铸造工艺设计
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铸造工艺设计范文第1篇
钛合金头罩高度为750mm，最大直径为300mm，壁厚仅为1．5mm，属大型薄壁钛合金铸件。其铸造难度大、工艺复杂，在铸造过程中易产生裂纹、气孔、夹杂等铸造缺陷，严重影响了产品质量和生产进度。根据石墨铸型本身的特点，从石墨选型和石墨除气两个方面提高了石墨铸型的性能，为浇注出优质钛合金铸件打下基础。针对大型薄壁钛合金头罩，设计了3套浇注系统：卧式阶梯式浇注系统、头锥置上顶注式浇注系统以及尾部朝上雨淋式浇注系统。通过理论分析和实际浇注验证，两种顶注式浇注系统均可满足铸件使用要求，其中尾部朝上雨淋式浇注系统性能最理想。
1试验方案及参数
钛合金头罩采用人造石墨铸型浇注［1］，石墨铸型具有强度高、热化学稳定性好和耐火度高的优点，随着温度的升高，强度反而增加，且对熔融钛有很好的润湿性，可浇注出优质钛合金铸件［2］。
1．1石墨选型
头罩研制时，初始使用的石墨为2mm颗粒大小的经过1次浸润2次焙烧的普通石墨，该石墨韧性较差，杂质含量高。为进一步提高铸件的表面质量，减少甚至避免表面微裂纹的产生，需要提高石墨的韧性。因此，对石墨进行了优化选型，选择了韧性较好的2次浸润3次焙烧的高韧性细颗粒石墨，从而降低了头罩铸件生产中产生裂纹的倾向。
1．2石墨除气
石墨铸型对铸件表面质量有重要影响，当除气不完全、石墨铸型表面有氧化等现象出现时，会加剧石墨铸型与钛液的反应，使铸件表面硬化层变厚，这种表面硬化层是一种脆性相，其厚度越厚则表面裂纹越多［3］。由于石墨铸型较厚，为保证其除气充分，需要延长升温时间。调整后的除气工艺：常温下经过2～3h升温至700～800℃，保温1h，再经过2～3h升温到900～1000℃，保温4h，随炉冷却至400℃以下出炉。采用该工艺获得的钛合金铸件表面裂纹少，降低了后续补焊工作的劳动强度。在浇注前对石墨铸型进行预热，预热温度为150～200℃，预热时间为1～2h。
1．3浇注系统设计及优化
钛合金铸件浇注系统的设计遵循铸造的一般规律，但由于钛合金结晶范围较窄，电弧熔炼浇注的金属过热度较低，以及钛密度小，真空下凝固压头比较小等特点，给钛合金铸件的顺序凝固带来困难。钛合金浇注时放气大，尤其当局部发生反应时，大量的气体对金属的注入流动造成明显的负面影响。但作为活性金属的钛合金进行真空熔炼，没有造渣的问题，因此对于不含夹杂的熔融钛的浇注，浇注系统不必采用除渣措施，从而简化了浇道的结构［4］。
1．3．1卧式阶梯式浇注系统
钛合金头罩的高度为750mm，试验采用的真空自耗电极电弧凝壳炉的最大浇注高度为800mm。考虑到钛合金铸造设备的限制以及浇注安全性，首先采取横向侧浇与顶注相结合的工艺。其浇注系统见图1，卧式阶梯式浇注系统对于铸件在分型面以下的部分是顶浇，对上部分则是底浇，故兼有顶注式和底注式的特点，广泛用于各种壁厚均匀、高度较低、水平尺寸较大的中、小型铸件。将金属头罩横向放置，可以显著降低其高度，因此可以应用卧式阶梯式浇注系统［5］。头罩采用ZTC4铸造钛合金，该合金的液相线温度为1635℃，由于铸造所采用的钛合金真空自耗电极炉能够产生的过热度为70～150℃，因此浇注温度为1700～1750℃，根据铸件部位的不同，凝固收缩率取0．6％～1．0％。
1．3．2顶注式浇注系统
为了尽量减少甚至避免表面裂纹的产生，采用顶注式浇注系统铸造，金属液从铸型顶部进入头罩石墨型。顶注式浇注系统对铸型底部冲击力大，利于顶部冒口对铸件的补缩，减少轴向缩松的倾向及冒口的体积。可减少薄壁铸件浇不足、冷隔等缺陷的产生，浇注系统的结构简单而紧凑，便于造型，金属消耗量也少。根据金属头罩的结构特点，设计了2种顶注式浇注系统。工艺1为从头锥部分开始浇注的顶注式浇注系统，合金液首先浇注金属头罩的头锥部分；工艺2为从尾部开始浇注的顶注式浇注系统，合金液首先浇注金属头罩与舱体的连接部位。
2试验结果
根据钛合金头罩的技术要求，对两种顶注式浇注系统工艺生产的铸件进行了全面的质量检验。对其化学成分进行了分析，结果符合GJB1538－92中技术要求。在600～700℃，保温1～2h退火处理后。对头罩力学性能试样进行了检验，结果符合GJB2896A－2007的技术要求。其抗拉强度达到了835MPa，伸长率为10％。对金属头罩铸造毛坯进行了尺寸检查，结果符合设计要求。X射线探伤发现，铸件满足Ⅲ类铸件要求。整个钛合金头罩只存在1～2道流痕，满足产品使用要求。
3结论
采用高韧性细颗粒石墨型，再进行5h的升温除气可以铸造出优质的钛合金头罩，头锥置采用顶注式浇注系统以及尾部朝上雨淋式浇注系统均可满足生产要求。成功解决了金属头罩的生产难题，生产的金属头罩满足使用要求。
