大型铸钢件铸造工艺CAD系统的开发与应用
发表时间：2010-10-8 来源：e-works
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基于AutoCAD2006平台，以ObjectARX2006与VC++．NET为开发工具，结合ODBC技术，并利用参数化设计方法开发适用于大型铸钢件的铸造工艺CAD系统。系统功能主要包括冒口系统设计、浇注系统设计、冷铁系统设计、砂芯系统设计及铸造工艺参数设计，并根据工厂实际生产情况设计相应的辅助功能系统。
大型铸钢件广泛用于电站、石油化工、冶金、船舶等装备，如核电设备中的不锈钢主泵泵体、汽轮机缸体，水电机组的转轮、叶片、上冠、下环，火电机组中的汽缸体，大型冶金设备中的轧机机架、轧辊、大型轴承座等。这些大型铸钢件的制造直接关系到国家重点工程项目的质量、安全及进度，对于国计民生具有重要的意义。
本文以AutoCAD2006为平台，VC++．NET为开发环境，结合AUTODESK公司推出的Object—ARX2006二次开发工具，根据中国第二重型机械集团铸造分厂的大型铸钢件铸造工艺要求，采用参数化设计的方法，进行针对大型铸钢件的铸造工艺CAD系统的开发。此工艺CAD系统在实际运用中，改变了
人工纸板绘制工艺和手工查阅铸造手册的状况，加快了新产品的开发速度，提高了其市场竞争力。工艺人员通过计算机辅助设计绘图，并运用此工艺CAD系统进行铸造工艺设计，减轻了劳动强度，提高了工艺设计效率。
1 大型铸钢件铸造工艺CAD系统的设计
大型铸钢件铸造工艺CAD系统是一个基于AutoCAD的二次开发系统，对大型铸钢件的铸造工艺CAD系统应施行模块化设计。首先，要规划好系统的结构。本文把铸造工艺CAD 系统大致上分为六大模块：浇注系统、冒口系统、冷铁系统、砂芯系统、辅助系统、工艺参数系统。整个系统的结构如图1。每个系统模块完成所对应的大型铸钢件铸造工艺过程，整个铸造工艺CAD系统涵盖大型铸钢件铸造工艺设计的全部流程。
图1 铸造工艺CAD系统结构图
Structure sketch of casting process CAD system
2 开发工具与开发环境
一个CAD系统所支持的各种程序设计语言统称语言开发环境。语言开发环境是CAD 系统开放式结构的一个重要组成部分，它可以将高级语言的运算、判断及字符处理功能和CAD系统的图形处理功能有机地结合起来，从而为CAD系统的二次开发提供强大的工具。
基于AutoCAD2006平台，以ObjectARX2006为开发工具，开发环境为VC ++. NET2002。Object-ARX的最大特点是引入了面向对象的编程思想，提供了大量的类库，而且ObjectARX 生成的是动态链接库，共享程序地址空间，相比之前通过IPC(进程间通信)进行交互， Obj ectARX开发的系统效率更高，有更好的控制能力。ObjectARX支持与Microsoft的基础类库(MFC)的混合编程，使得开发者能够创建基于MFC的用户界面，其外观和内建与AutoCAD 的用户界面完全相同，与其它应用程序如ADS和Lisp相比，ObjectARX充分利用了Windows 的现有资源，可以方便、高效和可靠地设计出具有典型Windows风格的AutoCAD应用程序。
3 系统的开发与实现
大型铸钢件铸造工艺CAD系统的二次开发过程中，冒口系统、冷铁系统、砂芯系统及辅助系统中的吊把和铁芯头、铁芯座、都采用参数化设计方法进行设计。参数化设计方法就是指在保持图形结构的拓扑关系不变的情况下，通过设置相应的参数来控制图形的几何尺寸大小，部分参数值的改变可以导致设计图形的自动修改。这种设计方式显著地改善了图形设计的重构能力和设计柔性。
大型铸钢件窗口系统设计
普通铸钢件的冒口尺寸设计一般采用普通模数法计算，取冒口模数Mr=～Mc(铸件模数)，并由补缩效率η=14%～20%来验证。为了确保大型铸钢件的质量，Mr往往要取上限，但这样可能会造成相当大的浪费。故在二次开发中对于大型铸钢件采用动态模数法：在冒口一铸件凝固体系中，冒口不断地向铸件补缩，使得Mr和Mc处于动态变化状态。当铸件凝固结束时，铸件的实际体积增加到Vc+εVc,冒口的残余体积减少到Vc-εVc。因此，这时它们的确切模数分别为：
从理论上讲，当时，冒口与铸件凝固时间相等，而在凝固结束以前Mr 均大于Mc，铸件可得到充分补缩。按此原则制定冒口尺寸是最经济、合理的。
大型铸钢件多为单批或小批生产，且制作冒口需花费大量的木材和工时。所以二重铸造厂将冒口尺寸进行标准化和系列化，这样就可以充分的发挥冒口模型的使用价值，节省大量的人力，物力。在用铸造工艺CAD系统绘制冒口时，我们根据大型铸钢件的结构和工艺流程，确定冒口的尺寸和类型，点击所需类型的冒口图标，以圆形明冒口为例，在编辑框中输入冒口的尺寸参数、视图类型及冒口线型，并根据需要计算出冒口重量和冒口模数。参数设置完毕后，点击“开始绘制冒口”按钮，进入冒口绘制阶段，此时，工艺人员用鼠标选取冒口放置平面及方向，系统自动生成冒口的3种视图，并自动标注尺寸。圆形明冒口设计界面如图2所示。
图2 圆形明冒口设计界面
Interface of round-external riser system design
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大型铸钢件浇注系统设计
大型铸钢件几乎都是采用漏包浇注，设计步骤为：首先计算浇注时间和平均压力头，并运用流体力学公式计算阻流截面积，然后选择截面比计算各单元截面积，并结合浇道结构和截面参数设计各个浇道。
根据二重铸造厂大型铸钢件的铸造工艺要求，浇注系统分为3部分：单层浇注系统、多层浇注系统和冒口补浇多向浇注系统，其中每个部分又分为俯视和侧视两种视图方式。以单层浇注系统为例，首先计算出直浇道、横浇道和内浇道的截面尺寸和道数，然后在绘制俯视图时，鼠标点击各浇道的放置位置，程序自动生成各个浇道并进行标注。绘制侧视图时，在编辑框中输人浇道尺寸参数，点击“开始绘制”按钮，自动生成侧视图，再用鼠标点击确定放置位置。浇注系统单层侧视图设计界面如3所示。
图3 浇注系统单层侧视图设计界面
Fig. 3 Interface of single-stratum gating system design
大型铸钢件冷铁系统设计
大型铸钢件壁厚较大，凝固时的液态收缩与凝固收缩值也较大，单靠冒口往往不能充分补缩铸件，所以普遍使用冷铁。冷铁按在铸型中所处的位置可分为内外两种：外冷铁设置在砂型表面；内冷铁设置在相当铸件热节部位的型腔之中。在实际的冷铁设计中，应根据生产设计经验调整冷铁尺寸参数和布置方式，以更有效地满足工艺要求。
