn)角一般不作圓弧過渡，而是做成直角或內(nèi)壁轉(zhuǎn)角加厚，以增加轉(zhuǎn)角的強(qiáng)度。查表5-4[13]知，b=20mm~25mm，取b＝22mm。表5-4簡易砂箱轉(zhuǎn)角局部結(jié)構(gòu)及尺寸〔單位：mm〕〔a〕〔b〕〔c〕圖5-1砂箱箱壁形狀、定位銷以及銷套示意圖〔mm〕砂箱定位本次設(shè)計(jì)采用機(jī)器造型，采用定位銷定位，需要銷套。本次設(shè)計(jì)選用插銷定位砂箱。如圖5-1〔b〕所示，選用M20的定位銷。銷套如圖5-1〔c〕所示。新砂箱用標(biāo)準(zhǔn)套〔外徑D〕；第一次更換采用銷套I，外徑為D+0.2mm；第二次更換用銷套II，外徑為D+0.4mm。箱帶箱帶用于中、大型砂箱內(nèi)，平均內(nèi)框小于500mm的可不設(shè)箱帶。本次設(shè)計(jì)砂箱內(nèi)框尺寸為350mmX300mmX100mm，故無需設(shè)置箱帶。砂箱外壁加強(qiáng)肋的布置和尺寸對于內(nèi)框尺寸小于750mm的鑄鐵件，可以不設(shè)計(jì)加強(qiáng)肋。砂箱壁排氣孔的形式和尺寸由于砂箱的尺寸較小，僅靠插砂排氣即可滿足要求，因此砂箱壁不需設(shè)排氣孔。搬運(yùn)、翻箱結(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)為小型砂箱，采用手把作為搬運(yùn)、翻箱結(jié)構(gòu)。一般采用鑄接法同砂箱相連。手把如圖5-2所示，查表5-5[13]可知各局部尺寸。圖5-2砂箱手把示意圖d=40mm，D=60mm，D1=75mm，L=110mm，H=10mm，r=16mm，r1=5mm表5-5普通小型砂箱箱把局部的尺寸〔單位：mm〕砂箱的緊固為防止脹箱、跑火等缺陷，上下砂箱應(yīng)緊固。本次設(shè)計(jì)為小型鑄件，采用壓鐵法緊固即可。5.3芯盒的設(shè)計(jì)芯盒是制芯工藝過程中所必需的工藝設(shè)備，為了提高砂芯精度和芯盒的耐用性，采用金屬芯盒。鋁質(zhì)，ZL104。分盒面的設(shè)計(jì)由于砂芯是圓柱回轉(zhuǎn)體，所以采用水平分盒面。芯盒內(nèi)腔尺寸確實(shí)定芯盒內(nèi)腔尺寸=〔零件尺寸+/-工藝尺寸〕X〔1+零件的鑄造收縮率〕，通過計(jì)算得砂芯直徑為14.24mm，取14.3mm；砂芯長度57.12mm，取芯盒主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)芯盒主體結(jié)構(gòu)如圖5-3所示。圖5-3芯盒示意圖根據(jù)芯盒的平均輪廓尺寸〔A+B〕/2及芯盒材質(zhì)來確定壁厚。本次設(shè)計(jì)的芯壁較小，小于200，鋁質(zhì)，所以取壁厚7mm。定位采用定位銷和定位銷套，在芯盒的兩端各設(shè)置一個(gè)。定位銷套的尺寸如圖5-4[13]所示。定位銷的結(jié)構(gòu)尺寸如圖5-5[13]所示，與定位銷套的裝配示意圖如圖5-6〔c〕[13]所示。圖5-4定位銷套結(jié)構(gòu)尺寸示意圖圖5-5定位銷結(jié)構(gòu)尺寸示意圖芯盒的夾緊裝置采用快速螺桿。其下螺母用來調(diào)整松緊程度，上螺母用來併緊下螺母。此裝置結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，夾緊效果好，磨損后便于調(diào)節(jié)、操作方便。常用于小芯盒上，是工廠中使用較多的一種。其結(jié)構(gòu)尺寸如圖5-6〔a〕所示，與其配合的墊片如圖5-6〔b〕所示?！瞐〕〔b〕〔c〕圖5-6芯盒緊固及定位裝置圖芯盒與耐磨護(hù)板確實(shí)定為了增加芯盒邊緣的強(qiáng)度和剛度，芯盒邊緣要加寬加厚，并且為了增加芯盒刮砂面的耐磨性，特在刮砂面上設(shè)置防磨片芯盒邊緣及耐磨片。耐磨片用30鋼制成，用沉頭螺釘固定在盒體邊緣上，耐磨片的厚度為3mm。5.4模板的設(shè)計(jì)模板的類型本次設(shè)計(jì)的模板采用裝配式單面模板。單面模板采取的是頂桿式，模底板材料決定為灰鑄鐵〔HT150〕。造型機(jī)的選用本次設(shè)計(jì)選用的Z145A造型機(jī)為可調(diào)節(jié)頂桿式起模的鎮(zhèn)壓式造型機(jī)，頂桿起模行程為150mm。Z145A造型機(jī)砂箱最大內(nèi)形尺寸為500X400mm。砂箱最大尺寸適合，且其內(nèi)放四個(gè)模樣，造型選用的砂箱尺寸350X300X100mm。材料為鑄鐵。確定模板尺寸模板尺寸A0=A+2b(3)B0=B+2b(4)式中A0—模板的長度；B0—模板的寬度；砂箱內(nèi)框長度；砂箱內(nèi)框?qū)挾龋簧跋淦骄叽?lt;500mm，高度<200mm，查表得b=18mm。其配合的模底板尺寸：A0=A+2b=386mm，B0=B+2b=336mm。模底板的材料為鑄鐵，高度在80~150mm，取80mm，小于頂桿的起模行程。模底板定位銷孔中心距應(yīng)根據(jù)所配用砂箱銷套的中心距C來確定，用同一鉆模鉆出。砂箱銷套的中心距為430mm，故C=430mm。加強(qiáng)肋壁厚與間距本次設(shè)計(jì)的模板，加強(qiáng)肋如圖5-7所示，其中t=12mm，t2=10mm。加強(qiáng)肋間距參考表5-6[13]。圖5-7加強(qiáng)肋示意圖表5-6加強(qiáng)肋間距〔單位：mm〕由于模底板尺寸，現(xiàn)將K，K1適當(dāng)調(diào)整。