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1、鼓风机底座工艺设计及优化摘 要 ：铸件充型凝固过程数值模拟是提高铸件质量和铸造生产经济效益的重要途径之一。随着科学技术的不断发展和生产水平的不断提高以及人类社会生活的需要，对铸造生产提出了一系列新的、更高的要求，熔模铸造正发挥着越来越重要的作用。本文先描述了熔模铸造的工艺流程，并进行了分析，找出适宜的方法，然后利用AnyCasting对鼓风机底座进行模拟分析，找出缺陷，进行优化，然后再次模拟，一直到达到预计效果。 关键词：熔模铸造；工艺流程；AnyCasting；鼓风机底座Blower Base Process Design and Optimization Abstract：The nume
2、rical simulation of mould filling process and casting solidification process is an important method, by which the casting quality and the production economic benefits can be improved. Along with the science and technology unceasing development and production to improve the level of social life and h
3、uman needs, puts forward a series of casting, new and higher requirements for casting is playing an increasingly important role. In this thesis,we depict the process of the investment casting and have analysis ,than we find a feasible project. We make use of anycasting simulate the base of the fan a
4、nd find the vice ,than give a optimization and simulate again until we find the best project.Keywords：Investment casting；Process；anycasting；the base of the fan目 录第1章 绪论11.1熔模铸造的背景11.2熔模铸造的发展21.2.1国内熔模铸造业发展21.2.2国外熔模铸造业发展41.3 课题研究的目的和意义61.4 本课题的研究内容6第2章 铸造数值模拟理论基础82.1建模-模拟软件简介82.2充型凝固理论92.3 缺陷预测11第3章
5、 鼓风机底座熔模铸造工艺133.1熔模铸造的特点133.2熔模铸造工艺流程133.3鼓风机底座工艺设计16第4章 鼓风机底座铸件模拟及优化264.1模拟流程264.2铸件的数值模拟与分析284.3铸件工艺优化31第5章 总结33参考文献34致谢35第1章 绪论 铸造工艺设计作为铸造生产的核心技术环节，对铸件质量的好坏起着决定性的作用。在传统铸造中，开发一个新的铸件，工艺定型需通过多次试验，反复摸索，最后根据多种试验方案的浇注结果，才能选择出能够满足设计要求的铸造工艺方案。在实际的生产过程中总是碰到或多或少的新问题，同样花费很多的人力、物力和财力，导致了工艺验证及更改的时间延长，影响了新品的及时