参考文献
［1］王彦鹏，伞晶超，姚谦，等．钛合金泵体石墨型铸造工艺优化［J］．铸造，2014，63（8）：828－830．
［2］伞晶超．钛合金叶轮石墨型离心铸造工艺优化［J］．特种铸造及有色合金，2014，34（4）：413－415．
［3］吕文斌．浅析消除铸轧卷质量缺陷的措施［J］．科技资讯，2013（27）：79－80．
［4］王志刚．钛合金立式离心精密铸造凝固组织数值模拟［D］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009．
［5］柳吉荣，彭淑芳．铸造工艺学［M］．北京：机械工业出版社，2013．
铸造工艺设计范文第2篇
关键词 充型；凝固；缺陷预测
中图分类号：TG24 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）18-0150-01
立柱的三维实体造型及内部结构如图1所示，铸件材质是HT350，属于亚共晶灰铸铁，外型轮廓尺寸为8328 mm×1693 mm×1790 mm，铸件重量为28 t。
1 立柱铸件充型过程
图2是充型过程金属液充型顺序及温度场分布图，从图示的充型过程模拟可以总结出金属液在本次充型过程中有如下结论。
1）金属液从铸件两端浇口处同时冲入铸件内部，首先填充导轨部位，同时具有较高流动速度的金属液向中央汇聚，直至充满导轨，然后逐层上升直至充满型腔，整体而言充型过程遵循从下往上填充的顺序，充型过程金属液液面平稳。
2）由于立柱内部结构复杂，大量筋板呈十字形连接形成大量空腔，这样复杂的结构缓冲了高速金属液，金属液在充型的时流动较为平稳，导轨部位金属液的填充顺序先两端后中间，即首先填充两端，其次中间部位，直至导轨填充完毕；然后金属液从导轨部位流入入型腔时，首先填充两侧然后型腔中部逐层推进，汇合后逐层上升。
3）充型过程中温度场分布是铸件两端温度高，中央部位温度低。充型过程中存在几十摄氏度较高的温差，凝固时由于初始温度不同，各部分在不同的时间凝固，可能会产生较大热应力，可能导致铸件产生冷裂现象。充型过程中导轨的底部中间部分出现凝固现象，但该处局部的凝固不会对铸件整体的充型产生大的影响。
4）最后充填部位是最上层壁，充型过程完成时铸件导轨底部出现凝固。
大型立柱铸件中，导轨主要用以导向并起到承载作用，在部件运动中，反复承受应力和摩擦力，导轨的质量在一定程度上决定了立柱的加工精度、工作能力和使用寿命，导轨的硬度和耐磨性决定导向精度能否长期保持。造型时将其置于铸件底部，以保证其致密性，在浇注时，需要依据内浇口位置、导轨中金属液流动方向、导轨厚度等因素选择合理的充型速度。充型速度过低，受到激冷的底部导轨表面易迅速冷却，形成冷隔、局部不融合等铸造缺陷。浇注速度过高，易对铸型产生冲刷，形成卷气、夹杂，且在来自导轨两端的高速合金液相互对冲的时候，造成铁液飞溅，液面波动而卷入杂质。所以需要选择合适的充型速度，确保导轨处顺利的充型。
2 立柱铸件凝固过程
铸件充型完成后，温度分布的整体特征是纵向为下部温度高于上部温度，横向为侧面温度高于中间温度，立柱的两端靠近高温浇道温度最高。结合温度分布特点凝固顺序整体也呈现为：纵向凝固大致从上向下，横向凝固为从中间到两端，最后凝固区域为立柱的两端位置同时也是最厚的部位。铸件整体的凝固时间较长，凝固速度随着时间的增加呈现越来越慢的趋势。
图3为截面凝固顺序及温度分布图，从图中可以看出铸件整体温度差较小，凝固过程中内部两端温度高于中间温度；凝固方式上同时凝固和定向凝固并存，最后凝固区域为立柱床身台阶底部，此位置壁厚较大，且台阶的存在影响冒口补缩，致使此处很有可能形成缩松缩孔缺陷。
3 缺陷预测及分析
当铸件收缩得不到补缩的时，铸件表面和内部会产生形状和大小不同的孔洞类缺陷，常见孔洞类缺陷有缩孔、缩松、和疏松等。铸件内部的缩孔强烈的降低铸件的强度和韧性，形成大量的微裂纹，本铸件属于大型加工立柱的立柱部分，工作时候反复受到冲击应力和震动，裂纹容易沿着细小的空洞和微裂纹不断延伸，所以必须要求铸件内部具备较高的致密性和较低的缩孔体积分数，以满足工件的使用性能。
缩孔主要分布位置是铸件底部厚大部位和靠近浇道的部位。底部厚大部位的缩孔产生是由于厚大处缩孔体积分数较大，石墨化膨胀不足以弥补该处的收缩，且底部距离冒口和浇道较远，难以受到外来金属液的补缩而形成缩孔。靠近浇道位置处的缩孔在铸件最顶端，受重力和静压力作用，该处液相对底部收缩弥补，而自身得不到其它部位金属液的弥补。
本文主要对铸件铸造充型和凝固过程中温度场、流场、速度场的变化过程的分析，研究在设计的工艺参数下铸件的成型过程，预测了产生缺陷的位置、大小、概率及生成机理。为得到最优的工艺方案和工艺参数，需要对铸件仿真过程进行多次实验模拟并反复比较，以便对工艺参数进行模拟研究，为企业工艺改进及参数优化提供依据。
