为了加深您对于铸造工艺设计的写作认知，下面山草香给大家整理了7篇铸造工艺设计范文，欢迎您的阅读与参考。
关键词：热节；缺陷；铸件；工艺设计
侧架的内腔连接筋较多，生产制造时容易受人为影响，常常因为对接不良而产生错位[1]。铸造工艺过程比较复杂，易于显现出来缺陷，利用微机模拟仿真，便可在熔炼浇注前对可能出现的缺陷位置和凝固持续时间进行计算，以便设计出最合适的工艺，以保证铸件的生产品质，缩短试验时间，为生产提供理论依据[2]。
1模拟计算前处理
1.1铸件分析
铸件外型尺寸为长2199.64mm，宽565.3mm，高419.8mm；体积为3.963×107mm3,毛坯质量为381kg。平均壁厚为25mm，内腔连接筋较多，材质为B级钢，多用于铁路机车车辆上，其凝固方式为中间凝固，实验性能不好，液相温度高，易形成集中缩孔热裂等铸造缺陷。此零件是对称的，为了加快仿真时间，模拟运算时，只取零件的一半。计算网格数目166万。
1.2边界条件及参数设置
边界条件以及相关参数的设置准确与否，直接影响金属液体和铸型等的换热，会导致热节计算、凝固进程以及缺陷预测偏差很大，经过多次试验、模拟，进行如下设置。凝固过程在液态金属未完全充满型腔时已经开始，对于快浇大中件的砂型铸造，t凝＞＞t浇，充型时间很短暂，不考虑充型对初始条件的影响，结果计算误差不大，由于侧架尺寸比较大，充型速度大，砂型的起始温度设定为室温（即20℃），铸件初始温度稍低于浇注温度为1580℃。设铸件与砂型之间的换热系数为1100W/m2,砂型表面与大气之间的换热系数为500W/m2。
2裸件凝固模拟及制定工艺
2.1凝固进程模拟及确定热节
边界条件设置好之后，进行无浇注系统和无冒口的裸件凝固计算。通过凝固计算预测出侧架各个部位的凝固时间，确定热节部位及预测各热节的凝固时间。从而使得铸件的浇冒口可以按照热节的温度、出现部位进行设计，参照热节的凝固时间设计，使得铸件按照顺序凝固进行[3]。通过凝固模拟计算得出铸件的整体凝固时间为381.76s，侧架左右两侧凹进去的部位凝固时间最长，为最后凝固部位，是第一热节；凹进去的侧旁的热节为倒数第二最后凝固的部位，凝固时间约为321s，为第二热节，第三热节凝固时间为303s，第四热节为243s，充型结束190.88s以内，没有明显的热节，确定了侧架的热节和凝固次序。铸件凝固进程如图1所示。
2.2缺陷预测及工艺制定预测的缺陷
主要在铸件的厚大部位[4]，尤其是中间顶部的肋板处，缺陷比较集中，根据缺陷预测的位置及凝固进程，制定了如下工艺方案。（1）冒口。铸件中间上部两肋板交叉处壁最厚，液相结晶凝固最慢，分别设置冒口，尺寸为ф100mm×130mm。铸件中心空腔靠近第三热节的凸台，预测有缩孔，对称地在两凸台分别设计冒口，尺寸为ф85mm×90mm。铸件最长框架中间上部设计一冒口，尺寸为ф50mm×85mm，第一热节处，铸件两侧各设置一冒口，尺寸都为ф80.5mm×120.4mm，并设计了冒口颈。（2）冷铁。第二热节处设计外冷铁，尺寸为ф16mm×50mm，两肋板交叉处下方设置一冷铁，尺寸为ф16mm×90mm，第四热节共四个位置设计四个冷铁，尺寸都为ф16mm×30mm。（3）浇注系统。浇注位置从两侧导柱头浇注，分型面在零件竖直方向中间平面上；内浇口安放在两端，内浇口长宽高分别为34.7mm、25mm、40mm，从浇口杯流进钢液，设计为过桥浇注，一件一箱，直浇道直径为45.3mm、高424mm,为了缓冲液体流动速度，在直浇道正下方设计了一浇口窝，浇口窝由一个立方体块和一个半球组成，立方体块在半球上方，立方体块的长宽高尺寸分别为：71.8mm、71.8mm、40.5mm，半球的直径为71mm。
2.3有浇补系统的铸件模拟计算
