铸造过程模拟仿真 1、概述 在铸造生产中，铸件凝固过程是最重要的过程之一，大部分铸造缺陷产生于这一过程。凝固过程的数值模拟对优化铸造工艺，预测和控制铸件质量和各种铸造缺陷以及提高生产效率都非常重要。 凝固过程数值模拟可以实现下述目的： 1）预知凝固时间以便预测生产率。 2）预知开箱时间。 3）预测缩孔和缩松。 4）预知铸型的表面温度以及内部的温度分布，以便预测金属型表面熔接情况，方便金属型设计。 5）控制凝固条件[1]。 为预测铸应力，微观及宏观偏析，铸件性能等提供必要的依据和分析计算的基础数据。作为铸造工艺过程计算机数值模拟的基础，温度场模拟技术的发展历程最长，技术也最成熟。温度场模拟是建立在不稳定导热偏微分方程的基础上进行的。考虑了传热过程的热传导、对流、辐射、结晶潜热等热行为。所采用的计算方法主要有：有限差分法、有限元法、边界元法等；所采用的边界条件处理方法有N方程法、温度函数法、点热流法、综合热阻法和动态边界条件法；潜热处理方法有：温度回升法、热函法和固相率法。 自丹麦Forsound于1962年第一次采用电子计算机模拟铸件凝固过程以来，为铸造工作者科学地掌握与分析铸造工艺过程提出了新的方法与思路，在全世界范围内产生了积极的影响，许多国家的专家与学者陆续开展此项研究工作。在铸造工艺过程中，铸件凝固过程温度场的数值模拟计算相对简单，因此，各国的专家与学者们均以铸件凝固过程的温度场数值模拟为研究起点。继丹麦人之后，美国在60年代中期开始进行大型铸钢件温度场的计算机数值模拟计算研究，且模拟计算的结果与实测温度场吻合良好；进入70年代后，更多的国家加入了铸件凝固过程数值模拟的研究行列中，相继开展了有关研究与应用，理论研究与实际应用各具特色。其中有代表性的研究人员有美国芝加哥大学的R.D.Pehlke教授、佐治亚工学院的J.Berry教授、日本日立研究所的新山英辅教授、大阪大学的大中逸雄教授、德国亚探工业大学的P.Sham教授和丹麦科技大学的P.N.Hansen教授等。我国的铸件凝固过程温度场数值模拟研究始于70年代末期，沈阳铸造研究所的张毅高级工程师与大连工学院的金俊泽教授在我国率先开展了铸造工艺过程的计算机数值模拟研究工作，虽然起步较晚，但研究工作注重与生产实践密切结合，取得了较好的应用效果，形成了我国在这一研究领域的研究特色[2]。 1988年5月，在美国佛罗里达州召开的第四届铸造和焊接计算机数值模拟会议上，共有来自10个研究单位的从事铸造凝固过程计算机数值模拟技术研究的专家和学者参加了会议组织的模拟斧锤型铸件凝固过程的现场比赛。由于该铸件在几何形状上属复杂类型，模拟计算有一定的难度。从比赛结果看，绝大部分的模拟结果与实际测温结果相吻合。此次比赛得出如下结论[8]： l）铸件凝固过程的计算机模拟达到了相当的水平，如三维自动刻分、三维模拟计算、三维温度场显示等，并产生了一些软件包，如日立公司的HICASS、丹麦的Geomesh、大阪大学的SOLAM及亚琛的CASTS等。 2）模拟计算的结果都接近实测，这说明有限差分、有限元和边界元这三种计算方法对温度场计算都能满足精度要求，同时也说明了铸件凝固过程温度场计算机模拟计算技术已趋成熟。
Magma操作 STL导入 点击“preprocessor”进入“MAGMApre”界面，依次导入相应的构件，保存。
Mesh划分网格 如上图所示，Magma共提供以上四种划分网格方法：自动划分、标准划分、高级、高级2。其中，自动划分是指用户自己制定划分的总的网格数，Magma自动进行适当的调整划分实体，标准划分是指铸型等不需要很高精度的部分进行的一种比较粗略的划分，如果需要对某一部分进行更细的划分，那么用户可以在“高级”中进行制定网格大小，甚至可以在“高级2”中对更进一步的某些部分进行更细的网格划分。 自动划分是用户可以制定计算部分的大约网格数、是否生成壳、是否核心划分、是否针对解法5进行划分。 Solver5是一种针对复杂结构铸件的网格划分方法。 1.2.4 网格划分 1.根据网格总量划分 1）打开选择功能表enmeshment,则mesh generation的视窗就出现； 2）选择automatic ,输入网格总数量； 3）选择generate 划分。
按照网格总数划分 2.根据单元网格三维尺寸划分 标准高级更高级 1）操作步骤： （1）选择功能表enmeshment,则mesh generation的视窗即出现；
（2）选择standard模式定义标准的网格化参数(如图 1.2.4-2)； （3）若standard模式不符划分需求,选择advanced和advanced2模式 ,来局部区域细分； 依据个人需求,改变预设的参数,参数说明后面3）中叙述。 （4）选择calculate,测试产生网格数； （5）假如接受测试结果,选择generate正式产生网格。 网格数量 2）划分准则 1、Wall thichness— 网格划分最小结构厚度。 2、Accuracy— 精度 3、Element size— 网格大小 4、Option。 其中Wall thichness和Element size一般设成一样大小。 3）参数说明 （1）wall thickness(壁厚) ─粗分网格； 几何中只要有壁厚小于设定值的地方就不会有网格产生,单位是mm 。