参考文献
铸造工艺设计范文第3篇
铸造工艺课程设计是学生综合运用理论知识，根据铸造零件的结构特点、技术要求、生产批量和生产条件等，确定铸造方案和工艺参数，绘制铸造工艺图，编制工艺卡等技术文件的过程。通过铸造工艺课程设计可以使学生完成铸件工艺设计能力方面的基本训练。铸造工艺课程设计所涉及的课程知识包括铸造工艺、造型材料、铸造设备、工程制图、AutoCAD、三维绘图等知识，是一次综合性工程设计实践课。
2铸造工艺课程设计存在的问题
铸造工艺课程设计目前在教学中存在以下主要问题:
(1)学生学习兴趣较低。由于传统铸造工艺课程设计通常采用试错法进行确定，设计者要凭借经验及理论知识确定较合理的方案、选用铸造工艺参数，故往往需要反复选择方可获得满意的结果。且传统的设计模式不能直观地通过改变设计参数进行方案比较进行设计性训练，这造成了学生主动获取知识的兴趣较低。
(2)铸造工艺课程设计要求学生具有较强的识图、绘图能力。但由于目前工程制图学时的缩减以及学生学习兴趣的降低，致使学生在三周的课程设计时间里有一周的时间是用来识图的，这严重影响了课程设计的进度。
(3)铸造工艺课程设计需要学生对型板、砂箱、芯盒等工装进行设计，学生对这些工装的认识往往通过书本得来，即便学生在实习时见过部分工装，但由于条件限制，这些工装的结构、工作原理等均未搞清楚。而且课程设计工作量很大，学生学习的自主性差别很大，因此部分学生只是机械的照猫画虎，从而无法训练和提高学生分析和解决工程问题的能力。
4)我校铸造工艺课程设计一般集中安排在秋季学期第18～20周，由于此时学生面临着期末考试、考研等，加之师资不足，造成师生及时沟通存在困难，一般在教师集中将任务书发给学生后，有一部分学生就很少到设计室了，当课程设计快要结束时才开始设计，其中不乏抄袭现象，使课程设计失去了原有的意义。
(5)传统的铸造工艺课程设计题目都已沿用了很多年，很少与现在的工厂有关，使课程设计与工程实践脱离了衔接。
3铸造工艺课程设计改革与实践
针对课程设计目前存在的主要问题，笔者对课程设计流程、内容、考核方式等进行了改革与实践，使铸造工艺课程设计作为“三维一体”能力应用型人才培养计划中重要的实践性教学环节充分发挥作用。
(1)提高学生的学习兴趣，改革课程设计的内容和流程，重点培养学生分析、解决实际工程问题的能力。课程设计内容是课程设计的基础，内容的好坏直接关系到教学目的能否实现。为了达到培养目的，一方面让学生通过实习建立对工艺及装备的感性认识，另一方面抛弃传统的设计题目，选择多个工厂里实际生产的典型零件作为课程设计的题目，实现课程设计与工程实践的衔接。为了防止抄袭现象，学生4～5人一组做同样的零件，但每个学生的设计参数不同。为了提高学生主动获取知识的兴趣，对传统的铸造课程设计流程进行了改革。新的课程设计流程中增加了AutoCAD、三维绘图、计算机模拟等，通过改变设计参数进行方案比较的设计性训练能够直观地体现，这在很大程度上提高了学生的学习兴趣。同时学生的识图、绘图能力得到了充分的锻炼和提高，为以后参加工作奠定了坚实的基础。图2为大学生采用Pro/E软件完成的铸件三维设计。
(2)课程设计与大学生竞赛相结合，促进实践教学改革。大学实践教学的根本真谛在于它能够培养学生未来从事研究、探索活动的一种思维品质和习惯［3－4］。学科竞赛可以锻炼学生提出问题、设计方案、探索解决问题方法的能力。整个竞赛从组织队员开始，就是学生的主动思维、发散思维、直觉思维、批判性思维，甚至是“梦想”的过程，是学生利用多年学习的知识进行分析、组合与判断的过程，也是培养学生创新思维和应用实验基本技能、发挥创造性的过程。通过学科竞赛使学生的创新活动成为了学业的一部分。兰州理工大学在实践中出台了一系列相关配套政策，例如创新学分实施办法中规定每位学生必须获得1个创新学分;参加校级及以上学科竞赛的同学可以获得创新学分，竞赛作品可以替代课程设计等。在一系列制度的支持下，大学生踊跃报名参加，利用寒暑假时间参加竞赛，通过校内竞赛选拔推荐参加国家级竞赛的人员。通过参加铸造工艺大赛，学生成为了学习过程的主体，激发了学生自主学习的积极性。从2009－2014年，我校学生连续六年参加了“永冠杯”全国大学生铸造工艺大赛，获一等奖3项，二等奖2项，三等奖18项。同时通过竞赛，提高了学生解决实际工程问题的能力，培养了学生科学研究的基本素质、动手能力和勇于创新的精神。虽然参加全国铸造工艺大赛的是学生，但同时比的是创意以及学校的教学方法和教学手段。许多企业工程师、研究人员作为竞赛评委，这些都增加了高校教师的压力，促使教师对实践教学方法和手段进行改革，有利于提高学生的综合素质。