根据二重铸造厂大型铸钢件的铸造工艺要求，将冷铁系统分为规则外冷铁、不规则外冷铁和内冷铁3种。以规则外冷铁为例，先依据激冷区的铸钢件的结构，计算出所需的外冷铁的尺寸、块数和摆放位置，然后再在对话框中设置外冷铁尺寸参数、块数、线型和绘制方式。点击“开始绘制”按钮，用鼠标选取放置外冷铁的矩形区域，系统自动按要求完成外冷铁的绘制并自动标注。规则外冷铁设计界面如图4所示。
图4 规则外冷铁设计界面
Interface of regular surface chilled iron design
大型铸钢件其他s艺CAD系统的设计
其他的一些常用的铸造工艺，如绘制分型线、分模线和分型负数等功能都包括在铸造工艺CAD系统中，工艺人员可以很方便地运用鼠标来指定位置，系统自动生成相应的工艺符号与参数。在工艺卡的绘制中，系统采用ODBC(开放数据库互连)技术，将工艺卡中的信息储存在数据库中，工艺人员依据不同铸钢件的工艺要求，方便地改写工艺卡，自由拖动技术能使工艺员拖动工艺卡放置在任何合适的位置上，工艺卡的设计界面如图5所示。以上功能的具体实现，限于篇幅，本文不再详述。
图5 工艺卡设计界面
Interface of process card design
4 应用实例
以二重铸造厂设计的上支撑轴承座为例。该铸钢件的最大外轮廓尺寸为1 266 mm X 610 mm X 1 172 mm，重3 252 kg，属于中等复杂程度的较大型铸钢件，且其铸造工艺较典型。设计步骤如下。
根据铸钢件结构特点和技术要求，确定浇注位置，利用浇注系统设计模块，计算出直浇道、横浇道和内浇道的直径，在主视图和侧视图上完成浇道的绘制。在轴承座长边侧面进行分型，绘制分型线并标出上下型。
通过特殊加工量与分型负数模块，确定工艺参数值，在铸件图上选择绘制位置，完成绘制，并将需铸死的位置绘制铸死符号。根据轴承座中空位置的尺寸大小确定砂芯的尺寸与间隙，并绘制砂芯引气和砂芯固定符号。根据铸钢件热节的大小和位置及最后凝固部位的体积和表面积，计算出铸钢件的模数，由此确定冒口的模数，然后根据铸造工艺要求选择圆形保温明冒口，选择冒口放置位置并完成绘制。在轴承座外壁较厚部位上放置外冷铁，然后将绘制好的铸造工艺图和工艺卡打印输出。工艺设计最终结果如图6所示。
图6 上支撑轴承座铸造工艺图
Casting process diagram of up-support bearing housing
5 结论
以AutoCAD2006为平台，VC++.NET2002和Object2006为二次开发工具，针对大型铸钢件的铸造工艺要求开发了铸造工艺CAD系统。此系统的功能包括了大型铸钢件铸造工艺设计的全部流程，并以工厂实际需要建立了冒口、铁芯头铁芯座和工艺卡等数据库。通过尺寸驱动方式，工艺人员经过简单的操作可快速准确地进行铸造工艺设计，减轻了其工作强度，提高了工作效率。
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铸钢件的制作方案 一. 概述 xxX主体育场并非简单构筑物，其中的铸钢件要求尺寸精度高且加工制作难度大，其既为一件精密的机械零件，又是一件精美的艺术品。 在xxX主体育场铸钢件的设计、模型制造、铸造、加工及质检等过程中，始终贯彻下述原则：我们在设计、生产制作过程中，认真执行相关国家、行业及特定验收标准。严格控制每一生产过程，确保提供外型尺寸符合图纸要求；化学成分、机械性能达到设计要求；铸钢件内外质量满足检测要求的高品质铸钢件。 xxX主体育场铸钢件是集计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测量(CAM)及先进的铸造凝固模拟分析技术（CAE）为一体的高科技产品。 本内容详细介绍xxX主体育场铸钢件在设计、制作过程各个环节：难点及解决方案；铸钢件主要结构形式；制作工艺流程；铸钢件制作；质量控制；检验标准。 二. 关键点、难点及解决方案 （一）铸钢件的关键点 关键点：xxX主体育场铸钢件结构形式需要满足下列要求： 首先：铸钢件保证原设计的外部造型及整体受力要求。 其次：铸钢件保证尺寸精度及表面粗制度的设计要求。 最后：铸钢件内部结构符合铸造工艺的要求。 解决方案：针对以上铸钢件的关键点，利用三维造型软件、有限元受力分析软件、计算机凝固模拟分析软件相互协调，在原设计的基础上深化设计满足上述要求的铸钢件结构形式（铸钢件三维实体模型）。 （二）铸钢件的难点 难点：由于xxX主体育场铸钢件的特点种类多、数量多、分枝多，导致大量的模型制作工作量。如何解决模型制作在满足设计的结构形式的前提下保证工期的要求是本工程的难点。 解决方案：针对以上铸钢件的难点。利用三维造型软件。
铸钢件生产工艺要求及质量标准 一、混砂工艺标准 （一）材料要求： 1、造型砂：符合GB9442-88 、JB435-63细粒砂要求，一般选用二氧化硅含量较高的天然砂或石英砂，原砂粒度根据铸件大小及壁厚确定，原砂的含泥质量分数应小于2%，原砂中的水份必须严格控制，且一般应进行烘干。 2、水玻璃：水玻璃模应根据铸件大小来确定。 （1）小砂型（芯）为加速硬化采用选用M=2.7—3.2的高模数水玻璃。 （2）中型砂型（芯）可选用M=2.3—2.6的水玻璃。 （3）生产周期长的大型砂型（芯）选用M=2.0—2.2的低模数水玻璃。 （二）混制比例（质量分数%） 造型砂/水玻璃=100：6～8 （三）混制时间：一般情况下混制5分钟，室温或水玻璃密度较大时可适当延长混砂时间。 （四）混制后要求：混制好的造型砂要求无块状或团状，流动性较好。 二、造型工艺要点： （一）基本原则： 1、质量要求高的面或主要加工面应放在下面。
2、大平面应放在下面。 3、薄壁部分应放在下面。 4、厚大部分应放在上面。 5、应尽量减少砂芯的数量。 6、应尽量采用平直的分型面。 （二）基本要求： 1、木模：要求轮廓完整，无裂纹、无破损、无残缺，表面光洁，尺寸符合铸造工艺图纸要求，并经常进行尺寸校验。 2、砂箱：砂箱的尺寸大小应根据木模规格确定，大、中型砂箱应焊接箱筋。 3、浇注系统：根据铸件的结构特点的工艺要求，选择适宜的浇注系统，通常采用顶注式、底注式。 （1）浇注系统设置基本原则：浇口、冒口安放位置合理，大小适宜不妨碍铸件收缩，便于排气、落砂和清理，应使铸型尺寸尽量减少，简化造型操作，节省型砂用量和降低劳动强度。 （2）内浇道位置的注意事项。 1）内浇道不应设在铸件重要部位。 2）应使金属液流至型腔各部位的距离最短。 3）应不使金属液正面冲击铸型和砂芯。 4）应使金属液能均匀分散，快速地充满型腔。 5）不要正对铸型中的冷铁和芯撑。 4、冒口 （1）冒口设置基本原则：
