輸油管道接口的鑄造工藝設(shè)計說明書,輸油管道,接口,鑄造,鍛造,工藝,設(shè)計,說明書,仿單 附錄附錄 A：英文原文附錄 B：原文翻譯：使用田口方法和響應(yīng)面方法研究球墨鑄鐵鑄造工藝參數(shù)摘要：為了找到球墨鑄鐵中各種鑄造參數(shù)的優(yōu)化水平，從中型鑄造廠觀察到各種鑄造缺陷和廢品率。 不同的控制值選擇澆注溫度，孕育量，含碳量，水分含量，生坯壓縮強度，滲透性和模具硬度等鑄造參數(shù)。 使用 1 噸容量的無芯中頻感應(yīng)爐生產(chǎn)三種不同的金屬熔體，其含量為 0.4 重量％，0.6 重量％和 0.8 重量％接種量（Fe-Si-Mg 合金和后接種劑） 。 選擇具有 3 級設(shè)置的 L-27 正交用于分析。觀察每次運行的反應(yīng)。 每次運行的信噪比（S / N ）使用 Taguchi 方法計算，并且基于 S / N 比識別不同鑄造參數(shù)的優(yōu)化水平。 對鑄件接受率的方差分析得出結(jié)論：接種是影響鑄件質(zhì)量的最重要因素，貢獻率為 44％; 孕育量的增加導(dǎo)致球墨鑄鐵鑄件合格率的顯著提高。 實驗結(jié)果表明，在優(yōu)化參數(shù)下，廢品率從 16.98％降至 6.07％。關(guān)鍵詞：優(yōu)化水平; 鑄造參數(shù); 信噪比; 田口方法; 方差分析; “F'測試中圖分類號：TG143.文件代碼：A 文章編號：1672-6421（2016）05-352-09一種有缺陷的鑄造會導(dǎo)致生產(chǎn)力的巨大損失。 球墨鑄鐵具有優(yōu)異的性能 力學(xué)性能如高強度，良好的延展性，良好的耐磨性和良好的疲勞性能。 球墨鑄鐵的性能取決于化學(xué)和熱處理。 由于高強度重量比和性能范圍，許多鋼部件被球墨鑄鐵取代。 由于球狀石墨的存在，球墨鑄鐵提供了強度和延展性的良好組合。各種合金的改性是眾所周知的通過改變微觀結(jié)構(gòu)改善性能的方法。 元素含量的微小變化導(dǎo)致鑄鐵機械性能的統(tǒng)計學(xué)顯著增加或減少。 正確選擇工藝參數(shù)是必要的，以獲得高質(zhì)量并隨后提高工藝生產(chǎn)力。 碳當(dāng)量值提高了熔融金屬的流動性，并且對鑄造產(chǎn)品的機械性能有很大影響。 通過優(yōu)化可控工藝參數(shù)，如模具硬度，含水量，滲透率和生坯壓縮強度，可以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)鑄造。 方差分析（ANOVA）結(jié)果表明選定的工藝參數(shù)顯著影響鑄造缺陷和排除率。 使用正交陣列來實現(xiàn)田口方法。 Taguchi 方法強調(diào)使用信噪比（ S / N）研究響應(yīng)變化的重要性，從而使由于不可控參數(shù)導(dǎo)致的質(zhì)量特性變化最小化。 使用 Minitab 軟件計算 S / N 比值。 工藝參數(shù)的設(shè)置通過使用田口的實驗設(shè)計方法確定。 為了優(yōu)化在鑄鐵廠生產(chǎn)的鑄件的砂鑄工藝參數(shù)，使用 Taguchi 方法來最大化 S / N 比并使噪音因子最小化。 響應(yīng)面方法預(yù)測對于顯著因素有更好的最佳響應(yīng)。在這項研究中，容易發(fā)生的各種缺陷,在中等規(guī)模鑄造廠中觀察到球墨鑄鐵鑄件。 這些實驗中產(chǎn)生的大部分組分的重量范圍為 500 克至 2 千克，厚度為 5 毫米，10 毫米，15 毫米。 這些部件廣泛用于法蘭和聯(lián)軸器等汽車應(yīng)用，表 1 列出了一批不同部件的報廢情況。為了降低廢品率，各種鑄造參數(shù)如澆注溫度，孕育量，含碳量，水分含量，生坯壓縮強度，選擇滲透性和硬度進行研究。 最終使用田口方法選擇不同工藝參數(shù)的最佳選擇。表 1： 鑄 造 廠 中 鑄 造 缺 陷 的 歷 史1 實驗程序1.1 材料的化學(xué)分析由 1％容量的無芯中頻感應(yīng)爐熔化由 12％-15％生鐵，25％-30％鑄造回收物和剩余廢鋼組成的熔體裝料。 通過光譜儀分析測試原材料的化學(xué)成分，并列于表 2 中。將熔融金屬在含有 20-25mm 尺寸的 Fe-Si-Mg 合金的預(yù)熱的鋼包中輕敲，底部覆蓋有廢鋼。 熔融金屬的出鋼溫度分別為 1,300℃，1,350℃和 1,400℃。 然后將接種物加入基礎(chǔ)熔體中，同時直接倒入物流中以適當(dāng)混合。 大小為 4 至 8毫米的孕育劑被添加到熔融金屬流中以易于溶解，并且應(yīng)該無塵以避免由于氧化或熱氣流造成的損失。 接種量為 Fe-Si-Mg 合金和后接種物的總量，其中 Fe-Si-Mg 合金約為 90wt。％，后接種物為 10wt。％。 根據(jù)這個比例，加入不同比例的接種物，基礎(chǔ)金屬為 1000 公斤。 表 3 和表 4 列出了 Fe-Si-Mg 合金和后接種物的化學(xué)成分，以及含有 0.4wt。％，0.6wt。％和 0.8wt。％接種表 3：Fe-Si-Mg 合金和后接種物的化學(xué)組成（重量％）表 4：基質(zhì)和 0.4％，0.6％和 0.8％接種金屬的化學(xué)組成（重量％）顯微組織觀察和力學(xué)性能測試為了觀察顯微組織和測試機械性能，制備厚度分別為 5mm，10mm 和 15mm的 50mm（長度）×25mm（寬度）的樣品，對于 0.4％，0.6％和 0.8％接種的金屬分別。 在顯微組織分析之前，使用不同等級的金剛砂紙對試樣進行良好拋光，然后用布拋光 。鉆石膏。 拋光后，用 2％硝酸酒精溶液（2％濃硝酸和 98ml 甲醇）對樣品進行蝕刻。 進行布氏硬度測試。 使用系統(tǒng)集成金相圖像分析儀觀察樣品的微觀結(jié)構(gòu)。 測試結(jié)果示于表 5 中?？梢钥闯觯蚧葹?87％至 97％，布氏硬度（BH）為 185 至 207，表明在這些實驗中產(chǎn)生的所有組分具有良好的微觀結(jié)構(gòu)和機械性能屬性。表 5：試樣的球化度和布氏硬度（BH）1.3 L-27 正交系的實驗設(shè)計設(shè)計了 L-27 正交系的實驗，制備了不同組的模具。 每個模具箱可以生產(chǎn)四個組件。 第一套模具箱具有含水量 3％，生坯壓縮強度 1000gm?cm\，滲透率160 和模具硬度70.第二組模箱具有水分含量為 3.6％，生壓強度為 1,150 克?厘米\，滲透率為175，模具硬度為 80 的特性。第三組模箱具有含水率 4.2％生坯壓縮強度為 1300克?厘米\，滲透率為 190，模具硬度為 90.每種接種金屬共制備 45 個模具箱，并且在 L-27 正交陣列中每次運行，分配 15 個模具箱。最初，在 1400℃下澆注熔體，并且為每組澆注 15 個模具箱，總共澆注 45 個模具箱。 然后在 1350℃和 1300℃下澆鑄熔體，每套 15 個模具箱也澆鑄熔體。 對于含有 0.4％，0.6％和 0.8％孕育劑的金屬重復(fù)相同的程序。 對于每次運行，生產(chǎn)了 60 個組件并分析了缺陷。1.4 田口的做法實驗的田口設(shè)計是廣泛使用的技術(shù)之一。 Taguchi 方法通過一個強大的設(shè)計來減少過程中的變化實驗。 該方法的總體目標(biāo)是以低成本生產(chǎn)高質(zhì)量的產(chǎn)品。田口的方法被用于優(yōu)化球墨鑄鐵的工藝參數(shù)。 實驗設(shè)計（DOE）進行如下：? 選擇適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)（輸出變量） 。? 選擇適當(dāng)?shù)囊蛩兀ㄝ斎胱兞浚?。? 設(shè)置適當(dāng)?shù)囊蜃臃秶蚣墑e。? 為實驗創(chuàng)建文檔。? 管理發(fā)生的實驗。? 報告和呈現(xiàn)結(jié)果（ANOVA） 。美國能源部根據(jù)七個鑄造參數(shù)分別選擇三個等級進行選擇。 應(yīng)用 L-27 正交陣列，其由 3 列和 27 行組成，這意味著進行了 27 次實驗。實驗中的過程參數(shù)及其可行范圍從研究中可用的數(shù)據(jù)中選擇[2,6,7]。 表 2 給出了選定的工藝參數(shù)及其水平。本研究選定的鑄造參數(shù)為：澆注溫度，接種量，碳當(dāng)量，含水量，生坯壓縮強度，滲透率和模具硬度。表 6 顯示了鑄造過程輸入變量和實驗設(shè)計水平。 使用統(tǒng)計軟件“MINITAB 17”將田口方法應(yīng)用于實驗數(shù)據(jù)。1.5 信噪比計算S / N 比率是使用田口的方法獲得的。 '信號'是理想的值（平均值） ，' 噪音'是不理想的值（標(biāo)準(zhǔn)偏差） 。 因此，S / N 比表示性能特征中存在的變化量。 根據(jù)性征的目標(biāo)，可以有各種類型的 S / N 比。在本研究中， “S / N 比= -10×Log10（sum（1 / Y） n） ”是用于優(yōu)化工藝參數(shù)。 