其中K=163mm；K1=138mm。模板與砂箱的定位本次設(shè)計(jì)中，模板與砂箱的定位采用直接定位法，如圖5-8〔a〕。模底板與砂箱之間常常用定位銷和銷套定位，此處只設(shè)計(jì)定位銷。在造型過程中為使砂箱不被卡死常將兩個(gè)定位銷分別做成圓形的和帶有平面的，分別為定位銷和導(dǎo)向銷。本設(shè)計(jì)中選用M20的定位銷，其配套螺母選用M16。模底板上的定位銷安放在銷耳上，設(shè)在沿中心線長度方向的兩端，樣式如圖5-8〔b〕所示?！瞐〕(b)圖5-8模板與砂箱的定位方式及定位銷示意圖定位銷耳的結(jié)構(gòu)如圖5-9所示，其尺寸參考表5-7[13]。圖5-9定位銷耳示意圖表5-7模底板上定位銷耳的尺寸〔單位：mm〕模板的緊固裝置模板用螺栓固定在造型機(jī)工作臺(tái)上，這時(shí)應(yīng)設(shè)置緊固耳。其位置要和造型機(jī)工作臺(tái)上臺(tái)面上的T型槽相對應(yīng)，緊固耳數(shù)為4。其結(jié)構(gòu)如圖5-10所示。模底板平均輪廓尺寸小于500mm。尺寸參考表5-8[13]，緊固螺釘?shù)囊?guī)格為M12。圖5-10緊固耳示意圖表5-8緊固耳的尺寸〔單位：mm〕模樣在底面上的裝配(1)模樣在模底板上的放置形式以簡單方便節(jié)約本錢考慮，采取平放式將模板平放在模底板上，模底板不必挖槽。(2)模樣在模底板上的定位和緊固模樣在模底板上常用定位銷來定位，定位銷采取的是圓柱銷，定位銷將模樣裝配在模底板上的形式如圖5-11所示。定位銷類型選擇不淬硬鋼圓柱銷。a、直澆道模樣在模底板的裝配本次設(shè)計(jì)直澆道上下大小一致，可在起模時(shí)直接從鑄型頂部拔出。因此這類模樣并不用緊固，只用銷子定位。b、橫澆道、內(nèi)澆道和直澆道窩模樣在模底板上的裝配這類模樣高度都不大，選用螺釘和鉚釘直接緊固在模底板上。c、裝配式芯頭模樣的定位和緊固為了加工制造模樣方便，芯頭往往單獨(dú)加工制作，然后再與鑄件模樣裝配成一體。本次設(shè)計(jì)為垂直芯頭，尺寸較小，選用螺紋直接擰入模樣本體。第6章鑄造過程的凝固模擬“華鑄CAE〞鑄造工藝分析軟件是分析和優(yōu)化鑄造工藝的重要工具，是華中科技大學(xué)〔原華中理工大學(xué)〕經(jīng)20多年研究開發(fā)，并在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中不斷改良，完善起來的集成軟件系統(tǒng)，目前發(fā)行的版本是V10.0。它以鑄件充型、凝固過程數(shù)值模擬技術(shù)為核心對鑄件的成型過程進(jìn)行工藝分析和質(zhì)量預(yù)測，從而協(xié)助工藝人員完成鑄件的工藝優(yōu)化工作。多年來在提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品，減少消耗，縮短試制周期，贏得外商訂單等方面為眾多的廠家創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，在行業(yè)內(nèi)享有廣泛的聲譽(yù)和信譽(yù)。隨著計(jì)算機(jī)硬件條件的改善,鑄造過程數(shù)值模擬技術(shù)有了長足的進(jìn)步和開展,國內(nèi)外此類商品化軟件不斷完善并對實(shí)際生產(chǎn)起著越來越重要的作用。本次華鑄CAE軟件在實(shí)際生產(chǎn)中的一些應(yīng)用,應(yīng)用說明該軟件能夠很好地預(yù)測充型。華鑄CAE凝固過程模擬包括前置處理、后置處理等內(nèi)容。在設(shè)計(jì)完以上內(nèi)容后，我們進(jìn)行了鑄造工藝的計(jì)算機(jī)模擬。我們用華鑄CAE模擬了鑄件的充型和凝固過程，發(fā)現(xiàn)了一些問題，縮孔和縮松現(xiàn)象比擬明顯。所以修改了一些參數(shù)，最終模擬的結(jié)果如圖6-1所示。圖6-1模擬結(jié)果圖由圖6-1可以看出縮孔縮松現(xiàn)象主要出現(xiàn)在澆口杯處，鑄件上的縮孔與縮松現(xiàn)象微乎其微，符合鑄造精度的要求，故設(shè)計(jì)的方案比擬合理。結(jié)論與展望本次設(shè)計(jì)主要是研究鑄造中的砂型鑄造，其主要內(nèi)容是鑄造工藝性分析、分型面的選擇、澆注位置的選擇、鑄造工藝參數(shù)選擇；砂芯的設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及砂箱、芯盒和模板的設(shè)計(jì)。完成這些內(nèi)容需要翻閱打了資料，這個(gè)過程使我的知識(shí)更加系統(tǒng)化，收獲頗多。在設(shè)計(jì)過程中，我們要畫出相關(guān)的圖紙，包括手繪砂箱圖，利用UG畫出鑄件的三維圖以及使用AutoCAD畫出合箱圖、模板圖，芯盒圖、鑄造工藝圖等。這使得我熟悉并會(huì)使用這些計(jì)算機(jī)做圖軟件。在使用華鑄CAE模擬的過程中，我們也進(jìn)一步驗(yàn)證了鑄造的充型理論和純凝固理論，以及了解了縮孔縮松現(xiàn)象易發(fā)生的部位。通過本次設(shè)計(jì)，我對砂型鑄造有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。砂型鑄造是一種以砂作為主要造型材料，制作鑄型的傳統(tǒng)鑄造工藝。