(3)规范化管理模式，改革考核方式，将过程考核和能力考核相结合。在课程管理方面，我们通过任务书明确了以下时间点:开题，中期检查，课程设计答辩，提交设计报告。通过规范化的管理，学生可以清楚地知道各个阶段的内容，并能合理安排时间。开题时要让学生知道课程设计的目的、内容及意义。这个阶段要求学生充分利用图书馆纸质及电子资源，积累大量的原始资料，并充分了解铸件的结构特点;中期检查主要解决设计中出现的问题;课程设计答辩环节是对整个铸造工艺设计进行的总结。通过答辩环节可以提高学生口头表达能力以及临场应变能力。根据课程设计的流程，在开题、中期检查以及课程设计答辩三个环节分别进行考核。开题占整个课程设计考核的10%;中期检查占70%，包括以下内容:合理选定铸造工艺参数，占15%;浇冒口等的设计，占25%;工艺图、型板图、合箱图的绘制，占30%;课程设计答辩占20%。
4结语
铸造工艺设计范文第4篇
关键词：ProCAST铸造模拟；网格划分；缩孔缩松；缩孔缩松
中图分类号：TP391.7
ProCAST是由美国ESI公司开发的基于有限元技术的专业铸造模拟软件，它为铸造工程师优化铸造产品质量与铸造工艺解决了新的途径，ProCAST能为铸造工程师提供铸件在形成过程中流动场、温度场及应力场进行模拟分析并预测铸件的质量，优化铸造工艺方案。ProCAST能够模拟铸造过程中的流动过程，精确地显示浇不足、冷隔、夹气，预测缩孔、缩松和铸造过程中微观组织的动态变化移。
本文针对某铸件，用ProCAST模拟软件对该铸件凝固过程进行了凝固模拟，预测该铸件可能出现的缺陷，从而针对该缺陷来用SolidWorks造型软件来对该铸造模拟系统进行修改，再次运用铸造模拟软件对修改后的系统进行仿真模拟，直至模拟结果满足铸造工艺的需求，ProCAST对铸件进行数值模拟的流程如下：
1 ProCAST软件模块组成
ProCAST铸造模拟软件主要由MeshCAST模块、PreCAST模块、DataCAST模块、ProCAST模块、VisualCASt模块和Status模块构成。
1.1 ProCAST文件读入。ProCAST铸造模拟模拟软件提供了三种接口方式，用来实现与其它建模软件的连接。第一种是采用如SolidWorks、Pro/E、AnSys等其它建模软件先绘制铸件与浇注系统，再保存为ProCAST能够接收的通用文件格式，导入到MeshCAST模块进行面网格、体网格的划分，然后再进行软件的后续工作。第二种是采用其它建模软件建模后，用建模软件对铸件等进行面网格划分，然后导入到MeshCAST模块进行体网格划分，然后再进行软件的后续工作。第三种是采用建模软件对铸件等进行面网格和体网格的划分，然后导入到PreCAST模块进行模拟的后续工作[1-2]。
1.2 PreCAST模块和ProCAST模块。PreCAST模块的工作流程：首先导入后缀为.mesh的体网格文件，然后依次进行材料设置Material、铸型中各个组件之间界面条件的设置Interface、边界条件设置Boundary、工作环境设置Process、初始条件设置Intital Condition、运行参数设置Run parameters等，退出PreCAST模块时会自动保存为后缀为d.dat文件和p.dat文件。DataCAST将PreCAST中的设置编译形成计算文件，ProCAST调用该计算软件进行运算。
1.3 ViewCAST模块。ViewCAST模块是ProCAST的后处理器。它可以将计算结果可视化，供用户观察并分析计算结果。
2 应用
图2是用SolidWorks软件绘制的砂箱、冒口、铸件及冷铁等的三维模型。首先，用MeshCAST模块对其模型进行面网格和体网格划分如图3。其次，对该模型中的表面条件、边界条件、初始条件进行相关参数的设定如图4。最后，对模拟结果进行分析如图5和图6.
3 结束语
用铸造模拟软件ProCAST能够直观地展现铸件充型凝固的温度场分布，金属液流动过程，温度梯度分布及缩孔缩松等。针对模拟结果出现的问题，修改铸造工艺设计的三维模型，进行铸造工艺的优化，可以提高铸件的质量，缩短铸件的研制周期，提高铸造工艺的出品率，降低铸造工艺的成本[3]。
参考文献：
[1]王宝顺.曲面建模在ProCAST网格划分中的应用[J].铸造技术，2009（30）：926-928.
[2]赵云龙.前后处理软件与ProCAST软件接口方式的研究[J].沈阳理工大学学报，2006（25）：19-21.
[3]胡.ProCAST软件在铸造凝固模拟中的应用[J].材料科学与工艺，2006（14）：293-295.
[4]候华.铸造过程的计算机模拟[M].北京：国防工业出版社，2008.