'Y'是答案，'n' 是每次試驗的次數(shù)。 在這個實驗中，每次運行 n = 1。表 7 顯示了每次運行的不同信號（澆注溫度，接種量，碳當(dāng)量，含濕量，生坯壓縮強度，滲透率，模具硬度） ，噪音或響應(yīng)（認(rèn)可百分比）和 S / N 比的正交陣列。表 7：L-27 正交系- 信噪比2 計算示例運行：1Y = 91.67，n = 1S / N 比= -10×Log10（和（ 1 / 91.67\）/ 1）= 39.24 圖 1 顯示了不同 S / N 比。 越大越好。表 8 顯示了 S / N 比率的響應(yīng)表。 根據(jù)表 8 選擇不同參數(shù)的最佳值。3 結(jié)果與討論根據(jù)圖 1 和表 8，獲得了不同鑄造工藝參數(shù)的最佳水平，如表 9 所示。澆注溫度接種碳 濕氣當(dāng)量 內(nèi)容GCS滲透性39.5模具硬度39.439.339.239.139.038.91300 1350 1400 0.4 0.6 0.8 4.76 4.81 4.84 3.0 3.6 4.2 1000 1150 1300 160 175 190 70 80 90圖 1：S / N 比的主效應(yīng)圖（GCS - 綠色壓縮強度）表 8：S / N 比率的響應(yīng)表表 9：過程參數(shù)的最佳級別表 10 顯示了在最佳條件下由于鑄造缺陷而導(dǎo)致的部件損壞。 清楚地表明，拒絕率從 16.98％（表 1）顯著降低到 6.07％。圖 2 顯示了優(yōu)化前后各種缺陷的比較。 它清楚地表明，優(yōu)化后所有缺陷都大大減少了。方差分析（ANOVA）ANOVA 用于估計各種工藝參數(shù)對選定性能特征的百分比貢獻。 這給出了關(guān)于每個受控參數(shù)對感興趣的質(zhì)量特性的影響有多重要的信息。 結(jié)果的總變化是由于各種受控因素引起的變化總和表 10：優(yōu)化后由于鑄造缺陷引起的部件剔除他們的相互作用和由于實驗錯誤。 對原始數(shù)據(jù)和 S / N 數(shù)據(jù)進行方差分析以確定重要參數(shù)并量化它們對性能特征的影響。 基于原始數(shù)據(jù)的方差分析確定了影響平均響應(yīng)的因素，而不是減少變化。 然而，基于信噪比的方差分析考慮了這兩個方面。表 11：平均值的方差分析使用統(tǒng)計軟件 Minitab 17.表 11 顯示接種是具有 33.43 的 F 比率和貢獻43.75％的最重要因素; 澆注溫度是具有 0.49 的 F 比率和貢獻 0.64％的最不重要的因素。圖 3 顯示了基于 ANO VA 的不同工藝參數(shù)的貢獻百分比。 它表明接種率貢獻最大的百分比。3.2 使用響應(yīng)面方法研究其他參數(shù)的接種使用上述田口方法進行的分析僅對影響鑄件接受率的主要因素進行分析，而沒有考慮因素之間的相關(guān)性。 因此，使用響應(yīng)面方法來進行研究以分析因素之間的相關(guān)性。 在田口分析中，發(fā)現(xiàn)接種是最重要的因素。 因此，輪廓根據(jù)驗收百分比，接種情況和使用 Minitab17 軟件的其他因素生成地塊和地表圖。 在 X 軸處采取接種水平，在 Y 軸處采取其他因素。 使用等高線圖和曲線圖顯示基于批準(zhǔn)百分比的不同反應(yīng)。 圖 4 至圖 9 表明，接種量和參數(shù)如澆注溫度，碳當(dāng)量，水分含量，生坯壓縮強度，滲透性和模具硬度的增加導(dǎo)致鑄件的合格率增加。4 結(jié)論從所進行的工作得出的結(jié)論如下：(1) 基于使用 Taguchi 方法的 27 次運行發(fā)現(xiàn)了最佳工藝參數(shù)：澆注溫度1350oC，接種量 0.8％，碳當(dāng)量 4.81％，水分(a)(b)圖 4： 鑄 造 合 格 率 與 澆 注 溫 度 和 接 種 的 輪 廓 圖 （ a） 和 表 面 圖 （ b）圖 5： 鑄 造 合 格 率 與 碳 當(dāng) 量 （ a） 和 接 種 量 （ b） 的 輪 廓 圖 （ a） 和 曲面 圖 （ b）圖 6： 鑄 造 合 格 率 與 含 水 量 和 接 種 量 的 等 高 線 圖 （ a） 和 表 面 圖 （ b）圖 7：鑄造接受率與 GCS 和接種的等高線圖（a）和表面圖（ b）(a)(b)(a)(b)(a)(b)圖 8：鑄造接受率與滲透率和接種量的等高線圖（a）和表面圖（b）圖 9：鑄造接受率與模具硬度和接種的輪廓圖（a）和表面圖（b）含量 3％，抗壓強度為 1300 gm·cm\，滲透率為 175，模具布氏硬度為 90.優(yōu)化后，廢品率從 16.98％降至 6.07％。接受率的方差分析得出結(jié)論，接種是影響鑄件質(zhì)量的最重要參數(shù)，貢獻率為 44％輪廓和表面圖顯示接種量的增加導(dǎo)致球墨鑄鐵鑄件接受率的顯著提高。(a)(b)References[1] Senthilkumar B, Ponnambalam S G, Jawahar N, et al. 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Taguchi Techniques for Quality Engineering任務(wù)書題 目 輸油管接頭鑄造工藝設(shè)計題目來源學(xué)生姓名 學(xué) 號 專業(yè)班級指導(dǎo)教師 職 稱 教 研 室畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)與要求完成零件的鑄造工藝，包括鑄件圖（澆注位置，分型面，拔模斜度，確定材料收縮率，加工余量，型芯等） ，確定鑄造各項參數(shù)（澆注溫度等） ，采用三維造型軟件（Creo 等）完成鑄件的三維造型，最后采用鑄造模擬軟件對工藝進行模擬驗證，并根據(jù)模擬結(jié)果優(yōu)化工藝，確定最終的鑄造工藝。最終，完成畢業(yè)論文撰寫，要求畫出鑄造工藝圖（A1）一張。畢業(yè)論文（設(shè)計）工作進程起止時間 工作內(nèi)容2017.12.27-2017.12.312018.1.1-2018.2.282018.3.1-2018.3.312018.4.1-2018.4.302018.5.1-2018.5.112018.5.25查（借）閱資料，了解本課題設(shè)計重點，注意事項，撰寫開題報告。分析圖紙，完成零件圖、鑄件圖的三維實體繪制。鑄造工藝設(shè)計。利用鑄造模擬軟件進行鑄造工藝的模擬仿真，對比分析，對設(shè)計進一步完善，確定鑄造工藝，撰寫論文，完成工藝圖。指導(dǎo)老師、評閱老師評閱，整理資料準(zhǔn)備答辯。答辯。指導(dǎo)教師（簽字） 畢業(yè)論文工作組組長（簽字） 學(xué)生（簽字） 畢業(yè)論文（設(shè)計）起止時間： 20XX 年 12 月 27 日 至 20XX 年 5 月 25 日 注：本表由指導(dǎo)教師填寫，于每學(xué)年第 1 學(xué)期 18 周，經(jīng)畢業(yè)論文工作組審批，隨畢業(yè)論文裝訂由學(xué)院存檔。開題報告論文（設(shè)計）題目 輸油管接頭鑄造工藝設(shè)計學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師一、選題的研究意義隨著社會的發(fā)展，工業(yè)在人們生活中起著舉足輕重的作用。在鑄造的過程中，為了更進一步的提升生產(chǎn)效率，降低成本，規(guī)范操作，保證質(zhì)量，持續(xù)改進，鑄造工藝設(shè)計已經(jīng)成為不可或缺的鑄造力量。應(yīng)用鑄造有關(guān)理論和系統(tǒng)知識生產(chǎn)鑄件的技術(shù)和方法，使得加工材料的成本低，效率高，更精密，所以，鑄造工藝設(shè)計在工業(yè)發(fā)展的道路上必不可少。二、國內(nèi)外發(fā)展發(fā)達國家總體上鑄造技術(shù)先進、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、環(huán)境污染少、原輔材料已形成商品化系列化供應(yīng)，如在歐洲已建立跨國服務(wù)系統(tǒng)。生產(chǎn)普遍實現(xiàn)機械化、自動化、智能化（計算機控制、機器人操作） 。在重要鑄件生產(chǎn)中，對材質(zhì)要求高，如球墨鑄鐵要求P≯0.04% 、S ≯0.02%，鑄鋼要求 P、S≯0.025% ，采用熱分析技術(shù)及時準(zhǔn)確控制 C、Si 含量，用直讀光譜儀 2~3 分鐘分析出十幾個元素含量且精度高，C、S 分析與調(diào)控可使超低碳不銹鋼的 C、S 含量得以準(zhǔn)確控制，采用先進的無損檢測技術(shù)有效控制鑄件質(zhì)量。 廣泛應(yīng)用合金包芯線處理技術(shù)，使球鐵、蠕鐵和孕育鑄鐵工藝穩(wěn)定、合金元素收得率高、處理過程無污染，實現(xiàn)了微機自動化控制。