PAGE\*Arabic1PAGE\*Arabic1設計說明書題目：飛輪的鑄造工藝設計學生姓名：學院：學院班級：指導教師：2023年4月22日飛輪的鑄造工藝設計及數值模擬摘要：綜合分析了該飛輪的形狀尺寸，合理的選擇了鑄造工藝方法，確定了相關鑄造工藝參數。基于企業實際生產，對澆注系統、冒口冷鐵設計、工裝等進行了設計。采用UG三維軟件進行實體建模，并通過procast數值模擬軟件進行模擬，分析了軟件充型過程、凝固過程，預測了鑄件縮松位置進行，最終確定鑄造工藝設計方案的可行性。關鍵詞：飛輪；球墨鑄鐵；鑄造工藝；procast模擬；Abstract:Theshapeandsizeoftheupperboxofthegearboxwerecomprehensivelyanalyzed,thecastingprocesswasreasonablyselected,andtherelevantcastingprocessparametersweredetermined.Basedontheactualproductionoftheenterprise,thegatingsystem,risercoldirondesign,toolingandsoonaredesigned.UGthree-dimensionalsoftwarewasusedforsolidmodeling,andprocastnumericalsimulationsoftwarewasusedforsimulation.Thefillingprocessandsolidificationprocessofthesoftwarewereanalyzed,andtheshrinkagepositionofthecastingwaspredicted.Finally,thefeasibilityofthecastingprocessdesignschemewasdetermined.KeyWord：Gearboxupperhousing;Ductileiron;FoundryTechnology;procastsimulation;PAGE\*Arabic3PAGE\*Arabic3目錄TOC\o第二章機用飛輪工藝分析 32.1零件圖與技術要求 32.2飛輪結構分析 32.3飛輪的工藝分析 4第三章鑄造工藝方案設計 63.1造型及砂芯制造方法選擇 63.2鑄型類型的選擇 63.3澆注位置的選擇 63.4分型面的確定 83.5砂箱中鑄件數量和吃砂量的確定 93.6鑄造工藝參數的確定 103.6.1鑄件機械加工余量公差 103.6.2機械加工余量的選擇 113.6.3鑄件收縮率 113.6.4起模斜度 113.6.5最小孔鑄出及槽 123.7砂芯的設計 12第四章澆注系統的設計 164.1澆注系統類型的選擇 164.2澆注時間的的計算 164.3澆注系統尺寸的確定 174.4冒口的設計 194.5澆口杯的設計 194.6冷鐵的設計 204.7出氣孔的設計 20第五章鑄造工藝裝備的設計 215.1模板的設計 215.1.1模樣材料的選擇 215.1.2模樣結構 215.2砂箱的設計 225.2.1模底板的壁厚和加強肋設計與確定 225.2.2砂箱 225.3芯盒的設計 23結論 25致謝 26參考文獻 27全套設計加QQ11970985或197216396PAGE\*Arabic4·PAGE\*Arabic4第二章飛輪工藝分析2.1零件圖與技術要求飛輪零件圖如圖2.1所示。圖2.1飛輪零件圖零件技術要求1.材質：ZG270-500;2.未注圓角R5;3.