（材料加工工程专业论文）基于solidworks下铸钢件工艺cad系统冒口模块的研究与开发.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 在铸造工艺c a d 中，三维绘图软件是实体造型发展的必然趋势，它更容易实现铸 造生产过程c a d c a e c a m 一体化。s o l i d w o r k s 公司推出的基于w i n d o w s 的三维 机械设计软件s o l i d w o r k s 以其强劲的造型能力与易学易用的操作成为很多铸造厂家 的首选。传统的冒口设计需要综合大量的理论知识并查阅很多相关的手册，计算繁琐而 易于出错，而冒口设计不仅是铸造工艺中关键的一步，同时又与c a e 模拟紧密相连。 本课题正是在以上背景的前提f 展开的研究和开发。j ， 本文分析了国内外铸造工艺c a d 的发展现状和趋势，紧密结合用户需求，根据现 有的条件和工艺设计流程，利用v c 6 0 作为开发工具，研究三维绘图软件s o l i d w o r k s 下铸钢件工艺c a d 系统冒口模块的开发。 本文分为两大部分：冒口库的管理和冒口系统的设计与绘制。冒口库管理部分主要 对常用的冒口参数实行可视化的用户管理，用户可随时添加、删除、编辑冒口参数，是 冒口设计的基础。冒口的设计与绘制部分根据铸钢件顺序凝固的特点，采用目前流行的 热节圆法和模数法进行冒口设计，利用s o l i d w o r k s 提供的c o m 接口，给用户可视化 的操作窗口，用户可以快速方便地在零件图上绘制出冒口系统。 本研究是课题组首次在三维软件s o l i d w o r k s 下对冒口系统设计研究的探索，在开 发过程中和实际紧密联系，开发的软件简单适用，操作简单，为今后三维系统下冒口设 计打下了坚实的基础，达到了预期的目标。 关键词：铸造i 艺，冒口亲巯，c a 赍c o 衍o i i d * o r k s 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h ef i e l do fc a s t i n gp r o c e s sc a d ，t h e3 ds o f t w a r ei st h ei n e v i t a b l e t r e n dw h i c hi se a s i e rt or e a l i z et h e i n t e g r a t i o n o f c a s t i n gp r o c e s s c a d c a e c a mf o rt h e3 ds o f t w a r e s o l i d w o r k ss o f t w a r ed e v e l o p e db y s o l i d w o r k sc o r p o r a t i o ni sb e c o m ea l l i m p o r t a n tc h o i c eo fm o r ea n dm o r e f o u n d r yc o m p a n i e sb e c a u s eo fi t sp o w e r f u l ，e a s y - t o - u s e3 dm e c h a n i c a l d e s i g ns o l u t i o n s d u r i n gt h et r a d i t i n a r yc a s t i n gp r o c e s sd e s i g n ，i td e m a n d s t e c h n o l o g i s tt om a s t e rp l e n t yo ft h e o r ya n dr e f e r i n gt om a n yc o r r e l a t i v e m a n u a l s 。