砂型鑄造的適應(yīng)性很廣，小件、大件，簡單件、復(fù)雜件，單件、大批量都可采用。砂型鑄造用的模具，以前多用木材制作，通稱木模。為改變木模易變形、易損壞等弊病，除單件生產(chǎn)的砂型鑄件外，全部改為尺寸精度較高，并且使用壽命較長的鋁合金模具或樹脂模具。但是，砂型鑄造也有一些缺乏之處：因?yàn)槊總€(gè)砂質(zhì)鑄型只能澆注一次，獲得鑄件后鑄型即損壞，必須重新造型，所以砂型鑄造的生產(chǎn)效率較低；又因?yàn)樯暗恼w性質(zhì)軟而多孔，所以砂型鑄造的鑄件尺寸精度較低，外表也較粗糙。進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國的鑄件總產(chǎn)量在全球穩(wěn)坐第一把交椅?？墒菑沫h(huán)保、節(jié)能減排及搞“低碳經(jīng)濟(jì)〞的現(xiàn)狀來說，這個(gè)“第一〞并非好事[14]。長期以來，我國鑄造業(yè)存在著嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源消耗，顯然，在這樣條件下生產(chǎn)的鑄件越多，那么對環(huán)境的污染損害越大，對國家自然資源的消耗越多，所欠下的“環(huán)境債〞也就越多。我國鑄造業(yè)要獲得科學(xué)、可持續(xù)開展，必須正視行業(yè)嚴(yán)峻的環(huán)境問題之現(xiàn)實(shí)，審時(shí)度勢，摒棄那種求一時(shí)的“繁榮〞卻以犧牲環(huán)境和大量資源為代價(jià)、盲目求“開展〞的落后觀念，而應(yīng)當(dāng)以冷靜、科學(xué)、積極、對環(huán)境負(fù)責(zé)的態(tài)度求開展。假設(shè)把妥善實(shí)施低碳經(jīng)濟(jì)與鑄造業(yè)協(xié)調(diào)開展定義為“綠色鑄造〞，那么，我國綠色鑄造技術(shù)開展的根本戰(zhàn)略目標(biāo)應(yīng)當(dāng)是――從鑄造生產(chǎn)的所有環(huán)節(jié)抓起，全面研究和開發(fā)那些符合清潔生產(chǎn)和低碳經(jīng)濟(jì)要求的鑄造技術(shù)，以提升產(chǎn)品技術(shù)附加值，提高生產(chǎn)率，降低資源和能源消耗[15]。除需強(qiáng)化法制和管理之外，從科技創(chuàng)新及科研成果轉(zhuǎn)化方面來說，當(dāng)著力從鑄造技術(shù)本身出發(fā)，加緊研發(fā)和采用一系列有益于環(huán)境保護(hù)和低碳經(jīng)濟(jì)的鑄造新材料、新工藝、新設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)真正意義上的綠色鑄造戰(zhàn)略目標(biāo)，不能等到污染產(chǎn)生和資源浪費(fèi)到無法繼續(xù)進(jìn)行再生產(chǎn)時(shí)才去被動(dòng)地治理，而應(yīng)明智地采用符合低碳經(jīng)濟(jì)的鑄造先進(jìn)、適用技術(shù)，防止和減少環(huán)境問題，以獲得生產(chǎn)與環(huán)保、低碳經(jīng)濟(jì)的雙贏。致謝首先，我要感謝我的導(dǎo)師朱先琦副教授，她嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的典范，給了起到了指明燈的作用；她循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪，讓我很快就感受到了設(shè)計(jì)的快樂并融入其中。其次我要感謝同組同學(xué)對我的幫助和指點(diǎn)，沒有他們的幫助和提供資料，沒有他們的鼓勵(lì)和加油，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)就不會(huì)如此的順利進(jìn)行。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)三個(gè)月，是我大學(xué)學(xué)習(xí)中遇到過的時(shí)段最長、涉及內(nèi)容最廣、工作量最大的一次設(shè)計(jì)。用老師的一句話概括就是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)相當(dāng)如是把以前的小課程設(shè)計(jì)綜合在一起的過程，只要把握住每個(gè)小課設(shè)的精華、環(huán)環(huán)緊扣、增強(qiáng)邏輯，那么這次的任務(wù)也就不難了。在校圖書館查找資料的時(shí)候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最中心的感謝！感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完本錢篇論文的寫作。感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫論文的過程中給予我了很多你問素材，還在論文的撰寫和排版燈過程中提供熱情的幫助。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝機(jī)械與汽車工程學(xué)院和我的母校安徽工程大學(xué)四年來對我的栽培。