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支座铸造工艺分析与优化设计毕业论文
你 支座的铸造工艺分析及优化设计
摘 要

本课题是对底座的铸造工艺分析优化，提高铸件生产过程中的可靠性、适用性；提高铸件质量和产品在市场上的竞争能力。
首先，对零件的铸造工艺性进行分析，再根据零件结构，技术要求，生产要求，生产批量，生产条件选择铸造及造型方法。选择浇注位置及分型面，选用适宜的工艺参数，设计铸件的浇注系统，制定出详细的铸造工艺方案。再通过华铸CAE对方案进行模拟优化，确定最优的工艺方案，绘制出铸造工艺图。
通过运用华铸CAE等技术从而达到实际生产中提高质量、降低成本，便于实进行经济核算，提高效益的目的。
关键词：灰铸铁；结构分析；优化设计；华铸CAE

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Casting Process Analysis and Optimization Design of pedestal
Absract

This topic is the pedestal of the casting process analysis and optimization, improve casting production process reliability,suitability; improve the quality of castings and products in the market competitiveness.
First, the casting of parts for analysis, according to parts structure, technical requirements, production requirements, production volume, production conditions are selected casting and modeling methods. Select the location and casting parting line, the choice of suitable process parameters, casting gating system design, to develop a detailed casting process. China through casting CAE simulation and optimization of the program, determine the optimal process plan and draw a casting process diagram.
Through the use of intecast CAE technology to achieve actual production, improve quality, reduce costs and facilitate real economic accounting, improve efficiency purposes.
Keywords:gray cast iron; structural analysis; optimization design; intecast CAE
目 录

引言…………………………………………………………………………………………1
第1章 绪论…………………………………………………………………………………2
1.1概述…………………………………………………………………………………… 2
1.2铸造业现状..... .........……………………………………….....................................2
1.3铸造行业发展前景………...…………………………………………………………2
第2章 铸造工艺方案的确定………………………………………………………………3
2.1 零件基本信息……………………………………………………………………………3
2.2 底座结构的铸造工艺性…………………………………………………………………3
2.3造型，造芯方法的选择…………………………………………………………………4
2.4浇注位置的确定……………………..……………………………………………………4
2.5分型面的确定………….…………………………………………………………………4
第3章 铸造工艺参数及砂芯设计…………………………………………………………5
3.1 工艺设计参数的确定……………………………………………………………………5
3.2砂芯设计……………………………………………………………………....…………6
第4章 浇注系统及冒口、冷铁、出气孔等设计………………………………….....………8
4.1浇注系统的设计…………………………………………………………………………8
4.2冒口的设计………………………………………………………………………………10
4.3冷铁的设计………………………………………………………………………………11
第5章 箱盖的铸造工艺模拟及优化………………………………………………………12
5.1 计算机技术在铸造生产中的应用……………………………………………………12
5.2 华铸CAE的概述………………………………………………………………………12
5.3 华铸CAE前置处理……………………………………………………………………13
5.4 模拟结构显示及分析……………………………………………………………………13
5.5底座铸造工艺优化……………………………………………………………………14
结论及展望…………………………………………………………………………………15
致谢…………………………………………………………………………………………16参考文献……………………….......…………………………………………………………17
附录A主要参考文献摘要......................................................................................................18
附录B英文原文及翻译..........................................................................................................19
附录C铸造工艺图..........................................................................................................36
插图清单

图2-1 底座零件图…………………………………………………………………………3
图2-2 底座零件示意图……………………………………………………………………3
图2-3 底座的分型面及浇注位置……………...……………………………………………4
图4-1 内浇道截面示意图………………………………………………………………….9
图4-2 橫浇道截面示意图…………………………………………………………………10
图4-3 直浇道截面示意图…………………………………………………………………10
图5-1 网格剖分结果........................................................................................................13
图5-2 原始工艺的模拟结果……..................……………………………………………13
图5-3 工艺优化后的模拟结果……........…………………………………………………14

表格清单

表3-1 铸件尺寸公差…………………………………………………………………………5
表3-2 机械加工余量………....…………………………………….....………………………5
表3-3 铸件的收缩率………………………………………………............…………………6
表3-4最小铸出孔……………..…………………………………............…………………6
表4-1 流量系数µ值.……................…………………………………………………………9
表4-2 普通漏斗形浇口杯尺寸……………………………………………………………11