螺紋孔倒角均為C5;4.鑄件應人工時被處理;5.造型材料：樹脂砂此次分析的飛輪鑄件結構簡單，壁厚較均勻，且生產批量小。這里為保證生產效率，降低制造成本，在這里使用了砂型鑄造工藝。使用樹脂砂的造型的好處：(1)樹脂砂與粘土砂相比尺寸精度更高，表面粗糙度較低，可以降低廢品率。(2)能夠常溫自硬成型，價格比較低廉。2.2飛輪結構分析飛輪是一種筋板的主要部分，如圖2.2所示，材料為ZG270-500，成批生產。鑄件底部會承受一定載荷，因此要求鑄件內部不能有縮孔、裂紋等缺陷。圖2.2飛輪鑄件三維圖通過對鑄件結構的分析，功能的質量要求，應用范圍以及材料研究，作出鑄造方案和工藝設計。一般情況下，鑄件可能存在的缺陷涉及到縮孔、縮松、夾渣、氣孔、砂眼等,這其中80%的缺陷都是可以通過改善鑄造工藝來避免的，也可以通過后期的處理來消除。2.3飛輪的工藝分析砂型鑄造工藝的方案包括有造型與制芯方法的抉擇，鑄造工藝的參數，澆注系統設計等一些內容。如果想要指定最佳的方案，一開始應該對零件的結構能夠詳細的進行鑄造工藝性分析[1]。零件最大輪廓尺寸為?1260*250mm，整體結構對稱，壁厚整體均勻(最小壁厚參考表2.1），屬于小型鑄件。對于ZG270-500材質來說，這種結構與壁厚可以滿足鑄造工藝對材料流動性的要求，鑄件壁厚均勻，也不會有大熱節造成鑄件縮孔縮松。表2.1鑄鐵鑄件最小壁厚參考（mm）鑄鋼種類鑄件的最大輪廓尺寸＜200200～400400～800800～12001250～3000ZZG270-5008.07～99.09～1011.012141616～1820ZG270-500材料性能及參數如下：牌號：ZG270-500標準：GB/T9439-2010ZG270-500有六個牌號，其中ZG270-500是合金的縮寫，500指最小抗拉強度。其性能優點在于：鑄造與緩震性能，具有一定的抗拉特點，主要作為生產受較大壓力和振動零件的材料。第三章鑄造工藝方案設計3.1造型及砂芯制造方法選擇砂型在鑄造過程中，最初要進行的程序是造型（芯），這個是最基礎的。一般情況下分為手工和機器兩種造型。手工的工藝裝備比較基礎，操作比較靈活且很好適應；機器對人力的使用較少，能達到很好的品質要求和尺寸的精度，但是需要最先做好準備工作，一般對于生產量大的零件適合。此零件生產的批次是批量生產，因此是機器造型最常用的方法。3.2鑄型類型的選擇不論從費用、生產時間、操作水平程度等考慮都需要優先使用濕型澆注。目的是得到質量比較好的鑄件并且經濟效益取得最高的，另外還考慮到材料的成本和來源、工業衛生及環保方面的要求，綜合這些因素，因此會優先選擇濕型的粘土砂，同時要求型砂具備良好的流動性、透氣性，為了能夠得到光滑的鑄件表面，型砂的砂粒應當細小一些，可使用中粒偏細的砂，額外加上一定量的煤粉。3.3澆注位置的選擇由鑄件結構進行分析，鑄件的其他加工表面都與底部的操作端有關。如何將鑄件放入砂箱，放置方位，合理的澆注位置對分模、砂型的造型、砂芯的設置、鑄后的開模、型砂后期的清理等各個環節都有重要影響。鑄造位置的確定是鑄造工藝設計的重要組成部分。正確的鑄造位置應確保鑄件的成型、制芯以及清潔的方便。合理的鑄造位置的選擇關系到鑄件的內在質量、尺寸精度和易成形性。根據鑄件結構特點，選擇正確合理的澆注位置，促進澆注時金屬液能順利進入型腔，及時充滿型腔，凝固時保證各部位區域能順利凝固，冒口設置也是直接與澆注位置相關，可以肯定的澆注位置是鑄造工藝設計的第一步，也是重要的一步，對鑄造出完整、質量優異的鑄件毛坯至關重要。