铸造过程数值模拟综合实验前言
一、铸造过程数值模拟的来源、内容和意义
为了生产出合格的铸件，就要对影响其形成的因素进行有效的控制。铸件的形成主要经历了充型和凝固两个阶段，宏观上主要涉及到液态金属充型流动、金属凝固和冷却收缩、高温金属冷却和收缩3种物理现象。在充型过程中，流场、温度场和浓度场同时变化，凝固时伴随着温度场的变化的同时存在着枝晶间对流和收缩现象；收缩则导致应力场的变化。与流动相关的主要缺陷有：浇不足、冷隔、气孔、夹渣；充型中形成的温度场分布直接关系到后续的凝固冷却过程；充型中形成的浓度场分布与后续的冷却凝固形成的偏析和组织不均匀有关。凝固过程的温度场变化及收缩是导致缩孔缩松的主要原因，枝晶间对流和枝晶收缩是微观缩松的直接原因，热裂冷裂的形成归因于应力场的变化。
可见，客观地反映不同阶段的场的变化，并加以有效的控制，是获得合格铸件的充要条件。传统的铸件生产因其不同于冷加工的特殊性，只能对铸件的形成过程进行粗糙的基于经验和一般理论基础上的控制，形成的控制系统——铸造工艺的局限性表现在：1）只是定性分析；2）要反复试制才能确定工艺。
铸造过程数值模拟的目的就是要对铸件形成过程各个阶段的场的变化进行数值解析以获得合理的铸件形成的控制参数，其内容主要包括温度场、流场、浓度场、应力场等的计算模拟。
二、铸造过程数值模拟原理
铸造过程数值模拟技术的实质是对铸件成型系统（包括铸件—型芯—铸型等）进行几何上的有限离散，在物理模型的支持下，通过数值计算来分析铸造过程有关物理场的变化特点，并结合铸造缺陷的形成判据来预测铸件质量。
数值解法的一般步骤是：
1）汇集给定问题的单值性条件，即研究对象的几何条件、物理条件、初始条件和边界条件等。
2）将物理过程所涉及的区域在空间上和时间上进行离散化处理。
3）建立内部节点（或单元）和边界节点（或单元）的数值方程。
4）选用适当的计算方法求解线性代数方程组。
5）编程计算。
其中，核心部分是数值方程的建立。根据建立数值方程的方法不同，又分为多种数值方法。铸造过程采用的主要数值方法有：有限差分法（FDM）、直接差分法（DFDM）、控制体积法（VEM）、有限元法（FEM）、边界元法（BEM）等。
比较常用的方法为有限差分法和有限单元法。
有限差分方法(FDM)是计算机数值模拟最早采用的方法，该方法将求解域划分为差分网格，用有限个网格节点代替连续的求解域。有限差分法以Taylor级数展开等方法，把控制方程中的导数用网格节点上的函数值的差商代替进行离散，从而建立以网格节点上的值为未知数的代数方程组。该方法是一种直接将微分问题变为代数问题的近似数值解法，数学概念直观，表达简单，是发展较早且比较成熟的数值方法。
图1 有限差分法图示
有限单元法（FEM ）的基础是变分原理和加权余量法，其基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式（形函数），借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。采用不同的权函数和插值函数形式，便构成不同的有限单元法。
图2 有限单元法图示
无论采用怎样的数值计算方法，铸造过程数值模拟软件都应包括三个部分：前处理—中间计算—后处理，如图3所示。其中，前处理部分主要为数值模拟提供铸件和铸型的几何信息、铸件及造型材料的性能参数信息和有关铸造工艺信息。中间计算部分主要根据铸造过程涉及的物理场为数值计算提供计算模型，并根据铸件质量或缺陷与物理场的关系（判据）预测铸件质量。后处理部分的主要功能是将数值计算所获得的大量数值以各种直观的图形形式显示出来。
图 3 铸造过程数值模拟系统的组成
铸造过程的数值模拟实验将借助日本KUALICA 株式会社的有限差分铸造模拟软件——JSCAST 和法国ESI 公司的有限元铸造模拟软件ProCAST 来实现，包括基于JSCAST 软件的铸件凝固过程模拟、铸件充型过程模拟和基于ProCAST 软件的铸件应力模拟、铸件缺陷及铸造工艺分析四个实验。
数据库 实体 造型 网格 划分 流场 计算 温度场 计算 应力场 计算 铸件 质量预测 结果 显示
前处理模块
后处理模块 中间计算模块
实验一 激光点光源加热过程的ANSYS 模拟
一、Ansys 原理
Ansys 是一个广泛应用于机械制造、石油化工、轻工、造船、航空航天、汽车交通、电子、土木工程、水利、铁道、日用家电、生物、医学等众多工业领域，集结构、热、流体、电磁、声学于一体的以有限元分析为基础的大型通用CAE 软件。能用Ansys 分析的领域有：
1） 结构静力分析
求解外载荷引起的位移、应力和力。
2） 结构动力学分析
求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。
3） 结构非线性分析
结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。
4） 动力学分析
分析三维柔体运动，并确定结构中由此产生的应力、应变和变形。
5） 热分析
可以处理传导、对流和辐射，还具有模拟材料固化和熔解过程的相变分析能力以及模拟热与结构应力之间的热——结构耦合分析能力。
6） 电磁场分析
主要是电磁场问题的分析，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。
7） 流体动力学分析
能进行流体动力学分析，并利用后处理功能产生压力、流率和温度分布的图形显示。
8） 声场分析
研究在含有流体的介质中声波的传播，或分析在流体中的固体结构的动态特性。
9） 压电分析
分析二维或三维结构对交流、直流或任意随时间变化的电流或机械载荷的响应。
10）多耦合场分析
用Ansys 解决问题的基本流程是：
二、实验目的
本次实验通过用Ansys 模拟物体在高密度点加热情况下的温度场，使对ANSYS 在有限原计算中有的重要作用有着深刻的认识，了解数值模拟的原理，并通过调整关键参数量，得到不同的模拟结果来对热传导的基本原理进行了解。（在与前处理和求解过程已做成Ansys 的命令流文件（*.log ），只需在heat.log 文件中修改材料的导热系数、热容和密度，然后将heat.log 文件导入Ansys ，就可计算出结果。）
建立模型、 定义材料属性、划分网格 前处理（Preprocessing ） 求解（Solution ） 后处理（General postprocessing ） 施加载荷、 施加边界条件、
求解
检查分析结果 检验分析结果
三、实验步骤
设置工艺参数
1、在D：盘下以学号-ANSYS为名新建一文件夹，将“D:\shiyan\铸锭温度场、凝固组织
形成过程的数值模拟实验数据”文件夹内的heat.log文件拷贝到新建的文件夹里。2、打开heat.log文件，设置所对应的工艺参数（具体见“heat.log文件工艺参数表”）后，
保存退出。
启动Ansys
3、由开始菜单启动Ansys.
