四方圆筒铸件铸造工艺优化及设计(附件)【字数：9613】
摘 要摘 要四方圆筒铸件形状较复杂，圆筒部分壁厚较大。通过综合分析四方圆筒铸件的结构，综合考虑铸造工艺要求，对铸件进行工艺分析后，确定采用砂型铸造生产的工艺方案。在此基础上，确定四方圆筒铸件的相应铸造工艺参数、浇注系统的形状、尺寸和冒口、出气孔的形式、尺寸等。采用铸造CAE软件的流动充型计算模块对铸件的充型过程进行仿真模拟，观察其充型过程中是否存在冷隔、浇不足等成型缺陷；采用铸造CAE软件纯凝固计算模块对铸件铸造工艺进行模拟，预测铸件的缩松、缩孔位置，通过合理增加冒口以减少铸件的铸造缺陷，完成对工装的优化设计。关键词砂型铸造；工艺优化；铸造缺陷；铸造仿真模拟
目 录
第一章 绪论 1
1.1 我国铸造业的发展现状及面临的主要问题 1
1.1.1 我国铸造业的发展现状 1
1.1.2 我国铸造业面临的问题 2
1.2 铸造行业的发展方向 2
1.2.1 发展高性能的铸造合金 3
1.2.2 研发先进的造型、制芯、落砂、清理工艺和设备 4
1.2.3 计算机在铸造领域的应用 4
1.2.4 网络在铸造中的应用 5
1.3 本文的研究内容 5
第二章 铸件结构分析与技术要求 7
2.1 铸件宏观结构分析 7
2.2 铸件生产技术要求分析 8
2.3 铸件材料分析 8
第三章 铸造方法的选择 9
3.1 铸造方法的选择 9
3.1.1 湿型砂造型 9
3.1.2 化学黏结剂砂造型 9
3.2 涂料的选择 10
第四章 铸造工艺方案的确定 11
4.1 铸件工艺性分析 11
4.2 分型面的选择 11
第五章 铸造工艺参数的确定 14
5.1 铸件尺寸公差等级的确定 14
5.2 铸件重量公差等级的确定 14
5.3 计算铸件加工余量 14
5.4 铸件线收缩率的确定 14
5.5 起模斜度和最小铸出孔的确定 14
5.6 砂芯的设计 15
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第六章 计算机模拟仿真分析 17
6.1 华铸CAE软件介绍 17
6.2 模拟铸造方案并优化改进 18
第七章 浇注系统的设计 22
7.1 浇注系统的类型选择 22
7.2 浇注位置的确定 22
7.3 浇注时间的确定 23
7.4 平均静压头高度的选择 24
7.5 计算金属液在型腔内的上升速度 24
7.6 浇注系统结构尺寸的设计 24
7.7 浇口杯的选择 25
7.8 冒口的设计 26
第八章 铸造工艺装备的设计 27
8.1 芯盒的设计 27
8.2 模样和模底板的设计 28
8.3 砂箱的选用设计 29
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
第一章 绪论
铸造是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯的方法。铸造的材料多为加热至液态的金属(如:铁、铝、铜、锡等)，普通铸型的材料是原砂、水玻璃、树脂、黏土及其他辅助材料[1]。
铸造与其他的成形工艺相比，它几乎不受零件的重量、尺寸和形状的限制，重量从几克到几百吨，形状十分复杂，用机械加工十分困难，甚至难以制得的零件，都可用铸造方法获得[2]。再则，铸造可应用于多种多样成分和性能的铸造合金成形，而且铸造有着工艺灵活性大和生产周期短的优点，因而在矿山冶金、机械制造、石化通用设备、家用电器、电力电子、能源动力、土建工程、航空航天等国民经济各部门应用广泛。
完整的铸造工艺包括造型、制芯、浇注、落砂、清理及其后处理等都是铸造的核心部分。只有铸造工艺的不断革新进步，才能生产更多优质的铸件产品，推动铸造业的发展前进。因此铸造工艺深受国家的重视，随着不断地加大力度对铸造技术的研发，我国的铸造水平在稳定的进步。
