支座的鑄造工藝分析與優(yōu)化設(shè)計畢業(yè)論文

1、<p>　　支座的鑄造工藝分析與優(yōu)化設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本課題是對底座的鑄造工藝分析優(yōu)化，提高鑄件生產(chǎn)過程中的可靠性、適用性；提高鑄件質(zhì)量和產(chǎn)品在市場上的競爭能力。</p><p>　　首先，對零件的鑄造工藝性進行分析，再根據(jù)零件結(jié)構(gòu)，技術(shù)要求，生產(chǎn)要求，生產(chǎn)批量，生產(chǎn)條件選擇鑄

2、造及造型方法。選擇澆注位置及分型面，選用適宜的工藝參數(shù)，設(shè)計鑄件的澆注系統(tǒng)，制定出詳細的鑄造工藝方案。再通過華鑄CAE對方案進行模擬優(yōu)化，確定最優(yōu)的工藝方案，繪制出鑄造工藝圖。</p><p>　　通過運用華鑄CAE等技術(shù)從而達到實際生產(chǎn)中提高質(zhì)量、降低成本，便于實進行經(jīng)濟核算，提高效益的目的。</p><p>　　關(guān)鍵詞：灰鑄鐵；結(jié)構(gòu)分析；優(yōu)化設(shè)計；華鑄CAE</p>&l

3、t;p>　　Casting Process Analysis and Optimization Design of pedestal</p><p><b>　　Absract</b></p><p>　　This topic is the pedestal of the casting process analysis and optimization, im

4、prove casting production process reliability,suitability; improve the quality of castings and products in the market competitiveness.</p><p>　　First, the casting of parts for analysis, according to parts str

5、ucture, technical requirements, production requirements, production volume, production conditions are selected casting and modeling methods. Select the location and casting parting line, the choice of suitable process pa

6、rameters, casting gating system design, to develop a detailed casting process. China through casting CAE simulation and optimization of the program, determine the optimal process plan and draw a casting process diagr<

7、/p><p>　　Through the use of intecast CAE technology to achieve actual production, improve quality, reduce costs and facilitate real economic accounting, improve efficiency purposes.</p><p>　　Keywor

8、ds:gray cast iron; structural analysis; optimization design; intecast CAE目 錄</p><p>　　引言 …………………………………………………………………………………………1</p><p>　　第1章 緒論…………………………………………………………………………………2</p><p>　

9、　1.1概述…………………………………………………………………………………… 2</p><p>　　1.2鑄造業(yè)現(xiàn)狀..... .........……………………………………….....................................2</p><p>　　1.3鑄造行業(yè)發(fā)展前景………...…………………………………………………………2</p><p&

10、gt;　　第2章 鑄造工藝方案的確定………………………………………………………………3</p><p>　　2.1 零件基本信息……………………………………………………………………………3</p><p>　　2.2 底座結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性…………………………………………………………………3</p><p>　　2.3造型，造芯方法的選擇………………………………………

11、…………………………4</p><p>　　2.4澆注位置的確定……………………..……………………………………………………4</p><p>　　2.5分型面的確定………….…………………………………………………………………4</p><p>　　第3章 鑄造工藝參數(shù)及砂芯設(shè)計…………………………………………………………5</p><p>

12、　　3.1 工藝設(shè)計參數(shù)的確定……………………………………………………………………5</p><p>　　3.2砂芯設(shè)計……………………………………………………………………....…………6</p><p>　　第4章 澆注系統(tǒng)及冒口、冷鐵、出氣孔等設(shè)計………………………………….....………8</p><p>　　4.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計……………………………………

13、……………………………………8</p><p>　　4.2冒口的設(shè)計………………………………………………………………………………10</p><p>　　4.3冷鐵的設(shè)計………………………………………………………………………………11</p><p>　　第5章 箱蓋的鑄造工藝模擬及優(yōu)化………………………………………………………12</p><p

14、>　　5.1 計算機技術(shù)在鑄造生產(chǎn)中的應用……………………………………………………12</p><p>　　5.2 華鑄CAE的概述………………………………………………………………………12</p><p>　　5.3 華鑄CAE前置處理……………………………………………………………………13</p><p>　　5.4 模擬結(jié)構(gòu)顯示與分析…………………………

15、…………………………………………13</p><p>　　5.5 底座鑄造工藝優(yōu)化……………………………………………………………………14</p><p>　　結(jié)論與展望…………………………………………………………………………………15</p><p>　　致謝…………………………………………………………………………………………16參考文獻………………………....

16、...…………………………………………………………17</p><p>　　附錄A主要參考文獻摘要......................................................................................................18</p><p>　　附錄B英文原文及翻譯......................

17、....................................................................................19</p><p>　　附錄C鑄造工藝圖.......................................................................................................

18、...36</p><p><b>　　插圖清單</b></p><p>　　圖2-1 底座零件圖…………………………………………………………………………3</p><p>　　圖2-2 底座零件示意圖……………………………………………………………………3</p><p>　　圖2-3 底座的分型面及澆注位置…………….

19、..……………………………………………4</p><p>　　圖4-1 內(nèi)澆道截面示意圖………………………………………………………………….9</p><p>　　圖4-2 橫澆道截面示意圖…………………………………………………………………10</p><p>　　圖4-3 直澆道截面示意圖…………………………………………………………………10</p>

20、<p>　　圖5-1 網(wǎng)格剖分結(jié)果........................................................................................................13</p><p>　　圖5-2 原始工藝的模擬結(jié)果……..................……………………………………………13</p><

21、;p>　　圖5-3 工藝優(yōu)化后的模擬結(jié)果……........…………………………………………………14</p><p><b>　　表格清單</b></p><p>　　表3-1 鑄件尺寸公差…………………………………………………………………………5</p><p>　　表3-2 機械加工余量………....……………………………………..

22、...………………………5</p><p>　　表3-3 鑄件的收縮率………………………………………………............…………………6</p><p>　　表3-4 最小鑄出孔……………..…………………………………............…………………6</p><p>　　表4-1 流量系數(shù)µ值.……................…………

23、………………………………………………9</p><p>　　表4-2 普通漏斗形澆口杯尺寸……………………………………………………………11</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　因為現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，拓展了鑄造技術(shù)的應用領(lǐng)域，同時也提高了對金屬鑄件的要求。不僅要求鑄件具有高的力學性能，尺寸精度和低的表面粗糙度值；

24、要求具有某些特殊性能，如耐熱，耐蝕，耐磨等，同時還要求生產(chǎn)周期短，成本低。</p><p>　　鑄造工藝人員在設(shè)計的過程中應時刻關(guān)心鑄件成本，節(jié)約能量和環(huán)境保護問題。從零件結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性的改進，鑄造，造型，造芯方法的選擇，鑄造方案的確定，澆注系統(tǒng)和冒口的設(shè)計，直至鑄件清理方法等，每到工序都與上述問題有關(guān)。采用不同的工藝，對鑄造車間或工廠的金屬成本，熔煉金屬量，能源消耗，鑄件工藝出品率和成品率，工時費用，鑄件成本