设置工作目录
4、在Ansys界面点击File →Change Directory，弹出浏览文件夹对话框，选择步骤1里
新建的文件夹后，点击确定。
计算
5、选择File →Read Input From，将heat.log文件选择后，点击OK，等待Ansys计算
完全结束。
6、计算结束后，就会出现物体在高密度点加热情况下的温度场结果。
数据后处理
7、在左边菜单处点击General Postproc →Read Results →Last Set ，看最后一步的计
算结果。
8、左边菜单处点击General Postproc →Plot Results →Contour Plot →Nodal Solu ，
出现Contour Nodal Solution Data对话框，点击DOF Solution，选择Temperature，点击OK。Ansys界面显示温度场云图，点击右边的菜单，调整一个合适的视图。
9、点击顶部菜单PlotCtrls →Capture Image，保存温度场云图。
10、点击General Postproc →Path Operation →Define Path →By Location，出现的对
话框里，在Name处填Line1，nPts处填2（2点画一直线），点击OK。出现一对话框，在NPT处填1（第1个点），X ,Y , Z处分别填0，0，0.2，点击OK。在出现的对话框中，NPT处填2（第2个点），X ,Y ,Z处分别填0，0，-0.2，点击OK。在出现的对话框中点击Cancel。
11、点击General Postproc →Path Operation →Map OntoPath，出现的对话框中，Lab
处填上步骤9中定义的路径名“Line1”，点击OK。
12、点击General Postpro →Path Operation →Plot Paths，温度场云图上将显示“Line1”
直线。
13、点击General Postproc →Path Operation →Plot Path Item →On Graph，在出现的
对话框中选择“Line1”，点击OK。出现Line1线上的温度变化曲线。
14、点击顶部菜单PlotCtrls →Capture Image，保存曲线。
15、点击General Postproc →Path Operation →Plot Path Item →List Path Items，在出
现的对话框中选择“Line1”，点击OK，点击File →Save as，保存曲线数据。
16、退出Ansys，重复步骤2—15，在步骤2设置不同的工艺参数，观察曲线的变化。
输出要求：至少设置两种不同的工艺参数，保存其温度场云图以及相应的温度曲线。保存路径：“D:\学号_ANSYS”，把结果最后上发送到自己邮箱，并将结果粘贴到《实验报告》的实验结果部分。
四、思考题
思考题1：导热系数的大小对温度场的影响是什么，为什么？
思考题2：热容的大小对温度场的影响是什么，为什么？
思考题3：密度的大小对温度场的影响是什么，为什么？
heat文件工艺参数表
KEYW,PR_SET,1
KEYW,PR_STRUC,0
KEYW,PR_THERM,1
KEYW,PR_FLUID,0
KEYW,PR_ELMAG,0
KEYW,MAGNOD,0
KEYW,MAGEDG,0
KEYW,MAGHFE,0
KEYW,MAGELC,0
KEYW,PR_MULTI,0
KEYW,PR_CFD,0
/GO
!*
/COM,
/COM,Preferences for GUI filtering have been set to display:
/COM, Thermal
!*
/PREP7
!*
ET,1,SOLID87
!*
!*
MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,KXX,1,,0.0050 导热系数（0.0025-0.0090）MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDATA,C,1,,0.13 热容（0.10-0.20）MPTEMP,,,,,,,,
MPTEMP,1,0
MPDE,DENS,1
MPDATA,DENS,1,,1.7 密度（1.0-2.0）
SPH4,0,0,0.05
/REPLOT
实验二小方坯连铸过程数值模拟实验
一、软件简介（原理）
小方坯连铸软件是大连理工大学铸造中心为宝山钢铁公司开发的连铸方坯凝固进程数值模拟软件系统。该软件系统可以在计算机上对不同工艺条件下宝钢电炉炼钢厂的160×160小方坯的凝固进程进行数值模拟分析。用户可以利用该软件系统提供的各种后处理模块分析铸坯在不同时间不同部位的温度分布、温度梯度分布、固相率分布等，以及任意位置和时间段的冷却曲线。用户可以根据模拟计算的结果通过前处理模块修正和调整工艺参数，以保证最终计算结果达到优化目标的要求，为连铸工艺的优化提供分析工具。
二、试验目的
通过对小方坯凝固过程数值模拟软件的使用，学会如何利用数值模拟求解工厂实际条件下的连铸坯凝固过程。利用改变结晶器参数，铸坯参数，计算二冷各段水量等环节，加深学生对连铸凝固过程基本原理的理解，了解凝固数值模拟的发展动态和工程应用情况。
三、实验内容
1．掌握方坯连铸的传热理论公式推倒
2．利用软件模拟方坯的连铸凝固过程
3．根据拉坯速度和比水量计算出2冷各段水量
4．调整关键参数观察方坯连铸凝固过程的变化
5．利用软件的后处理模块给出连铸方坯横截面的温度图和纵截面的温度图。
软件整体界面图
四、实验步骤
前处理
1、打开计算机电源，进入windowsXP界面；
2、打开资源管理器，在D：盘下建立计算文件夹，文件夹名称为“D:\学号\连铸”,并将“D:\shiyan\连铸模拟实验”文件夹内的baosteel.par文件拷贝到新建立的文件夹中，关闭资源管理器；
3、点击“桌面”上的“连铸方坯凝固模拟软件Ver2.1”图标，进入“连铸小方坯凝固过程的计算机模拟实验”软件系统；
4、在选择创建工作目录窗口，选择步骤2建立的工作目录，然后点击“确定”；
5、点击“从文件装入参数”按钮后，显示“参数装入成功”窗口后，检查工艺参数设置值，关闭该窗口；
6、双击左侧树状分支的“开始-前处理-铸坯参数”，进入“铸坯参数”窗口，将铸速修改为2.4后，点击“确定”按钮；
计算和后处理
7、点击“保存参数”按钮后，双击双击左侧树状分支的“开始-计算-计算160方坯”，软件开始计算。
8、等大约4分钟后，计算软件自动退出，计算结束；
9、点击后处理的各个显示方式。
10、激活横截面温度分布后处理窗口后，首先要选择显示的类型，即动态的铸坯温度分布和固定位置温度分布。选择好显示类型后，接下来选择显示的位置。选择显示位置时，可以直接将开始位置和结束位置输入编辑框，也可以通过鼠标在示意图上直接点取，开始位置是用鼠标左键来点取，结束位置是用鼠标右键来点取。如果是固定位置温度分布显示类型，在选择显示位置时只选择一个位置。
11、纵截面温度分布的窗口激活后，首先要选择截面的位置，即开始位置，结束位置和距侧面的距离。当用鼠标的左键点击示意图，就会将该点取为纵截面的开始位置，如果是用鼠标的右键点击示意图，那么就会将该点取为纵截面的结束位置。当鼠标在横截面的示意图上移动时，在图形显示窗口的中间动态显示距侧面的距离，如果用鼠标的左键点取，就会将该距离取为距侧面的距离。所有这些数据也可以通过纵截面温度分布窗口“显示位置”菜单来将这三个数值输入。
图1 横截面温度分布图图2 纵截面温度分布图
输出要求：保存其横纵截面的温度场图象，并在图象上标明具有代表性的位置的温度值。保存路径：“D:\学号\连铸”，最后上发送到自己邮箱，并将结果粘贴到《实验报告》的实验结果部分。
五、思考题
结合实验讨论以下问题（可选择其中任意两个问题回答）
1 推导空冷段换热系数的计算模型。
2 拉坯速度对连铸坯凝固进程有何影响，为什么
3 二冷的比水量的变化对连铸进程有那些影响？
4 连铸工艺参数变化对连铸坯中心缺陷有何影响，为什么？
实验三 铸造应力的PROCAST 数值模拟
一、实验目的
1. 应用ProCAST 软件进行简单铸件的应力模拟，了解应力计算的基本模型和原理，了解在计算应力时的参数设置对计算结果的影响；
2. 通过观察ProCAST 后处理应力分布，初步判断铸件有裂纹倾向的位置。
二、实验原理
铸件应力场数值模拟的主要任务：分析计算铸件在凝固过程中的热应力的产生与变化，预测铸件内的残余应力、残余应变和热裂倾向；并且借助计算分析结果优化铸件结构或铸造工艺，进而消除热裂，减小变形，降低残余应变和残余应力。