引 言
因为现代科学技术的发展，拓展了铸造技术的应用领域，同时也提高了对金属铸件的要求。不仅要求铸件具有高的力学性能，尺寸精度和低的表面粗糙度值；要求具有某些特殊性能，如耐热，耐蚀，耐磨等，同时还要求生产周期短，成本低。
铸造工艺人员在设计的过程中应时刻关心铸件成本，节约能量和环境保护问题。从零件结构的铸造工艺性的改进，铸造，造型，造芯方法的选择，铸造方案的确定，浇注系统和冒口的设计，直至铸件清理方法等，每到工序都及上述问题有关。采用不同的工艺，对铸造车间或工厂的金属成本，熔炼金属量，能源消耗，铸件工艺出品率和成品率，工时费用，铸件成本和利润率等都有显著的影响。铸造工艺设计应是追求以最少的成本和损耗生产出质量最好，竞争品质最强的铸件产品。
此次毕业设计的目的是通过优化设计，在优化模拟的过程中梳理大学四年中学到的专业知识，学会发现问题并运用所学的知识来解决实际问题。通过毕业设计巩固和拓展自己的专业知识，熟悉铸造工艺的流程，领略铸造工艺设计的要领，体验铸造工艺的内涵，为即将步入社会，走向工作岗位做最后的准备。
第1章 绪论
1.1 概述
铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。中国约在公元前1700～前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。铸造是将液体金属浇铸到及零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯的方法。 被铸物质多为原为固态但加热至液态的金属（例：铜、铁、铝、锡、铅等），而铸模的材料可以是砂、金属甚至陶瓷。因应不同要求，使用的方法也会有所不同。
1.2铸造行业现状
我国自改革开放以来,铸造业的发展有十分大的变化,包括技术水平,质量,服务等方面.我国的铸件质量显著有所提高.主要表现在在铸件生产过程中产生的废品相比以前下降了很多;然后是是很多种铸件的精度(几何精度,尺寸精度),表面粗糙度ra,力学性能等达到了国际水平.铸造企业已经拥有能力在我国及外国展览会上展出自己的铸件,并获得较高认可.除此之外,我国铸造技术大大提高,已经可以和国外发达国家相匹敌.改革开放以来,原来许多企业采用砂型铸造工艺,而现在已经开始向数控化,自动化,智能化,机械化的方向挺进.原来传 统的手工砂铸造占据大半江山的局面正在慢慢消失.很多的的铸造企业都开始用智能机器感应电炉和冲天炉,感应电炉双联工艺.这几种先进设备,技术,工艺手段使我国有能力制造生产出质量更好,精度更高的铸件.目前,我国生产的最大球墨铸铁机床大约146吨;最大的铸钢为520多吨,我国目前已经拥有100多家企业可以有能力生产单件重30吨及以上的铸件了.我国铸造业发生了翻天覆地的变化.涌现出了大量的有关技术高,质量好的铸造企业. 
发达国家具有先进的铸造技术、良好的产品质量、较高的生产效率、较少的环境污染等特点，其原辅材料已经形成了商品化系列化供应体系，如在欧洲市场已经建立跨国服务系统。生产普遍实现机械化、自动化、智能化（计算机控制、机器人操作）。由计算机、网络技术、传感技术、人工智能等所构成的信息技术近年来在铸造生产中得到更为广泛的应用。这正在改变着铸造生产的面貌。可以说，现代铸造技术的主要特征就是将传统的铸造工艺及信息技术溶于一体。
1.3铸造行业发展前景
我国是铸造大国,我国要转型为铸造强国必须克服资源,能源,人才和环境问题,追求高效,优质,环保等方向.所以,必须利用高新技术提升铸件质量,改变中国铸件在国际市场上技术含量不高,价格低廉的状况.目前,我国铸造行业正在面临着良好的发展机遇.第一是是我国经济的高速发展使得我国各领域也都进入高速发展状态;然后是经济全球化导致各个国家铸造业都发展的很成熟,带动了我国进入全球化.中国加入世界贸易组织后,必将从中受益匪浅,学到了先进的科学技术,管理方法等.这些机遇给中国铸造行业实现由铸造大国转向铸造强国的转变提供了极好的机会.铸造业也将向着更好的方向发展。
第2章 铸造工艺方案的确定
2.1 零件基本信息
零件名称 底座
零件材质 HT200
零件结构 零件图如图所示,零件外形示意图如图所示。底座的外形轮廓尺寸为86mm×86mm×38mm，主要壁厚10mm，最大壁厚14mm。是一个小型铸件，铸件除了满足几何尺寸精度及材质方面的要求外无其他特殊技术要求。

