计算机辅助工程在精密铸造中的应用

《计算机辅助工程在精密铸造中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、计算机辅助工程在精密铸造中的应用1引言：精密铸造是用可溶（熔）性一次模型使铸件成型的方法。精密铸造的最大优点是表面光洁,尺寸精确，而缺点是工艺过程复朵，生产周期长，影响铸件质量的因素多，生产中对材料和工艺要求很严［1］。在生产过程中，模具设计和制造占很长的周期。一个复杂薄壁件模具的设计和制造町能需一年或更长的时间。随着世界工业的进步和人们生适水平的提高，产品的研发周期越来越短，设计要求响应时间短。特别是结构设计需做些修改时，前期的模具制造费用和制造工期都HH地浪费了。因而模具设计和制造成为新产品开发的瓶颈。计算机辅助工程的发展，使得传统产业与新技术的融合成为可能。三维CAD

2、nJ'以把设计从画图板中解放出来，大大简化了设计者的设计过程，减少出错的儿率。并且随着快速成型（RP）技术,特别是激光选区烧结工艺（SLS）的发展［2,3,4］,三维模型可以通过RP设备，快速转变成精密铸造所需的原型，打破了模具设计的瓶颈。另外在传统铸造中，开发一个新的铸件，工艺定型盂通过多次试验，反复摸索，最后根据多种试验方案的浇铸结果，选择出能够满足设计要求的铸造工艺方案。多次的试铸要花费很多的人力、物力和财力。采用凝固过程数值模拟，可以指导浇注工艺参数优化，预测缺陷数量及位置，有效地提高铸件成殆率。CA精密铸造技术就是将计算机辅助工程应用到精密铸造过程中，并结合其他先

3、进的铸造技术，以高质量、低成本、短周期來完成复杂产品的研发和试制。口前，利用CA精铸技术，已完成多种航天、航空、兵器等关键部件的试制，取得满意的效果。2材料与实验方法CA精铸nJ应用于不锈钢、耐热钢、高温合金、铝合金等多种合金，CA精铸工艺流程见图lo三维模型可采用IDEAS>UGILPROE等三维设计软件进行设计，工艺结构和模型转换采用MagicRp进行处理和修复，在AFSMZ320口动成型系统上进行原型制作，釆用熔体浸润进行原型表面处理，凝凶过程数值模拟采用PROCAST和冇限差分软件进行计算。3CA精密铸造工艺的关键问题及相关技术讨论近年来,与CA精铸技术相关的三维C

4、AD设计、反求工程、快速成型、浇注系统CAD、铸造过程数值模拟（CPS）以及特种铸造等单体技术取得了长足的进步，这些成就的取得为集成化的CA精铸技术的形成奠定了基础，促进了CA精铸技术的迅猛发展和应用。为了使各单体技术成功地用于CA精铸，必须消除彼此之间的界面，将这些技术有机地结合起来。从而在产品开发中做到真止意义上的先进设计+先进材料+先进制造。XI三维模型的生成与电子文档交换如血得到部件精确的电了数据模型，是CA粹铸至关重要的第一步。随着三维CAD软件、逆向工程等技术的发展，这项工作变得简单而FL迅捷。在此主要介绍利用IDEAS进行实体建模和数据转换的过程。IDEAS9

5、集成了三维建模与逆向工程建模模块。通过MasterModeler模块可以得到复杂模型（见图2）,既可以进行全儿何约束的参数化设计，乂可进行任意儿何为工程约束的自由创新设计；曲面设计提供了包括变量扫掠、边界曲血等多种口由曲血的造型功能。逆向工程Freeform可将数字化仪采集的点云信息进行处理，创建出曲线和曲而,进行设计，曲而牛成后可直接牛•成RPM用文件，也可传回主建模模块进行处理（见图4）。实体文件生成厉需转变成STL文件（见图3）以作为RP设备的输入。转换过程应注意选择成型设备名称，通常选用SLA500,三角片输出精度在0.005〜0.01Z间。采用MagicRp处理时

6、应注意乘上25.4,得到实际设计尺寸。3・2凝固过程的数值模拟3.2.1凝固过程的数值模拟原理铸造是一个液态金属充填型腔、并在其屮凝固和冷却的过程，其中包含了许多对铸件质量产牛影响的复杂现彖。实际牛产中往往靠经验评价一个工艺是否可行。对一个铸件而言，工艺定型需通过多次试验，反复摸索，最厉根据多种试验方案的浇铸结果，选择出能够满足设计要求的铸造丁•艺方案。多次的试铸要花费很多的人力、物力和财力。铸造过程虽然很复杂，偶然因索很多，但仍遵循基本科学理论，如流体力学、传热学、金属凝I古I、固体力学等。这样，铸造过程可以抽象成求解液态金属流动、凝固及温度变化的问题,就是要在给定的初始

7、条件和边界条件下，求解付立叶热传导方程、弹槊性方程。计算机技术的发展，使得求解物理过程的数值解成为可能。应用计算机数值模拟，可对极其复杂的铸造过程迹行定量的描述。通过数学物理方法抽象,铸造过程可表征成儿类方程的耦合：1热能守恒方程：2连续性方程：3动量方程：常用的数值模拟方法主要是令限差分法、有限元法。有限元差分法数学模型简单，推导简单易于理解，占用内存较少。但计算精度一般，当铸件具有复杂边界形状时，课差较人，应力分析时需将差分网格转换成有限元网格进行计算。冇限元法技术根据变分原理对单元进行计算，然后进行单元总体合