ProCAST 的应力模块中包含5个模型，分别为：Vacant 、Rigid 、Linear-Elastic （线弹性模型）、Elasto-Plastic （弹塑性模型）和Elasto-ViscoPlastic （弹-粘塑性模型）。Vacant 表示不进行应力计算的区域，Rigid 区域中不作应力计算，但参与接触计算（即相邻域对刚体域的应力不产生形变）。线弹性模型、弹塑性模型和弹-粘塑性模型3个应力模型汇总在图3-1中：
图3-1 ProCAST 中的3个应力模型示意图
1. 线弹性模型
弹性模型以杨氏模量（E ）为特征量，相当于应力-应变曲线初始的斜线部分，还应定义泊松比（μ）和热膨胀系数（)(T a ），它们的对应公式为：
)(T E εεσ-= （3-1）
εμ?=?d
d （3-2） ))((ref T T T T a -=ε （3-3）
其中，σ为纵向应力，ε为纵向应变，T ε为热应变，d
d ?为横向应变，T 为当前温度，ref T 为参考温度。
2. 弹塑性模型
对于弹塑性模型，除了定义杨氏模量、泊松比和热膨胀系数外，还应定义屈服应力（0σ）和硬化系数)(T H 。
屈服应力是开始发生塑性变形时的应力，是温度的函数，即：)(0T f =σ，硬化系数为塑性阶段应力-应变曲线的斜率。
在ProCAST 中有两类硬化模型，分别为Isotropic 模型和Kinematic 模型。
Isotropic 模型中包含线性硬化和非线性硬化，其中，线性硬化定义为：
pl H εσσ?+=0 （3-4）
式中，0σ为屈服应力，pl ε
为塑性应变，H 为塑性模量；
非线性硬化定义为： pl
e αεσσσσ-∞∞?-+=)(0 （3-5）
式中，α为硬化指数，∞σ为极限屈服应力；
Kinematic 模型下各向异性的硬化行为定义为：
x c b x
pl pl
??-=?εε （3-6） 其中，b 和c 为系数，?ε为等效塑性应变率，x 为背应力，对应于屈服面中心的移动。
3. 弹-粘塑性模型
对此模型，定义线弹性模型（即杨氏模量、泊松比和热膨胀系数）和弹塑性模型（即杨氏模量和硬化系数等）时设定的参数均应定义。它有3中可选模型：Perzyna 、Norton 和Strain Hardening Creep 。
（1）Perzyna 模型 该模型可以对有阀值的二次蠕动（稳定态）进行模拟，vp ε （粘性应变率）的公式如下：
p y vp )(1*-=σ
σσηε （*σ=1Mpa ） （3-7） 其中，η为粘性参数（依赖*σ的选择，否则无法模拟），y σ为当前流动应力，*σ为法向应力（一般推荐值为1，与测量应力有相同的单位系统），p 为粘性指数。
（2）牛顿（Norton ）模型
该模型对没有阀值的二次蠕动（稳定态）进行模拟，vp ε
的公式如下： p RT Q vp k e )(1*
-=σσηε （*σ=1Mpa ） （3-8） 其中，Q 为激活能，R 为常数，k T 为温度，忽略屈服应力和硬化。
（3）应变硬化蠕动（Strain Hardening Creep ）模型
该模型既可以模拟主蠕动（应变硬化），又可以模拟带阀值的二次蠕动（稳定态），vp
ε
的公式如下： q vp p y RT Q vp k e )()(1εσσση
ε?-=*- （*σ=1Mpa ） （3-9） 其中，vp ε为粘性应变，q 为应变指数。
三、实验步骤
（一）常规应力模拟实验
将D:\shiyan\Stress 文件夹中的“Stress.igs ”文件复制到D 盘“学号_Stress ”文件夹下的“1”中（如果教材中提及的文件夹在D 盘中不存在，应自己创建该文件夹），再进行以下操作。
1. 在MeshCAST 中导入几何体，剖分网格。
如图3-3所示为应力计算用装配图，由铸件和铸型两部分组成。在导入ProCAST 之前（ProCAST 主界面见图3-2），需要将几何体保存为igs 或者step 格式，路径必须为全英文。
图3-2 ProCAST 主界面
图3-3 应力计算用装配图
1）在MeshCAST 中选择合适网格尺寸剖分面网格。打开MeshCAST ，点击【File 】—
【Open 】，选择“igs ”格式打开“Stress.igs ”，出现网格剖分界面，（见图3-4）。先点击【Properties 】下的【Units 】为“mm ”，然后在右下角输入网格尺寸为“15”，回车，点击
剖分面网格，铸型 铸件
点击显示网格，如果点击检查网格无误，则点击进入体网格划分界面，（见图3-5）。
图3-4 面网格剖分面板
图3-5 体网格划分界面
2）生成体网格。如图3-6所示，单击【Check Intersections】网格无误后，点击【Tet Mesh】下的【Generate Tet Mesh】，得到铸件和铸型的体网格。单击【File】—【save】—【Exit】。
文件以mesh 格式保存在默认目录下。
图3-6 生成体网格
2. 在PreCAST 中导入砂型网格模型
在文件管理器的Case 文本框中输入工程名“Stress ”，再单击PreCAST 菜单，见图3-7和3-8。点击【File 】—【Open 】菜单，选择“mesh ”格式的“Stress.mesh ”文件。
图3-7 输入工程名并单击PreCAST 菜单
图3-8 导入砂型网格模型过程示意图
3. 检查几何体。
文件读入后，PreCAST能够自动显示材料序号、总的节点和单元数以及单位和轮廓尺寸。通过【Geometry】—【Check Geometry】菜单也可以得到上步自动产生的信息，并且通
过该菜单还可以检查几何体可能存在的错误，见图3-9。
图3-9 检查几何体
4、设置铸件和铸型的材料属性（Materials/Assign）和相应的应力参数（Materials/Stress），见图3-10。
单击【Materials】—【Assign】，铸件材料设置为Steel-H13-Stress（序号3），左击【Type】
类型改为Casting，铸型材料设置为SAND_Silica（序号111），点击【Assign】。
单击【Materials】—【Stress】设置铸件为Steel-H13-Stress，铸型为Rigid。
图3-10 设置材料属性和应力参数
5.创建并设置各部件之间的界面（Interface ）。
在本算例中所有的界面类型都要左击【Type 】，由EQUIV 型转换为COINC 型，一般铸
件和铸型之间的界面换热系数H=500W/m 2K ，点击【Assign 】，并单击【Apply 】按钮使这些
选择生效，见图3-11。调整1和2的顺序，使铸件显示为红色。
图3-11 创建各部件之间的界面
6、设置边界条件（Boundary Condition/Assign Surface)。
单击【Boundary Condition】—【Assign Surface】，在铸型外表面增加Heat，具体操作为点击【Add】选择Heat选项，点击选择表面，将Heat设置为Air_cooling（空冷），操作为先选中下方【BC-Type】中的Air_cooling后，单击【Assign】—【Store】，见图3-12。注意：浇口面也需要选中。
a 点击Add显示的边界数据库
b 将Heat设置为Air_cooling后的状态
图3-12 设置边界条件
7.设置重力（Process/Gravity）
单击【Process】—【Gravity】，设置重力加速度矢量，如图3-13所示。在此例中，Y
轴的负方向为重力方向，因此双击Y即可设置为g=-9.8m/s2，单击【Apply】。
图3-13 设置重力加速度矢量
8. 设置常量初始条件（Initial Condition/Constant）
单击【Initial Condition】—【Constant】，设置常量初始条件如图3-14所示。
图3-14 设置常量初始条件
9. 设置运行参数（Run Parameters）
单击【Run Parameters】，弹出对话框，如图3-15所示。在【General】—【Standard】中终止条件设定最终温度TSTOP为400 C，最大时间步长DTMAX为600，设定【Thermal】中TFREQ为5。设定【Stress】为1，SFREQ为5，点击【Apply】，完成设置。
a 在【General】模式下的参数设置示意图
b 在【Thermal】模式下的参数设置示意图
c 在【Stress】模式下的参数设置示意图
3-15 设置运行参数
10. 保存并退出PreCAST，如图3-16所示。
图3-16 保存并退出PreCAST
11. 运行DataCAST和ProCAST