由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫論文難免有缺乏之處，懇請各位老師和學(xué)友批評和指正！張海超2012年6月13日參考文獻(xiàn)[1]中國鑄造協(xié)會(huì)．中國金屬鑄件年度產(chǎn)量[J]．北京：中國鑄鑄造協(xié)會(huì).2004[2]張立波，葛晨光，田世江．關(guān)于我國鑄造業(yè)走自主創(chuàng)新道路的思考[J].鑄造．2006，5(55)：429—432．[3]魯永杰．鑄造行業(yè)綠色鑄造技術(shù)開展戰(zhàn)略[J]．鑄造，1999(S1)：70～76．[4]田世江，楊麗君，王玉杰．我國開展節(jié)約型鑄造業(yè)的思考[J]．特種鑄造及有色合金．2005，25(12)：727—728．[5]顏愛民．中國鑄造行業(yè)現(xiàn)狀及開展對策[J]．鑄造技術(shù)．2003，24(2)：77-79．[6]柳百成．21世紀(jì)鑄造技術(shù)的開展趨勢[J]．鑄造世界報(bào)．2001，(6)：15—16．[7]李新亞，等鑄造行業(yè)國內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀及開展方向[J].鑄造，1999：3-11[8]王文清，李魁盛.鑄造工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2023[9]李弘英，趙成志.鑄造工藝設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005[10]中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造專業(yè)學(xué)會(huì).鑄造手冊〔第五卷—鑄造工藝〕[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994[11葉榮茂.鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995[12]中國鑄造協(xié)會(huì)，鑄造工程師手冊編寫組編.鑄造工程師手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997[13]吳光峰，錢紹富，張秉華.鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989[14]RohallahTavakoliandParvizDavami.Automaticoptimalfeederdesigninsteelcastingprocess[J].197(2023)921–932[15]R.W.Lewis,M.T.Manzari,R.S.Ransing,D.T.Gethin.Castingshapeoptimisationviaprocessmodelling,Mater[J].Des.21(4)(2000)381–386.附錄A:主要參考文獻(xiàn)摘要[1]中國鑄造協(xié)會(huì)．中國金屬鑄件年度產(chǎn)量[J]．北京：中國鑄鑄造協(xié)會(huì).2004摘要：中國鑄造協(xié)會(huì)自1989年以來，在有關(guān)部門和地方協(xié)會(huì)(學(xué)會(huì))的支持下，逐年統(tǒng)計(jì)我國金屬鑄件的產(chǎn)量，并每年通過《現(xiàn)代鑄造》(MODERNCASTING)向全世界公布。[2]張立波，葛晨光，田世江．關(guān)于我國鑄造業(yè)走自主創(chuàng)新道路的思考[J].鑄造．2006，5(55)：429—432．摘要：宏觀分析了我國鑄造業(yè)自主創(chuàng)新的必要性和緊迫性,指出了影響自主創(chuàng)新的主要障礙、危害和形成原因,提出了有關(guān)鑄造行業(yè)走自主創(chuàng)新道路的一些宏觀性建議。[3]魯永杰．鑄造行業(yè)綠色鑄造技術(shù)開展戰(zhàn)略[J]．鑄造，1999(S1)：70～76．摘要：人們正以新的觀念、新的技術(shù)面向21世紀(jì)。人口、資源、環(huán)境將成為新世紀(jì)的三大主題,未來經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的開展,將給以消耗資源、能源為代價(jià),承受巨大環(huán)境壓力的鑄造技術(shù)提出更高的要求。在第63屆世界鑄造會(huì)議上,權(quán)威人士指出:“鑄造工作者必須滿足社會(huì)生態(tài)要求,純粹的守勢是不行的,應(yīng)主動(dòng)正視環(huán)境問題,合理地使用能源并減少污染〞。因此制訂適應(yīng)新世紀(jì)開展方向的鑄造技術(shù)開展戰(zhàn)略,對于我國鑄造業(yè)意義十分重大。[4]田世江，楊麗君，王玉杰．我國開展節(jié)約型鑄造業(yè)的思考[J]．特種鑄造及有色合金．2005，25(12)：727—728．摘要：闡述了節(jié)約對于我國鑄造業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)開展目標(biāo)的至關(guān)重要性,分析了我國鑄造業(yè)開展節(jié)約、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的歷程、面臨的挑戰(zhàn)和存在的主要問題;提出了建立法制保障、應(yīng)采用的節(jié)能技術(shù)措施等在我國鑄造業(yè)開展節(jié)約、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的假設(shè)干建議。