基于ProCAST仿真软件的HT200座体铸造工艺设计

基于ProCAST仿真软件的HT200座体铸造工艺设计

一、选题简介、意义

简介:座体是机床上重要的固定部件之一，其优良的刚性和稳定性对于加工零件的质量和效率具有重要的影响。HT200材料具有优良的机械性能和铸造性能，因此被广泛应用于座体制造领域。以提高工业生产效率和质量。

意义：HT200座体是机床上常用的重要部件之一，主要用于安装和固定铣刀头，同时还能够调节铣刀头的位置和角度，以适应不同的加工要求。因此，铣刀头座体在机械加工、铸造制造、航空航天、汽车工业等领域都有广泛的应用。

二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）

1. 课题研究及主要研究内容

课题研究：HT200座体的铸造工艺设计

主要研究内容：1.座体铸造工艺基础知识，设计铸造工艺，实现高质量生产

2.铸型设计方案的制定，研究工艺参数对铸造性能的影响。

3.HT200座体铸造工艺的注意事项

2. 预期目标

制定合理的铸型设计方案，使座体的外形和尺寸达到制造要求，同时提高工艺效率和质量。提出一种合理的浇注工艺和参数，知道浇注工艺对座体成形过程的影响，以提高工艺效率和座体的质量。

3. 研究步骤

1.使用铸造工艺学中的知识，分析HT200座体工艺的尺寸。

2.使用AutoCAD及NX软件设计并建模三维。

3.根据铸造工艺，使用ProCAST软件，对工艺进行仿真铸造。

4.根据模拟的结果，分析座体性能。

4.研究方法、措施

通过查阅文献，相关知识，探究铸造的工艺流程，不会的积极向导师请教

三、设计（论文）体系、结构（大纲）

一、绪论 5

1.1 引言 5

1.1.1 HT200座体的简介 5

1.1.2 HT200灰铸铁的工艺技术的发展概况 5

1.1.3 HT200座体的研究性 6

1.2 HT200座体的结构特点 7

1.2.1分析铣刀头座体尺寸和构造 7

1.2.2 零件特点与用途介绍 8

1.3浇注位置的选择 10

1.3.1浇注位置的确定 10

1.3.2分型面的选择 10

1.3.3重要平面的机械加工余量的设置 11

二、浇注系统的设计 12

2.1浇注系统类型的选择 12

2.1.1方案一的选择 13

2.1.2方案二的选择 13

2.2浇道的选用及各部分的结构尺寸和浇口杯的尺寸 13

2.2.1方案一浇道 13

2.2.2方案二浇道 14

2.3冒口的设计 14

2.4砂箱的设计 15

2.5浇注参数温度速度及时间的计算 15

2.5.1浇注温度速度 15

2.5.2浇注时间的计算 16

2.5.3阻流断面积的计算 16

三、铸造工艺设计优化 18

3.1初始条件设定 18

3.1.1铸造工艺的模拟与分析 18

3.1.2铸造参数设定及模拟 18

3.2网格划分 19

3.3浇注过程及仿真模拟 19

3.3.1两方案的初步充型过程模拟及结果分析 19

3.3.2凝固过程仿真模拟 21

3.4浇注情况与优化 22

3.4.1铸造过程的缺陷分析 22

3.4.2铸造优化及冒口的设计 24

3.5优化结果与分析 26

3.5.1铸造工艺优化模拟与分析 26

3.5.2综合方案一与方案二对方案一进行最终优化 31

3.5.3方案一最终优化结果分析 32

3.6本章小结 34

四、结论与展望 34

4.1全文总结 34

4.2前景展望 36

致谢 38

参考文献 39

结论与展望

4.1全文总结

本论文是主要研究HT200座体的铸造工艺，我首先分析座体的结构特点和性能特点，其次，根据结构数据设计各尺寸再设计出初始浇注系统。后用PROCAST软件对座体铸件的浇注系统充型及凝固进行仿真模拟，再通过模拟分析其预测的缺陷，通过缺陷分析结果对初始的浇注系统进行优化，最终尽可能达到无缺陷，且有以下结论：

（1）HT200座体铸造工艺设计是一个多方面综合的任务，需要考虑到很多因素首先对HT200座体做简介：HT200座体是一种常用于机床上的铸铁组件，由于其高强度、优良的耐磨性和耐腐蚀性，常作为机床床身的基础部件之一，用于支撑加工过程中的载荷和维持机床的工作精度。再利用AUTOCAD与NX.12做出二维及三位图。通过对HT200座体的结构特点以及重要平面的机械加工余量选择合适的分型面以及浇注位置。通过参考铸造手册选择出有两个方案：机床类灰铸铁小型铸件一般采用半封闭式浇注系统；零件扁平状，高度差较小，又可采用顶注封闭式浇注系统。浇注系统各部分的结构尺寸为：方案一由直浇道和横浇道：內浇道之比为1.2：1.5：1，容易得知，∑A直=1.48cm2，∑A横=1.85cm2，∑A内=1.23cm2。方案二由直浇道和横浇道：內浇道之比为1.2：1.5：1，容易得知，∑A直=1.57cm2，∑A横=1.96cm2，∑A内=1.31cm2。又由计算得出浇注温度速度为1400°C左右，浇注速度为0.1~0.2m/s之间。又由计算得出浇注时间为7s。在确定一系列的设计尺寸结构后采用PROCAST进行浇注系统仿真模拟。