鑄鐵熔煉使用大型、高效、除塵、微機測控、外熱送風(fēng)無爐襯水冷連續(xù)作業(yè)沖天爐，普遍使用鑄造焦，沖天爐或電爐與沖天爐雙聯(lián)熔煉，采用氮氣連續(xù)脫硫或搖包脫硫使鐵液中硫含量達 0.01%以下；熔煉合金鋼精煉多用 AOD、VOD 等設(shè)備，使鋼液中 H、O、N 達到幾個或幾十個 10-6 的水平。普遍采用液態(tài)金屬過濾技術(shù)，過濾器可適應(yīng)高溫諸如鈷基、鎳基合金及不銹鋼液的過濾。過濾后的鋼鑄件射線探傷 A 級合格率提高 13 個百分點，鋁鎂合金經(jīng)過濾，抗拉強度提高 50%、伸長率提高 100%以上。鋁基復(fù)合材料以其優(yōu)越性能被廣泛重視并日益轉(zhuǎn)向工業(yè)規(guī)模應(yīng)用，如汽車驅(qū)動桿、缸體、缸套、活塞、連桿等各種重要部件都可用鋁基復(fù)合材料制作，并已在高級賽車上應(yīng)用；在汽車向輕量化發(fā)展的進程中，用鎂合金材料制作各種重要汽車部件的量已僅次于鋁合金。 砂處理采用高效連續(xù)混砂機、人工智能型砂在線控制專家系統(tǒng), 制芯工藝普遍采用樹脂砂熱、溫芯盒法和冷芯盒法。熔模鑄造普遍用硅溶膠和硅酸乙酯做粘結(jié)劑的制殼工藝。鑄造生產(chǎn)全過程主動、從嚴(yán)執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，鑄件廢品率僅 2%-5%；標(biāo)準(zhǔn)更新快（標(biāo)齡 4-5 年） ；普遍進行 ISO9000、ISO14000等認(rèn)證。 重視開發(fā)使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，紛紛建立自己的主頁、站點。鑄造業(yè)的電子商務(wù)、遠程設(shè)計與制造、虛擬鑄造工廠等飛速發(fā)展。我國鑄造領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究并不落后，很多研究成果居國際先進水平，但轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實生產(chǎn)力的少。國內(nèi)鑄造生產(chǎn)技術(shù)水平高的僅限于少數(shù)骨干企業(yè)，行業(yè)整體技術(shù)水平落后，鑄件質(zhì)量低，材料、能源消耗高，經(jīng)濟效益差，勞動條件惡劣，污染嚴(yán)重。具體表現(xiàn)在，模樣仍以手工或簡單機械進行模具加工；鑄造原輔材料生產(chǎn)供應(yīng)的社會化、專業(yè)化、商品化差距大，在品種質(zhì)量等方面遠不能滿足新工藝新技術(shù)發(fā)展的需要；鑄造合金材料的生產(chǎn)水平、質(zhì)量低；生產(chǎn)管理落后；工藝設(shè)計多憑個人經(jīng)驗，計算機技術(shù)應(yīng)用少；鑄造技術(shù)裝備等基礎(chǔ)條件差；生產(chǎn)過程手工操作比例高，現(xiàn)場工人技術(shù)素質(zhì)低；僅少數(shù)大型汽車、內(nèi)燃機集團鑄造廠采用先進的造型制芯工藝，大多鑄造企業(yè)仍用震壓造型機甚至手工造型，制芯以桐油、合脂和粘土等粘結(jié)劑砂為主。大多熔模鑄造廠以水玻璃制殼為主；低壓鑄造只能生產(chǎn)非鐵或鑄鐵中小件，不能生產(chǎn)鑄鋼件；用 EPC 技術(shù)穩(wěn)定投入生產(chǎn)的僅限于排氣管、殼體等鑄件，生產(chǎn)率在 30型/小時以下，鑄件尺寸精度和表面粗糙度水平低；雖然建成了較完整的鑄造行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，但多數(shù)企業(yè)被動執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)多低于 GB（國標(biāo)）和 ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)） ，有的企業(yè)廢品率高達 30%；質(zhì)量和市場意識不強，僅少數(shù)專業(yè)化鑄造企業(yè)通過了 ISO9000 認(rèn)證。結(jié)合鑄造企業(yè)特點的質(zhì)量管理研究十分薄弱。近年開發(fā)推廣了一些先進熔煉設(shè)備，提高了金屬液溫度和綜合質(zhì)量，如外熱式熱風(fēng)沖天爐開始應(yīng)用，但為數(shù)少，使用鑄造焦的僅占 1%。一些鑄造非鐵合金廠仍使用燃油、焦炭坩堝爐等落后熔煉技術(shù)。沖天爐-電爐雙聯(lián)工藝僅在少數(shù)批量生產(chǎn)的流水線上得以應(yīng)用。少數(shù)大、中型電弧爐采用超高功率（600-700kVA/t）技術(shù)。 開始引進AOD、VOD 等精煉設(shè)備和技術(shù)，提高了高級合金鑄鋼的內(nèi)在質(zhì)量。重要工程用的超低碳高強韌馬氏體不銹鋼，采用精煉技術(shù)提高鋼液純凈度，性能改善。鑄造馬氏體不銹鋼在保持原有韌性基礎(chǔ)上，屈強比由 0.70-0.75 提高到 0.85-0.90，強度提高 30%-60%，硬度提高 20%-50%。 廣泛應(yīng)用國內(nèi)富有稀土資源，如稀土鎂處理的球墨鑄鐵在汽車、柴油機等產(chǎn)品上應(yīng)用；稀土中碳低合金鑄鋼、稀土耐熱鋼在機械和冶金設(shè)備中得到應(yīng)用；初步形成國產(chǎn)系列孕育劑、球化劑和蠕化劑，推動了鑄鐵件質(zhì)量提高。三、研究目的本課題是研究鑄造工藝的總體設(shè)計，并對鑄造工藝的設(shè)計方案進行優(yōu)化。通過對該課題的研究，了解鑄造工藝過程，并運用所學(xué)知識完成鑄造工藝設(shè)計的優(yōu)化。鑄造是生產(chǎn)零件毛坯的主要方法之一，尤其對于有些脆性金屬或合金材料的零件毛坯，鑄造幾乎是唯一的加工方法。輸油管接頭的材料是鑄鋁合金，所以只能采用鑄造來完成。鑄造工藝具有鑄件可以不受金屬材料、尺寸大小和重量的限制；鑄造可以生產(chǎn)各種形狀復(fù)雜的毛坯，特別適用于生產(chǎn)具有復(fù)雜內(nèi)腔的零件毛坯，如各種箱體等；鑄件的形狀和大小可以與零件很接近，既節(jié)約金屬材料，又省切削加工工時；鑄件一般使用的原材料來源廣、鑄件成本低；鑄造工藝靈活，生產(chǎn)率高，既可以手工生產(chǎn)，也可以機械化生產(chǎn)。為了進一步減少成本，引入了計算機模擬技術(shù)。四、研究內(nèi)容1、輸油管接頭的鑄造工藝研究根據(jù)輸油管零件圖計算毛坯圖的尺寸并繪制其三維模型、確定鑄造工藝過程中所涉及到的各參數(shù)，如：鑄造溫度、所用型芯的數(shù)目、澆注系統(tǒng)類型等。2、補縮系統(tǒng)的設(shè)計根據(jù)鑄造手冊以及經(jīng)驗公式分析確定何處會出現(xiàn)缺陷，設(shè)計補縮系統(tǒng)。根據(jù)鑄件的材料、所選型砂的強度確定是否需要冒口；根據(jù)鑄件的厚度，查閱手冊確定是否要用冷鐵及冷鐵的尺寸、個數(shù)。3、澆注系統(tǒng)的設(shè)計首先計算出輸油管接頭鑄件的毛坯尺寸，根據(jù)冒口及整個鑄件的高度確定出直澆道的總高度，鑄件材料流動性選擇澆道形狀，根據(jù)毛坯的形狀選擇分型面及型芯的放置位置。4、 ．采用 Pro/E 進行造型，通過鑄造模擬軟件進行驗證澆注系統(tǒng)和補縮系統(tǒng)是否能夠保證鑄件無缺陷；若有缺陷，對其進行優(yōu)化。五、研究方案及步驟1.研究方案的確定要通過以下幾個步驟① 查閱相關(guān)的資料，記錄需要的信息，確定預(yù)方案② 計算所需的數(shù)據(jù)，確定預(yù)方案的可行性③ 繪制三維模型④ 分析方案，對其進行修改優(yōu)化⑤ 對改進的方案進行查漏補缺，確定設(shè)計方案⑥ 繪制零件圖并裝配六、論文提綱第一章 緒論1.1 研究的意義1.2 國內(nèi)外的發(fā)展趨勢1.3 研究目的第二章 輸油管道接口的工藝分析2.1 零件信息2.2 技術(shù)要求2.3 工藝流程第三章 鑄造工藝方案的擬定3.1 鑄造方法的選擇3.2 分型面的選擇3.3 澆注位置的確定3.4 造型方法的選擇3.5 鑄造工藝參數(shù)第四章 型芯的確定4.1 砂芯的結(jié)構(gòu)與尺寸第五章 澆注系統(tǒng)和冒口的設(shè)計計算5.1 澆注系統(tǒng)的初步擬定5.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計第六章 砂箱的設(shè)計6.1 砂箱的材料和結(jié)構(gòu)6.2 砂箱尺寸的確定第七章 總結(jié)參考文獻致謝七、 工作量的估計算1.查閱資料，了解關(guān)于輸油管道接口的鑄造工藝設(shè)計的基礎(chǔ)知識，并知道注意事項與要求2.確定加工方案，確定加工工藝有關(guān)的參數(shù)3.