該飛輪零件，整體尺寸不大，零件特征主要以平面構成，澆注位置方案如圖3-1所示，列舉了如下3種方案：（a）澆注位置方案一（b）澆注位置方案二（C）澆注位置方案三中圖2-1a所示的澆注位置，鑄件大平面位于上方，易出現夾砂、氣孔等缺陷。圖2-1b所示的澆注位置砂芯為懸臂芯，不利于砂芯的定位與穩固支撐，且不便于冷鐵、冒口的放置。圖2-1c所示的澆注位置砂芯位于下型，有利于下芯、定位、固定、排氣，且鑄件大平面位于下方，可保證鑄件的質量，是該鑄件最佳的澆注位置。因此，選用圖2-1c所示的方案。系統的比較以上3種方案優點和缺點，選擇方案3。3.4分型面的確定分型面設置是便于砂型的造型，模樣的設計與后期模樣的設計，它影響到澆注系統的設計，砂芯的設置等，對鑄件精度及鑄件質量有重要影響。分型面是鑄造部件之間的接觸面，通常情況下在設計分型面時需遵守一部分原則。如：應把鑄件主要部分放在同一個砂型，盡量減少分型面的數量，最大可能的選在零件的最大截面部位等原則。砂型鑄造工藝設計中，對分型面的選擇積累了很多實用、成熟的經驗，這里列舉如下：①分型面的定位，需要最大可能的把零件的重要部分或者全部放在一個砂型中，這樣有利于砂型制造。②分型面數目的一般原則，分型面少，便于鑄件儲存精度，砂箱數量少。③分型面一般選擇零件的大截面或平面，要確保分型面設置合理，砂箱高度要求適中。④分型面的設置就決定了鑄型結構與砂芯安裝與定位方式，因此，必須保證砂芯的安裝方式，定位可靠，且便于檢查型腔尺寸。⑤分型面是砂箱合箱位置，分型面既不能削弱鑄件本身的強度，又要保證加工余量適中，要求便于砂箱的開模，各澆道與型砂的定時清理。此飛輪零件底面需要與機床工作臺接觸良好，也要為保證零件重要表面鑄造質量。根據前面分析的澆注位置，設計了兩種分型面方案。(a)分型面方案一(b)分型面方案二圖3-2鑄件分型面分型面a與b方案對鑄件有不同的影響，a所示零件位于不同一砂箱內，中間會因為砂型錯位造成的偏差，工件對半分開，有利于減少砂芯的數量。方案b把分型面設計到飛輪的下部臺階面，使用兩箱造型，使砂型制造難度降低，這種設置，把鑄件的重要部分都放在了下砂型，使鑄件出現較少的缺陷。也利用頂部設置冒口對于鑄件進行補縮。綜上，本設計中的飛輪鑄件的分型面選擇分案二。3.5砂箱中鑄件數量和吃砂量的確定下一步的方案要確定鑄件在壓槽中的數量，在選擇工藝方案時要確定防止幾個鑄件在一個砂箱中，這是設計澆注冒口的基礎。為了降低成本，提升出件效率，在滿足良好的工藝要求和良好的質量條件下，箱中放置的鑄件多了會更好。由模樣平均輪廓尺寸確定吃砂量。模樣平均輪廓尺寸計算[17]:（3-1）式中：A—模樣平均輪廓尺寸（mm）；L—模樣在分型面的最大長度（mm）；B—模樣在分型面的最大寬度（mm）；由上式可得模樣平均輪廓尺寸為?2520mm。由《鑄造手冊》[17]查表3-55確定吃砂量為50，采用一箱一件。表3.1中小型砂箱平面的尺寸。表3.1推薦中小型砂箱尺寸砂箱尺寸(mm)500×400600×500800×6001000×8001400×1400造型機ZZ145Z146AZB148AZB1410ZB1510砂箱高度要根據模樣高度、直澆道壓頭來確定，零件總體尺寸為?1260X250mm。在生產線澆注系統。使用的是樹脂自硬砂造型制芯，上下砂箱的高度可以不一樣。3.6鑄造工藝參數的確定3.6.1鑄件機械加工余量公差這兒的機械的加工剩余量簡單稱為加工余量，為了讓鑄件加工尺寸更加精確，鑄造工藝設計中預先添加的金屬量，而且在物理加工中需要切割的金屬的尺寸，其等于鑄件公稱尺寸減去零件公稱尺寸，其主要受鑄造合金，工裝設備水平，澆注位置等影響。鑄件的尺寸公差