1.1 我国铸造业的发展现状及面临的主要问题
1.1.1 我国铸造业的发展现状
改革开放以来，我国的铸造技术有了很大的发展，突出表现在以下三个方面：造型、制芯的自动化、机械化程度明显提高；化学硬化砂的广泛应用；随着计算机技术的应用发展，铸造工艺技术由凭借经验走向了科学化。而这些对于提高生产效率，改善铸件的内在质量和外观质量，降低劳动强度，节约原材料及能源，起了重大的作用[3]。
而近年来，我国铸件总产量连续多年居世界首位。但是自2011年来，受下游行业铸件需求不振，以及科学技术的进步和产品轻量化的影响，我国铸件产量增长率持续下降，也由此导致我国铸造企业总数呈逐年下降趋势。
随着我国铸造企业工艺技术、装备水平的提升，我国铸件的产品质量得到了稳步的提升。特别是在一些工业领域（包括汽车、内燃机、轨道交通等）形成了一批技术水平较高的铸造企业。一些重要铸件的自主研发能力得到进一步的提高，一些铸件的尺寸精度以及表面加工质量等指标均达到了国际先进水平。目前，国内具备一定生产规模的铸造企业多数已经建立了较完善的质量管理体系并且通过了相应的管理体系认证，铸造企业的整体质量管理水平有了较大的提高。
同时由于绿色环保观念的不断深入，低碳生产、提质增效、节能减排、职业健康与安全等“绿色铸造”理念在铸造行业日益得到强化，铸造企业废（旧）砂再生循环利用比例逐渐提高，我国铸造业在节能环保方面也有了很大的改进。
1.1.2 我国铸造业面临的问题
尽管我国铸造企业呈下降趋势，但仍有2.6万余家之多，企业之间的发展存在着严重的不平衡。很多铸造企业仍旧在使用较为落后的生产工艺和生产设备，能源的损耗和污染物的排放远高于国家的标准。因此一些关键铸件如高压大流量液压机、燃气轮机单晶叶片及核乏燃料储运容器等的质量不能满足国内的质量要求，造成了国内高端装备制造的短板，使铸造的发展受到了很大的影响。
从另一个角度看，我国铸件产品质量的稳定性和一致性与工业发达国家有较大差距，铸件综合废品率偏高。我国铸件产量已经占世界铸件产量的40%以上，但是具有全球影响力的跨国公司、品牌企业和名牌产品明显不足，对质量和品牌的重视程度远远不足。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 我国铸造业的发展现状及面临的主要问题 1
1.1.1 我国铸造业的发展现状 1
1.1.2 我国铸造业面临的问题 2
1.2 铸造行业的发展方向 2
1.2.1 发展高性能的铸造合金 3
1.2.2 研发先进的造型、制芯、落砂、清理工艺和设备 4
1.2.3 计算机在铸造领域的应用 4
1.2.4 网络在铸造中的应用 5
1.3 本文的研究内容 5
第二章 铸件结构分析与技术要求 7
2.1 铸件宏观结构分析 7
2.2 铸件生产技术要求分析 8
2.3 铸件材料分析 8
第三章 铸造方法的选择 9
3.1 铸造方法的选择 9
3.1.1 湿型砂造型 9
3.1.2 化学黏结剂砂造型 9
3.2 涂料的选择 10
第四章 铸造工艺方案的确定 11
4.1 铸件工艺性分析 11
4.2 分型面的选择 11
第五章 铸造工艺参数的确定 14
5.1 铸件尺寸公差等级的确定 14
5.2 铸件重量公差等级的确定 14
5.3 计算铸件加工余量 14
5.4 铸件线收缩率的确定 14
5.5 起模斜度和最小铸出孔的确定 14
5.6 砂芯的设计 15
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第六章 计算机模拟仿真分析 17
6.1 华铸CAE软件介绍 17
6.2 模拟铸造方案并优化改进 18
第七章 浇注系统的设计 22
7.1 浇注系统的类型选择 22
7.2 浇注位置的确定 22
7.3 浇注时间的确定 23
