毕业论文电机圆筒外壳模具设计.docx

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毕业论文电机圆筒外壳模具设计

摘要

随着计算机技术和数值计算技术的发展完善，计算机在铸造领域得到了广泛的研究和应用。

它可以在不进行实际浇注的情况下，模拟铸造的充型、凝固、传热、应力场、微观组织分布、缩孔及缩松的形成等过程，可以大大提高生产效率和经济效益，对于铸造生产具有十分重要的意义。

本论文中，首先用高级绘图软件UG实现电机圆筒外壳的三维实体造型，并导出*.stl格式的文件；然后利用数值模拟软件AnyCasting，对其进行一系列的参数设置，选择优化的网格剖分数量，完成对铸件的前处理后，开始模拟电机外壳铸造的整个过程。

最后输出结果并对其分析。

本文着重分析了充型、凝固过程，及其速度场、温度场的变化情况。

主要结论如下：

（1）利用高级绘图软件对三维实体造型的设计，这是数值模拟的前期准备阶段。

绘制的准确与否，直接影响到后期的模拟结果。

（2）Anycasting软件对铸件的充型、凝固过程数值模拟能比较准确地反映铸件的实际状况，预测可能产生的铸造缺陷及产生缺陷的部位。

（3）对电机圆筒外壳铸件解剖和宏观观察，结果显示边缘处尚存在一定程度的缩孔，缩松缺陷，但缺陷较少，说明这个设计工艺较为合理。

关键词：

三维实体造型，数值模拟，充型

Abstract

Withthedevelopmentofthecomputingtechnologyandthenumericalcalculatingtechnology,thecomputewasappliedtothecastingfieldmoreandmore.Thenumericalsimulationtechnologycansimulatetheformingprocessofmoldfilling,thesolidification,theconductheat,thestressfield,thedistributionofmicro-organizationandtheshrinkagecavityandsooninthecastingwithoutexperiencingpracticalmolding,andimprovegreatlytheyieldefficiencyandeconomicbenefits.Therefore,thecomputetechnologyhasbecomeimportantmeaningsincastingproduction.

Inthisthesis,firstly,thethree-dimensionalsolidmodelingofmotorshellshouldbeachievedbytheadvancedgraphicssoftwareUGandthenexportitthe*.stlfileformat.Secondly,carryoutaseriesofparametersettingsandselecttheoptimalnumberofmeshusingsoftware"Anycasting".Thirdly,aftercompletionofthepre-casting,thispaperstartstoinvestigatethewholesimulativeprocessofcasting.Besidesthenumericalsimulationofthefillingandsolidificationprocess,thepaperinvestigatesthechangingofthevelocityfieldandtemperaturefield.Themainresearchworkandconclusionsarepresentedasfollows.

1.Thethree-dimensionalsolidmodelingofmotorshellshouldbeachievedbytheadvancedgraphicssoftwareUGwhichisthepre-preparationphaseofthenumericalsimulation.Theaccuracyofthemoldingdirectlyimpactontheresultsofsimulation.

2.Thenumericalsimulationofthefillingandsolidificationprocesscanreflecttheactualconditionofthecasting,andcanpredictthepossiblefoundrydefectanditspositioninthecastproduct.

3.Thethree-dimensionalsolidmodelingofmotorshellwassectionedandobservedmacroscopically.Theresultsshowedthatthepositionofshrinkageporositydefectswasclosetotheedgeofthecasting.ButItwasfoundthatthatthetrendofshrinkageporositydefectsincreasedslightlywhichshowsthatThisprocessisreasonable

Keywords:

three-dimensionalsolidmodeling,numericalsimulation,thefilling

第一章引言

1.1Unigraphics介绍

Unigraphics（简称UG）最早应用于美国麦道飞机公司，1997年10月将微机版的SolidEdge软件统一到Parasolid平台上，形成了较为完善的企业级集成系统。

它是当前世界上最先进和紧密集成、面向制造业的CAD/CAE/CAM高端软件之一，是计算机辅助设计、辅助制造、辅助工程和产品数据管理（CAD/CAM/CAE/PDM）一体化的软件系统。

UG自从1990年进入中国市场以来，在航空航天、汽车、通用机械、工业设备、医疗器械以及其他高科技应用领域的机械设计和模具设计、加工等领域得到了广泛的应用。

UnigraphicsCAD/CAM/CAE系统提供了一种基于过程的产品设计环境，使产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品设计与制造。

UG面向过程驱动的技术是虚拟产品开发的关键技术，在面向过程驱动技术的环境中，用户的全部产品及其精确的数据模型能够在产品开发全过程的各个环节保持相关，从而有效地实现了并行工程[1]。