图2-1 底座零件图

图2-2 底座零件示意图
2.2 底座结构的铸造工艺性
对底座的铸造工艺性分析如下：底座的轮廓尺寸为86mm×86mm×38mm，整体尺寸不大，为小型铸件。
2.3造型，造芯方法的选择
底座的轮廓尺寸为86mm×86mm×38mm，铸件尺寸较小，属于中小型零件且是大批量生产，适宜使用湿型机器造型。机器造型和制芯生产率高，劳动强度低，铸件质量稳定，主要用于大批量生产，符合产品需求，而湿型铸型生产灵活性大，生产率高，生产周期短，便于组织流水生产，易于实现生产过程中的机械化和自动化。
2.4浇注位置的确定
铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置。确定浇注位置是铸造工艺设计中重要的环节，关系到铸件的内在质量，铸件的尺寸精度及造型工艺过程的难易程度。
确定浇注位置应注意以下原则：
1.铸件的重要部分应尽量置于下部
2.重要加工面应朝下或直立状态
3.使铸件的大平面朝下，避免夹砂结疤内缺陷
4.应保证铸件能充满
5.应有利于铸件的补缩
6.避免用吊砂，吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯，合箱及检验
综上所述浇注位置方案如图所示，保证了重要加工面的正确放置，且便于下芯及合箱。
2.5分型面的确定
分型面是指两半铸型相互接触的表面。分型面的优劣在很大程度上影响铸件的尺寸精度、成本和生产率。
经过对零件结构的分析，初步对底座进行分型方案如下：

图2-3 底座分型面及浇筑位置第3章 铸造工艺参数及砂芯设计
3.1 工艺设计参数的确定
铸造工艺设计参数通常是指铸型工艺设计时需要确定的某些数据，这些工艺数据一般都及模样及芯盒尺寸有关，及及铸件的精度有 密切关系，同时也及造型、制芯、下芯及合箱的工艺过程有关。这些工艺数据主要是指加工余量、起模斜度、铸造收缩率、最小铸出孔、型芯头尺寸、铸造圆角等。工艺参数选取的准确、合适，才能保证铸件尺寸精确，使造型、制芯、下芯及合箱方便，提高生产率，降低成本。
3.1.1 铸件尺寸公差
铸件尺寸公差是指铸件公称尺寸的两个允许的极限尺寸之差。在两个允许极限尺寸之内，铸件可满足机械加工，装配，和使用要求。
大批量生产下的砂型机器造型时,铸钢和铸铁件尺寸公差等级能达到CT8 –CT12级。这里取CT9级。箱盖的轮廓尺寸为86mm×86mm×38mm，查国家标准GB/T6414-1999得：底座尺寸公差数值为2.2mm。
表3-1 铸件尺寸公差

3.1.2 机械加工余量
机械加工余量是铸件为了保证其加工面尺寸和零件精度，应有加工余量，即在铸件工艺设计时预先增加的，而后在机械加工时又被切去的金属层厚度。
底座为砂型铸造机械造型，大批量生产。灰铸铁件的机械加工余量等级为F、G、H级，取F级。箱盖的轮廓尺寸为86mm×86mm×38mm，查国家标准GB/T11350-89得：上表面加工底座的机械加工余量为1.4mm，下表面加工底座的机械加工余量为2mm。底座其余加工余量为1mm。
表3-2 机械加工余量

