大型转缸铸钢件的铸造工艺方案及优化

1、河北工业学院毕业设计手册作者：孙章宇学号：学科：材料科学和工程专家：材料成型和控制专业方向：液体成型和控制标题：大型旋转气缸铸件的铸造工艺设计和优化领导人：李教授评委：2012年6月7日毕业论文中文摘要标题：大型旋转圆筒铸件铸造工艺设计与优化摘要：论文以20Mn旋转气缸铸件为研究对象，综合利用CAD/CAE，对20Mn旋转气缸的铸造工艺设计和充型凝固过程进行了模拟，得到了最佳的铸造工艺方案。在铸造工艺设计部分，首先使用UG6.0对回转筒零件进行三维建模，使用此造型制作的零件进行浇注位置、出料面、砂芯设计等，然后根据模块理论使用UG6.0的切割功能和分析功能分割铸件，最后使用Excel计算分模结

2、构的质量、体积、面积、模块等。上述工作很好地说明了CAD在设计精度和设计效率两方面与传统工艺设计相比具有无可比拟的优越性。在模拟优化部分(CAE)中，使用SOLIDCast评估和优化铸造工艺。根据铸件是否存在，设计了两种方案，对这两种方案的模拟结果进行了中流场、温度场、收缩率的比较，确定了添加立管的方案收缩缺陷完全消除，成为最佳优化方案。关键词：20Mn旋转圆筒铸造CAD、CAE设计铸造工艺设计与优化毕业论文外语摘要title : the casting process design and optimization of the large turn cylinder of cast ste

3、elAbstract:In the paper，the CAD/CAE method was used to design the foundry technology，and optimize the foundry technology，then an optimizedIn CAD section，The 3d model of The 20mn turn cylinder casting was firstly created by ug software . it was used to determine The casting orientare pare according t

4、o these parames The foundry technology of The 20mn turn cylinder casting was designed by ug 6.0 . The above design procedure fully shows TheIncaepart，foundry technologies were evaluated and optimized by solid cast software . two foundry technology were designed，and one is Anotherkeywords:20mn turn c

5、ylinder CAD/CAE designcasting technological design and optimization目录第一章引言11.1课题目标铸件简介21.2文献复习41.3论文的研究目标、内容和方法4佐原健二研究理论基础和条件42.1基本流程基础42.2硬件设备52.3软件5第三章铸造工艺设计63.1建模的核心方法63.2注入位置73.3分型面83.4沙芯设置93.5扩充卡和冷却103.6注入系统设计153.7早期铸造工艺17第四章铸造工艺数值模拟优化184.1 SOLIDCast简介和利用184.2早期铸造工艺计划模拟204.3早期铸造工艺方案缺陷分析224.4早期铸

6、造工艺计划的优化234.5优化铸造工艺方案的模拟24第五章结论29结论29参考文献30谢谢31第一章引言1.1任务目标铸件简介和要求本课题铸件是20Mn旋转圆筒，实际生产过程中出现的缺陷主要是不足、冷、收缩、收缩、开裂、粘砂等，特别是薄壁大铸件中出现的收缩缺陷最严重。本论文主要对该铸件中出现的缺陷现象进行原因分析。在设计过程中，基于模块化方法和澳大利亚评估公式，UG使用CAE软件作为设计工具，分析流场、温度场进行判断。然后提出了相应的优化过程，并通过CAE方法反复测试，获得了最佳过程。如图1-1所示，该铸件是高的薄壁铸件，底部最大半径为1230mm，顶部最大半径为1120mm，底部中间是较大的

7、热节距，外部是薄壁套筒，最小壁厚为40mm，中间热连接部分通过三个肋与外部连接。底部均匀分布着6个用于提铸件的挂钩，挂钩上有半径为41mm的孔，用于提铸件。铸件顶部均匀分布着用于连接零件的半径为55.8mm的6个孔，底部分布着用于连接的半径为32mm的4个孔在对称部，根据单次小批量生产，铸钢的最小铸造孔直径分布为50mm。这些孔都是铸造孔。中间部分是铸件的厚部分，最大壁厚830mm，高532 mm。热纹理顶部是宽度为64mm、深度为10mm的凹槽。中间是倒锥孔，顶部半径为205mm，底部半径为171.8mm，中间部分为2.0mm。热纹理顶部和外墙分别有6个M14和M30的螺纹孔。这些螺纹孔都是

8、后加工孔，不会在铸造时铸造。图1-1铸造平面图1.2文献概述在文献1中，作者使用数值模拟软件ViewCast对大型铸件的凝固过程进行了数值模拟，准确预测了铸造过程中的缺陷和缺陷发生的位置，并据此建立了正确的铸造工艺。进一步优化，得到最佳工艺方案，最终应用于工业生产，取得良好效果。文献2重点分析了铸件的长度、重量、内部质量要求高的特点，并提出了(1)在铸件外部添加冷铁和附加立管以凝固铸件顺序的方案。(2)在建模方面采用实用型模型、裴秀智砂型、芯，保证铸件尺寸和表面精度，减少了气孔、砂眼等铸造缺陷。为了防止肿胀，采用了电炉、LF钢包精炼炉联合冶炼的浇注措施。最终取得好结果。文献3详细分析了大型铸件