a n di t i sc o c k a m a m i ea n df a i l i b l et o d e s i g n t h es i z eo fr i s e r h o w e r v e r , r i s e rd e s i g ni sn o to n l yt h ek e yo fc a s t i n gp r o c e s s ，b u ta l s ov e 广y i m p o r t a n tf o rc a es i m u l a t i o n i nt h ep a p e r , t h ea u t h o rd e s i g n sr i s e rs y s t e md e s i g nf o rs t e e l c a s t i n g w i t hv c 6 0a sf o r e g r o u n da p p l i c a t i o na n ds q ls e r v e r 2 0 0 0a sb a c k g r o u n d a p p l i c a t i o nb a s e do ns o l i d w o r k sb ya n a l y s i n gt h ea c t u a l i t ya n dt r e n da b o u t c a s t i n gp r o c e s sc a d ，c o m b i n i n g w i t ht h eu s e r s 7 d e m a n d t i g h t l y a n d d e s i g n i n gt h ec a s t i n gp r o c e s sa c c o r d i n gt ot h ep r e s e n ts i t u a t i o n t h es t u d ym a i n l yi n c l u d e st w op a r t s ，o n ej st h em a n a g e m e n to fr i s e r d a t a b a s ea n dt h eo t h e rj st h er i s e r s y s t e md e s i g n a n dd r a w i n g i n m a n a g e m e n tp a r t ，s t a n d i n gr i s e rp a r a m e t e r sa r em a n a g e dv i s u a l l y t h e u s e r sc a n a d d ，d e l e t ea n de d i tt h er i s e rp a r a m e t e r sa l l o d i a l l y t h i sp a r ti st h e b a s e m e n to fr i s e rd e s i g n a n di n d e s i g na n dd r a w i n gp a r t ，i ta d o p t ss p o t c i r c l em e t h o da n dm o d u l u sm e t h o da sd e s i g nm e t h o da c c o r d i n gt ot h e c h a r a c t e r i s t i co f s e q u e n c e s o l i d i f i c a t i o nf o rs t e e i c a s t i n g t h er e s e a r c h p r o v i d e sv l s u a fd e s i g nw i n d o w st od e s i g nt h er i s e rs y s t e me x p e d i e n t l ya n d r a p i d l yu s i n gc o mi n t e f a c ep r o v i d e db ys o l i d w o r k ss o f t w a r e i t st h ef i r s te x p l o r et od e v e l o pt h er i s e rd e s i g nb a s e ds o l i d w o r k sf o rm v l a b t h er i s e rs y s t e mi s e a s y - t o - u s er e l a t i n gw i t hp r a c t i c a ip r o d u c t i o n t h i s s t u d ye s t a b l i s h st h ef o u n d a t i o nf o rl a t e r i s e rd e s i g nb a s e do n3 dd e s i g n s o f t w a r e ，w h i c hr e a c h st h ee x p e c t a n tt a r g e t k e yw o r d s ：c a s t i n gp r o c e s s fr i s e rs y s t e m rc a d c o m c s o l i d w o r k s 华中科技火学硕士学位论文 1 绪论 1 选题的背景和意义 随麓计冀机的簧及，计算机在铸造领域中的应用得到迅速发展，这标卷羞生产经验 与现代科学进一步结合，是当前铸造技术开发_ 葶生产发展的重要走容之一。