如图3-17所示，在DataCAST下点击【Execute DataCAST】，ProCAST下点击【Run】。
运算界面见图3-18。注意：只能在新建文件夹“1”下点击【Execute DataCAST】和【Run】。
a点击【DataCAST】弹出的对话框
b点击【ProCAST】弹出的对话框
图3-17 运行DataCAST和ProCAST
图3-18 ProCAST运算界面示意图
12. 结果输出
在ProCAST运算界面右击VisualCAST选择【ViewCAST】，进入ViewCAST界面观察计算结果并输出，如图3-19所示。
a ViewCAST观察界面示意图
课程设计说明书 泵盖铸造工艺设计 院系：机械工程学院 专业：材料成型及控制工程 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 时间：
目录 1.铸造工艺分析 (1) 1.1零件介绍 (1) 1.2零件生产方式选择 (1) 1.3技术要求分析 (1) 1.4 合金铸造性能分析 (2) 2.确定铸造工艺方案 (2) 2.1确定铸造方法 (2) 2.2确定浇注位置和分型面 (2) 2.3确定型内铸件数目 (3) 2.4不铸出孔及槽的确定 (3) 2.5机械加工余量和铸造圆角的确定 (3) 2.6起模斜度和分型负数的确定 (5) 2.7砂芯的确定 (7) 2.8铸造收缩率的确定 (7) 2.9冒口的确定 (7) 2.10浇注系统的确定 (8) 3.芯盒的设计 (9) 3.1芯盒材质和分盒方式的确定 (9) 4.总结 (9) 参考资料 (10)
1.铸造工艺分析 零件简介： 1.1零件介绍： 零件名称：泵盖 零件材料：HT200 1.2零件生产方式选择： 大批量生产，零件图如下：
1.3技术要求分析 按照国家标准，对于HT200，其抗拉强度应达到200Mpa。铸件在使用时工作条件较好，但此铸件需起隔爆作用，按照技术要求，需在粗加工后进行时效处理及相应的热处理工艺。另外，铸件清砂后，焖火铲除毛刺喷砂后喷G04-6铁红过氯乙烯底漆。除此外无特殊技术要求。 注：其中φ21H7内孔为重要加工面，不允许存在气孔、夹砂等铸造缺陷。 1.4 合金铸造性能分析 灰铸铁具有良好的铸造性能： （1）流动性。灰铸铁的熔点较低，结晶温度范围较小，在适宜的浇注温度下，具有良好的流动性，容易填充形状复杂的薄壁铸件，且不易产生气孔、浇不足、冷隔等缺陷。 （2）收缩性。灰铸铁的浇注温度较低，凝固中发生共析石墨化转变，使其线收缩小，产生的铸造应力也较小，所以铸件出现翘曲变形和开裂的倾向以及形成缩孔、缩松的倾向都较小。 （3）灰铁充型能力好，强度较高，耐磨、耐热性好，减振性良好，铸造性较好，但需人工时效。 2.确定铸造工艺方案 2.1确定铸造方法 铸件材质为HT200，，其轮廓尺寸25×φ110，属中小件，联结结构合理，符合灰铸铁铸造要求，可以进行铸造工艺设计。采用湿砂型机器造型大批量生产。 采用湿砂型机器脱箱造型，热芯盒水玻璃砂射芯机制芯。 2.2确定浇注位置和分型面 浇注位置选择原则： （1）重要加工面应朝下或呈直立状态； （2）铸件的大平面应朝下； （3）应有利于铸件的补缩； （4）应保证铸件有良好的金属液导入位置，保证铸件能充满； （5）应尽量少用或不用砂芯； （6）应使合型、浇注和补缩位置一致。
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。
EFLAG-ARM-S3C44B0 嵌入式系统实验箱说明书 北京工业大学电控学院 DSP和嵌入式系统研究室 二零零四年十月
嵌入式系统是嵌入式计算机系统的简称，以ARM为CPU的SOC系统作为嵌入式系统的硬件基础，以实时（uC/OS, VxWorks等）或非实时的(uCLinux, Linux, WinCE等)嵌入式操作系统作为软件平台。这样的嵌入式系统是一个完整的计算机系统。特别是有了嵌入式操作系统的支持以后，系统的软件开发的复杂程度大大降低。程序员在操作系统层面设计和编写程序，降低了对程序员硬件知识水平的要求，扩大的开发队伍，提高了开发速度，缩短了开发周期，增强了系统的可靠性和稳定性。 ARM是处理器，“ARM”即是ARM公司的名字，也是ARM CPU的名字。ARM公司是一家集成电路设计公司，本身不生产芯片，也不销售芯片，ARM公司向其他芯片制造厂商出售他们的设计，即IP （知识产权）。芯片制造公司（如Intel，Samsung，Atmel，Philips等）生产基于ARM处理器的SOC（片上系统）芯片。ARM公司要求，所有使用ARM处理器的芯片必须印有ARM标志。 ARM本身是CPU，不是单片机。以ARM为CPU生产的SOC芯片在内部结构上是完整的计算机系统结构，而非传统单片机的控制器结构，故以ARM为核心制造的芯片区别原有的单片机而被称之为SOC芯片。 ARM处理器被许多芯片制造大厂采用，芯片制造厂商使用ARM处理器，再整合不同的外设，生产出不同的SOC芯片，如Intel使用ARM V5TE版本处理器，添加SDRAM控制器，LCD控制器，USB控制器，串口，IIC等外设生产Xscale芯片，Xscale是Intel公司的SOC芯片，其内部使用的处理器是ARM。不同厂商基于同一个版本的ARM处理器生产的SOC芯片CPU的指令集是相同的，这就给开发人员带来了极大的便利，更大的加速了ARM处理器的市场占有率。 S3C44B0是Samsung公司生产的基于ARM7TDMI的SOC芯片，内部集成了SDRAM控制器，LCD控制器，8通道ADC，DMA控制器，8Kbyte的CACHE，IIC控制器，IIS控制器，串口，同步串口，PWM输出，定时器，PLL，中断控制器，看门狗定时器，实时时钟等资源。其工作频率可达到66MHz。 EFLAG－ARM－S3C44B0实验箱配置外设： 用于调试的JTAG端口； 直接同计算机并口相连的用于调试的JTAG仿真器； 两个9针串口； SMSC91C113 10M/100M以太网口； Philips D12 USB接口； UDA1341 IIS音频输入/输出口，板上麦克风； 2M字节的线性Flash存储器，8M字节的SDRAM，24C16IIC存储器； 5.7寸STN彩色LCD显示屏； 基于AD9850的DDS信号发生器； 四颗高亮度玫瑰红色LED； 德国进口长寿命4×4键盘（手感极好）； 外接信号接线孔。
铸造工艺设计说明书 零件名称：联轴器 指导老师：范宏训 设计人：邱满元 学号：T833-1-34
目录 1零件概述 (1) 1.1零件信息 (1) 1.2技术要求 (2) 2铸造工艺方案拟定 (2) 2.1 分型面选择 (3) 2.2浇注位置选择 (4) 3铸造主要参数 (4) 4 浇注系统设计计算 (4) 5 冒口设计 (5) 6砂芯设计 (6) 7模板 (7) 8 参考文献 (9) 9总结 (9)
1零件概述 1.1零件信息 名称：联轴器材料：球墨铸铁 外形尺寸：φ120X80 体积: 298.4cm2 质量: 2.16kg 生产批量：大批量生产零件二位图如下图所示 零件三维图如图1.1所示 图1.1 联轴器三维图
1.2技术要求 （1）铸件加工后，加工面不得有任何的铸造缺陷，非加工表面不得有明显 的夹渣、凹陷、砂眼和裂纹；。 （2）该零件配合方式为过盈配合； （3）保证该件受力较大的工作部分的力学性能。 2铸造工艺方案拟定 1 、铸造工艺图如图所示，分型面、加工余量、拔模斜度如图所示 对于单个零件，其冒口及浇注系统初步定为如下图所示，浇注位置和冒 口正好选在热节最大的地方 冒口 浇注系统
选择分型面的理由：1、保证铸件大部分位于下箱，温度分布较为合理，冒口 位置设计较为方便，便于补缩； 2、有要求的加工面都位于下型腔，其质量得到保证 3、铸件主要工艺参数的选择 加工余量——根据零件服役条件及加工部位精度要求，该零件主要工作面及尺寸有配合要求的部位是零件中间的连接孔，取加工余量3mm ，其他部位无； 收缩率——球墨铸铁，查表得收缩率为0.8%-1.2%，取ε=1.0% 拔模斜度——便于铸件从型腔中取出，取各处拔模斜度为1° 铸件质量——在增加铸件拔模斜度等工艺参数后计算的铸件体积为 298.4cm2，质量为2.16kg 4 浇注系统设计计算 铁液经球化,孕育处理后，温度下降，易氧化。因此要求浇注系统能大流量输送铁液，又有一定的挡渣能力。故薄壁小型球墨铸铁常用的封闭式浇注方式，它充型速度较快，又有挡渣能力，充型平稳。 用奥赞公式如公式4.1可计算阻流截面积： p L g H ut A 31.0G =∑ Gl 为浇注重量，该铸件质量Gc ≈2.16kg 出品率 %75~60=η，估算Gl=Gc/η≈2.5kg u 浇注系统流量损耗因素，查表得干型中小铸型阻力5.0≈u t 浇注时间 ，由 t=s √Gl 取=t 3s p H 为平均静压力头高度。 该方案可近似认为是中间浇注式，Hp ≈Ho-C/8。 式中C 为零件高度C ≈80cm ，0H 取140mm 得p H =130mm 。 故最小面积： 21335.031.0.5x82411.9cm A g ==???∑