3.1.3 铸造收缩率
铸造收缩率又称铸件线收缩率，用模样及铸件的长度差除以模样长度的百分比表示：K=[（LM-LJ）/LJ] ×100% (3-1)
式中 LM--模样（或芯盒）工作表面尺寸
LJ—铸件尺寸。
铸件收缩率受很多因素的影响，例如，合金的种类及成分、铸件的冷却、收缩时受到阻力的大小、冷却条件的差异等，因此，要十分准确的确定铸件的收缩率是很困难的。
底座的收缩率查表得：受阻收缩率为0.9%。
表3-3 铸件收缩率

3.1.4 起模斜度
为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免损坏砂型或砂芯。这个斜度，称为起模斜度。起模斜度应在铸件上没有结构斜度的，垂直于分型面的表面上应用。
由于该铸件有圆形部分，易于起模，因此可以不设置起模斜度。
3.1.5最小铸出孔及槽
零件上的孔、槽、台阶等，究竟是铸出来好还是靠机械加工出来好，这应该从品质及经济角度等方面考虑。一般来说，较大的孔、槽等应该铸出来，以便节约金属和加工工时，同时还可以避免铸件局部过厚所造成热节，提高铸件质量。较小的孔、槽或则铸件壁很厚则不易铸出孔，直接依靠加工反而方便。
根据底座的的轮廓尺寸86mm×86mm×38mm 查阅表格得：最小铸出孔直径约为6mm。因此零件上部的直径为3mm的孔，加上机械加工余量后就铸造不出来了，只能由机械加工得来。
表3-4 最小铸出孔

3.2砂芯设计
芯的功用是形成铸件的内腔、孔和铸件外型不能出砂的部分。砂型局部要求特殊性能的部分有时也用砂芯。铸件所用砂芯的数量及其结构主要取决于铸件的结构，砂芯设计时还需要考虑到要使砂芯制造方便，下芯容易。所以砂芯的设计要注意以下几点：
1 一般尽量减少砂芯数量，减少制造工时和提高铸件尺寸精度。
2 选择合适的砂芯形状。
3砂芯烘干的支撑面最好是平面。
4砂芯芯盒的分盒面应尽量及砂型的分型面一致，以保证砂芯和砂型之间形成的壁厚均匀，同时也有利于砂芯排气。
5 便于制芯下芯及合型，保证铸件精度。
6分段的砂芯每段均要有良好的固定条件，以保证铸件形状准确。
3.2.1底座的芯头长度及斜度设计
芯头形状采用水平悬臂芯头，芯头加长。
1芯头长度，根据铸造方面相关书籍芯头长度l取1.25倍的D，D为芯头直径42mm。所以芯头长度l=42×1.25=52.5 mm。取52mm。芯头超出长度取15mm。
2 芯头斜度
水平芯头一般不留斜度，故不设置。
第4章 浇注系统及冒口、冷铁的设计
4.1浇注系统的设计
浇注系统是铸型中引导液体金属进入型腔的通道，它由浇口杯，直浇道，横浇道和内浇道组成。
4.1.1选择浇注系统类型
浇注系统分为封闭式浇注系统，开放式浇注系统，半封闭式浇注系统和封闭-开放式浇注系统。因为封闭式浇注系统控流截面积在内浇道，浇注开始后，金属液容易充满浇注系统，呈有压流动状态。挡渣能力强，但充型速度快，冲刷力大，易产生喷溅，金属液易氧化。适用于湿型铸件小件。而底座就是采用湿型的铸件小件，所以选择封闭式浇注系统。
4.1.2确定内浇道在铸件上的位置、数目
底座结构较为简单且是单件大批量生产小型件，铸造时采取一箱四件。为了造型方便采用两个内浇道。
4.1.3 浇注系统尺寸设计
1 计算铸件质量，经计算知道铸件的毛重=0.7kg，查表得工艺出品率为70%。则 GL=铸件毛重×4/工艺出品率 =0.7×4/0.7 =4kg
2 计算浇注时间t 每一种铸件在确定的铸造工艺条件下，都对应一个适宜的浇注时间范围，超出这个时间范围，铸件就会出现铸造缺陷。
底座的重量很小，还不到1kg。因此其浇注时间公式为
t=sGL0.5 (4-1)
式中 t ---浇注时间（s）；
GL---型内铁液总重量（kg）；
S ---及铸件主要壁厚有关的参数，查铸造技术相关书籍[12]中表得s=1.85。代入数据计算得：
t=1.85×40.5=3.7s取4s
3 核算液面上升速度，平均液面上升速度验算公式为：
v=h/t (4-2)
式中 v---型内液面上升速度（mm/s）
h---铸件的高度（mm）
t---浇注时间（s）
代入数据计算v=86/4=21.5（mm/s）。对照书[1]表7-6，此值符合表中所列数值，是合适的。
4计算流量系数µ
影响流量系数µ的因素很多，准确确定流量系数µ是有困难的。对于一般灰铸铁件可以根据经验数据确定。查相关书籍[1]表7-8得µ=0.42，再按有关书中[1]表7-10修正。浇注温度提高约100摄氏度，µ修正值取0.1；有冒口，µ修正值取0.1内浇道设置8个，µ修正值取-0.2。合计则 µ=0.42+0.1+0.1-0.2=0.42