CT，其精度等級從高到低有1、2、3……16共16個等級；加工余量由代號RMA所表示，它分為十個等級，分別為A、B、C、D、E、F、G、H、J和K。表3.2為砂型鑄造一般情況下要求的鑄件機械加工余量等級和其公差等級表。表3.2砂型鑄造鑄件公差等級造型材料CT/MA鑄鋼ZG270-500球墨鑄鐵可鍛鑄鐵銅合金輕金屬合金干、濕砂型13-15/J13-15/H13-15/H13-15/H13-15/H12-14/H自硬砂12-14/J11-13/H11-13/H11-13/H10-12/H9-11/H單件和小批生產時鑄件公差等級及與之配套的加工余量等級（摘自GB/T1350-89）鑄件材質為ZG270-500，由于該鑄件材料為ZG270-500，并且采用機械造型濕砂型鑄造方法，查表3.2選用公差等級CT13-CT15，考慮到工廠的生產效率和操作的工藝性，故選擇CT13。根據最大尺寸、砂型手工造型、零件尺寸公差以及公差等級進行查詢。查表（GB/T6414－1999）得機械加工余量等級為K取13mm。3.6.2機械加工余量的選擇為了確保零件的加工精度，在這個過程中，增加了一層金屬厚度，可以在加工過程中去除。這一層金屬稱為加工余量。它一共有十個級別：A，B，C，D，E，F，G，H，J和K，用“RMA”表示[3]。查表（GB/T6414－1999）得機械加工余量等級為K取5mm，如圖3-3所示需要加工的表面均留加工余量的位置。圖3-33.6.3鑄件收縮率根據產品大小，產品壁厚，綜合線收縮率包括鑄件收縮和砂型膨脹。鑄件收縮率又叫做鑄件線收縮率或者鑄件比例尺，是用外觀長度與鑄件長度之差除以鑄件長度的百分比來表示的[12]：(3-2)ε—鑄造收縮率；—模樣長度；—鑄件長度；通過《鑄造手冊》表3-67；來看，中小型鋁合金它的收縮率為0.8~1.0%，本工藝取1.0%.3.6.4起模斜度為了便于造型和砂芯的取出，并且不讓造型和砂芯由于起模時因為結構問題受到破壞。為了防止這個現象的發生，應該在起模的地方留一定的斜度。這個斜度稱為起模或拔模斜度[12]。為方便鑄件能順利從鑄型中脫離出來，模樣的拔模斜度必須要與出模方向保證相同方向。鑄件中部起升高度341mm，尺寸公差等級CT12。根據表3-14，鑄件的提升坡度為1.2，鑄件的提升坡度為2。均滿足零件的技術要求。由于鑄件壁厚較大，選用材料厚度較小的鑄件角。3.6.5最小孔鑄出及槽砂型鑄造太小的孔一般不鑄出，可根據表3.5選擇。表3.5砂型鑄件內孔最小最小尺寸表生產批量最小鑄出孔直徑灰口鑄鐵件鑄鋼件大量生產成批生產單件、小批生產12～1515～3030～50－30～5050該零件為單件小批量生產零件材料為ZG270-500孔最小直徑>30mm，從零件圖上看零件其中中心孔位置用砂芯鑄造出來，其余面孔位置均選擇不鑄造出。3.7砂芯的設計砂芯是用砂芯在芯盒內制成的一種芯。作用是用來形成鑄件的內腔、成型孔和鑄件形狀不能成型的零件。有時可以用砂芯來替代砂型中有特殊要求的部分[4]。砂芯設計必須遵守的一些原則有：盡量降低砂芯的數量，對于鑄件壁厚要保證均勻，要選擇合適的砂芯形狀，也要保證砂芯有一定的強度哥硬度。另外要特別注意在其過程中砂芯內氣體的排放等。而且鑄件最后冷卻時不能有太大阻力，否則會影響其收縮；也需要考慮其后續清理操作。型芯是鑄造型材外的砂芯，與型腔內的液態金屬不接觸的部分。它的作用有定位和排出砂芯內氣體的功能，有水平芯頭和垂直芯頭兩種，本文中把砂芯設計為水平芯頭和垂直芯頭都需要用到，以此來提高砂芯的穩定性。本鑄件的芯頭高度各參數如圖3.6所示：圖3.6芯頭與芯座的間隙芯頭斜度圖3.7芯頭斜度芯頭斜度如圖3.7所示，通過表3.5得上芯頭斜度為15°，下芯頭斜度為15°。表3.5水平芯頭斜度芯頭高h152025303540506070用a/h表示斜度用角度α表示時上芯頭234567911121/510°下芯頭11.522.533.54561/105°壓環、防壓環和集砂槽的設計是為了很快的下芯、合型和保證鑄件的精度要求。圖3.8通過查鑄造手冊表2-4得，。砂芯如圖3.9所示，下方箭頭部分是圓形的砂芯，需要定位采用1個錐形芯頭，兩個是防止轉動的。飛輪內部相對復雜，如果單獨的把內腔部分做成砂芯，后期生產中難度過大，同時質量也不能保證，飛邊和毛刺也會增多，所以在飛輪內砂芯拆分成2個兩個活塊，這樣砂芯也簡化了，造型也省力。下圖為飛輪砂芯和活塊示意圖。圖3.9砂芯活塊示意圖砂芯通過在高溫的金屬液體，由于水分的蒸發和有機分解而燃燒，會產生一部分氣體，如果這些氣體不清除，它們將導致鑄件有氣孔，所以砂芯應配備通風口。設計的砂芯材料是自硬樹脂砂，其透氣性一般，在這里應該設置裝有排氣孔。由于飛輪結構簡單，所以不需要特別設置復雜的排氣孔，只要在上砂型設置幾個就可。第四章澆注系統的設計4.1澆注系統類型的選擇砂型鑄造工藝中，澆注系統的設計對金屬液的充型及凝固順序、補縮等起到重要作用，直接決定了鑄件的質量。本次設計采用半封閉式澆注系統，使其金屬液在澆道內穩定流動，充型速度相對來說很快，沖刷力大，因此根據鑄件尺寸與重量來綜合考慮澆道的截面。在澆注系統的設計中，應該嚴格的把握各個流道它們之間的距離。如果距離太近，在澆注過程中容易形成湍流產生的金屬氧化物，砂石進入型腔，造成型腔缺陷。到時候鑄件壁厚可能會不均勻，零件中心會有較大腔體。頂澆系統雖然結構簡單、比較方便的好處，但充型的過程中并不是很穩定，容易產生濺射、氧化、吸入等現象，往往導致夾渣、氣孔等缺陷。此外，還會對型腔內部產生很大的影響，容易導致砂孔、鐵豆的缺點。綜合分析，設計最后會選擇底注式澆注系統。1內澆道2橫澆道3直澆道4鑄件圖4-1澆注系統結構4.2澆注時間的的計算為進一步計算鑄件澆注系統及冒口消耗金屬量，這里采用鑄件工藝出品率計算澆注金屬液總質量：表4.1ZG270-500件工藝出品率[9]鑄件重量/kg﹤100100～1000﹥1000工藝出品率（%）單件小批生產65～7575～8080～90成批生產70～8080～8585～90大量流水生產75～8080～85-本鑄件的采用一模一件澆注方式，其鑄件重量1590kg，且為小批量生產，選擇工藝出品率為70%。澆注的時間是由鑄件他的高度以及型腔內金屬液面的上升的速度來確定，即(公式4-1)式中τ——澆注時間（s）H——鑄件高度（cm）255mmV——金屬液它的上升速度的平均值（cm/s）21~30mm/s-1太長的鑄造時間會使金屬表面產生比較厚的氧化層，會造成熔渣氣孔等缺陷。鑄件允許的最低液面上升率見表4.2。表4.2ZG270-500o最小液面上升速度鑄件最小壁厚/mm鑄件最小壁厚/mm

鑄件厚度/mm

鑄件厚度大于40mm以及所有水平位置澆注的平板鑄件

10-40

4-10

<4

最小上升速度/（mm.s-1）8-1011-20

21-30

