毕业论文范文——ProCAST软件对薄壁支架类零件铸造工艺研发及优化的应用

西安航空职业学院毕业论文ProCAST软件对薄壁支架类零件铸造工艺研发及优化的应用姓 名： 专 业： 航空电子 班 级： 完成日期： 指导教师: 摘要：ProCAST是一个基于有限元技术分析的铸造过程模拟分析软件，适用于各种铸造工艺的模拟，可以模拟分析模组熔液的填充、凝固和应力应变等计算，显示铸件的冷隔、裹气和氧化夹杂的位置，预测铸件缩松、缩孔，应力与应变等缺陷。运用ProCAST模拟预测铸件的缩松、缩孔位置，是我们产品研发的内容之一。关键词：ProCAST；模拟；凝固；缩孔、缩松；研发；优化；1 前言：在熔模铸造样品工艺研发阶段， 通常我们的相关产品工程师会以会议或小组讨论的方式，召集相关铸造工程师根据铸件的要求和结构进行分析，制定几种铸造工艺生产方案，进行3D制图，并由相关模拟工程师运用ProCAST仿真模拟软件对其模拟分析和优化，已成为我公司进行铸造工艺研发生产中的一项重要环节。如下为我公司利用模拟软件对一种只有2mm厚薄壁支架铸熔模造工艺研发和优化过程的案例。2 铸造工艺制定：2.1 几何模型铸件几何模型（如图1）： 图1 几何模型2.2冒口设计根据冒口理论设计要求，即冒口应设在补缩通道上，设计合理的斜度，加大补缩扩张角，有利于实现冒口的补缩和增加冒口的补缩距离。根据铸件质量要求、结构特点并结合实际生产，内浇口位置选择在铸件的平面处，同时，在铸件的相关部位增加工艺补贴，有利于铸件通过冒口进行顺序凝固，减少热节的产生。冒口设计（如图2）；图2冒口2.3 浇注系统设计 根据浇注系统设计原理，该支架属于薄壁类铸件，浇注系统设计需要保证金属液充型速度快、平稳、不断流，避免铸件产生冷隔、浇补足缺陷。 浇注系统设计采用了开放式浇注本系统，F内F横F直。对于本产品的浇注系统，我们设计了两种方案进行ProCAST仿真模拟计算分析，即case1侧注式浇注系统（如图3）和case2顶注式浇注系统（如图4）。侧注式浇注系统的优势金属液由铸型型腔侧面水平或倾斜浇注，熔模焊接、熔失比较方便，铸件补缩良好，金属液对铸型型壁冲击较小，排气性能优良1；顶注式浇注系统的优势是金属液由开在铸件顶部的内浇道注入型腔，有利于形成自下而上的顺序凝固和冒口补缩2。图3 侧注式浇注系统 图4 顶注式浇注系统3、软件模拟分析3.1 模拟参数运用ProCAST铸造模拟分析软件进行模拟分析，材料为低碳合金钢，钢水浇注温度1680，模壳温度1150。4、方案一、二模拟4.1凝固过程通过模拟凝固过程（固相率60%隐藏，如图5）显示，两种方案在凝固初期，铸件表面固相率值不均匀，并且后面都出现了如图红色圈出所示的趋为孤立液相区的部位。4.2 缩孔、缩松从缩孔、缩松（如图6）上看，两种方案在铸件多处部位都出现相似的缩孔、缩松缺陷，模拟结果不理想；图5 case1和case2凝固过程图6 case1和case2缩孔、缩松预测4.3小结此产品为薄壁铸件，根据铸件性能要求，铸件不允许出现缩孔、缩松缺陷，此产品工艺需要继续研发。5.方案三模拟5.1方案三模拟思路继续用case2顶注式浇注系统组树方案，通过提高模壳温度改善铸件凝固初期凝固不均的问题；通过改进铸件结构，改善铸件补缩系统，提高浇道对铸件的补缩能力。5.2方案三模拟结果5.2.1凝固过程 从本次凝固过程结果（固相率60%隐藏，如图7）来看，凝固初期，铸件表面固相率值基本均匀，未出现孤立液相区趋势，凝固过程得到改善。图7 case3凝固过程5.2.2 缩孔、缩松 从本次缩孔、缩松（如图8、图9）看，铸件出现的缩孔、缩松缺陷明显减少，但现在铸件远平面端有集中的缩孔、缩松缺陷，二次研发模拟结果仍不理想。图8 case3缩孔、缩松预测图9 case3缩孔、缩松预测5.3 小结： 同产品研发初期的模拟结果（如图6）相比，本次改进效果显著，但未彻底解决铸件缩孔、缩松问题，产品工艺需要继续改进。6. 方案四模拟6.1方案四模拟思路在二次研发的思路上，再次提高模壳温度，并在铸件远端平面处增加一个冒口，通过冒口补缩改善铸件远端平面的缩孔、缩松问题。6.2方案四模拟结果6.2.1凝固过程 从本次凝固过程结果（如图10）来看，铸件整体呈顺序凝固，没有出现孤立液相区（固相率60%隐藏）； 图10 case4凝固过程6.2.2缩孔、缩松 从本次缩孔、缩松上（如图11、图12）看，铸件未出现缩松、缩孔缺陷，模拟结果良好，本次改进效果显著。 图11 case4缩孔、缩松预测1图12 case4缩孔、缩松预测26.3 小结方案模拟结果凝固过程缩孔、缩松case1有趋为孤立液相区部位有case2有趋为孤立液相区部位有case3基本顺序凝固有case4顺序凝固无从以上表格可以看出，方案四是顺序凝固，无缩孔、缩松，模拟结果最好。方案四改进效果显著，最终解决了铸件缩孔、缩松问题，符合铸件工艺要求，可按此工艺方案提交客户认证，根据样品订单数量需求，进行试制生产。7、总结7.1 在熔模铸造样品研发过程中，利用ProCAST模拟软件仿真可以较快的进行产品工艺模拟验证，确定满足客户要求的工艺方案；7.2利用ProCAST软件模拟并优化样品工艺，预测铸件缺陷，可减少产品试制周期及试验次数，降低试制风险，减少生产浪费；参考文献：1、 中国铸造协会，熔模铸造手册，北京，机械工业出版社 2000年：93页。2、 李弘英 赵成志，