座体铸造工艺设计及其模拟优化

铸造过程计算机辅助分析模拟综合实验题目：座体铸造工艺设计及其模拟优化

学院：机械工程学院

专业：材料成形及控制工程

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2014年3月10日

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目录

第一章.零件简介 (2)

1.1 零件基本信息 (2)

1.2技术要求 (5)

第二章.基于UG零件的三维造型 (6)

2.1软件简介 (6)

2.2 零件的三维造型图 (6)

第三章.铸造工艺方案的拟定 (7)

3.1工艺方案的确定 (7)

3.2型（芯）砂配比 (7)

3.3混砂工艺 (8)

3.4 铸造用涂料、分型剂及胶补剂 (8)

3.5熔炼设备及熔炼工艺 (9)

3.6分型面的选择 (6)

3.7 砂箱大小及砂箱中铸件数目的确定 (7)

3.8铸造工艺参数的确定 (7)

第四章.砂芯设计及排气 (8)

4.1芯头的基本尺寸 (8)

4.2砂芯设计尺寸见下工艺图 (9)

第五章.浇注系统设计.................... 错误!未定义书签。

5.1浇注系统的类型及选择 ............... 错误!未定义书签。

5.2浇注位置的选择..................... 错误!未定义书签。

5.3浇注系统各部分尺寸的计算 ........... 错误!未定义书签。

5.4合金铸造性能分析 ................... 错误!未定义书签。

5.5 设计计算步骤....................... 错误!未定义书签。

5.6出气孔 (14)

5.7铸件工艺出品率 (14)

第六章.模拟仿真部分 (15)

6.1充型模拟 (15)

6.2凝固模拟 (15)

第七章.结论及优化方案 (16)

第八章.小结 (16)

主要参考文献： (19)

摘要

本文通过对座体零件图的深入分析，根据零件的形状、尺寸、材料等特点，采用传统设计方法与计算机辅助设计相结合的方式对零件的铸造工艺进行设计。

分析并确定采用卧式造型合箱，底注式浇注的砂型铸造工艺方案；确定了铸铁件的凝固原则、浇注位置和分型面等；确定了座体铸铁件的铸造工艺参数并计算了其体积和重量；设计并计算了箱盖砂型铸造的浇注系统；绘制了座体砂型铸造工艺图、UG

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铸件图、合箱图等；并采用华铸CAE模拟软件进行模拟分析。整体得到了一套生产该灰铸铁箱盖的砂型铸造工艺文件。

关键词：座体;砂型铸造；工艺设计；模拟分析。

箱盖铸造工艺设计及其模拟优化

第一章.零件简介

1.1 零件基本信息

零件名称：座体铸件。

零件材料：HT200。

产品生产纲领：单件小批量生产。

结构：属厚、薄均匀的小型座体。

根据相关资料查得HT200具体成分及其含量如表所示。

表1.1.1 HT200化学成分表（质量分数，%）

C

Si Mn P S Cr

3.3~3.5 51.95~2

.15

0.60~0

.90

≤0.

08

≤0.

12

0.15~0

.30表1.1.1 HT200材料的力学性能

抗拉强度

/MPa

硬度

/HB

延伸率/%≥200170~241≥10

座体零件图：

图1-1 座体零件图 1.2技术要求

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(1) 结构特点及使用要求

该零件结构简单，壁厚均匀为10mm，座体外形整体较大长约255mm，宽190mm，高172.5mm。材料为灰铁，流动性较较好，收缩大，所以在浇注时容易产生浇不足、冷隔、缩孔和缩松、热裂、内应力以及变形和冷裂等缺陷。（铸件体积V=1791168.0543mm3 ，质量m=13.824kg。

(2) 铸件技术要求

铸造圆角R3～R5；

第二章.基于UG零件的三维造型

2.1软件简介

UG NX[2]是由Siemens PLM Software发布的集CAD/CAM/CAE 一体化解决方案软件，它涵盖了产品设计、工程和制造中的全套开发流程。NX 产品开发解决方案完全支持制造商所需的各种工具。 NX 与 UGS PLM 的其他解决方案的完整套件无缝结合，这些对于 CAD 、 CAM 和 CAE 在可控环境下的协同、产品数据管理、数据转换、数字化实体模型和可视化都是一个补充。