31-100即澆注時間τ=255/21=12s4.3澆注系統尺寸的確定（1）澆注系統尺寸的確定根據《鑄造手冊》表3-146得:A直：A橫：A內=(1.5):(2.0):(1.0)由奧贊公式：（4-2）式中m為流經阻流斷面金屬液的總量為充填型腔的總時間μ為澆注系統阻流斷面的流量系數Hp為平均靜壓力頭高度Hp：對于底注式澆注系統Hp=H0-Hc（4-3）H0為阻流面之上液態的金屬它的靜壓頭；Hc為鑄件型腔的總高度則Hp=25.5cm。將上述四個參數值代入4-3得A阻=11.4cm2流道和直流道的橫截面面積可以基于每個部件所選擇的比例，以及通過計算所得內澆道總截面積，就可依次算出來。A內:A橫:A直＝1:（2.0）:（1.5）ZG270-500o鑄件密度為7.3*103gcm3由于澆包口為阻流面：所以A內=11.4cm2A橫=11.4×1.5=17cm2A直=17×1.25=21.5cm2采用單澆口設計，灌裝順暢。雙澆口是一樣的。內澆口和橫澆口的截面形狀和尺寸由以上數據可知。如圖4.2所示。圖4-2澆注系統截面4.4冒口的設計冒口是模具中容納液態金屬的空腔，一般冒口設置部位是設置在熱節點上部，排氣等。機用飛輪材質為ZG270-500，其收縮率查表約為0.8~1%，從壁厚分析可看出零件壁厚均勻。由于ZG270-500在凝固時會析出石墨并膨脹系數比較大，所以零件需要開設冒口。4.5出氣孔的設計排氣孔的設計就是用于排除殘留在型腔內的氣體。防止使鑄件內部出現缺陷而導致成品率降低。此外，出氣孔有利于金屬液的充型，可以減少鑄件缺陷的出現頻率。依照本本文中的工藝方案，由于機用飛輪結構簡單，因此只需要在上砂型任意設置幾個排氣孔就可以滿足，無其他要求。PAGE\*Arabic22PAGE\*Arabic22第五章鑄造工藝裝備的設計5.1模板的設計5.1.1模樣材料的選擇模樣按材料分有木模、鋼模、塑料模、氣化模，更加零件實際情況選擇金屬模為模樣材料，有制造方便、表面光潔、強度高等優點。模樣設計需要根據生產批量及零件結構復雜程度來確定。常用的模樣材料主要有木質材料、鋁質金屬材料等。木模之所以被人廣泛使用，第一是因為它的成本低，第二就是運輸方便，簡單易造。但也有一些缺點使得它不被接受：強度和精度卻達不到標準。與之相應的金屬模卻有著相反的特點，耐磨性好，尺寸精確，壽命長，但是其成本太高。因此根據本文飛輪鑄件工藝，其鑄型型腔尺寸較小、結構簡單，精度要求一般，選用木質模樣。5.1.2模樣結構模樣在分型面處分為上模和下模。為了避免鑄件發生錯型等缺陷問題，模樣要連接堅固，定位也必須準確。圖5-1砂型制造流程考慮到鑄件收縮率，模樣尺寸需要設計時需要較鑄件本體放到收縮量。保證上下砂箱合型面精度要求，要求上下型錯模量不得大于1mm。結合樹脂砂造型的，需要保證砂型能夠連續放砂，鑄造砂型的設計需要采用型板，型板上設計定位孔，安裝定位銷。其中，模樣的收縮率為K=1%；PAGE\*Arabic23PAGE\*Arabic23零件鑄造工藝附加尺寸中更具前面為3mm；起模斜度為1.2mm；非機械加工壁厚的負余量為-0.5。5.2砂箱的設計根據本鑄件的材料，選用鑄鐵模板。模板結構尺寸的設計及尺寸的計算（1按下式確定模底板的平面尺寸：A0=A+2bB0=B+2b（2）模底板它的高度：高度是按照使用的要求來確定的。普通的平面式模底板：H=80~150mm（3）模底板定位銷孔中心的距離：模底板定位銷孔中心距和它所配的砂箱它的定位孔中心距相符合。5.2.1模底板的壁厚和加強肋設計與確定（1）按照模底板的平均尺寸和它選用的材料壁厚以及加強肋的厚度和它連接圓角的半徑r，可用：=15mm，=12，。（2）加強肋的布置：加強肋之間的距離為。（3）模具底板與砂箱定位裝置:模具底板與砂箱之間采用定位銷、銷套定位[14]。結論：根據上面的敘述，在滿足以上要求后得出模底板的長為1000、寬為900。5.2.2砂箱在砂型鑄造的過程中，砂箱是必要的。在手工造型的時候，對砂箱沒有那么嚴格的要求，但是在機械造型的時候，要求會高一點。