铸造工艺设计范文第5篇
【关键词】真空压力；铸造工艺；重点突破
1.前言
随着社会经济的不断发展，传统的铸造工艺因为其铸件组织疏松、内部缺陷多等多方面的质量问题，已经不能满足人们的需求。近年来相应的科研单位对铸造工艺提出了无缺陷、高致密度等要求，传统的铸造工艺急需得到改善和优化。针对此种情况，砂型真空压力铸造新型工艺得到了不断的研发和推广。砂型真空压力铸造的原理是在真空的外在条件下进行浇筑，并在压力环境下完成凝固工作。其在工艺流程方面较于传统的铸造工艺更加的精密和复杂，但主要的流程可以分为造型、抽真空、浇铸和加压固化四个方面。下面针对砂型真空压力铸造工艺的主要流程，结合在铸造过程中突破的工艺重点与难点，谈一谈砂型真空压力的铸造工艺。
2.砂型真空压力铸造的主要工艺流程
2.1 造型
在造型方面，砂型原料应该尽量的选用拥有规范几何形状并且强度较高的特种砂，并用特定的粘接剂进行拌匀等后续工作，最后进行温度时效，并把成型后的砂型放在浇铸罐中去。此种造型方式相较于其他方式，在应用型砂造型方面有非常显著的效果，并且整个造型过程把真空浇铸与加压凝固良好的融合在一起，增强了造型的成效性。此外，因为此造型过程中砂型是在浇铸罐中完成其浇铸过程的，因此在整个浇铸过程中，砂型会经历负压与正压的双重环境，这也决定了所选用的砂型需要有较高的强度，否则在造型过程中就很容易出现局部掉砂或者塌砂等不良现象，从而出现一些不必要的缺陷。在实际的应用中，还应该通过长期的比较实验，来测定最好的特种砂与特种粘接剂，从而保证造型的质量，并且在浇铸以前还应该用专门的合模夹具进行处理，以增加砂型合模的精度与强度。
2.2 抽真空
在抽真空流程中，应该快速的将浇铸罐关闭，并启动抽气阀，在限定的时间内抽光浇铸罐内部存在的空气，在浇铸罐内制造出一个真空的环境。但整个抽真空过程不可能真正抽光浇铸罐内的全部气体，必然会有部分的气体残留，此时如果残留气体不能通畅的排放出去，就会给铸件质量带来很大的影响。因此应该设置相应数量的冒口，从而使残留空气在浇铸过程中能够从冒口处排出。而对于浇铸罐腔内结构死角所存在的残留空气则可以通过砂型良好的透气性排出。此外还应该注意的是，如果抽真空进行的时间过久，就会使得金属液在浇铸罐的温度下降，从而增加了其氧化程度。
2.3 浇铸
在砂型真空压力铸造工艺中的浇铸过程中，主要的工作是把浇铸架上存在的金属液以相对平缓与均匀的速度，倒进砂型浇口中去，待到“补缩浇冒杯”渗满以后停止。因为此过程先经历了真空环境，然后再进行浇铸，并且在浇铸过程中没有任何的传热介质，浇铸罐内气体和其产生的阻力都很小，因此就使得金属液能够有良好的流动性，并且加压过程也使得铸件也具有较大的收缩率。所以在整个浇铸过程中，还应该注意适量的补缩浇铸液，并在关键时候给予一定的补缩温度，从而避免因为补缩不够，而使得铸件产生严重的铸造缺陷。
2.4 加压固化
加压固化的过程为：快速的打开高压阀，使浇铸罐内部的压力在一定的时间内升到特定的高压状态，并辅助其中的金属液进行冷却凝固，从而保证铸件能够拥有较为致密的内部组织结构。在这之中，加压的时间是决定铸件质量的关键性因素。如果加压的时间过长，就会使得铸件因为温度不够或者补缩通道不畅等因素影响，大大降低其加压的效果。因此在加压固化铸造过程中，当压力达到一定数值的时候，应该及时的进入保压状态，从而使铸件在保压的环境中完成其固化过程，保证铸件组织的致密性。
3.砂型真空压力铸造的重点突破工艺
3.1 增强气体流动性与排气能力
在砂型真空压力铸造工艺中，其型腔的选用有很多选择。原有的石膏型或金属型，因为自身特殊的性质，一般都能够生产出表面光洁的铸件。但是石膏型或金属型在排气功能方面却不是非常的理想，甚至根本就不具备排气功能。在抽真空过程中，有很多的残留空气滞留在型腔中得不到排出，大大增加了金属液流动的阻力，从而产生了一定的缺陷。因此，石膏型或金属型一般都只能在小型薄壁铸件方面得到广泛的应用。选择砂型的铸模就能够避免此种情况的发生，增强气体的流动性与排气能力，从而提高铸件的质量。
3.2 解决铸造热裂问题
在砂型真空压力铸造的过程中，因为一些大壁厚或中大型铸件的体积过大，其具有的热容量也很大，从而也决定了其拥有较大的冷却收缩率。石膏型或金属型有很高的强度，但它们的收缩弹性也不是很理想。因此在铸造过程中，如果采用石膏型或金属型来进行真空压力铸造，那么其生产出来的铸件经常伴有裂纹缺陷，并且铸件的体积越大，这种现象也就越明显。砂型结构内部组织较为疏松，并且有较好的弹性，选择砂型为铸模，就能够成功地避兔了铸件收缩热裂现象。
3.3 增强铸件的抗腐蚀性
由于砂型组织自身的特性，砂型真空压力铸造工艺较于其他工艺有更好的机械性能。不仅如此，因为此种铸造工艺所产生的铸件一般都拥有致密性很高的特性，因此其抗腐蚀性也很理想。经过相关的科学实验发现，砂型真空压力铸造工艺所生产出来的铸件，相较于普通砂型铸造所成产出来的铸件，在抗腐蚀性方面有着天差地别。特别是砂型真空压力铸造工艺所生产出来的铸件在盐雾的环境下，能够有效的避免空气吸呼现象的发生，从而保证了铸件的使用性能。
3.4 解决普通浇铸问题
砂型真空压力铸造工艺主要是在真空状态下进行浇铸工作，相较于普通浇铸能够极大程度的较少金属液与空气的接触，从而避免金属液发生氧化，并有利于金属液中氢气的析出，增强了金属液整体的清洁，进而阻止铸件形成夹渣。真空压力的铸造方式还大大减少了型腔中的空气阻力，增强了金属液的流动性，从而减少了铸件内部缺陷的出现。此外，在整个浇铸过程中没有传热介质，就使金属液在浇铸过程中能够保持稳定的温度。便于控制铸件顺序冷却。不仅如此，砂型真空压力铸造工艺中的加压固化能够使补缩通道更加畅通，从而使得铸件在压力的作用下进行冷却凝固，形成高致密性的铸件组织，解决了普通浇铸中铸件收缩率大的问题。
4.结语
随着社会经济的进一步发展，人们对于铸造工艺的要求也会也来越多。而砂型真空压力铸造工艺作为一种新型的工艺，在未来的发展中必将有其新的意义和内涵。不仅如此，砂型真空压力铸造工艺能够充分的解决传统铸造工艺的缺点，在未来的发展中也会有更为广阔的应用前景。作为一名铸造工艺的设计人员，在当下更应该对砂型真空压力铸造工艺的核心内容进行深入的了解，积极借鉴国内外关于砂型真空压力铸造的先进技术经验，给砂型真空压力铸造工艺的发展做出自己的贡献。
参考文献：
[1] 刘孝福，娄延春，齐笑冰，朴东学. 低压铸造技术在铜合金和黑色金属领域的发展和应用[J]. 铸造，2006，06：585-588.