25、和利潤率等都有顯著的影響。鑄造工藝設(shè)計應是追求以最少的成本和損耗生產(chǎn)出質(zhì)量最好，競爭品質(zhì)最強的鑄件產(chǎn)品。</p><p>　　此次畢業(yè)設(shè)計的目的是通過優(yōu)化設(shè)計，在優(yōu)化模擬的過程中梳理大學四年中學到的專業(yè)知識，學會發(fā)現(xiàn)問題并運用所學的知識來解決實際問題。通過畢業(yè)設(shè)計鞏固和拓展自己的專業(yè)知識，熟悉鑄造工藝的流程，領(lǐng)略鑄造工藝設(shè)計的要領(lǐng)，體驗鑄造工藝的內(nèi)涵，為即將步入社會，走向工作崗位做最后的準備。 </p>

26、;<p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 概述</b></p><p>　　鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，已有約6000年的歷史。中國約在公元前1700～前1000年之間已進入青銅鑄件的全盛期，工藝上已達到相當高的水平。鑄造是將液體金屬澆鑄到與零件形狀相適應的鑄造空腔中，待其冷卻

27、凝固后，以獲得零件或毛坯的方法。 被鑄物質(zhì)多為原為固態(tài)但加熱至液態(tài)的金屬（例：銅、鐵、鋁、錫、鉛等），而鑄模的材料可以是砂、金屬甚至陶瓷。因應不同要求，使用的方法也會有所不同。</p><p><b>　　1.2鑄造行業(yè)現(xiàn)狀</b></p><p>　　我國自改革開放以來,鑄造業(yè)的發(fā)展有十分大的變化,包括技術(shù)水平,質(zhì)量,服務等方面.我國的鑄件質(zhì)量顯著有所提高.主要表現(xiàn)

28、在在鑄件生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢品相比以前下降了很多;然后是是很多種鑄件的精度(幾何精度,尺寸精度),表面粗糙度ra,力學性能等達到了國際水平.鑄造企業(yè)已經(jīng)擁有能力在我國及外國展覽會上展出自己的鑄件,并獲得較高認可.除此之外,我國鑄造技術(shù)大大提高,已經(jīng)可以和國外發(fā)達國家相匹敵.改革開放以來,原來許多企業(yè)采用砂型鑄造工藝,而現(xiàn)在已經(jīng)開始向數(shù)控化,自動化,智能化,機械化的方向挺進.原來傳 統(tǒng)的手工砂鑄造占據(jù)大半江山的局面正在慢慢消失.很多的的鑄造

29、企業(yè)都開始用智能機器感應電爐和沖天爐,感應電爐雙聯(lián)工藝.這幾種先進設(shè)備,技術(shù),工藝手段使我國有能力制造生產(chǎn)出質(zhì)量更好,精度更高的鑄件.目前,我國生產(chǎn)的最大球墨鑄鐵機床大約146噸;最大的鑄鋼為520多噸,我國目前已經(jīng)擁有100多家企業(yè)可以有能力生產(chǎn)單件重30噸及以上的鑄件了.我國鑄造業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化.涌現(xiàn)出了大量的有關(guān)技術(shù)高,質(zhì)量好的鑄造企業(yè). </p><p>　　發(fā)達國家具有先進的鑄造技術(shù)、良

30、好的產(chǎn)品質(zhì)量、較高的生產(chǎn)效率、較少的環(huán)境污染等特點，其原輔材料已經(jīng)形成了商品化系列化供應體系，如在歐洲市場已經(jīng)建立跨國服務系統(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）。由計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等所構(gòu)成的信息技術(shù)近年來在鑄造生產(chǎn)中得到更為廣泛的應用。這正在改變著鑄造生產(chǎn)的面貌?？梢哉f，現(xiàn)代鑄造技術(shù)的主要特征就是將傳統(tǒng)的鑄造工藝與信息技術(shù)溶于一體。</p><p>　　1.3鑄造行

31、業(yè)發(fā)展前景</p><p>　　我國是鑄造大國,我國要轉(zhuǎn)型為鑄造強國必須克服資源,能源,人才和環(huán)境問題,追求高效,優(yōu)質(zhì),環(huán)保等方向.所以,必須利用高新技術(shù)提升鑄件質(zhì)量,改變中國鑄件在國際市場上技術(shù)含量不高,價格低廉的狀況.目前,我國鑄造行業(yè)正在面臨著良好的發(fā)展機遇.第一是是我國經(jīng)濟的高速發(fā)展使得我國各領(lǐng)域也都進入高速發(fā)展狀態(tài);然后是經(jīng)濟全球化導致各個國家鑄造業(yè)都發(fā)展的很成熟,帶動了我國進入全球化.中國加入世界貿(mào)易

32、組織后,必將從中受益匪淺,學到了先進的科學技術(shù),管理方法等.這些機遇給中國鑄造行業(yè)實現(xiàn)由鑄造大國轉(zhuǎn)向鑄造強國的轉(zhuǎn)變提供了極好的機會.鑄造業(yè)也將向著更好的方向發(fā)展。</p><p>　　第2章 鑄造工藝方案的確定</p><p>　　2.1 零件基本信息</p><p><b>　　零件名稱 底座</b></p><p>

33、;　　零件材質(zhì) HT200</p><p>　　零件結(jié)構(gòu) 零件圖如圖所示,零件外形示意圖如圖所示。底座的外形輪廓尺寸為86mm×86mm×38mm，主要壁厚10mm，最大壁厚14mm。是一個小型鑄件，鑄件除了滿足幾何尺寸精度及材質(zhì)方面的要求外無其他特殊技術(shù)要求。</p><p>　　圖2-1 底座零件圖</p><p>　　圖2-2 底座零件示意

34、圖</p><p>　　2.2 底座結(jié)構(gòu)的鑄造工藝性</p><p>　　對底座的鑄造工藝性分析如下：底座的輪廓尺寸為86mm×86mm×38mm，整體尺寸不大，為小型鑄件。</p><p>　　2.3造型，造芯方法的選擇 </p><p>　　底座的輪廓尺寸為86mm×86mm×38mm，鑄件尺寸較小

35、，屬于中小型零件且是大批量生產(chǎn)，適宜使用濕型機器造型。機器造型和制芯生產(chǎn)率高，勞動強度低，鑄件質(zhì)量穩(wěn)定，主要用于大批量生產(chǎn)，符合產(chǎn)品需求，而濕型鑄型生產(chǎn)靈活性大，生產(chǎn)率高，生產(chǎn)周期短，便于組織流水生產(chǎn)，易于實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的機械化和自動化。</p><p>　　2.4澆注位置的確定</p><p>　　鑄件的澆注位置是指澆注時鑄件在型內(nèi)所處的狀態(tài)和位置。確定澆注位置是鑄造工藝設(shè)計中重要的環(huán)節(jié)

36、，關(guān)系到鑄件的內(nèi)在質(zhì)量，鑄件的尺寸精度及造型工藝過程的難易程度。</p><p>　　確定澆注位置應注意以下原則：</p><p>　　1.鑄件的重要部分應盡量置于下部</p><p>　　2.重要加工面應朝下或直立狀態(tài)</p><p>　　3.使鑄件的大平面朝下，避免夾砂結(jié)疤內(nèi)缺陷</p><p>　　4.應保證鑄件

37、能充滿</p><p>　　5.應有利于鑄件的補縮</p><p>　　6.避免用吊砂，吊芯或懸臂式砂芯，便于下芯，合箱及檢驗</p><p>　　綜上所述澆注位置方案如圖所示，保證了重要加工面的正確放置，且便于下芯及合箱。</p><p>　　2.5分型面的確定</p><p>　　分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面

38、。分型面的優(yōu)劣在很大程度上影響鑄件的尺寸精度、成本和生產(chǎn)率。 </p><p>　　經(jīng)過對零件結(jié)構(gòu)的分析，初步對底座進行分型方案如下：</p><p>　　圖2-3 底座分型面及澆筑位置第3章 鑄造工藝參數(shù)及砂芯設(shè)計</p><p>　　3.1 工藝設(shè)計參數(shù)的確定</p><p>　　鑄造工藝設(shè)計參數(shù)通常是指鑄型工藝設(shè)計時需要確定的某些數(shù)據(jù)

39、，這些工藝數(shù)據(jù)一般都與模樣及芯盒尺寸有關(guān)，及與鑄件的精度有 密切關(guān)系，同時也與造型、制芯、下芯及合箱的工藝過程有關(guān)。這些工藝數(shù)據(jù)主要是指加工余量、起模斜度、鑄造收縮率、最小鑄出孔、型芯頭尺寸、鑄造圓角等。工藝參數(shù)選取的準確、合適，才能保證鑄件尺寸精確，使造型、制芯、下芯及合箱方便，提高生產(chǎn)率，降低成本。</p><p>　　3.1.1 鑄件尺寸公差</p><p>　　鑄件尺寸公差是指鑄件

40、公稱尺寸的兩個允許的極限尺寸之差。在兩個允許極限尺寸之內(nèi)，鑄件可滿足機械加工，裝配，和使用要求。 </p><p>　　大批量生產(chǎn)下的砂型機器造型時,鑄鋼和鑄鐵件尺寸公差等級能達到CT8 –CT12級。這里取CT9級。箱蓋的輪廓尺寸為86mm×86mm×38mm，查國家標準GB/T6414-1999得：底座尺寸公差數(shù)值為2.2mm。</p><p>　　表3-1 鑄件尺

41、寸公差</p><p>　　3.1.2 機械加工余量</p><p>　　機械加工余量是鑄件為了保證其加工面尺寸和零件精度，應有加工余量，即在鑄件工藝設(shè)計時預先增加的，而后在機械加工時又被切去的金屬層厚度。</p><p>　　底座為砂型鑄造機械造型，大批量生產(chǎn)?；诣T鐵件的機械加工余量等級為F、G、H級，取F級。箱蓋的輪廓尺寸為86mm×86mm×

42、;38mm，查國家標準GB/T11350-89得：上表面加工底座的機械加工余量為1.4mm，下表面加工底座的機械加工余量為2mm。底座其余加工余量為1mm。</p><p>　　表3-2 機械加工余量</p><p>　　3.1.3 鑄造收縮率</p><p>　　鑄造收縮率又稱鑄件線收縮率，用模樣與鑄件的長度差除以模樣長度的百分比表示：K=[（LM-LJ）/LJ]

43、 ×100% (3-1)</p><p>　　式中 LM--模樣（或芯盒）工作表面尺寸</p><p><b>　　LJ—鑄件尺寸。</b></p><p>　　鑄件收縮率受很多因素的影響，例如，合金的種類及成分、鑄件的冷卻、收縮時受到阻力的大小、冷卻條件的差異等，因此，要十分準確的確定鑄件的收縮率是很困難的。</p>

44、<p>　　底座的收縮率查表得：受阻收縮率為0.9%。</p><p>　　表3-3 鑄件收縮率</p><p>　　3.1.4 起模斜度</p><p>　　為了方便起模，在模樣、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免損壞砂型或砂芯。這個斜度，稱為起模斜度。起模斜度應在鑄件上沒有結(jié)構(gòu)斜度的，垂直于分型面的表面上應用。</p><p>　

45、　由于該鑄件有圓形部分，易于起模，因此可以不設(shè)置起模斜度。</p><p>　　3.1.5最小鑄出孔及槽</p><p>　　零件上的孔、槽、臺階等，究竟是鑄出來好還是靠機械加工出來好，這應該從品質(zhì)及經(jīng)濟角度等方面考慮。一般來說，較大的孔、槽等應該鑄出來，以便節(jié)約金屬和加工工時，同時還可以避免鑄件局部過厚所造成熱節(jié)，提高鑄件質(zhì)量。較小的孔、槽或則鑄件壁很厚則不易鑄出孔，直接依靠加工反而方便

46、。</p><p>　　根據(jù)底座的的輪廓尺寸86mm×86mm×38mm 查閱表格得：最小鑄出孔直徑約為6mm。因此零件上部的直徑為3mm的孔，加上機械加工余量后就鑄造不出來了，只能由機械加工得來。</p><p>　　表3-4 最小鑄出孔</p><p><b>　　3.2砂芯設(shè)計</b></p><p

47、>　　芯的功用是形成鑄件的內(nèi)腔、孔和鑄件外型不能出砂的部分。砂型局部要求特殊性能的部分有時也用砂芯。鑄件所用砂芯的數(shù)量及其結(jié)構(gòu)主要取決于鑄件的結(jié)構(gòu)，砂芯設(shè)計時還需要考慮到要使砂芯制造方便，下芯容易。所以砂芯的設(shè)計要注意以下幾點：</p><p>　　1 一般盡量減少砂芯數(shù)量，減少制造工時和提高鑄件尺寸精度。</p><p>　　2 選擇合適的砂芯形狀。</p><

48、p>　　3砂芯烘干的支撐面最好是平面。</p><p>　　4砂芯芯盒的分盒面應盡量與砂型的分型面一致，以保證砂芯和砂型之間形成的壁厚均勻，同時也有利于砂芯排氣。</p><p>　　5 便于制芯下芯及合型，保證鑄件精度。</p><p>　　6分段的砂芯每段均要有良好的固定條件，以保證鑄件形狀準確。</p><p>　　3.2.1底座