7.4 平均静压头高度的选择 24
7.5 计算金属液在型腔内的上升速度 24
7.6 浇注系统结构尺寸的设计 24
7.7 浇口杯的选择 25
7.8 冒口的设计 26
第八章 铸造工艺装备的设计 27
8.1 芯盒的设计 27
8.2 模样和模底板的设计 28
8.3 砂箱的选用设计 29
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
第一章 绪论
铸造是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯的方法。铸造的材料多为加热至液态的金属(如:铁、铝、铜、锡等)，普通铸型的材料是原砂、水玻璃、树脂、黏土及其他辅助材料[1]。
铸造与其他的成形工艺相比，它几乎不受零件的重量、尺寸和形状的限制，重量从几克到几百吨，形状十分复杂，用机械加工十分困难，甚至难以制得的零件，都可用铸造方法获得[2]。再则，铸造可应用于多种多样成分和性能的铸造合金成形，而且铸造有着工艺灵活性大和生产周期短的优点，因而在矿山冶金、机械制造、石化通用设备、家用电器、电力电子、能源动力、土建工程、航空航天等国民经济各部门应用广泛。
完整的铸造工艺包括造型、制芯、浇注、落砂、清理及其后处理等都是铸造的核心部分。只有铸造工艺的不断革新进步，才能生产更多优质的铸件产品，推动铸造业的发展前进。因此铸造工艺深受国家的重视，随着不断地加大力度对铸造技术的研发，我国的铸造水平在稳定的进步。
1.1 我国铸造业的发展现状及面临的主要问题
1.1.1 我国铸造业的发展现状
改革开放以来，我国的铸造技术有了很大的发展，突出表现在以下三个方面：造型、制芯的自动化、机械化程度明显提高；化学硬化砂的广泛应用；随着计算机技术的应用发展，铸造工艺技术由凭借经验走向了科学化。而这些对于提高生产效率，改善铸件的内在质量和外观质量，降低劳动强度，节约原材料及能源，起了重大的作用[3]。
而近年来，我国铸件总产量连续多年居世界首位。但是自2011年来，受下游行业铸件需求不振，以及科学技术的进步和产品轻量化的影响，我国铸件产量增长率持续下降，也由此导致我国铸造企业总数呈逐年下降趋势。
随着我国铸造企业工艺技术、装备水平的提升，我国铸件的产品质量得到了稳步的提升。特别是在一些工业领域（包括汽车、内燃机、轨道交通等）形成了一批技术水平较高的铸造企业。一些重要铸件的自主研发能力得到进一步的提高，一些铸件的尺寸精度以及表面加工质量等指标均达到了国际先进水平。目前，国内具备一定生产规模的铸造企业多数已经建立了较完善的质量管理体系并且通过了相应的管理体系认证，铸造企业的整体质量管理水平有了较大的提高。
同时由于绿色环保观念的不断深入，低碳生产、提质增效、节能减排、职业健康与安全等“绿色铸造”理念在铸造行业日益得到强化，铸造企业废（旧）砂再生循环利用比例逐渐提高，我国铸造业在节能环保方面也有了很大的改进。
1.1.2 我国铸造业面临的问题
尽管我国铸造企业呈下降趋势，但仍有2.6万余家之多，企业之间的发展存在着严重的不平衡。很多铸造企业仍旧在使用较为落后的生产工艺和生产设备，能源的损耗和污染物的排放远高于国家的标准。因此一些关键铸件如高压大流量液压机、燃气轮机单晶叶片及核乏燃料储运容器等的质量不能满足国内的质量要求，造成了国内高端装备制造的短板，使铸造的发展受到了很大的影响。
从另一个角度看，我国铸件产品质量的稳定性和一致性与工业发达国家有较大差距，铸件综合废品率偏高。我国铸件产量已经占世界铸件产量的40%以上，但是具有全球影响力的跨国公司、品牌企业和名牌产品明显不足，对质量和品牌的重视程度远远不足。
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