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[3] 王艳光，彭晓东，赵辉，谢卫东，魏群义. 大型薄壁精密镁合金铸件铸造技术进展[J]. 兵器材料科学与工程，2011，05：101-104.
铸造工艺设计范文第6篇
1.1PLC、压力传感器与温度传感器的选型基于生产成本和功能等因素的考究，决定采用晶体管型西门子PLC，型号为西门子S7-200CPU224XPDC/DC/DC的继电器输出型，满足本文低压铸造控制系统设计的转换精度要求[4]。由于PLC模型选用的是晶体管型PLC，出于高温测量稳定性和安全性因素考虑，决定采用西门子压力传感器QBE9000-P16。考虑低压铸造的实际生产状况和测量精度的要求，温度传感器决定采用PT100铂热电阻温度传感器[5]。
1.2电磁阀、比例阀与触摸屏的选型查阅电磁阀相关资料，决定采用广泛用于钢铁冶金，石油化工，矿山电力机械等各种气动系统中的HOPE77系列气动换向电磁阀。该系统比例阀要求调节和切断双重功能，本文采用可靠性高和噪声小的万讯QSTP智能电动引进单座高性能调节阀，是一种可以显示连续控制的气动调节阀，兼具智能控制和PID的相关功能。触摸屏选择灵敏度高、稳定的、无漂移操作、串口触摸接口和内部电源取电的ETWOTOUCH19英寸开放式触摸屏显示器。
2控制系统软件设计
2.1实时智能专家系统本文采用G2实时专家系统作为低压铸造生产的智能决策系统，图2为基于G2实时智能专家系统的低压铸造系统结构。首先将低压铸造生产工艺规范与质量标准输入到G2实时专家系统数据库，通过G2专家系统的NeurOn-Line，快速构建和部署关于低压铸造生产过程中的铸造工艺历史数据和规范的神经网络模型，并进行训练，获取到铸造产品质量与铸造工艺生产条件之间的某种关联关系，及时的根据实时反馈的铸造生产数据，对生产条件进行智能改善和控制，以改进并完善原有的铸造工艺方案，帮助铸造工艺设计人员更好的预测、控制和优化低压铸造复杂的工艺过程。应用智能专家系统于低压铸造生产的优点在于：①通过连续的、即时的虚拟铸造产品质量，测量获得质量一致性的铸造产品；②通过精细铸造生产产品等级来调节铸造生产严格遵守生产规范，减小产品偏离生产工艺与质量规范而造成产品报废；③在加工能力和能源消耗等约束条件下，优化生产经济，并且不会影响产品质量；④自动诊断和解决那些费时费力和需要推理的网络问题，迅速断定问题的根源[6]。
2.2PLC控制系统设计根据低压铸造模拟电压输入模拟量U-T工艺过程输出曲线编制PLC控制模块程序。图3是模拟电压U-t曲线，包括充型，结壳，增压，保压和降压等几个铸造工艺过程。PLC模块利用224XP模拟输入输出接口，需要通过编制相对应的程序调节电源电流来控制比例调节阀流量，从而使铸造过程依据该曲线进行响应的动作。根据低压铸造模拟电压U-t工艺历程曲线，设计如图4所示的低压铸造PLC控制模块程序设计，在step7软件上编写PLC梯形图，程序如图5所示。在通讯连接中，将串口连接到拓扑结构窗口，建立HMI与PLC模块间的通讯参数。可以通过触摸屏对低压铸造智能专家系统铸造参数的预设值进行设定，详见图6。点击开始按钮触发跟踪预设，得到实时跟踪过程仿真截图，每一次取样周期结束时，新的结果数据会从PLC读出来，并在趋势图上进行显示，这样显示结果具有实时性，如图7所示的模拟结果显示所设计的基于智能控制策略的低压铸造控制系统具有很好的实时性、准确性和可靠性。
3小结
铸造工艺设计范文第7篇
关键词：厚壁球墨铸铁；球磨机端盖；铸造工艺设计
引言
磨机机组主要用于矿山机械行业铁矿、铜矿等坚硬矿石的破碎作业。一般根据磨机端盖的受力状况，端盖的材质主要选用球磨铸铁、低碳铸钢、铆焊件、高强度灰口铸铁等。由于球墨铸铁、高强度灰口铸铁制造成本较低，在发达国家生产的铸铁端盖比例较大，而在国内，由于受生产条件、技术水平、铸件品质和焊接性能等诸多因素的制约，能生产的铸铁端盖尺寸规格和数量较少[1]。图1所示为实拍的磨机机组图。
1磨机端盖铸件技术要求