鑄造接頭的工藝設(shè)計規(guī)程和所需家具設(shè)計4.繪制零件圖和裝配圖5. 撰寫畢業(yè)論文10 制作相應(yīng)的 PPT 以便于答辯。八、 工作條件1.二維、三維制圖軟件2.翻閱書本，通過互聯(lián)網(wǎng)查閱所需的資料信息3.學(xué)校的實驗室和后工廠可以提供一些設(shè)備4.求助專業(yè)老師九、 參考文獻① 矯津毅編著. UG NX5 基礎(chǔ)設(shè)計與案例實踐[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2008② 王文清，李魁盛. 鑄造工藝學(xué) [M]. 北京，機械工業(yè)出版社， 2002③ 李宏英編著. 鑄造工藝設(shè)計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社， 2005④ 申榮華編. 鑄造工藝課程設(shè)計指導(dǎo)書[Z]. 貴陽，自編參考書， 2011⑤ 陸文華 李魁盛 黃良余 編 .《鑄造合金及其熔煉》.機械工業(yè)出版社，鑄鐵合金部分.⑥ 中國機械工程學(xué)會鑄造分會編. 鑄造手冊 5（第 2 版）[M]. 北京，機械工業(yè)出版社，2004⑦ 蔡群 主編.《現(xiàn)代工程制圖》南京大學(xué)出版社， 繪圖圖框部分⑧ 張克義 主編.《AutoCAD 工程制圖》. 中國林業(yè)出版社，CAD 制圖操作部分⑨ 李魁盛，馬順龍等. 典型鑄件工藝設(shè)計實例[M]. 北京，機械工業(yè)出版社， 2008指導(dǎo)教師意見及建議（從選題、理論與實證準(zhǔn)備、研究（設(shè)計）方法、工作安排等方面給出評價，并提出指導(dǎo)意見）：該生通過查閱相關(guān)文獻，對課題有了一定的認(rèn)識，了解了鑄造工藝在毛坯生產(chǎn)中的重要作用，根據(jù)課題要求，制訂了合理的工作計劃，首先采用傳統(tǒng)方法進行設(shè)計計算，再采用鑄造模擬軟件對工藝進行模擬計算，判斷工藝的合理性，并作出優(yōu)化，同意開題。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日畢業(yè)論文工作組意見及建議準(zhǔn)予開題畢業(yè)論文工作組組長簽字： 年 月 日注：1.此表由學(xué)生填寫后，交指導(dǎo)教師簽署意見，經(jīng)畢業(yè)論文（設(shè)計）工作組審批后，才能開題。2.此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學(xué)院存檔。中期檢查表論文（設(shè)計）題目 輸油管接頭鑄造工藝設(shè)計學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師計劃完成時間 2018.4.9按照進度安排應(yīng)完成的任務(wù)2018 年一月-2018 年二月 查（借）閱資料，了解本課題設(shè)計重點，注意事項，撰寫開題報告。2018 年二月-2018 年三月 分析圖紙，完成零件圖、鑄件圖的三維實體繪制。2018 年三月-2018 年四月 鑄造工藝設(shè)計。實際完成情況1.經(jīng)查閱按時完成并提交了開題報告.2.經(jīng)查閱按時完成了英文翻譯3.根據(jù)二維圖畫出三維圖并查閱了相關(guān)數(shù)據(jù)4.經(jīng)比較選擇了合適的分型面和澆注系統(tǒng)并在需要的位置添加冒口防止縮孔縮松的出現(xiàn)，初步設(shè)計完成.。目前有哪些問題和困難，擬采取的解決方法澆道位置高低的選擇，因為澆道過低和過高都會使充型液態(tài)補縮壓力不足，正在查閱和計算最合理的位置.(以上欄目由學(xué)生填寫)檢查中發(fā)現(xiàn)的問題與建議通過前期工作，基本按照進度要求完成相應(yīng)的設(shè)計內(nèi)容，后面要采用模擬軟件 Z-Cast 對工藝進行模擬優(yōu)化，達到完全消除鑄造缺陷的目的。畢業(yè)論文工作組組長簽名： 年 月 日注：1.最后一欄由指導(dǎo)教師填寫。2.此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學(xué)院存檔。指導(dǎo)教師評分表學(xué)院：XX 專業(yè)班級：XXX 班學(xué)生姓名： XXXX 學(xué)號： XXX 畢業(yè)論文題目評 價 項 目（參考） 分值 打分01 工作態(tài)度，工作作風(fēng)工作態(tài)度 02 畢業(yè)論文完成情況 20 1503 查閱文獻資料能力04 綜合運用知識能力05 研究方案的設(shè)計能力06 研究方法和手段的運用能力能力水平07 外文應(yīng)用能力40 3208 文題相符程度09 寫作水平10 寫作規(guī)范程度11 篇幅，論文工作量論文質(zhì)量12 論文的理論或?qū)嶋H價值40 33綜合評定成績 80評價意見該生以輸油管接頭零件為例，完成了該零件的鑄造工藝設(shè)計，在本次畢業(yè)設(shè)計過程中，該生積極與指導(dǎo)老師溝通，解決畢業(yè)設(shè)計過程中存在的問題，基本上能針對問題提出了相應(yīng)的解決方法，通過模擬計算，最終獲得最優(yōu)方案，基本掌握了鑄造工藝設(shè)計的一般過程，達到了本科畢業(yè)設(shè)計要求。是否同意答辯 同意答辯指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日注：此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學(xué)院存檔。評閱教師評分表學(xué)院：XXXX 專業(yè)班級： XXXX 學(xué)生姓名： XXXX 學(xué)號：XXXX畢業(yè)論文題目 輸油管接頭鑄造工藝設(shè)計評 價 項 目（參考） 分值 打分01 查閱文獻資料能力02 綜合運用知識能力03 研究方案的設(shè)計能力04 研究方法和手段的運用能力能力水平05 外文應(yīng)用能力50 40.006 文題相符程度07 寫作水平08 寫作規(guī)范程度09 篇幅，論文工作量論文質(zhì)量10 論文的理論或?qū)嶋H價值50 41.0綜合評定成績 81.0評價意見論文對輸油管道接口的鑄造工藝進行了設(shè)計，首先在三維軟件中畫出三維圖，計算出總質(zhì)量，然后確定了型面、澆注位置和砂芯等，最后用 Z-CAST 軟件進行模擬仿真，發(fā)現(xiàn)設(shè)計的工藝存在鑄造缺陷，對設(shè)計進行了工藝優(yōu)化，最后得到合理的工藝方案。論文觀點正確，論據(jù)充分，有較強的現(xiàn)實意義，可以指導(dǎo)實際，論文邏輯較強，結(jié)構(gòu)較嚴(yán)謹(jǐn)，圖文規(guī)范，在 1.2 本章小結(jié)中，說介紹了國內(nèi)外發(fā)展情況，但在第 1 章中，并未有相關(guān)內(nèi)容，請補充完善，同意參加答辯。是否同意答辯 同意評閱教師（簽名）： 年 月 日注：此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學(xué)院存檔。答辯及成績評定表學(xué)生姓名 學(xué)號 專業(yè)名稱答辯時間 答辯地點 指導(dǎo)教師題 目 輸油管道接頭鑄造工藝設(shè)計 記錄人姓 名 職 稱 姓 名 職 稱答辯小組成員提問及回答情況記錄（3~4 個主要問題）：1.分型面的位置？ 在鑄件的最大截面處。 2.分型面的作用？便于合型與起模。3.冒口的作用？在澆注時起到補縮作用。記錄人簽字：年 月 日答辯小組評語及成績：該同學(xué)在畢業(yè)論文寫作過程中，態(tài)度端正，論證嚴(yán)謹(jǐn)，論文寫作規(guī)范，能恰當(dāng)回答與論文有關(guān)的問題。答辯小組經(jīng)過充分討論，根據(jù)該生論文質(zhì)量和答辯中的表現(xiàn)，答辯成績建議82 分，評定論文成績?yōu)椤傲己谩贝疝q小組組長簽字： 年 月 日指導(dǎo)教師成績 80 ×40% =32評閱教師成績 81×20% =16.2答辯成績 82 ×40% =32.8畢業(yè)論文總評成績81 論文 等級 良好畢業(yè)論文工作組意見：畢業(yè)論文工作組組長簽名： 年 月 日注：1、總評成績=指導(dǎo)教師成績×40%＋評閱教師成績×20%＋答辯成績×40%。2、論文等級分優(yōu)秀（≥90 分） 、良好（80-89 分） 、中等（70-79 分） 、及格（60-69 分） 、不及格（＜60 分） 。3、此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學(xué)院I摘要鑄造就是將金屬熔煉，然后澆注生產(chǎn)出所需要的工件毛坯。該次研究的對象是輸油管道接口，本次鑄造是采用重力鑄造，用脲醛樹脂砂造型。