挤压铝型材表面颗粒状毛刺的形成原因与对策 在铝型材的挤压生产中，型材表面不同程度的存在一些小颗粒吸附在型材表面上，这种的缺陷，仅有轻微手感，不仔细观察或手摸较难发现。但它严重影响氧化、电泳涂漆及喷涂型材的表面美观，降低了生产效率和成品率，更是高档装饰型材的致命缺陷。因此，对其形成机理进行分析，同时在挤压生产实践中不断地观察分析，总结其成因，及时采取措施，是减少或杜绝这种缺陷的出现的有效手段。 一、颗粒吸附成因分析 1、挤压型材表面出现的颗粒状毛刺分为四种： 1)空气尘埃吸附，燃煤铝棒加热炉产生的灰尘、铝屑、油污及水份凝结成颗粒附着在热的型材表面。 2)铝棒中的杂质，如：精炼不充分遗留的金属夹杂物和非金属夹杂物。 3)时效炉内的灰尘附着。 4)铝棒中的缺陷及成分中的β相AlFeSi在高温下析出，使金属塑性降低，抗拉强度降低，产生颗粒状毛刺。 “吸附颗粒”的形成 2、原因 1)铝棒质量的影响 由于高温铸造，铸造速度快，冷却强度大，造成合金中的β相AlFeSi不能及时转变为球状α相AlFeSi，由于β相AlFeSi在合金中呈现针状组织，硬度高、塑性差，抗拉强度很低，在高温挤压时不仅会诱发挤压裂纹，而且会产生颗粒状毛刺，这种毛刺不易清理，手感强烈，颗粒附近常伴随有蝌蚪状拖尾，在金相显微镜下观察，呈现灰褐色，成分中富含铁元素。 铝棒中的杂质影响，铝棒在熔铸过程中，精炼不充分，泥土、精炼剂、覆盖剂以及粉末涂料和氧化膜夹杂等混入棒中，这些物质在挤压过程中，使金属的塑性和抗拉强度显著降低，极易产生颗粒状毛刺。 棒的组织缺陷常见的有疏松、晶粒粗大、偏析、光亮晶粒等，所有这些铸棒缺陷有一个共同点，就是与铸棒基体焊合不好，造成了基体流动的不连续性，在挤压过程中，夹渣极易从基体中分离出来，通过模具的工作带时，粘附在入口端，形成粘铝，并不断被流动的金属拉出，极易产生颗粒状毛刺。 2)模具的影响 在挤压生产中，模具是在高温高压的状态下工作的，受压力和温度的影响，模具产生弹性变形。模具工作带由开始平行于挤压方向，受到压力后，工作带变形成为喇叭状，只有工作带的刃口部分接触型材形成的粘铝，类似于车刀的刀屑瘤。在粘铝的形成过程中，不断有颗粒被型材带出，粘附在型材表面上，造成了"吸附颗粒"。随着粘铝的不断增大，模具产生瞬间回弹，就会形成咬痕缺陷。若粘铝堆积较多，不能被型材拉出，模具瞬间回弹时粘铝不脱落，就会形成型材的表面粗糙、亮条、型材撕裂、堵模等问题。模具的粘铝现象见图1。我们现在使用的挤压模具基本是平面模，在铸棒不剥皮的情况下，铸棒表面及内在的杂质堆积在模具内金属流动的死区，随着挤压铸棒的推进及挤压根数的增多，死区的杂质也在不断的变化，有一部分被正常流动的金属带出，堆积在工作带变形后的空间内。 有的被型材拉脱，形成了颗粒状毛刺。因此，模具是造成颗粒状毛刺的关键因素。
学生学号28 实验课成绩 学生实验报告书 实验课程名称材料成型数值模拟设计实验 开课学院材料学院 指导教师姓名朱春东、钱东升 学生姓名王丹丹 学生专业班级成型0801 2011-- 2012学年第一学期
实验教学管理基本规范 实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平与质量的重要依据。为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高学生质量，特制定实验教学管理基本规范。 1、本规范适用于理工科类专业实验课程，文、经、管、计算机类实验课程可根据具体情况参 照执行或暂不执行。 2、每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实验 报告外，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。 3、实验报告应由实验预习、实验过程、结果分析三大部分组成。每部分均在实验成绩中占一 定比例。各部分成绩的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。各专业也可以根据具体情况，调整考核内容和评分标准。 4、学生必须在完成实验预习内容的前提下进行实验。教师要在实验过程中抽查学生预习情况， 在学生离开实验室前，检查学生实验操作和记录情况，并在实验报告第二部分教师签字栏签名，以确保实验记录的真实性。 5、教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，完整保存实验报告。在完成所有 实验项目后，教师应按学生姓名将批改好的各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告，按班级交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。 6、实验课程成绩按其类型采取百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。
实验课程名称材料成型数值模拟
铝合金常见缺陷 铝合金型材以其良好的塑性、适中的热处理强度、良好的焊接性能以及阳极氧化处理后表面华丽的色泽等诸多优点而被广泛应用。但在生产过程中经常会出现一些缺陷而致使产品质量低下，成品率降低，生产成本增加，效益下降，最终导致企业的市场竞争能力下降。因此，从根源上着手解决铝合金挤压型材的缺陷问题是企业提高自身竞争力的一个重要方面。笔者根据多年的铝型材生产实践，在此对铝合金挤压型材常见缺陷及其解决办法作一总结，和众多同行交流，以期相互促进。 1 划、擦、碰伤 划伤、擦伤、碰伤是当型材从模孔流出以及在随后工序中与工具、设备等相接触时导致的表面损伤。 1．1 主要原因 ①铸锭表面附着有杂物或铸锭成分偏析。铸锭表面存在大量偏析浮出物而铸锭又未进行均匀化处理或均匀化处理效果不好时，铸锭内存在一定数量的坚硬的金属颗粒，在挤压过程中金属流经工作带时，这些偏析浮出物或坚硬的金属颗粒附着在工作带表面或对工作带造成损伤，最终对型材表面造成划伤； ②模具型腔或工作带上有杂物，模具工作带硬度较低，使工作带表面在挤压时受伤而划伤型材； ③出料轨道或摆床上有裸露的金属或石墨条内有较硬的夹杂物，当其与型材接触时对型材表面造成划伤；