9、在生产过程中产生的收缩、收缩、气孔、偏析、冷热和热裂、白点等缺陷，并分析了缺陷的原因和解决方法。对铸钢件生产工艺的改进、质量提高和检验水平的提高有一定的作用。文献4根据铸件的结构特点和材料特性、技术要求等，对铸钢机座进行了合理的铸造工艺设计，利用Z-Cast软件模拟铸钢机座的凝固过程，根据仿真结果，改进了原工艺，获得了优质的大型铸钢机座。文献5也使用ViewCast仿真软件进行铸造工艺设计。首先，根据模拟结果寻找热接头大小和位置，以计算扩充卡的大小和数目。然后进行凝固模拟，根据结果找到最佳工艺方案。在文献6中，主要介绍了我国铸件，特别是大型铸件生产现状和与外国企业的差距。本文详细说明了大型铸件

10、生产的关键技术(如铸造工艺技术、热处理技术、数值模拟技术等)，特别是计算机数值模拟近年来在我国迅速发展和运用。在文献7中，主要详细分析了我国中国人民抗日战争纪念军雕塑、香港天坛大佛、中华世纪祭坛青铜廊、武汉千年吉祥宗等大型艺术铸件的工艺。文献8在大型矿山机械机架类似结构的铸件生产工艺设计中，提出了解决模具活料多、法兰尺寸难控制、模具难等普遍问题的创新解决方案，并成功应用。文献9研究了2 250毫米热轧薄板机架结构复杂，容易产生收缩、疏松、裂纹等铸造缺陷的技术难点，利用计算机模拟技术研究了铸造工艺的合理性，保证了2 250毫米热轧薄板机架的铸造成功。文献10为大型柱状物铸件、主轴箱、微晶箱类铸件

11、质量提高等大型数字控制机器制定了可行的工艺方案，通过数值模拟解决了大型铸件的缺陷。在文献11中，根据大型箱体球铁的结构特点，介绍了铸件的建模过程、铸造系统及工艺参数等的设置和选择。最后通过CAE仿真软件进行了仿真，进一步改进了工艺方案，提高了工艺生产率。文献12根据20t铸件的市场需求和质量要求，结合广钢高炉炼钢厂自身的生产条件和设备，制定了相应的工艺生产方案，提高了公司的收益。利用文献13 Procast软件对42CrMo大型轴承套圈的砂型铸造工艺进行了数值模拟，分析了凝固过程和缺陷的原因。根据模拟结果变更和最佳化制程案例，以消除收缩、收缩等缺陷。文献14详细阐述了厚壁高锰钢耐磨铸件的制造工

12、艺要求，结合合理的成分选择、铸造工艺、热处理强化措施，实现了高锰钢铸件的冲击耐磨性。最终生产的高锰钢铸件在实际使用中获得了良好的耐磨性。文献15主要介绍了托运CAE铸造工艺分析软件在铁路大型养路机械中的应用。通过具体铸件的生产实验，成功预测了铸造缺陷，优化了浇注系统及浇注系统等工艺方案，消除了收缩、裂纹等铸造缺陷。1.3论文研究目标、研究内容和方法研究目标：本主题通过包括UG6.0、SOLIDCast在内的20Mn铸钢件的铸造工艺设计和计算机辅助设计，找出最佳工艺方案。研究内容和方法如下：(1)利用UG6.0软件对旋转筒铸件进行三维建模。(2)选择并论证20Mn全刚体的铸造工艺方案。确定铸造工

13、艺参数，确定浇注位置、分型面、分型面等。(3)使用UG6.0软件将零件转换成铸件图片。(4)然后进行浇注系统的设计、立管、冷铁等设计。(5)利用SOLIDCast软件进行铸造模拟，观察铸件流场、温度场、温度场，分析存在的缺陷，最终确定最佳工艺方案。随着计算机技术的发展，CAD/CAE技术具有设计周期短、设计成本低、设计精度高等优点，在制造领域得到了越来越广泛的应用。本主题通过使用UG6.0软件作为工具，计算机设计了从20Mn到钢的具体化，使用Excel表作为辅助工具，使用SOLIDCcast软件执行铸造模拟，找到了最佳铸造工艺方案。第二章研究理论基础和条件。2.1基本工艺理论模块化基本原则：遵守顺序凝固的基本条件。首先，立管的凝固时间Tr必须大于铸件收缩部分的凝固时间Tc。使用Chvorinov公式的Tr=(Mr/Kr)2和Tc=(Mc/Kc)2的结果如下：(Mr/Kr)2 Tc=(Mc/Kc)2Mr、MC-分别是riser模块和铸造模块。Kr、KC-riser、铸件的凝固系数对于普通riser卡，Kr=Kc，因此常识可以写为：Mr=f Mc格式f-riser安全系数，f1。一般安全系数f=1.2。第二，在凝固完成之前，立管应能提供足够的金属液以补偿因铸件和立管的收缩