6、推出。依托于计算机性能的大幅提升，铸造过程数值模拟技术得到了前所未有的发展。近几年这些技术很多已逐渐进入工程实用化阶段，在发达国家已有大量的集成化的模拟分析软件在运行，这些模拟软件能够根据铸件模型及工艺参数对可能出现的缺陷位置及程度进行全面的评估，从而在铸造工艺的优化设计、缩短设计周期、保证铸件质量、降低成本等方面作出贡献。熔模铸造工艺，简单说就是用易熔材料制成可熔性模型,在其上涂覆若干层特制的耐火涂料，经过干燥和硬化形成一个整体型壳后，再用蒸汽或热水从型壳中熔掉模型，然后把型壳置于砂箱中，在其四周填充干砂造型，最后将铸型放入焙烧炉中经过高温焙烧（如采用高强度型壳时，可不必造型而将脱模后的型壳
7、直接焙烧），铸型或型壳经焙烧后，于其中浇注熔融金属而得到铸件。熔模铸造相比于其他铸造方法具有很多优点。熔模铸件尺寸精度较高，压制熔模时，采用型腔表面光洁度高的压型，因此，熔模的表面光洁度也比较高。此外，型壳由耐高温的特殊粘结剂和耐火材料配制成的耐火涂料涂挂在熔模上而制成，与熔融金属直接接触的型腔内表面光洁度高。采用熔模铸造方法可大量节省机床设备和加工工时，大幅度节约金属原材料。而且熔模铸造可以铸造各种合金的复杂的铸件，特别可以铸造高温合金铸件。如喷气式发动机的叶片，其流线型外廓与冷却用内腔，用机械加工工艺几乎无法形成。用熔模铸造工艺生产不仅可以做到批量生产，保证了铸件的一致性，而且避免了机械加
8、工后残留刀纹的应力集中。1.1熔模铸造的发展 熔模精密铸造，简称熔模铸造或精铸，是古代失蜡铸造的发腿。其历史可以追溯到4000年前，最早发现的国家有古埃及、中国和古印度，然后才传到非洲和欧洲的其它国家。中国古代留下了很多的熔模铸件精品，如春秋晚期的铜禁、王子午鼎，战国时期的曾侯乙尊盘，汉代的长信宫灯、铜错金博山炉，明代的武当真武帝君像、浑天仪，还有清朝故宫太和门铜脚等。举世闻名的商代四羊铜尊，是商代奴隶主们用的盛酒器。它造型十分奇特，花纹复杂，尊身四隅有四个羊头，都长一对卷曲的羊角，还有尊的扇边是镂空的。经专家分析鉴定，这是采用失蜡法铸造而成。 在西非，大约5世纪以后，制造出了大量的熔模铸件。
9、在16世纪，熔模铸造工艺被雕刻家和艺术家们广泛运用，蔡利尼所制造的 女妖首领和Petseus仙座的铜像就是其中杰出的作品之一。 世界上最早记述失蜡铸造的文字，应当推中国南宋赵希鹊的洞天清禄集。随后有蔡利尼的1568年论文，明代宋应星的天工开物。 19世纪末，牙医运用熔模铸造法，结合离心浇注生产了牙科铸件。20世纪为生产出更加精密牙科件，人们开始研究影响蜡模及型壳尺寸稳定性的因素，还有一些金属和合金的凝固性能和收缩性能，20世纪初期调整了熔模的使用材料。20世纪前半叶关于熔模铸造的专利就多达400件以上。在恶劣的环境中工作的航空发动机零件，若采用传统合金，不能满足性能上的要求。20世纪30年代，
10、人们发现了实验室为外科移植手术所研制的钻基合金在高温下具有优异的性能，可用于航天发动机。但是这类合金加工困难，熔模铸造就成为该类合金成形的主要工艺方法，然后迅速地发展成一项工业技术，进入了国防工业和航空部门，进而迅速地应用到了其它部门。1.1.1 国内熔模铸造业发展 中国是世界文明发展最早的国家之一，我国的铸造技术已有 6000 年悠久的历史，公元前数百年，我国古代劳动人民就创造出了失蜡铸造技术，用来铸造带有文字和各种精细花纹的钟鼎及器皿等制品。2500 多年以前，我国就铸出 270kg 的铸铁刑鼎。我国商朝制造的铜绒铁刃 , 那时的铁刃是用陨铁锻造而成 , 然后镶铸上铜背上。我国是最早使用铁
