梁迎鑫

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基于UG的DISA鑄造澆注系統(tǒng)的研究與開(kāi)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(wú)箱射壓造型線具有鑄件質(zhì)量好、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)有著廣泛的應(yīng)用，并取得了很好的經(jīng)濟(jì)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(jì)時(shí)需要大量的三維建模和裝配操作，以往工藝人員在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)的過(guò)程中，需要每次手動(dòng)鑄件排版，生成澆道，導(dǎo)入澆口杯，重復(fù)建模的過(guò)程耗費(fèi)了他們大量的時(shí)間和精力，降低了設(shè)計(jì)效率?；诖?，主要對(duì)基于UG的DISA鑄造澆注系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)進(jìn)行了分析探討。

基于UG；DISA鑄造澆注系統(tǒng)；研究；開(kāi)發(fā)

引言

DISA線是一種垂直分型無(wú)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(jì)人員在建模的過(guò)程中，由于建模不能標(biāo)準(zhǔn)化，會(huì)做大量重復(fù)性的工作，嚴(yán)重地影響了工作效率。因此，很有必要針對(duì)DISA鑄造澆注系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)一套相對(duì)應(yīng)的CAD澆注系統(tǒng)模塊，將設(shè)計(jì)人員從煩瑣的重復(fù)性工作中解脫出來(lái)，從而減少設(shè)計(jì)誤差，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)技術(shù)

1.1 DISA線工藝澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

圖1為DISA線澆注系統(tǒng)的主體框架與設(shè)計(jì)流程。

打開(kāi)需要澆注系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的鑄件，選擇分型面；根據(jù)用戶的實(shí)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(diǎn)導(dǎo)入類型板。類型板的位置可以被輸入值偏移。對(duì)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(guò)鑄件排版模塊排版，排版時(shí)輸入x、y方向上的鑄件間距和鑄件個(gè)數(shù)；輸入水平轉(zhuǎn)輪的每個(gè)參數(shù)值，生成水平轉(zhuǎn)輪。通過(guò)改變每個(gè)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(jì)垂直流道參數(shù)對(duì)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(dòng)導(dǎo)入澆口杯。最終用戶可以通過(guò)簡(jiǎn)單的拉伸及求和得到生成過(guò)程中需要的上下模板。

圖1 DISA 線澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

1.2 UG系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具

UG是全球最主流的CAD系統(tǒng)之一，是將計(jì)算機(jī)輔助工程、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)結(jié)合為一體的機(jī)械工程設(shè)計(jì)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(jì)、概念設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、各種工程仿真和數(shù)字制造等領(lǐng)域。UG實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)到加工制造的數(shù)據(jù)無(wú)縫集成，這是因?yàn)樗谶^(guò)程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)境，因此UG優(yōu)化了產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過(guò)程。另外，UG一方面擁有著強(qiáng)大的實(shí)體建模、裝配模擬等設(shè)計(jì)功能；另一方面又可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)分析、有限元分析、動(dòng)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(jì)。此外，UG提供了強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言UG/OpenGRIP和用戶接口，便于用戶開(kāi)發(fā)專用的CAD系統(tǒng)。

2 DISA鑄造工藝系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

2.1 系統(tǒng)模塊概述

本DISA澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及的主要模塊有分型面設(shè)計(jì)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(jì)模塊

制造鑄型時(shí)，為了方便取模，將鑄型分成多個(gè)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(gè)環(huán)節(jié)。一般來(lái)說(shuō)，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(shí)，先確定鑄件的澆注位置，這樣既簡(jiǎn)化了鑄造工藝，又保證了鑄件質(zhì)量。

在本工藝設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)上還存在一定困難。本系統(tǒng)僅針對(duì)垂直分型平面的情況進(jìn)行分型面設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能化生成分型面的功能[1]。

2.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊

2.3.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

澆注系統(tǒng)是砂型中液態(tài)金屬流動(dòng)進(jìn)入型腔的通道，一般來(lái)說(shuō)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(duì)澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有著一定影響，因此廣義來(lái)說(shuō)，澆注設(shè)備也可以認(rèn)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(jì)在整個(gè)鑄造工藝設(shè)計(jì)中占據(jù)著舉足輕重的地位。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)得是否合理對(duì)鑄件成品的品質(zhì)和質(zhì)量影響很大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鑄件中有30%的廢品是由澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)。合理的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、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(jì)算其截面尺寸等。

2.3.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(guò)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(guò)程中可以控制流向和速度，保證鑄件輪廓清晰完整。

（3）適時(shí)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(qiáng)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(jiǎn)單可靠，減少金屬液的消耗，便于清洗。

此外，對(duì)于一些薄而小的鑄件，可采用澆注系統(tǒng)作為上升頭，對(duì)鑄件的加固有一定的作用。對(duì)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(shí)現(xiàn)孕育處理。

2.3.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和流程主要有以下幾個(gè)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(jì)澆注系統(tǒng)，確定內(nèi)澆道的位置和個(gè)數(shù)，布置內(nèi)澆道。

（3）根據(jù)公式計(jì)算澆注時(shí)間及其澆道的最小截面積，并確定直澆道的長(zhǎng)度。

（4）按照經(jīng)驗(yàn)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(cè)計(jì)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(jì)[2]。

2.4 模板設(shè)計(jì)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(jì)是鑄造工藝設(shè)計(jì)的重要組成部分之一，主要包括模底板尺寸設(shè)計(jì)、模樣位置設(shè)計(jì)和拔模斜度計(jì)算。設(shè)計(jì)模底板的尺寸時(shí)，應(yīng)從以下三個(gè)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(jī)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(jī)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(duì)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(jì)模樣在模板上的位置，設(shè)計(jì)過(guò)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(duì)模板定位的過(guò)程中，采用小孔作為參考點(diǎn)，用戶首先在打開(kāi)的鑄件中手動(dòng)選擇模板定位點(diǎn)，再輸入模板定位點(diǎn)與銷孔參考點(diǎn)中的水平垂直偏移，從而實(shí)現(xiàn)模板定位功能。

3 結(jié)語(yǔ)

企業(yè)用戶在設(shè)計(jì)鑄造工藝時(shí)借助工藝CAD系統(tǒng)，可以完成大部分鑄造工藝步驟，對(duì)提高工藝設(shè)計(jì)效率具有重要意義，基本上實(shí)現(xiàn)了“CAD工藝設(shè)計(jì)—CAE模擬驗(yàn)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(kāi)發(fā)[J]. 中國(guó)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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