根據(jù)二維圖，用 Creo 畫出鑄件的三維模型，砂芯采用的是手工造型，考慮到零件工作時的條件，要滿足的性能，參考零件的技術(shù)要求，通過計算查閱確定了所需要的各項工藝參數(shù)，確定出鑄件的分型面，選擇最合理的澆注位置。通過查閱計算澆注系統(tǒng)的澆道尺寸以及冒口尺寸，最后選擇了封閉式澆注系統(tǒng).為了驗證工藝的合理性，運用 Z-cast 軟件對其進行模擬仿真，模擬結(jié)果表明，采用的傳統(tǒng)方法設(shè)計的澆注系統(tǒng)存在鑄造缺陷，根據(jù)缺陷所出現(xiàn)的位置和尺寸，對設(shè)計進行性優(yōu)化，消除鑄造缺陷，最后確定出最合理可行的鑄造工藝方案。關(guān)鍵詞：分型面；澆注系統(tǒng)；模擬仿真；工藝優(yōu)化IIAbstract Foundry is a process of melting of metals, pouring into the mold and other steps to create the required metal parts blank. In this study, the pipeline interface was set an example to the research of foundry technology, the gravity casting method and urea formaldehyde resin sand molding were used in the designing. The CREO software was used to the solid parts creation. According to the technical requirements and working conditions, choked running system choked gating system was chose and the series foundry technology parameters such as pouring position, mould joint and so on were determined, the gating systems and risers were calculated for the casting.In order to verify the rationality of the foundry technology, Z-cast software was introduced in the simulation process. The simulation results show that there were some defects were found in the original casting technology. The casting technology was optimized according to the position and dimensions, the defects were decreased or eliminated, the final foundry technical was determined.Keywords: parting surface; gating system; simulation; process optimizationIII目 錄第 1 章 緒論 .....................................................................11.1 課題研究的背景及意義 ...................................................11.2 本章小結(jié) ................................................................2第 2 章 輸油管道接口結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)要求 ...........................................32.1 鑄件結(jié)構(gòu)與尺寸 .........................................................32.2 選擇砂型與鑄造方法 ......................................................52.3 ZL104 化學(xué)成分及性能 ....................................................52.4 本章小結(jié) ....................................................................6第 3 章 輸油管道接口鑄造工藝方案 .................................................73.1 分型面的確定 ............................................................73.2 選擇合理的澆注位置 ......................................................73.3 確定鑄件數(shù)目 ...........................................................83.4 輸油管道接口砂型鑄造工藝參數(shù)確定 ........................................83.4.1 選擇尺寸公差 .....................................................83.4.2 最小鑄出孔及槽的選擇 .............................................93.4.3 機械加工余量的選擇 ...............................................93.4.4 鑄件收縮率 ........................................................93.4.5 起模斜度 .........................................................103.5 輸油管道接口鑄件澆注系統(tǒng)的設(shè)計 .........................................113.5.1 澆注系統(tǒng)類型選擇 .................................................113.5.2 澆注系統(tǒng)尺寸的設(shè)計 ...............................................113.5.3 澆注時間的計算 ...................................................133.6 冒口的設(shè)計 .............................................................143.7 本章小結(jié) ...............................................................15第 4 章 砂芯結(jié)構(gòu)與砂箱選擇 ......................................................164.1 砂芯 ...................................................................164.2 砂箱的設(shè)計 .............................................................174.3 模底板的設(shè)計 ...........................................................174.4 本章小結(jié) ...................................................................19第 5 章 輸油管道接口的鑄造模擬分析 .............................................205.1 模擬分析前處理 .........................................................20IV5.1.1 模型建立 ........................................................205.1.2 工藝參數(shù)的設(shè)置 ...................................................205.2 模擬仿真 ...............................................................215.2.1 第一次凝固過程的溫度場 ...........................................225.2.2 第一次優(yōu)化后的凝固過程的溫度場 ...................................255.2.3 第二次優(yōu)化后的凝固過程的溫度場 ...................................275.4 優(yōu)化的澆注系統(tǒng)以及充型 .................................................325.4.1 優(yōu)化的澆注系統(tǒng) ...................................................325.4.2 優(yōu)化充型過程 .....................................................335.5 優(yōu)化后的凝固過程的溫度場 ...............................................355.6 模擬缺陷的預(yù)測分析 .....................................................385.7 本章小結(jié) ...............................................................38第 6 章 結(jié)論 ....................................................................39致謝 ...........................................................................40參考文獻 .......................................................................411第 1 章 緒論1.1 課題研究的背景及意義從古至今，我國一直是鑄造大國，在幾千年前的商場，就出現(xiàn)了青銅器的大量使用，從那時起，鑄造業(yè)開始起步。我國的鑄造出的工件的交易率極高，大多數(shù)交易到國外，從這現(xiàn)象可以看出，我國的鑄造水平在全世界都處于一個比較領(lǐng)先的位置，由此我很感到驕傲。經(jīng)歷了這么多年，鑄造的方法也是千變?nèi)f化，其中用的最多的屬于砂型鑄造，它是最古老，也是最傳統(tǒng)，發(fā)展最廣泛的鑄造技術(shù)之一，隨著鑄造業(yè)的水平日益提高，人們對鑄件的要求液越來越高，所以鑄件的精度極其重要，我們要設(shè)計出最合理的工藝方案，使鑄件的精度進一步提高。由于現(xiàn)在的鑄造大多都是根據(jù)經(jīng)驗，所以會出現(xiàn)對工藝設(shè)計沒有很好的依據(jù)，鑄件經(jīng)常出現(xiàn)缺陷。在社會的推動下，鑄造工藝飛速發(fā)展，鑄件產(chǎn)生缺陷的原因也越來越復(fù)雜，比如鑄造工藝的設(shè)計安排、對鑄件材料的不同選擇、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制作、澆注系統(tǒng)設(shè)計的不合理，冒口的位置大小，或者不嚴(yán)格的操作，都會使得鑄件出現(xiàn)缺陷。由于最原始的鑄造工藝沒有什么可以借鑒，人們總是憑借著不斷實踐，在實踐中積累經(jīng)驗，然后鑄出符合當(dāng)時市場所需要的鑄件，發(fā)展至今，已經(jīng)有了一套比較完整的鑄造體系，但是一切都是基于先輩的不懈努力與實踐，整個鑄造周期尤其的漫長，所以我們要珍惜現(xiàn)今的鑄造體系，理解其中的來之不易。2圖 1.1 傳統(tǒng)鑄造工藝流程圖從上圖我們可以發(fā)現(xiàn)，鑄造工藝在一步一步的進度，從難到簡單，鑄造的精度也是越來越高，隨著社會的發(fā)展，鑄造業(yè)也在不斷進步，在這種不斷進步的鑄造環(huán)境下，鑄造出來的鑄件也是精度極高的，滿足人滿的要求。為了使鑄造的周期縮短，由足夠低的工藝成本，鑄造 CAE 技術(shù)已經(jīng)成為不可或缺的一部分。我們通過現(xiàn)階段可以利用的技術(shù)，可以更直觀，跟確切的模擬出鑄件鑄出的整個過程，并對模擬結(jié)果認(rèn)真分析，好好地分析缺陷出現(xiàn)的原因，及時改進優(yōu)化，及時的使得自己的設(shè)計的工藝路線合理可行。1.2 本章小結(jié)本章主要介紹了鑄造工藝的國內(nèi)外發(fā)展以及背景，并對現(xiàn)在鑄造工藝進行了簡單的介紹，其中包括鑄造工藝的流程，現(xiàn)階段應(yīng)用的技術(shù)等。3第 2 章 輸油管道接口結(jié)構(gòu)特點及技術(shù)要求2.1 鑄件結(jié)構(gòu)與尺寸鑄件：輸油管道接口 材料：ZL104外形尺寸：180mm×100mm×68mm 根據(jù)三維圖得出體積：244.0049 立方厘米經(jīng)查閱 ZL104 的密度：2.7g/立方厘米由密度公式 算出該鑄件的質(zhì)量為 658.81gm=???v生產(chǎn)批量：小批量生產(chǎn)該鑄件在眾多鑄件類中屬于支撐類，所以它內(nèi)部要承受壓力，與相對應(yīng)的載荷，由于它的作用的原因，致使它內(nèi)部不能有缺陷，氣密性要良好，內(nèi)有縮松縮孔缺陷。鑄件的三維圖如下：圖 1.1 輸油管道接口三維4輸油管道接口形狀簡單，鑄件的最大壁厚和最小壁厚分別為 12mm 和 4mm，其中平均壁厚 6mm 對于 ZL104 材質(zhì)來說，它的最小壁厚保證了它的延展性，最大壁厚可以有效防止缺陷發(fā)生.圖 1.2 所示，輸油管道接口輪廓尺寸為 180mm×100mm×68mm，根據(jù) CAD圖各項尺寸，利用 Creo 三維造型，然后計算體積工具測出體積，把體積與鋁合金密度 2.7g/mm3 相乘，得到輸油管道接口單件 658.81g，屬于中型鑄件。圖1.2 輸油管道接口零件圖為了保證能獲得優(yōu)質(zhì)的鑄件，對于零件結(jié)構(gòu)的要求應(yīng)該考慮到以下的幾個方面：1)由鑄件的尺寸和結(jié)構(gòu)特性，選擇最合理的壁厚，防止缺陷的產(chǎn)生。2)要對鑄件相對壁厚的地方連接處使用圓角，避免應(yīng)力集中，產(chǎn)生裂紋，縮松，縮孔等缺陷。5表 2-1 最小壁厚（mm）鑄鋼種類 鑄件輪廓尺寸的最大值范圍最大尺寸 15～30 6°20＇ 0.6 5°35＇ 0.65>30～80 4°10＇ 0.8 2°10＇ 0.8>80～120 2°25＇ 1.2 1°45＇ 1.2>120～2000°15＇ 1.5 0°30＇ 1.6>200～3600°15＇ 2.6 0°25＇ 2.4>360～6000°15＇ 3.2 0°20＇ 3.2>900 0°15＇ 4.5 0°15＇ 5.0根 據(jù) 本 鑄 件 造 型 材 料 為 呋 喃 樹 脂 砂 ， 經(jīng) 查 閱 得 到 ： 高 度 小 于 70 毫 米 時 ，起 模 斜 度 取 值 0.8， 由 于 該 鑄 件 高 度 最 高 處 為 68 毫 米 ， 所 以 在 該 范 圍 內(nèi) ， 所以 取 值 0.8.113.5 輸油管道接口鑄件澆注系統(tǒng)的設(shè)計澆注系統(tǒng)的設(shè)計首先應(yīng)考慮該系統(tǒng)的可行性，操作的簡單性。根據(jù)鑄件的材料，鑄件的結(jié)構(gòu)，來確定引入位置，和澆道的截面尺寸。3.5.1 澆注系統(tǒng)類型選擇澆注系統(tǒng)的類型由：封閉式、開放式、半封閉式澆注系統(tǒng)。封閉式澆注系統(tǒng)的控流截面設(shè)在內(nèi)澆道，澆注開始之后，金屬液能夠很容易充滿澆注系統(tǒng)，使得金屬液始終保持低壓狀態(tài)，更容易充型。所以此處我選擇封閉式澆注系統(tǒng)。鑄造時選用一個砂箱一個鑄件，這樣方便下芯和檢查。在鑄件的分型面位置設(shè)置一個橫澆道，內(nèi)澆道為了平衡，設(shè)置對稱的兩個。為了方便造型，橫澆注開設(shè)在上砂箱，內(nèi)澆道開設(shè)在下砂箱。圖 3.3 澆注系統(tǒng)方案3.5.2 澆注系統(tǒng)尺寸的設(shè)計1）澆注時間的計算通過 Creo 軟件計算鑄件的體積為：244.0049 立方厘米。對于鑄鋁密度 ?=2.7g/立方厘米12LG=V??已知鑄件質(zhì)量為 658.81g，小型鑄件的澆注時間公式： LtS?式中，t，S， G 分別代表，澆注時間，系數(shù)，液體質(zhì)量，可查表得 S 取 2.4。