智能化的铸造技术CAD软件包的开发.pdf
智能化的铸造技术智能化的铸造技术 CACAD D 软件包的开发软件包的开发侯华1， 陈军2，徐宏1、材料科学与工程系，中北大学，太原030051，中国；2、科学与技术系，中国兵器工业集团公司，北京 100083，中国摘要摘要：开发一个基于凝固数值模拟的铸造技术 CAD 软件包 ，用于智能化设计冒口系统。 这个软件能够计算尺寸和指出隔离的熔体的位置。根据每一隔离的熔体的液态收缩量和数据库里的标准冒口参数，只要冒口的形状选择好，冒口的位置和尺寸就能够智能化确定后。 3-D 软件和铸造模拟分析软件/CAE 软件说明冒口和浇注系统的设计是可行的。关键字关键字：CAD；铸造技术；隔离的熔体；冒口系统；浇注系统；数据库1 1简介简介随着电脑科技的发展，电脑辅助设计和电脑辅助工程技术已经在铸造工艺中得到应用。近些年来，许多实用的铸造软件有所发展，如美国铸协软件，它可以用于设计铸钢和铸铁的冒口和浇注系统。 英国公司开发的软件能够计算浇冒口系统的尺寸、补缩距离及选择冒口套等。清华大学研制的软件适于计算球墨铸铁浇冒口系统。 所有这些软件的设计都是通过将铸件离散化和计算热节模块来得到冒口尺寸。因为离散来计算模块是一个非常专业的技术，因此很难离散复杂的铸件，但是恰当的离散决定计算的精度，这样就限制的铸造的应用和普及。今天， 找一个确定冒口尺寸的快速方法就成了一个热门的领域。 在这篇文章里，一种结合数据库的二次数值模拟技术用于确定冒口的尺寸，并且采用伯努利方程和流体公式设计浇注系统，最后，技术用于检验铸造设计，。一个完整的铸造应该包括冒口系统设计， 浇注系统设计，技术图和技术卡，。在这片论文中，主要的集中讨论怎样实现智能化铸造技术。冒口冒口 CADCAD大体上，主要的冒口设计就是计算铸件模块。但是对于一个复杂的铸件，第一步就是将其划分成几个部分，然后分别计算每一个部分的体积和外表积。这样计算每一部分截面积确定阻力截面积计算阻力截面积咨询数据库计算填充时间和有效顶部压力选择浇注系统类型确定截面积比例浇注系统临界数据库咨询临界数据库，确定每一部分界面尺寸确定每一部分截面图行浇注系统的 3-D 立体结构确定浇注系统的布置图图 1 1浇注系统流程图所有铸件模块计算完毕， 并且冒口的尺寸经过修改三次方程而确定。这种方法的难点就是怎样进行模块划分。根据凝固数值模拟，动态的隔离熔体的尺寸和体积就能确定，用这种方法，可以不用计算零件模块就能确定冒口尺寸。在铸件凝固过程中， 有许多隔离的熔体并且凝固收缩同时地受到每一区域的限制。并不是所有的体积收缩都来自顶部单元，在每一个隔离的熔体部分，补缩总是自上而下的发生， 并且因为这个原因， 每一个隔离的熔体部分的尺寸和体积才是确定的。在这篇文章中， 数值模拟直接用于计算铸件。通过动态熔体确实定来确定隔离熔体的体积，冒口尺寸才能跟液态收缩率和标准的冒口数据库一直。浇注系统浇注系统 CADCAD浇注系统设计主要包括浇注系统类型，填充阻力面积，每组元面积比，每一截面的图形和尺寸及浇注系统分布。在这篇文章中，用循环逼近法设计铸钢件浇注系统。 只要输入铸件的质量和结构尺寸，许多重要的可变的参数就能够迅速得到。这种方法能够满足期望的温度分布。浇注系统流程图如图图所示。4 4 实际中的应用实例实际中的应用实例用软件包设计的千克的铸钢件图图所示 。用这个软件铸件工艺技术设计如图图 3 3 所示，流程图如图图 4 4 所示。图图 2 2铸件结构图图图 3 3铸件工艺图4.14.1 冒口设计冒口设计生成工 艺 是否合适CAE 模拟导入 “STL” 文件铸造工艺图及3-D 立体模型构建构建3D模型导入“STL”文件访问隔离熔确定补缩体积计算冒口尺否否计算浇口尺寸是是图图 4 4铸件工艺设计流程图体积收缩主要分布在四个轮上模拟结果如 图图 5 5 ，收缩体积分别是 211216.56 mm3,283 686.19 mm3,37 366.8 mm3和 35 704.50 mm3。根据铸件的特点，选择腰圆装的冒口补缩铸件。收缩率设为 7%。对两个较大收缩的部分的冒口设计如图图 6 6a a所示。计算得出冒口直径为 117.7 mm，宽为 176.9 mm，高为 147.3mm，冒口体积为 3 017 386 mm3及质量为 20.87kg。根据标准冒口数据库，冒口标准尺寸选择如下：直径是 120 mm，宽是 180 mm，高是 150 mm。对于较小收缩部分，冒口设计如图图 6 6b b 。计算得出冒口直径为81.57 mm，宽为122.3 mm，高为 101.04 mm，冒口体积为 510 064mm3及质量为 3.78 kg。根据标准冒口数据库，冒口尺寸选择如下：直径是 80 mm,宽是 120 mm，高是 100 mm。