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1、SHANDONG毕业设计说明书铸钢上冠铸件工艺设计与数值模拟仿真学 院： 机械工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 学生姓名： 赵聪超 学 号： 0812106447 指导教师： 盛文斌 2012 年 6 月摘 要铸造低碳马氏体不锈钢是20世纪60年代发展起来的钢种。该钢具有良好的淬透性、优良的室温和低温力学性能、腐蚀疲劳强度和动静态断裂韧性,良好的铸、锻、焊和机加工等工艺性能及优良的服役性能(如抗空蚀、抗磨损、低温性能。现已广泛应用于水电、火电、核电等电力工业领域。本文主要是对材质为ZG06Cr13Ni4Mo(马氏体铸造不锈钢)的上冠铸件进行工艺工装设计，应用UG软件画出三维造型，最后应用
2、AnyCasting软件进行工艺模拟，针对模拟结果进行分析，修改工艺，得出最合理的工艺设计方案。上冠铸件，要求具有高强度，良好的抗磨耐蚀性，不允许有砂眼、缩松。造型采用呋喃树脂砂，熔炼采用碱性电弧炉返回法，为保证铸件质量，浇注系统为顶注式，直浇道采用圆柱状，并在浇口杯处安放过滤网，在有热结处安放冷铁。这样可以大大提高铸件出品率，提高了铸件的质量。关键词：铸造，铸造合金，变质处理，浇注系统设计，工艺工装设计AbstractCasting low-carbon martensitic stainless steel developed in the 1960s. The steel has goo
3、d hardenability, good room temperature and low temperature mechanical properties, corrosion fatigue strength and static and dynamic fracture toughness, good casting, forging, welding and machining process performance and excellent service performance (such as anti-cavitation abrasion resistance, low
4、 temperature performance). It has been widely used in the field of hydropower, thermal power, nuclear power industry.In this paper, we designed the technology and equipment of the Shang guan castings that the material for ZG06Cr13Ni4Mo (martensitic cast stainless steel). I used UG software to draw t
5、hree-dimensional shape, then used AnyCasting software to process simulation, analysised the simulation results, modifyed the process, arrived at the most reasonable process design finally.Shang guan castings required that the high strength, good wear and corrosion resistance, and not allowed to have
6、 trachoma, shrinkage. We used the furan resin sand to Modeling, the alkaline electric arc furnace return method to Melting. To ensure the quality of castings, gating system using the top note, sprue using a cylindrical, and placing the filter at the gate Cup, the cold iron in the hot junction. In th
7、e method ,we can improve casting yield,and the quality of the castings greatly.Key words: casting, casting alloy, Modification, gating system design, technology and equipment design 目 录摘 要IABSTRACTII目 录III第一章 引言11.1 低碳合金不锈钢铸造技术分析11.1.1 铬镍钼系合金性能11.2 计算机在铸造生产中应用21.2.1 UG软件介绍21.2.2 UG的主要应用领域分布31.2.3 UG
8、在我国研究应用的发展趋势31.3 Anycasting软件4第二章 上冠铸件的铸造工艺设计62.1 上冠铸件的结构工艺性分析62.1.1 上冠铸件的主要技术要求62.1.2 上冠铸件的结构分析62.2 分型面位置的确定72.3 砂芯的设计及安放82.4 上冠铸件的工艺参数92.5 浇注系统的设计102.5.1浇注系统的确定102.5.2 直浇道的设计112.6 冷铁与冒口的设计122.7 出气孔的设置14第三章 铸造工艺装备设计163.1 模样材质的选择163.2 砂箱的设计163.3 模底板的设计193.4 模样在模底板上的装配21第四章 铸钢的熔炼224.1 材料的配比224.2 铸钢的精
