梁迎鑫

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基于UG的DISA鑄造澆注系統(tǒng)的研究與開發(fā)

梁迎鑫

邁艾特（大連）汽車零部件有限公司，遼寧 大連 116000

DISA垂直分型無箱射壓造型線具有鑄件質(zhì)量好、自動化程度高等優(yōu)點，在我國有著廣泛的應(yīng)用，并取得了很好的經(jīng)濟效益。DISA線澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有著較為統(tǒng)一的形式，但由于其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，設(shè)計時需要大量的三維建模和裝配操作，以往工藝人員在設(shè)計澆注系統(tǒng)的過程中，需要每次手動鑄件排版，生成澆道，導(dǎo)入澆口杯，重復(fù)建模的過程耗費了他們大量的時間和精力，降低了設(shè)計效率?；诖?，主要對基于UG的DISA鑄造澆注系統(tǒng)的研究與開發(fā)進行了分析探討。

基于UG；DISA鑄造澆注系統(tǒng)；研究；開發(fā)

引言

DISA線是一種垂直分型無箱射壓造型線，該線澆注系統(tǒng)有著標(biāo)準(zhǔn)的形式和參數(shù)尺寸。以往設(shè)計人員在建模的過程中，由于建模不能標(biāo)準(zhǔn)化，會做大量重復(fù)性的工作，嚴重地影響了工作效率。因此，很有必要針對DISA鑄造澆注系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)一套相對應(yīng)的CAD澆注系統(tǒng)模塊，將設(shè)計人員從煩瑣的重復(fù)性工作中解脫出來，從而減少設(shè)計誤差，提升設(shè)計質(zhì)量。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計及開發(fā)技術(shù)

1.1 DISA線工藝澆注系統(tǒng)設(shè)計概述

圖1為DISA線澆注系統(tǒng)的主體框架與設(shè)計流程。

打開需要澆注系統(tǒng)工藝設(shè)計的鑄件，選擇分型面；根據(jù)用戶的實際需要提供兩種類型的板子。用戶選擇類型板的類型和錨點導(dǎo)入類型板。類型板的位置可以被輸入值偏移。對于已經(jīng)排字的鑄件，導(dǎo)入水平澆道，未排版的鑄件，先通過鑄件排版模塊排版，排版時輸入x、y方向上的鑄件間距和鑄件個數(shù)；輸入水平轉(zhuǎn)輪的每個參數(shù)值，生成水平轉(zhuǎn)輪。通過改變每個參數(shù)值，可以修改水平流道的尺寸位置?？缮设T件的中軸線，可選擇鑄件的中軸線，可直接導(dǎo)入垂直流道。在設(shè)計垂直流道參數(shù)對話框中，可以選擇并更改垂直流道參數(shù)，以更改垂直流道的尺寸和位置。選擇澆口杯的水平偏移量，可以自動導(dǎo)入澆口杯。最終用戶可以通過簡單的拉伸及求和得到生成過程中需要的上下模板。

圖1 DISA 線澆注系統(tǒng)設(shè)計流程

1.2 UG系統(tǒng)開發(fā)工具

UG是全球最主流的CAD系統(tǒng)之一，是將計算機輔助工程、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理和計算機輔助設(shè)計結(jié)合為一體的機械工程設(shè)計系統(tǒng)。它是世界制造業(yè)CAD/CAE/CAM的核心軟件之一，廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計、概念設(shè)計、機械設(shè)計、各種工程仿真和數(shù)字制造等領(lǐng)域。UG實現(xiàn)了產(chǎn)品從設(shè)計開發(fā)到加工制造的數(shù)據(jù)無縫集成，這是因為它基于過程的產(chǎn)品設(shè)計環(huán)境，因此UG優(yōu)化了產(chǎn)品設(shè)計和制造過程。另外，UG一方面擁有著強大的實體建模、裝配模擬等設(shè)計功能；另一方面又可以在設(shè)計過程中實現(xiàn)運動分析、有限元分析、動力學(xué)分析及其仿真模擬等功能，從而優(yōu)化工業(yè)設(shè)計。此外，UG提供了強大的開發(fā)語言UG/OpenGRIP和用戶接口，便于用戶開發(fā)專用的CAD系統(tǒng)。