④在叉料杆将型材从出料轨道上送到摆床上时，由于速度过快造成型材碰伤； ⑤在摆床上人为拖动型材造成擦伤； ⑥在运输过程中型材之间相互摩擦或挤压造成损伤。 1．2 解决办法 ①加强对铸锭质量的控制； ②提高修模质量，模具定期氮化并严格执行氮化工艺； ③用软质毛毡将型材与辅具隔离，尽量减少型材与辅具的接触损伤； ④生产中要轻拿轻放，尽量避免随意拖动或翻动型材； ⑤在料框中合理摆放型材，尽量避免相互摩擦。 2机械性能不合格 2．1 主要原因 ①挤压时温度过低，挤压速度太慢，型材在挤压机的出口温度达不到固溶温度，起不到固溶强化作用； ②型材出口处风机少，风量不够，导致冷却速度慢，不能使型材在最短的时间内降到200℃以下，使粗大的Mg2Si过早析出，从而使固溶相减少，影响了型材热处理后的机械性能； ③铸锭成分不合格，铸锭中的Mg、Si含量达不到标准要求； ④铸锭未均匀化处理，使铸锭组织中析出的Mg2Si相无法在挤压的较短时间内重新固溶，造成固溶不充分而影响了产品性能； ⑤时效工艺不当、热风循环不畅或热电偶安装位置不正确，导致时效不充分或过时效。
学生学号0120801080128 实验课成绩 学生实验报告书 实验课程名称材料成型数值模拟设计实验 开课学院材料学院 指导教师姓名朱春东、钱东升 学生姓名王丹丹 学生专业班级成型0801 2011-- 2012学年第一学期
实验教学管理基本规范 实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平 与质量的重要依据。为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高 学生质量，特制定实验教学管理基本规范。 1、本规范适用于理工科类专业实验课程，文、经、管、计算机类实验课程可根据具体情况参 照执行或暂不执行。 2、每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实验 报告外，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。 3、实验报告应由实验预习、实验过程、结果分析三大部分组成。每部分均在实验成绩中占一 定比例。各部分成绩的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。各专业也可以根据具体情况，调整考核内容和评分标准。 4、学生必须在完成实验预习内容的前提下进行实验。教师要在实验过程中抽查学生预习情况， 在学生离开实验室前，检查学生实验操作和记录情况，并在实验报告第二部分教师签字栏签名，以确保实验记录的真实性。 5、教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，完整保存实验报告。在完成所有 实验项目后，教师应按学生姓名将批改好的各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告，按班级交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。 6、实验课程成绩按其类型采取百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。 附表：实验考核参考内容及标准 观测点考核目标成绩组成 实验预习1．预习报告 2．提问 3．对于设计型实验，着重考查设计方案的 科学性、可行性和创新性 对实验目的和基本原理 的认识程度，对实验方 案的设计能力 20% 实验过程1．是否按时参加实验 2．对实验过程的熟悉程度 3．对基本操作的规范程度 4．对突发事件的应急处理能力 5．实验原始记录的完整程度 6．同学之间的团结协作精神 着重考查学生的实验态 度、基本操作技能；严 谨的治学态度、团结协 作精神 30% 结果分析1．所分析结果是否用原始记录数据 2．计算结果是否正确 3．实验结果分析是否合理 4．对于综合实验，各项内容之间是否有分 析、比较与判断等 考查学生对实验数据处 理和现象分析的能力； 对专业知识的综合应用 能力；事实求实的精神 50%