[7]李新亞，等鑄造行業(yè)國內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀及開展方向[J].鑄造，1999：3-11摘要：論述了國內(nèi)外鑄造行業(yè)在鑄件的內(nèi)外質(zhì)量、節(jié)能節(jié)材環(huán)保及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等的生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀;分析了我國鑄造行業(yè)在上述諸方面存在的問題及與興旺國家的差距;為了縮小與興旺國家的技術(shù)差距和適應(yīng)當(dāng)前科技的快速開展形勢及我國現(xiàn)代化建設(shè)的需要,指出了我國鑄造生產(chǎn)技術(shù)的開展方向,所要開展的研制工作,必須開發(fā)、采用和推廣的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)。[8]王文清，李魁盛編.鑄造工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2023摘要：本書主要講述了鑄造的各種造型、造芯方法，以及澆注系統(tǒng)的分類，鑄造工藝裝備設(shè)計(jì)等內(nèi)容。[9]李弘英，趙成志.鑄造工藝設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005摘要：本書包含鑄鐵件、鑄鋼件和非鐵合金鑄件和鑄造工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容及工藝參數(shù)、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、補(bǔ)縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)、出氣孔設(shè)計(jì)、激冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)、特種鑄造工藝及鑄造工藝新技術(shù)等內(nèi)容。全書理論聯(lián)系實(shí)際，書中的工藝舉例均采用經(jīng)過生產(chǎn)驗(yàn)證的實(shí)例，圖文并茂，為工藝設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)和實(shí)用手段。本書在介紹傳統(tǒng)鑄造工藝設(shè)計(jì)方法的根底上，又介紹了較先進(jìn)、較成熟的凝固模數(shù)法鑄造工藝設(shè)計(jì)。在模數(shù)法上有所開展，在鑄造工藝CAD上有所前進(jìn)。[10]中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造專業(yè)學(xué)會(huì).鑄造手冊〔第五卷—鑄造工藝〕[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994摘要：本書分別介紹了鑄造工藝的開展簡史、前景與展望；液態(tài)金屬的充型能力，凝固、結(jié)晶、收縮的控制和鑄件中的氣體、非金屬夾雜物；砂型造型、制芯工藝方案設(shè)計(jì)，工藝參數(shù)選擇，澆注系統(tǒng)、冒口、冷鐵和出氣孔設(shè)計(jì)及砂型〔芯〕的烘干與裝配，并給出了應(yīng)用實(shí)例；模樣、模板、芯盒和砂箱的設(shè)計(jì)；鑄件的落砂除芯，澆冒口、飛翅和毛刺的去除，鑄件的外表清理，鑄件缺陷的產(chǎn)生原因和防止方法，鑄件的矯形和挽救，內(nèi)應(yīng)力消除和防銹涂裝；鑄件質(zhì)量檢驗(yàn)；計(jì)算機(jī)技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用和快速成形、無模化鑄型、適流澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)等新技術(shù)。[11葉榮茂.鑄造工藝課程設(shè)計(jì)手冊[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995摘要：本書是為適應(yīng)高等院校鑄造專業(yè)學(xué)生進(jìn)行砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)的需要而編寫的教學(xué)參考書。編寫過程中，參考了國內(nèi)主要的鑄造工藝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)材料和各高等院校的鑄造工藝設(shè)計(jì)手冊。[12]中國鑄造協(xié)會(huì)，鑄造工程師手冊編寫組編.鑄造工程師手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997摘要：本書是綜合性鑄造專業(yè)技術(shù)手冊，除提供大量信息和數(shù)據(jù)外，也簡略地提到一些根本的理論知識(shí)和技術(shù)觀點(diǎn)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和可讀性。內(nèi)容包括：各種鑄造合金〔鑄鋼、鑄鐵和鑄造有色合金〕的特性和熔煉工藝要點(diǎn)；造型材料；鑄造工藝和鑄造工藝裝備的設(shè)計(jì)；各種特種鑄造工藝的特點(diǎn)以及鑄件的品質(zhì)〔質(zhì)量〕指標(biāo)和主要檢測方法等。附錄B:英文原文及翻譯鑄鋼過程中最正確冒口的自動(dòng)化設(shè)計(jì)