图图 5 5铸件收缩体积a-轴向图； b-主视图1-第一个轮；2-第二个轮； 3-第三个轮；4-第四个轮图图 6 6腰圆状冒口设计对话框a-冒口设计 1； b-冒口设计 24.24.2 浇注系统设计浇注系统设计铸件质量是 580 kg，铸件轮廓尺寸是 794 mm756 mm756 mm，浇注系统设计如下：1 形状圆形，直径为 54 mm，编号为 1.；2道形状为梯形，上底宽为 95 mm，下底宽为 100 mm，及高为 70 mm。横浇道有两面。3道形状为矩形，长 70 mm，及宽 50 mm。有两个内浇口。4.34.3 验证设计验证设计图图 7 7工艺设计后的铸件收缩体积量a-轴向图；(b)-主视图根据设计技术要求，凝固过程数值模拟执行两次，计算结果如图图 7 7 所示。收缩量从铸件的顶部转移到冒口的内部。在铸件内部没有大的缩松，因此这种技术是合理的。四川 Yingi 公司成功生产了此铸件。5 5 结论结论1） 隔离熔体的尺寸和位置的计算需要运用数值模拟技术，获得收缩体积，从而快速地确定冒口尺寸。2） 这个铸造 CAD 软件包能够成功地确定实际铸件的冒口和横浇道。3） 这个铸造软件快速发展了铸造技术。参考文献：参考文献：1FosecoTM Solidifyingcastingsfuture：processsimulationsoftwareroundupJ- ModernCasting，2002，92(8)：32352RyanPMcdermottsoftsolutionsJ FoundryManagement&Technology,1999，127(9)：28403AdamsA reviewirongatingdesign ， filterusetooptimizebenefitsJ ModernCasting ， 2001，91(3)：34364SONGYong-heng，JINGTaoStudyon3DCAD CAEsystemofcastingtechnology&toolingequipmentJ1ModernManufactureEngine ，2002，(6)：1416(inChinese)5MideaTC ， SchmidtD CastingsimulationsoftwaresurveyJ ModernCasting ， 1999， 89(5)：45516EstrinLAdeeperlookatcastingsolidificationsoftwareJModernCasting ，1994，84(7)：20247KurzW， FisherDJ FundamentalsofSolidificationM Uetikon-Zuerich： HobbsPrinterLtd ，19988HOUHua ，CHENGJun ，XUHong ThecomputeraileddesignofthecastingtechnologyJMachinistMetalForming，1999，20(7)：4043(inChinese)9HUHong-jun ThedevelopmentofthecastingtechnologyCADsoftwarepackageJCastingEquipment&Research，2003，(2)：1618(inChinese)10 xIAoRong-cun ， CHENLi liang， LIURui xiang DevelopmentofpracticalriserdesignCADmoduleforcastingJ SpecialCasting8LNonferrousAlloys ， 2000， (1)： 4244 (inChinese)11ZHoUDan-chen ，JIANGYuming，YANGYiDevelopmentofcastingriserandruningsystemCADbasedonansysJFoundry，2001，50(4)：211214(inChinese)12HoUHua ，DONGXiao-bin ，LIANGMin-jie ，eta1 ThedevelopmentofcastingriserandrunningsystemCADsoftwarepackageAPANYun-he，LINZongkai Proceedingof5thInternationalConferenceonCompurerAidedIndustfialDesignandConceptualDesigncBeijing：ChinaMachinePress ，200311812413HOUHua ，XUHong ，CHENGJun ResearchofCAD CAEapplicationinfoundrytechnologyJFoundry，2003，52(11)：10871090(inChinese)(EditedbyYANGYou-ping)