铸钢件生产工艺技术 铸钢件是用铸造方法获得的金属物件，即把熔炼好的液态金属，用浇注、压射、吸入或其他方法注入预先预备好的铸型中，冷却后经落砂、清理(见铸件清理)和后处理(见铸件后处理)，所得到的具有一定外形，尺寸和性能的物件。对于强度、塑性和韧性要求更高的机器零件，需要采用铸钢件。铸钢件的产量仅次于铸铁，约占铸件总产量的15%。 一、按照化学成分，铸钢可分为碳素铸钢和合金铸钢两大类。其中以碳素铸钢应用最广，占铸钢总产量的80%以上。 1、碳素铸钢一般的，低碳钢ZG15的熔点较高、铸造性能差，仅用于制造电机零件或渗碳零件；中碳钢ZG25～ZG45，具有高于各类铸铁的综合性能，即强度高、有优良的塑性和韧性，因此适于制造形状复杂、强度和韧性要求高的零件，如火车车轮、锻锤机架和砧座、轧辊和高压阀门等，是碳素铸钢中应用最多的一类；高碳钢ZG55的熔点低，其铸造性能较中碳钢的好，但其塑性和韧性较差，仅用于制造少数的耐磨件。 2、合金铸钢根据合金元素总量的多少，合金铸钢可分为两低合金钢和高合金钢大类。 1）低合金铸钢，我国主要应用锰系、锰硅系及铬系等。如ZG40Mn、ZG30MnSi1、ZG30Cr1MnSi1等。用来制造齿轮、水压机工作缸和水轮机转子等零件，而ZG40Cr1常用来制造高强度齿轮和高强度轴等重要受力零件。 2）高合金铸钢，具有耐磨、耐热或耐腐蚀等特殊性能。如高锰钢ZGMn13，是一种抗磨钢，主要用于制造在干磨擦工作条件下使用的零件，如挖掘机的抓斗前壁和抓斗齿、拖拉机和坦克的履带等；铬镍不锈钢ZG1Cr18Ni9和铬不锈钢ZG1Cr13和ZGCr28等，对硝酸的耐腐蚀性很高，主要用于制造化工、石油、化纤和食品等设备上的零件。 二、铸钢的铸造工艺特点铸钢的机械性能比铸铁高，但其铸造性能却比铸铁差。因为铸钢的熔点较高，钢液易氧化、钢水的流动性差、收缩大，其体收缩率为10～14%，线收缩为1.8～2.5%。为防止铸钢件产生浇不足、冷隔、缩孔和缩松、裂纹及粘砂等缺陷，必须采取比铸铁复杂的工艺措施： 1、由于钢液的流动性差，为防止铸钢件产生冷隔和浇不足，铸钢件的壁厚不能小于8mm；浇注系统的结构力求简单、且截面尺寸比铸铁的大；采用干铸型或热铸型；适当提高浇注温度，一般为1520°～1600℃，因为浇注温度高，钢水的过热度大、保持液态的时间长，流动性可得到改善。但是浇温过高，会引起晶粒粗大、热裂、气孔和粘砂等缺陷。因此一般小型、薄壁及形状复杂的铸件，其浇注温度约为钢的熔点温度+150℃；大型、
大型铸钢件工艺设计的关键技术 武汉钢铁重工集团铸钢车间孙凡 摘要：简要介绍大型铸钢件的铸造工艺设计的铸件的工艺性分析、铸造工艺方案选择、铸造工艺参数的选定、铸件成形的控制、铸件的热处理技术、铸造工艺装备的设计、铸件的后处理技术及计算机数值模拟技术等关键技术。 1 零件的工艺性研究 铸造工艺设计时，首先要仔细地阅读和研究铸件的制造或采购技术条件、质量要求。如探伤要求，表面质量要求，机械性能要求，特殊热处理要求等，其次，要研究零件的结构特点，如质量要求高的表面或主要的加工面，主要的尺寸公差要求等，再次，研究材料化学成分，特别是铸造合金中含碳量，合金元素含量作用和机理。这些对下一步的工艺设计有直接影响。需格外重视，做好零件的工艺性研究，能为工艺设计奠定良好的开端。 1.1 材料的工艺性分析 在大型铸件的制造中，材料的物理性能和机械性能，对工艺参数的选定、浇冒口和冷铁设置、热处理技术、铸件的后处理技术等都有重大影响。深入了解铸造合金中含碳量，合金元素含量对铸态组织形态的影响，对力学性能的影响，了解材料的凝固方式，收缩倾向，冒口补缩效果，了解材料的热导率，热应力倾向等，对工艺设计有重要意义。 在砂型条件下，随着合金中碳的质量分数量增加，结晶温度范围扩大。低碳钢为逐层凝固方式，中碳钢为中间凝固方式，高碳钢为体积凝固方式凝固，但改变冷却条件，可以改变结晶温度范围，从而改变合金的凝固方式。由于凝固方式的不同，窄结晶温度范围的合金，容易形成细小的晶粒组织，补缩性好，热烈倾向小；反之，宽结晶温度范围的合金，容易形成粗大的晶粒组织，补缩性差，热烈倾向大。因此，高碳钢的厚大部位，要采取强制冷却工艺缩小结晶温度范围，改善晶粒组织。合金中的碳、锰、铬等元素的含量增加，可以提高强度，提高淬透性，却降低导热性，直接影响铸件各部位冷却、加热的温度差，因此，合金钢较容易造成高的残余应力。工艺上要减少各部位浇注后冷却、热处理加热的温度差。合金在相变时，各种组织组成相的比体积不同，会产生相变应力，其中，马氏体的比体积最大，马氏体相变最容易产生较大的相变应力。碳、锰、铬等淬透性元素含量高的合金钢，冷割冒口时极易产生裂纹，原因就是导热性差热应力大，产生马氏体转变导致相变应力大，必须热割冒口， 1.2 铸件结构的工艺性分析 对于需要铸造的零件，必须检查它的结构是否符合铸造工艺的基本要求。因为有时对铸件的结构，作很小的改动，并不影响铸件的使用性能, 但却大大地简化了铸造工艺，有利于提高铸件质量。在铸造生产中, 对铸件结构的基本要求有以下几点：铸件的壁厚应大于铸件允许的最小壁厚，以免产生浇不足等缺陷。
铸钢件常见铸造缺陷及预防措施 铸钢件在生产过程中经常会发生各种不同的铸造缺陷，如何预防这些缺陷，一直是铸件生产厂家关注的问题。本文主要介绍了笔者在这方面的一些认识和实践经验。 我车间主要采用传统湿型砂铸造工艺生产铸钢件，在长期的生产中，发现铸钢件主要出现以下铸造缺陷，砂眼，粘砂，气孔，缩孔，夹砂结疤，胀砂等等。 1.砂眼及其预防措施 砂眼缺陷处内部或表面有充塞着型（芯）砂的小孔，砂眼是一种常见的铸造缺陷，往往导致铸件报废。砂眼是由于金属液从砂型型腔表面冲下来的砂粒（块），或者在造型，合箱操作中落人型腔中的砂粒（块）来不及浮入浇冒系统，留在铸件内部或表面而造成的。 砂眼的预防措施： 1.1严格控制型砂性能，提高砂型芯的表面强度和紧实度，减少毛刺和锐角，减少冲砂。 1.2合箱前把型腔和砂芯表面的浮砂处理干净，平稳合箱，如果是明冒口或贯通出气眼，应避免散砂从中掉人型腔，合箱后要尽快浇注。 1.3设置正确合理的浇冒系统，避免金属液对型壁和砂芯的冲刷力过大。 1.4浇口杯表面要光滑，不能有浮砂。 2.粘砂及其预防措施 在铸件表面上，全部或部分覆盖着一层金属（或金属氧化物）与砂（或涂料）的混（化）合物或一层烧结构的型砂，致使铸件表面粗糙，难于清理。粘砂多发生在型、芯表面受热作用强烈的部位，分机械粘砂和化学粘砂两种。机械粘砂是由金属液渗入铸型表面的微孔中形成的，当渗入深度小于砂粒半径时，铸件不形成粘砂，只是表面粗糙，当渗入深度大于砂粒半径时，就形成机械粘砂，化学粘砂是金属氧化物和造型材料相互进行化学作用的产物，与铸件牢固地结合在一起而形成的。 粘砂的预防措施： 2.1选用耐火度高的砂，以提高型砂，芯砂的耐火度，原砂的SiO2含量在96%（质量分数）以上，而且砂粒应对粗些。铸钢件的浇注温度越高，壁厚越厚，对原砂中SiO2含量的要求越高。