49、的芯頭長度及斜度設(shè)計 </p><p>　　芯頭形狀采用水平懸臂芯頭，芯頭加長。</p><p>　　1芯頭長度，根據(jù)鑄造方面相關(guān)書籍芯頭長度l取1.25倍的D，D為芯頭直徑42mm。所以芯頭長度l=42×1.25=52.5 mm。取52mm。芯頭超出長度取15mm。</p><p><b>　　2 芯頭斜度</b></p>

50、;<p>　　水平芯頭一般不留斜度，故不設(shè)置。 </p><p>　　第4章 澆注系統(tǒng)及冒口、冷鐵的設(shè)計</p><p>　　4.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　澆注系統(tǒng)是鑄型中引導液體金屬進入型腔的通道，它由澆口杯，直澆道，橫澆道和內(nèi)澆道組成。</p><p>　　4.1.1選擇澆注系統(tǒng)類型</p><

51、;p>　　澆注系統(tǒng)分為封閉式澆注系統(tǒng)，開放式澆注系統(tǒng)，半封閉式澆注系統(tǒng)和封閉-開放式澆注系統(tǒng)。因為封閉式澆注系統(tǒng)控流截面積在內(nèi)澆道，澆注開始后，金屬液容易充滿澆注系統(tǒng)，呈有壓流動狀態(tài)。擋渣能力強，但充型速度快，沖刷力大，易產(chǎn)生噴濺，金屬液易氧化。適用于濕型鑄件小件。而底座就是采用濕型的鑄件小件，所以選擇封閉式澆注系統(tǒng)。</p><p>　　4.1.2確定內(nèi)澆道在鑄件上的位置、數(shù)目</p>&l

52、t;p>　　底座結(jié)構(gòu)較為簡單且是單件大批量生產(chǎn)小型件，鑄造時采取一箱四件。為了造型方便采用兩個內(nèi)澆道。 </p><p>　　4.1.3 澆注系統(tǒng)尺寸設(shè)計</p><p>　　1 計算鑄件質(zhì)量，經(jīng)計算知道鑄件的毛重=0.7kg，查表得工藝出品率為70%。則 GL=鑄件毛重×4/工藝出品率 =0.7×4/0.7 =4kg</p><p>　　

53、2 計算澆注時間t 每一種鑄件在確定的鑄造工藝條件下，都對應一個適宜的澆注時間范圍，超出這個時間范圍，鑄件就會出現(xiàn)鑄造缺陷。</p><p>　　底座的重量很小，還不到1kg。因此其澆注時間公式為</p><p>　　t=sGL0.5 (4-1)</p><p>　　式中 t ---澆注時間（s）；<

54、;/p><p>　　GL---型內(nèi)鐵液總重量（kg）；</p><p>　　S ---與鑄件主要壁厚有關(guān)的參數(shù)，查鑄造技術(shù)相關(guān)書籍[12]中表得s=1.85。代入數(shù)據(jù)計算得：</p><p>　　t=1.85×40.5=3.7s取4s</p><p>　　3 核算液面上升速度，平均液面上升速度驗算公式為：</p><

55、p>　　v=h/t (4-2)</p><p>　　式中 v---型內(nèi)液面上升速度（mm/s）</p><p>　　h---鑄件的高度（mm）</p><p>　　t---澆注時間（s）</p><p>　　代入數(shù)據(jù)計算v=86/4=21.5（mm/s）。對照書[1]表7-6

56、，此值符合表中所列數(shù)值，是合適的。</p><p><b>　　4計算流量系數(shù)µ </b></p><p>　　影響流量系數(shù)µ的因素很多，準確確定流量系數(shù)µ是有困難的。對于一般灰鑄鐵件可以根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定。查相關(guān)書籍[1]表7-8得µ=0.42，再按有關(guān)書中[1]表7-10修正。澆注溫度提高約100攝氏度，µ修正值取0

57、.1；有冒口，µ修正值取0.1內(nèi)澆道設(shè)置8個，µ修正值取-0.2。合計則 µ=0.42+0.1+0.1-0.2=0.42</p><p>　　表4-1 流量系數(shù)µ值</p><p>　　5 計算平均壓力頭HP和最小壓力頭HM。</p><p>　?。?）中注式平均靜力壓頭高度計算公式為</p><p>

58、　　HP=H0-C /8 (4-3)</p><p>　　H0=10cm，C=8.6cm。</p><p>　　HP=H0-8.6/8=9cm。</p><p>　　將各值代入∑A內(nèi)=GL/0.31µTHP0.5=4/0.31×0.42×4×90.5=2.3cm2<

59、/p><p>　　半封閉式澆注系統(tǒng)各單元的截面積比，取∑A內(nèi)：∑A橫：∑A直=1:1:1.1.15則 ∑A橫=2.3×1.1=2.53 cm2</p><p>　　∑A直=2.3×1.15=2.65cm2</p><p>　?。?）核算最小剩余壓頭HM 砂箱高度100mm，內(nèi)澆道以上鑄件高度為40mm，

60、則剩余壓頭高度為HM=100-40=60mm。直澆道中心到鑄件最遠點距離L=50+50=100mm。</p><p>　　根據(jù)公式HM=Ltanα， (4-4)</p><p>　　則α=arctan（HM/L）=arctan(60/100)=29.6°。</p><

61、;p>　　對照有關(guān)書中[1] 表3-4-11，α值大于表中的經(jīng)驗值，因此可以得到輪廓清晰的鑄件。</p><p>　　6 確定內(nèi)澆道、橫澆道、直澆道截面尺寸。</p><p><b>　　1）內(nèi)澆道截面尺寸</b></p><p>　　由于內(nèi)澆口設(shè)計了8個，所以內(nèi)澆口截面積S內(nèi)=∑A內(nèi)/8=2.3/8=0.28cm2，取內(nèi)澆道的截面積為0

62、.3cm2.內(nèi)澆道形狀取梯形斷面形狀如圖所示：</p><p>　　圖4-1 內(nèi)澆道截面示意圖</p><p>　　梯形斷面大小取為a=9mm b=6mm c=4mm。</p><p><b>　　2）橫澆道截面尺寸</b></p><p>　　橫澆道的功用是向內(nèi)澆道分配潔凈的金屬液，儲留最初澆入的含氣和渣污的低溫金屬液

63、并阻留渣滓，使金屬液流平穩(wěn)和減少產(chǎn)生氧化夾雜物。</p><p>　　由于設(shè)計橫澆道只有一個，所以S橫=2.6 cm2。橫澆道形狀取梯形斷面形狀如圖所示：</p><p>　　圖4-2 橫澆道截面示意圖</p><p><b>　　梯形斷面大小得：</b></p><p>　　A=20mm B=14mm C=15mm

64、。</p><p><b>　　3）直澆道截面尺寸</b></p><p>　　直澆道的功用是從澆口杯引導金屬液向下，進入橫澆道、內(nèi)澆道或直接進入型腔。并提供足夠的壓力頭，使金屬液在重力作用下能克服各種流動阻力充型。</p><p>　　由于設(shè)計直澆口有一個，因此S直=2.7cm2 </p><p>　　直澆道形狀取圓形