! 收稿日期：２００６－０１－１６；修回日期：２００６－０７－１９ 作者简介：胡红军（１９７６－），男，重庆工学院讲师，主要研究铸造ＣＡＤ／ＣＡＥ软件研究和开发。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｈｊ＠ｃｑｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。 铸造工艺的数值模拟优化 胡红军，杨明波，龚喜兵，李国瑞 （重庆工学院材料科学与工程学院，重庆４０００５０） 摘 要：为了研究和预测铸造工艺对铸件质量的影响，设置合理的军用汽车转向臂的铸造浇冒口系统和工艺参数。应用铸 造模拟软件对转向臂的三种不同工艺方案进行凝固模拟，根据凝固模拟结果显示的缺陷及内部缩松情况，提出改进工艺方案并对其进行凝固模拟，选择最佳方案应用于生产。研究表明，３＃是最合理的浇冒口布置方式，最优的浇注温度８２５℃，浇注时间１５ｓ，采用水平分型。应用表明，铸造模拟软件能够准确地预测充型凝固过程中可能产生的缺陷，从而辅助工艺人员进行工艺优化。 关键词：凝固模拟；军用汽车转向臂；铸造工艺优化；浇冒口系统；缩孔；铸造模拟软件中图分类号：ＴＧ２５０．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４－２４４Ｘ（２００６）０６－００５１－０３ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｃａｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓｂａｓｅｄｏｎｃｏｍｐｕｔｅｒｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ＨＵＨｏｎｇ－ｊｕｎ，ＹＡＮＧＭｉｎｇ－ｂｏ，ＧＯＮＧＸｉ－ｂｉｎｇ，ＬＩＧｕｏ－ｒｕｉ （ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００５０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃａｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｎｃａｓｔｉｎｇｓｑｕａｌｉｔｙ，ｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｐｏｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｓｅｔ．Ｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｈａｖｅｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｗｉｔｈｔｈｅｈｅｌｐｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｒｅ－ｓｕｌｔｓａｎｄａｐｐｅａｒａｎｃｅｄｅｆｅｃｔｓａｎｄｉｎｎｅｒｓｈｒｉｎｋａｇｅｐｏｒｏｓｉｔｙｏｆｔｈｅｃａｓｔｉｎｇｓｉｎｔｒｉａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｈａｖｅｂｅｅｎｂａｓｅｄｕｐｏｎｔｏｂｒｉｎｇｆｏｒ－ｗａｒｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓａｎｄｓｅｌｅｃｔａｎｏｐｔｉｍａｌｐｒｏｊｅｃｔｕｓｅｄｉｎｂａｔｃｈｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｎｏ．３ｃａｓｔｉｎｇｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｒｅａｓｏｎａｂｌｅ，ｔｈｅｍｏｓｔｒｅａｓｏｎａｂｌｅｐｏｕｒｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓ８２５℃，ｐｏｕｒｉｎｇｔｉｍｅｉｓ１５ｓ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｃａｎｈｅｌｐｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｓｔｓｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｃａｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｂｙｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇｃａｓｔｉｎｇｄｅｆｅｃｔｓｄｕｒｉｎｇｍｏｌｄｆｉｌｌｉｎｇａｎｄｓｏｌｉｄｉ－ｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓａｎｄｉｎｓｔｒｕｃｔｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｃａｓｔｉｎｇ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｓｔｅｅｒｉｎｇａｒｍｃｏｍｐｏｎｅｎｔｕｓｅｄｉｎｈｅａｖｙｍｉｌｉｔａｒｙｔｒｕｃｋ；ｃａｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｐｏｕｒ－ｉｎｇａｎｄｒｉｓｅｒｓｙｓｔｅｍ；ｓｈｒｉｎｋａｇｅ；ｃａｓｔｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅ 铸造数值模拟是要通过对铸件充型凝固过程的数值计算，分析工艺参数对工艺实施结果的影响，便于技术人员对所设计的铸造工艺进行验证和优化，以及寻求工艺问题的尽快解决办法。为技术人员设计较合理的铸件结构和确定合理的工艺方案提供了有效的依据，从而避免传统的依靠经验进行结构设计和工艺制定的盲目性，节约试制成本［１－４］。 １ 铸造过程充型数值模拟方法 军用汽车转向臂的几何实体造型采用ＵＧ软件建 立，在得到三维几何数据后，利用ＵＧ软件的反向出模模块，通过设定铝合金收缩率、铸件起模斜度、浇注系统的位置和分型面等，作为凝固模拟的几何模型。由于金属液充型过程数值模拟技术所涉及的控制方程多而复杂，需要根据连续性方程、动量方程及能量方程，并进 行速度场、压力场的反复迭代，计算量大而且迭代容易发散，致使其难度很大。通过不断完善数值计算方法，如有限差分法和ＳＯＬＡ－ＶＯＦ体积函数法，开发出一些实用软件。该产品的凝固模拟就是采用ＭＡＧＭＡ软件。作为整个模拟的核心部分，ＣＡＥ的数值模拟效果最终将影响模拟的真实与否。在液态金属浇注过程中，热传导过程计算是数值模拟的主要内容。处理热传导问题采用傅里叶定律（式１），式２是根据能量守恒定律推导的方程［５－８］。 ｑ＝－λ !ｔ !ｎ （１）ρｃ!ｔ!τ＝!!ｘ（λ!ｔ!ｘ）＋!!ｙ（λ!ｔ!ｙ）＋!!ｚ（λ!ｔ !ｚ）＋ｑｖ （２）其中ｑ为热流密度，λ为导热系数，ｔ为温度（函数）， ｎ为温度传递方向上的距离，Τ 为温度，ρ为密度，ｃ为质! ２００６年１１月兵器材料科学与工程 ＯＲＤＮＡＮＣＥＭＡＴＥＲＩＡＬＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．２９Ｎｏ．６Ｎｏｖ．，２００６ 第２９卷第６期
目录 一、系统简介 (1) 二、配置 (2) 三、软、硬件安装 (2) 四、系统功能介绍 (4) 五、MCU单片机小系统详述 (22) 六、ISE9.1简明教程 (36) 七、电子技术综合实验箱实验项目简介 (48) 实验一、流水灯控制实验 (48) 实验二、数码管显示实验 (50) 实验三、液晶显示实验 (52) 实验四、串行A/D实验 (53) 实验五、串行D/A实验 (54) 实验六、232通讯实验 (55) 实验七、鼠标键盘驱动及VGA显示实验 (57) 实验八：简易电子琴实验 (61) 实验九：音乐回放实验 (62) 实验十：等精度频率计实验 (62) 实验十一：DDS实验 (64) 实验十一：扩展部分实验（只提供方案） (66) 实验一、数字存储示波器 (66) 实验二、频谱分析仪 (68) 八、ISE9.1i安装步骤 (73)
