曲轴铁模覆砂铸造模具CAD/CAE/CAM技术研究

摘要

为满足市场对发动机在动力性及节能、排放等方面的需要，大功率、低油耗、低排放的较低爆发压力的自然吸气发动机，主配国内著名商用汽车生产企业，拥有广阔的市场前景。随着当前汽车行业价格的不断下调以及钢铁、能源等价格不断上扬，探索“以铸代锻”、“以铁代钢”的曲轴生产工艺势在必行。先进的铁模覆砂铸造工艺可以满足正火球铁曲轴毛坯制造的要求，但是铸造企业缺乏科学可靠的理论依据和精准的工艺设计，铸件质量及生产效率制约着企业的发展。因此，研究铁模覆砂铸造工艺工装设计、分析优化模具设计并进行数控自动编程加工，对曲轴毛坯铸造技术及汽车产业的发展具有重要意义。针对目前所存在的这些问题，本文分别对其进行了研究设计和改进:
　　本文以某柴油机厂CY4105球铁氮化滚压曲轴为研究对象，通过对曲轴铁模覆砂铸造与传统潮模砂铸造工艺相比较得出铁模覆砂铸造工艺的优越性。依据铁模覆砂铸造的工艺特点及生产经验，完成了曲轴模样及铁型、射砂机构、落砂机构、浇注系统、排气系统等工装模具设计，进而完成了铁模覆砂铸造铁型上、下模板与模样的装配工装设计等，并生成了产品的工程图。
　　本文根据四缸曲轴及铁型模具的结构对称性，选取下铁型中一个曲拐部分及与之对应的铁型、覆砂层作为几何模型，基于ANSYS对浇铸温度进行有限元分析。分析了了曲拐、覆砂层以及铁型在不同时间点的温度场分布，绘制了关键点温度-时间历程曲线，初步确定了开箱时间，试生产后可再根据实际检测温度进行适当调整来确定最终的开箱时间。有助于铸件在凝固过程中传热的均匀性，根据计算机软件的模拟结果，对覆砂层和铁型的厚度等相关工艺参数提出改进的工艺方案，给工装设计提供可靠的理论依据。
　　本文利用UG软件，对曲轴铁模覆砂铸造模具的加工进行了工艺分析，选择合适的加工方法，生成了数控加工程序G代码并对进行虚拟加工，验证刀具运动轨迹。通过CIMCO软件（DNC传输软件）将数据传输到机床实际加工并投入生产。
　　本文通过对常见铸件缺陷及其防止措施的分析，简要介绍了曲轴铁模覆砂铸造模具的质量与技术检验方法。通过对曲轴毛坯铸件的质量检测，其机械性能稳定，降低了因铸造缺陷导致的产品废品率，真正实现了“以铸代锻”、“以铁代钢”的曲轴生产工艺要求。
　　综上所述，本论文的研究有利于提高曲轴毛坯铸造的质量并降低生产成本，加快模具新产品的开发周期，提高新产品的市场竞争力，具有显著的技术经济和社会效益。其研究成果可以为曲轴毛坯铸件的生产提供理论依据及实践指导，并可推广应用于其它同类产品铸件成型的全过程。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究的背景与来源

1．2 曲轴铸造工艺国内外研究现状

1．2．1 传统球铁曲轴铸造工艺

1．2．2 铁模覆砂铸造工艺及其发展

1．2．3 先进铸造软件及计算机模拟技术诞生

1．3 国内外模具的CAD／CAE／CAM技术的应用领域及应用现状

1．4 铁模覆砂铸造技术的优点及可行性分析

1．4．1 铁模覆砂铸造原理

1．4．2 铁模覆砂铸造工艺流程

1．5 本文研究的主要内容、目的及意义

1．5．1 课题研究的内容

1．5．2 课题研究的目的及意义

1．6 本章小结

第2章 曲轴铁模覆砂铸造模具的CAD建模

2．1 曲轴铁模覆砂铸造模具的CAD建模软件工具的选择

2．2 CY4105球铁氮化滚压曲轴简介

2．3 CY4105曲轴铁模覆砂铸造与传统潮模砂铸造工艺比较

2．3．1 原潮模砂工艺

2．3．2 铁模覆砂工艺

2．3．3 两种工艺的对比

2．4 CY4105曲轴的铁模覆砂铸造工装模具设计

2．4．1 模具材料的选择

2．4．2 分型面的选取及模样的制作与排布

2．4．3 射砂、落砂机构设计

2．4．4 浇注系统设计

2．4．5 排气系统设计

2．4．6 覆砂层厚度、铁型厚度设计

2．4．7 铁型上模板、下模板与模样装配图设计

2．5 本章小结

第3章 曲轴铁模覆砂铸造模具的CAE分析

3．1 曲轴铁模覆砂铸造模具的CAE分析软件工具选择

3．2 铁型覆砂曲轴铸造凝固与冷却过程的传热模型

3．2．1 相变模型

3．2．2 传热模型

3．2．3 热物理性能参数

3．2．4 铁型换热系数的计算

3．3 基于ANSYS的浇铸温度有限元分析

3．3．1 几何建模

3．3．2 单元选取与网格剖分

3．3．3 初始边界条件设定

3．4 计算结果及分析

3．5 本章小结

第4章 曲轴铁模覆砂铸造模具CAM加工

4．1 曲轴铁模覆砂铸造模具的CAM加工工具的选择

4．2 数控加工对象的选择及工艺分析

4．2．1 数控加工对象的选择——CY4105曲轴铁型及模样

4．2．2 数控加工工艺的分析与加工阶段的划分

4．3 加工方法与工艺参数的选择

4．3．1 毛坯的设定

4．3．2 刀具的选择与创建

4．3．3 加工方法的选择

4．3．4 工艺参数的设置

4．4 CY4105曲轴铁型及模样加工程序生成

4．4．1 刀轨的生成及仿真验证

4．4．2 后置处理与G代码生成

4．5 数据传输、实际加工与检测

4．5．1 CIMCO软件数据传输与验证

4．5．2 机床实际加工与检测

4．6 本章小结

第5章 曲轴铁模覆砂铸造模具的CAD／CAE／CAM试验验证

5．1 铸件的质量检验

5．2 模具的CAD／CAE／CAM试验验证

5．3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录 部分数控程序(铁型上浇道加工，D6R0．5)