机械网--计算机辅助工程CAE在精密铸造中的应用

钢铁研究总院高温材料研究所 100081摘要：本文介绍了CA精密铸造工艺。重点论述了计算机辅助工程，包括3维CAD、凝固进程数值模拟等在精密铸件研制进程中的利用。I-DEAS可以方便地进行3维设计或逆向工程，获得3维模型，然后通过快速成型技术，能迅速得到铸造原型；用ProCast对铸件的浇注工艺进行模拟，以优化浇注参数，消除铸造缺点。关键词：CA精密铸造 计算机辅助工程1 引言： 精密铸造是用可溶（熔）性1次模型使铸件成型的方法。精密铸造的最大优点是表面光洁，尺寸精确，而缺点是工艺进程复杂，生产周期长，影响铸件质量的因素多，生产中对材料和工艺要求很严。在生产进程中，模具设计和制造占很长的周期。1个复杂薄壁件模具的设计和制造可能需1年或更长的时间。随着世界工业的进步和人们生活水平的提高，产品的研发周期越来越短，设计要求响应时间短。特别是结构设计需做些修改时，前期的模具制造费用和制造工期都白白地浪费了哪种情况下政府可以强拆旧房。因此模具设计和制造成为新产品开发的瓶颈。计算机辅助工程的发展，使得传统产业与新技术的融会成为可能。3维CAD可以把设计从画图板中解放出来，大大简化了设计者的设计进程，减少出错的几率。并且随着快速成型（RP）技术，特别是激光选区烧结工艺（SLS）的发展，3维模型可以通过RP设备，快速转变成精密铸造所需的原型，打破了模具设计的瓶颈。另外在传统铸造中，开发1个新的铸件，工艺定型需通过量次实验，反复摸索拆迁期间不签字违法吗，最后根据多种实验方案的浇铸结果，选择出能够满足设计要求的铸造工艺方案。多次的试铸要花费很多的人力、物力和财力。采取凝固进程数值模拟，可以指导浇注工艺参数优化，预测缺点数量及位置，有效地提高铸件成品率。CA精密铸造技术就是将计算机辅助工程利用到精密铸造进程中，并结合其他先进的铸造技术，以高质量、低本钱、短周期来完成复杂产品的研发和试制。目前，利用CA精铸技术，已完成多种航天、航空、兵器等关键部件的试制，取得满意的效果。2 材料与实验方法 CA精铸可利用于不锈钢、耐热钢、高温合金、铝合金等多种合金，CA精铸工艺流程见图1。3维模型可采取I-DEAS、UGII、PRO-E等3维设计软件进行设计，工艺结构和模型转换采取Magic Rp进行处理和修复，在AFS-MZ320自动成型系统上进行原型制作，采取熔体浸润进行原型表面处理，凝固进程数值模拟采取PROCAST和有限差分软件进行计算。3 CA精密铸造工艺的关键问题及相干技术讨论 最近几年来，与CA精铸技术相干的3维CAD设计、反求工程、快速成型、浇注系统CAD、铸造进程数值模拟(CPS)和特种铸造等单体技术取得了长足的进步，这些成绩的取得为集成化的CA精铸技术的构成奠定了基础，促进了CA精铸技术的迅猛发展和利用。为了使各单体技术成功地用于CA精铸，必须消除彼此之间的界面，将这些技术有机地结合起来。从而在产品开发中做到真正意义上的先进设计＋先进材料＋先进制造。3.1 3维模型的生成与电子文档交换 如何得到部件精确的电子数据模型，是CA精铸相当重要的第1步。随着3维CAD软件、逆向工程等技术的发展，这项工作变得简单而且迅捷。在此主要介绍利用I-DEAS进行实体建模和数据转换的进程。I-DEAS9集成了3维建模与逆向工程建模模块。通过Master Modeler 模块可以得到复杂模型（见图2），既可以进行全几何束缚的参数化设计，又可进行任意几何与工程束缚的自由创新设计；曲面设计提供了包括变量扫掠、边界曲面等多种自由曲面的造型功能。逆向工程Freeform可将数字化仪搜集的点云信息进行处理，创建出曲线和曲面，进行设计，曲面生成后可直接生成RPM用文件，也可传回主建模模块进行处理（见图4）。实体文件生成后需转变成STL文件（见图3）以作为RP设备的输入。转换进程应注意选择成型设备名称，通常选用SLA500，3角片输出精度在0.005~ 0.01之间。采取Magic Rp处理时应注意乘上25.4，得到实际设计尺寸。 3.2 凝固进程的数值模拟3.2.1 凝固进程的数值模拟原理 铸造是1个液态金属充填型腔、并在其中凝固和冷却的进程，其中包括了许多对铸件质量产生影响的复杂现象。实际生产中常常靠经验评价1个工艺是否是可行。对1个铸件而言，工艺定型需通过量次实验，反复摸索，最后根据多种实验方案的浇铸结果，选择出能够满足资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章