电子技术综合实验箱使用说明书 一、系统简介 电子技术综合实验箱是由鑫三知科教设备研发的，以单片机与FPGA为核心的综合实验系统。主要适用于各高校参加全国大学电子竞赛的赛前辅导，以及本科生的单片机与FPGA 的入门级教学，同时该实验系统也可作为研究生、中小企业的电子工程师等使用者的开发平台和辅助培训工具。开发工程师可使用VHDL语言、Verilog语言、原理图或方程式，结合Xilinx集成开发环境开发FPGA的应用，使用C语言或汇编语言开发单片机应用程序。 二、配置 2.1 基本配置 ★ 1. 5V、3.3V、1.8V板上电源 ★ 2. 40万门SpartanⅢ XC3S400 FPGA ★ 3. 支持JTAG、Slave Serial、Select MAP等多种加载模式 ★ 4. 支持FPGA EEPROM配置，EEPROM芯片为XCF02S ★ 5. 置50MHZ晶振，满足高速设计要求 ★ 6. 以STC89c58RD+为核心的单片机最小系统 ★ 7. 高速AD/DA模块 ★ 8. 支持标准RS232串行接口 ★ 9. PS2键盘接口、PS2鼠标接口，支持3D、4D滚轮鼠标 ★ 10. VGA监视器接口，支持800×600、1600×1200或自定义分辨率 ★ 11. 12864点阵LCD显示（可选） 2.2 可选配置 ★ 12. 大容量高速SRAM模块，容量128KB ★ 13. 直接数字合成DDS模块 ★ 14. 语音处理模块 三、软、硬件安装 3.1 开发套件容 ★电子技术综合实验箱； ★ FPGA下载线； ★串口电缆； ★用户手册(含原理图和元器件清单)； ★ CD-ROM（含ISE7.1、ModelSim6.0、Keilc51、ISPlay v1.5开发软件（数据手册）； 3.2 电子技术综合实验箱各模块基本配置： ◎底板： ★ +12V、-12V、5V、-5V、3.3V、1.8V电源 ★ VGA显示接口 ★ PS2鼠标、键盘接口 ★ RS232串行通信接口 ★音频输入/输出接口
砂型铸造工艺流程 砂型铸造工艺流程图 制作木模-造型-熔化-浇注-落砂-冒口拆除-检验入库 熔模铸造工艺 失蜡铸造现在称为熔模铸造。这是一种很少切割或不切割的铸造工艺，是铸造行业的一项优秀技术。它被广泛使用。它不仅适用于各种类型和合金的铸造，而且可以生产出比其他铸造方法具有更高尺寸精度和表面质量的铸件，甚至复杂的、耐高温的、难以加工的、其他铸造方法难以铸造的铸件也可以通过熔模精密铸造来铸造。 熔模铸造是在古代蜡模铸造的基础上发展起来的。作为一个古老的文明，中国是最早使用这项技术的国家之一。早在公元前几百年，中国古代劳动人民就创造了这种失传的铸蜡技术，用来铸造钟鼎和具有各种精美图案和文字的器皿，如春秋时期曾侯乙墓的青铜板。曾侯乙墓雕像板的底座是多条龙缠绕在一起，首尾相连，上下交错，形成一个中间镂空的多层云纹图案。这些图案很难用普通的铸造工艺来制作，而失蜡法的铸造工艺可以利用石蜡无强度、易雕刻的特点，用普通的工具雕刻出与曾侯乙墓的雕像板相同的石蜡工艺品，然后加入浇注系统，经过上漆、脱蜡、浇注，得到精美的曾侯乙雕像板 现代熔模铸造法在20世纪40年代实际应用于工业生产当时，航空喷气发动机的发展要求制造具有复杂形状、精确尺寸和光滑表面的耐热合金部件，如叶片、叶轮和喷嘴。由于耐热合金材料难以加工，零件形状复杂，因此不可能或难以用其他方法制造。因此，需要找到一
种新的精确的成型工艺。因此，现代熔模铸造法借鉴了古代传下来的失蜡铸造法，通过对 材料和工艺的改进，在古代工艺的基础上取得了重要的发展。因此，航空工业的发展促进了熔模铸造的应用，熔模铸造的不断改进也为航空工业进一步提高性能创造了有利条件。 中国在20世纪50年代和60年代开始将熔模铸造应用于工业生产此后，这种先入为主的铸造技术得到了极大的发展，并已广泛应用于航空、汽车、机床、船舶、内燃机、燃气轮机、电信仪器、武器、医疗器械、切割工具等制造业，以及工艺品的制造。所谓的 熔模铸造工艺简单地指用易熔材料(如蜡或塑料)制作易熔模型(称为熔模或模型)，在其上涂覆几层特殊的耐火涂层，干燥并硬化形成整体外壳，然后用蒸汽或温水将外壳上的模型熔化，然后将外壳放入砂箱中，在其周围填充干砂，最后将模具放入穿透式烘烤器中进行高温烘烤(例如，当使用高强度外壳时，脱模后的外壳可以不造型直接烘烤)、模具或外壳 熔模铸件尺寸精度高，一般可达CT4-6(砂型铸造CT10~13，压铸CT5~7)。当然，由于熔模铸造工艺过程复杂，影响铸件尺寸精度的因素很多，如模具材料的收缩、熔模的变形、加热和冷却过程中模壳的线性变化、合金的收缩率以及铸件在凝固过程中的变形等。因此，普通熔模铸件的尺寸精度相对较高，但其一致性仍有待提高(使用中高温蜡材料的铸件的尺寸一致性有待提高)用 压制熔体模具时，采用型腔表面光洁度高的型材，因此熔体模具的
铸造工艺设计说明书 课程设计：机械工艺课程设计 设计题目：底座铸造工艺设计 班级：机自1103 设计人： 学号： 指导教师：张锁梅、贾志新
前言 学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行机械制造工艺及结构设计的基本能力，为以后做好毕业设计、走上工作岗位进行一次综合训练和准备。它要求学生全面地综合运用本课程及有关选修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计和机床夹具的设计。其目的是： （1）培养学生综合运用机械制造工程原理课程及专业课程的理论知识，结合金工实习、生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决机械加工工艺问题，初步具备设计中等复杂程度零件工艺规程的能力。 （2）培养学生能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计，进一步提高结构设计能力。 （3）培养学生熟悉并运用有关手册、图表、规范等有关技术资料的能力。 （4）进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件的基本技能。 （5）培养学生独立思考和独立工作的能力，为毕业后走向社会从事相关技术工作打下良好的基础。
目录 一、工艺审核 (1) 1.数量与材料 (1) 2.图样 (1) 3.零件的结构性 (1) 二、成形工艺设计 (1) 1．确定工艺方案 (1) （1）浇注位置的选择 (2) （2）分型面的选择 (2) 2.确定铸造工艺参数 (4) （1）机械加工余量和铸出孔 (4) （2）浇注位置的选择 (5) （3）拔模斜度 (5) （4）铸造收缩率 (6) 3．砂芯设计 (6) 4．浇注系统的设计 (6) 5. 冷铁的设置 (6) 三、心得体会 (7)
. EFLAG-ARM-S3C44B0 嵌入式系统实验箱说明书 北京工业大学电控学院 DSP和嵌入式系统研究室 二零零四年十月
一、系统概述 嵌入式系统是嵌入式计算机系统的简称，以ARM为CPU的SOC系统作为嵌入式系统的硬件基础，以实时（uC/OS, VxWorks等）或非实时的(uCLinux, Linux, WinCE等)嵌入式操作系统作为软件平台。这样的嵌入式系统是一个完整的计算机系统。特别是有了嵌入式操作系统的支持以后，系统的软件开发的复杂程度大大降低。程序员在操作系统层面设计和编写程序，降低了对程序员硬件知识水平的要求，扩大的开发队伍，提高了开发速度，缩短了开发期，增强了系统的可靠性和稳定性。 ARM是处理器，“ARM”即是ARM公司的名字，也是ARM CPU的名字。ARM 公司是一家集成电路设计公司，本身不生产芯片，也不销售芯片，ARM公司向其他芯片制造厂商出售他们的设计，即IP （知识产权）。芯片制造公司（如Intel，Samsung，Atmel，Philips等）生产基于ARM处理器的SOC（片上系统）芯片。ARM公司要求，所有使用ARM处理器的芯片必须印有ARM标志。 ARM本身是CPU，不是单片机。以ARM为CPU生产的SOC芯片在部结构上是完整的计算机系统结构，而非传统单片机的控制器结构，故以ARM为核心制造的芯片区别原有的单片机而被称之为SOC芯片。 ARM处理器被多芯片制造大厂采用，芯片制造厂商使用ARM处理器，再整合不同的外设，生产出不同的SOC芯片，如Intel使用ARM V5TE版本处理器，添加SDRAM控制器，LCD控制器，USB控制器，串口，IIC等外设生产Xscale 芯片，Xscale是Intel公司的SOC芯片，其部使用的处理器是ARM。不同厂商基于同一个版本的ARM处理器生产的SOC芯片CPU的指令集是相同的，这就给开发人员带来了极大的便利，更大的加速了ARM处理器的市场占有率。