铸钢件生产中清理环节的注意事项和要求 一般情况下，铸钢件生产工艺流程可分为混砂工艺、造型工艺、钢液的熔炼工艺、浇注工艺、铸钢件清理、铸钢件退火热处理、铸钢件质量验收标准七个环节，每个环节在铸钢件生产整个流程中都意义重大，企业应该积极督促员工按照各个环节的要求和标准执行操作，力保万无一失。 铸钢件清理环节是继浇注工艺后的一个环节，其在整个工艺流程中虽然并非技术要求最高、难度最大的环节，但是是不可或缺的步骤，企业应该重视并严格按照标准要求员工做到落实。 铸钢件清理注意事项及其要求： 铸钢件在未完全凝固前，不能搬动铸件，也不准在600℃以上喷水强冷。铸件一般经自然冷却2-3小时后进行清件。 （一）工作流程 清理铸件表面、型腔废砂→气割铸件浇口、冒口、毛刺→再次清理铸件残砂→焊补铸件→打磨铸件→质量验收 （二）操作方法及质量标准 1、准备工作
按照要求佩戴好劳保用品，并对工作环境进行安全确认；准备好所用机器设备和工具，并认真检查，确保机器设备、工具完好，能正常、安全运行和使用。 2、正常操作 （1）利用风镐或水清砂机进行铸件废砂清理。 （2）铸件废砂清理完毕，按照《气割安全技术操作规程》操作割枪，切割铸件浇口、冒口、飞边、毛刺。 （3）铸件切割完毕，符合要求。按照《电焊工安全技术操作规程》操作电焊机，对铸件残缺部位进行焊补，确保铸件完整。 （4）焊补完毕，复合工艺要求。利用砂轮机对铸件切割、焊补等部位进行打磨处理，保证切割部位和焊补部位光洁、平整。 （5）打磨完毕，进行验收，准备热处理 以上是铸钢件生产中清理环节的注意事项和要求，由于铸钢件清理紧随浇注环节之后，清理前一定要等铸钢件完全凝固并且要冷却2-3小时后方可进行，降低清理中员工高温受伤风险和铸件未完全凝固带来的铸钢件缺陷风险。
铸钢件冒口的设计规 钢水从液态冷却到常温的过程中，体积发生收缩。在液态和凝固状态下，钢水的体积收缩可导致铸件产生缩孔、缩松。冒口的作用就是补缩铸件，消除缩孔、缩松缺陷。另外，冒口还具有出气和集渣的作用。 1、冒口设计的原则和位置 1.1冒口设计的原则 1.1.1、冒口的凝固时间要大于或等于铸件（或铸件被补缩部分）的凝固时间。 1.1.2、冒口所提供的补缩液量应大于铸件（或铸件被补缩部分）的液态收缩、凝固收缩和型腔扩大量之和。 1.1.3、冒口和铸件需要补缩部分在整个补缩的过程中应存在通道。 1.1.4、冒口体要有足够的补缩压力，使补缩金属液能够定向流动到补缩对象区域，以克服流动阻力，保证铸件在凝固的过程中一直处于正压状态，既补缩过程终止时，冒口中还有一定的残余金属液高度。 1.1.5、在放置冒口时，尽量不要增大铸件的接触热节。 1.2、冒口位置的设置 1.2.1、冒口一般应设置在铸件的最厚、最高部位。 1.2.2、冒口不可设置在阻碍收缩以及铸造应力集中的地方。 1.2.3、要尽量把冒口设置在铸件的加工面或容易清除的部位。 1.2.4、对于厚大件一般采用大冒口集中补缩，对于薄壁件一般采用小冒口分散补缩。 1.2.5、应根据铸件的技术要求、结构和使用情况，合理的设置冒口。
1.2.6、对于清理冒口困难的钢种，如高锰钢、耐热钢铸件的冒口，要少放或不放，非放不可的，也尽量采用易割冒口或缩脖型冒口。 2、设置冒口的步骤与方法 冒口的大小、位置及数量对于铸钢件的质量至关重要。对于大型铸钢件来说，必须把握技术标准及使用情况，充分了解设计意图，分清主次部位，集中解决关键部位的补缩。以模数法为例，冒口设计的步骤如下： 2.1、对于大、中型铸钢件，分型面确定之后，首先要根据铸件的结构划分补缩围，并计算铸件的模数（或铸件被补缩部分的模数）M铸。 2.2、根据铸件（或铸件被补缩部分）的模数M铸，确定冒口模数M冒。2.3、计算铸件的体收缩ε。 2.4、确定冒口的具体形状和尺寸。 2.5、根据冒口的补缩距离，校核冒口的数量。 2.6、根据铸件结构，为了提高补缩距离，减少冒口的数量，或者使冒口的补缩通道畅通，综合设置外冷铁及冒口增肉。 2.7、校核冒口的补缩能力，要求ε（V冒+V件）≤V冒η。 3、设计冒口尺寸的方法 3.1、模数法 在铸件的材料、铸型的性质和浇注条件确定之后，铸件的凝固时间决定于铸件的模数。 模数M=V/A（厘米），V—体积（厘米3）；A—散热面积（厘米2）。 随着办公条件的改善，计算机的普及，模数可以用计算机进行计算。方法是：用SolidWorks软件画出铸件（或铸件被补缩部分）的立体图，计
模具、芯骨、工装、夹具、专用检测器具、专用加工设备 原辅材料、备品、备件 检验 检验冶炼造型 浇注 铸件待冷却铸件出型清砂铸件清理铸件热处理铸件毛坯精整机加工 发运 包装 油漆 抛丸 检验 检验 检验 检验 检验 检验检验 检验检验检验
2、产品主要成份、性能、技术质量指标 （1）材质要求具体化学成份为（%）：C 0.17～0.23；Si≤0.60；Mn 1.0～1.50；P≤0.020；S≤0. 015；Cr≤0. 30；Mo≤0. 15；Ni≤0.40；Al≤0.020 ; Re0.2～0.35(加入量) （2）机械性能要求 屈服强度≥230Mpa 抗拉强度≥450Mpa 延伸率≥22% 冲击功≥40J 1）按GB11352标准要求随炉提取试样，每一个炉号制备二组试样，其中一组备查。 2）为确保具有良好的焊接性能，节点铸件碳当量控制在CE≤0.42。 3）铸件表面质量符合设计要求，表面粗糙度达到GB6060.1标准要求。 4）铸件的探伤要求,按GB7233探伤, 采用6㎜探测头,管口焊 缝区域150mm以内范围超声波100%探伤，质量等级为Ⅱ级, 其余外表面10%超声波探伤，质量等级为IV级。不可超声波 探伤部位采用GB9444磁粉表面探伤，质量等级为III级。 5）节点的外形尺寸符合图样要求，管口外径尺寸公差按负偏差 控制。 6）热处理按照Q/32182HQA05-2002标准要求,铸件进行正火处 理(920±20℃，出炉空冷,加640±20℃回火处理)。 7）涂装处理要求：表面采用抛丸或喷砂除锈，除锈等级Sa2.5