表4-1 流量系数µ值

5 计算平均压力头HP和最小压力头HM。
（1）中注式平均静力压头高度计算公式为
HP=H0-C /8(4-3)
H0=10cm，C=8.6cm。
HP=H0-8.6/8=9cm。
将各值代入∑A内=GL/0.31µTHP0.5=4/0.31×0.42×4×90.5=2.3cm2
半封闭式浇注系统各单元的截面积比，取∑A内：∑A横：∑A直=1:1:1.1.15则 ∑A横=2.3×1.1=2.53 cm2
∑A直=2.3×1.15=2.65cm2
（2）核算最小剩余压头HM 砂箱高度100mm，内浇道以上铸件高度为40mm，则剩余压头高度为HM=100-40=60mm。直浇道中心到铸件最远点距离L=50+50=100mm。
根据公式HM=Ltanα，(4-4)
则α=arctan（HM/L）=arctan(60/100)=29.6°。
对照有关书中[1] 表3-4-11，α值大于表中的经验值，因此可以得到轮廓清晰的铸件。
6 确定内浇道、橫浇道、直浇道截面尺寸。
1）内浇道截面尺寸
由于内浇口设计了8个，所以内浇口截面积S内=∑A内/8=2.3/8=0.28cm2，取内浇道的截面积为0.3cm2.内浇道形状取梯形断面形状如图所示：

图4-1 内浇道截面示意图
梯形断面大小取为a=9mm b=6mm c=4mm。
2）橫浇道截面尺寸
横浇道的功用是向内浇道分配洁净的金属液，储留最初浇入的含气和渣污的低温金属液并阻留渣滓，使金属液流平稳和减少产生氧化夹杂物。
由于设计橫浇道只有一个，所以S横=2.6 cm2。横浇道形状取梯形断面形状如图所示：

图4-2 横浇道截面示意图
梯形断面大小得：
A=20mm B=14mm C=15mm。
3）直浇道截面尺寸
直浇道的功用是从浇口杯引导金属液向下，进入横浇道、内浇道或直接进入型腔。并提供足够的压力头，使金属液在重力作用下能克服各种流动阻力充型。
由于设计直浇口有一个，因此S直=2.7cm2
直浇道形状取圆形截面形状如图:

图4-3 直浇道截面示意图
圆形断面大小为：D=19mm。
4) 浇口杯的设计
浇口杯是用来承接来自浇包的金属液，防止金属液飞溅和溢出，便于浇注，并可以减轻金属液对型腔的冲击，还可分离渣滓和气泡，阻止其进入型腔。
浇口杯选用普通漏斗形浇口杯，浇口杯尺寸查表得D1=56mm、D2=52mm、h=40mm