凝固时间是1461.42s，与裸件的凝固时间381.76s相比，时间变为4倍，其原因是设置了浇补系统总质量增加，从凝固进程图中看出，冒口和浇注系统都比铸件热节凝固时间要晚，从而很好地补缩了铸件凝固过程中的收缩，裸件凝固预测的热节已经基本消除，最后凝固的部位都从裸件中的热节转移到浇冒系统中，表明铸造浇冒工艺设计是合理的[5]。
3预测缺陷与实物对比
比较实物纵剖面图和对应缺陷预测，可以发现此剖面内部型腔没有大缺陷，只是中间空腔上部有少许缩松，实物和预测情况基本吻合，表明上述工艺是切实可行的。
4结语
（1）通过反复试验，找到了合适的初始条件和边界条件相关参数，为准确预测热节、缺陷奠定了基础。（2）通过不加浇冒系统的裸件凝固模拟，找出了各个热节、预测出各热节的凝固时间，并预测出铸件的缺陷大小和位置，从而为合理地设计浇冒系统提供了参考。（3）参照各个热节以及缺陷大小和位置，设计出了合理的浇冒系统，进行电脑虚拟浇注后，发现热节和缺陷已经基本消除，并与实物缺陷相比较，结果计算机预测缺陷和实物缺陷基本吻合。（4）电脑虚拟浇注为铸造实验的进行提供了科学的指导作用，可以降低试制时间、改进工艺及降低实验耗费，是一种科学可靠的铸造技术。
参考文献
[1]BeeleyPR.FoundryTechnology[M].London:Butterworths,1972.
[2]柳百城。铸造技术和计算机模拟发展趋势[J].铸造技术，2005（7）：611-616.
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[6]刘敬豪，凌云飞。支撑座一体侧架铸造工艺研究及实践[J].中国铸造装备与技术，2013(2).
关键词 充型；凝固；缺陷预测
中图分类号：TG24 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）18-0150-01
立柱的三维实体造型及内部结构如图1所示，铸件材质是HT350，属于亚共晶灰铸铁，外型轮廓尺寸为8328 mm×1693 mm×1790 mm，铸件重量为28 t。
1 立柱铸件充型过程
图2是充型过程金属液充型顺序及温度场分布图，从图示的充型过程模拟可以总结出金属液在本次充型过程中有如下结论。
1）金属液从铸件两端浇口处同时冲入铸件内部，首先填充导轨部位，同时具有较高流动速度的金属液向中央汇聚，直至充满导轨，然后逐层上升直至充满型腔，整体而言充型过程遵循从下往上填充的顺序，充型过程金属液液面平稳。
2）由于立柱内部结构复杂，大量筋板呈十字形连接形成大量空腔，这样复杂的结构缓冲了高速金属液，金属液在充型的时流动较为平稳，导轨部位金属液的填充顺序先两端后中间，即首先填充两端，其次中间部位，直至导轨填充完毕；然后金属液从导轨部位流入入型腔时，首先填充两侧然后型腔中部逐层推进，汇合后逐层上升。
3）充型过程中温度场分布是铸件两端温度高，中央部位温度低。充型过程中存在几十摄氏度较高的温差，凝固时由于初始温度不同，各部分在不同的时间凝固，可能会产生较大热应力，可能导致铸件产生冷裂现象。充型过程中导轨的底部中间部分出现凝固现象，但该处局部的凝固不会对铸件整体的充型产生大的影响。
4）最后充填部位是最上层壁，充型过程完成时铸件导轨底部出现凝固。
大型立柱铸件中，导轨主要用以导向并起到承载作用，在部件运动中，反复承受应力和摩擦力，导轨的质量在一定程度上决定了立柱的加工精度、工作能力和使用寿命，导轨的硬度和耐磨性决定导向精度能否长期保持。造型时将其置于铸件底部，以保证其致密性，在浇注时，需要依据内浇口位置、导轨中金属液流动方向、导轨厚度等因素选择合理的充型速度。充型速度过低，受到激冷的底部导轨表面易迅速冷却，形成冷隔、局部不融合等铸造缺陷。浇注速度过高，易对铸型产生冲刷，形成卷气、夹杂，且在来自导轨两端的高速合金液相互对冲的时候，造成铁液飞溅，液面波动而卷入杂质。所以需要选择合适的充型速度，确保导轨处顺利的充型。
2 立柱铸件凝固过程
铸件充型完成后，温度分布的整体特征是纵向为下部温度高于上部温度，横向为侧面温度高于中间温度，立柱的两端靠近高温浇道温度最高。结合温度分布特点凝固顺序整体也呈现为：纵向凝固大致从上向下，横向凝固为从中间到两端，最后凝固区域为立柱的两端位置同时也是最厚的部位。铸件整体的凝固时间较长，凝固速度随着时间的增加呈现越来越慢的趋势。
图3为截面凝固顺序及温度分布图，从图中可以看出铸件整体温度差较小，凝固过程中内部两端温度高于中间温度；凝固方式上同时凝固和定向凝固并存，最后凝固区域为立柱床身台阶底部，此位置壁厚较大，且台阶的存在影响冒口补缩，致使此处很有可能形成缩松缩孔缺陷。
3 缺陷预测及分析
当铸件收缩得不到补缩的时，铸件表面和内部会产生形状和大小不同的孔洞类缺陷，常见孔洞类缺陷有缩孔、缩松、和疏松等。铸件内部的缩孔强烈的降低铸件的强度和韧性，形成大量的微裂纹，本铸件属于大型加工立柱的立柱部分，工作时候反复受到冲击应力和震动，裂纹容易沿着细小的空洞和微裂纹不断延伸，所以必须要求铸件内部具备较高的致密性和较低的缩孔体积分数，以满足工件的使用性能。
缩孔主要分布位置是铸件底部厚大部位和靠近浇道的部位。底部厚大部位的缩孔产生是由于厚大处缩孔体积分数较大，石墨化膨胀不足以弥补该处的收缩，且底部距离冒口和浇道较远，难以受到外来金属液的补缩而形成缩孔。靠近浇道位置处的缩孔在铸件最顶端，受重力和静压力作用，该处液相对底部收缩弥补，而自身得不到其它部位金属液的弥补。
本文主要对铸件铸造充型和凝固过程中温度场、流场、速度场的变化过程的分析，研究在设计的工艺参数下铸件的成型过程，预测了产生缺陷的位置、大小、概率及生成机理。为得到最优的工艺方案和工艺参数，需要对铸件仿真过程进行多次实验模拟并反复比较，以便对工艺参数进行模拟研究，为企业工艺改进及参数优化提供依据。
参考文献
[1]李志博，袁洪志，等。大型立柱铸造工艺[J].铸造技术，2009（12）.
[关键词]铸钢车轮 铸造工艺设计 模拟优化
中图分类号：TM715 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）15-0162-02
引言
随着我国铁路现代化进程的加快，铁路货物运输的提速重载将是主要的发展方向。提高轴重是世界各国重载运输一致采用的一项重要举措，长期的运行考核证明这项措施既提高了运输收入，又降低了维修成本。作为车辆关键部件的车轮在列车运行中起着承载和制动的作用，直接关系到铁路运输的安全。因此，提速重载的不断实施对车轮产品的制造质量和使用性能的要求也会更高。
1.铸造工艺设计
1.1 铸造工艺方案的确定
ZG310-570 材料化学成分（质量分数，% ）为0.50C，0.60Si，0.90Mn，该材料体收缩较大。法兰部分厚 50mm，与下部筒体交接处形成热节，易形成缩孔、缩松。因此必须采用顺序凝固原则进行铸造生产，并结合适当的冒口来消除缩孔、缩松。造型材料为水玻璃砂，浇注温度 1520～1550℃。初始工艺方案模型如图 1 所示。
1.2 冒口的设计
冒口应设在铸件浇注位置时的最高部位，为确保铸件凝固时有足够的金属液对其补缩，需在铸件的上部设置冒口。根据模数法计算出铸件模数：M件=V/A，铸件体积V=6.012×10 6 mm 3，传热表面积A=3.347×10 5 mm 3，M件=1.80cm。 冒口模数M冒=1.2M 件，M冒=1.2×1.80=2.16 cm。根据铸件结构和热节位置决定采用2个冒口对铸件进行补缩。 在法兰上端设置2柱形冒口，查得冒口尺寸为准130mm×130 mm，冒口充满钢液质量13kg。 冒口结构模型见图 1 。
2.优化工艺模拟结果及分析
2.1 优化工艺简介
根据模拟结果可知， 初始工艺中铸件实现了自下而上的顺序凝固，两柱形冒口也起到了补缩作用。只是由于冒口的补缩能力不足， 导致铸件中部产生微量孤立液相区。在最后凝固阶段，冒口根部和铸件同时凝固，铸件不能得到很好的补缩，形成缩孔、缩松缺陷。 该车轮铸造工艺改进的要点是使凝固过程中铸件内出现的孤立液相区延伸到冒口中， 通过增大冒口模数、添加冷铁，使工艺系统能按照顺序凝固方式，将缺陷留在冒口内。为保证获得致密铸件， 对初始工艺进行如下改进： ① 将冒口尺寸改为 准140mm×150mm ； ② 在两冒口对称的铸件中部增设两块适当尺寸的冷铁。 优化工艺模型如图 2所示。
2.2 优化工艺的充型过程及分析
充型过程对铸件的最终质量具有重要影响，浇不足、冷隔、气孔、夹砂等缺陷都与铸造的充型过程密切相关。优化工艺的充型过程见图3。可以看出，浇注系统内的钢液在流动过程中始终处于充满状态， 防止了气体和夹杂物的卷入。 钢液从铸件底部侧向引入型腔，由铸件底部旋转平稳地逐渐上升，没有出现飞溅、喷射现象，见图 3（a） 、 （b） ；随着浇注过程的进行，液面不断均匀稳定地上升，液面延伸到冒口底部，见图3（c） ；冒口为最后填充部位，见图 3（d） 。 可以看出，整个充型过程中，钢液在型腔中的液面比较平稳，表明此浇注系统设计的比较合理。
3.3 优化工艺的凝固过程及分析
将优化工艺三维模型转化为 STL 格式文件，导入 ViewCast 软件， 对其进行网格剖分和参数设置，对铸件的凝固过程再次进行模拟，结果见图4 。 可以看出，当凝固进行到 t=426s 时，铸件底部、浇注系统、以及增设冷铁处，最先凝固；当 t=465s 时，铸件内出现补缩瓶颈，即将产生孤立液相区；当 t=470s时，由于冷铁的激冷作用，初始工艺中铸件中部出现的微量孤立液相区已经消失， 铸件内出现两部分孤立液相区，由两冒口分别进行补缩，孤立液相区不断向冒口延伸；当 t=938s 时，铸件已经结束凝固，孤立液相区出现在冒口根部区域。优化工艺模拟的缺陷预测如图 5所示， 铸件内部没有发现缩孔、缩松缺陷，这些缺陷已经成功转移到了冒口中。铸件凝固过程中，冒口内钢液的温度始终处于铸件的最高状态，补缩通道畅通，冒口是最后凝固部位，实现了从铸件到冒口的顺序凝固，保证了铸件质量。
3.结束语
优化工艺将冒口尺寸适当增大， 并添加相应尺寸的冷铁，模拟结果显示成功转移了热节位置。铸件内无缺陷，缩孔、缩松转移到冒（www.shancaoxiang.com)口中，凝固顺序符合设计要求，保证了铸件质量。
参考文献
[1] 米国发，何斌锋。计算机模拟在铸钢后桥工艺优化中的应用[J].航天制造技术，2008，（2）：44-48.
[2] 孙立斌，张光跃，柳百成，等。凝固模拟技术在铸钢件上的应用[J].热加工工艺，2000，（3）：52-54.
本文拟生产的马氏体不锈钢叶轮材质为ZG1Cr13Ni。该材质浇注温度高，砂型铸造易产生表面粘砂；由于缩性大，极易产生缩松、裂纹和晶粒粗大等铸造缺陷；此外，其冷裂倾向也较严重。图1和图2分别是马氏体不锈钢叶轮毛坯尺寸和三维实体。由图可见，该铸件属于结构复杂件，一方面是壁厚不均匀，厚壁和薄壁之间尺寸相差较大，补缩、收缩应力等问题需在工艺设计时特别关注；另一方面是存在各种曲面，而且曲面处壁厚极不均匀且相对较薄，因此，工艺设计时要充分考虑保证充型的完整性。根据叶轮铸件的结构特点，本文选择了两箱造型法，并将铸造分型面设置在叶轮中间部位，分型面位置见图3。铸件顶端壁厚较厚，应考虑在该位置添加冒口。铸件的凝固时间取决于它的体积V和传热表面积A的比值，其比值称为凝固模数。
2叶轮铸造工艺设计与优化
2.1马氏体不锈钢叶轮铸造工艺模拟分析
采用有限元分析软件对铸造工艺进行模拟，铸件模型选择的材料为马氏体不锈钢，砂箱模型选择的材料为树脂砂，铸件与砂箱之间的换热系数为500W/（m2•K），浇注温度为1560℃，充型速度为42kg/s，浇注时间为27s，热传递方式为空气冷却，设置重力加速度为9.8kg/s2，初始条件为金属液温度1560℃、砂箱温度25℃，运行参数采用默认设置。叶轮充型过程模拟结果见图5。可以看出，金属液充满浇道，整体充型平稳，见图5a。当浇注完成后，铸型内腔全部被充满，不存在浇不足现象，见图5b。模拟结果表明，该铸件的铸造工艺设计方案保证了浇注过程的平稳性，也保证了铸件形状的完整性，说明浇注系统设计合理。图6为铸件浇注265s后透视状态图，可以发现，叶轮下端圆环、分型面中心部位交界处存在缩孔，且个别叶轮侧冒口底端存在封闭的高温区间，该位置也可能出现缩孔。由此可见，该工艺设计方案在保证铸件补缩方面还存在设计不足。因此，原设计方案必须改善冒口设计，或者采取必要的工艺补救方案。