级，随即涂水性无机富锌底漆，厚度50μm，环氧云铁中间漆 2×30μm。 3、铸造工艺参数 （1）加工余量按照GB/T11350-89，CT12H/J级。 （2）模样线收缩率2.0% 铸件毛坯尺寸偏差符合GB6414-86中CT12要求。 4、铸造工艺说明 （1）为保证叉管与杆件相交处质量，考虑尽可能将支管水平放置，分二箱造型，在铸件上平面分型，整体分两半实模。 （2）冒口采用标准保温冒口套Φ400×h600，5件， （3）型砂：铸型和泥芯均采用树脂砂，表面涂锆英粉涂料二遍，用煤油喷枪辅助烘干。 （4）铸件毛重约6000㎏，浇冒口约重3000kg，工艺出品率 66.7%。
铸钢件的优点 铸钢件的优点之一是设计的灵活性，设计员对铸件的形状和尺寸有最大的设计选择自由，特别是形状复杂和中空截面的零件，铸钢件可采用组芯这一独特的工艺来制造。其成形和形状改变十分容易，从图样到成品的转化速度很快，有利于快速报价响应和缩短交货期。形状和质量的完善化设计（State of the Art）、最小的应力集中系数以及整体结构性最强等特点，都体现铸钢件设计的灵活性和工艺优势。 其二是铸刚件冶金制造适应性和可变性最强，可以选择不同的化学成分和组织控制，适应于各种不同工程的要求。可以通过不同的热处理工艺在较大的范围内选择力学性能和使用性能，并有良好的焊接性和加工性。 其三是铸钢材料的各向同性和铸钢件整体结构性强，因而提高了工程可靠性。再加上减轻重量的设计和交货期短等优点，在价格和经济性方面具有竞争优势。 其四是铸钢件的重量可在很大的范围内变动。小者可以上重量仅几十克的熔模精密铸件，而大型铸钢件的重量可达数吨、数十吨乃至数百吨。 与锻钢件比较 铸钢件在力学性能的各向异性并不显著，这是优于锻钢件的一方面。研究工作表明：轧制钢材纵向力学性能通常略高于同牌号的铸钢件，横向性能则低于铸钢件，其平均性能基本上与质量良好的铸钢件大致相同。有些高科技产品，在零件设计过程中往往要考虑材料在三个坐标轴方向的性能，铸钢件的上述长处就值得被重视了。 铸钢件不论其重量大小、批量多少，均易于按设计者的构思制成具有合理外形和内部轮廓、刚度高、形状复杂且应力集中不显著的零件。单件或小批量生产时，可用木质模样（模样和芯盒）或聚苯乙烯气化模样，生产准备的周期很短。大批量生产时，可用塑料模或金属模样，并用适当的造型工艺，使铸件有符合要的尺寸精度和表面质量，这些特点是锻件难以做到的。与焊接结构件的比较 在形状和大小等方面，焊接结构的灵活性比锻件为优，但与铸钢件相比，仍有以下不足之处： 1.焊接过程易于变形 2.难以做出流线型的外形 3.焊接过程中内应力较高 4.施焊接缝影响零件外观和可靠性下降 当然，制造焊接结构件也有生产准备周期短的优点，而且，与铸钢件相比，不需要制造模样和芯盒。 另外，由于工程用的结构铸钢件一般都具有良好的焊接性，常制成铸钢件与焊接件相结合的铸焊结构，兼有两者的长处。 与铸铁件及其他合金铸件比较 铸钢件能用于多种不同工况条件，其综合力学性能优于其他任何铸造合金，而且有多种高应力钢适用于特殊的用途。 承受高拉伸应力或动负荷的零件、重要的压力容器铸件，在低温或高温下受较大负荷的零件以及重要的关键件，原则上都应优先采用铸钢件。 但铸钢的吸振性、耐磨性、流动性和铸造性能都较铸铁差，成本也较铸铁高。另外，刚度相同时，铸钢件的相对重量却是铝合金的2倍
大型铸钢件铸造工艺CAD系统的开发与应用 发表时间：2010-10-8 来源：e-works 关键字： 基于AutoCAD2006平台，以ObjectARX2006与VC++．NET为开发工具，结合ODBC技术，并利用参数化设计方法开发适用于大型铸钢件的铸造工艺CAD系统。系统功能主要包括冒口系统设计、浇注系统设计、冷铁系统设计、砂芯系统设计及铸造工艺参数设计，并根据工厂实际生产情况设计相应的辅助功能系统。 大型铸钢件广泛用于电站、石油化工、冶金、船舶等装备，如核电设备中的不锈钢主泵泵体、汽轮机缸体，水电机组的转轮、叶片、上冠、下环，火电机组中的汽缸体，大型冶金设备中的轧机机架、轧辊、大型轴承座等。这些大型铸钢件的制造直接关系到国家重点工程项目的质量、安全及进度，对于国计民生具有重要的意义。 本文以AutoCAD2006为平台，VC++．NET为开发环境，结合AUTODESK公司推出的Object—ARX2006二次开发工具，根据中国第二重型机械集团铸造分厂的大型铸钢件铸造工艺要求，采用参数化设计的方法，进行针对大型铸钢件的铸造工艺CAD系统的开发。此工艺CAD系统在实际运用中，改变了 人工纸板绘制工艺和手工查阅铸造手册的状况，加快了新产品的开发速度，提高了其市场竞争力。工艺人员通过计算机辅助设计绘图，并运用此工艺CAD系统进行铸造工艺设计，减轻了劳动强度，提高了工艺设计效率。 1 大型铸钢件铸造工艺CAD系统的设计 大型铸钢件铸造工艺CAD系统是一个基于AutoCAD的二次开发系统，对大型铸钢件的铸造工艺CAD系统应施行模块化设计。首先，要规划好系统的结构。本文把铸造工艺CAD 系统大致上分为六大模块：浇注系统、冒口系统、冷铁系统、砂芯系统、辅助系统、工艺参数系统。整个系统的结构如图1。每个系统模块完成所对应的大型铸钢件铸造工艺过程，整个铸造工艺CAD系统涵盖大型铸钢件铸造工艺设计的全部流程。
铸钢件冒口的设计规范 钢水从液态冷却到常温的过程中，体积发生收缩。在液态和凝固状态下，钢水的体积收缩可导致铸件产生缩孔、缩松。冒口的作用就是补缩铸件，消除缩孔、缩松缺陷。另外，冒口还具有出气和集渣的作用。 1、冒口设计的原则和位置 1.1冒口设计的原则 1.1.1、冒口的凝固时间要大于或等于铸件（或铸件被补缩部分）的凝固时间。 1.1.2、冒口所提供的补缩液量应大于铸件（或铸件被补缩部分）的液态收缩、凝固收缩和型腔扩大量之和。 1.1.3、冒口和铸件需要补缩部分在整个补缩的过程中应存在通道。 1.1.4、冒口体内要有足够的补缩压力，使补缩金属液能够定向流动到补缩对象区域，以克服流动阻力，保证铸件在凝固的过程中一直处于正压状态，既补缩过程终止时，冒口中还有一定的残余金属液高度。 1.1.5、在放置冒口时，尽量不要增大铸件的接触热节。 1.2、冒口位置的设置 1.2.1、冒口一般应设置在铸件的最厚、最高部位。 1.2.2、冒口不可设置在阻碍收缩以及铸造应力集中的地方。 1.2.3、要尽量把冒口设置在铸件的加工面或容易清除的部位。 1.2.4、对于厚大件一般采用大冒口集中补缩，对于薄壁件一般采用小冒口分散补缩。 1.2.5、应根据铸件的技术要求、结构和使用情况，合理的设置冒口。