磨机在矿机机组中主要用于矿石的破碎作业，而磨机端盖作为传动轴的连接部位，需要承受高载荷、高力矩。因此，磨机端盖需要具有高强度、高韧性。所述磨机端盖的轮廓大、铸件毛坯质量和浇注质量大，且为回转体铸件，最大轮廓尺寸达到6978mm×6978mm、质量40.9t，浇注质量达到58t，端盖主体壁厚210mm、最小壁厚134mm、最大壁厚320mm。磨机端盖的结构如图3所示。1.1机械性能所述磨机端盖的材料为EN-GJS-500-7U；化学成份要求w（Ti）＜0.02%、w（Si）＜2.35%；φ220mm圆柱形试块的机械性能指标如表1所示。1.2磁粉检测指标适用标准：ASTME1444。检测方法：干法或湿法。非加工面的接受标准：表面上不能有外露的裂纹、热裂或线性缩松等缺陷。熔渣接受标准：熔渣长度≤2.54cm。1.3超声波检测指标适用标准：12680-3II级。检测部位：所有表面进行UT检测。判定标准：声速>5500m/s。
2磨机端盖铸件工艺设计
本磨机端盖铸件的砂芯、砂型均采用呋喃树脂砂，根据所述磨机端盖铸件单个砂芯和砂型的大小及混砂机的流砂量和砂芯、型的强度要求，相关技术参数为：树脂加入量0.8%~1.2%、固化剂加入量30%~50%、可使用时间8~15min、砂芯/型硬化后的硬度大于90HB、抗压强度大于4.0MPa。砂芯、砂型制作完成后，还需要使用抗粘砂涂料喷涂两遍，第一遍涂料波美度为50~60、第二遍涂料的波美度为40~50。2.1浇注位置的选择根据磨机端盖铸件的结构特点，为了利于补缩和减少夹渣问题，浇注方式选择为大头在上、小头在下。造型分箱按照图4的方式分为四箱。上箱中箱1中箱2下箱中箱2中箱1图4磨机端盖分箱示意图2.2加工量和浇注系统设计根据铸造工艺设计手册与相关标准结合磨机端盖铸件的结构特点及顾客的技术要求，确定此产品主体加工量为+8~20mm，为防止铸件上表面夹渣夹砂缺陷导致铸件报废，上表面的加工量取上限值。磨机端盖铸件尺寸长、质量大、浇注时间长，且无法放置过滤装置。因此本产品的浇注系统设计为全陶瓷浇注系统，从而避免了浇注系统自身冲砂造成金属液的夹砂，同时也提高了浇注系统抵抗金属液冲刷的能力。如图5所示，浇注系统的特点是开放式、低流速、由耐火陶瓷管组成、抗高温金属液冲刷能力强，其中金属液流速可以控制在1m/s以内。2.3冷铁和冒口设计大型厚壁球铁铸件件可使用无冒口铸造和大冒口铸造两种方法[2]，模拟之前先对铸件进行分区计算模数。根据计算的结果设计冒口和冷铁，此产品选择的是类似于铸钢件顺序凝固补缩的方法设计，将冒口放置在靠近铸件热节的部位，保证冒口晚于铸件凝固，补偿液态收缩，此件选择放置6个φ500mm的保温发热冒口。2.4模拟仿真在以上冷铁、冒口布置及浇注系统设计的基础上采用MAGMA软件进行充型凝固模拟，具体模拟结果如图6所示，从左图中可以看出凝固最后都处于冒口中，从右图中可以看出铸件没有发生缩松缺陷，符合设计要求。2.5熔炼浇注参数设计熔炼金属液时采用高纯度生铁、两级孕育和球化处理工艺，可大幅度降低成分偏析，并可预防石墨漂浮和冒口颈铸件组织粗大[3]。结合磨机端盖铸件的实际：P含量小于等于0.03%、石墨形态为Ⅵ型、且要在能代表铸件壁厚的试块的中心部位取样检测，最终采用高纯度生铁、喂线孕育和球化处理的工艺，使得金属液符合顾客技术需要。针对厚大断面铸件，其浇注温度设定为1290±10℃。熔炼时使用中频炉进行多炉同时熔炼，浇注时采用双包双水口合浇的技术方案。
3生产验证
铸造工艺设计范文第8篇
【关键词】气缸套；离心铸造；金属模；生产工艺改进
当前，金属模离心铸造生产工艺广泛应用于内燃机气缸套的生产中。金属模铸造生产工艺凭借铸模可以循环使用、铸造尺寸及铸件精度容易保证的优势，成为铸造生产中的一种特殊工艺，发挥着重要作用。离心铸造是铸造工艺中的独特工艺，优点颇多，主要体现在生产效率高、造模简便、组织致密度高等方面。因此，对气缸套离心铸造金属模的生产工艺进行探索，优化其工艺制作方案，成为气缸套离心铸造金属模生产中研究的重要内容。
1 气缸套离心铸造金属模生产工艺现状分析
在气缸套金属模离心铸造的生产进程中，金属模是其中的一个最重要工装，具有易耗的性质，气缸套生产成本直接受金属模制造成本及金属模使用寿命两方面的影响。常规情况下，金属模毛坯重量在六十千克至一百千克之间，材料是HT200，在机械加工铸造定型后，要求金属模保持其组织的组织致密性，在横断面方面力学性能要均匀，并且内表面、外表面没有缩孔、缩松、气孔夹渣等问题。当前，金属模大多使用砂模铸造雨淋式浇注系统进行生产。这一工艺的主要缺点有以下几个方面：第一，铁水使用效率较低；第二，加工余量很大；第三，生产效率较低，这是因为为了最大限度减少铸件渣气存在带来的一系列问题，造好的模要通过烘烤房将里面具有的水汽进行烘干处理，要进行这一操作，使得三个到五个生产工人每班最多仅仅可以做完十件金属模造型；第四，造模的劳动强度非常大，吊运沙箱的工作需要2个及以上的生产工人与行车进行配合才能完成；第五，铸件铸造存在诸多瑕疵，加工后的金属模总会出现缩孔缩松等瑕疵，对金属模的使用寿命产生严重不良影响；第六，生产周期一般很长，烘烤房的使用使得能耗成本大幅增加（建造完工的砂模需要烘烤十个小时至十五个小时，这样使得每批次耗电量达到七百到一千千瓦时）砂模铸造生产存在多个缺点，使得气缸套金属模制作费用非常高，这大大增加了其生产的成本，生产效率不高又导致金属模存在需求与供应不匹配的情况，供应明显小于需求，对气缸套的大批量大规模生产造成限制。