?砂型铸造的基本过程https://www.doczj.com/doc/ce13532436.html,/20111213/62031.html ?砂型铸造有六个基本步骤: 1) 把模样放入砂中制成一个模具。 2) 在浇注系统中把原型和砂子接合起来。 3) 把模样去掉。 4) 把模具的空隙用熔化了的金属填充起来。 5) 让金属冷却。 6) 把砂型模具敲掉取出铸件。 砂型铸造案例 项目导入：轴承座铸件的造型工艺方案。 铸件简图：轴承座如图2-1所示。 铸件材料：HT150。 体积参数：轮廓尺寸240mm′65mm′75mm，铸件重量约5kg。 生产性质：单件生产。 项目要求：确定铸件的造型工艺方案并完成造型操作。
图2-1 轴承座 将液体金属浇入用型砂捣实成的铸型中，待凝固冷却后，将铸型破坏，取出铸件的铸造方法称为砂型铸造。砂型铸造是传统的铸造方法，它适用于各种形状、大小及各种常用合金铸件的生产。套筒的砂型铸造过程如图2-2所示，主要工序包括制造模样型芯盒、制备造型材料、造型、制芯、合型、熔炼、浇注、落砂、清理与检验等。 图2-2 套筒的砂型铸造过程 铸件生产前需根据零件图绘制出铸造工艺图，铸造工艺图是在零件图上用各种工艺符号及参数表示出铸造工艺方案的图形。其中包括：浇注位置，铸型分型面，型芯的数量、形状、尺寸及其固定方法，加工余量，收缩率，浇注系统，起模斜度，冒口和冷铁的尺寸和布置等。铸造工艺图是指导模样(型芯盒)设计、生产准备、铸型制造和铸件检验的基本工艺文件。砂型铸造主要工序包括： (1) 根据零件图制造模样和型芯盒； (2) 配制性能符合要求的型(芯)砂； (3) 用模样和型芯盒进行造型和造芯； (4) 烘干型芯(或砂型)并合型； (5) 熔炼金属并进行浇注； (6) 落砂、清理和检验。 2.1.1 常用造型工模具 1. 砂箱
目录 一、工艺分析 (1) 1、审阅零件图 (1) 2、零件的技术要求 (1) 3、零件的技术要求 (1) 4、确定毛坯的具体生产方法 (1) 5、审查铸件的结构工艺性 (1) 二、工艺方案的确定 (1) 1、铸造方法的选择 (1) 2、造型、造芯方法的选择 (2) 3、浇注位置的确定 (2) 4、确定毛坯的具体生产方法 (2) 5、砂箱中铸件数目的确定 (2) 三、砂芯设计 (2) 1、水平砂芯设计 (3) 2、凹槽处采用自带型芯 (3) 四、工艺参数的确定 (3) 1. 加工余量 (3) 2.起模斜度 (4) 3. 铸造圆角 (4) 4. 铸造收缩率 (4) 5. 最小铸出孔 (4) 6、机械加工余量的选取 (4) 五、浇注系统设计 (4) 六、冒口及冷铁设计 (5) 七、铸造工艺图和铸件图 (6) 八、小结 (7) 九、参考文献 (8)
一、工艺分析 1、审阅零件图 查看零件图的具体尺寸与图纸绘制是否正确。 零件名称: 套筒座 工艺方法：铸造 零件材料：HT250 零件重量：3.1955kg 毛坯重量：4.3303kg 生产批量: 100件/年，为小批量生产 2、零件的技术要求 零件在铸造方面的技术要求：未铸造圆角半径：R=2~3 mm；时效处理。 3、选材的合理性 套筒座选用的材料是HT250，为灰铸铁。灰铸铁铸件的壁厚不应太薄，边角处应适当加厚，防止出现白口组织使该处既硬又难于加工。此零件用于支承,只要求能够承受抗压即可，选择材料HT250可以满足要求。 4、确定毛坯的具体生产方法 根据以上信息可知,由于零件属中型零件小批量生产，形状比较简单、壁厚比较均匀，且该材料为灰铸铁，所以确定毛坯的生产方法为砂型铸造，采用砂型铸造具有生产周期短，灵活性大、成本低的优点。 5、审查铸件的结构工艺性 铸件轮廓尺寸为162x134x133mm，查表得砂型铸造的最小壁厚为6mm,套筒座的壁厚符合其要求。在套筒座中最小壁厚为6mm,最大铸造壁厚为15mm。 二、工艺方案的确定 1、铸造方法的选择 由于套筒座的年产量为100件，属小批量生产，且零件结构简单，所以确定毛坯的生产方法为砂型铸造，由于铸件的高度为133mm，浇注位置上没有较大的壁厚、材料为HT250不需要冷铁。所以砂型种类为湿型。 2、造型、造芯方法的选择 选择造型方法为手工造型，造芯方法为手工刮板造芯。
铸造过程数值模拟 摘要：铸造过程数值模拟技术是当今公认材料科学的重要前沿领域。铸造过程的数值模拟是本学科发展的前沿之一，包含铸件充型、凝固过程、缩松缩孔的预测、应力场、热裂、微观组织的计算机模拟以及计算机模拟软件开发等研究内容。 关键词：数值模拟；充型过程；微观组织；应力；热裂； 计算机技术的飞速发展，已使其自电力发明以来最具生产潜力的工具之一，数字化时代正一步步向我们走来。计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程分析（CAM）和计算机辅助制造（CAE）等技术在材料科学领域的应用正在不断扩大和深入，已经成为材料科学领域的技术前沿和十分活跃的研究领域。就铸造领域而言，铸造过程数值模拟已经成为计算机在铸造研究和生产应用中最为核心的内容之一，涉及铸造理论、凝固理论、传热学、工程力学、数值分析、计算机图形学等多个学科，是公认的材料科学的前沿领域。 一、铸件充型过程数值模拟的研究概况 液态金属的充型过程是铸件形成的第一个阶段, 许多铸造缺陷, 如卷气、夹渣、浇不足、冷隔及砂眼等都是在充型不利的情况下产生的。然而由于本身的复杂性, 与凝固过程相比, 充型过程计算机数值模拟技术的起步较晚。长期以来人们对充型过程的把握和控制主要是建立在大量的试验基础上的经验准则。从20世纪80年代开始, 在此领域进行了大量的研究, 在数学模型的建立、算法的实现、计算效率的提高以及工程实用化方面均取得了重大突破。 许多铸造缺陷如卷气、夹杂、缩孔等都与液态金属的充型过程有关。为了控制充型顺序和流动方式，对充型过程进行数值模拟非常必要。其研究多数以SOLA—VOF法为基础，引人体积函数处理自由表面，并在传热计算和流量修正等方法进行研究改进。有的研究在对层流模型进行大量实验验证之后，用K一￡双方程模型模拟铸件充型过程紊流现象。 目前，虽然已研究了许多算法，如并行计算法、三维有限单元法等，但最好的算法仍然没有找到。常用的网格划分为矩形单元(2D)或正交平行六面体(3D)。日本的I.Ohnaka等人提出了无结构非正交网格，这种技术是通向较高精度充型模拟的可能途径之一。砂型铸造的充型模拟研究在铸造过程计算机模拟中占主导地位，然而消失模铸造、金属型铸造等充型模拟的研究工作已经开始。充型模拟的另一发展趋势是浇注系统辅助设计，R.McDavid和J.Dantzig在这方面进行了尝试，并取得了一定的成果。 二、缩松和缩孔预测的数值模拟研究概况 铸件缩松、缩孔形成的模拟预测是铸件充型凝固过程模拟软件的主要功能之一。目前国内外常用的凝固模拟软件中均提供了多种判据用于铸件缩松、缩孔的预测．但是，大多数判据均是在用于铸钢件或不含石墨的铸造合金时比较有效。由于石墨铸铁凝固时析出比体积较大的石墨。因此其体积变化较铸钢等复杂得多，必须采用专门的判据。 铸钢件缩松、缩孔预测判据经过多年的发展，从最初的定性温度场热节法，发展到后来的E．Niyama提出的G／R1／2法，再到后面的流导法、固相率梯度法等定量预测方法，无论从精度还是从使用范围看，均达到了较高的水平，可以有效地预测铸件钢中的缩松、缩孔。 而铸铁件，特别是球墨铸铁件缩松、缩孔的预测一直缺乏可靠有效的判据。1994年，李嘉荣等在大量试验的基础上提出了球墨铸铁缩松、缩孔形成预测的“收缩膨胀动态叠加法(DECAM)”，该法基于Fe—C平衡相图，用杠杆原理计算凝固过程中收缩和膨胀量，将收缩和膨胀量进行叠加，可以预测球墨铸铁件缩松、缩孔的形成．李文珍等在进行球墨铸铁微观
、八 前 首先，感谢贵单位对本公司YWX/Q- 系列盐雾腐蚀试验箱的厚爱，以及对本公司事业的大力支持！ 市场的竞争，产品质量的要求，推动了环境研究的发展，反过来环境研究的进步，又促进材料产品质量的提高。可喜的是，我国企业界已认识到：产品的环境适应性试验，是产品质量考核的一个重要手段，环境试验结果的反馈，是提高产品质量的重要依据——事实上，环境试验考核产品质量，已成为现代企业一个必备的程序。 在环境适应性试验设备的研究和开发方面，我们遵循客观规律，以严格的标准，精心制作。从而保证了设备的精确性、可靠性和实用性。 为使贵单位能够迅速了解和正确使用本系列设备，我们精心编制这册使用说明书。在贵单位启用本系列设备时，请充分阅读， 并务必遵循说明书中所列安全注意事项和操作方法，以防止本系列设备的损坏，保证使用的安全和试验的质量。