DepartmentofMaterialsScienceandEngineering,SharifUniversityofTechnology,P.O.Box11365-9466,Availableonline6October2007摘要：

鑄鋼過程中最正確冒口的自動(dòng)化設(shè)計(jì)方法。最初的設(shè)計(jì)是鑄造的一局部〔無冒口〕,它被放在一個(gè)適宜的模具中。每個(gè)支線的設(shè)計(jì)包含以下步驟：冒口頸部的測定,鑄件外表的連接點(diǎn)的設(shè)計(jì),初始冒口設(shè)計(jì),冒口形狀優(yōu)化和冒口拓?fù)鋬?yōu)化。完成該方法設(shè)計(jì)的首架支線后,再設(shè)計(jì)下一個(gè),如果需要,將重復(fù)同樣的工作。根據(jù)此方法設(shè)計(jì)的冒口按它們根據(jù)大小呈降序排列。

關(guān)鍵詞：拓?fù)鋬?yōu)化冒口設(shè)計(jì)鑄造工藝優(yōu)化,形狀優(yōu)化；介紹由于熔融金屬凝固過程中在模具型腔中的體積收縮，新鮮熔化的金屬局部應(yīng)使之充型收縮。然而，由于新鮮的熔融金屬不能被送入隔離的金屬周圍使之完全凝固，就會(huì)形成一個(gè)空腔和其他的空白地區(qū)，如其中的孔隙度缺陷就是作為熔融金屬的收縮而形成。從而形成了的腔被稱為縮孔，這是一個(gè)嚴(yán)重的鑄造缺陷。饋線追加到為了補(bǔ)償凝固收縮鑄造和提供〔鑄造的定向凝固冒口〕進(jìn)行最后的凝固點(diǎn)，以使出線。因此冒口要設(shè)計(jì)在在最后凝固點(diǎn)附近。冒口被切斷后完成完整的回收凝固。因此，適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)〔冒口的數(shù)量，位置，大小和形狀〕是一個(gè)健全的鑄件生產(chǎn)的關(guān)鍵。此外，它需要通過減少冒口來降低生產(chǎn)量本錢。

近年來，鑄造業(yè)中縮孔被廣泛用于鑄造模擬設(shè)計(jì)評估和預(yù)測?，F(xiàn)在鑄造模擬系統(tǒng)是為代工用戶提供軟件程序，由用戶設(shè)計(jì)，然后分析設(shè)計(jì)的可能性作出預(yù)測缺陷。一旦分析已經(jīng)完成，用戶查看分析結(jié)果，如果鑄件內(nèi)一個(gè)潛在領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)了缺陷，那么用戶需要做一些邏輯設(shè)計(jì)修改和重復(fù)仿真，直到得到所需的結(jié)果。因此，傳統(tǒng)的試驗(yàn)和錯(cuò)誤鑄造的設(shè)計(jì)周期已被計(jì)算機(jī)取代。但仿真軟件包往往用在過于棘手的和需要在CAD以及實(shí)體建模冒口的設(shè)計(jì)原那么上。此外，引導(dǎo)設(shè)計(jì)是沒有本質(zhì)的優(yōu)化它的質(zhì)量，所以功能用戶需要很有耐心。

近年來已發(fā)表大量的論文報(bào)告，數(shù)值優(yōu)化成功地運(yùn)用在最正確冒口設(shè)計(jì)領(lǐng)域的方法上。[29,19]。這些作品在最正確冒口設(shè)計(jì)制定的形狀優(yōu)化問題上，直接運(yùn)用靈敏度分析解決梯度的最小化方法。目標(biāo)函數(shù)被定義為冒口量和約束定義，使沿線的一些先驗(yàn)的定向凝固來定義冒口路徑。[11,10,13]作者不用同樣的方法，而是用一種特殊的〔計(jì)算廉價(jià)〕有限差分法。[22]內(nèi)側(cè)基于軸的插補(bǔ)方法〔見[21]〕為加快凝固分析優(yōu)化過程。鑄造工藝優(yōu)化相關(guān)的其他作品通常處理的邊界優(yōu)化條件或熱界面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，是為了滿足理想的目標(biāo)溫度軌跡[33,25]和預(yù)期目標(biāo)凝固路徑[12,17]。雖然上述作品成功展示確定應(yīng)用為最正確優(yōu)化過程冒口設(shè)計(jì)，但沒有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料機(jī)設(shè)計(jì)，因?yàn)樗麄円揽拷尚械某醪皆O(shè)計(jì)〔冒口的數(shù)量，位置和形狀〕，在不容易的三維幾何的情況下，他們也需要一些先驗(yàn)來定義冒口路徑。本研究提出鑄鋼工藝最正確冒口自動(dòng)化設(shè)計(jì)的新方法。這方法作為輸入鑄造〔不含支線〕其冒口，使最終的設(shè)計(jì)是收縮缺陷的幾何設(shè)計(jì)〔或保持缺陷免費(fèi)比定義的閾值較小〕。