表4-2 普通漏斗形浇口杯尺寸

4.2冒口的设计
冒口是铸型内用于储存金属液的空腔，在铸件形成时补给金属，有防止缩孔、缩松、排气、集渣的作用。
底座所用的灰铸铁在凝固时其体积变化情况及一些工业上常用的金属及合金不同，其特点是在液态冷却时发生收缩，冷却至共晶温度时停止收缩，由于析出石墨而发生膨胀，在接近凝固终了时余下的液态金属凝固时又开始收缩，直至凝固结束。所以其凝固时的膨胀和液态收缩趋于互相补偿。故铸铁补缩时需要的铁水量少，而且底座壁厚均匀无厚大壁，所以可利用浇注系统进行补缩不设置冒口。
4.3冷铁的设计
为了增加铸件局部冷却速度，在型腔内部及工作表面安放的金属块称为冷铁。
底座铸件壁厚较为均匀，且无厚大壁，固不易产生裂纹缩松等缺陷。而且设置冷铁会增加生产工序，使成本增大，所以不设置冷铁。
第5章 底座的铸造工艺模拟及优化
5.1计算机技术在铸造生产中的应用
计算机的广泛应用正从各方面推动着铸造业的发展和变革，它不仅可以提高 生产效率和降低生产成本，同时又能促使新技术和新工艺的不断出现，使铸造生产正在从主要依靠经验走向科学理论指导生产的阶段。
模拟分析及计算机辅助工程 (CAE) 的应用，可以科学地预测液体金属充型过程、凝固过程中的温度场及应力场，以及宏观缺陷和微观组织等。它可优化委宣过程，确保铸件质量，缩短试制周期，提高竞争能力;可以在提高铸造生产手二的同时获得显著的经济效益。计算机在铸造技术中的应用在下述几个方面发声音前所未有的作用。
铸造工艺计算机辅助设计(CAD)技术主要实现以下功能，如铸件的几何、物理量计算(包括铸件体积、表面积、重量及热模数的计算);浇注系统的设计计算(包括选择浇注系统的类型和各组元的尺寸计);补缩系统的设计计算(包括冒口、冷铁及合理的补缩通道的设计计算);绘图(包括铸件图、铸造工艺图、铸造工艺卡片等图形的绘制和输出 ) 。及传统的铸造工艺设计相比，采用计算机设计铸造工艺的特点是：计算准确、迅速，消除了人为计算误差;能够大量储存并利用众多铸造工作者的经验，使得使用者能够设计比较合理的铸造工艺;能够对铸造工艺方案进行优化以便确定最佳的方案;具有自动打印记录并绘制各种技术文件的能力 。
铸造工艺参数检测及生产过程的计算机控制计算机作为生产过程和凝固过程的控制手段已得到了广泛的应用，铸造生产工序繁多、工作条件相对恶劣、影响因素复杂，有必要在铸造生产中深入研究和广泛应用微型计算机检测及 控制技术。近年来，已经出现了很多用计算机分析生产过程的变化，用计算机选择最佳参数、调节控制生产过程，铸造生产实现自动化，从而达到稳定铸件质量，提高劳动生产率，降低铸件成本的范例。目前新一代的造型生产线已采用计 算机控制，以计算机为基础的自控系统己用于熔化、浇注、砂处理、质量检验等工序中。采用计算机技术是生产高质量铸件的必备条件，也是铸造过程控制的主要发展方向。
5.2华铸CAE概述
华铸CAE/ InteCAST—铸造工艺分析软件集成系统是分析和优化铸件铸造工艺的重要工具，是华中科技大学(原华中理工大学)经二十多年研究开发，并在长期的生产实践检验中不断改进、完善起来的一项软件系列产品。华铸CAE/InteCast集成系统是目前国内铸造行业最为著名的工艺分析系统,四百多套华铸CAE系统正在国内一百多家工矿企业和科研院所运行使用,深受广大用户的好评。
华铸CAE/ InteCAST—以铸件充型过程、凝固过程数值模拟技术为核心对铸件进行铸造工艺分析。可以完成多种合金材质（包括铸钢、球铁、灰铁、铸造铝合金、铜合金等）、多种铸造方法（砂型铸造、金属型铸造、压铸、低压铸造、熔模铸造等）下铸件的凝固分析、流动分析以及流动和传热耦合计算分析。实践应用证明，本系统在预测铸件缩孔缩松缺陷的倾向、改进和优化工艺，提高产品质量，降低废品率、减少浇冒口消耗，提高工艺出品率、缩短产品试制周期，降低生产成本、减少工艺设计对经验对人员的依赖，保持工艺设计水平稳定等诸多方面都有明显的效果。
华铸CAE/ InteCAST铸造工艺分析软件集成系统曾作为全国唯一的一套铸造CAD成果参加了“首届全国CAD应用博览会”。中央电视台、“全国CAD应用工程通报”都曾报道过该系统的应用情况。
华铸CAE/ InteCAST经过多年的努力，目前已成为一个比较成熟的商品化、实用化、集成化铸造工艺CAE系统。该系统在国际上已有一定的影响，美国、英国、法国、德国、泰国、韩国以及香港和台湾等国家和地区, 对该软件都表现出浓厚的兴趣。目前本系统已销往新加坡、马来西亚。
5.3华铸CAE前置处理
前处理模块包含造型和网格剖分两大部分。华铸CAE不具有三维造型能力，利用Solidworks三维造型软件生成铸件以及冒口、浇注系统、冒口套、冷铁等工艺参数的三维实体模型，并导出STL格式文件作为接口文件，输入的STL文件有：铸件、铸型、冒口、冒口套、冷铁、浇注系统等。
华铸CAE前处理模块提供“优先级别”功能，这样可以大大减少三维造型的工作量。设置挂舵臂铸件、冒口、冒口套、冷铁、浇注系统的优先级高于铸型，造型时保证工艺装配模型有足够吃砂量的情况下生成一个六面体铸型，在前处理模块“优先级别”功能下，装配后的铸件部分被自动从铸型中“挖空”，进而产生有型腔的铸型，节约了造型时间。
华铸CAE采用的是直六面体网格，在这对底座采用均匀网格。考虑到底座尺寸不大，均匀网格大小大小定为3mm。网格剖分结果如图所示：