一、产品概述 1、盐雾试验箱，可以模拟海洋及自然环境中自由沉降的盐雾空气，或则模拟汗水等工作环境。这种试验适合于有较强抗腐蚀作用的多层组合镀层，例如铜镍铬镀层或多层镍镀层等方面。 2、本系列产品适用于下列试验 A :中性盐雾试验（NSS） B :醋酸盐雾试验（ASS） C :铜盐加速乙酸盐雾试验（CASS）
（环境温度10-35C，气压86-106Kpa条件下） 1、型号：YWX/Q-750 2、工作室尺寸（mm ）: 740X1100）500 （长瀝湛） 3、温度范围：35?55C 4、温度波动度：±）5C 5、温度均匀度：i2C 6、盐雾沉降量：1?2ml/80cm2h 7、喷雾方式：塔式喷雾方式 8、工作方式：连续或周期喷雾任选
材料成型过程控制 院系：材料科学与工程学院 专业：材料成型与控制工程 姓名： 学号： 指导老师： 日期：2012.9.19至2012.10.15
目录 一、铸造工艺分析 (1) 二、砂芯设计 (3) 三、冒口设计 (5) 四、浇注系统的设计及计算 (7) 五、沙箱铸件数量的确定 (10) 六、参考数目、资料 (11)
图1所示的事U型座，主要用于拆卸主轴上的皮带轮。 材料为ZG25（主要元素含量：W C%=0.22~0.32%，W Mn%=0.5~0.8%，W Si%=0.2~0.45%）。 技术要求：①未标示的铸造圆角半径R=3~5。②未标铸造倾斜度按工厂规格H59~21。③铸件应仔细地清理去掉毛刺及不平处。 图1
一、铸造工艺分析 1.确定铸型种类和造型、制芯方法 此铸件是铸钢件，铸件最大三维尺寸270x110x220 mm，为中小型铸件，铸件结构简单，仅有两个加工面，其他非加工面表面光洁度要求不高，采用温型普通机器造型，砂芯外形简单，采用热芯盒射芯机制芯。 2.确定浇注位置和分型面 方案1：将铸件放置于下箱，分型面选取如图2所示，采用顶注式浇注，此方案浇注系统简单，不用翻箱操作；但是浇注时金属液对型腔冲刷力大，难以下芯，不便设置冒口进行补缩。容易产生夹砂、结疤类缺陷，补缩困难会形成缩孔、缩松结晶等缺陷。 方案2：将铸件放于上箱，分型面选取如图3所示，采用底注式浇注，此方案浇注系统相对复杂，下芯方便，可以将冒口设计在顶部，补缩效果好。 综合以上两种方案考虑，选择方案2较为合理。 图2 图3 铸件全部位于上箱，下表面为分型面 上 下 上 下
传感信号检测与转换实验箱 使用说明书 “传感信号检测与转换实验箱”研制项目组 2013年1月
传感信号检测与转换实验箱 使用说明书 1、实验箱的组成 系统硬件主要由三部分构成：电源模块、传感信号检测转换调理模块、传感信号数字化处理模块。三个模块各自分立，相互间通过信号线连接。上位机为PC机。 2、系统电源模块 系统电源模块具体由传感信号检测转换调理模块供电电路和传感信号数字化处理模块供电电路两部分构成。工作原理为交流变直流。为确保系统用电安全和模拟电路与数字电路两区域的完全的电气隔离，提高系统电路本身的抗电气干扰性能，采用了双绕组输出的单相隔离变压器。 模拟电路模块供电直流稳压电源：±15V，±5V。 数字电路模块供电直流稳压电源；+5V，+3.3V 3、传感信号检测转换调理模块 传感信号检测转换调理模块电气部分具体包括：霍尔传感器实验模板、电容传感器实验模板、温度传感器实验模板、电涡流传感器实验模板、应变片实验模板、以及三种不同性能与增益信号调理电路模板。具体布局见图3.1所示。 图3.1传感信号检测转换调理模块布局图
3.1应变片实验模板 应变片式传感器实验模板如图3.2所示。 图3.2应变片式传感器实验模板 实验模板中的R1、R2、R3、R4为金属箔式电阻应变片，没有文字标记的5个电阻符号下面是空的，其中4个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设，面板上虚线所示电阻为虚设，仅为组桥提供插座。具体包括：应变片式单臂电桥连接电路、应变片式半桥连接电路、应变片式全桥连接电路。图中的实线表示电路连接线。 本实验系统中4片金属箔式电阻应变片已安装在平行式悬臂梁上，如图3.3所示。左上角应变片为R1；右下角为R3；左下角为R4；右上角为R2。当传感器托盘支点受压时，R1、R3阻值增加，R2、R4阻值减小，可用四位半数显万用进行测量判别。常态时应变片阻值为350Ω。加热电阻也已安装在悬臂梁下面，加热丝电阻值为50Ω左右。 此4片应变片已连接在应变片式传感器实验模板上方的R1、R2、R3、R4上。 图3.3金属箔式电阻应变片安装示意图
铸造过程的数值模拟 1零件分析 本次铸造过程的数值模拟所用的零件为方向盘，该零件结构复杂，并且在实际使用过程 中，需要承受较大的扭转力，因此选用镁合金并采用压铸工艺。此项工作需要在方向盘上建 立合适的浇注系统和溢流槽，进行充型模拟，得到合理的压铸方案。在建立浇注系统之前，需要合理选择分型面，然后选择浇注系统的内浇口位置，待浇注系统建立好之后，进行一次预模拟，从而确定溢流槽的数量和位置。 2工艺设计 2.1浇注系统 该铸件的分型面为铸件的最大截面，选定的浇注系统在铸件上的位置如下图所示。 rr 口斗+带〒 *”斗-T 已知数据有：压室直径60mm，压室速度0.1m/s-3m/s，铸件材料AM50A，方向盘质量 595g，压射温度685C。 查表取值：AM50A 镁合金密度1.75g/cm3;充填时间t= 0.05s;内浇口厚度b=2.5mm ; 取充填速度v仁50m/s。 铸件的体积v= — = —95 =340000mm 3; P 1.75 根据经验，可以取溢流槽的体积为铸件体积的10%，则溢流槽的体积v^ 34000mm3。 计算内浇口面积（V铸件+ V溢流槽） vt 二340 34 -50 0.05二149.6 2 mm
内浇口宽度 s c 2 b 冲头速度 4v 1s 4x 50 x149.6 “ , V ? 2 2 2.65 m / s nd 兀汽60 横浇道选用等宽横浇道 厚度 bh=10mm ，斜度10°，宽度B=（ 1.25-3）An/bh ;圆角半径 r=2mm ,横浇道宽 2 度为 30mm 。增压时间 k=1.5s ，: =0.005 t = k ： b 1.5 0.005 9 = 0.0675s 直浇道的设计 因为压室直径为60mm ，因此可以将直浇道与压室相连处的直径设计为 60mm ，直浇道 的高度为40mm ，拔模斜度为5 °。 2.2排溢系统 根据前面所述，溢流槽的总体积设计为铸件总体积的 10%,则v^ 34000mm 3。并且 设计三个溢流槽，分布在方向盘的圆周上，具体位置根据铸件最后充型位置确定。 根据经验和查表，溢流槽的桥部的尺寸与内浇道的尺寸的差距不宜过大， 因此选取溢流 槽的尺寸为 A=30mm ， B=35mm ， H=12mm ，a=9mm ， b=22mm ， c=1mm ，溢流槽桥部厚度 为h=1.3mm 。则溢流槽的仓部体积和为 v 溢=3 ^B_H = 3 30 35 37800mm 3。 149.6 治 30 mm
冰箱测试系统使用 说明书 1
冰箱测试系统使用说明书
第一章，设备框图 1.1计算机局域网图：由服务器、交换机、登录验关电脑、后台查询 电脑、返修查询电脑、静态抽检电脑构成一个客户机服务器系统结构。如图1所示。 1.2，动态测试子系统框图：
1.3，静态测试子系统框图：
第二章，系统概述： 本系统是为XX公司设计、制造的专用冰箱制冷性能检测系统，系统能够在线检测220v/50Hz、冰箱制冷性能，系统检测项目为：冰箱制冷温度（箱内4路，管路2路，）、冰箱的有效功率、电流、电压、功率因数等，检测工位：动态120个、静态40个；整个系统分为3部分，⑴计算机局域网。⑵动态测试子系统。⑶静态测试子系统。 2.1计算机局域网。采用5台计算机、1台服务器、一个交换机组成 一个小型局域网进行数据管理。 1台测试系统应用服务器，负责整个计算机局域网的文档管理。 1台动态验关计算机，负责动态子系统的登录和验关，以及动态 163个测试盒的数据采集处理。
1台静态计算机，负责静态测试房60台测试盒的数据采集与处理。 1台后台管理计算机，进行冰箱标准建模、查询、统计等； 1台维修计算机，负责维修工位的信息采集管理 1台入库计算机，负责入库的冰箱数据采集管理。 2.2动态测试子系，包括163个能够采集冰箱性能参数并与动态基站 进行无线数据交换的测试盒，一个无线电的数据收发基站，1个 在登录位置的光电开关，1台有2个显示器的验关计算机。 2.3静态测试子系统，包括60个能够采集冰箱性能参数并与动态基站 进行无线数据交换的测试盒，一个无线电的数据收发基站,1台静态计算机 第三章，动态测试子系统 3.1动作流程 如图所示，动态测试过程流程图如下：