曩藏，缀多 国家已蒋遍运用计算机进行温度场模拟、炉料配制、生产控裁、统计质量等。铸造王艺 设计是铸造生产的基本组成部分和关键环节，不过铸造工艺过程复杂、影响铸l 拳质霪黪 因素很多。长期以来，一般都是依靠人的经验、习惯进行铸造王艺设计，缀难傲到摄佳 = 艺设计，也无法准确、动态地进褥分析、预示和控制。近年来微瞧子技寒、诗算槛技 术在铸造领域的应用越来越蟹遍，势取彳导7 可骞成果，如铸 孛凝固理论疆突已蠢重大发 展，但其具体应用，还蠢赖于铸造工艺c a d c a e 这一蟒粱。邋些年来，诗算梭技术静 迅速发晨，为铸造工艺c a d 7 c a e 的应用与硬突开辟了广阕蓠蓉 l l 。 但怒，一壹以来，铸造_ 工艺c a d 的研突运远落后- 7c a e 豹璎究与发袋。实际主， 铸造工艺c a d 不仅童接影拣着铸造行业的愚隧援、悬孚嚣王稷，焉盈它逐是铸造生产 过程c a d c a e c a m 一体他的霪要组戏部分h q j 。铸造工艺c a d 技术可戳佼铸造工艺 设计效率成偿提离，增强铸造产晶奁罾鼯枣场上翡竞争髭力，绘铸造企妲带来徭大的经 济利益【z j 。鼹翦国内不少铸造企业邑谈识裂拜发铸造工艺c a d 系统的迫切住，正积极 与有关科研攀袋合铭开发铸造工艺泓d 系统。跑魏华中科技大学丰才搴季科学与工程攀院 凝露模拟研究塞开发熬缎蓬铤笔系绕，途舔a u t o c a d 佟为开发平台，采用0 b j e c t a r x 终为二次开发王其，已经应蠲于一些企监，敬褥了一定的经济效益。僵由于二维绘图在 设诗、分辑以及工程彗璞方霹存在着摄多豹不是，三维设计才是c a d 发展韵必然趋势， 潮蛙在三维绘图软俘下开发斑残熬翡铸造工艺c a d 系统就硪为遗在眉穗韵任务。 s o l t d w o r k s 是器静嫠莽最漉行豹三维襁- 械c a d 软侔之一，其强劲的实体建模能 力秘发好易髑黪w i n d o w s 赛萄形减了三维产品设计的标准，它黻参数化和特征建模的 技本，失竣诗久受提供7 逄妊静设计环境，并拥有了越来越多的用户。同时，s o l i d w o r k s 提供了大曩熬a p i ( a p p t i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) 函数，这些函数提供了 聪穿爨直接谤润s o l i d w o r k s 豹能力，可戳被v b 、d e l p h i 、c c + + 等编程语畜调用， 开发人员嶷用这点可激缀方便逸进行s o l i d w o r k s 的二次开发3 巧】。 攀子以上鹜聚，本谋题采用爵翦瓒界上流行的三维遣整软件s o l i d w o r k s 作为软件 华中科技大学硕士学位论文 开发平台，利用v c 6 0 作为二次开发工具，探讨了铸钢件工艺c a d 系统冒口模块的开 发思想，作为开发通用的商品化冒口系统模块的基础。 1 2 国内外发展的历史、现状及其趋势 自从1 9 5 9 年3 月在美国m i t ( m a s s a c h u s e t t si n s t i t u t eo f t e c h n o l o g y ) 召 开的一次计划会议上酋此提出c a d 这个概念以来，铸件凝固计算机数值模拟技术的研 究就逐步发展，目前，这一领域已形成了世界性热潮，b 】。 铸造工艺c a d 在过去很长的一段时间里其含义主要是指铸件凝固过程数值模拟， 但事实上现在所说的铸造工艺c a d 指的却是工艺设计部分。直到九十年代中期，这一 情况才得以改变，人们把铸件凝固过程数值模拟归入铸造工艺c a e 范畴，铸造工艺设 计称为铸造工艺c a d 。这一划分清晰地阐明了铸造工艺c a e 和c a d 之间的区别，避 免人们在概念上模糊不清【j 。 1 2 1 国外研究工作的情况 本世纪六十年代以来，铸件凝固过程数值模拟技术在大量研究工作的基础上获得了 广泛的应用和发展。铸件凝固过程温度场数值模拟作为预测铸件缩孔缩松缺陷的有效方 法已进入实用化阶段。进入八十年代，随着计算机软硬件技术的飞速发展，国际上相继 开发成功了一系列铸件凝固过程数值模拟软件。这些软件包的最终目的是解决铸造工艺 的优化设计，实现铸件质量的预测和控制。 