三个基本问题 1）什么是金属材料制备工艺？ 通过一定的生产流程，获得可以作为工业或工程中使用的金属材料或者构件，这个过程称之为金属材料制备与加工。 2）什么是金属材料制备工艺的计算机模拟？ 根据用户要求，基于一定的判据设计的制备与加工工艺过程，建立起数学物理模型，在计算机上进行造型、运算，并将得到的成千上万的数据综合在一起逼近研究对象的全貌，表达出成分工艺组织性能的演变规律，用形象的图形或者动画形式，显示出这些过程的直观画面称之为计算机模拟。 3）为什么进行金属材料制备工艺的计算机模拟？ 基本的加工工艺 1）铸造，凝固成形，液固相变。 2）焊接，凝固成形，液固相变，热影响区晶粒长大。 3）压力加工，固态成形，固态相变。 4）热处理，固态相变。 5）冷成形模拟 模拟的框架1）前处理，造型，数据输入等 2）计算，算法的优化 3）后处理，模拟结果输出，判据函数 4）数据库 模拟具有实时性，模拟的准确性取决于模型的精度。 开展工艺模拟的目的 1）优化现有工艺 2）进行模具与新工艺设计 3）缩短设计、试制和生产周期，降低成本 4）工艺的可视化，工程师和模拟工作者之间能够共同分析出达到最佳工艺的判据标准 5）机理性分析 热加工过程的结果成型和改性：使材料的成分、组织、性能最后处于最佳状态 热加工工艺设计根据所要求的组织和性能，制定合理的热加工工艺，指导材料的热加工过程热加工工艺设计存在的问题 复杂的高温、动态、瞬时过程：难以直接观察，间接测试也十分困难 建立在“经验”、“技艺”基础上 解决方法 热加工工艺模拟技术：在材料热加工理论指导下，通过数值模拟和物理模拟，在实验室动态仿真材料的热加工过程，预测实际工艺条件下的材料的最后组织、性能和质量，进而实现热加工工艺的优化设计 热加工过程模拟的意义 认识过程或工艺的本质，预测并优化过程和工艺的结果（组织和性能） 与制造过程结合，实现快速设计和制造 热加工过程模拟的部分商业软件 铸造PROCAST, SIMULOR 锻压DEFORM, AUTOFORGE, SUPERFORGE 通用MARC, ABAQUS, ADINA, ANSYS 三种传热方式：热对流，热传导，热辐射。
铜陵学院课程实验报告 实验课程材料成型计算机模拟 指导教师 专业班级 姓名 学号 2014年05月11日
实验一 圆柱体压缩过程模拟 1 实验目的与内容 1.1 实验目的 进一步熟悉AUTOCAD 或PRO/E 实体三维造型方法与技艺，掌握DEFORM 软件的前处理、后处理的操作方法与热能，学会运用DEFORM 软件分析压缩变形的变形力学问题。 1.2 实验内容 运用DEFORM 模拟如图1所示的圆柱坯压缩过程。 （一）压缩条件与参数 锤头与砧板：尺寸200×200×20mm ，材质DIN-D5-1U,COLD ，温度室温。 工件：材质DIN_CuZn40Pb2，尺寸如表1所示，温度700℃。 （二）实验要求 （1）运用AUTOCAD 或PRO/e 绘制各模具部件及棒料的三维造型，以stl 格式输出； 砧板 工件 锤头 图1 圆柱体压缩过程模拟
（2）设计模拟控制参数； （3）DEFORM前处理与运算（参考指导书）； （4）DEFORM后处理，观察圆柱体压缩变形过程，载荷曲线图，通过轴对称剖分观察圆柱体内部应力、应变及损伤值分布状态； （5）比较实验 1与2、3与4、1与3和2与4的模拟结果，找出圆柱体变形后的形状差别，说明原因； （6）提交分析报告（纸质和电子版）、模拟数据文件、日志文件。 2 实验过程 2.1工模具及工件的三维造型 根据给定的几何尺寸，运用AUTOCAD或PRO/E分别绘制坯料、锤头和砧板的几何实体，文件名称分别为workpiece，topdie，bottomdie，输出STL格式。 2.2 压缩过程模拟 2.2.1 前处理 建立新问题：程序→DEFORM6.1→File→New Problem→Next→在Problem Name栏中填写“Forging”→ Finish→进入前前处理界面； 单位制度选择：点击Simulation Conrol按钮→Main按钮→在Units栏中选中SI（国际标准单位制度）。 添加对象：点击+按钮添加对象，依次为“workpiece”、“topdie”、“bottomdie”。 定义对象的材料模型：在对象树上选择workpiece →点击General按钮→选中Plastic 选项（塑性）→点击Assign Temperature按钮→填入温度，→点击OK按钮；在对象树上选择topdie →点击General按钮→选中Rigid选项（刚性）→点击Assign Temperature 按钮→填入温度，→点击OK按钮→勾选Primary Die选项（定义为extusion dummy block 主动工具）→如此重复，定义其它工模具的材料模型（不勾选Primary Die选项）。 调整对象位置关系：在工具栏点击Object Positioning按钮进入对象位置关系调整对话框→根据挤压要求及实体造型调整相互位置关系→点击OK按钮完成； 模拟控制设置：点击Simulation Conrol按钮→Main按钮→在Simulation Title栏中填入“tuble extrusion”或“stick extrusion”→在Operation Title栏中填入“deform heat transfer”→选中SI选项，勾选“Defromation”选项，点击Stemp按钮→在Number of Simulation Stemps 栏中填入模拟步数→Stemp Increment to Save栏中填入每隔几步就保存模拟信息→在Primary Die栏中选择extusion dummy block（以挤压垫为主动工具）→在With Constant Time Increment栏中填入时间步长→点击OK按钮完成模拟设置； 实体网格化：在对象树上选择workpiece→点击Mesh →在Number of Elements卡上填入需要的网格数，如15000→点击Generate Mesh →工件网格生成； 说明：工模具不作分析，可以不进行网格划分。 设置对象材料属性：在对象树上选择workpiece→点击Meterial→点击other→选择DIN-CuZn40Pb2→点击Assign Meterial完成材料属性的添加； 设置主动工具运行速度：在对象树上选择topdie →点击Movement→在speed/force选
