智能化的鑄造技術(shù)CAD軟件包的開(kāi)發(fā)翻譯

智能化的鑄造技術(shù)CAD軟件包的開(kāi)發(fā)①標(biāo)題黑體，二號(hào)，加粗，不要引用參考文獻(xiàn)標(biāo)題黑體，二號(hào)，加粗，不要引用參考文獻(xiàn)侯華1，陳軍2，徐宏1作者宋體，加粗，四號(hào)作者宋體，加粗，四號(hào)〔１作者單位中的1等采用上標(biāo)格式、材料科學(xué)與工程系，中北大學(xué)，太原030051，中國(guó)；2、科學(xué)與技術(shù)系，中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)公司，北京100083，中國(guó)〕作者單位中的1等采用上標(biāo)格式居中摘要：開(kāi)發(fā)一個(gè)基于凝固數(shù)正文〔小四，宋體，1.5倍行距，左縮進(jìn)0.25字符，右縮進(jìn)0.25字符正文〔小四，宋體，1.5倍行距，左縮進(jìn)0.25字符，右縮進(jìn)0.25字符〕關(guān)鍵字：CAD；鑄造技術(shù)；隔離的熔體；冒口系統(tǒng)；澆注系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫(kù)1簡(jiǎn)介隨著電腦科技的開(kāi)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)〔ＣＡＤ〕和計(jì)算機(jī)輔助工程〔ＣＡＥ〕技術(shù)已經(jīng)在鑄造工藝［引用不必上標(biāo)，中括號(hào)即可，另外，CAD和CAE如今在鑄造工藝中不是開(kāi)始應(yīng)用，而是應(yīng)用十分廣泛１－５］中得到應(yīng)用。近些年來(lái)，許多實(shí)用的鑄造ＣＡＤ軟件有所開(kāi)展［６－７］，如美國(guó)鑄協(xié)〔ＡＦＳ〕軟件，它可以用于設(shè)計(jì)鑄鋼和鑄鐵的冒口和澆注系統(tǒng)。英國(guó)ＦＯＳＥＣＯ公司開(kāi)發(fā)的ＦＥＥＤＥＲＣＡＬＣ注意英文的全角與半角軟件能夠計(jì)算澆冒口系統(tǒng)的尺寸、補(bǔ)縮距離及選擇冒口套等。清華大學(xué)研制的ＦＴＣＡＳＴ軟件適于計(jì)算球墨鑄鐵澆冒口系統(tǒng)。所有這些軟件的設(shè)計(jì)都是通過(guò)將鑄件離散化和計(jì)算熱節(jié)模塊來(lái)得到冒口尺寸［８－１１］注意是否是全部軟件，這里所說(shuō)的“所有〞是否是指英文文獻(xiàn)中所述及的CAD軟件，翻譯嚴(yán)謹(jǐn)。因?yàn)殡x散來(lái)計(jì)算模塊是一個(gè)非常專(zhuān)業(yè)的技術(shù)，因此很難離散復(fù)雜的鑄件，但是恰當(dāng)?shù)碾x散決定計(jì)算的精度，這樣就限制的鑄造ＣＡＤ的應(yīng)用和普及。今天，找一個(gè)確定冒口尺寸的快速方法就成了一個(gè)熱門(mén)的領(lǐng)域。在這篇文章里，一種結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)的二次－數(shù)值模擬技術(shù)用于確定冒口的尺寸，并且采用伯努利方程和流體公式設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，最后，ＣＡＥ技術(shù)用于檢驗(yàn)鑄造設(shè)計(jì)［１２，１３］。引用不必上標(biāo)，中括號(hào)即可，另外，CAD和CAE如今在鑄造工藝中不是開(kāi)始應(yīng)用，而是應(yīng)用十分廣泛注意英文的全角與半角注意是否是全部軟件，這里所說(shuō)的“所有〞是否是指英文文獻(xiàn)中所述及的CAD軟件，翻譯嚴(yán)謹(jǐn)一個(gè)完整的鑄造ＣＡＤ應(yīng)該包括冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì)，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，技術(shù)圖和技術(shù)卡［１２，１３］。在這片論文中，主要的集中討論怎樣實(shí)現(xiàn)智能化鑄造技術(shù)。２冒口ＣＡＤ大體上，主要的冒口設(shè)計(jì)就是計(jì)算鑄件模塊。但是對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的鑄件，第一步就是將其劃分成幾個(gè)局部，然后分別計(jì)算每一個(gè)局部的體積和外表積。這樣所有鑄件模塊計(jì)算完畢，并且冒口的尺寸經(jīng)過(guò)修改三次方程而確定。這種方法的難點(diǎn)就是怎樣進(jìn)行模塊劃分。根據(jù)凝固數(shù)值模擬，動(dòng)態(tài)的隔離熔體的尺寸和體積就能確定，用這種方法，可以不用計(jì)算零件模塊就能確定冒口尺寸。