1.2.6、对于清理冒口困难的钢种，如高锰钢、耐热钢铸件的冒口，要少放或不放，非放不可的，也尽量采用易割冒口或缩脖型冒口。 2、设置冒口的步骤与方法 冒口的大小、位置及数量对于铸钢件的质量至关重要。对于大型铸钢件来说，必须把握技术标准及使用情况，充分了解设计意图，分清主次部位，集中解决关键部位的补缩。以模数法为例，冒口设计的步骤如下：2.1、对于大、中型铸钢件，分型面确定之后，首先要根据铸件的结构划分补缩范围，并计算铸件的模数（或铸件被补缩部分的模数）M铸。 2.2、根据铸件（或铸件被补缩部分）的模数M铸，确定冒口模数M冒。 2.3、计算铸件的体收缩ε。 2.4、确定冒口的具体形状和尺寸。 2.5、根据冒口的补缩距离，校核冒口的数量。 2.6、根据铸件结构，为了提高补缩距离，减少冒口的数量，或者使冒口的补缩通道畅通，综合设置内外冷铁及冒口增肉。 2.7、校核冒口的补缩能力，要求ε（V冒+V件）≤V冒η。 3、设计冒口尺寸的方法 3.1、模数法 在铸件的材料、铸型的性质和浇注条件确定之后，铸件的凝固时间决定于铸件的模数。 模数M=V/A（厘米），V—体积（厘米3）；A—散热面积（厘米2）。 随着办公条件的改善，计算机的普及，模数可以用计算机进行计算。方法是：用SolidWorks软件画出铸件（或铸件被补缩部分）的立体图，计
铸钢是重要的工程材料，广泛应用于国民经济发展的各个工业部门，在各个行业中占有重要地位，但铸钢收缩率大，在凝固过程中容易产生缩孔、缩松、裂纹等缺陷，严重影响铸件的质量。铸件的凝固过程是一个复杂的高温、动态、瞬时的变化过程，缩孔、缩松等铸造缺陷相继在这个过程中出现[1-2]。以往在生产各类铸件时，主要凭借技术人员的经验进行铸造工艺设计和铸件质量分析，铸造水平长期停留在凭经验生产的阶段。对于大批量生产的铸件，一般先试生产3-5件，对铸造工艺进行分析、改进，再试制，再分析、改进，确认合适工艺后才进行批量生产，造成生产成本高，铸件质量不稳定等一系列问题。传统铸造工艺设计方法已不能满足现代市场经济发展的需要，通过计算机模拟技术可以在生产前预测缺陷产生的位置、大小，并通过计算机技术进行优化，缩短了产品制造周期，提高了企业效益[3-4]。 本文以链轮体铸钢件为研究对象，铸件轮廓尺寸为准1700mm×244mm，质量约为1338kg，材质为ZG270-500，铸件不得有气孔、裂纹、砂眼、缩孔、缩松等影响强度的缺陷，其三维模型如图1所示。对链轮体的3种铸造工艺进行了凝固模拟，通过对比分析，确定出了比较理想的工艺方案。 1方案Ⅰ、Ⅱ及模拟结果 1.1方案Ⅰ 方案Ⅰ制作工艺为：①用开放式浇注系统，漏包浇注，通过直浇道、横浇道把钢水引到铸型中部，再通过内浇道注入型腔。铸钢件铸造性能差，流动性差[2]，钢液分2路同时引入型腔，各组元截面面积比例大体为∑F包∶∑F直∶∑F橫∶∑F內=1∶(1.8～2.0)∶(1.8～2.0)∶2.0。包孔直径准50mm，由此计算出∑F直=70.69cm2、 链轮体铸钢件的铸造工艺优化 米国发，王有超，王锦永，崔红保 （河南理工大学材料科学与工程学院，河南焦作454003） 摘要：运用V-Cast软件对链轮体铸钢件铸造工艺凝固过程进行了模拟，分析了缺陷形成的原因。在此基础上，通过V-Cast软件不断调整补贴、冒口、浇注系统、冷铁的尺寸和结构，并进行凝固模拟，最终获得了合适的工艺。结果表明：方案Ⅲ中冒口、浇注系统的尺寸和位置是合适的，实现了顺序凝固，消除了缩孔、缩松缺陷，保证了铸件质量。 关键词：链轮体；V-Cast软件；铸造工艺；数值模拟 中图分类号：TG244+.3文献标识码：A文章编号：1001-3814(2010)15-0046-04 Optimization of Casting Process for Chain Wheel Body Steel Casting MI Guofa,WANG Youchao,WANG Jinyong,CUI Hongbao (College of Material Science and Engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo454003,China) Abstract：V-Cast software was utilized to analyze the casting process for chain wheel body steel casting and simulate the casting solidification processes in order to find out the reasons for the defects．Based on this,by V-Cast simulation software,and changing the size and structure of riser,subsidy and gating system,the solidification process for casting was simulated constantly for process optimization．The results show that the shrinkage and porosity are eliminated．The size and placement of the riser and gating system in schemeⅢare reasonable.The quality of the casting is ensured．Key words：chain wheel body;V-Cast software;foundry technique;numerical simulation (a)铸件顶面(b)铸件底面 图1铸件三维实体模型 Fig.13-D solid mass model of casting 收稿日期：2009-07-16 基金项目：河南省杰出人才创新基金（0621000700） 作者简介：米国发（1966-），男，北京人，教授，博士，主要从事凝固理 论、技术与新材料的研究；电话：0391-*******； E-mail:peter@https://www.doczj.com/doc/6618327217.html,