2 DISA鑄造工藝系統(tǒng)開發(fā)

2.1 系統(tǒng)模塊概述

本DISA澆注系統(tǒng)設(shè)計涉及的主要模塊有分型面設(shè)計模塊、鑄件排版模塊、澆道生成模塊、澆口杯模塊以及型板模塊，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 DISA 鑄造澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 分型面設(shè)計模塊

制造鑄型時，為了方便取模，將鑄型分成多個組元，其間的結(jié)合面稱為分型面。能否合理地選擇鑄造分型面，直接決定著鑄件質(zhì)量、鑄件成本和鑄造工藝生產(chǎn)率多個環(huán)節(jié)。一般來說，分型面的選擇應(yīng)盡量與鑄件的澆注位置保持一致。確定分型面的位置時，先確定鑄件的澆注位置，這樣既簡化了鑄造工藝，又保證了鑄件質(zhì)量。

在本工藝設(shè)計中，造型方法采用的是垂直分型。分型面基本為平面，存在特殊少量曲面分型和階梯面分型的情況。由于曲面分型比較復(fù)雜，參數(shù)較多，在當(dāng)前CAD的實現(xiàn)上還存在一定困難。本系統(tǒng)僅針對垂直分型平面的情況進行分型面設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上進一步實現(xiàn)智能化生成分型面的功能[1]。

2.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計模塊

2.3.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計概述

澆注系統(tǒng)是砂型中液態(tài)金屬流動進入型腔的通道，一般來說由直澆道、內(nèi)澆道、橫澆道和澆口杯構(gòu)成。由于澆注設(shè)備的結(jié)構(gòu)和尺寸對澆注系統(tǒng)的設(shè)計有著一定影響，因此廣義來說，澆注設(shè)備也可以認為是澆注系統(tǒng)的組成部分。除此之外，出氣孔也可看作澆注系統(tǒng)的組成部分。

澆注系統(tǒng)的設(shè)計在整個鑄造工藝設(shè)計中占據(jù)著舉足輕重的地位。澆注系統(tǒng)設(shè)計得是否合理對鑄件成品的品質(zhì)和質(zhì)量影響很大。據(jù)統(tǒng)計，鑄件中有30%的廢品是由澆注系統(tǒng)的設(shè)計不當(dāng)引起的。成功的澆注工藝不但取決于金屬本身的性質(zhì)、鑄型的性質(zhì)，還取決于澆注系統(tǒng)的設(shè)計。合理的澆注系統(tǒng)設(shè)計，需要根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點、合金種類、技術(shù)條件等選擇合適的澆注系統(tǒng)類型、確定其引入位置、計算其截面尺寸等。

2.3.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計原則

澆注系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)遵循以下基本原則。

（1）引導(dǎo)金屬液平穩(wěn)連續(xù)填充，避免因過度湍流、金屬氧化物夾雜、沖刷芯等引起的空氣夾帶。

（2）在充型過程中可以控制流向和速度，保證鑄件輪廓清晰完整。

（3）適時充填型腔，避免形成夾砂、冷保溫、起皺等缺陷。

（4）調(diào)整模具內(nèi)部溫度分布有利于加強鑄件收縮，減小鑄件應(yīng)力，防止鑄件變形、裂紋等缺陷。

（5）具有結(jié)渣、溢漏能力，能凈化金屬液。

（6）鑄造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單可靠，減少金屬液的消耗，便于清洗。

此外，對于一些薄而小的鑄件，可采用澆注系統(tǒng)作為上升頭，對鑄件的加固有一定的作用。對于大批量生產(chǎn)的球墨鑄鐵件，在澆注系統(tǒng)中加入反應(yīng)室即可實現(xiàn)孕育處理。