图5-1 网格剖分结果
5.4模拟结构显示及分析
后处理模块通过对凝固过程液相分布的时序动画，可以显现凝固过程相变的细节，根据相变细节及相应的判据，可以得出铸件缩孔缩松倾向及位置的判断，并为改进工艺提供依据，从而达到改进工艺优化工艺的目的。
图显示的是凝固后的液相分布图及缩松缩孔的分布情况（黄色为液相、透明的为固相、黑色为缩孔、粉红色为缩松），可以看出铸件凝固完全后，铸件的顶部存在大量缩松缩孔。

图5-2 原始工艺的模拟结果
5.5底座铸造工艺优化
在以上模拟结果可以清晰地看出缩松缩孔出现的部位，出现缩松缩孔的的原因可能是铸件热节部位凝固时，树枝状晶体形成骨架时分隔其了包围的液体部分，进而形成微观缩松。可以考虑通过设置冒口进行补缩。图5-4为工艺优化后的一箱4件模拟凝固照片。

图5-3 工艺优化后的模拟结果
通过及原始工艺各个时刻的液相分布照片对比，通过设置冒口，可以明显看出铸件缩松缩孔等缺陷明显减少，几乎全部消失。冒口的设置起到了很好的补缩作用,明显减少了逐渐缺陷。
结论及展望
本次设计主要是研究底座的铸造工艺分析及模拟优化，其主要内容是铸造工艺性分析、分型面的选择、浇注位置的选择、铸造工艺参数选择、砂芯的设计、浇注系统的设计以及浇筑过程模拟等。
通过这次设计是我所学的知识进一步系统化，但是由于没有实际生产经验，设计出的的铸造工艺不太可能是最优化的，还有很大的改进空间。本文通过UG制图及华铸CAE模拟相结合，成功的模拟了底座铸造的充型凝固过程，并根据模拟结果对铸件可能产生的缩孔缺陷及部位进行了优化，完成了利用华铸CAE软件在铸造工艺过程中优化方案节约成本提高生产力等方面的作用。
在利用华铸CAE进行了模拟验证过程中，着重了解了逐渐可能出现的缺陷，如缩松缩孔出现的区域和大小等。并针对这些缺陷进行了工艺优化，在优化的过程中我认识到，合理的设置冒口和冷铁可以有效的减少缩松缩孔，对铸件凝固过程中起到了良好的补缩作用。
致 谢
本文是在朱先琦老师的指导下完成的，她从本论文开始到完成都花费了大量的心血和精力。导师严谨治学、精益求精、勇于探索的精神及对学生的悉心关怀都深深的感染了我，使我受益匪浅，无论是对于我以后的工作还是学习都有非常大的帮助。没有她的精心指导，本论文的完成是无法想象的。因此在这里向她表示最诚挚的感谢。
另外，本论文的完成还得到了同学的大力帮助，为本课题的研究及软件应用提供了大量的意见和帮助指正，并在一起度过了一段美好的时光，在此向他们表示感谢。
再一次向帮助过我的各位老师和同学表示衷心的感谢，祝大家身体健康、工作顺利。
参考文献
[1] 王文清，李魁盛. 铸造工艺学[M]. 北京：机械工业出版社，2002.
[2]中国铸造协会.中国金属年度产量[J].北京：中国铸造协会.2004
[3]张立波，葛晨光，田世江，关于我国铸造业走自主创新道路的思考[J].特种铸造及有色合金.2005，25（12）429—432.
[4]蔡紫金，高鹏.我国铸造模具发展现状及发展建议[J].电加工及模具.2010，（S1）：35-36
[5]郭景杰，李新中，苏仕方，刘秀玲，张正贺.中国铸造行业发展现状及未来[J].特种铸造及有色合金，2008，（01）：2-4