冒口設(shè)計(jì)的概念可以很容易地包含在用戶的奉獻(xiàn)原那么所提出的方法。所提出的另一個(gè)特點(diǎn)方法是有效的數(shù)值實(shí)現(xiàn)，這使得它成為一個(gè)現(xiàn)實(shí)世界的情況下可行的設(shè)計(jì)工具。鑄造的數(shù)學(xué)和數(shù)值模擬凝固從宏觀的角度來看，如果在凝固過程中無視效果熔體的流動(dòng)，那么凝固管轄與相由非線性熱傳導(dǎo)方程改變。為解決這有幾種方法方程〔見良好的調(diào)查[8,14]〕。其中選擇這些方法所需的精度和可用功能計(jì)算資源。作為數(shù)值優(yōu)化一個(gè)反復(fù)的過程，合理有效的數(shù)值方法精度是更為可取的。[28]穩(wěn)定明確傳導(dǎo)的有限差分法為主提出了相變問題。這計(jì)算方法與一個(gè)明確的方法的本錢相同〔每時(shí)間步長〕，由于穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，它是不受時(shí)間步長的限制。[27]相變求解延長模擬真實(shí)世界鑄件的凝固方法，其效率的提高，包括域分解法。為了演示簡潔，我們有興趣的讀者請參考文獻(xiàn)。[27,28]的詳細(xì)信息關(guān)于數(shù)學(xué)和數(shù)值模擬鑄造在本研究中使用的凝固方法。3.凝固誘導(dǎo)缺陷預(yù)測正如在第1條，支線的主要目的設(shè)計(jì)無缺陷的鑄件生產(chǎn)〔尤其是宏觀收縮〕。因此，在這項(xiàng)研究中，預(yù)測凝固合理精度的缺陷是一個(gè)重要的階段。3.1.宏觀收縮預(yù)測由于金屬的凝固收縮，數(shù)值模型可以預(yù)測大孔隙的形成。通常有三種類型，第一個(gè)[18]涉及流體力學(xué)方程的完整的系統(tǒng)解決方案〔Navier-Stokes方程與能量方程耦合〕。雖然這種模式用一個(gè)正確的工具來研究孔隙形成的現(xiàn)象，這可能是計(jì)算比擬昂貴，因?yàn)槊看渭訌?qiáng)數(shù)值算法完整的解決方案涉及的勢頭和能量方程。在第二個(gè)模型[1,2]，在自由外表全流體力學(xué)方程系統(tǒng)一并解決以ALE為液態(tài)金屬的直接跟蹤方法。糊狀的熱機(jī)械行為區(qū)域和固體區(qū)域還包括準(zhǔn)確預(yù)測的縮孔。前一種方法計(jì)算本錢高，因此，它不適合我們的要求。第三種模式，簡化收縮模型[9]，是基于解決方案的能量流體流動(dòng)方程。在鑄造區(qū)在每一個(gè)時(shí)間步，孔隙度預(yù)測評價(jià)是在每個(gè)孤立的液體凝固收縮量上。此卷是按照上方的液體地區(qū)液態(tài)金屬量減去從細(xì)胞流體被刪除的量。液體地區(qū)的“頂級(jí)〞定義重力的方向和自由外表在每個(gè)隔離區(qū)域的液體被認(rèn)為是水平的。這種方法的相關(guān)性支持，在許多情況下，金屬液體流動(dòng)忽略。因此，孔隙的形成是由金屬冷卻和重力的影響。透氣性限制液態(tài)金屬之間的糊狀區(qū)可以很容易地納入在這個(gè)模型。這種模式的實(shí)施基于對價(jià)。[9]在本研究中使用。因?yàn)樵谶@模型，大局部的CPU時(shí)間局部被消耗，標(biāo)志著孤立液體區(qū)域。一個(gè)基于新的孤立液體快速行進(jìn)的區(qū)域標(biāo)記算法[24]中介紹了目前的研究〔見附錄A〕3.2.微觀收縮預(yù)測微收縮缺陷是另一個(gè)問題，應(yīng)考慮冒口設(shè)計(jì)，尤其是與合金大的凝固時(shí)間間隔。丹山，[20]一個(gè)簡單的預(yù)測鋼中的微收縮措施的鑄造工藝。丹山標(biāo)準(zhǔn)被定義為，G/√R其中G為溫度梯度，R是在凝固冷卻速率〔固相線溫度〕?；诘牡ど浇Y(jié)果，任何鑄造點(diǎn)丹山標(biāo)準(zhǔn)是低于一個(gè)臨界值的微收縮缺陷發(fā)生。臨界值的G/√R級(jí)是合金成分的功〔775K-1/2S-1/2M-1丹山報(bào)告某些類型的鋼合金〕。用解決方案來評價(jià)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是足夠的能量方程，因此它不施加相當(dāng)大的額外費(fèi)用。因此它是適合我們的目的的。如今Niyama的標(biāo)準(zhǔn)被廣泛應(yīng)用于商業(yè)軟件包預(yù)測微收縮。4.最正確冒口自動(dòng)化設(shè)計(jì)在本節(jié)中，我們提出我們的方法，那就是自動(dòng)鑄鋼過程中的最優(yōu)冒口設(shè)計(jì)。在這項(xiàng)研究中所提出的的方法包括以下主要步驟：〔1〕初始化，〔2〕缺陷預(yù)測，〔3〕缺陷分布并尋找適宜的位置接駁頸部連接，〔4〕冒口和冒口頸部設(shè)計(jì)，〔5〕形狀添加冒口的優(yōu)化，〔6〕拓?fù)鋬?yōu)化添加冒口〔如果需要的話〕，〔7〕要加強(qiáng)2，重復(fù)相同的步驟，直到在鑄造過程中殘存的缺陷成為低于定義的閾值〔或其他定義阻止條件得到滿足〕。如果只有一個(gè)主要的熱點(diǎn)內(nèi)的鑄造，應(yīng)把冒口連接到最接近的鑄造面熱點(diǎn)。據(jù)位于兩個(gè)或多個(gè)孤立的熱點(diǎn)除了需要多個(gè)冒口。