2.2工艺优化
针对初始设计工艺所出现的缺陷问题，对叶轮铸造工艺进行优化。考虑在叶轮底端圆环和叶轮中心位置出现的缩孔，我们分别在叶轮底端加入圆环形冷铁，在叶轮中间部位六个侧冒口之间加设楔形冷铁。改进后叶轮铸造工艺图如图7所示。对改进后的工艺方案进行模拟，工艺改进后的叶轮充型模拟结果。当充型开始14s时，充填部位型腔内金属液完全充满浇道，充型平稳，没有明显飞溅，见图8a，说明浇注系统设计仍能保证充型的平稳性；图8b是充型至27s时（充型完毕）的状态图，可以看出，金属液已完全充满型腔，型腔内不存在浇不足等缺陷。
3结论
（1）不锈钢叶轮铸件选取阶梯式浇注方式和开放式浇注系统，可以保证铸件充型过程中金属液的平稳性及充型后的铸件形状完整性。
（2）不锈钢叶轮铸件直接采用明冒口和暗冒口不能完全防止铸件内产生缩孔与缩松，当冒口与冷铁配合使用时可以消除缩孔与缩松。
（3）浇注实验表明，采取本文优化设计的铸造工艺方案可以获得形状完整、没有内部缺陷的叶轮铸件。
差压铸造工艺的过程依次为：升液、充型、结壳、增压、结晶保压和卸压。（1）同步压力该压力是指在差压铸造工艺过程中上密封罐与下密封罐压力相同时的压力，取为0.65MPa。（2）升液速度与充型速度升液速度为金属液在升液管中上升的平均速度，其大小的选取需保证金属液上升平缓。充型速度为金属液在模具型腔中充型的平均速度，其大小的选取需防止金属液紊流的产生。取充型速度和升液速度分别为45mm/s、35mm/s。（3）升液压力与充型压力升液压力为可以使金属液上升至升液管管口处的压力，主要由升液管高度决定。充型压力为可以使金属液从升液管管口提升至型腔顶部的压力。由于金属液的流动阻力和粘度将在充型过程中快速增加，所以实际压差应比克服金属液重力所需压差适当大些。综合以上信息，为了使得铸造过程中具有合适的充型压力和升液压力，铸造的加压速度选为0.05MPa/s。（4）结壳增压压力与结壳时间为了不破坏结壳，同时保证增压补缩效果，可在结壳开始5s后进一步增加适当的压力，使得铸件壳层在较高的压力环境下进一步增厚，直至铸件凝固。这样便可保证铸件拥有完整的轮廓和良好的表面质量。（5）结晶增压压力在铸件结壳结束后，为了保证铝液能够继续对铸件补缩，在原有的结壳增压压力上，再增加适当的压力，使得铝液在该压力下完成结晶，该压力便是结晶增压压力。随着铸造的推进，铝液不断凝固，铸件补缩通道不断变小，铝液对铸件的补缩变得越来越困难。为了保证铝液能够继续经升液管流入铸型，对铸件补缩，必须在原有的结壳增压压力上继续增加适当的压力。这样不仅可以消除铸件可能存在的疏松和缩孔缺陷，还可提高其组织致密度，提高其力学性能。试验表明结晶增压压力越高，铸件的力学性能越好，但结晶增压压力增加得太大，将大幅提高铸造成本，综合考虑两方面因素，取结晶增压压力为0.01MPa。（6）结壳和结晶增压速度结壳和结晶增压速度分别指在铸件结壳和结晶过程中，增压压力建立的速度。为了保证结壳和结晶过程中压力快速建立，结壳增压速度取为0.015MPa/s，结晶增压速度取为0.035MPa/s。（7）结晶时间结晶时间为在结晶增压压力下，铸件凝固补缩需要的时间。该时间主要由连接升液管的横浇道的冷却凝固时间决定。在铸造试验中，通过确定浇道残留长度来确定铸件结晶时间。取浇道残留长度为50mm。（8）充型压差铸造过程中的充型压差ΔP由式(1)计算得出。式中：H为金属液充型过程中最低点到最高点之间的高度，mm；ρ为金属液的密度，g/cm3；K为阻力系数，K∈(1.0,1.5)，阻力越小K越小，阻力越大K越大。本铸造工艺充型压差为0.035MPa。（9）铸型预热温度为了保证涂料粘结牢固，铸型需预先加热至150℃左右。在喷完涂料后，铸型需进一步预热至200~250℃后，才可以进行浇注。（10）铝液浇注温度浇注温度过高将导致铝液结晶粗大，铸件内部组织疏松。浇注温度过低则会减小铝液充型能力，导致铸件产生冷隔和欠铸等缺陷，甚至产生浇注不足的问题。本铸造试验浇注温度取为700~720℃。
2铸造缺陷的预防
为了防止铸件出现铸造过程中较易发生的疏松和缩孔缺陷，将补缩暗冒口分别设置于铸件各个大热节处，使铝液可对其补缩。同时在模具不同位置喷涂冷却速度不同的涂料，从而保证铸件不同位置的凝固速度有利于铝液补缩。
3仿真与试验结果分析
3.1仿真结果分析充型仿真结果如图4所示。图5为铝合金舱门盖的凝固仿真结果。图6为仿真所得铸件横断面缩孔分布。铝液充型时间为2s，凝固时间为460s。铸件上部厚大部位无缩孔缺陷，缩孔缺陷均被引至冒口内。
3.2铸件试制及检测铸件剖面如图8所示。可以看出，铸件外壳完整，内部无缺陷。经力学性能测试可知，铸件抗拉强度320~330MPa，伸长率5%~6%。而采用低压铸造工艺所得铸件抗拉强度为290~300MPa，伸长率为4%~5%。由此可见，差压铸造工艺可获得力学性能更好的铸件。
4结论
（1）采用铸造仿真软件Magmasoft可对铸造过程进行较为精确的模拟，其仿真结果与试验结果一致，可为差压铸造工艺的设计与改进提供一定的依据和方向。（2）采用差压铸造工艺铸造的铝合金舱门盖铸件无疏松和缩孔等缺陷，其铸件力学性能显著提高，抗拉强度达320~330MPa，伸长率5%~6%。
叶轮浇注3h后去除压重，24h后松动轴头冒口周围的砂子，3天后松动上箱，15天后（一般温度降至250℃以下）铸件出箱，打箱过程中不允许对铸件有严重磕碰。铸件清理披缝、飞翅等后喷丸，然后进行退火处理。退火完成后进一步清理铸件，去除浇冒口等再进行淬火与回火处理。（7）其他工艺参数及操作要点碱酚醛树脂砂造型，模样采用玻璃钢材质，起模斜度1.5°，铸造收缩率2%。操作要点：①造型时使用的新砂比例要占35%～40%，制芯时芯铁要缠足量草绳，保证砂芯的退让性，在砂芯中间开排气孔。②冒口颈周围使用精制硅砂舂紧。③铸件的工作面包括浇道、冒口座处涂料涂刷应严密均匀，厚度2mm，尤其是叶片根部的圆弧部位要保证涂刷的质量和厚度。④浇注完后过5～10min对轴头冒口进行补浇，加入发热覆盖剂。⑤合箱地点与下箱之间应有草绳若干，以便于气体的排出，所有引气草绳引至箱外。⑥组芯时5个叶片间隙应调整均匀。
2.CAE温度场模拟
工艺设计完成后，我们最担心的还是叶轮铸件应力问题。因CAE软件没有对铸件的应力进行计算、分析并预测的功能，现在从铸造CAE软件计算温度场的角度对铸件应力进行人工辅助分析，如图4、图5所示。从图4a、图4b可以看出，轴头根部高温区温度为1364℃，驱动侧盖板低温区温度为1345℃（盖板边缘1280℃左右，对轴头根部位置无实质影响），两者温差为20℃左右；图5是冷却至300℃左右的温度场，中心部位和中间偏外的部位也仅相差20℃。根据以往对我公司常规结构叶轮的计算结果，此两者温差为70～80℃。温差小于常规是因为提前采取了有利于温度分布均匀的工艺措施，最大限度地减少了由于温度差过大产生的热应力的倾向。
3.生产验证
按照既定的工艺实施首批生产两件，铸件打箱清理后发现外观良好，无裂纹，冒口无缩孔、缩松，尺寸测量也合格，经磁粉无损检测，铸件内部组织致密无缺陷。热处理后取多点测硬度均在50HRC以上，用户检验后对铸件质量比较满意。此后我公司生产此类铸件十几件，质量一直比较稳定，产品得到了用户和市场的认可。
4.结语