在鑄件凝固過(guò)程中，有許多隔離的熔體并且凝固收縮同時(shí)地受到每一區(qū)域的限制。并不是所有的體積收縮都來(lái)自頂部單元，在每一個(gè)隔離的熔體局部，補(bǔ)縮總是自上而下的發(fā)生，并且因?yàn)檫@個(gè)原因，每一個(gè)隔離的熔體局部的尺寸和體積才是確定的。在這篇文章中，數(shù)值模擬直接用于計(jì)算鑄件。通過(guò)動(dòng)態(tài)熔體確實(shí)定來(lái)確定隔離熔體的體積，冒口尺寸才能跟液態(tài)收縮率和標(biāo)準(zhǔn)的冒口數(shù)據(jù)庫(kù)一直。３澆注系統(tǒng)ＣＡＤ澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括澆注系統(tǒng)類(lèi)型，填充阻力面積，每組元面積比，每一截面的圖形和尺寸及澆注系統(tǒng)分布。在這篇文章中，用循環(huán)逼近法設(shè)計(jì)鑄鋼件澆注系統(tǒng)。只要輸入鑄件的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)尺寸，許多重要的可變的參數(shù)就能夠迅速得到。這種方法能夠滿足期望的溫度分布。澆注系統(tǒng)流程圖如圖１所示。選擇澆注系統(tǒng)類(lèi)型選擇澆注系統(tǒng)類(lèi)型計(jì)算每一局部截面積確定截面積比例確定阻力截面積澆注系統(tǒng)的3-D立體結(jié)構(gòu)圖確定澆注系統(tǒng)的布置澆注系統(tǒng)臨界數(shù)據(jù)庫(kù)咨詢(xún)臨界數(shù)據(jù)庫(kù)，確定每一局部界面尺寸確定每一局部截面圖行計(jì)算填充時(shí)間和有效頂部壓力咨詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算阻力截面積計(jì)算每一局部截面積確定截面積比例確定阻力截面積澆注系統(tǒng)的3-D立體結(jié)構(gòu)圖確定澆注系統(tǒng)的布置澆注系統(tǒng)臨界數(shù)據(jù)庫(kù)咨詢(xún)臨界數(shù)據(jù)庫(kù)，確定每一局部界面尺寸確定每一局部截面圖行計(jì)算填充時(shí)間和有效頂部壓力咨詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算阻力截面積圖1澆注系統(tǒng)流程圖4實(shí)際中的應(yīng)用實(shí)例用ＣＡＤ軟件包設(shè)計(jì)的５８０千克的鑄鋼件〔圖２所示〕。用這個(gè)軟件鑄件工藝技術(shù)設(shè)計(jì)如圖3所示，流程圖如圖4所示。圖2鑄件結(jié)構(gòu)圖圖3鑄件工藝圖4.1冒口設(shè)計(jì)體積收縮主要分布在四個(gè)輪上〔模擬結(jié)果如圖5引用圖示，注意與正文格式統(tǒng)一〕，收縮體積分別是211216.56mm3,283686.19mm3,37366.8mm3和35704.50mm3。根據(jù)鑄件的特點(diǎn)，選擇腰圓裝的冒口補(bǔ)縮鑄件。收縮率設(shè)為7%。對(duì)兩個(gè)較大收縮的局部的冒口設(shè)計(jì)如圖6〔a〕所示。計(jì)算得出冒口直徑為117.7mm，寬為176.9mm，高為147.3mm，冒口體積為3017386mm3及質(zhì)量為20.87kg。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)冒口數(shù)據(jù)庫(kù)，冒口標(biāo)準(zhǔn)尺寸選擇如下：直徑是120mm，寬是180mm，高是150mm。對(duì)于較小收縮局部，冒口設(shè)計(jì)如圖6〔b〕。計(jì)算得出冒口直徑為81.57mm，寬為122.3mm，高為101.04mm，冒口體積為510064mm3及質(zhì)量為3.78kg。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)冒口數(shù)據(jù)庫(kù)，冒口尺寸選擇如下：直徑是80mm,寬是120mm，高是100mm。引用圖示，注意與正文格式統(tǒng)一計(jì)算冒口尺寸構(gòu)建3D模型計(jì)算冒口尺寸構(gòu)建3D模型計(jì)算澆口尺寸確定補(bǔ)縮體積訪問(wèn)隔離熔體導(dǎo)入“STL〞文件計(jì)算澆口尺寸確定補(bǔ)縮體積訪問(wèn)隔離熔體導(dǎo)入“STL〞文件 否工藝是否適宜鑄造工藝圖及3-D立體模型構(gòu)建工藝是否適宜鑄造工藝圖及3-D立體模型構(gòu)建導(dǎo)入“STL〞文件CAE模擬導(dǎo)入“STL〞文件CAE模擬 是生成生成圖4鑄件工藝設(shè)計(jì)流程圖將此將此word畫(huà)圖得到的圖示復(fù)制到word圖片中，效果更好圖5鑄件收縮體積〔a〕-軸向圖；〔b〕-主視圖1-第一個(gè)輪；2-第二個(gè)輪；3-第三個(gè)輪；4-第四個(gè)輪圖6腰圓狀冒口設(shè)計(jì)對(duì)話框〔a〕-冒口設(shè)計(jì)1；〔b〕-冒口設(shè)計(jì)24.2澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)鑄件質(zhì)量是580kg，鑄件輪廓尺寸是794mm×756mm×756mm，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下：1〕形狀圓形，直徑為54mm，編號(hào)為1.