1 9 6 2 年f o r s u n d 第一次把有限差分法用于凝固过程的传热计算惮】。1 9 6 5 年，美 国通用电气公司的h e n z e l 和k e v e r i a n 两人应用瞬态传热程序计算了大型铸钢件的的 凝固过程【9 】。密执安大学以p e h l k e 教授为首的研究小组【加】从1 9 6 8 年开始进行了一系 列的研究，取得了与实测成果比较一致的数据。进入7 0 年代后，m i c h i g a n 大学的 m a r r o n e 、p e h l k e ，日本的新山英辅教授 1 1j 、大中逸雄教授【6 j ，丹麦的p n h a n s e n 教授【1 2 】都在这个领域的研究中有所突破。8 0 年代以来，凝固数值模拟技术得到了飞速 的发展。在第五十届国际铸造年会上【i 3 ，首次提出了铸造工艺c a d 这个概念。1 9 8 9 年世界上第一个铸造商品化软件在德国第七届国际铸造博览会上【1 4 - 1 5 】展出，它是由德 国a a c h e n 大学s a h m 教授主持开发的m a g m a 软件。进入九十年代后，国外关于凝 固过程模拟的实用软件如雨后春笋一般纷纷涌现，在功能上，逐步实现了三维流场分析 华中科技大学硕士学位论文 = 自= ；# = = = ； = 自目i t = ；_ l 自 ；目目= = ；= ；= 功能 7 1 ，并初步添加了工艺绘图功能，德国的m a g m a 还具备三维应力场分析功能v 。 在铸造工艺c a d 方面，国外一直在u g 、p r o e n g i n e e r 等三维造型软件的基础上 进行一些开发，已经出现了一些接近实用的软件【1 6 j ，如美国铸造协会的a f s s o f t w a r e 软件，英国f o s e c o 公司的f e e d e r c a l k 软件，丹麦d i s a 公司的d i s a m a t c 软件 等 7 1 。 国外c a d c a e c a m 在模具制造上的应用己相当普遍，随着三维造型理论和实用 化技术的日趋成熟，三维工艺c a d 系统必将成为铸造工艺c a d 系统的主流。同时国 外在铸造集成c a d 系统方面取得了许多研究成果，d u c t 5 是一个比较成熟的 c a d c a m 集成软件，具有设计模样、模板和芯盒等工装功能，其中包括分型面、拔模 斜度等的设计l 2 j 7 】。 1 2 2 国内研究工作的情况 国内铸件凝固数值模拟研究始于1 9 7 8 年，虽然起步较晚但发展较快。首先是众 多大专院校和专业研究所进行了广泛的铸件凝固数值模拟基础性研究【1 , 1 7 j 。大连理工大 学 1 8 】和沈阳铸造研究所 1 9 - 2 0 】率先开展这方面的工作，随后西北工业大学和西安交通大 学也进行了相关研究，除了上述单位外，清华大学、华中科技大学、哈尔滨工业大学、 沈阳工业大学、哈尔滨科技大学、内蒙古工学院、合肥工业大学、北京科技大学等单位 汪l j 也进行了一系列数值模拟技术的基础性研究。目前华中科技大学开发的华铸c a e 软 件v j 在实用效果上处于国内领先地位，这套软件具备对温度场、流动场的分析功能，国 内的用户广泛，深受用户好评，是国内铸件凝固数值模拟软件的典型代表。 铸造工艺c a d 是指从零件图输入到铸件工艺图输出之间应完成的全部工艺设计工 作。主要包括铸件的分型面、加工余量、拔模斜度、芯头、浇注系统、冒口及各种工艺 符号的设计【zz 1 。其中最关键的设计是浇冒系统的设计，随着各种金属材料的凝固特性 不同，其浇冒系统的设计各异。 对于三维铸造工艺c a d 软件的开发设计不仅要求系统能够进行复杂的三维绘图、 尺寸标注、填写标题栏和对图形、文字的编辑功能，同时要具备完善的工艺设计数据库 和参数化的数据库，以及设计过程中生成的各种文字、图形的收集整理功能，以供设计 完成后的相关数据、图样分类管理和补充、扩大、丰富数据库资源等。 我国对铸造工艺c a d 的研究始于沈阳铸造研究所开展的“大型铸钢件凝固数值模 华中科技大学硕士学位论文 ! = = 自自；# = 目g j = ；= = 自目；l 目_ ；目_ 目口；日# = = = 拟及铸造工艺c a d 研究”国家重点攻关项目，选择了五类典型铸件作为研究对象：轧 钢机架类、轮形类、叶片类、缸体类和阀体类，研制了一系列的软件，取得了相当好的 成绩 2 3 - 2 5 】。其中外冷铁工艺c a d 独具特色，使大型铸钢件摆脱了传统的加内冷铁的生 产工艺，满足了关键铸件的要求。九十年代初，由清华大学承担开发的t h f s c a d l l g , 。