（2）首先，需要绘制三维模型，并将其导入Procast软件中进行网格划分，以满足精度和可观测性的要求。在进行模拟时，要考虑浇注温度、浇注时间、各部分材料以及换热系数等主要参数。本文中，浇注温度为1380 °C，浇注时间为7秒，铸件材料为HT200，砂型我选用铜合金冷铁。通过仿真模拟，可以更准确地预测出铸件的形态和性质，并在铸造过程中及时发现和解决可能出现的问题。因为初步设计没有设冒口，所以方案一T=69.35s时，铸件圆筒两侧处未凝固，易产生缺陷。方案二T=353.14s时，最后凝固部位成为孤立的小熔池，此时它的周围已经时固态或半固态，不能得到补缩。两个方案凝固过程中都出现了缺陷。

（3）经过初步模拟的结果看来，对浇注系统增设了冒口。方案一优化后的凝固过程，T=169.3s时，在铸件凝固过程中，圆柱状的部位已经凝固完成，但未凝固的部分在冒口。冒口在整个浇注系统中起到的补缩作用，但是在时间为370.61秒时，铸件基本已经完全凝固，最后在底座部位凝固，这容易在该处出现缺陷。我在方案二上在增设了冒口，虽然消除了顶部在凝固时所发生的塌陷。对比未初始工艺中缩松缩孔的缺陷，虽然缺陷有所改善，但却未完全消除缺陷。最后在综合方案一与方案二的问题上，我在方案一的优化基础上又进行了二次优化。在方案一的前期优化模拟结果中可以看到铸件上安置冒口起到了一定的补缩作用，但侧冒口补缩时冒口颈较小，没有充分补缩就已经开始凝固了，因此对侧冒口进行加大。在顶部加了两个冒口浇不足现象得以解决，但顶部中间位置出现了缩松，因此在该位置上方加冒口补缩，浇道冒口采用珍珠岩复合保温冒口。铸件另一个侧壁不便放置冒口，因此采用冷铁来改变凝固顺序使此处优先凝固。最终通过仿真模拟可以看出铸件上缺陷全部消失，同样对其它位置进行检查，均未出现缩松缩孔。由此可见，在我的二次优化模拟后，此方案是可行合理的。

4.2前景展望

HT200座体是一种常见的铸铁产品，在工业领域有广泛的应用。对其铸造工艺进行设计并对其进行优化，可以提高产品的质量和效率，减少生产成本，同时也为铸造工艺领域的发展带来了机会和挑战。

（1）从目前的铸造工艺技术发展来看，数字化制造和智能化制造成为了发展趋势。数字化制造可以提高产品的制造效率和质量，并具有高度的灵活性和可重复性。在数字化制造的基础上，智能化制造可以通过自动化和智能化系统实现生产流程的优化和控制。因此，未来铸造工艺设计将更加注重数字化制造和智能化制造的应用，以实现更高效、高质量的产品制造。

（2）同时，随着环保问题的日益突出，低碳、节能的生产方式成为了工业领域的重点方向。铸造行业也要加强在能源利用、环保方面的技术先进性，探索可持续发展道路，推动产业绿色化和智能化发展。因此，HT200座体的铸造工艺设计论文的前景展望，不仅限于对铸造工艺技术的探索和优化，还需要结合数字化制造和智能化制造的理念，以及低碳、节能、环保的思想，进行综合性的研究，推动铸造工艺的差异化发展和人工智能技术与铸造工艺的深度融合[13]。

（3）总之，HT200座体的铸造工艺设计论文，具有重要的现实意义和科学价值。展望未来发展，应该聚焦数字化制造、智能化制造、节能减排等方面，以创新的思维和科学的方法，推动铸造工艺的持续发展，构建更加智能化、绿色化、高效率的铸造体系，满足各行各业的发展需求[1]。

参考文献

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[2]杨绍同,陈云龙,罗斌,等.铸造模拟技术在缸体铸造工艺设计中的应用[J].现代铸铁,2018,38(01):80-85.

[3]张杰.ZG310大型座体的铸造工艺设计及模拟优化[J].铸造工程,2021,45(05):8-11

[4]王孝国,刘挺,吴煜,等.基于ProCAST的悬梁铸造模拟及工艺优化[J].农业技术与装备,2023(01):12-15.

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[6]任现伟.砂型铸造模具的设计与工艺研究[J].中国铸造装备与技术,2020,55(03):23-27.

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[9]何春华.模拟技术在铸造工艺设计中的应用[J].中国铸造装备与技术,2012(03):35-37.

[10]李建军.三维实体模型在铸造工艺设计中的应用[J].金属加工(热加工),2010(03):68-69.