如果有幾個(gè)熱點(diǎn)，不同的凝固，倍，可接最初設(shè)計(jì)為最熱的一個(gè)，通過分析，以驗(yàn)證是否遵循相同的冒口。也可以在任何其他的熱點(diǎn)上設(shè)置冒口。冒口設(shè)計(jì)是未來最大的熱點(diǎn)，等等[23]。目前的研究說明冒口頸部連接位置是缺陷分布的第一步。當(dāng)我們有多個(gè)不同的凝固時(shí)間的熱點(diǎn)，這一步是必不可少的。自動(dòng)考慮到上述原那么提出的算法，即首架支線。這是最重要的單個(gè)最大收縮缺陷的鑄件的局部設(shè)計(jì)。在同一的方式下，設(shè)計(jì)的第二接點(diǎn)是排名最大的接點(diǎn)，最后的設(shè)計(jì)冒口是最小的那個(gè)。在此方法中，假定的小冒口沒有凝固相當(dāng)大的區(qū)域，其相應(yīng)的為更大的冒口條件〔冒口設(shè)計(jì)前〕。這是一個(gè)可行假設(shè)，原來的鑄造需要一些各種尺寸的冒口，或多個(gè)大致相同大小的冒口，需要在這些冒口有不凝固的相當(dāng)大的影響對方的條件〔例如，有一些光節(jié)鑄件之間的沉重局部〕。如果這個(gè)假設(shè)是不可行的，最終的設(shè)計(jì)不是最正確的冒口〔見第5節(jié)〕，它可能是次優(yōu)的〔不是最終設(shè)計(jì)生產(chǎn)的鑄造〕。該方法的整體流程圖所示圖1。在以下小節(jié)中討論上述步驟的細(xì)節(jié)。圖1.最正確冒口自動(dòng)化設(shè)計(jì)過程的流程圖4.1.初始化在這一步鑄造幾何〔不含支線〕，表示用戶屬性和邊界條件。然后輸入幾何體被嵌入在一個(gè)適宜的模具離散框和模具盒〔包括鑄造〕。根據(jù)定義網(wǎng)用戶一個(gè)統(tǒng)一的笛卡爾網(wǎng)格大小。每個(gè)笛卡爾網(wǎng)格稱為像素。目前研究的OpenSource網(wǎng)格發(fā)電CartGen[26]為此目的而使用。我們有一個(gè)三維數(shù)組，F(xiàn)存儲(chǔ)類型像素〔而非CAD幾何〕。在本研究中我們有兩個(gè)像素類型：鑄鐵體素，F(xiàn)=1和模具像素F=0。從模具外表使鑄造模具盒維數(shù)被選中，具有至少一個(gè)最小距離。vqmin值，是一個(gè)用戶定義的參數(shù)是根據(jù)鑄件重量/正式選定最大鑄件厚度。像素大小應(yīng)該根據(jù)鑄件的幾何形狀的復(fù)雜性來確定〔和選擇通常的用戶體驗(yàn)〕。小像素尺寸導(dǎo)致計(jì)算本錢高，大像素程序大小導(dǎo)致誤差。請注意，在優(yōu)化過程?？虼笮　灿捎诹硗獾拿翱凇车瓤傁袼氐臄?shù)量正在逐步增加。在初始化步驟的另一個(gè)任務(wù)是外表設(shè)計(jì)空間的定義。外表設(shè)計(jì)空間，Cdesign，定義作為一個(gè)子集鑄件的外表，Ccast，這是可行的連接冒口脖頸。作為一般規(guī)那么，連接冒口頸部小于絕對的鑄鐵外表曲率值是可取的。特別是連接冒口頸部凹面〔外表帶有負(fù)應(yīng)防止盡可能曲率〕〔考慮去毛刺，切割和加工程序，通常需要鑄造后〕。可以是曲面的曲率從CAD模型中提取以下關(guān)系：其中，k是局部曲率，n是本地向外鑄件外表的法線向量。請注意，在實(shí)際應(yīng)用更復(fù)雜的外表幾何推理適合Cdesign定義至關(guān)重要。因此，使用智能幾何推理模塊來根本一致的定義Cdesign。要生成一個(gè)切實(shí)可行的設(shè)計(jì)，用戶定義的奉獻(xiàn)有可能從中受益Cdesign。用戶可以通過這種方式排除一些不可行外表形成Cdesign。Cdesign在voxelized幾何，外表名單像素，與Cdesign有非空訂閱?！巴獗眢w素是那些至少有一個(gè)模具在其附近的像素。在本研究中存在相鄰像素時(shí)，他們兩個(gè)像素被稱為一個(gè)共享的面孔。4.2.缺陷預(yù)測在這個(gè)階段，是由能量方程解與宏觀或微觀缺陷預(yù)測方法來確定鑄造場〔原鑄造缺陷+添加冒口，如果在以前添加一些冒口周期〕。4.3.缺陷分布冒口設(shè)計(jì)過程中主要的重要步驟之一是選擇適宜的鑄件外表上冒口頸部的連接點(diǎn)。如果只有一個(gè)主要內(nèi)熱點(diǎn)鑄造，選擇溫度最高的點(diǎn)〔或與最高點(diǎn)局部凝固時(shí)間〕鑄件外表成員的Cdesign是一個(gè)可行的選擇。但是，當(dāng)我們有孤立的兩個(gè)或兩個(gè)以上不同的凝固熱點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)選擇冒口頸部的連接點(diǎn)是非常困難的。為此，我們順利和分發(fā)中投量的缺餡領(lǐng)域，使他們的影響以適宜的方式傳送到鑄鐵外表?！斑@一步的應(yīng)用在缺陷領(lǐng)域是預(yù)測的缺陷的方法之一：宏觀或微觀〔類型是用戶選定的參數(shù)〕。以下Helmhotlz類方程用于分發(fā)缺陷在目前的研究領(lǐng)域〔2〕：其中d是預(yù)測的缺陷領(lǐng)域，是分布式〔平滑〕的缺陷磁場，>0是一個(gè)縮放控制擴(kuò)散尺度〔在這項(xiàng)研究中=1〕，是空間變量的缺陷擴(kuò)散系和的是空間域的局部，僅包含原始鑄造〔不接駁〕。請注意，我們不喜歡的各向同性分布的缺陷，但我們更愿意有更多溫暖的局部缺陷擴(kuò)