1 系统是面向铸造工艺设计的绘图软件系统的一个典型代表，但由于该软件基于d o s 操 作系统和a u t o c a d1 1 0 平台，人机交互界面较差，未能获得较好的应用。1 9 9 8 年， 清华大学【8 , 2 7 - 3 0 】与福建三明双轮化工机械公司合作，针对该公司的实际生产开发了铸钢 件铸造工艺工装c a d 软件c a s t c a d 。该软件以微机为工作平台，a u t o c a d l 4 为支撑 软件，利用v i s u a lc + + 为开发语言进行二次开发的，其主要内容主要包括七个小模块： 分型面设计、加工余量设计、拔模斜度设计、冒口设计、浇注系统设计、标准芯头设计 和工艺符号设计，基本上满足该厂的需求，但该软件同样存在着通用性差的缺点。在此 期间，沈阳铸造研究所、大连理工大学、华中科技大学、哈尔滨工业大学等也对铸造工 艺c a d 进行了研究和开发。其中，华中科技大学材料学院凝固模拟研究室一直在进行 这方面的研究，开发的铸造工艺c a d 软件瞥在几个厂家进行过试运行，获得了用户的 一致好评。该研究室在2 0 0 1 年与山西榆次液压件厂合作，开发了一套铸造工艺工装 c a d 软件，该系统除了包括针对该厂的具体情况开发的模块外，还开发了通用的浇冒 系统的设计，具有一定的通用性。 目前，不少科研单位利用a u t o c a d 进行二次开发，结合实际生产开发各种实用软 件。但是，三维设计才是真正意义上的、创新设计的c a d 。s o l i d w o r k s 以其使用简单， 界面友好，是华中科技大学铸件凝固模拟软件i n t e c a s t 主要的前端三维绘图软件之 一，在s o l i d w o r k s 下进行冒口设计无疑具有重要的意义。 1 2 3 铸造工艺c a d 技术的发展趋势 经过这些年的研究与探索，国内外研究者 3 1 。3 4 1 总结出了今后铸造工艺c a d 技术的 发展趋势： l 铸造生产c i m s 与并行工程 2 4 , 3 5 】 c i m s 是一种新型的生产模式，它将c a d c a p p c a e g a m 有机地结合起来，建 立一种新的设计、规划、生产、分析计算及技术管理的一体化的模式，从产品的概念设 计就开始考虑集成。并行工程是现代制造业组织产品设计和生产的一种思想与方法，它 华中科技大学硕士学位论文 = ：= # 自；l = ；g = 目；目_ = ；。= ；z _ = i 目目 目= ；= = 是对产品及其相关过程( 包括制造过程及支持过程) 进行并行一体化设计的一种系统化 的工作模式，这种模式力图使开发者从一开始就考虑到产品的全部生命周期中所有因 素包括质量、成本、进度与用户需求。使用并行处理技术不仅能缩短生产过程各环节 的周期，还可以提高产品设计的一次成功率。 目前我国的铸造工艺c a d 、c a e 软件还处于个别发展的阶段，二者的独立技术还 亟待完善，更谈不上实现并行处理和c i m s ，还有许多工作要做，需要广大研究工作者 的辛勤研究和推广【靳q 引。 2 铸造生产虚拟新产品开发 虚拟技术是指利用计算机及其外围设备，生成与真实环境相一致的三维虚拟环境， 通过辅助设备与环境中的物体进行交互作用，完成对产品的设计、制造及过程的管理。 虚拟新产品的开发就是采用c a d 技术在计算机屏幕上显示出拟生产的新产品的外形、 色彩和结构，为新产品开发创造一个虚拟的环境，借助c a d 的三维造型技术设计新产 品，利用c a d 可视化技术在屏幕上显示出拟生产的新产品的外型、色彩及其结构，利 用有限元分析对产品受力等情况进行分析，利用r p t ( 迅速成型技术) 绘出实物模型等。 铸造生产中的虚拟制造技术称为虚拟铸造技术，主要应用于铸件设计、浇注充型或 造型过程的数值模拟及结果的可视化和铸造生产过程的仿真优化领域。目前我国在凝固 过程数值模拟及结果的可视化方面作了大量的研究工作，可以直接观察模拟结果，进而 分析铸件凝固过程及形成的缺陷，并采取合适的工艺方案提高铸件的质量。 3 铸造工艺c a d 的集成 目前，随着铸造工艺c a d 技术的飞速发展，随之而来的必然是系统的集成，最终 形成产品设计与铸造工艺c a d 的集成【7 ，2 5 t 3 6 ，3 9 1 。即只要把铸件图样、铸型材料、热物 性参数、凝固特性及数学模型输入计算机中，就可以运用虚拟技术对设计的工艺方案进 行试浇注，模拟铸件的凝固过程，预测凝固过程、微观组织、残余应力等 4 0 。4 1 1 。并利 用可视化技术和图像信息技术对试浇过程进行逼真的三维图像显示，对凝固过程中出现 的缺陷进行分析、评估，进而改进、优化工艺方案，进行新一轮的工艺方案评估，最终 达到最优化工艺。 