2 气缸套离心铸造金属模生产工艺改进方案
气缸套离心铸造金属模生产工艺改进方向要从几个方面考虑：第一，使金属模铸造缺陷大幅降低；第二，使金属模生产效率大幅提高；第三，使能耗大幅降低。从这3个方面出发，综合气缸套各生产厂的现实生产条件，改进工艺方案上认为运用离心铸造工艺生产气缸套的金属模毛坯具有可行性、可靠性及优良性。
一是初步方案的设计上，使用一体式金属模。选用中模金属模当作实验的对象（气缸套金属模中最受欢迎的一种），砂模铸造生产的金属模毛坯重量控制为八十千克左右。具体实验步骤为：使用砂模铸造生产制作出气缸套金属模离心铸造要使用到的模具（这里的注意事项为：气缸套金属模法兰盘位置与离心铸造模具相对应的位置难以上涂料，因此，对这些位置，在模具预热上好涂料过后，要用毛刷补刷一次，以保证模具内腔成模面上的涂料厚度超过三毫米）确定铸模的转速（根据离心铸造计算公式进行计算后确定），在铸件内表面半径为六厘米，重力系数G取值为六十时，铸型转速计算结果为945rad/分钟。需要关注的是：模具与产品总重超过一百五十千克，将离心铸造机承载能力纳入考虑范畴，并防止生产的气缸套金属模毛坯内应力超过正常水平等情况下，对转速要进行适当控制，不能太高，945rad/分钟属于较高水平，因此，将这一转速适当降低，最后确定转速为900rad/分钟。试验证明了这一转速一方面能为金属液成型提供充足的离心力；另一方面，能确保液态金属液的平稳充型。提高生产效率上，因为铁水量过多原因，以及出于保护模具的目的，在浇注完成后要立即放水进行冷却处理（处理时间为三分钟左右），冷却到温度在750摄氏度左右（温度上下变化范围为五十摄氏度），将机器停止，进行脱模操作。金属模具与砂型相比，过冷度要明显大很多，铁液碳当量应当适当往稍高方向控制，并使用大剂量孕育进行辅助处理，若不这样操作，会使得金属模外层很容易形成白麻口组织，对加工、性能产生不良影响。通过这种工艺（离心铸造法），生产过程中，合格气缸套金属模毛坯的生产效率达到8-10只/小时，超过砂型铸造生产效率多倍；同时，金属模毛坯重量大幅下降，由八十千克下降为六十千克，铁水消耗量得到大幅减少。另一方面，砂型铸造必不可少的烘烤环节得以消除，能耗得到有效节省。在质量上，这种工艺制作出的金属模毛坯与砂型铸造生产的金属模毛坯，在内表面精度、外表面精度上都明显要优良，组织致密度非常高，在机械性能上表现出的优越性也很显著。
二是对初步方案进行的优化上，使用组合式金属模。在现实生产中，存在部分金属模外模尺寸非常大的情况，加工起来十分麻烦、难度系数高，并且，在生产过程中，对金属模法兰盘位置上涂料非常不方便，难以实现其简易化操作，只能借助手工涂、刷方式来完成，这就使得生产效率非常低、操作上难度较高，要合理解决这个问题，需要对气缸套金属模离心铸造工艺进行更深层次的优化与改进。在气缸套的生产中存在这样一个普遍问题：气缸套金属模在使用的进程中，基本上都是从中部发生横向断裂，进而导致其报废，报废的金属模中，法兰盘往往都还是完好无损的。基于这一观察发现，尝试进行组合式金属模的生产制作（即圆筒与法兰盘组合，共同构成金属型）。
第一，经过试验探索与分析研究，并与气缸套金属模的实际报废情况相结合，研究出了组合式金属模生产这一新的生产工艺，这一先进生产工艺完全传承了运用一体式离心浇注生产工艺生产气缸套的一切优点，另一方面，实现了铸造生产工艺的简化，大大降低了生产过程中操作上的难度，使得生产效率得到进一步提升；第二，经过实验研究发现，在气缸套金属模的生产中，运用离心铸造方法替代原砂型铸造方法具有可行性，在金属模产品性能、能耗、生产效率方面，一体式离心浇注方法都要明显优于原砂型铸造方法；第三，离心铸造方法对比原砂型铸造方法，有诸多优点，但也不可避免地存在缺陷，如：金属模内应力比砂型铸造要明显高出很多，因此，运用这一工艺生产出来的金属模毛坯要经过相当长一段时期的自然失效以消除内应力，然后再加工定型。
参考文献：
[1]蒲小涛.气缸套离心铸造金属模生产工艺改进[J].内燃机与配件，2010，（6）：18-20.