复杂零件消失模铸造工艺仿真与快速制造

摘要

本文针对我国装备制造业高效清洁、绿色生产的迫切需求，以节能降耗、提升资源利用率为目标，将先进的计算机数值模拟技术、数控技术引入到传统的能耗高、污染重的铸造行业。当前国内复杂箱体类零件开发仍主要沿用传统的木模或金属模具翻砂工艺，在开发周期、制造精度、加工柔性、生产成本等方面均存在一定劣势，难以满足适应产品日益多样化的市场需求。
　　本文采用ProCAST软件对消失模铸造(LFC)的工艺仿真模拟技术作出了较为系统的应用探索与总结，针对单件小批量、新品研发的典型复杂箱体类铸件消失模铸造工艺快速开发进行了应用研究，对类似铸件产品的绿色高效开发制造具有一定的借鉴意义。全文主要工作内容如下:
　　1.基于模拟软件ProCAST对LFC工艺仿真技术进行应用总结，通过多组模拟实验从基本的流场、温度场角度分析比对了消失模铸造工艺过程的重要影响因素。
　　2.对消失模铸造工艺方案设计进行了总结分析，据典型铸件原工艺设计方案，由大孔出流理论和均衡凝固理论设计计算了中间注入式和阶梯注入式浇注系统新方案。
　　3.针对典型复杂箱体类铸件产品，对原工艺和新设计工艺进行了多次结构优化和模拟仿真优选，设计正交实验获取了重要可控工艺条件的相对最佳实验参数。
　　4.为实现单件小批典型复杂箱体铸件绿色高效开发及设计方案验证，开展了消失模白模数控加工快速精密成型技术研究实验及干砂负压消失模铸造浇注实验，获取了良好的实践应用效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题来源与背景

1．2 课题国内外概况

1．2．1 消失模铸造

1．2．2 铸造CAE技术

1．2．3 消失模加工成型技术

1．3 全文内容结构

第2章 消失模铸造充型凝固数值模拟分析

2．1 消失模铸造充型凝固影响因素分析

2．1．1 消失模铸造充型过程

2．1．2 消失模铸造凝固过程

2．2 消失模铸造数值模拟流程分析

2．3 消失模铸造数值模拟前处理

2．3．1 有限元网格剖分

2．3．2 工艺条件及参数设置

2．4 消失模铸造充型凝固特点分析

2．4．1 消失模铸造充型过程特点

2．4．2 消失模铸造凝固过程特点

2．4．3 冒口工艺优化

2．5 不同工艺条件下的消失模铸造

2．5．1 浇注金属材料

2．5．2 浇注温度

2．5．3 真空度

2．5．4 模样密度

2．5．5 换热系数

2．5．6 铸型渗透率

2．5．7 其它因素

2．6 本章小结

第3章 消失模铸造工艺方案设计

3．1 传统砂型铸造与消失模铸造工艺

3．2 消失模铸造工艺方案设计主要内容及规范

3．3 铸件白模三维设计

3．3．1 农机箱体铸件分析

3．3．2 农机箱体泡沫模样设计

3．4 浇注系统设计

3．4．1 消失模铸造浇注系统设计基本原则

3．4．2 浇注位置设计分析

3．4．3 浇道设计分析

3．4．4 铸件浇注系统设计计算

3．5 冒口设计

3．5．1 消失模冒口设计分析

3．5．2 铸件冒口设计

3．6 其它工艺条件

3．7 本章小结

第4章 典型复杂铸件模拟分析及优化

4．1 消失模工艺模拟分析

4．2 数值模拟前处理

4．2．1 模型网格剖分

4．2．2 模拟条件及参数设置

4．3 工艺方案模拟优化

4．3．1 工艺方案分析

4．3．2 工艺优化

4．4 工艺参数模拟优选

4．4．1 正交模拟实验设计

4．4．2 正交模拟实验结果分析

4．5 最优方案模拟分析

4．5．1 流动场分析

4．5．2 温度场分析

4．5．3 应力场分析

4．6 本章小结

第5章 消失模白模快速精密成型与浇注实验

5．1 实验内容分析

5．2 消失模白模快速精密成型技术研究

5．2．1 自模加工精度影响因素分析

5．2．2 白模切削参数优化

5．3 消失模白模多轴加工方法研究

5．3．1 泡沫模样分片设计

5．3．2 加工代码生成

5．4 消失模铸造浇注实验

5．5 实验结果分析

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果