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1、第19卷 第1期郑州工业大学学报Vol119No111998年 3月JournalofZhengzhouUniversityofTechnologyMar11998铸钢件铸造工艺计算机辅助设计 刘新田 马艳萍 (郑州工业大学材料系)(西北轻工业学院,咸阳,712000)摘 要 对铸造工艺设计中的铸件模数计算、补缩工艺的设计方法及浇注系统设计等几个关键问题进行讨论,并给出了相应的计算机程序。开发了具有功能全面、使用方便、适用面广等特点的铸钢件铸造工艺计算机辅助设计软件。关键词 铸钢;冒口;浇注系统;计算机辅助设
2、计中图分类号 TG26铸造工艺CAD是计算机技术在铸造行业中应用的重要内容。完整的铸造工艺CAD应包括工艺设计优化和凝固过程模拟两个方面。铸件凝固及相应的铸型充填是铸造工艺的基本问题,大部分铸造缺陷产生于这一过程或与之密切相关,但由于该项问题复杂、难度较大,在实际生产中不得不更多地依赖于经验。目前,利用数值模拟并辅之以几何模拟数据库,已经能较为有效地做到控制凝固过程及预测铸件缩孔缩松及裂纹等缺陷。在铸造工艺CAD中,冒口和浇注系统设计是两个很重要的内容。目前国内工厂常用的[1]冒口设计方法有多种,如模数法、热节圆法、比例法等,但
3、这些方法使用过程中人为因素[2]占较大的比例。在利用计算机进行冒口设计时,比较合适的是三次方程法。利用动态模数法求解三次方程,可以较为准确地确定冒口尺寸,因此也是当前应用较多的方法。1 程序结构本程序由一个主程序和四个子程序模块构成。四个子程度模块分别是:(1)模数计算模块(2)冒口计算模块(3)浇注系统计算模块(4)图形显示模块模块(1)主要完成对铸件的几何量、物理量进行计算,如铸件的散热面积、体积、模数和重量;模块(2)主要完成铸钢件冒口尺寸、种类的设计;模块(3)主要完成铸钢件浇注系统的设计;模块(4)完成对各浇道断面形状
4、和尺寸的显示,冒口的种类、尺寸和形状的显示以及显示具体铸件浇冒系统设计的工艺图。主程序框图如图1所示. 收稿日期:1997-07-15 第一作者 男 1963年4月生 博士学位 副教授©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.24 郑 州 工 业 大 学 学 报 1998年2 模数计算 铸件几何、物理量的计算主要是为了确定铸件的模数的重量,它们是铸造工艺设计的两个重要参数,直接影响着工艺设计结果的精度。2.1 计算方法铸
5、造中所遇到的铸件的形状是各种各样的,铸件的体积和表面积计算没有统一的公式可利用。对于简单形状铸件,模数计算较容易,但对于形状复杂的铸件,模数的计算是很困难的。然而,任何复杂的铸件总可以看成是由几种较为简单的几何体组合而成。因此,适当地选择这种为数不多的简单几何体,就能够组合成各种不同形状的铸件。这样就把铸件的体积、表面积、重量和图1 主程序框图模数等参数的计算问题归结为简单几何体的计算,从而使问题大为简化。这种计算方法称[3,4,5]为组合形体法。组成铸件的基本几何体可分为四类:简单形体、等截面单元体、回转单元体和不规则形状单元
6、体。具体计算公式的推导另有详细叙述。用组合形体法求出每一部分的模数和相应的体积,进而可求出铸件的重量。2.2 程序设计利用前述的组合形体法及有关计算公式,编制计算机程序,即可完成体积、重量、模数等铸件的几何、物理量计算。其计算程序框如图2.3 冒口设计3.1 设计原理为了得到致密健全的铸件,冒口必须能充分补缩铸件。为此必须满足以下三个条[6]件:①冒口系统的凝固应当晚于铸件的凝固,以保证对铸件提供必要的补给金属。②冒口要能根据设计的要求提供足够的金属液来补偿铸件的液态收缩、凝固收缩以及由于型腔扩大而增加的体积。③冒口和铸件受补缩
7、部位之间要保持一定的温度梯度和凝固梯度,以保证补缩通道的畅通。©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第1期 刘新田等 铸钢件铸造工艺计算机辅助设计25图2 模数计算程序框图3.2 用动态模数法求解冒口尺寸采用模数法计算冒口,一般取Mr=1.1～1.2Mc,冒口补缩效率η=14～20%。应用这种方法计算冒口的前提是,冒口模数Mr和当量体积Vr以及铸件的模数Mc和当量体积Vc始终保持不变。但是,在冒口/铸件的凝固体系中,从金属液浇注完毕至凝固结束
8、,Mr、Mc、Vr、Vc等参数实际上一直处于动态变化过程中,铸件的当量体积最后增加到Vc+εVc,冒口的残余体积减少为Vr-εVc,它们的模数分别为:©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsre
