壓鑄工藝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

1、壓鑄工藝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)鑄造是人類掌握比較早的一種金屬熱加工工藝，已有約6000年的歷史。中國約在公元前1700前1000年之間已進(jìn)入青銅鑄件的全盛期，工藝上已達(dá)到相當(dāng)高的水平。 中國商朝的重875公斤的司母戊方鼎，戰(zhàn)國時期的曾侯乙尊盤，西漢的透光鏡，都是古 代鑄造的代表產(chǎn)品。早期的鑄件大多是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、宗教、生活等方面的工具或用具，藝 術(shù)色彩濃厚。那時的鑄造工藝是與制陶工藝并行發(fā)展的，受陶器的影響很大。中國在公元前513年，鑄出了世界上最早見于文字記載的鑄鐵件晉國鑄型鼎，重約270公斤。歐洲在公元八世紀(jì)前后也開始生產(chǎn)鑄鐵件。鑄鐵件的出現(xiàn)，擴大了鑄件的應(yīng)用范圍。例如 在1517世紀(jì)，德、法等國先后敷設(shè)

2、了不少向居民供飲用水的鑄鐵管道。18世紀(jì)的工業(yè)革命以后，蒸汽機、紡織機和鐵路等工業(yè)興起，鑄件進(jìn)入為大工業(yè)服務(wù)的新時期，鑄造 技術(shù)開始有了大的發(fā)展。進(jìn)入20世紀(jì)，鑄造的發(fā)展速度很快，其重要因素之一是產(chǎn)品技術(shù)的進(jìn)步，要求鑄件各種機械物理性能更好，同時仍具有良好的機械加工性能；另一個原因是機械工業(yè)本身和 其他工業(yè)如化工、儀表等的發(fā)展，給鑄造業(yè)創(chuàng)造了有利的物質(zhì)條件。如檢測手段的發(fā)展， 保證了鑄件質(zhì)量的提高和穩(wěn)定，并給鑄造理論的發(fā)展提供了條件；電子顯微鏡等的發(fā)明， 幫助人們深入到金屬的微觀世界，探查金屬結(jié)晶的奧秘，研究金屬凝固的理論，指導(dǎo)鑄 造生產(chǎn)。在這一時期內(nèi)開發(fā)出大量性能優(yōu)越，品種豐富的新鑄造金屬材

3、料，如球墨鑄鐵， 能焊接的可鍛鑄鐵，超低碳不銹鋼，鋁銅、鋁硅、鋁鎂合金，鈦基、鍥基合金等，并發(fā) 明了對灰鑄鐵進(jìn)行孕育處理的新工藝，使鑄件的適應(yīng)性更為廣泛。50年代以后，出現(xiàn)了濕砂高壓造型，化學(xué)硬化砂造型和造芯，負(fù)壓造型以及其他特種鑄造、拋丸清理等新工 藝，使鑄件具有很高的形狀、尺寸精度和良好的表面光潔度，鑄造車間的勞動條件和環(huán) 境衛(wèi)生也大為改善。20世紀(jì)以來鑄造業(yè)的重大進(jìn)展中，灰鑄鐵的孕育處理和化學(xué)硬化砂 造型這兩項新工藝有著特殊的意義。這兩項發(fā)明，沖破了延續(xù)幾千年的傳統(tǒng)方法，給鑄 造工藝開辟了新的領(lǐng)域，對提高鑄件的競爭能力產(chǎn)生了重大的影響。鑄造一般按造型方法來分類，習(xí)慣上分為普通砂型鑄造和特

4、種鑄造。普通砂型鑄造包括 濕砂型、干砂型、化學(xué)硬化砂型三類。特種鑄造按造型材料的不同，又可分為兩大類： 一類以天然礦產(chǎn)砂石作為主要造型材料，如熔模鑄造、殼型鑄造、負(fù)壓鑄造、泥型鑄造、 實型鑄造、陶瓷型鑄造等；一類以金屬作為主要鑄型材料，如金屬型鑄造、離心鑄造、 連續(xù)鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造等。鑄造工藝可分為三個基本部分，即鑄造金屬準(zhǔn)備、鑄型準(zhǔn)備和鑄件處理。鑄造金屬是指鑄造生產(chǎn)中用于澆注鑄件的金屬材料，它是以一種金屬元素為主要成分，并加入其他金 屬或非金屬元素而組成的合金，習(xí)慣上稱為鑄造合金，主要有鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色合 金。金屬熔煉不僅僅是單純的熔化，還包括冶煉過程，使?jié)策M(jìn)鑄型的金屬，在溫度、

5、化學(xué)成 分和純凈度方面都符合預(yù)期要求。為此，在熔煉過程中要進(jìn)行以控制質(zhì)量為目的的各種 檢查測試，液態(tài)金屬在達(dá)到各項規(guī)定指標(biāo)后方能允許澆注。有時，為了達(dá)到更高要求， 金屬液在出爐后還要經(jīng)爐外處理，如脫硫、真空脫氣、爐外精煉、孕育或變質(zhì)處理等。 熔煉金屬常用的設(shè)備有沖天爐、電弧爐、感應(yīng)爐、電阻爐、反射爐等。不同的鑄造方法有不同的鑄型準(zhǔn)備內(nèi)容。以應(yīng)用最廣泛的砂型鑄造為例，鑄型準(zhǔn)備包括 造型材料準(zhǔn)備和造型造芯兩大項工作。砂型鑄造中用來造型造芯的各種原材料，如鑄造 砂、型砂粘結(jié)劑和其他輔料，以及由它們配制成的型砂、芯砂、涂料等統(tǒng)稱為造型材料 造型材料準(zhǔn)備的任務(wù)是按照鑄件的要求、金屬的性質(zhì)，選擇合適的原砂

6、、粘結(jié)劑和輔料， 然后按一定的比例把它們混合成具有一定性能的型砂和芯砂。常用的混砂設(shè)備有碾輪式 混砂機、逆流式混砂機和葉片溝槽式混砂機。后者是專為混合化學(xué)自硬砂設(shè)計的，連續(xù) 混合，速度快。造型造芯是根據(jù)鑄造工藝要求，在確定好造型方法，準(zhǔn)備好造型材料的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。 鑄件的精度和全部生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效果，主要取決于這道工序。在很多現(xiàn)代化的鑄造車 間里，造型造芯都實現(xiàn)了機械化或自動化。常用的砂型造型造芯設(shè)備有高、中、低壓造 型機、拋砂機、無箱射壓造型機、射芯機、冷和熱芯盒機等。鑄件自澆注冷卻的鑄型中取出后，有澆口、冒口及金屬毛刺披縫，砂型鑄造的鑄件還粘 附著砂子，因此必須經(jīng)過清理工序。進(jìn)行這種工作的

7、設(shè)備有拋丸機、澆口冒口切割機等。 砂型鑄件落砂清理是勞動條件較差的一道工序，所以在選擇造型方法時，應(yīng)盡量考慮到為落砂清理創(chuàng)造方便條件。有些鑄件因特殊要求，還要經(jīng)鑄件后處理，如熱處理、整形、 防銹處理、粗加工等。鑄造是比較經(jīng)濟的毛坯成形方法，對于形狀復(fù)雜的零件更能顯示出它的經(jīng)濟性。如汽車 發(fā)動機的缸體和缸蓋，船舶螺旋槳以及精致的藝術(shù)品等。有些難以切削的零件，如燃汽輪機的鍥基合金零件不用鑄造方法無法成形。另外，鑄造的零件尺寸和重量的適應(yīng)范圍很寬，金屬種類幾乎不受限制；零件在具有一 般機械性能的同時，還具有耐磨、耐腐蝕、吸震等綜合性能，是其他金屬成形方法如鍛、 軋、焊、沖等所做不到的。因此在機器制造

8、業(yè)中用鑄造方法生產(chǎn)的毛坯零件，在數(shù)量和 噸位上迄今仍是最多的。鑄造生產(chǎn)有與其他工藝不同的特點，主要是適應(yīng)性廣、需用材料和設(shè)備多、污染環(huán)境。 鑄造生產(chǎn)會產(chǎn)生粉塵、有害氣體和噪聲對環(huán)境的污染，比起其他機械制造工藝來更為嚴(yán) 重，需要采取措施進(jìn)行控制。鑄造產(chǎn)品發(fā)展的趨勢是要求鑄件有更好的綜合性能，更高的精度，更少的余量和更光潔 的表面。此外，節(jié)能的要求和社會對恢復(fù)自然環(huán)境的呼聲也越來越高。為適應(yīng)這些要求, 新的鑄造合金將得到開發(fā)，冶煉新工藝和新設(shè)備將相應(yīng)出現(xiàn)。鑄造生產(chǎn)的機械化自動化程度在不斷提高的同時，將更多地向柔性生產(chǎn)方面發(fā)展，以擴 大對不同批量和多品種生產(chǎn)的適應(yīng)性。節(jié)約能源和原材料的新技術(shù)將會得到

9、優(yōu)先發(fā)展， 少產(chǎn)生或不產(chǎn)生污染的新工藝新設(shè)備將首先受到重視。質(zhì)量控制技術(shù)在各道工序的檢測 和應(yīng)力測定等方面，將有新的發(fā)展。鑄造工作者在電子技術(shù)和測試手段不斷進(jìn)步的條件下，將對金屬結(jié)晶凝固和型砂緊實等 理論進(jìn)行更深入的探索，以研究提高鑄件性能和內(nèi)部質(zhì)量的有效途徑。機器人和電子計 算機在鑄造生產(chǎn)和管理領(lǐng)域里的應(yīng)用，也將日益廣泛?，F(xiàn)在鑄造工廠所采用的造型方法，過去十年間沒有大的變化而造型技術(shù)有了大的進(jìn)步。 對濕砂造型、精密砂型、消失模鑄造分別敘述如下。1.濕砂造型法。Mount公司認(rèn)為：適用于大部分金屬材質(zhì)、大批量生產(chǎn)的造型法中，粘 土濕砂造型是最經(jīng)濟的造型法。鑄造工廠裝備有最新技術(shù)的控制裝置，就應(yīng)

10、逐步做到， 用濕型砂控制技術(shù)可以反復(fù)得到最佳的性能。這些控制裝置包括，篩分分離金屬、回用 砂的冷卻、回用砂混練時準(zhǔn)確釋量添加劑等等。Vulcan公司認(rèn)為，現(xiàn)在的粘土濕砂造型機具有優(yōu)良的性能，能以二年前從未達(dá)到過的速 度，制造要求嚴(yán)格、允許差別很小時濕砂型。再加上準(zhǔn)確控制效率高的供砂裝置，使粘 土濕砂型在鐵基合金和非鐵合金的造型中保持最重要的地位。Macler Assoc認(rèn)為，在濕砂造型中，垂直分型與水平分型兩種加以比較，對于大批量生 產(chǎn)中、小型，灰鐵件或球鐵件的鑄造工廠，重直分型造型都占優(yōu)勢，因其設(shè)備費用比較 便宜、可以高速造型、所需人員少、緊實度的偏差小等優(yōu)點。但采用垂直分型工藝，在 澆口方

11、案與昌口與形態(tài)上，以及在用復(fù)雜的芯子、過濾片、冷鐵、套管、舂入芯等方面 都受到限制。止匕外，用流動性好的合金鑄造時，由于金屬靜壓比較高，容易引起金屬滲 透粘砂。在制造有色合金鑄件方面，已設(shè)計了適合這類合金鑄件的大批量生產(chǎn)各種特性垂直分型 造型法，現(xiàn)正在推廣。但是，具有要求的機械特性的鑄件，在用這種造型法達(dá)到相當(dāng)高 度的大批量生產(chǎn)之前，作為大批量鋁合金鑄件的生產(chǎn)方式，金屬型鑄造法依然占有優(yōu)勢Macler Assoc認(rèn)為，水平分型濕砂型鑄造法，對于中、小批量鑄造工廠，還是有利的造 型法之一，無論是上型、下型方式，或雙面模板方式，對復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)都有適應(yīng)性。 可在一個循環(huán)期內(nèi)更換模樣，短時間運行、長

12、時間運行都可以有效的進(jìn)行生產(chǎn)。但手工 操作需要機械化，為了保證生產(chǎn)表面優(yōu)良、尺寸精度高的鑄件，還需對整套設(shè)備進(jìn)行改 造。溫砂造型法的選擇，需要考慮以下各點： 要有能造型出硬度均一的高質(zhì)量鑄型的造型設(shè)備。 可以迅速更換模板。 下芯、鑄型的裝卸機械化 Macler Assoc談到，為使造型度均一，采用了多種技術(shù)。有幾種自動雙面模板機采用了 射砂和壓實法，此時，為了取得均一的鑄型密度，射砂和壓實法，此時，為了取得均一 的鑄型密度，射砂的方向要是與板垂直的方向。還有一種上型、下型造型機，為使鑄型 密度均一，還采了微振擊和壓實。另外，為向模樣填砂時有強的沖擊力，也有用高壓縮 氣體的。但是，為得到均一的鑄

13、型硬度，采用了多種方法，對各種造型方式來講一種方法是解決 不了的。在造型機的選擇上，要對現(xiàn)在使用的鑄造廠進(jìn)行調(diào)查，并用自己的模樣試驗， 以觀察其結(jié)果。精密砂型這種造型法的要點是用冷芯盒法的化學(xué)粘結(jié)鑄型。Vulcan認(rèn)為這是鋁合金缸體和缸蓋鑄件鑄造工藝的復(fù)活。其理由是這種方法，可將缸套鑄在缸體中，同時，還有能使用實現(xiàn) 方向性凝固的冷鐵的優(yōu)點。這種方法是在1970年代出現(xiàn)的用于鑄造近凈形鑄件和用濕砂鑄造對需要增加芯子的形狀 復(fù)雜的鑄件?，F(xiàn)在，鑄造形狀復(fù)雜尺寸的準(zhǔn)確的鑄件時，標(biāo)準(zhǔn)的辦法是用冷芯盒造型法。 而且，與砂型鑄造相比適用于更多的合金。在制芯作業(yè)中可見到，由于樹脂化學(xué)和造型 裝置的革新，可用更

14、低的價格鑄造質(zhì)量，更高的零部件用液泵和機械手自動生產(chǎn)線，裝 置進(jìn)一步改善，所需勞動力減少，可生產(chǎn)出高質(zhì)量、低成本的鑄件。冷芯盒工藝造型機 是制芯機的重大的變型。有的造型機上型、下型同時造型，有的造型機可制出兩面型腔 的鑄型疊型鑄造，第三種變型是利用二組造型機，一組是上型，一組造下型。這些造型機為了提高精度，使分型線的飛邊最小，在全過程中將鑄型緊實是其特點。大 型造型機，為使其動作平滑可靠完全用油壓驅(qū)動。裝有機械手，實施上涂料型、干燥、 下芯、涂粘結(jié)劑和合箱等作業(yè)。由于有了這些裝置，可減少所需的勞動力，保證最高的 質(zhì)量和生產(chǎn)效率。這種冷芯盒造型機，其鑄型的狀況不僅影響鑄件表面質(zhì)量和清理作業(yè)， 對

15、芯子的正確組裝和芯頭使型砂在射砂頭中流態(tài)化的位置也有影響，因而，鑄型的設(shè)計 是非常重要的。Macler Assoc稱，冷芯盒造型機有幾種射砂技術(shù)。大部分造型機，這種型式的造型機， 用低壓大風(fēng)量射砂，每個循環(huán)后都可以使射砂。有二、三個機械廠不是使砂子流態(tài)化， 而是用"擠出方式，用有專利權(quán)設(shè)計的射砂，低氣量高壓射砂，有的機械廠認(rèn)為，用擠出 方式，制造復(fù)雜的鑄型時，砂子也容易流動。這二種技術(shù)，最好用自己的模樣進(jìn)行試用 比較，選出最好的方法”。冷芯盒造型法，可以制造尺寸非常準(zhǔn)確的復(fù)雜鑄型，但模費用和型砂粘接劑、催化劑的 成本比濕砂型用的砂和粘接劑的價格要高，冷芯盒造型法的造型速度低。消失模鑄

16、型Vulcan消失模鑄造由于設(shè)備和原料改進(jìn)而有所發(fā)展，采用的比率在不斷擴大。多方向的 充填工作點，充填砂（后續(xù)砂）即時充填等新技術(shù)、使鑄件質(zhì)量，造型速度提高而成本 降低。消失模鑄造的優(yōu)點有：發(fā)泡?？蓻]有斜度或針度很小，有時還可用針度使復(fù)雜形狀可以 造型，設(shè)計上有自由度。止匕外，可使鑄件重量減輕，減少甚至不需機械加工，不用芯子 也可鑄造等。設(shè)備上的革新，組成的部件、涂料、充填介質(zhì)等新的開發(fā)、使鑄件質(zhì)量和 生產(chǎn)效率提高，從而使市場日益擴大。面向?qū)ο螅∣bject-Orientated） 方法能夠描述現(xiàn)實世界客觀對象之間的層次關(guān)系、對 象的操作方法、以及對象的性質(zhì)等，從而反映了一個動態(tài)實體體系的各個

17、層次與側(cè)面。 建立對象模型的目的在于從實體中提取對具體應(yīng)用有用的概念，并用易于理解的方式來 描述。壓鑄工藝與模具設(shè)計中出現(xiàn)的各個描述實體，如壓鑄合金，澆注系統(tǒng)，型腔鑲塊 等，實際上都可由數(shù)據(jù)模型來定義。壓鑄工藝數(shù)據(jù)庫的建立，是為后續(xù)的面向?qū)ο髩鸿T 工藝與模具設(shè)計過程提供基本數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。1面向?qū)ο蟮膲鸿T數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建模面向?qū)ο蟮膲鸿T數(shù)據(jù)庫是一種基于面向?qū)ο笏枷氲年P(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（OODBMS）將數(shù)據(jù)庫中每一個描述實體都作為一個對象（Object）,且每個對象是唯一可標(biāo)識的。對象 是由描述實體所包含的一組數(shù)據(jù)和施加于這些數(shù)據(jù)上的操作組成。具有相似性質(zhì)的對象 通過概括語義關(guān)系形成一個類（Class）

18、,對象是類的一個實例。在 OODBMS,對象-類模 型通過定義類，對象，對象間關(guān)系，以及標(biāo)識類中對象的屬性和操作來建立數(shù)據(jù)模型。 對象的操作包括事件（即消息），過程及方法等。數(shù)據(jù)模型可由類圖來表示，其一般結(jié)構(gòu) 如下：美名屬性；屬性1；定義 建-屬性n：定義子類二子美名 »子美名3操作二操作L算法定義在本研究的OODBMS,包括了壓鑄合金類數(shù)據(jù)庫，壓鑄機類數(shù)據(jù)庫，壓鑄件尺寸類 數(shù)據(jù)庫，模具標(biāo)準(zhǔn)零件類數(shù)據(jù)庫等。其類圖可表達(dá)如下（1）壓鑄合金類圖壓鑄合金類屬性；牌號:字符型類屬；字符型壓鑄出模耦度：數(shù)值型密度數(shù)值型選用標(biāo)識符：布爾型操作J澆注系統(tǒng)設(shè)計：消息傳遞給流注系統(tǒng)設(shè)計過程輸出工藝卡片

19、，事件發(fā)生：可視化界面方法(2)壓鑄機類圖壓鑄機包括臥式冷壓室壓鑄機，立式冷壓室壓鑄機以及熱壓室壓鑄機等。根據(jù)壓鑄零件 的結(jié)構(gòu)條件，確定澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，再選取適宜的壓鑄機類型。壓鑄機美屬性.型號：字符型類屬；字符型壓空直役E數(shù)值型壓射缸直徑：數(shù)值型蓄能器壓強；數(shù)值型開模力;皴值蟹鎖模th數(shù)值型壓鑄件最大投影面積;數(shù)值型壓鑄件最大質(zhì)量;曲值型壓室最大壓射壓疆：物值型選用標(biāo)識符，布爾型操作二澆注系統(tǒng)設(shè)計消息傳遞給澆注系統(tǒng)設(shè)計過程工藝校核：消息傳遞給鎖模力校核過程。投影面積校核過程；壓室容量校核過程1開臺模距離校核過程輸出工藝卡片；事件發(fā)生；可視化畀面方法壓鑄件尺寸類圖壓鑄件尺寸類 外形輪廓尺寸

20、子類.孔類尺寸子類 中心距離類尺寸子類勺隰輪廓尺寸子美屬性；1限；數(shù)值型公稱尺寸：數(shù)值型公差；數(shù)值型操作；模具型腔尺寸計算；消息停遞給型E空腔類尺寸多目 標(biāo)優(yōu)化過程生成鑄造圖：事件發(fā)生j孔類尺寸子類屬性：號：數(shù)值型公稱尺寸：數(shù)值型公差；數(shù)值型操作;模具型腔尺寸計算；消息借屋給型脛型芯類尺寸多目標(biāo) 優(yōu)化a程生成鑄造圖：事件發(fā)生中心距離類尺寸子類屬性：II號數(shù)值型公稱尺寸.數(shù)值型公差：數(shù)值型操作：模具型腔尺寸計等；消息傳課給型腔同向磨損類尺寸計 博過程 生成鑄造圖工事件發(fā)生(4)模具標(biāo)準(zhǔn)零件類圖模具標(biāo)準(zhǔn)零件類包括模板類(分套板，墊板和推出機構(gòu)推板等形式)，導(dǎo)套類，導(dǎo)柱類等模板類套板子類筌板子美推用

21、機構(gòu)推板子類Kill長四賈電胸匡也叵暖甚值他逋曲K點苑伯堂通以民也；技值些理聿漫北與區(qū)停用些占總寸：皴俏西提作1生唬萊里圖i營斗式三殍先內(nèi)TI三役汽而M寸鼓伯叁、號為在巨慢金芝如百出身亍訃價心根閂寸；址借題尋草訃役盟菱胸叵色9分舲府部役；線值也計價厚金：艘伯西導(dǎo)胃瞇X數(shù)值二異后總呆考1岐但理福松上外性比分乂寸：蛇畫生模校上臺行配育尺|:數(shù)值理生比簧配的！三洋辰三住Q號班巨牛鼻兩艮,L其值曳導(dǎo)tr導(dǎo)寺壬苜役幺星,羲值里導(dǎo)住包定千百徑公際W寸數(shù)值注身忡司在鼠月於公差蚊日里容在白府巨役公稱T寸抗值2先住勺斯巨匠公羊：與侑也匕喻再關(guān)！.岫號引條長事!犢值里工史座反重： 導(dǎo)身段供工坡倡晝加值出口抒1訃葉即百只5，值也俁怛上任小配251寸奘值里牛端裝物用：言沖導(dǎo)套類和導(dǎo)柱類還存在如下關(guān)聯(lián)語義關(guān)系行向裝胃關(guān)于各個對象類的操作，將在后續(xù)的壓鑄工藝與模具設(shè)計中實現(xiàn)。例如，對于壓鑄機類的“壓室直徑”(ChbDiameter)屬性參數(shù)，在后續(xù)澆注系統(tǒng)設(shè)計模塊與壓室容量校核模塊會發(fā)生如下操作Global ChbDiameter As Double '在項目標(biāo)準(zhǔn)模塊中定義全局變量Private Sub PourSysClick()'澆注系統(tǒng)設(shè)計菜單驅(qū)動事件Datal.Recordset.FindFir