2.3.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計流程

澆注系統(tǒng)的設(shè)計步驟和流程主要有以下幾個方面。

（1）選擇澆注系統(tǒng)的類型和結(jié)構(gòu)。

（2）在鑄型中合理設(shè)計澆注系統(tǒng)，確定內(nèi)澆道的位置和個數(shù)，布置內(nèi)澆道。

（3）根據(jù)公式計算澆注時間及其澆道的最小截面積，并確定直澆道的長度。

（4）按照經(jīng)驗比例數(shù)據(jù)確定其他組元的截面積。澆注系統(tǒng)要以上述原則為前提，再根據(jù)不同的鑄件和鑄造方法選擇合適的澆注系統(tǒng)類型，確定其澆道布置方式，然后根據(jù)澆注手冊計算澆注系統(tǒng)各部件的尺寸，最后完成澆注系統(tǒng)的設(shè)計[2]。

2.4 模板設(shè)計模塊

模板一般由模底板和模樣、澆冒口系統(tǒng)以及定位銷等構(gòu)成。模板的設(shè)計是鑄造工藝設(shè)計的重要組成部分之一，主要包括模底板尺寸設(shè)計、模樣位置設(shè)計和拔模斜度計算。設(shè)計模底板的尺寸時，應(yīng)從以下三個方面衡量。

2.4.1模具底座平面尺寸

模具底座平面尺寸與所選成型機規(guī)格及砂箱內(nèi)框尺寸有關(guān)。底板的尺寸可由公式確定：

2.4.2 模底板的高度

模底板的高度需要根據(jù)其使用要求及其所用的造型機共同確定。

2.4.3 模底板定位銷孔中心距

模底板定位銷孔中心距應(yīng)與所對應(yīng)砂箱的定位孔中心距保持統(tǒng)一。確定模底板大小之后，再設(shè)計模樣在模板上的位置，設(shè)計過程以滿足吃砂量為前提，盡量多地布置模樣，這樣可以減少成本，提高生產(chǎn)效率。

本澆注系統(tǒng)在對模板定位的過程中，采用小孔作為參考點，用戶首先在打開的鑄件中手動選擇模板定位點，再輸入模板定位點與銷孔參考點中的水平垂直偏移，從而實現(xiàn)模板定位功能。

3 結(jié)語

企業(yè)用戶在設(shè)計鑄造工藝時借助工藝CAD系統(tǒng)，可以完成大部分鑄造工藝步驟，對提高工藝設(shè)計效率具有重要意義，基本上實現(xiàn)了“CAD工藝設(shè)計—CAE模擬驗證—CAD工藝再優(yōu)化”的現(xiàn)代鑄造工藝分析模式。

[1]劉燁，劉瑞祥. 通用鑄造工藝CAD的研究與開發(fā)[J]. 中國鑄造裝備與技術(shù)，2004（4）：14-16.

[2]張士彥，閻平. 鑄鋼件鑄造工藝CAD軟件的研制與應(yīng)用[J]. 鑄造，2002，51（10）：628-632.

Research and Development of DISA Casting and Casting System Based on UG

Liang Yingxin

MAT (Dalian) Auto Parts Co., Ltd., Liaoning Dalian 116000

DISA vertical split boxless injection molding line has the advantages of good casting quality and high degree of automation. It has wide application in China and has achieved good economic benefits. The structure of the DISA line gating system has a relatively uniform form. However, due to its complicated structure, a large number of three-dimensional modeling and assembly operations are required in the design. In the process of designing the gating system, the craftsman needs to manually typeset and generate each manual casting. The runners are introduced into the gate cup, and the process of repeating the modeling takes a lot of time and effort and reduces the design efficiency. Based on this, the research and development of UG-based DISA casting and pouring system are mainly discussed.

UG; DISA casting and pouring system; research; development

TG233

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