铸钢件 铸钢件是用铸钢制作的零件，与铸铁性能相似，但比铸铁强度好。铸钢件在铸造过程中易出现气泡、角度定位不准确等缺点，在长期使用中有可能出现机壳断裂的现象。铸钢件属于黑色金属铸造。 词条目录 1 铸钢件行业定义与分类 1.1 铸钢件行业定义1.2 铸钢件行业主要产品分类 2 铸钢件行业发展环境分析 2.1 铸钢件行业政策环境分析2.2 铸钢件行业技术环境分析 3 铸钢件行业产业链分析 4 铸钢件行业发展状况分析 5 中国铸钢件行业领先企业 6 中国铸钢件行业五力竞争模型分析 6.1 现有企业的竞争6.2 上游议价能力分析6.3 下游议价能力分析6.4 替代品威胁分析6.5 新进入者威胁分析 铸钢件行业定义与分类铸钢件行业定义 铸钢件是用铸钢制作的零件，与铸铁性能相似，但比铸铁强度好。铸钢件在铸造过程中易出现气泡、角度定位不准确等缺点，在长期使用中有可能出现机壳断裂的现象。铸钢件属于黑色金属铸造。 铸钢件行业主要产品分类 铸钢是用以浇注铸件的钢，铸钢分为铸造碳钢、铸造低合金钢和铸造特种钢3类。 图表1：铸钢分类列表
资料来源：前瞻产业研究院整理 铸钢件行业发展环境分析铸钢件行业政策环境分析 铸钢是用以浇注铸件的钢，铸钢分为铸造碳钢、铸造低合金钢和铸造特种钢3类。 图表1：铸钢分类列表
资料来源：前瞻产业研究院整理 铸钢件行业技术环境分析 1、行业专利申请数分析 近年来，我国铸钢件技术的专利申请数呈现波动变化趋势，2012年我国铸钢件技术申请专利105项，2013年申请专利数量下降至73项。2014年1-5月，我国铸钢件技术累计申请专利6项。 图表14：2005-2014年5月我国铸钢件技术相关专利申请数量变化图(单位：项)
铸钢件材料及其熔炼 1铸造碳钢 我国多年来沿用的是以钢的含碳量作为分级的标准。表1列出铸造碳钢的国家标准中，关于钢的牌号，化学成份和机械性能的要求，牌号中的“ZG"表示铸钢，其后的数字表示钢中碳的重量分数的公称值，以万分之几表示。铸造碳钢依其杂质元素磷和硫含量的高低而分为三级，磷和硫单项质量分数各低于0.04%的特质(Ⅰ级)钢;低于0.05%的优质(Ⅱ级)钢.低于0.06%的为普通（Ⅲ级）钢。 表1 铸造碳钢的牌号、化学成分及机械性能 一般工程用铸造碳钢的标准（GB5676-85）将铸造碳钢按照室温下的机械性能分为5个牌号，即ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570和ZG340-640。对钢中的基本化学成分只规定其质量分数的上限，对钢中残余合金元素的限制比较宽。 2铸造低合金钢 2.1 通用铸造低合金钢系列钢种 在机械制造中，通用的铸造低合金钢主要包括锰系、铬系和镍系三个系列。这些系列钢种是在铸造碳钢的成分基础上进行合金化，并通过相就的热处理，以获得比铸造钢更高的常温机械性能的。 1）锰系低合金钢 以锰作为主要合金化元素，而以硅、钼等作为辅助强化元素，构成锰钢、锰硅钢、锰硅铬钢和锰钼钢。 2）铬系低合金钢 以铬作为主要合金化元素，而以钼、镍等作辅助强化元素，构成铬钢，铬镍钢。 3）镍系低合金钢 以镍作为主要合金化元素，而以铬或与作辅化元素构成镍钢、镍铬钢、镍铬钼系钢种。 2.2 具有特殊性能和用途的低合金钢种 根据对铸件提出的特殊使用性能要求，进行钢的合金设计，即是有专门用途的铸造低合金钢种，其中包括用于厚大截面而又不允许淬火处理的析出强化型低合金钢，耐热用低合金钢，低温用低合金钢以及抗磨用低合金钢等。 3 铸造高合金钢 在铸造高合金钢中，加入有合金元素总量在10%（质量分数）以上，加入的合金元素可以是一种，两种，或更多种。钢中含有大量合金元素后，组织发生了根本的变化。使得钢具有特殊的使用性能，例如ωMn=13%的奥氏体高锰钢，具有很高的抗冲击磨损的性能，又如ωcr=18%、ωNi=的奥氏体不锈钢，具有
大型铸钢件铸造工艺技术 2.1大型铸钢件造型用砂 铸钢件尤其是大型铸钢件大都采用自硬砂地面造型。大型铸钢件通常具有厚大断面和高的金属静压头、浇注时间较长，加上铸件凝固过程中金属液体与砂型之间的热作用、机械作用、化学反应非常强烈；铸件表面，尤其在砂芯或砂型凹陷及转角处极易产生金属渗透粘砂，易造成铸件尺寸稳定性差和表面缺陷。因而大型铸钢件对砂型的高温力学性能、型砂材料的抗粘砂能力要求非常高。目前国内重机行业用于大型铸钢件的造型用砂主要有水玻璃砂(CO2吹气硬化和有机醋自硬化)、树脂自硬砂〔峡喃树脂自硬砂、碱酚醛树脂自硬砂)。国内一些主要大型铸件生产企业已逐步完成使用自硬砂铸造工艺的技术改造。大型铸钢件的面砂一般采用铬铁矿砂等特种砂，这些原砂比硅砂的价格高出很多。因此，对于旧砂再生系统中铬铁矿砂与石英砂的分离技术也是一项合理利用资源及降低成本的关键性技术。 2.2 铬铁矿砂在造型中的应用 2.2.1铬铁矿呋喃树脂砂面砂应用实例(见表2—1)
2.2.2 铬铁矿砂成份及选择 铬铁矿砂属于铬尖晶石。一般以（FeMg ）O ·（CrAlFe ）2O 3形式存在，其中杂质主要为CaO 、MnO 、SiO 2、TiO 2等金属氧化物和碳酸盐化合物。铬铁矿砂的比重为（4.4～4.5）kg/cm 3,堆积比重为（2.0～2.7）kg/cm 3,耐火度为2000±25℃，熔融触点2040℃。铬铁矿砂的选择主要依据需要配制的型（芯）砂后的工艺参数、铸件质量以及旧砂再生回收率的高低来不断摸索确定。铬铁矿砂的化学成分及质量分数（%）见表2—1。 2.2.2.1 酸耗值 我们在采用呋喃树脂砂工艺时其催（固）化剂为磺酸、苯磺酸之类酸性固化剂硬化，要求原砂呈中性，如存在诸如滑石粉的碱性化合物，固化剂的消耗必然要加大，从而砂型
河北工业大学 毕业设计说明书 作者：孙张于学号：082059系：材料科学与工程 专业：材料成型与控制 专业方向：液态成型与控制 题目：大型转缸铸钢件的铸造 工艺设计及优化 指导者：李日教授 评阅者： 2012年6月7日
毕业论文中文摘要 题目: 大型转缸铸钢件的铸造工艺设计与优化 摘要： 论文以20Mn转缸铸件为研究对象，综合运用CAD/CAE进行了20Mn转缸的铸造工艺设计，以及充型凝固过程的模拟，最后得到最优的铸造工艺方案。 在铸造工艺设计部分，首先利用UG6.0 对转缸零件进行三维造型，利用此造型出的零件进行浇注位置、分型面、砂芯设计等工作，接着根据模数理论，用UG6.0的切割功能和分析功能对铸件进行分体结构划分，然后用Excel计算分体结构的质量、体积、面积、模数等，最后按照计算结果用UG6.0设计了三维20Mn转缸铸件铸造工艺。上述工作充分体现了CAD在设计精度和设计效率上均具有传统工艺设计无法比拟的优越性。 在模拟优化部分（CAE），用SOLIDCast对铸造工艺进行评价和优化。根据铸件有无冒口共设计了两种方案，通过对这两种方案的模拟结果中流场、温度场以及缩孔缩松比率的比较得出，加冒口的方案缩孔缩松缺陷完全消除，定为最佳优化方案。 关键词：20Mn转缸铸件 CAD、CAE设计铸造工艺设计与优化