PROCAST ProCAST由法国ESI公司开发的综合的铸造过程软件解决方案，有20多年的历史，提供了很多模块和工程工具来满足铸造工业最富挑战的需求。基于强大的有限元分析，它能够预测严重畸变和残余应力，并能用于半固态成形，吹芯工艺，离心铸造，消失模铸造、连续铸造等特殊工艺。 procast 百科名片 ProCast软件界面 ProCAST由法国ESI公司开发的综合的铸造过程软件解决方案，有20多年的历史，提供了很多模块和工程工具来满足铸造工业最富挑战的需求。基于强大的有限元分析，它能够预测严重畸变和残余应力，并能用于半固态成形，吹芯工艺，离心铸造，消失模铸造、连续铸造等特殊工艺。 目录 适用范围材料数据库 模拟分析能力 分析模块 ProCAST特点 模拟过程 展开 适用范围 材料数据库 模拟分析能力 分析模块 ProCAST特点 模拟过程 展开 ProCast应用(10张) 编辑本段适用范围 ProCAST适用于砂型铸造、消失模铸造、高压铸造、低压铸造、重力铸造、
软件操作界面 倾斜浇铸、熔模铸造、壳型铸造、挤压铸造、触变铸造、触变成形、流变铸造。由于采用了标准化、通用的用户界面，任何一种铸造过程都可以用同一软件包ProCAST进行分析和优化。它可以用来研究设计结果，例如浇注系统、通气孔和溢流孔的位置，冒口的位置和大小等。实践证明，ProCAST可以准确地模拟型腔的浇注过程，精确地描述凝固过程。可以精确地计算冷却或加热通道的位置以及加热冒口的使用。 编辑本段材料数据库 ProCAST可以用来模拟任何合金，从钢和铁到铝基、钴基、铜基、镁基、镍基、钛基和锌基合金，以及非传统合金和聚合体。ESI旗下的热物理仿真研究开发队伍汇集了全球顶尖的五十多位冶金、铸造、物理、数学、计算力学、流体力学和计算机等多学科的专家，专业从事ProCAST和相关热物理模拟产品的开发。得益于长期的联合研究和工业验证，使得通过工业验证的材料数据库不断地扩充和更新，同时，用户本身也可以自行更新和扩展材料数据。除了基本的材料数据库外，ProCAST还拥有基本合金系统的热力学数据库。这个独特的数据库使得用户可以直接输入化学成分，从而自动产生诸如液相线温度、固相线温度、潜热、比热和固相率的变化等热力学参数。 编辑本段模拟分析能力 ProCAST可以分析缩孔、裂纹、裹气、冲砂、冷隔、浇不足、应力、变形、模具寿命、工艺开发及可重复性。ProCAST几乎可以模拟分析任何铸造生产过程中可能出现的问题，为铸造工程师提供新的途径来研究铸造过程，使他们有机会看到型腔内所发生的一切，从而产生新的设计方案。其结果也可以在网络浏览器中显示，这样对比较复杂的铸造过程能够通过网际网络进行讨论和研究。 编辑本段分析模块 ProCAST是针对铸造过程进行流动一传热一应力耦合作出分析的系统。它主要由8个模块组成：有限元网格划分MeshCAST基本模块、传热分析及前后处理(Base License)、流动分析(Fluid flow)、应力分析(Stress)、热辐射分析(Radiation)、显微组织分析(Micromodel)、电磁感应分析(Electromagnetics)、反向求解(Inverse)，这些模块既可以一起使用，也可以根据用户需要有选择地使用。对于普通用户，ProCAST应有基本模块、流动分析模块、应力分析模块和网格划分模块。 1)传热分析模块 本模块进行传热计算，并包括ProCAST的所有前后处理功能。传热包括
课题: 材料成型计算机模拟系别: 机械工程学院专业班级: 11级材控1班 指导教师: 金标 组别: 第五组 2014年6月
第一章课程设计容及任务分配.................................................................................................................. - 1 - 1.1 概述.......................................................................................................................................................... - 1 - 1.2 设计目的.................................................................................................................................................. - 1 - 1.3 设计容...................................................................................................................................................... - 1 - 1.4 设计要求.................................................................................................................................................. - 