[6]田世江，王玉杰，杨丽君.我国发展节约型铸造业的思考[J].特种铸造及有色合金. 2005，25（12）；727-728
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[11] 杜西灵，杜磊.铸造技术及应用案例[M]. 北京：机械工业出版社,2009.
[12] 刘瑞玲.铸造实用数据速查手册[M]. 北京：机械工业出版社,2006.
[13] 叶荣茂. 铸造工艺课程设计手册[M]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1995
[14] 吴光峰，钱绍富，张秉华. 铸造工艺装备设计手册[M]. 北京：机械工业出版社，1989
[15]Luca Cestari, Christian Dratva, Anthony Nicholas Grundy, and Cristiano Tercelli
Use of Simulation Techniques for the Design and Process Control of Continuous Casting Machines[J] Materials and Manufacturing Processes, 25: 142–148, 2010
附录A：主要参考文献摘要
[1] 王文清，李魁盛. 铸造工艺学[M]. 北京：机械工业出版社，2002.
摘要：本书主要讲述了铸造的各种造型、造芯方法，以及浇注系统的分类，铸造工艺装备设计等内容。
[2]中国铸造协会.中国金属年度产量[J].北京：中国铸造协会.2004
摘要：中国铸造协会自1989年以来，在有关部门和地方协会(学会)的支持下，逐年统计我国金属铸件的产量，并每年通过《现代铸造》(MODERN CASTING)向全世界公布。
[3]张立波，葛晨光，田世江，关于我国铸造业走自主创新道路的思考[J].特种铸造及有色合金.2005，25（12）429—432.
摘要：宏观分析了我国铸造业自主创新的必要性和紧迫性,指出了影响自主创新的主要障碍、危害和形成原因,提出了有关铸造行业走自主创新道路的一些宏观性建议。
[4]蔡紫金，高鹏.我国铸造模具发展现状及发展建议[J].电加工及模具.2010，（S1）：35-36
[5]郭景杰，李新中，苏仕方，刘秀玲，张正贺.中国铸造行业发展现状及未来[J].特种铸造及有色合金，2008，（01）：2-4
摘要: 介绍了近五年我国铸造行业发展状况及未来发展趋势, 包括五部分。第一部分给出了我国铸造行业的基本信息,包括铸件总产量、铸造企业及工人总量等。如2005 年, 我国铸件总产量是24 420 000 t, 占全球总量的28.5%。第二部分给出了我国铸造企业生产不同类型铸件的产量。第三部分给出了我国铸造行业地理分布特征, 主要包括5 个区域, 即辽宁省、山东省、长江三角洲、珠江三角洲和山西省。第四部分分析了我国铸造行业目前存在的问题。第五部分预测了我国铸造行业发展趋势, 未来10 年, 我国铸造行业仍将快速发展。
[6]田世江，，王玉杰，杨丽君.我国发展节约型铸造业的思考[J].特种铸造及有