65、截面形狀如圖:</p><p>　　圖4-3 直澆道截面示意圖</p><p>　　圓形斷面大小為：D=19mm。</p><p><b>　　4) 澆口杯的設(shè)計</b></p><p>　　澆口杯是用來承接來自澆包的金屬液，防止金屬液飛濺和溢出，便于澆注，并可以減輕金屬液對型腔的沖擊，還可分離渣滓和氣泡，阻止其進入型腔

66、。</p><p>　　澆口杯選用普通漏斗形澆口杯，澆口杯尺寸查表得D1=56mm、D2=52mm、h=40mm</p><p>　　表4-2 普通漏斗形澆口杯尺寸</p><p><b>　　4.2冒口的設(shè)計</b></p><p>　　冒口是鑄型內(nèi)用于儲存金屬液的空腔，在鑄件形成時補給金屬，有防止縮孔、縮松、排氣、集

67、渣的作用。</p><p>　　底座所用的灰鑄鐵在凝固時其體積變化情況與一些工業(yè)上常用的金屬及合金不同，其特點是在液態(tài)冷卻時發(fā)生收縮，冷卻至共晶溫度時停止收縮，由于析出石墨而發(fā)生膨脹，在接近凝固終了時余下的液態(tài)金屬凝固時又開始收縮，直至凝固結(jié)束。所以其凝固時的膨脹和液態(tài)收縮趨于互相補償。故鑄鐵補縮時需要的鐵水量少，而且底座壁厚均勻無厚大壁，所以可利用澆注系統(tǒng)進行補縮不設(shè)置冒口。</p><p&

68、gt;<b>　　4.3冷鐵的設(shè)計</b></p><p>　　為了增加鑄件局部冷卻速度，在型腔內(nèi)部及工作表面安放的金屬塊稱為冷鐵。</p><p>　　底座鑄件壁厚較為均勻，且無厚大壁，固不易產(chǎn)生裂紋縮松等缺陷。而且設(shè)置冷鐵會增加生產(chǎn)工序，使成本增大，所以不設(shè)置冷鐵。</p><p>　　第5章 底座的鑄造工藝模擬及優(yōu)化</p>

69、<p>　　5.1計算機技術(shù)在鑄造生產(chǎn)中的應用</p><p>　　計算機的廣泛應用正從各方面推動著鑄造業(yè)的發(fā)展和變革，它不僅可以提高 生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本，同時又能促使新技術(shù)和新工藝的不斷出現(xiàn)，使鑄造生產(chǎn)正在從主要依靠經(jīng)驗走向科學理論指導生產(chǎn)的階段。</p><p>　　模擬分析及計算機輔助工程 (CAE) 的應用，可以科學地預測液體金屬充型過程、凝固過程中的溫度場及應力

70、場，以及宏觀缺陷和微觀組織等。它可優(yōu)化委宣過程，確保鑄件質(zhì)量，縮短試制周期，提高競爭能力;可以在提高鑄造生產(chǎn)手二的同時獲得顯著的經(jīng)濟效益。計算機在鑄造技術(shù)中的應用在下述幾個方面發(fā)聲音前所未有的作用。</p><p>　　鑄造工藝計算機輔助設(shè)計(CAD)技術(shù)主要實現(xiàn)以下功能，如鑄件的幾何、物理量計算(包括鑄件體積、表面積、重量及熱模數(shù)的計算);澆注系統(tǒng)的設(shè)計計算(包括選擇澆注系統(tǒng)的類型和各組元的尺寸計);補縮系統(tǒng)的

71、設(shè)計計算(包括冒口、冷鐵及合理的補縮通道的設(shè)計計算);繪圖(包括鑄件圖、鑄造工藝圖、鑄造工藝卡片等圖形的繪制和輸出 ) 。與傳統(tǒng)的鑄造工藝設(shè)計相比，采用計算機設(shè)計鑄造工藝的特點是：計算準確、迅速，消除了人為計算誤差;能夠大量儲存并利用眾多鑄造工作者的經(jīng)驗，使得使用者能夠設(shè)計比較合理的鑄造工藝;能夠?qū)﹁T造工藝方案進行優(yōu)化以便確定最佳的方案;具有自動打印記錄并繪制各種技術(shù)文件的能力 。</p><p>　　鑄造工藝參

72、數(shù)檢測與生產(chǎn)過程的計算機控制計算機作為生產(chǎn)過程和凝固過程的控制手段已得到了廣泛的應用，鑄造生產(chǎn)工序繁多、工作條件相對惡劣、影響因素復雜，有必要在鑄造生產(chǎn)中深入研究和廣泛應用微型計算機檢測與 控制技術(shù)。近年來，已經(jīng)出現(xiàn)了很多用計算機分析生產(chǎn)過程的變化，用計算機選擇最佳參數(shù)、調(diào)節(jié)控制生產(chǎn)過程，鑄造生產(chǎn)實現(xiàn)自動化，從而達到穩(wěn)定鑄件質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低鑄件成本的范例。目前新一代的造型生產(chǎn)線已采用計 算機控制，以計算機為基礎(chǔ)的自控系統(tǒng)己用于

73、熔化、澆注、砂處理、質(zhì)量檢驗等工序中。采用計算機技術(shù)是生產(chǎn)高質(zhì)量鑄件的必備條件，也是鑄造過程控制的主要發(fā)展方向。</p><p>　　5.2華鑄CAE概述</p><p>　　華鑄CAE/ InteCAST—鑄造工藝分析軟件集成系統(tǒng)是分析和優(yōu)化鑄件鑄造工藝的重要工具，是華中科技大學(原華中理工大學)經(jīng)二十多年研究開發(fā)，并在長期的生產(chǎn)實踐檢驗中不斷改進、完善起來的一項軟件系列產(chǎn)品。華鑄CAE

74、/InteCast集成系統(tǒng)是目前國內(nèi)鑄造行業(yè)最為著名的工藝分析系統(tǒng),四百多套華鑄CAE系統(tǒng)正在國內(nèi)一百多家工礦企業(yè)和科研院所運行使用,深受廣大用戶的好評。</p><p>　　華鑄CAE/ InteCAST—以鑄件充型過程、凝固過程數(shù)值模擬技術(shù)為核心對鑄件進行鑄造工藝分析?？梢酝瓿啥喾N合金材質(zhì)（包括鑄鋼、球鐵、灰鐵、鑄造鋁合金、銅合金等）、多種鑄造方法（砂型鑄造、金屬型鑄造、壓鑄、低壓鑄造、熔模鑄造等）下鑄件的凝