如果能夠合理地設計砂箱的尺寸，對鑄造生產的過程的益處是非常大的。砂箱有多種材料，有木質、鑄鐵合金等。還有手抬、吊運和滑道等搬運方法。形狀也多樣，有方形、長方形和環形。同時還分為整鑄、連接和拼湊三種鑄造方法。本設計選用整鑄式砂箱，材料為ZG270-500，ZG270-500有很多種類、花費不高，制作起來比較方便，并且有高強度和剛性。根據鑄造工藝手冊選，，，。在砂箱上設置了定位裝置以后可以保證尺寸精度，還可以防止合箱的時候錯位。定位的方法有很多，要根據生產條件選擇。常見的方法有楔定位、定位銷定位、箱垛定位等。本設計選用箱垛定位。圖5-5工藝示意圖5.3芯盒的設計圖5-6芯盒示意圖鑄造工藝的模擬與分析本次鑄造工藝采用Procast軟件中的模擬成型數據，高度模仿了真實鑄造工藝，以及其中所出現的一些問題，對砂型鑄造的沖型過程的速度場，凝固過程的速度場、溫度場，以及最終結果所產生的缺陷進行了模擬，對本次模擬進行了大量的工藝分析，以實現工藝優化的目的。如圖5.1為Procast的模擬流程圖。圖5.1Procast模擬流程圖5.1模型的導入以及網格的劃分本次模擬采用Pro/E繪制三維模型，模型導入Procast中mesh部分進行網格劃分，為了能夠在滿足鑄件模型的精度及可觀的情況下模擬鑄件的充型及凝固過程，一般情況下，對鑄件和鑄型進行了不均勻網格劃分，網格數量越多、劃分的越細模擬仿真時越真實，結合計算機計算能力并在保證鑄件模型的精度下，對網格劃分如下，如圖5.2所示。圖5.2方案1中不均勻網格劃分示意圖5.2鑄造參數設定以及模擬在模擬澆鑄的過程中，有一些非常重要的參數：澆注時間、澆注溫度、砂型、鑄件、冷鐵等材料設置以及界面間的換熱系數。鑄件材料為QTRSi4Mo，模擬澆注溫度為1440℃，澆注時間約為6s，砂型為酯固化堿性酚醛樹脂砂。在金屬鑄件的結晶凝固過程中，由于金屬液所產生液體、固體凝固收縮和鑄型材料的膨脹，在鑄件和鑄型之間形成鑄件/鑄型的界面，由于二者之間的接觸通常是不完全的，存在一定的界面熱阻。同時他們的接觸情況也是在不斷變化的。在一定情況下，他們之間會形成氣隙。還有鑄型涂料的因素等，造成鑄件/鑄型的界面傳熱、導熱是一個非常復雜的狀況，在微觀上同時存在著金屬/鑄型的接觸傳熱、金屬與鑄型間隙中氣體的導熱以及表面的熱輻射等。在鑄件凝固過程中，鑄型沒有相變過程，故可看作無內熱源的熱傳導問題。鑄件與鑄型之間的熱傳遞過程，用熱傳導率來處理交界處的邊界條件。Procast對于熱傳導率有自己的數據庫，可以根據材料的屬性查到對應的熱傳導率。在凝固過程的數值模擬中，通過引入金屬/鑄型界面換熱系數hi來處理這種換熱，（式5.1）式中：q--通過鑄件/鑄型界面出的熱量，J/(m2·s)；hi--界面換熱系數，J/(m2·s·℃)；TW1--界面處鑄件的溫度，℃；TW2--界面處鑄件的溫度，℃。由上式我們只需要測得在凝固過程中鑄件/鑄型兩側的溫度，并且已知通過鑄型界面的熱量就能求得界面換熱系數hi。根據實驗測得灰鑄件與砂型實際溫度場的界面換熱系數為500W/(m2·K)，其它材料之間的界面換熱系數取Procast材料庫中的數據。換熱系數根據Procast數據庫可得，如表5.1。表5.1換熱系數接觸面類型換熱系數[W/(m2·K)]金屬-金屬10001500金屬-砂500砂-砂200300固體-空氣510固體-冷空氣1001000固體-水30005000金屬-冷鐵20005.3模擬結果及分析鑄件鑄造充型過程在鑄造生產過程中起著重要作用，許多鑄造缺陷，如卷氣、夾渣、縮孔、冷隔等都與充型過程有關。可以看出為了控制充型順序和流動方式以獲得優質鑄件，對充型過程進行數值模擬很有必要。