；2〕道形狀為梯形，上底寬為95mm，下底寬為100mm，及高為70mm。橫澆道有兩面。3〕道形狀為矩形，長(zhǎng)70mm，及寬50mm。有兩個(gè)內(nèi)澆口。4.3驗(yàn)證設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求，凝固過(guò)程數(shù)值模擬執(zhí)行兩次，計(jì)算結(jié)果如圖7所示。收縮量從鑄件的頂部轉(zhuǎn)移到冒口的內(nèi)部。在鑄件內(nèi)部沒(méi)有大的縮松，因此這種技術(shù)是合理的。四川Yingi公司成功生產(chǎn)了此鑄件。5結(jié)論隔離熔體的尺寸和位置的計(jì)算需要運(yùn)用數(shù)值模擬技術(shù)，獲得收縮體積，從而快速地確定冒口尺寸。這個(gè)鑄造CAD軟件包能夠成功地確定實(shí)際鑄件的冒口和橫澆道。這個(gè)鑄造軟件快速開(kāi)展了鑄造技術(shù)。圖7工藝設(shè)計(jì)后的鑄件收縮體積量〔a〕-軸向圖；(b)-主視圖參考文獻(xiàn)：參考文獻(xiàn)中英文文獻(xiàn)名稱(chēng)均采用斜體，參考文獻(xiàn)中英文文獻(xiàn)名稱(chēng)均采用斜體，timesnewroma格式[1]FosecoTM．Solidifyingcasting’sfuture：processsimulationsoftwareroundup[J-]．ModernCasting，2002，92(8)：32—35．[2]RyanP．Mcdermottsoftsolutions[J]．FoundryManagement&Technology,1999，127(9)：28—40．[3]AdamsA．reviewirongatingdesign，filterusetooptimizebenefits[J]．ModernCasting，2001，91(3)：34—36．[4]SONGYong-heng，JINGTao．Studyon3DCAD／CAEsystemofcastingtechnology&toolingequipment[J1．ModernManufactureEngine，2002，(6)：14—16．(inChinese)[5]MideaTC，SchmidtD．Castingsimulationsoftwaresurvey[J]．ModernCasting，1999，89(5)：45—51．[6]EstrinL．Adeeperlookatcastingsolidificationsoftware[J]．ModernCasting，1994，84(7)：20—24．[7]KurzW，F(xiàn)isherDJ．FundamentalsofSolidification[M]．Uetikon-Zuerich：HobbsPrinterLtd，1998．[8]HOUHua，CHENGJun，XUHong．Thecomputeraileddesignofthecastingtechnology[J]．MachinistMetalForming，1999，20(7)：40—43．(inChinese)[9]HUHong-jun．ThedevelopmentofthecastingtechnologyCADsoftwarepackage[J]．CastingEquipment&Research，2003，(2)：16—18．(inChinese)[10]xIAoRong-cun，CHENLi—liang，LIURui—xiang．DevelopmentofpracticalriserdesignCADmoduleforcasting[J]．SpecialCasting8LNonferrousAlloys，2000，(1)：42—44．(inChinese)[11]ZHoUDan-chen，JIANGYu—ming，YANGYi．DevelopmentofcastingriserandruningsystemCADbasedonansys[J]．Foundry，2001，50(4)：211—214．(inChinese)[12]HoUHua，DONGXiao-bin，LIANGMin-jie，eta1．ThedevelopmentofcastingriserandrunningsystemCADsoftwarepackage[A]．PANYun-he，LINZongkai．Proceedingof5thInternationalConferenceonCompurerAidedIndustfialDe