75、固分析、流動分析以及流動和傳熱耦合計算分析。實踐應用證明，本系統(tǒng)在預測鑄件縮孔縮松缺陷的傾向、改進和優(yōu)化工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品率、減少澆冒口消耗，提高工藝出品率、縮短產(chǎn)品試制周期，降低生產(chǎn)成本、減少工藝設(shè)計對經(jīng)驗對人員的依賴，保持工藝設(shè)計水平穩(wěn)定等諸多方面都有明顯的效果。</p><p>　　華鑄CAE/ InteCAST鑄造工藝分析軟件集成系統(tǒng)曾作為全國唯一的一套鑄造CAD成果參加了“首屆全國CAD應用博

76、覽會”。中央電視臺、“全國CAD應用工程通報”都曾報道過該系統(tǒng)的應用情況。</p><p>　　華鑄CAE / InteCAST 經(jīng)過多年的努力，目前已成為一個比較成熟的商品化、實用化、集成化鑄造工藝CAE系統(tǒng)。該系統(tǒng)在國際上已有一定的影響，美國、英國、法國、德國、泰國、韓國以及香港和臺灣等國家和地區(qū), 對該軟件都表現(xiàn)出濃厚的興趣。目前本系統(tǒng)已銷往新加坡、馬來西亞。</p><p>　　5

77、.3華鑄CAE前置處理</p><p>　　前處理模塊包含造型和網(wǎng)格剖分兩大部分。華鑄CAE不具有三維造型能力，利用Solidworks三維造型軟件生成鑄件以及冒口、澆注系統(tǒng)、冒口套、冷鐵等工藝參數(shù)的三維實體模型，并導出STL格式文件作為接口文件，輸入的STL文件有：鑄件、鑄型、冒口、冒口套、冷鐵、澆注系統(tǒng)等。</p><p>　　華鑄CAE前處理模塊提供“優(yōu)先級別”功能，這樣可以大大減少

78、三維造型的工作量。設(shè)置掛舵臂鑄件、冒口、冒口套、冷鐵、澆注系統(tǒng)的優(yōu)先級高于鑄型，造型時保證工藝裝配模型有足夠吃砂量的情況下生成一個六面體鑄型，在前處理模塊“優(yōu)先級別”功能下，裝配后的鑄件部分被自動從鑄型中“挖空”，進而產(chǎn)生有型腔的鑄型，節(jié)約了造型時間。</p><p>　　華鑄CAE采用的是直六面體網(wǎng)格，在這對底座采用均勻網(wǎng)格?？紤]到底座尺寸不大，均勻網(wǎng)格大小大小定為3mm。網(wǎng)格剖分結(jié)果如圖所示：</p&g

79、t;<p>　　圖5-1 網(wǎng)格剖分結(jié)果</p><p>　　5.4模擬結(jié)構(gòu)顯示與分析</p><p>　　后處理模塊通過對凝固過程液相分布的時序動畫，可以顯現(xiàn)凝固過程相變的細節(jié)，根據(jù)相變細節(jié)及相應的判據(jù)，可以得出鑄件縮孔縮松傾向及位置的判斷，并為改進工藝提供依據(jù)，從而達到改進工藝優(yōu)化工藝的目的。</p><p>　　圖顯示的是凝固后的液相分布圖及縮松縮

80、孔的分布情況（黃色為液相、透明的為固相、黑色為縮孔、粉紅色為縮松），可以看出鑄件凝固完全后，鑄件的頂部存在大量縮松縮孔。</p><p>　　圖5-2 原始工藝的模擬結(jié)果</p><p>　　5.5底座鑄造工藝優(yōu)化</p><p>　　在以上模擬結(jié)果可以清晰地看出縮松縮孔出現(xiàn)的部位，出現(xiàn)縮松縮孔的的原因可能是鑄件熱節(jié)部位凝固時，樹枝狀晶體形成骨架時分隔其了包圍的液體

81、部分，進而形成微觀縮松。可以考慮通過設(shè)置冒口進行補縮。圖5-4為工藝優(yōu)化后的一箱4件模擬凝固照片。</p><p>　　圖5-3 工藝優(yōu)化后的模擬結(jié)果</p><p>　　通過與原始工藝各個時刻的液相分布照片對比，通過設(shè)置冒口，可以明顯看出鑄件縮松縮孔等缺陷明顯減少，幾乎全部消失。冒口的設(shè)置起到了很好的補縮作用,明顯減少了逐漸缺陷。</p><p><b>

82、;　　結(jié)論與展望</b></p><p>　　本次設(shè)計主要是研究底座的鑄造工藝分析及模擬優(yōu)化，其主要內(nèi)容是鑄造工藝性分析、分型面的選擇、澆注位置的選擇、鑄造工藝參數(shù)選擇、砂芯的設(shè)計、澆注系統(tǒng)的設(shè)計以及澆筑過程模擬等。</p><p>　　通過這次設(shè)計是我所學的知識進一步系統(tǒng)化，但是由于沒有實際生產(chǎn)經(jīng)驗，設(shè)計出的的鑄造工藝不太可能是最優(yōu)化的，還有很大的改進空間。本文通過UG制圖與

83、華鑄CAE模擬相結(jié)合，成功的模擬了底座鑄造的充型凝固過程，并根據(jù)模擬結(jié)果對鑄件可能產(chǎn)生的縮孔缺陷及部位進行了優(yōu)化，完成了利用華鑄CAE軟件在鑄造工藝過程中優(yōu)化方案節(jié)約成本提高生產(chǎn)力等方面的作用。</p><p>　　在利用華鑄CAE進行了模擬驗證過程中，著重了解了逐漸可能出現(xiàn)的缺陷，如縮松縮孔出現(xiàn)的區(qū)域和大小等。并針對這些缺陷進行了工藝優(yōu)化，在優(yōu)化的過程中我認識到，合理的設(shè)置冒口和冷鐵可以有效的減少縮松縮孔，對鑄

84、件凝固過程中起到了良好的補縮作用。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本文是在朱先琦老師的指導下完成的，她從本論文開始到完成都花費了大量的心血和精力。導師嚴謹治學、精益求精、勇于探索的精神及對學生的悉心關(guān)懷都深深的感染了我，使我受益匪淺，無論是對于我以后的工作還是學習都有非常大的幫助。沒有她的精心指導，本論文的完成是無法想象的。因此在這

85、里向她表示最誠摯的感謝。</p><p>　　另外，本論文的完成還得到了同學的大力幫助，為本課題的研究及軟件應用提供了大量的意見和幫助指正，并在一起度過了一段美好的時光，在此向他們表示感謝。</p><p>　　再一次向幫助過我的各位老師和同學表示衷心的感謝，祝大家身體健康、工作順利。</p><p><b>　　參考文獻</b></p&

86、gt;<p>　　[1] 王文清，李魁盛. 鑄造工藝學[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[2]中國鑄造協(xié)會.中國金屬年度產(chǎn)量[J].北京：中國鑄造協(xié)會.2004</p><p>　　[3]張立波，葛晨光，田世江，關(guān)于我國鑄造業(yè)走自主創(chuàng)新道路的思考[J].特種鑄造及有色合金.2005，25（12）429—432.</p><p&

