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1、西安文理学院物理与机械电子工程学院本科毕业设计（论文）题 目 输油管接头的铸造工艺设计及其优化 专业班级 08机械设计制造及其自动化（2）班 学 号 08102080241 学生姓名 白粉毅 指导教师 何斌锋 罗振元 设计所在单位 西安文理学院 2012年 05 月输油管接头的铸造工艺设计及其优化摘要:通过分析零件的结构和特点，选用粘土湿型砂手工造型方法，采用两箱造型并确定了浇注位置和分型面。确定了机械加工余量、起模斜度、铸造收缩率等工艺参数。根据各铸造工艺参数，用Pro/E软件画出铸件的3D图。根据铸件形状特点，设计了内腔处1#、底部2#两个砂芯。采用开放式中注浇注系统对铸件进行浇注，利用奥
2、赞公式计算阻流截面积，确定浇注系统的各截面积和尺寸，并完成对冒口的初步设计。用View Cast铸造模拟软件对未设冒口的的铸件进行凝固过程数值模拟，模拟结果显示所产生的缺陷与之前设想一致。采用顶部收缩冒口和两侧各圆柱形冒口对铸件进行补缩。再用View Cast软件对带有冒口和浇注系统的铸件进行充型和凝固过程数值模拟，模拟结果显示浇注过程平稳，未出现紊流现象，铸件无缺陷。通过减小尺寸对冒口进行优化。关键词：铸造工艺；数值模拟；凝固过程；充型过程The casting process and optimization of the oil pipe connectorAbstract：Green
3、sand hand-modeling method was selected and two boxes of modeling and sub-surface was determined by analyzing the structure and characteristics of the parts. Machining allowance, from the mode slope, casting shrinkage process parameters was identified by inquiry about data. Pro / Engineer software we
4、re used to draw 3D solid modeling of the casting. Two cores be designed according to the characteristics of shape castings, which are the inner cavity #1and the bottom #2 cores. The Note gating system in the open casting was used. Austrian Chan formulas was used to calculate the cross-sectional area
5、 of the choke and determine the size of the gating system，and the casting riser was designed initial. View Cast casting simulation software was used to solidification process numerical simulation without riser of casting，the simulation results show that the casting defects agreement arising before a
6、ssumption. A contraction at the top of the riser and on each side of a cylindrical riser was used for feeding the casting in the process. Then View Cast software used to filling and solidification process the riser and gating system of casting. The simulation results show that, the casting process i
7、s stable, does not appear the phenomenon of turbulence, the casting no defects. The size of the revising was reduced to optimization .Keywords：Casting process；Numerical Simulation；Solidification process；Filling Process目录目录第一章 绪论11.1选题背景和研究意义11.2本课题在国内外的研究状况及发展趋势21.3 主要研究内容31.3.1铸造工艺研究31.3.2浇注系统的设计31
8、.3.3补缩系统的设计31.3.4用铸造软件模拟3第二章 铸件简述52.1零件名称52.2 用途52.3 材质52.4 技术要求6第三章 铸造工艺方案73.1工艺方法和说明73.2 分型面选择73.3 浇注位置的选择73.4 型腔数量的设计83.5 砂芯设计83.5.1 造芯方法与造芯数量83.5.2 砂芯的结构与尺寸93.6 工艺参数103.6.1 铸件的尺寸公差103.6.2 铸件的质量公差103.6.3 机械加工余量103.6.4 铸件模样的起模斜度113.6.5 铸造收缩率113.6.6 最小铸出孔及槽113.7 浇注系统的设计113.8 冒口的计算13第四章 铸件充型及凝固过程数值模