9、炼234.3 铸钢金属液的热处理244.4 出炉温度和浇注温度的确定24第五章 铸件工艺数值模拟结果及分析265.1 充型过程265.2 凝固过程28结 论30参考文献31致 谢32附 图33第一章 引言目前国内外水轮发电机过流部件广泛采用低碳马氏体不锈钢，典型材料为ZG06Cr13Ni4Mo（简称13-4），这种钢属于马氏体铬镍不锈钢，是在ZG10Cr13和ZG20Cr13不锈钢的基础上，降低C含量，提高Cr含量，同时将镍的含量控制在4%到6%范围内，并加入适量的Mo，使铸态组织基本为单一的板条马氏体。因此，该钢具有一定的耐腐蚀性能，良好的强度、韧性、可焊性以及耐磨蚀性能以外，还具有良好的抗
10、空蚀性能。该钢抛弃了高碳马氏体与形成碳化物的强化手段，而以具有较高韧性的的低碳马氏体的形成和以镍、钼等合金元素作补充强化手段，通过适当地热处理使之具有低碳板条状马氏体与逆转变奥氏体的复相组织，从而既保留了高的强度水平又提高了钢的韧性和可焊性。而以具有较高韧性的的低碳马氏体的形成和以镍、钼等合金与该钢抛弃了高碳马氏体形成碳化物的强化手段其结果是：在改善力学性能、韧性和焊接性能等方面，都有突破性的进展。经过长期研究和实践，现有的铸造技术已能保证13-4水轮机铸件的力学性能与标准要求相比有较大的裕度。1.1 低碳合金不锈钢铸造技术分析低碳合金不锈钢铸造是在铸钢的基础上加入其他金属或非金属元素 , 不
11、仅能保持铸钢的基本性能 , 而且由于合金化及热处理的作用 , 使低碳合金不锈钢具有良好的综合性能。低碳钢和低碳合金不锈钢在工业上占有重要的地位 , 大量用于军事、工业、农业和交通运输等领域 , 也广泛用作建筑结构材料、家庭生活用具和体育用品等。几十年来，围绕铸造低碳合金成分、组织、性能进行了大量的研究，使传统的低碳合金不锈钢综合性能上了一个新台阶。其中研究和应用较多的是铬镍系合金和铬钼系合金。与此同时，低碳合金不锈钢的熔炼及处理技术也飞速地发展，一方面这些先进的合金液处理技术提高了合金性能及铸件的整体性能；另一方面，更有利于生产和环境的保护。1.1.1 铬镍钼系合金性能铬在钢中与碳和铁形成碳化
12、物，并能部分地溶入固溶体中，并具有改善钢的高温性能的作用。不锈钢最重要的技术要求是耐蚀性，合适的力学性能，良好的冷、热加工和焊接等工艺性能。铬是不锈钢获得耐蚀性的基本元素。当钢中含铬量达到12左右时，钢在氧化性介质中的耐蚀性发生突变性的上升。此时钢的表面形成一层极薄而致密的铬的氧化膜，阻止金属基体被继续侵蚀。镍是不锈钢中的主要合金元素，其主要作用是稳定奥氏体，使钢获得完全奥氏体组织，从而使钢具有良好的强度和塑性，韧性的配合，并具有优良的冷，热加工性和冷形成性以及焊接，低温与无磁等性能，同时提高不锈钢的热力学稳定性，使之不仅比相同铬，钼含量的铁素体，马氏体等类不锈钢有更好的不锈性和耐氧化性介质的
13、性能，而且于表面膜稳定性的提高，从而使钢还具有更加优异的耐一些还原性介质的性能。铬镍钢中加入钼元素后，显著改善淬透性，有良好的空气硬化性能，并有优良的抗回火脆性能力，所以铬镍钼铸钢易于制造大型或复杂形状的铸件，采用正火热处理后仍可得到高强度的力学性能。广泛应用于有高强度要求的工件。此钢在高温下仍能保持较好的强度。1.2 计算机在铸造生产中应用铸造成形是极其复杂的高温、动态、瞬时过程，其间发生一系列复杂的物理、化学、冶金变化，这些变化不能直接观察，也难以测试，所以其工艺设计多凭个人经验，技艺性强，而科学性不足。计算机在铸造生产中的应用导致了铸造技术的发展和根本变革。国内有关高等院校、科研院所和重
14、点铸造企业经过20多年的努力，取得了积极的成果先后开展了计算机工艺辅助设计、成分和力学性能辅助设计，铸造合金凝固过程及温度场数值模拟、铸件充型过程的数值模拟，铸造过程、铸造合金品质和铸件品质以及铸造设备的检测与控制，铸造数据库、管理、计算机识图、机械手和机器人的应用等，并在生产中得到运用，应用范围越来越广，取得良好的经济效益，实现了基础理论定量指导工艺过程的目标。同时计算机在铸造生产中的应用也促使铸造行业建立了完整的教育、科研、协会、学会、标准、质检、出版、信息体系1。1.2.1 UG软件介绍UG是Unigraphics的缩写，是美国Unigraphics Solutions公司开发的三维参数
15、化软件，主要通过其虚拟产品开发（VPD）的理念提供多级化的、集成的、企业级的包括软件产品与服务在内的完整的MCAD解决方案。目前拥有46000家客户，全球装机量近400万台套。80年代后期引进我国以来，已广泛应用于航空航天、汽车、通用机械、模具等领域。为了更好地了解UG在我国的研究、应用状况，我们对1979年以来国内所发表的有关UG的研究成果进行统计分析，试图从文献引证的角度揭示该领域的研究现状和研究动向，进而对UG在我国的研究、应用和发展进行测度，并寻求一些规律，为UG在我国的推广应用提供参考2。1.2.2 UG的主要应用领域分布UG是一个集CAD/CAM/CAE于一体的计算机辅助机械设计制造软件，它具有强大的三维实体造型功能、曲面造型、虚拟装配及创建工程图等功能。UGNX含有4大功能模块：基础模块、CAD模块、CAM加工模块以及CAE模块。CAD模块由许多独立功能的子模块构成，建模模块、制图模块、装配模块就是引入到机械制图