本研究對以上第一種方案鑄造過程仿真模擬、缺陷預測并進行工藝優化。5.3.1充形過程仿真模擬方案1的充型過程（中間注入式）如圖5.3所示：如圖中所示為方案1金屬液進入鑄件型腔時的充型過程。由充型時間場可知從金屬液進入型腔至充型完畢共需要12s。內澆口開設在底部，避開金屬液直接沖刷砂芯。從整個充型過程可以看出，方案1從中部引入金屬液，金屬液充型過程平穩，不容易發生激濺、氧化，金屬液充型順序自下而上，有利于汽化的渣、氣體上浮和排出，不會卷入到金屬液中。此充型過程體現出底注式澆注系統的優點，內澆道充滿金屬液，充型較為平穩，可以考慮采用。小結鑒于當下疫情形勢的好轉，在開學處，我便在在校做畢設與去企業做畢設中做出了選擇。對于設計類別的畢設，個人建議還是去企業好一點。當然，我也是這么做的。我所選擇的畢業設計課題來源于江蘇精棱鑄鍛股份有限公司里的飛輪鑄件。我所在的實習單位也正好是這個公司。在部長等人的幫助下，最終完成了本次的畢業設計。初入企業，我并未著急于進行畢設，而是跟著老師傅學習了一下鑄造的相關內容。接連幾天下車間，收獲頗多。在熟悉砂型、砂芯、砂箱、工裝等后，更是見識到了鑄件整個工藝的實際操作流程。在熟悉差不多后，便開始可該飛輪的工藝設計。對于該鑄件，我并未采取先模擬后設計再模擬的方案，而是采取整體設計最后模擬的方案。實際上，我所在的企業也是這樣進行的。該說明書內容中澆注系統、冷鐵冒口的設計也是經過多次模擬后得到的最理想的結果。借助現有的鑄件二維圖，對鑄件的結構、尺寸、材料、技術要求、工藝要求等進行了分析。同時借助UG三維建模軟件畫出了鑄件的毛坯圖。接著，便是考慮其澆注系統的設計了，在進行一番分析與計算后，便進行了三維建模。初次設計，還是遇到了一些問題，還好在部長的幫助下，最后還是完成了澆注系統的設計。最初的工藝設計方案并沒有設計冒口，而冷鐵的數量也是比現在的多的多。在中期答辯的過程中，現場的老師指出了冷鐵的問題，令我幡然醒悟，遂在答辯之后，我對工藝方案進行了更改，故才有了現在的方案。冒口方面，我摒棄了以往的傳統冒口，選用了發熱保溫冒口，將其放置于鑄件高出且壁厚部位。當整個鑄造工藝三維圖完成之后，便使用procast模擬軟件進行了模擬。結果還算盡人意，充型、凝固、縮松均無較大問題，故最終確定了該方案可行性。隨后便是一些工裝的設計，當所有的設計完成后便可進行實際的生產。畢竟是初次進行鑄造工藝的設計，該設計方案多多少少還是存在些問題。我相信，在以后不斷的學習中，我的水平必有所提高。參考文獻[1]李榮德，米國發.鑄造工藝學[M].北京：機械工業出版社，2013：4.[2]赫石堅.現代鑄鐵學[M].北京：冶金工業出版社，2009.[3]葉海定，張顯旺，劉端.地鐵用球墨鑄鐵齒輪箱體鑄造工藝設計[J].鑄造工藝技術，2020(7)：774-778.[4]董選普，李繼剛.鑄造工藝學[M]．北京：化學工業出版社,2009：24.[5]李榮德，米國發.鑄造工藝學[M].北京:機械工業出版社,2013:107-110.[6]中國機械工程學會鑄造分會鑄造手冊[M].機械工業出版社，2002.[7]劉瑞玲，范金輝.鑄造使用數據速查手冊[M].北京：機械工業出版社，2014：54.[8]李晨希.鑄造工藝設計及鑄造缺陷控制[M]．北京：化學工業出版社，2009.[9]董選普，李繼剛.鑄造工藝學[M]．北京：化學工業出版社,2009：69.[10]彭凡，原曉雷，薛蕊莉.現代鑄鐵技術[M]．北京：機械工業出版社，2018：192.[11]陳文珂，黃韋，周運海.球鐵后橋殼的鑄造工藝設計及數值模擬[J].精密成形工程，2013，