11、器的国家之一 , 早自周朝末年就开始有了铸铁 , 铁制农具得到了很快发展。秦、汉后 , 我国农业耕作普遍使用了铁制农具。如耕地的锹、镰、锄、犁等 , 这表明我国当时已经具有了相当先进的铸造水平 , 到了宋朝我国已经使用了铸造铁炮和地雷。 我国在商朝起就己经创造了灿烂的青铜文化 , 所谓的“钟鸣鼎食”, 成为了当时贵族地位和权势的象征.曾候乙墓出土的青铜器重达 l0t, 其中还有 64 件的一套铜编钟 , 分了八组 , 包括辅件在内用的铜达 5t 。钟面铸有花卉纹饰和变体龙纹 , 有的工艺细如发丝 , 其上共铸有错金铭文 2800 余字 , 标记了音名、音律。每个钟发两音 , 一为正鼓音 , 另
12、一为右鼓音。整套编钟音域宽达五个半八度 , 可以演奏出各类乐曲 , 音色优美动听 ,音律准确和谐 。铸造工艺水平已经极高了 , 可称得上是我国古代青铜铸造的代表作 , 编钟的铸造时代是距今2400 多年前的战国的。现存于北京大钟寺内的明朝的永乐大钟 , 铸于明永乐 18 年左右 , 其全高达6.75m, 钟口外径 3.3m, 钟唇厚达0.185m, 重达46.5t 。先铸成钟钮 , 然后再使钟钮与钟体铸接成一体。钟体的内外铸满经文 , 大约有22700余字。大钟至今完好 , 声音悦耳幽雅 , 是世界上罕见的古钟之一。我国古代大部分的钟、鼎、搏等文物是熔模铸造的 ,其工艺复杂 , 铸件之精美、铸
13、工之精湛 , 不难看出我国古代的熔模铸造工艺已经达到了相当高的水平。我国古代铸造技术居于世界先进行列。但过长的封建社会影响了我国科学技术的发展 , 阻滞了我国铸造技术前进的步伐。新中国成立以来的50多年来 , 几乎是从零开始 , 逐步发展到现如今的规模 , 成绩是可嘉的。现在铸造在我国是一个很大的行业 , 产量居于世界第二位 , 达年产1200 万 - 1400万t, 厂点多达两万多个 , 职工 110 -130 万人 , 其中的工程技术人员约占 3.6% , 已经成为了国家重要的基础工业。我国是于20世纪50年代开始将熔模铸造应用于工业生产。首先在航空、军品等领域引进苏联技术，开始了现代熔模
14、铸造生产，60年代，处于停滞期。我国精密铸造业真正的飞速发展时期是20世纪末至现在的十几年，特别是最近的几年。在机床、船舶、内燃机、武器、医疗器械、气轮机、汽车、电讯仪器以及刀具等制造工业中被广泛采用，同时也用于工艺美术品的制造。1998年后，随着国家改革开放政策的深入，企业经济体制的变革，以及市场经济观念的转变，推动了我国原有水平的铸造业在数量上的发展，同时先进的精铸工艺和设备，以合资和独资的形式开始进入国内，使精密铸造业在质量水平上有了显著的提高，从而是使我国精密铸造业进入到一个飞速发展的时期。 我国是铸造大国，我国现有3万余家铸造厂，从业人员高达300万人，年产量高达2500万吨。铸造行
15、业是一个资源、劳动力相对密集的产业，我国生产能力过剩、资源丰富，劳动力具有相当大的优势。铸造行业的生产现在正在从发达国家向发展中国家转移扩展。我国加入世界贸易组织给铸造业带来了发展机遇。现代机器的生产，对铸件精度和整体质量提出了越加严格的要求，这为就能够实现精密铸造生产的熔模铸造的大力发展提供了很大的契机。1.1.2国外熔模铸造业发展 现代熔模铸造工艺是在 20 世纪形成，最初是实验室的牙科医生利用熔模铸造工艺浇注出的金银假牙齿。为了生产出更加精密的牙科件，人们研究了影响蜡模稳定性及型壳尺寸的因素，以及一些材料的凝固性能和收缩性能，并调整了熔模使用的材料。而且在20世纪30年代珠宝首饰行业也广泛运用了熔模铸造技术。真正的熔模铸造的规模的发展是在二战期间，由于战斗国家国防、航空工业发展的迫切需要，英、美等国家首先采用熔模铸造方法，制造出了喷气式涡轮发动机叶片等尺寸精、表面质量要求很高、确形状复杂且不利于机械加工的铸件。此后，熔模铸造工艺迅速地发展成为一种工业技术，进入国防、航空及机械制造工业等部门。图1-1世界熔模铸造业的分布情况Fig 1-1The world investment casting the distribution of the industry自 20 世纪中