该软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和生成工程图等设计功能，而且在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，从而提高了设计的可靠性。

同时，可采用建立的三维模型直接生成数控代码用于产品的加工。

另外，它所提供的应用开发语言UG/OpenGRIP和UG/OpenAPI功能强大、简单易学，便于用户开发专用CAD系统。

具体来说，该软件具有以下特点[2]：

（1）具有统一的数据库，真正实现了CAD、CAE和CAM等模块之间无数据交换的自由切换，并且可实施并行工程；

（2）采用复合建模技术，将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化建模等建模技术融于一体；

（3）采用基于特征的建模和编辑方法作为实体造型的基础，形象直观，类似于工程师传统的设计方法，并能采用参数驱动；

（4）二维图功能强大，可方便地从三维实体模型直接生成二维工程图，可以按照ISO标准和国标生成各种剖视图、标注尺寸、形位公差和汉字说明等；

（5）以Parasolid为实体建模核心，目前许多著名CADICAE/CAM软件均以此作为实体造型的基础；

（6）提供了界面良好的应用开发工具，并能通过高级语言接口，使UG的图形功能与高级语言的计算功能紧密结合，便于用户开发专用CAD系统；

（7）具有良好的用户界面，绝大多数功能都可通过图标实现，进行对象操作时，具有自动推理功能，在每个操作步骤中，都有相应的提示信息，便于用户做出正确的选择。

1.2两种铸造模拟软件介绍

1.2.1Anycasting软件

AnyCasting是韩国AnyCasting公司自主研发的新一代基于Windows操作平台的高级铸造模拟软件系统。

是专门针对各种铸造工艺过程开发的仿真系统，可以进行铸造的充型、热传导和凝固过程的模拟分析。

它具有模拟准确、操作简便、功能全面及运算速度快等特点。

早在1985年，我们就研制出了AnyCasting软件核心求解器，1990年开始推广为商业化软件，通过多年来为大量不同领域如汽车、电子、重工、连续铸造行业的客户提供铸造工程咨询服务，AnyCasting积累了丰富的铸造工程经验，并不断地将实际的工艺经验在软件功能中得以实现，使得AnyCasting日益成为当今世界上技术最先进，包含丰富实际工程经验的铸造模拟分析软件系统[3]。

图1-1AnyCasting软件的组成部分

AnyPRE作为AnyCasting的前处理程序，anyPRE可以实现CAD模型的导入，有限差分网格的划分，模拟条件的设置，并调用AnySOLVER进行求解。

使用anyPRE，您可以进行多种设置包括工艺流程和材料的选择来模拟铸造成型过程，设置边界、热传导和浇口条件，也能通过特殊功能模块来设置一些设备和模型。

另外，你还可以通过anyPRE提供的CAD功能来查看、移动/旋转实体坐标系统。

anyMESH能编辑由anyPRE生成的网格文件。

您可以轻松地修改网格信息而不改变几何模型。

anyDBASE作为一个能概括铸造成型中熔体，模具和其他材料性能的数据库管理程序，anyDBASE主要分为常规数据库和用户数据库。

常规数据库提供了具有国际标准的常用材料性能，而用户数据库使用户能保存和管理修改或附加的数据。

用户能简单的选择感兴趣的材料而不需要输入几百种不同的材料性能。

另外，它还提供每种材料的传热系数，提高了程序的方便性。

anySOLVER作为AnyCasting的求解器，anySOLVER能够根据你的设定计算流场和温度场。

铸造成型模拟包括计算熔体充型过程的流动分析和熔体凝固过程的传热/凝固分析。

只有在两个分析都准确的前提下才能正确预测可能造成缺陷的区域。

anyPOST作为AnyCasting的后处理器，可以通过读取anySOLVER中生成的网格数据和结果文件在屏幕上输出图形结果。

使用anyPOST，你可以用二维和三维观察充型时间，凝固时间，等高线（温度，压力，速率）和速度向量，也可以用传感器的计算结果来创建曲线图。

这个程序具备动画功能使用户把计算结果编辑成播放文件，通过卓越的结果合并功能来观察各种二维或三维的凝固缺陷。

1.2.2ProCAST软件

ProCAST是世界上最著名的模拟解决方案，它采用先进的有限元技术，实现了流场、热场和应力场的完全耦合，配备了完备的数据接口、功能强大的自动网格划分工具以及丰富的材料数据库，可模拟所有铸造合金和所有铸造方法[4]。

1.三维模型网格划分

ProCAST有丰富的CAD接口，可兼容AutoCAD、SolidWorks、ProEngi