计算机仿真和试验设计技术在铸造工艺设计上的应用研究

论文摘要

近年来,铸造工艺仿真设计已发展成为一项极具有工程应用和科研价值的技术,但在我国,迄今为止尚未实现真正意义上的运用。本课题“计算机仿真和试验设计技术在铸造工艺设计上的应用研究”针对我国铸造工业发展的迫切需要,首次提出：使用仿真软件+运用仿真软件+完善仿真结果+优化浇注系统架构+优化浇注系统架构尺寸+优化系统工艺条件+仿真优化工艺的现场调优+产品技术管理文件+产品生产管理文件的“3阶段,9台阶”实现铸造工艺仿真设计较为完整的新方法,并通过实例的应用,论证其实用性。本课题首次提出“针对具体的铸造方法、合金材料和铸件缺陷选择仿真软件、设计仿真方案”这一理念并予以实现：研究在砂型铸造、消失模铸造、压力铸造、熔模铸造、离心铸造、金属型铸造等6种常用铸造生产方法下,针对铸钢、铸铁、铸铝、铸铜、铸镁等5大类合金铸件材质特性选择和使用ProCast、Magmasoft、AnyCasting、Flow-3D和NovaCast等5个国外铸造仿真软件和华铸及华星等国内铸造仿真软件解决或防止在以5类别—轴管类、壳类、板类、箱体类和组合体类分类的各种铸件中产生不致密组织类和变形类等铸件缺陷的问题。本课题首次提出：将试验设计技术应用于铸件浇注系统架构、浇注系统架构尺寸和系统其它铸造工艺条件上,实现铸造工艺仿真的优化设计,达到简化浇注系统架构、减轻浇注系统质量,实现提高生产率和降低生产成本的目的；将仿真条件下的最优工艺在生产现场通过调优设计运用其周相迁移原理,使之转变为实际生产条件下的最优工艺；再针对具体产品制定出该产品的技术管理文件和该产品的生产管理文件,通过产品技术管理文件使铸造厂家实现最优工艺,通过产品生产管理文件使铸造厂家持续实现产品的最优工艺（这部分内容由于时间关系,还未得到工业现场条件下的实际应用）。本课题的研究内容既可以帮助用户打破应用铸造工艺仿真设计的“技术瓶颈”针对铸件产品的特点及质量要求选择合适的铸造工艺CAE软件及其模块来进行铸造工艺仿真设计；又可以满足对铸造工艺设计进行系统性研究的人员进一步提高铸造工艺仿真设计的水平；还可以满足科研的更深层次的需要,有助于真正提升我国铸造工艺仿真设计的研究水平。本课题的研究基地之一——河北海钺耐磨材料科技有限公司与导师和本团队合作的“消失模铸造工艺仿真设计”项目2007年获华北省重大科技攻关项目；2009年7月导师的2名学生毕业去那里仿真研究室工作,2009年9月该处成为河北省中国工程院院士工作站。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 前言
• 1.1 选题背景
• 1.2 铸造工艺仿真设计现状
• 1.2.1 国外现状
• 1.2.2 国内现状
• 1.3 研究内容及意义
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 课题意义
• 第2章 常用铸造工艺CAE软件
• 2.1 常用铸造工艺CAE软件简介
• 2.2 常用铸造工艺CAE软件使用指南
• 2.2.1 ProCAST使用指南
• 2.2.2 Magmasoft使用指南
• 2.2.3 Anycasting使用指南
• 2.2.4 Novacast使用指南
• 2.2.5 Flow-3D使用指南
• 2.3 小结
• 第3章 铸造工艺仿真设计
• 3.1 砂型铸造工艺仿真设计
• 3.1.1 生产条件
• 3.1.2 缺陷分析与预测
• 3.1.3 确定仿真内容
• 3.1.4 选择仿真软件
• 3.1.5 设计仿真方案
• 3.1.6 单链接砂型铸造工艺仿真设计
• 3.2 消失模铸造工艺仿真设计
• 3.2.1 生产条件
• 3.2.2 缺陷分析与预测
• 3.2.3 确定仿真内容
• 3.2.4 选择仿真软件
• 3.2.5 设计仿真方案
• 3.2.6 机油泵消失模铸造工艺仿真设计
• 3.3 压力铸造工艺仿真设计
• 3.3.1 生产条件
• 3.3.2 缺陷分析与预测
• 3.3.3 确定仿真内容
• 3.3.4 选择仿真软件
• 3.3.5 设计仿真方案
• 3.3.6 换挡操纵机构壳体压力铸造工艺仿真设计
• 3.4 熔模铸造工艺仿真设计
• 3.4.1 生产条件
• 3.4.2 缺陷分析与预测
• 3.4.3 确定仿真内容
• 3.4.4 选择仿真软件
• 3.4.5 设计仿真方案
• 3.4.6 泵体熔模铸造工艺仿真设计
• 3.5 离心铸造工艺仿真设计
• 3.5.1 生产条件
• 3.5.2 缺陷分析与预测
• 3.5.3 确定仿真内容
• 3.5.4 选择仿真软件
• 3.5.5 设计仿真方案
• 3.6 金属型铸造工艺仿真设计
• 3.6.1 生产条件
• 3.6.2 缺陷分析与预测
• 3.6.3 确定仿真内容
• 3.6.4 选择仿真软件
• 3.6.5 设计仿真方案
• 3.6.6 磨球离心金属型铸造工艺仿真设计
• 3.7 小结
• 第4章 试验设计技术在工艺优化设计中的运用
• 4.1 试验设计技术简介
• 4.2 常用试验设计方法
• 4.2.1 正交试验设计
• 4.2.2 均匀试验设计
• 4.3 铸造工艺形体架构优化
• 4.4 铸造工艺形体架构参数优化
• 4.5 系统工艺方法及其参数设置与优化
• 第5章 现场调优
• 5.1 调优设计简介
• 5.2 运用调优设计进行现场调优
• 5.2.1 二因素调优设计实施方法
• 5.2.2 三因素调优设计实施方法
• 第6章 产品管理文件
• 6.1 产品技术管理文件
• 6.2 产品生产管理文件
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
• 致谢