毕业论文外文摘要 Title: The casting process design and optimization of the large turn cylinder of cast steel Abstract: In the paper, the CAD/CAE method was used to design the foundry technology, and optimize the foundry technology, then an optimized casting process was proposed. In CAD section, the 3D model of the 20Mn Turn Cylinder casting was firstly created by UG software. it was used to determine the casting orientation, parting line, core designing, etc. Then based on modulus theory, then 20Mn Turn Cylinder casting was divided into several components by the cut-off function and analysis function in UG software. Afterwards，the mass, Volume, Cooling surface area, modulus，were calculated by Excel software. Finally, according to these parameters,the foundry technology of the 20Mn Turn Cylinder casting was designed by UG6.0. The above design procedure fully shows the advantages of CAD method in aspects of design efficiency and design precision comparing with the traditional method of foundry technology design. In CAE part, foundry technologies were evaluated and optimized by SOLIDCast software. Two foundry technology were designed, and one is with riser,another is riserless. Based on the comparison of the filling process, solidification process, and shrinkage porosity prediction, it is obvious that the design with the riser head can eliminate all the defect of the shrinkage.
铸钢件工艺设计的关键技术有哪些 https://www.doczj.com/doc/6618327217.html, 铸件在型内应有足够的冷却时间，防止产生变形、裂纹等缺陷，为防止产生过大的铸造应力，可在浇注后，铸件凝固基本凝固完成时，松弛型、芯，使铸件最大限度地自由收缩。 冒口切割是铸件后处理的最重要的环节，绝不能忽视。冒口根部在工艺热节和流通效应的影响下，是整个铸件组织最差、热应力最大的部位。在进行常温气割冒口时，由于割口处温度较高，与周围温差较大，产生一定的热应力，加上本身又存在较大的残余应力，当两种应力的方向正好相同时，应力便会叠加，应力得到进一步加强，如果应力超过合金的强度极限，则产生裂纹。绝大多数的铸件采用热割冒口的工艺，热割冒口可预防裂纹。尤其高碳钢、合金钢中的碳、锰、铬等元素的含量高，导热性差，淬透性高，进行常温气割冒口时，热应力更大，并且很容易发生相变，如果相变则会产生相变应力，产生裂纹的风险更高，必须采用热割冒口的工艺。热割冒口可在铸态冷却过程中进行，到一定温度时（400℃以上，避免弹塑性转变温度区间400℃～600℃），迅速清理冒口部位进行切割，切割后继续冷却，直至打箱清理，再热处理，这种工艺的好处是可以降低能耗，缩短工期，坏处是产生缺陷的风险大。大型件价值很高，应尽量控制风险，最好采取在退火后进行热割冒口的工艺。无论何种工艺都应特别注意热割温度和割后的保温缓冷。 的铸造工艺设计时，首先要仔细地阅读和研究铸件的制造或采购
技术条件、质量要求。如探伤要求，表面质量要求，机械性能要求，特殊热处理要求等，其次，要研究零件的结构特点，如质量要求高的表面或主要的加工面，主要的尺寸公差要求等，再次，研究材料化学成分，特别是铸造合金中含碳量，合金元素含量作用和机理。这些对下一步的工艺设计有直接影响。需格外重视，做好零件的工艺性研究，能为工艺设计奠定良好的开端。 在大型铸件的制造中，材料的物理性能和机械性能，对工艺参数的选定、浇冒口和冷铁设置、热处理技术、铸件的后处理技术等都有重大影响。深入了解铸造合金中含碳量，合金元素含量对铸态组织形态的影响，对力学性能的影响，了解材料的凝固方式，收缩倾向，冒口补缩效果，了解材料的热导率，热应力倾向等，对工艺设计有重要意义。 在砂型条件下，随着合金中碳的质量分数量增加，结晶温度范围扩大。低碳钢为逐层凝固方式，中碳钢为中间凝固方式，高碳钢为体积凝固方式凝固，但改变冷却条件，可以改变结晶温度范围，从而改变合金的凝固方式。由于凝固方式的不同，窄结晶温度范围的合金，容易形成细小的晶粒组织，补缩性好，热烈倾向小；反之，宽结晶温度范围的合金，容易形成粗大的晶粒组织，补缩性差，热烈倾向大。因此，高碳钢的厚大部位，要采取强制冷却工艺缩小结晶温度范围，改善晶粒组织。合金中的碳、锰、铬等元素的含量增加，可以提高强度，提高淬透性，却降低导热性，直接影响铸件各部位冷却、加热的