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3 CA精密铸造工艺的关键问题及相关技术讨论 8 g1 N: C" T1 K2 ~
! {, s& _- t X: n. N: x% F 近年来,与CA精铸技术相关的三维CAD设计、反求工程、快速成型、浇注系统CAD、铸造过程数值模拟(CPS)以及特种铸造等单体技术取得了长足的进步,这些成就的取得为集成化的CA精铸技术的形成奠定了基础,促进了CA精铸技术的迅猛发展和应用。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。3.1三维模型的生成与电子文档交换 / l6 A' p0 e+ T% `9 V
; h e6 K P. I. A 如何得到部件精确的电子数据模型,是CA精铸至关重要的第一步。随着三维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IDEAS进行实体建模和数据转换的过程。IDEAS9集成了三维建模与逆向工程建模模块。通过MasterModeler模块可以得到复杂模型(见图2),既可以进行全几何约束的参数化设计,又可进行任意几何与工程约束的自由创新设计;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可将数字化仪采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。转换过程应注意选择成型设备名称,通常选用SLA500,三角片输出精度在0.005~0.01之间。采用MagicRp处理时应注意乘上25.4,得到实际设计尺寸。 


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3.2凝固过程的数值模拟
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3.2.1凝固过程的数值模拟原理-|MechNet|欢迎登陆中国机械专家网www.MechNet.com.cn
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4 P7 x: n) N) V. `0 o 铸造是一个液态金属充填型腔、并在其中凝固和冷却的过程,其中包含了许多对铸件质量产生影响的复杂现象。实际生产中往往靠经验评价一个工艺是否可行。对一个铸件而言,工艺定型需通过多次试验,反复摸索,最后根据多种试验方案的浇铸结果,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。
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$ w/ c' R" F0 R4 B+ w 铸造过程虽然很复杂,偶然因素很多,但仍遵循基本科学理论,如流体力学、传热学、金属凝固、固体力学等。这样,铸造过程可以抽象成求解液态金属流动、凝固及温度变化的问题,就是要在给定的初始条件和边界条件下,求解付立叶热传导方程、弹塑性方程。计算机技术的发展,使得求解物理过程的数值解成为可能。应用计算机数值模拟,可对极其复杂的铸造过程进行定量的描述。
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通过数学物理方法抽象,铸造过程可表征成几类方程的耦合:
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1热能守恒方程:2连续性方程:3动量方程:常用的数值模拟方法主要是有限差分法、有限元法。有限元差分法数学模型简单,推导简单易于理解,占用内存较少。但计算精度一般,当铸件具有复杂边界形状时,误差较大,应力分析时需将差分网格转换成有限元网格进行计算。有限元法技术根据变分原理对单元进行计算,然后进行单元总体合成,模拟精度高,可解决形状复杂的铸件问题。无论采用什么数值方法,铸造过程的数值模拟软件应包括三个部分:前处理、中间计算和后处理。前处理主要为中间计算提供铸件、型壳的几何信息;铸件和型壳的各种物理参数和铸造工艺信息。中间计算主要根据铸造过程设计的物理场,为数值计算提供计算模型,并根据铸件质量或缺陷与物理场的关系预测铸件质量。后处理是指把计算所得结果直观地以图形方式表达出来。铸造过程的数值模拟系统组成。 1 B% R# ~2 V. Y5 i/ p/ K
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