1 3 主要研究内容 铸造工艺c a d 的研究由于规范复杂的原因长期以来一直远远落后于c a e 的研究与 华中科技大学硕士学位论文 zt _ i 自；j _ 目目_ # ；j ；j l l ；| _ = _ 目# ；= = i _ l 自_ 目 发展。实际上，铸造工艺c a d 不仅直接影响着铸造行业的甩图板、甩手册工程，而且 它还是铸造生产过程c a d c a e c a m 一体化的重要组成部分。冒口系统工艺设计在铸 造工艺设计中占有举足轻重的地位，为此本文开展了铸造工艺c a d 系统冒口模块的研 究工作，并结合实际生产情况，设计开发了铸钢件工艺c a d 系统冒口模块。 在铸造工艺设计过程中，冒口设计涉及大量繁琐的数学计算、查表、绘图和定制工 作，国内很多铸造厂家在进行冒口设计时完全依靠经验手工绘图。近年来，一些侧重于 铸件凝固过程数值模拟的商品化软件，如华中科技大学的华铸c a e 系统，已经给用户 带来了可观的经济效益，但同时用户也提出了对铸造工艺c a d 商品化模块的强烈需求。 本课题正是针对以上背景，分析了铸钢件冒口的补缩机理，并根据理论研究、设计手册 和生产经验，利用s o l i d w o r k s 提供的a p i ，采用目前基于u m l 最好的建模、设计工 具r o s e 作为建模工具，以v c 6 0 作为二次开发平台开发实用型铸钢件工艺c a d 系统 冒口模块。 本文研究并分析了目前常用的铸钢件冒口设计方法使用热节圆法和凝固模数法进 行冒口设计。在冒口的计算模型中，考虑了“一冒多补”情况对计算结果的影响，提出 了修正的冒口数学模型，大大提高了设计结果的准确性。 在上述研究工作的基础上，作者利用三维绘图软件s o l i d w o r k s 提供的c o m 接口 在v c 6 0 下开发了铸钢件工艺c a d 系统冒口模块。该系统具备w i n d o w s 应用程序的 友好界面和s o l i d w o r k s 的专业图形设计风格两大优点。 铸钢件工艺c a d 系统冒口模块既是铸造工艺c a d 系统的一个主要功能模块，同 时又可作为个独立的软件运行，该模块提供了友好的用户界面和独立的数据操作，具 有广阔的应用前景。 华中科技大学硕士学位论文 一= = 一；= # = 目= = # = ；= = 自_ _ # = j 目z = ；g = z 2 铸钢件冒口设计的基本理论知识 2 ，1 前言 铸钢件冒口设计的计算一直是铸造工作者比较关注的问题。要得到优良的铸钢件并 提高工艺出品率，冒口设计是其关键，它在工艺方案决定中起主导作用。冒口设计主要 应正确解决以下三个问题： 1 在铸钢件上正确地布置冒口，并使冒口同浇注系统、内外冷铁等工艺措施相互 配合，从而保证正确地控制铸钢件凝固。根据铸件几何形状及截面大小冒口补缩只限于 在一定距离之内有效，所以相邻两个冒口间的距离必须合适，才能保证铸件补缩良好。 如果两个相邻冒口距离超过能补缩的距离，铸件内部必将产生缩孔或中心缩松。 2 正确地确定冒口的种类、形状和尺寸。冒口要有恰当的直径( 腰形冒口指宽度) 及容积，才能使铸件晚凝固并保证补缩量。如果冒口不够大，冒口根部的铸件便会产生 缩孔、缩松。在保证铸钢件补缩良好的基础上，冒口尺寸要小、数量要小，以提高铸件 工岂出品率。 3 提高冒口的补缩率并使冒口便于去除，以利于铸钢件清理操作。 4 2 - 4 3 】 2 2 铸钢件冒口位置的确定 冒口在铸钢件上的布置要考虑下面两点： 1 最大限度地发挥冒口的补缩作用 要遵循以下原则： ( 1 ) 保证实现顺序凝固； ( 2 ) 采取措施解决不同高度上冒口的补缩压力不平衡的问题 ( 3 ) 根据热节点数目布置冒口； ( 4 ) 要根据减少消耗提高补缩效率的原则布置冒口。 华中科技大学硕士学位论文 2 冒口布置与其他方面的关系 单纯从补缩方面考虑，实现冒口的顺序凝固原则最有利于冒口的补缩。但是有时铸 件热节处与连接壁厚薄相差太大，在热节处布置冒口造成热节点处过分过热，容易在热 节点处产生热裂，或使钢液不能平静地充满铸型( 这里主要指从冒口中注入钢液) 。因 此，有时需要采用较弱的顺序凝固来防止这种情况产生。就冒口而言，可以用其他方法 如补浇、点冒口等来提高其补缩效果，或加大冒口尺寸来保证其补缩作用。一j 2 3 铸钢件冒口种类和形状 冒口的位置确定后，下一步就是进行冒口本身的设计。冒口设计的主要内容是正确 地选择冒口种类、冒口形状；正确地确定冒口尺寸：确定冒口的数量；校核冒口的补缩 能力等。 