1 - 1.5 挤压方案任务分配.................................................................................................................................. - 2 - 第二章工艺参数.......................................................................................................................................... - 3 - 2.1 工艺参数的设计...................................................................................................................................... - 3 - 2.1.1 摩擦系数的确定.................................................................................................................................... - 3 - 2.1.2 挤压速度的确定.................................................................................................................................... - 3 - 2.1.3 工模具预热温度的确定........................................................................................................................ - 3 - 第三章模具尺寸的确定.............................................................................................................................. - 4 - 3.1 挤压工模具示意图.................................................................................................................................. - 4 - 3.2 模具尺寸的确定...................................................................................................................................... - 4 - 3.2.1挤压模结构尺寸的确定......................................................................................................................... - 4 - 3.2.2 挤压筒结构尺寸的确定...................................................................................................................... - 6 - 3.2.3 挤压垫的结构及尺寸确定.................................................................................................................... - 7 - 第四章实验模拟及数据提取分析............................................................................................................ - 8 - 4.1挤压工模具及工件的三维造型............................................................................................................... - 8 - 4.2 挤压模拟.................................................................................................................................................. - 8 - 4.3 后处理...................................................................................................................................................... - 9 - 4.4分析数据................................................................................................................................................... - 9 - 4.5 坯料温度对挤压力的影响.................................................................................................................... - 10 - 4.6 坯料预热温度对破坏系数的影响........................................................................................................ - 11 - 个人小结........................................................................................................................................................ - 12 - 参考文献........................................................................................................................................................ - 21 - 附表《塑性成型计算机模拟》课程设计成绩评定表
基于虚拟现实的铸造工艺流程仿真 大部分机械工程专业的学生并没有真正意义上的进行铸造工艺实验，多数是从书上获得理论知识，或者是在金工实习时，听或观察老师的操作，使得很多学生并不熟悉真正的铸造是如何进行的。针对这种情况，本文利用虚拟现实的技术仿真铸造工艺的流程，使得学生可以在没有现实设备的基础下，也能依靠自学或者书本的知识，自己进行虚拟的铸造实验。 铸造工艺有很多类型，本文选择了压力铸造工艺流程的仿真。压力铸造是一种精密的铸造技术，是一种不可或缺的铸造技术，也是机械工程专业的学生必须掌握的铸造技术。虚拟现实技术综合利用计算机仿真技术、计算机图形学等等多种技术，通过产生视觉、听觉等，使得用户产生一种身临其境的感觉。其中很多软件能实现这种技术，本文采用了容易掌握和理解的EON Studio来实现压铸工艺的仿真。 本文首先对压力铸造作了简介，对其四种类型：热室压力铸造、冷室卧式压力铸造、冷室立式压力铸造和冷室全立式压力铸造的工艺流程进行了详细的分析，并且选择了热室压力铸造和冷室卧式压力铸造进行工艺仿真。而后简单介绍了EON Studio的重要功能，采用多种节点的配合作用，实现了对压力铸造工艺流程的仿真。 I
第一章绪论 1.1 选题的背景及意义 机械工程是社会发展和国民经济建设的基础学科之一。机械类专业人才的培养在整个教育中是非常重要的一部分。但我国机械专业的教学长期以来沿用原苏联的教学模式。而这种教学模式存在着严重的弊端，例如专业口径较窄、专业划分过细、内容相对过深、体系过于陈旧。随着我国的新技术的迅速发展，使机械工程、机械制造比以前的时代发生了根本性变化。这种传统的机械类教学模式必须彻底改革，不然就不会有创新。 实验教学是一种将课本知识结合到实际的教学方式，实验教学不仅巩固了学生课本上的基础知识，而且还能够培养学生的实际操作能力和动脑能力。由于机械专业属于工科类教学，对学生的实践动手操作能力要求极高，所以实验教学是提高机械工程专业学生实践动手操作能力的一个重要教学环节。 但是由于各种条件的限制，比如操作实验设备难度大、缺乏实验设备、容易精密仪器损坏、实验时间和资源的消耗大等，学生缺乏大量去尝试的机会，也因此这的相当数量的实验创新教学不能正常开展，另外一些抽象性的实验在现实情景中很难实现，例如铸造等等，从而耽误了对学生动手实践能力的培养。将虚拟现实技术应用在实验教学中，可使虚拟出来的效果接近真实实验效果[1]。 铸造成型在现代加工中占有不可或缺的地位，是制造生产复杂零件最灵活的方法。铸造实习是金工实习重要的环节之一，通过铸造实习学生可以学习到常规的铸造工艺，同时也能够了解到基本先进的铸造技术。但是因为受到我国传统教育思想的影响，实验教学的模式一直有一下几个方面的问题: （1）教学方法基本上还是老师带学生的模式，老师做学生在一旁看和模仿，过多的约束使学生难以发挥自己的想象空间，形成了一种被动的模仿实习，而不是由学生自己摸索得到的知识。在过去的实习教学中，都是由指导老师示范砂型的制作过程，然后由学生进行模仿进行操作，然而大部分学生做出来的作品都是基本的形状； （2）后续的浇注过程没有得到很好的展开，学生很难对砂型铸造的后续金属浇注过程有一个直观的认识，例如不同金属熔炼所需要具备的条件、浇注前金属液体的微观状态、铸件的成型过程以及铸件可能产生的缺陷等。而且在这种情况下学生很容易失去对实习的兴趣以及实习的成就感，从而打击到了学生实习的积极性，并且影响到部分同学的学习热情； （3）学生在实际操作之前没有得到相关实习的理论教学。例如学生没有掌握砂型铸造的要点，有的学生不是十分了解基本操作步骤。 华南理工大学机械工程虚拟仿真实验教学中心是首批国家级虚拟仿真实验教学中