將數(shù)據(jù)代入公式得出澆注時間為 2.4s。澆注時應(yīng)選擇，最合適的澆注能力，實現(xiàn)更加快速的澆注。2）澆注速度金屬液的澆注速度也是設(shè)計的一部分，因為澆注速度太快，可能導(dǎo)致金屬液飛濺，導(dǎo)致鑄件金屬氧化，澆注速度太慢，會發(fā)生冷隔，澆不到等缺陷，所以要選擇最合適的澆注速度，公式如下： ()2.5.4LvAGB???上面公式，ν 表示的是澆注速度；G 表示金屬液質(zhì)量， A 代表所需系數(shù)，這里取得 0.9，B 代表所需要系數(shù)，鑄件為鋁合金這里取 1.2。將已知數(shù)據(jù)代入公式得出，澆注速度為 0.553Kg/s，符合實際要求。3）確定澆注系統(tǒng)各組元的比例內(nèi)澆道的總截面積確定之后，根據(jù)不同的合金和不同的鑄件特點，選擇澆注系統(tǒng)個組元的比例關(guān)系。在這里選擇中型鑄件砂型鑄造： S=1.8:?直 內(nèi) 橫： ：橫澆道和直澆道的截面積可根據(jù)選定的各組元的比例關(guān)系，以及通過計算所得內(nèi)澆道總截面積，就可依次算出來。圖 3.4 內(nèi)澆道截面由于設(shè)計內(nèi)澆口設(shè)計為 2 支，根據(jù)油管接頭鑄件質(zhì)量查到內(nèi)澆道截面參數(shù)值為 168mm，這算到單支內(nèi)澆道的面積為 84 平方毫米，梯形斷面大小經(jīng)查閱得：13a，b，c 取值分別是 16， 12，6，單位毫米。橫澆道的作用是將金屬液分配給內(nèi)澆道，具有一定的擋渣隔氣功能，使得進入內(nèi)澆道的金屬液更加平穩(wěn)，且氣體和雜質(zhì)較少。橫澆口數(shù)量為一個， S 橫 =300 毫米，橫澆道的形狀尺寸大小如上圖，梯形斷面大小經(jīng)查閱得：a ，b ，c 取值分別為，16，14 ，14 單位毫米。圖 3.5 橫澆道的截面金屬液從直澆道流入，由直澆道進入橫澆道，經(jīng)橫澆道擋渣之后，金屬液流入內(nèi)澆道，在金屬液自身的重力作用下從下往上充滿整個型腔，完成充型。設(shè)計的直澆口有一個，直澆道截面為 706 平方毫米，則圓形斷面：D=30 毫米直澆道是一個圓柱，如下圖：圖 3.6 直澆道截面 3.5.3 澆注時間的計算已知鑄件的質(zhì)量為 658.81g，平均壁厚為 6 毫米。 ，S 是系數(shù)，??=1.11??? ??是根據(jù)壁厚選擇的，根據(jù)平均壁厚查表得出 S 的值為 2.7，G 取鑄件質(zhì)量0.658.81kg，求出澆注時間為 2.4s。143.6 冒口的設(shè)計在鑄造中合理的添加冒口，可以防止鑄件縮孔縮松現(xiàn)象的發(fā)生，避免了鑄件凝固時缺陷的發(fā)生，在充型時可以很好的起到補縮的作用，使其凝固遵循順序凝固原則。鑄造鋁合金冒口的設(shè)計一般采用兩種辦法：（1）經(jīng)驗比例法（2）收縮模數(shù)法，經(jīng)過查閱，我們這里更適合用第一種方法。根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特征，綜合 ZL104 的物理性質(zhì)，再根據(jù)所學(xué)知識在鑄件可能出現(xiàn)缺陷的地方設(shè)置兩個圓形冒口進行補縮，改善鑄件的凝固順序。距離冒口越近，越先凝固，反之，越后凝固。查閱資料后對鑄件進行分析，鑄件熱節(jié)的地方不是很高，但是在水平方向由較大尺寸，要求設(shè)計的冒口能夠起到橫向補縮的作用計算冒口的尺寸的公式為D=（2~4 ）d。這里取 d 為 10 毫米得出冒口的直徑為 20 毫米。冒口的高度計算：經(jīng)查閱冒口高度 H=（1-2 ）D 由于考慮到鑄件本身較小所以冒口的高度取 20 毫米。圖 3.7 冒口設(shè)置位置153.7 本章小結(jié)本章主要利用所學(xué)知識，選擇了最合理的分型面，根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)尺寸，設(shè)計了最合理的澆注系統(tǒng)，確定了鑄造過程中所需要的工藝參數(shù)、鑄件收縮率，尺寸公差等。 16第 4 章 砂芯結(jié)構(gòu)與砂箱選擇4.1 砂芯芯頭是砂芯最重要的一部分，對砂芯的固定起著關(guān)鍵作用。設(shè)計芯頭時應(yīng)做到：上下芯頭與比較明顯的識別標(biāo)記，以免兩個芯頭位置放反，芯頭應(yīng)該具有合理的間隙與斜度。芯頭種類：（1）水平芯頭（2）垂直芯頭。芯頭的尺寸與鑄件本身尺寸有關(guān)，大多數(shù)取決于鑄件上的孔，內(nèi)槽尺寸?？紤]到要方便下芯，下芯頭的高度與斜度都必須小于上芯頭，必須要使得芯頭芯座要有合理的間隙。 鑄件為輸油管道接口，外觀近似于一個三通，在不影響精度的情況下可以將兩個砂芯同時造芯。如圖 4.1 所示。要使鑄件的上表面達到精度要求，砂芯可以起到絕對的定位作用。上砂芯的芯頭的結(jié)構(gòu)如圖，下砂芯部分，為了滿足定位要求，需要在其兩側(cè)制作不同形狀的芯頭，如圖所示：圖 4.1 砂芯一17圖 4.2 砂芯二間隙：芯頭與芯座兩者間的間隙受多方面影響，經(jīng)查閱， 240≤D≤300，這里取得間隙為 0.5。4.2 砂箱的設(shè)計砂箱材料為 HT200。砂箱上設(shè)計由手柄便于翻轉(zhuǎn)搬移，四周沒有排氣孔，采用最多的是整體鑄造。砂箱兩端設(shè)有箱耳，用于定位零件的設(shè)置，如圖所示：圖 4.3 砂箱立體圖砂箱尺寸的確定，是根據(jù)吃砂量和工藝圖設(shè)定的。該次加工的鑄件體積小質(zhì)量輕，生產(chǎn)方式為批量生產(chǎn)。由鑄件的二維圖得知，鑄件的最寬處為 100 毫米，最長處為 180 毫米，根據(jù)鑄件的尺寸，我們將砂箱的長定為 350 毫米，寬定為250 毫米。經(jīng)查閱《鑄鋁件生產(chǎn)指南》中表 7—6 得知，該砂箱的壁厚、模樣與箱帶間的吃砂量，經(jīng)查閱把側(cè)壁與澆注口間的吃砂量和側(cè)壁吃砂量分別設(shè)為 50 毫米和 32 毫米，給鑄件留出 25 毫米的吃砂量，綜上得出砂箱的長寬分別為 350 毫米、250 毫米。上下砂箱的高度分別為 120 毫米、100 毫米。因為鑄件結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，小批量生產(chǎn)，所以我們選擇簡易砂箱，因為鑄件壁厚較薄，尺寸小，所以不用設(shè)計外凸緣。經(jīng)查閱，厚壁處的尺寸合薄壁處的尺寸分別為 20 毫米和 18 毫米。184.3 模底板的設(shè)計因為鑄件為尺寸小，質(zhì)量輕，小批量生產(chǎn)，所以對模底板的耐磨性強度要求相對較低，經(jīng)查閱我選擇了鋁合金模板。1）模底板的平面尺寸A0=A+2b=350+2*18=386mm；B0=B+2b=250+2*18=286mm上式中：A0 —模底板長度尺寸，mm；B0 —模底板長度尺寸，mm；A—砂箱內(nèi)框長度，mm；B—砂箱內(nèi)框?qū)挾?，mm；b—砂箱薄壁處壁厚，mm；2）模底板高度經(jīng)查閱，鑄鋁件的高度的選擇范圍為 30 毫米到 90 毫米，這里我選擇 50 毫米。3）模底板定位銷孔中心距砂箱的定位孔中心距與模底板定位銷孔中心距保持一致。查表得出模底板定位銷孔中心距，確定中心距實 A+150 毫米，所以中心距為 450 毫米。下圖為定位銷位置示意圖：圖 4.4 定位銷19圖 4.5 定位銷與導(dǎo)向銷為了定位和加固模樣和底板，把定位銷安放在現(xiàn)有的凸緣和凸耳上，多螺紋孔進行加固。螺栓緊固的方法采用的是下固法。螺栓的個數(shù)及分布如圖。螺栓尺寸為 M8X25。4.4 本章小結(jié)本章根據(jù)鑄件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，設(shè)計了合理的砂芯，根據(jù)鑄件的尺寸，設(shè)計了合理的砂箱和模底版。20第 5 章 輸油管道接口的鑄造模擬分析5.1 模擬分析前處理5.1.1 模型建立根據(jù)鑄件的二維圖，畫出三維圖，并 根 據(jù) 其 尺 寸 大 小 ， 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) ， 選 擇 合理 的 分 型 面 ， 合 適 的 澆 注 系 統(tǒng) ， 畫 出 如 下 三 維 圖 ， 供 模 擬 仿 真 時 應(yīng) 用 。圖 5.1 輸油管道接口的澆注系統(tǒng)三維5.1.2 工藝參數(shù)的設(shè)置用 Z-cast 軟件模擬前，要先設(shè)置以下參數(shù)：澆注速度、澆注溫度、重力方向的設(shè)置、以及散熱方式等參數(shù)進行設(shè)置。確定參數(shù)無誤后，保存，供之后的模擬使用。