9、拟154.1 View Cast的实现过程154.2 铸造工艺方案的凝固过程模拟154.3 利用View Cast软件设计冒口174.4冒口的优化204.4.1 凝固过程数值模拟204.4.2 充冲型过程数值模拟22结束语25致谢26参考文献27附录错误!未定义书签。第2页西安文理学院本科毕业设计（论文）第一章 绪论1.1选题背景和研究意义铸造行业作为一个古老的行业，在数千年人类发展过程中，曾经为人类文明的发展与进步作出了巨大贡献。早在5000年前的殷商时代，可以铸造饮酒用的杯，当作乐器用编钟,祭祀用的铜鼎，打仗用的武器等, 被誉为世界奇迹。青铜器的铸造就很发达，湖北隋县出土的一套青铜全套64
10、支，总重5吨多，气势磅礴，铸造精美，纹路精细，敲击时铿锵悦耳，深沉浑厚，乐音和谐，扣人心弦。到了汉代，生铁铸造就已成规模。各种农业用工具，打仗用刀斧剑炮，装饰用铁人、铁马、方鼎，品种繁多。考古发现，当时可锻铸铁在中国使用己经很广泛。而西方在公元1670年才发明欧法的白心可锻铸铁。中国古代的铸铁生产技术要比欧洲早1000多年1。 目前，我国铸件年产量已超过3100万吨，居世界第一，是世界铸造生产大国。由于铸造业其产品质量不易保证，废品率较高，所以在我国改革开放和经济建设发展的不断深入以及国际市场竞争更加激烈、严格的条件下，对铸件生产实现科学化控制，确保铸件质量，缩短试制周期，降低铸件成本，增加竞
11、争能力，提高经济效益，加速产品更新和技术换代，对于促进我国传统工业的技术改造和国民经济向质量效益型健康发展有着非常重要的现实意义。 从六十年代初凝固模拟技术首次被用来进行温度场研究开始，经过数十年的努力，铸件充型凝固过程的计算机模拟仿真技术的发展已进入了工程实用化阶段，铸造工艺设计和实施也正在逐步由经验走向科学化。近年来，随着计算机技术的进一步发展，铸造工艺计算机辅助设计，铸件凝固过程数值模拟等多项技术在铸造生产过程中得到越来越广泛的应用。铸造过程数值模拟技术在改造和提升传统铸造技术，降低产品成本，提高铸造企业竞争力等方面起到了不可替代的作用，其广泛应用必将为铸造行业带来巨大的经济效益和社会效
12、益。铸件充型凝固数值模拟系统主要包括前处理、充型计算、凝固计算和后处理几个主要模块。铸件凝固过程模拟包括温度场计算、缩孔缩松预测、微观组织形成以及其它场的模拟计算，其中温度场计算、缩孔缩松预测，被学者称为铸件凝固过程的宏观模拟。目前，一般的温度场模拟已基本成熟，缩松、缩孔等缺陷预测也得到了深入研究。对于数值模拟软件而言，缩松、缩孔的预测是凝固计算的主要目的之一，也是大多数凝固模拟软件的主要功能之一，但是目前软件的推广以及应用还并不完善。缩孔是铝合金铸件常见缺陷之一，严重的缩孔缺陷往往造成铸件的大量报废。目前国内的铝铸件生产厂家主要是通过质量的检测和工艺的改进相结合的办法来减轻或消除此类缺陷。产
13、品的试制时间较长，并造成了人力、物力的浪费。计算机模拟技术为预测铸件缺陷，确保铸件质量提供了一种简便、经济的方法。对凝固过程的计算机模拟也成功的用于浇冒口的辅助设计，但大都偏重于铸钢、铸铁件的应用，对铝合金的应用研究较少。80年代中期以来，随着计算机软硬件技术的飞速发展，凝固过程数值模拟技术在铸造过程中得到了广泛的应用。当前，随着模拟研究的不断发展，模拟研究的重点已经从早期的温度场模拟和近几年较受关注的流场模拟转向了以下两个方面：一个是向微观组织模拟以及力学性能模拟等方面进行深入的探讨，寻求新的突破；另一个是在已有的温度场、流场的模拟基础上，针对特定的铸造工艺，且对各项参数十分敏感的特种铸造工
14、艺，结合各种工艺因素进行模拟，追求更加准确的模拟结果，为工艺分析与优化提供依据。对实际的铸造生产而言，后者具有更加现实的意义。这意味着在未来的几年里,凝固模拟将进一步在各种新的铸造工艺中应用。对铝铸件渗漏的研究主要集中于以下方面: 1)利用数学的方法分析缩松、缩孔形成的热力学和动力学因素,建立数学模型,使用计算机模拟铸件凝固过程,确定铸件中缩孔缩松形成的部位,然后进行分析并改变模型中的工艺参数以达到消除或减轻缩松的目的,最终用于指导铝合金铸件的生产。 2)依据凝固过程的特性,在生产实践中通过反复试验,探索缩孔、缩松形成的原因和机理,针对成因改进工艺消除或减轻缩松、缩孔,以达到防治渗漏的目的。1
15、.2本课题在国内外的研究状况及发展趋势发达国家总体上铸造技术先进、产品质量好、生产效率高、环境污染少。生产普遍实现机械化、自动化、智能化（计算机控制、机器人操作）。广泛应用合金包芯线处理技术，使球铁、蠕铁和孕育铸铁工艺稳定、合金元素收得率高、处理过程无污染，实现了微机自动化控制。在大批量中小铸件的生产中，大多采用微机控制的高密度静压、射压或气冲造型机械化、自动化高效流水线湿型砂造型工艺,砂处理采用高效连续混砂机、人工智能型砂在线控制专家系统, 制芯工艺普遍采用树脂砂热、温芯盒法和冷芯盒法。在工艺设计、模具加工中，采用CAD/CAM/RPM技术；在铸造机械的专业化、成套化制备中，开始采用CIMS技术。总体上，我国铸造领域的学术研究并不落后，很多研究成果居国际先进水平，但转化为现实生产力的少。国内铸造生产技术水平高的仅限于少数骨干企业，行业整体技术水平落后，铸件质量低，材料、能源消耗高，经济效益差，劳动条件恶劣，污