87、gt;　　[4]蔡紫金，高鵬.我國鑄造模具發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展建議[J].電加工與模具.2010，（S1）：35-36 </p><p>　　[5]郭景杰，李新中，蘇仕方，劉秀玲，張正賀.中國鑄造行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及未來[J].特種鑄造及有色合金，2008，（01）：2-4</p><p>　　[6]田世江，王玉杰，楊麗君.我國發(fā)展節(jié)約型鑄造業(yè)的思考[J].特種鑄造及有色合金. 2005，25（12）

88、；727-728</p><p>　　[7]張正賀. 經(jīng)濟復蘇促使美國鑄件銷售增長[J]. 特種鑄造及有色合金.2011,31（6）:1</p><p>　　[8]吳浚郊.國外金屬鑄造的發(fā)展現(xiàn)狀[J].現(xiàn)代鑄鐵.2001 （01）：2-4.</p><p>　　[9] 張紅霞，江灝源.中國鑄造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及方向綜述[J].科技信息.2012，（20）：1</

89、p><p>　　[10] 李傳栻，周家石，楊國杰等.鑄造工程師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997</p><p>　　[11] 杜西靈，杜磊.鑄造技術(shù)與應用案例[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,2009.</p><p>　　[12] 劉瑞玲. 鑄造實用數(shù)據(jù)速查手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,2006.</p><p>　　[13] 葉

90、榮茂. 鑄造工藝課程設(shè)計手冊[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1995</p><p>　　[14] 吳光峰，錢紹富，張秉華. 鑄造工藝裝備設(shè)計手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，1989</p><p>　　[15]Luca Cestari, Christian Dratva, Anthony Nicholas Grundy, and Cristiano Tercelli</

91、p><p>　　Use of Simulation Techniques for the Design and Process Control of Continuous Casting Machines[J] Materials and Manufacturing Processes, 25: 142–148, 2010 </p><p>　　附錄A：主要參考文獻摘要</p>

92、<p>　　[1] 王文清，李魁盛. 鑄造工藝學[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2002. </p><p>　　摘要：本書主要講述了鑄造的各種造型、造芯方法，以及澆注系統(tǒng)的分類，鑄造工藝裝備設(shè)計等內(nèi)容。</p><p>　　[2]中國鑄造協(xié)會.中國金屬年度產(chǎn)量[J].北京：中國鑄造協(xié)會.2004</p><p>　　摘要：中國鑄造協(xié)會自1989年以來

93、，在有關(guān)部門和地方協(xié)會(學會)的支持下，逐年統(tǒng)計我國金屬鑄件的產(chǎn)量，并每年通過《現(xiàn)代鑄造》(MODERN CASTING)向全世界公布。</p><p>　　[3]張立波，葛晨光，田世江，關(guān)于我國鑄造業(yè)走自主創(chuàng)新道路的思考[J].特種鑄造及有色合金.2005，25（12）429—432.</p><p>　　摘要：宏觀分析了我國鑄造業(yè)自主創(chuàng)新的必要性和緊迫性,指出了影響自主創(chuàng)新的主要障礙、

94、危害和形成原因,提出了有關(guān)鑄造行業(yè)走自主創(chuàng)新道路的一些宏觀性建議。</p><p>　　[4]蔡紫金，高鵬.我國鑄造模具發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展建議[J].電加工與模具.2010，（S1）：35-36 </p><p>　　[5]郭景杰，李新中，蘇仕方，劉秀玲，張正賀.中國鑄造行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及未來[J].特種鑄造及有色合金，2008，（01）：2-4</p><p>　　摘要:

95、 介紹了近五年我國鑄造行業(yè)發(fā)展狀況及未來發(fā)展趨勢, 包括五部分。第一部分給出了我國鑄造行業(yè)的基本信息,包括鑄件總產(chǎn)量、鑄造企業(yè)及工人總量等。如2005 年, 我國鑄件總產(chǎn)量是24 420 000 t, 占全球總量的28.5%。第二部分給出了我國鑄造企業(yè)生產(chǎn)不同類型鑄件的產(chǎn)量。第三部分給出了我國鑄造行業(yè)地理分布特征, 主要包括5 個區(qū)域, 即遼寧省、山東省、長江三角洲、珠江三角洲和山西省。第四部分分析了我國鑄造行業(yè)目前存在的問題。第五部分

96、預測了我國鑄造行業(yè)發(fā)展趨勢, 未來10 年, 我國鑄造行業(yè)仍將快速發(fā)展。</p><p>　　[6]田世江，，王玉杰，楊麗君.我國發(fā)展節(jié)約型鑄造業(yè)的思考[J].特種鑄造及有色合金. 2005，25（12）；727-728</p><p>　　摘要：闡述了節(jié)約對于我國鑄造業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標的至關(guān)重要性,分析了我國鑄造業(yè)發(fā)展節(jié)約、循環(huán)經(jīng)濟的歷程、面臨的挑戰(zhàn)和存在的主要問題;提出了建立法制保障

97、、應采用的節(jié)能技術(shù)措施等在我國鑄造業(yè)發(fā)展節(jié)約、循環(huán)經(jīng)濟的若干建議。</p><p>　　[7]吳浚郊.國外金屬鑄造的發(fā)展現(xiàn)狀[J].現(xiàn)代鑄鐵.2001 （01）：2-4.</p><p>　　摘要：在闡述了世紀之交各國鑄造廠的主要任務之后，分析了金屬鑄造工業(yè)的技術(shù)現(xiàn)狀，提出將信息技術(shù)應用到鑄造生產(chǎn)中是鑄造廠使自己能在競爭中生存和發(fā)展的關(guān)鍵措施之一。</p><p>

98、　　[9] 張紅霞，江灝源.中國鑄造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及方向綜述[J].科技信息.2012，（20）：1</p><p>　　摘要：本文綜述了當今鑄造業(yè)相關(guān)的最新信息及技術(shù)發(fā)展，從鑄造業(yè)的現(xiàn)存狀況及發(fā)展方向兩個方面做了介紹。</p><p>　　[10] 李傳栻，周家石，楊國杰等.鑄造工程師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997</p><p>　　摘要：本書是綜合性

99、鑄造專業(yè)技術(shù)手冊，除提供大量信息和數(shù)據(jù)外，也簡略地提到一些基本的理論知識和技術(shù)觀點，具有較強的實用性和可讀性。內(nèi)容包括：各種鑄造合金（鑄鋼、鑄鐵和鑄造有色合金）的特性和熔煉工藝要點；造型材料；鑄造工藝和鑄造工藝裝備的設(shè)計；各種特種鑄造工藝的特點以及鑄件的品質(zhì)（質(zhì)量）指標和主要檢測方法等。</p><p>　　[13] 葉榮茂. 鑄造工藝課程設(shè)計手冊[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1995.</p&g