（1）材料的設(shè)置21本論文鑄件材料根據(jù)實際情況：1）鑄件及澆注系統(tǒng)材料為：ZL104（鑄鋁） ；2）根據(jù)鑄件材料設(shè)置需要的各項系數(shù)。（2）界面換熱系數(shù)在模擬之前需要對鑄件與模具，冷鐵與鑄件，模具與空氣間的換熱系數(shù)進行設(shè)置。如下表：表 5-1 常見材料之間的換熱系數(shù)（3）需要設(shè)置的條件參數(shù)在模擬之前需要設(shè)置的條件參數(shù)有：澆注溫度、散熱方式、澆注速度。5.2 模擬仿真設(shè)計好所有的參數(shù)之后，利用Z-cast軟件在該系統(tǒng)下對鑄件進行模擬仿真。本次仿真了三次我們依次對鑄件在模擬中的各個階段進行分析。225.2.1 第一次凝固過程的溫度場圖 5.2 凝固率 5%圖5.2為凝固率為百分之五時輸油管道接口的各部位的溫度。從圖中我們可以看出直澆道的顏色呈現(xiàn)為黃色表示其溫度最高，鑄件兩端顏色呈現(xiàn)出深紅色，表示這個部位的溫度比較高，而鑄件的上下兩個圓形端面呈現(xiàn)出淡藍色，表示兩個端面溫度最低，并低于鋁合金的熔點，開始凝固。圖5.3凝固率20%23由圖5.3為凝固率為百分之二十的時候鑄件各個部位的溫度。澆注位置的顏色呈黃色，表示其溫度最高，鑄件的中間部分以及冒口處呈現(xiàn)出紅色表示其溫度比較高，此時上下兩個圓形端面呈現(xiàn)出藍色，溫度最低，已經(jīng)開始凝固。圖5.4凝固率50%圖5.4表示的是凝固率為百分之五十時各部件的溫度，從圖中可以看出整體已經(jīng)呈現(xiàn)出藍色或淡藍色，表示鑄件大部分溫度已經(jīng)很低，開始凝固，但是鑄件心部呈現(xiàn)出紅色溫度仍比較高。24圖5.5凝固率100%圖5.5表示的鑄件凝固率百分之百時的溫度示意圖鑄件整體為淡藍色，表示鑄件已經(jīng)完全凝固。 圖5.6凝固時間上圖表示的是鑄件各部位凝固的溫度時間圖，由圖可以看出，箭頭指出的位置，溫度最高，可能出現(xiàn)缺陷。圖5.7上圖表示的是該澆注系統(tǒng)在模擬后的圖，箭頭圈出的部位明顯的看出在圓周曲面上半部分有紅色區(qū)域，表示該部位存在缺陷所以要對該部位進行改進。可能出現(xiàn)缺陷255.2.2 第一次優(yōu)化后的凝固過程的溫度場經(jīng)過第一次模擬仿真之后對出現(xiàn)缺陷的部位添加冒口并進行分析。圖5.8凝固率10%圖5.8 為凝固率為10%時各部件的溫度，其中冒口的溫度較高，圓形端面呈現(xiàn)出淡藍色，表示溫度較低，圓形端面的溫度已經(jīng)低于鋁合金的熔點，已經(jīng)開始凝固。 26圖5.9凝固率40%圖5.9示的是凝固率在百分之四十時各部位的溫度，管道接口的內(nèi)部大部分呈現(xiàn)出藍色或者淡藍色，表示其溫度比較低，心部呈現(xiàn)為紅色溫度仍然比較高。圖5.10凝固率70%圖5.10示的是凝固率為百分之七十時各部位的溫度，除了冒口及澆道處呈現(xiàn)為紅色溫度較高外，鑄件本身呈現(xiàn)為藍色或者淡藍色，溫度較低。圖5.11凝固率100%27圖5.11的是凝固率在100%時各部位的溫度，此時鑄件整體呈現(xiàn)為淡藍色，溫度較低，整體凝固。圖5.12上圖表示的是凝固過程的時間示意圖，對照右邊的溫度時間表，得出凝固時需要的時間從長到短依次是黃色—紅色—淡藍色。箭頭標(biāo)出的位置溫度較高，表示此冒口起到了很好的補縮作用。經(jīng)過第一次之后對該澆注系統(tǒng)的改進此次沒有缺陷出現(xiàn)，但是在缺陷部位添加的冒口起到了明顯的補縮作用但是該冒口尺寸太大，對材料很浪費所以進過再一次改良。5.2.3 第二次優(yōu)化后的凝固過程的溫度場這次將第二次的矩形冒口改為圓柱形，既節(jié)省了材料，也與其它兩個冒口形狀相似，更加美觀。28圖5.13凝固率5%圖5.13改進陷后凝固率在5%的各部位的溫度，此時整個澆注系統(tǒng)呈現(xiàn)為黃色整天溫度比較高。圖5.14凝固率60%圖5.14凝固率在60%時各部位對的溫度，從圖中可以看出，此時兩個圓形端面溫度略低于其它部位，但整體溫度仍然比較高。29圖5.15凝固率100%圖5.15表示凝固率為100%時各部位的溫度，從圖中可以看出各部位呈現(xiàn)出紅色溫度與之前比明顯偏低。圖5.16上圖表示的是此次凝固過程的凝固時間圖，對照右邊的溫度時間表，得出凝固時需要的時間從長到短依次是黃色—紅色—淡藍色。得出心部最后凝固，需要凝固時間最長。30圖5.17圖5.17表示的是該系統(tǒng)凝固過程完成時的示意圖，從圖中看出，在該澆注系統(tǒng)下，鑄件沒有缺陷。由上圖看出在該澆注系統(tǒng)下，模擬過程滿足要求，接下里在該澆注系統(tǒng)下對其充型，看是否滿足。5.3充型過程5.3.1第一次充型過程圖5.18 充型率 5%31上圖表示的是充型率為百分之五時該鑄件的充型情況，此時澆注液剛從直澆道流入。圖 5.19 充型率 40%該圖表示的充型率為百分之四十時輸油管道接口的充型情況，此時能看出液體經(jīng)過澆道進入鑄件內(nèi)部先充滿的是鑄件的上半部分，表示由于壓力太大液體直接噴射出去噴到鑄件上半部分，從此圖看出該澆注系統(tǒng)不合理。圖5.20充型率100%32上圖表示充型率為百分之百時鑄件的充型情況，從圖中看出充型完整，但是從60% 時的圖可以看出該澆注系統(tǒng)不合理，因為該系統(tǒng)為封閉式澆注系統(tǒng)，內(nèi)部壓強大使得液體不能平穩(wěn)流入鑄件內(nèi)，所以該系統(tǒng)不合理需要改進。5.4 優(yōu)化的澆注系統(tǒng)以及充型5.4.1 優(yōu)化的澆注系統(tǒng)在第一次的模擬仿真之后發(fā)現(xiàn)在封閉式澆注系統(tǒng)下，充型時液體噴射出去，內(nèi)部壓力太大，容易造成金屬氧化，所以封閉式澆注系統(tǒng)不合理。相比封閉式澆注系統(tǒng)開放式澆注系統(tǒng)的優(yōu)點擋渣能力強，金屬液流動比較平穩(wěn)，排氣順利，不會出現(xiàn)液體噴射進入型腔的現(xiàn)象，不會造成金屬的氧化，所以將之前的封閉式澆注系統(tǒng)改為開放式澆注系統(tǒng)。查閱資料后得出，這個澆注系統(tǒng)的阻流截面在直澆道的下口處，內(nèi)澆道的橫截面積：橫澆道的橫截面積：直澆道橫截面積： =3.6：2：1此澆注系統(tǒng)為開放式澆注系統(tǒng)直澆道的半徑為 6 毫米，直澆道的橫截面積為1.13 平方厘米。橫澆道是一個上底為 12 毫米下底為 16 毫米高為 14 毫米的梯形，橫澆道的橫截面積為 1.96 平方厘米。內(nèi)澆道分為兩個，是上底為 13 毫米，下底為 15 毫米，高為 13 毫米的梯形，內(nèi)澆道的面積總和為 3.64 平方厘米。冒口的尺寸與位置與第一次選擇一致，因為第一次的澆注系統(tǒng)下凝固沒有問題，知識在充型時出現(xiàn)問題，得出第一次冒口的位置與尺寸起到了良好的補縮作用，所以冒口的位置與尺寸采用第一次的。經(jīng)過對缺陷部位經(jīng)過添加冒口，實行了補縮，凝固過程沒有缺陷，但是在充型過程中，由于澆注系統(tǒng)為封閉系統(tǒng)導(dǎo)致型腔內(nèi)部壓力太大，液體噴射進入型腔，容易造成鑄件金屬的氧化，所以將封閉式澆注系統(tǒng)改為開放式澆注系統(tǒng)，這樣設(shè)計的優(yōu)點可以使型腔內(nèi)的壓力減小，液體平穩(wěn)的進入型腔內(nèi)，鑄件金屬不會出現(xiàn)氧化現(xiàn)象。33圖5.21優(yōu)化的注系統(tǒng)上圖表示的將之前的封閉式澆注系統(tǒng)改為開放式澆注系統(tǒng)的三維圖。5.4.2 優(yōu)化充型過程34圖5.22充型率5%圖 5.22 的是在優(yōu)化后的澆注系統(tǒng)下對該鑄件的充型率為百分之五時的示意圖，此時澆注液從直澆道進入橫澆道在進入內(nèi)澆道的過程，此時澆道整體呈現(xiàn)為白色，表示溫度非常高。圖5.23充型率25%圖 5.23 充型率在百分之二十五的示意圖，從圖中我們可以看出澆注液從底部流入先充滿鑄件底部，沒有出現(xiàn)之前的澆注液噴射，從鑄件上部分開始充型，目前這個現(xiàn)象合理。35圖5.24充型率50%上圖表示的是在開放式澆注系統(tǒng)下充型率為百分之五十時的充型示意圖，從圖中看出，澆注液已經(jīng)充滿了下半個型腔，澆注液流動平穩(wěn)，沒有異常現(xiàn)象的出現(xiàn)。圖5.25充型率95%圖 5.25 表示在開放式澆注系統(tǒng)下充滿率為百分之九十五時的充型示意圖，此時從圖中可以看出液體已經(jīng)充滿整個型腔，充型完整，寵幸過程基本完成。由上得出結(jié)論將之前的封閉式澆注系統(tǒng)改為開放式封閉系統(tǒng)之后，型腔內(nèi)部壓力減小，澆注液流動平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)之前的噴射現(xiàn)象，也沒有出現(xiàn)鑄件金屬的氧化，所以這個方案可以實現(xiàn)鑄件的充型。5.