不同类型的冒口要选择不同的计算模型，因此在进行软件设计前首先弄清楚铸钢件 冒口的种类。常用铸钢件冒口种类 删如图2 - 1 所示： 广普通冒口 按作用分 fl _ 特殊冒口( 采取工艺措施提高补缩效率的冒口) f 冒口 一根据合箱后能否看到冒口分 篓詈三 l l 按冒口在铸件上的位置分 顶冒口 图2 - 1 冒口的种类 华中科技大学硕士学位论文 = = # ；= 目# = _ ；# 目# = _ ；_ _ _ = 自；目 2 3 2 铸钢件冒口的形状 霹豳的任务是 缀铸件，为此要求霉口瀵糕戆金属饔少，於缭效率要离。这就霈要 寻我最佳的罾瑟形状。在稽两静瞽搿俸积下，表面积越小，热蠢就散失得浸，凝面对闻 就延长，从而可提高冒口的补缩效率( 如表2 - 1 所示) 。因此，可以用模数m 作为评定 冒口形状是否合理的依据【4 戽1 。 轰2 1 忍耪形状嚣鑫懿凝滏对润 冒口形状 国形 移移 王装 爨柱正方形柱体筏方形柱体长方形柱体 露口尺寸球壹径d = 1 1 2a = 9 5a = 5 9a = 3 8 帮l ml s sh = 1 9 8h = 2 1 6b = i s 3b = 2 s 4 h = 2 1 6h = 2 0 3 留蜀体积1 9 5 01 9 5 01 9 5 01 9 5 01 9 5 0 c r n 。 鬻盈蓬蝥1 51 51 s1 s1 5 k g i 留日表掰7 5 38 6 81 0 0 51 1 0 11 3 7 7 粳 c m 2 f 筷数2 s 82 1 71 8 61 7 61 4 l m c m ；疑固时间7 24 73 62 71 5 t ，s 华中科技大学硕士学位论文 ：= = = ；= = = = 2 ；= = = ；_ l = = ；e ；i _ j = ；z _ = 目= ；= 2 4 铸钢件冒口的计算方法 应用冒口可以获得没有缩孔和缩松的铸件，为此许多人曾对计算冒口的方法进行了 研究。影响冒口大小的因素很多，比如冒口的补缩效果、铸件冷却凝固条件( 散热条件、 浇注温度、浇注速度、浇注系统布置、外形结构等) 、铸钢合金的收缩性质等，如果把 这些因素都考虑进去，将使冒口的计算非常繁琐而不便于生产中使用。实际上都是采用 简化冒口尺寸的方法，即特定条件下，依据其中的一两个最主要的因素来计算冒口尺寸。 本课题采用两种常用的冒口计算方法( 热节圆法和模数法) 来进行冒口设计。 2 4 1 热节圆法 热节圆法计算冒口最大优点是计算过程简单，不象模数法那样麻烦，应用较为普遍。 其缺点是确定冒口和热节圆比例时需要一定的实践经验，否则，由于比例取得不当，冒 口的偏差会很大，故运用这种方法计算冒口后，还需要工艺出品率来校验和修正冒口大 小。热节圆法又称比例法。 热节圆法是在分析、统计大量工艺资料的基础上，总结出的冒口尺寸经验确定法。 我国各地工厂根据长期的实践经验，总结并归纳出冒口的各种尺寸对于热节圆直径的比 例关系，汇编成各种冒口尺寸计算的图表。详见有关手册。热节圆法简单易用，广为采 用。 热节圆法的关键是热节圆尺寸的确定和冒口相对于热节圆的比例关系。 1 热节圆尺寸的确定 热节圆尺寸可以在零件图上量出或算出，也可以根据铸件相交壁的尺寸计算 4 引，如 表2 2 所示： 华中科技大学硕士学位论文 表2 - 2 热节圆的计算 截面形状计算公式 ( 荔 ， 当r = ( a + b ) 4 时 d = a + ( 3 b + a ) 2 3 ( b + 3 a ) 2 膨 当r ( a + b ) 4 时 b l 少 i d = ( b 2 + r ) 2 c a 十2 r ) 、- ，_ _ 一 一 龟 勘 绉 d = ( d d o ) 2 + 3 b + ( d 镶 “一饧畔 d o ) 4 2 8 b + 3 ( d d o ) 】 、a r 一3 dj 2 冒口相对于热节圆的比例关系 确定热节圆尺寸后，通过分析各种设计手册和工艺资料，归纳出典型的铸件结构 冒口尺寸的比例关系 2 1 。设热节圆直径为d ，圆冒口直径或腰形冒口宽度为d ，冒口 高度为： 板状 d i d ，= 2 2 2 6 ；明冒口h i d = 2 2 5 ：暗冒口日d ；1 5 2 。 圆柱或立长体 华中科技大学硕士学位论文 d d = 1 6 2 2 ；明冒口h d = 2 2 5 ；暗冒口h d = 1 5 2 。 方块体 d d ，= 1 2 1 。8 ；明冒1 3 h d = 1 6 2 ；暗冒口d = 1 3 1 5 圆筒形或较高法兰圈 何。为筒或圈的高度。见表2 - 3 表2 - 3 圆筒形选择冒口参数 i图例 d d 明冒口d暗冒口 h o | dr h | d l 1 03 。