本件采用UG NX进行三维立体建模使工艺设计直观形象，便于后续分析、模拟及加工等过程的管理与控制。

2.2 零件的三维造型图

通过运用NX8.5对零件进行立体建模得到如图2-1所示三维图。

图2-1零件的三维造型图

第三章. 铸造工艺方案的拟定

3.1工艺方案的确定[1]

座体材质为灰铸铁HT200,该铸件属于薄壁小型件，无需开设冒口,成品率高。生产纲领为单件小批量生产可采用砂型铸造，铸型和型芯都采用呋喃树脂自硬砂，每箱一件，乙醇涂料，造型时按模型材质选择合适的脱模剂。采用树脂砂的优点有：强度高，可自硬，精度高，铸件易清理，生产效率高等特点。

3.2型（芯）砂配比

根据零件结构及生产要求，该铸件采用呋喃树脂自硬砂造型、造芯即可，具体数值参考型、芯砂配比如表3.1和表3.2所示。

表3.1 型砂配比（配比重量Wt%）

成新砂再生F700呋喃树固化剂附加物氧化

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表3.2芯砂配比（配比重量Wt%）

表中催化剂含量为占树脂砂的百分比。

3.3混砂工艺

合理地选用混砂机，采用正确的加料顺序和恰当的混砂时间有助于得到高质量的树脂砂。树脂砂各种原料称量要准确，其混砂工艺如下：

砂+

出砂

上述顺序不可颠倒，否则局部发生剧烈的硬化反应，缩短可使用时间，影响到树脂砂的使用性能。砂和催化剂的混合时间应以催化剂能均匀的覆盖住沙粒表面所需的时间为准。

3.4 铸造用涂料、分型剂及胶补剂

铸造涂料在铸型和砂芯的表面上形成耐火的保护层，避免铸件产生表面粗糙、机械粘砂、化学粘砂以及减少铸件产生与砂子有关的其它铸造缺陷，是改善铸件表面质量的重要手段之一。虽然采用涂料增加了工序和费用，但使用涂料之后，不仅铸件表面光洁，也减少了缺陷降低了清理费用，增加了铸件在市场上的竞争力，综合效益得以提高。为满足要求可选水溶性涂料，根据生产纲领选用手工刷涂的方式施涂。

铸造用分型剂可在造型造芯过程中在模样、芯盒工作表面覆盖一薄层可以减少或者防止型砂、芯砂对模样或芯盒的粘附，降低起模力，以便得到表面光洁、轮廓清晰的砂型或砂芯，可手工涂涂柴油。

如砂型或砂芯出现裂纹、孔洞、掉角以及不平整等缺陷可用胶补剂进行修补，以提升生产效率。对自硬树脂砂可用同种自硬砂+修补膏+胶合剂进行修补。

3.5熔炼设备及熔炼工艺

熔炼设备：为保证获得化学成分均匀、稳定且温度较高的铁液，满足生产需要这一前提，在大批量流水生产中，宜采用冲天炉-电炉双联熔炼工艺。它可以保证出炉铁液温度在1500℃以上，温度波动范围小于等于＋（-）10℃，化学成分（质量分数）精度达到△C小于等于＋（-）0.05%，△Si小于等于＋（-）0.10%。

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熔炼工艺：(1) 废钢加废钢可明显提高灰铸铁基体中D型石墨和初生奥氏体的数量；加废钢能促进初生奥氏体的形核及长大；可增加铸件的强度和孕育。（2）出炉温度和浇注温度出炉温度一般都控制在1400~1450℃之内，浇注温度一般控制在1370~1440℃。（3）孕育处理为改善石墨形态和材质的均匀性，孕育处理是十分重要的。孕育的作用为消除白口、改善加工性能，细化共晶团、获得A型石墨，使石墨细化及分布均匀，改善基体组织、提高力学性能，减小断面敏感性。综合孕育剂选择的主要两个因素：满足工艺性及性能、金相组织的需要；避免铸件产生气孔、缩松、渗漏等缺陷。由于75SiFe瞬时孕育效果好，溶解性能优良，故此铸铁熔炼采用此方法。

第四章铸造工艺设计

4.1、铸件零件图

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