本文根据此种挖泥浆泵叶轮结构上壁厚悬殊的特点，详细分析了生产中可能出现的问题，通过合理选择材质成分和开设拉筋等措施，使铸件应力得到了很好的控制，成功生产出了质量合格的叶轮铸件，积累了诸多有益的生产经验，为我公司拓展疏浚产品市场提供了有力的技术保障。
铸造工艺课程设计是材料成型及控制工程专业教学中重要的实践环节，本文针对在课程设计过程中出现的问题，以及适应人才培养目标的调整方面，以培养学生工程实践能力和创新创业意识为出发点，增加和调整铸造工艺课程设计的内容、改革指导模式，加强考核，使学生较系统掌握了铸造工艺设计的基本技能，分析和解决工程实际问题能力得到提高，并在实际应用中取得了较好效果。
关键词：
铸造；课程设计；教学改革
铸造是材料成型及控制工程专业的研究方向之一。在铸件生产过程中首先要进行铸造工艺设计，以保证所生产的铸件符合要求，具有很强的实用性。按照培养目标要求，在学习相关的铸造课程和生产实习后，学生通过铸造工艺课程设计，能够掌握设计的基本知识、基本原则和方法、步骤、技能，帮助学生将有关铸造专业课和基础课的理论知识转化为实际应用，培养和提高学生分析和解决铸造工程实际问题的能力。课程设计是学生综合运用本专业课程和前修课程的基础理论进行的工程设计的尝试；是培养学生综合应用能力和创新意识的重要手段，。它是对前期教学效果检验和评价的一种十分有效的形式[1]；是学生在教师指导下综合应用所学知识、解决本专业实际工程问题的一项实践性教学活动[2]。通过工艺设计的尝试，学生可以为未来工作进行实际铸造工艺设计的模拟训练，是培养铸造工程技术人员的基本训练，具有综合性、实践性和创造性的特点。由于受到专业培养模式及培养计划调整的影响，以及不断分析、总结课程设计中出现的问题，以培养学生工程实践能力和创新创业意识为出发点，对铸造工艺课程设计的内容、指导模式、考核等进行了改革尝试，取得了较好的教学效果。
一、铸造工艺课程设计中存在的问题
（一）学生对课设的重视不够、主动性不强
许多学生在课程设计中，对课程设计的任务、内容、目的认识不足，准备不充分，有些学生认为毕业后也不从事这方面工作，没有用认真态度对待课设。由于这是学生进行铸造工艺设计的尝试，学生缺乏将理论应用实际这方面的经验，不能提出自己的见解、设想，设计中常依靠指导教师的指导，被动进行，缺乏独立思考和考虑问题不够全面，造成学生的独立性、主动性不够。
（二）课程设计的命题
设计题目的更新程度不足。设计题目数年来重复使用，设计内容缺乏创新性和实用性，造成设计内容和生产实践脱节，使学生对新技术、新工艺的了解欠缺，不能采用先进设计手段进行设计，不能激发学生的设计兴趣，易造成上下届学生相互抄袭现象。
（三）时间安排问题
铸造工艺课程设计的时间常在18-19周进行。这段时间学生有的在找工作，有的在考研，造成学生投入课程设计的精力常常有限。有些学生敷衍了事，导致课设质量难以保证。
（四）成绩评定
成绩的考核方法相对单调，主要是对学生平时表现、工艺图的质量、说明书规范及答辩情况进行评价，给出最后成绩。不能很好地对学生设计的独立性、创造性、实际解决问题的能力等做出全面、准确、科学的评定。
二、改进措施
（一）加强课程设计题目的审核
每年课设指导教师要将题目报给教研室进行审核，所报题目数量要多于所带学生的人数，并且每年要有20%左右的更新，保证每个班级的学生一人一题，教研室全体教师要进行讨论通过。根据学生的实际情况，调整课设难度，对基础较好的学生，课设选择的零件图可以稍复杂一些，要求高一些。
（二）提高学生的主动性
学生就业后如果从事铸造行业，绝大部分从事工艺设计。铸造工艺课设是培养和锻炼学生设计能力的主要环节，使学生具有工艺设计的基本技能。在设计过程中注重调动学生主动性，坚持学生为主、教师为辅，发挥学生的创造性思维和独立设计能力，提高学生独立分析和解决问题能力，如在分型面选择、浇注位置确定、砂芯设计等方面，要求学生根据自己的分析提出不同的工艺方案，并进行比较，分析不同工艺的优缺点。对设计过程中出现的问题让学生讨论，提出各自的设想和观点，并让其他学生帮助分析，指导教师再加以点评，调动学生学习积极性、主动性，启发学生的创造性思维。
