铸造数值模拟仿真报告

本科生课程考核试卷

科目：教师：

姓名：学号：

专业：

上课时间： 20 年月至20 年月

考生成绩：

阅卷教师 (签名)

一、前言

计算机辅助设计（Computer Aided Design,简称CAD）：是指工程技术人员以计算机为辅助工具，完成产品设计构思和论证、产品总体设计、技术设计、零部件设计和产品图绘制等。

狭义铸造工艺CAD：即工艺设计，指用计算机软件在计算机上设计浇注系统、冒口、溢流槽、排气槽、冷铁、型芯等。并进行工艺图绘制。铸造工艺CAD可将计算机的快速、准确和设计人员的经验、智慧结合起来。改变上千年的手工设计方式，缩短工艺设计周期，提高设计水平，提高产品的质量和竞争力。

二、产品分析及初步方案

图1 图2

如图1和图2所示，该产品为方向盘，此模型是一个方向盘，结构复杂，并且在实际使用过程中，需要承受较大的扭转力，一般为锌合金，或者铝合金，我们做模拟时就采用更便宜、更轻的镁合金并采用压铸工艺生产。初步拟定工艺设计过程如下：

1. 初步方案设计

2.压铸工艺有关参数的选取

3.根据产品体积，确定内浇口面积及形状。

4.横浇道和直浇道方案设计

5.根据确定的参数，利用CATIA软件作出浇注系统三维模型。

6.利用Anycasting模拟充型过程

三、具体设计过程

1.初步方案设计

图3

金输液流动方向如图3所示，此零件结构复杂，在高压浇注过程中，充型速度很快，易产生激溅、铁豆，且型腔中气体不易于排除，所以根据上述易产生的缺陷，应采用底注式浇注系统，它不但能改善上述缺陷，还可以使内浇道很快被金属液淹没，实现快速平稳充型。同时型腔中液面升高后使横浇道较快充满，较好挡渣，利于得到外形精美、质量优良的铸件。

由于此零件模型中间部分较为复杂，四周比较简单，中间位置充型易出现问题，所以浇注系统的位置应该选在下面部位上。

2.压铸工艺有关参数的选取

图4

铸件材料为AZ91D镁合金，

铸件体积经UG计算为V铸 =m/p =760/1.8=422.2 cm3 金属液质量G=0.76kg

液态金属密度p =1.8g/cm2

充填速度Vg=40m/s

型腔的充填时间 t=0.05s

根据产品体积，确定内浇口面积及形状。

公式：

A ---内浇口截面积；

G ---通过内浇口的金属液质量;

p --- 液态金属密度；

V --- 充填速度；

t ---型腔的充填时间；

注明：公式从《压铸工具磨具手册》潘宪曾机械工业出版社 4-1查得。

通过公式计算得：内浇口截面积 A =211.1 cm2

但是由于有两个内浇口，所以内浇口截面积为105.5 cm2 又根据产品尺寸，确定内浇口截面形状为梯形。

3.横浇道和直浇道方案设计

图5

①采用等宽横浇道

H=(5-8)T=12mm

W=3A/D=26.375mm

r=2mm

②直浇道的尺寸

压室直径：D＝60mm

浇口套 D=60±0.76mm

横浇道宽度=内浇口宽度=26.375mm

4.根据确定的参数，作出浇注系统三维模型。

图6内浇道和横浇道

图7 浇注系统俯视图

图8 浇注系统侧视图5.利用Anycasting模拟充型过程

图9 导入STL

图10 设置实体格式

图11 设置铸型

图12 设置求解域

图13 均匀划分网格

图14 划分可变网格（难点）

图15 任务设定

图16 材料设置

图17 浇口设置

图18 界面换热条件

图19 浇口设置

图20 流动模型（标准K-e模型）

图21 求解条件设定（一般为默认）

图22 求解运算

图23 充型过程

图24 充型过程

四、总结

通过几周的学习和探讨，我初步掌握了铸造零件分析、浇注系统工艺设计、计算机三维制图以及Anycasting的简单模拟仿真操作，这种实践课程很好的检验了我们的知识理解和掌握程度，在课程进行的过程中，我也遇到了许许多多的问题如：浇注系统工艺参数计算、三维造型如何拔模、AnyCasting网格划分不正确等，虽然老师上课都认真讲过，但是我没有认真听讲，所以在这个课程进行中很多时间都花在查阅资料、了解软件、向同学请教这几个方面上，虽然最后做出的效果感觉不理想，但是我也从中受益匪浅，不仅锻炼了我们动手解决问题能力的同时，也加深了我们对铸造浇注系统理论知识的理解和三维造型软件及仿真软件的了解。

最后模拟的结果不太理想可能有以下几个原因:

1）源文件破损或者方案设计还存在需要优化的地方

2）在参数设定上可能存在一些小小的差异

3）划分可变网格不太成功，个别轴上可能存在重复划分

4）在模拟过程中的具体操作中，我仅仅针对能操作的选项进行了设定，对于反复尝试后仍然没有响应的选项没有进行操作