学生学号实验课成绩 学生实验报告书 实验课程名称成型模拟分析基础 开课学院材料学院 指导教师姓名 学生姓名 学生专业班级 2011-- 2012学年第一学期
实验教学管理基本规范 实验是培养学生动手能力、分析解决问题能力的重要环节；实验报告是反映实验教学水平 与质量的重要依据。为加强实验过程管理，改革实验成绩考核方法，改善实验教学效果，提高 学生质量，特制定实验教学管理基本规范。 1、本规范适用于理工科类专业实验课程，文、经、管、计算机类实验课程可根据具体情况参 照执行或暂不执行。 2、每门实验课程一般会包括许多实验项目，除非常简单的验证演示性实验项目可以不写实验 报告外，其他实验项目均应按本格式完成实验报告。 3、实验报告应由实验预习、实验过程、结果分析三大部分组成。每部分均在实验成绩中占一 定比例。各部分成绩的观测点、考核目标、所占比例可参考附表执行。各专业也可以根据具体情况，调整考核内容和评分标准。 4、学生必须在完成实验预习内容的前提下进行实验。教师要在实验过程中抽查学生预习情况， 在学生离开实验室前，检查学生实验操作和记录情况，并在实验报告第二部分教师签字栏签名，以确保实验记录的真实性。 5、教师应及时评阅学生的实验报告并给出各实验项目成绩，完整保存实验报告。在完成所有 实验项目后，教师应按学生姓名将批改好的各实验项目实验报告装订成册，构成该实验课程总报告，按班级交课程承担单位（实验中心或实验室）保管存档。 6、实验课程成绩按其类型采取百分制或优、良、中、及格和不及格五级评定。 附表：实验考核参考内容及标准 观测点考核目标成绩组成 实验预习1．预习报告 2．提问 3．对于设计型实验，着重考查设计方案的 科学性、可行性和创新性 对实验目的和基本原理 的认识程度，对实验方 案的设计能力 20% 实验过程1．是否按时参加实验 2．对实验过程的熟悉程度 3．对基本操作的规范程度 4．对突发事件的应急处理能力 5．实验原始记录的完整程度 6．同学之间的团结协作精神 着重考查学生的实验态 度、基本操作技能；严 谨的治学态度、团结协 作精神 30% 结果分析1．所分析结果是否用原始记录数据 2．计算结果是否正确 3．实验结果分析是否合理 4．对于综合实验，各项内容之间是否有分 析、比较与判断等 考查学生对实验数据处 理和现象分析的能力； 对专业知识的综合应用 能力；事实求实的精神 50%
挤压铸造原理及缺陷分析 挤压铸造技术与传统金属型重力铸造相比区别较大，对于某些铸件的生产有独特优势，然而实际生产中出现的一些铸造缺陷，成因也不同于传统铸造，本文试图从原理和生产实际出发，分析挤压铸造的原理和流程参数，及其铸造常见缺陷，利用技术上的经验和实践提出改进方法，已达到推进该项铸造技术的推广，减少损失。 挤压铸造原理及特点 1.1.基本原理 挤压铸造又可称为液态模锻，是将金属或合金升温至熔融态，不加处理注入到敞口模具中，立即闭合模具，让液态金属充分流动以充填模具，初步到达制件外部形状，随后施以高压，使温度下降已凝固的外部金属产生塑性变形，而内部的未凝固金属承受等静压，同步发生高压凝固，最后获得制件或毛坯的方法。由于高压凝固和塑性变形同时存在，制件无缩孔、缩松等缺陷，组织细密，力学性能高于铸造方法，接近或相当锻造方法；无需冒口补缩和最后清理，因而液态金属或合金利用率高，工序简化，为一具有潜在应用前景的新型金属加工工艺。 1.2.挤压铸造的特点 挤压铸造的工艺对铸造设备有特殊的要求，并且目前只对部分铸件有较好的效果。首先，挤压铸造设备，需要提供低速但流量较大的液态金属填充能力，速度约为0.5~3m/s，流量可达1~5kg/s，这样熔融态金属才能平稳地将铸型内气体排出，并填充铸型，随后铸型填满的瞬间（50ms~150ms），应能将铸型内铸造比压提升到60~100MPa，这样合金便能在高压下凝固成型。由于前述的低速大流量，且挤压铸造
内浇道有冒口补缩的作用，内浇道口径较大，且位于铸件最肥厚的部位。 由于上述特点，挤压铸造适合厚壁铸件（10~50mm），但铸件尺寸不宜太大（小于200mm）。与压铸相同，挤压铸造只可使用脱模剂，不适用保温涂料，故而金属凝固速度极快，达到300~400摄氏度/s，与金属型重力铸造冷却速度相比，达到了其3~5倍，伸长率高于其他铸造方法约2~3倍。 挤压铸造的生产工艺流程 以直径190系列的铝活塞为例，介绍挤压铸造的工艺流程，挤压铸造借鉴于压力铸造和模锻工艺，其大体工艺流程为把液态金属直接浇入金属模内。然后在一定时间内以一定的压力作用于熔融的金属液体使之成形。并在此压力下结晶和塑性流动。从而获得铸件。在315t 的液压机上生产铝活塞的具体流程是：首先将铝加热到700~720摄氏度，形成铝液，倒入凹模中，进行扒渣得到相对纯净的铝液，液压机上缸下行，上压头对铝液加压，主缸的峰值加压压力达到280t，上压力加压至最大表压力22MPa起，到上压头起模止，维持保压时间在350秒，保压结束后开模，用底缸将铸件顶出即可。整体上可分为四个步骤，模具准备，浇注，合模加压，开模出件。 具体的铸造过程，注意的参数如下： 顶缸上升速度和金属流速；对铸造机而言，顶缸上升速度应该是丰富可调的，而金属流速须由铸件壁厚和尺寸决定，以不产生湍流，平稳填充铸型为原则，铸件的壁厚越大，尺寸越小，则流速较小，壁厚越小，尺寸越大，则流速较大。