（三）课设期间的教学过程
指导教师在课设之前组织学生进行讲解，使学生了解设计的目的、意义、设计方法、设计步骤和设计要求，督促学生严格按照任务书要求完成相应任务，保证每天的指导时间。对每位学生进行跟踪指导，了解进展情况，执行设计过程考核。采取分类指导原则，对设计有困难的学生重点加以帮助，对基础好的采取启发引导，对一些共性问题采用讨论式。
（四）增强与工程实践能力衔接
材成专业生产实习通常安排在本门课程教学期间进行，在生产现场对已讲授的课堂内容进行复习了解，对未涉及的内容通过指导教师的讲解，获得有关的感性认识。请实习工厂的工程技术人员作专题报告，为后续的课设打下一定的基础。目前，通常不对工艺设计的铸件进行实际生产，验证其工艺合理性，造成学生不清楚自已设计的工艺是否合理。许多工厂现已采用铸造工艺模拟软件对工艺设计进行优化分析。在课程设计中引入计算机模拟，学生能很容易地发现设计中存在的问题，激发解决问题的积极性，提高解决铸造工程实际问题的能力和创新精神，使铸造专业的课程设计更接近于铸造生产实际[3]。为了适应社会需求，培养学生分析和解决问题能力，培养学生独立思考和创新能力，提高学生工程应用能力，在要求学生系统地掌握铸造工艺基本知识、基本方法和技能、查阅资料和手册的基本能力以及使用图纸、文字表达能力外，要求学生掌握铸造过程计算机模拟技术，如将学生所学的Pro/E应用到课设中。近几年在设计过程中要求学生逐渐采用模拟技术对所设计的工艺进行模拟，找到设计中存在的问题，分析原因，探索解决问题的途径，提出解决方法。通过各种渠道收集工厂的零件图，将其用到课程设计中，增加学生的兴趣和接触实际能力，并将学生设计方案与工厂的工艺进行比较，加强设计实例讲解。在设计过程中请工厂的相关人员作专题报告，讲解在实际生产中遇到的问题解决方法。带学生到附近的工厂参观，熟悉模具的制造过程，制造方法，了解如何将工艺图转化模具制备。
（五）完善考核方法
学生课设成绩的考核由以下几部分组成：平时考核、设计质量、工艺说明书质量、答辩成绩。整个成绩评定贯穿工艺设计的整个过程，特别注重对设计思想、独立分析问题和解决问题能力、设计主动性等考核。平时成绩占10%、设计质量占40%、工艺说明书质量占30%、答辩成绩20%。
三、改革实践
加大了设计内容，由过去只设计铸造工艺图和撰写设计说明书，又增加了铸造合箱图，2015年又开始要求学生将平面图转化为三维图，提高了学生工程实践能力，学生反映很好。注重计算机铸造模拟技术的应用，要求基础好的学生将所设计的工艺进行初步模拟。在随后的毕业设计中又让几名已找到从事铸造工作的学生进一步进行工艺设计，更全面完善工艺设计内容。已开始在2016年的毕业设计中，要求铸造工艺课题的学生不仅要完成设计方案，还要进行浇注，以验证工艺的合理性，进一步提高学生对整个铸造生产过程的了解。通过改革和实践，学生较系统掌握了铸造工艺设计的基本技能，分析和解决工程实际问题能力得到提高，取得了较好效果。
四、结束语
通过近几年铸造工艺课程设计的改革，取得了一定的效果。但随着科技的发展，人才培养模式的改变和社会的需求，铸造工艺课程设计只有不断改革调整，才能培养出符合要求的学生，更好服务于社会。
参考文献：
[1]冒国兵，张光胜，张海涛，等。材料成型及控制工程专业课程设计改革与实践[J].安徽工业大学学报(社会科学版),2009,26(6):121-122.
[2]权国政，艾百胜，周杰，等。材料成型及控制工程专业课程设计指导模式改进与践行[J].中国科教创新导刊，2010(5):179.
[3]李晨希，曲迎东，等。铸造专业课程设计改革[J].中国冶金教育，2011(3):35-38.
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