0 3 5 2 6 3 0i s 2 0 轮毂类 风：轮毂的高度，o ：轮毅的直径，d = 中。见表2 - 4 表2 - 4 轮毅类选择冒口参数表 图例明冒口d暗冒口d h 。| dr r ，一、1 52 2 4i 5 2 轮缘类 。：轮缘的高度。见表2 - 5 华中科技大学硕士学位论文 =；= # ；自= # # # ；_ i 2 # = _ 自_ g = # = _ i = _ # _ = 2 表2 - 5 轮缘炎选择冒口参数表 图例 h ，| d ， d | d t明霹口日d 瞳鐾口盯d 谚( m m ) s1 9 2 s1 9 3 51 s 1 9 s1 8 22 2 6 1 。s 1 。8 1 5 0 2 0 03l 。6 l ，9l 。5 2l 。2 l 。s 2 。4 。2 模数法 首先，冒口的凝固时间f ，_ 敷大予等于铸件梭补缝部位的凝圃时间f 。运熙 c h v o r i n o v 公式有o = ( m 棚q ) 2 和l = ( m c k c ) 2 ，于是得 ( 蛐) 2 ( m c k c ) 2 式中m ，、肘。分别为冒口模数和铸件模数； ( z 1 ) k r 、k c 霪口、铸 牛斡凝罄系数。 对予普遇冒日k r = k c ，戡( 1 ) 式霹写为 m ，= 谢。( 2 2 ) 式中，霹口的安全系数，乏l 实艨上，在鬻西昝缩铸件静过稳中，冒翻中的金属逐渐减少，顶面形成的缩孔使散 热表露蔽漕大，罄落模数不断减，j 、：铸伴模数由子得至0 炽热的金属液的补充，模数相对 她有新增大。壤据试验，霉西模数葙对减小德约为原始模数的1 7 。一般取安全系数 华中科技大学硕士学位论文 = = = = 黼= = 掣薯= 省篇= 磷篙昌毒端；罱糯置篁掉= 皇龋薯皇岩带皇篁# = 宣端昌毒眷罨= 嵩篇= 掣= = ； ，= 1 2 。安全系数过大，将使胃口尺寸增大，降低铸件工艺出品率，加重铸件热裂和偏 寿斤倾向。 对碳镧、低合念铡铸侈，其露口、冒疆颈、铸传的模数应符合下列关系。 对于侧胃口 甜。：坂：掰，= i ：1 。i ：i 2( 2 - 3 ) 内浇道通过冒翮 对于顶冒舀 射。：m 。：尉，= l ：( i - i 0 3 ) ：l 。2( 2 - 4 ) a , ，= ( 1 2 1 ) 蝇( 2 5 ) 掰。必鬻鑫颈静模数。 根据上述比例关系，结合具体的冒口类型和形状即可确定普通霹口尺寸。 傈湓冒口是类比较特殊的冒口，它采朋蓄热系数非常小的材料截成( k r u l o n g i u n k n o w ：r e l e a s e ( v o i d ) 释放对象 m r e f c o u n t 一；引用次数减一 f ( m r e f c o u n t = = o ) 如果计数值为o ，对象释放自己 华中科技大学硕士学位论文 j = _ _ _ # _ _ 自j 目l - _ _ _ j _ _ _ 目i _ _ _ - - l _ _ _ ；目_ # _ ；。 d e l e t et h i s ； r e t u r no ； ) r e t u r nm r e f c o u n t ；返回当前的被引用次数的总数 ) h r e s u l t i u n k n o w ：q u e r y i n t e r f a c e ( r e f i i dr i i d ，l p v o i d f a r 术p p v ) 查询接e l o p e n 并且改变文件过滤选项为a d d - i n s ( 术d 1 1 ) ； 3 选择该d l l 文件并确定，将应用程序加载到s o l i d w o r k s 中。 如果是在d e b u g 模式下运行应用程序，则从开发环境下直接运行s o l i d w o r k s 。 另外，从s o l i d w o r k s9 7 p l u s 开始就在工具菜单下新添加了一个插件管理器，它 和e x c e l 中的插件管理器类似，允许用户在运行s o l i d w o r k s 期间的任何时间加载控件。 4 4 冒口模块中数据库的开发与利用 冒口模块中经常要参考标准的胃口，利用s q l s e r v e r2 0 0 0 可以方便地将设计手 册中的所有冒口类型和参数的值输入到数据库。 a c t i v e x 数据对象( a d 0 ) 是o l ed b 上面的高层数据库a p i ，它易于使用、速 度快、访问灵活、支持不同的数据源、支持a c t i v e x 控件形式，也就是说a d o 可以很 容易地用于数据库编程【s i 。用