ZL101A机器人铸件的熔模铸造工艺与数值模拟研究

摘要

熔模铸造生产工艺过程复杂，各工序的好坏都会对铸件的质量产生一定的影响。利用计算机仿真软件对铸造过程进行模拟是铸造学科发展的突破，它可以帮助工程技术人员准确的预测铸件的缺陷和变形，指导铸造工艺以及蜡模、模具的设计，以提高铸件的质量。本文根据熔模铸造工艺过程的特点，研究了机器人零件的熔模铸造主要工艺过程，在实验研究的基础上，利用铸造模拟软件ProCAST，对熔模铸造的充型和凝固过程进行了数值模拟。
　　本文首先使用数值模拟软件ProCAST对机器人零件的熔模铸造过程进行模拟，模拟参数和实验工艺参数相同，设置为:浇注速度0.06 m/s、初始浇注温度700℃、型壳预热温度300℃。模拟结果表明:铸件模拟的缩松缩孔缺陷主要产生在铸件项部凸台和底部弧面处，模拟结果与实验结果基本一致，验证了数值模拟的准确性。选用缩松缩孔情况和最大有效应力作为考核指标，浇注速度、浇注温度、型壳预热温度为变量，建立正交试验表。对正交试验结果综合分析得到最佳参数组合为:浇注速度0.08 m/s，浇注温度720℃，型壳预热温度500℃。改进参数后的模拟结果显示:缩松缩孔缺陷只产生在浇冒口位置，而铸件本体没有缺陷产生。
　　其次，根据机器人零件的结构特点，设计了机器人铸件的可拆卸式压型;选择了适合的蜡模材料，分析了蜡模制备过程中影响蜡模质量的主要工艺参数，确定了合理的注蜡工艺参数和蜡模制备工艺过程，获得了质量良好的蜡模;根据熔模型壳的性能要求并结合实际生产，选择了硅溶胶为粘接剂，熔融石英为面层耐火材料，煤矸石粉作为背层耐火材料，制定出了科学合理的6层制壳工艺，制得了质量良好的型壳。
　　最后，研究了铝合金熔炼过程中的吸气、氧化、夹杂等容易影响合金质量的问题，分析这些问题产生的原因和影响因素，并针对这些问题提出了合理的解决方案。使用文中模拟优化得到的最优浇注工艺参数进行浇注。实验结果表明，机器人铸件无缩松缩孔缺陷，质量良好。
　　上述研究结果验证了ProCAST数值模拟软件在熔模铸造缺陷控制和工艺参数优化方面的准确性和可行性，为机器人零件的熔模铸造生产过程提供了指导，同时为ProCAST在工程中的应用提供了参考案例。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 熔模铸造技术简介

1．2．1 我国熔模铸造技术发展概况

1．2．2 我国熔模铸造技术发展前景

1．2．3 熔模铸造浇注工艺参数

1．3 铸造过程数值模拟技术

1．3．1 数值模拟技术简介

1．3．2 ProCAST软件简介

1．4 课题研究内容与意义

1．4．1 课题研究的目的和意义

1．4．2 课题研究的主要内容

第二章 熔模铸造数值模拟与参数优化

2．1 数值模拟理论基础

2．1．1 铸件充型过程基本模型

2．1．2 铸件凝固过程理论基础

2．2 铸造过程缩松缩孔的形成与预测

2．2．1 缩松缩孔形成机理

2．2．2 缩松缩孔的预测判据

2．3 数值模拟前处理

2．3．1 三维模型建立和网格划分

2．3．2 材料热物性参数设定

2．3．3 边界条件和初始条件设置

2．4 数值模拟结果分析

2．4．1 充型过程数值模拟

2．4．2 凝固过程数值模拟

2．4．3 缩松缩孔缺陷分析

2．5 基于正交试验的模拟分析

2．5．1 正交试验设计

2．5．2 最优方案的确定与分析

2．6 本章小结

第三章 机器人零件铸造铸型的制备工艺研究

3．1 压型的设计

3．1．1 铸件结构分析

3．1．2 压型的设计

3．2 蜡模制备

3．2．1 模料的选择

3．2．2 工艺参数设定

3．2．3 蜡模制备

3．3 制壳工艺

3．3．1 型壳性能分析

3．3．2 型壳材料的选择

3．3．3 硅溶胶型壳制备

3．3．4 型壳的脱蜡和焙烧

3．4 本章小结

第四章 合金熔炼和熔模铸造浇注实验

4．1 影响铝合金液质量的因素

4．1．1 合金液的吸气

4．1．2 铝合金液的氧化

4．1．3 铝合金液中的夹杂

4．2 铝合金液的熔炼

4．2．1 熔炼所需材料

4．2．1 铝合金熔炼工艺流程

4．3 铝合金液的浇注及后期处理

4．3．1 铝合金液的浇注

4．3．2 铸件的后期处理

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 主要工作内容及总结

5．2 问题与展望

参考文献

致谢

在读学位期间发表的论文