100、t;<p>　　摘要：本書是為適應高等院校鑄造專業(yè)學生進行砂型鑄造工藝設(shè)計的需要而編寫的教學參考書。編寫過程中，參考了國內(nèi)主要的鑄造工藝設(shè)計經(jīng)驗材料和各高等院校的鑄造工藝設(shè)計手冊。</p><p>　　附錄B ：英文原文及翻譯</p><p>　　連續(xù)鑄造機設(shè)計與過程控制仿真技術(shù)的應用</p><p>　　本文介紹了由康卡斯特公司在流程模擬的場實施的最

101、新解決方案，并說明了連鑄機的工程及連鑄過程控制采用有限元法（FEM）模型。其提出的第一個應用是新的綜合模具的概念，它結(jié)合了管模和板模的好處在設(shè)計中采用有限元模型。第二，給出了康卡斯特實時凝固固化模型。文章描述了這種模型無論是在穩(wěn)態(tài)和不穩(wěn)態(tài)情況下使用時用于控制二次冷卻以及控制機械輕壓（MSR）作為實際鑄造參數(shù)，如溫度的函數(shù)，鑄造速度，冷卻強度?，F(xiàn)場結(jié)果表明，該模型使我們能夠提高連鑄鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。最后，是對于連鑄機的設(shè)計模塊化程序的開發(fā)提出

102、。這種集成方案是基于有限元法和CAD以及一個允許快速優(yōu)化的設(shè)計變量連接在一起。這種方法有助于更快和更有效的在項目的早期階段，定義任何連鑄機，從而節(jié)省時間和成本。</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　在連鑄過程中數(shù)學模型（熱機械行為）有著越來越廣泛的使用；部分是因為更大的處理能力和當今較低的計算機成本，還有一部分是由于連鑄產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷增

103、加，推動鋼鐵企業(yè)采用設(shè)計技術(shù)和過程控制更復雜的連鑄機。此外，連鑄是一個復雜的過程，具有很高的獨立變量的數(shù)目和內(nèi)在性水平。通過現(xiàn)場儀表的過程收集了大量的數(shù)據(jù)，并統(tǒng)計分析它們，從中得到有意義的信息，這使得使用模型更具吸引力。</p><p>　　從一個連鑄機供應商的角度來看，技術(shù)創(chuàng)新的周期已越來越短，因此，它是將實踐經(jīng)驗及時融入下一輪設(shè)計的重要保障。從這個角度看，計算機模擬分析結(jié)果是一個有價值的工具，它能夠獲得更好的

104、理解的過程，縮短設(shè)計時間。</p><p>　　使用有限元法（FEM）在模具中設(shè)計模型</p><p>　　連鑄采用有限元法（FEM）模擬的創(chuàng)新型概念的發(fā)展在下面兩方面的進展中將說明：連鑄集成模具及大圓角半徑管的使用。兩者的發(fā)展都被集成在一個新的模板中施工，在一開始就已經(jīng)取代了歐洲傳統(tǒng)的連鑄機。</p><p><b>　　集成模具：</b>&

105、lt;/p><p>　　該集成模塊的核心部件是一個銅管，具有比傳統(tǒng)的管狀模具一個更薄的壁（通常為34毫米265×385毫米）。綜合型模具的優(yōu)點是：</p><p>　　1.在板模具中，夾緊系統(tǒng)不能確保在拐角處的板之間的接縫保持緊張。數(shù)次加熱后，板之間的間隙（可達十分之幾毫米）產(chǎn)生，這導致鑄坯 [1]表面外觀上的缺陷。而這個問題完全被集成設(shè)計消除。</p><p&g

106、t;　　2.模具的排列更為簡單，因為在模具的整個生命期內(nèi)，模具型腔始終保持在同一位置上，在模具的整個生命期內(nèi)，這種位置的變化是再加工的效果。</p><p>　　3.由于銅管在鑄造過程中的溫度較低，在更均勻的溫度下，模具的壽命時間延長了。引起銅熱裂紋和永久變形這兩種情況過多的溫度被淘汰。</p><p>　　在集成的模具中，薄壁管需要得到支持，因為它不會是穩(wěn)定的，因此，它被放置在不銹鋼背板

107、（圖1）。</p><p><b>　　圖1 模具管和背板</b></p><p>　　仿真技術(shù)的應用： </p><p>　　管板是由特殊形狀的支撐裝置沿管外表面放置連接。這些支架可以防止在管軸的模管變形，同時允許自由熱膨脹的方向。背板和銅管一起組裝形成一個盒狀單元（圖2）。</p>&

108、lt;p>　　圖2在水上傳送帶組裝的墨盒</p><p>　　集成模具代替?zhèn)鹘y(tǒng)坯板模具的設(shè)計。它可以被納入一個新的設(shè)計，或替換現(xiàn)有連鑄機模具。在這種情況下，筒（模管加上板）的外尺寸取代對應于板模具的尺寸，并且在同一位置保持在同一性。</p><p><b>　　水冷卻設(shè)計：</b></p><p>　　在集成的模具中，水冷卻與水通道類似于

109、平板模具。通過在槽內(nèi)形成的通道，加工在銅管外表面和支承板。此設(shè)計已被選中，因為它允許通過一個最佳的安裝的插槽優(yōu)化模具周邊的溫度分布。</p><p>　　采用有限元模型對槽進行了優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)選擇儀表模具，運用兩種方法來計算從給定的模具的冷卻槽到冷卻槽內(nèi)溫度分布。在計算上更簡潔的方法是使用基于迪圖斯-貝爾特公式。這種相關(guān)性與傳熱系數(shù)、水流入渠道水力直徑,雷諾數(shù),普朗特數(shù),努塞爾特數(shù)相關(guān)。本文的實證方法是通

110、過模擬水的湍流冷卻槽，從得到的速度和溫度分布計算傳熱系數(shù)進行驗證。這2種方法被認為是在合理的條件下進行。</p><p>　　圖三顯示了3種情況下的比較：板模具使用新的板（a），板具有最小的厚度（b），和集成的模具（c）。圖中顯示的是銅板溫度，且截面是在通過模具的熱通量的最高水平。因其壁薄，在新的條件下集成模具相比板模能在更低的溫度下（90–100K）工作。</p><p>　　a.板模具

111、與新板 b.最小厚度板 c.集成模具</p><p>　　圖3.溫度分布：板模具與集成模具比較</p><p>　　另外，在拐角處的溫度更均勻地分布，并且鄰近于板模具的板之間的接縫的熱點已被淘汰。這里的主要區(qū)別在于筒狀鑄模允許放置非常接近冷卻槽的角落，而板模具是由需要緊化的固件提供了空間。</p><p>　　模具圓角半徑的優(yōu)化：<