运用华铸CAE／InteCast工艺分析软件优化铸钢件补缩系统

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文章编号：0 319 (0 9 0 .0 70 10—9 5 20 ) 10 1—5

运用华铸 C E ItC s工艺分析软件 A/ne at优化铸钢件补缩系统刘霄(明中铁大型养路机械集团有限公司，明昆昆 60 1) 5 2 5

摘要：计算机凝固模拟技术能准确、象地描述铸造凝固过程，形预测凝固缺陷，而为判断工艺方案的可从行性提供科学依据。介绍“铸 C E软件在铸钢件补缩系统设计方面的应用实例，明其实际应用效华 A”说果。

关键词：造 C E凝固模拟铸 A

缺陷预测

中图分类号： G 1 .6;U 1 .7文献标识码： T 132 1 2 66 B

次模拟分析，改进和优化了许多老产品铸件的工艺，铸

0前言铸钢件在凝固过程中产生液态收缩和凝固收缩， 在铸件最后凝固的部位若得不到外加钢液的补缩，则会产生缩孔缩松缺陷，而降低铸件的力学性能、从物理化学性能和气密性，至成为废品。为此在进行工艺甚

钢件废品率稳定在 3以下，量的新产品则一次性%大浇注成功，最大限度地保证了铸件质量。以下介绍在生产中成功应用的实例，明“铸说华 C E软件在铸钢件补缩系统设计方面的实用效果。 A”

1杠杆体缩松、孔及裂纹缺陷的解决气1 1原生产工艺及其问题 .

设计时，需要设置冒口来补偿铸件在凝固过程中产生的液态和凝固态的收缩，以消除缩孔。因此冒口的设

计有着非常重要的作用，口的尺寸、冒形状及安放位置正确与否，获得健全铸件和提高工艺出品率有着极对为重要的意义。

杠杆体属于通用件，同时用于 R 0清筛机、 P一 M8 QJ 4 0抛砟机以及 D 93 5 0—2捣固车等不同车型的提轨装置中，承担着主要的作业任务，件质量要求较高，该主要受力部位不得有气孔、孑、纹及夹杂等铸造缺陷，缩 L裂一

铸造公司在过去的工艺设计中，于受传统思维由和生产经验的束缚，经验公式设计冒口，凭很难保证其准确性和可靠性，因补缩液量不足引起的内部缺陷在机械加工过程中频频暴露，大增

加了后续补焊的工大

旦出现问题，影响多种机型的装机使用。将 杠杆体单件毛重 4 g属中等壁厚小型铸钢件， 0k,

由于两柱台较长，原工艺在 4 0m, m×10m 8 9 m柱台上

作量，的铸件直到精加工后才发现缺陷，但造成损有不失，影响装机进度。还 近年来，随着计算机技术的飞速发展，件充型凝铸

端面放冒口补缩，内置冷铁激冷，≯ 3 m圆筒平在 15m台上端面放冒口补缩， 4 0m在， m×10 m柱台放内 5 0 m冷铁，图 1生产中常见的问题有：加工 4 om 见。①, m 5

固数值模拟技术以其较高的准确性和实用性，已广泛运用于铸造领域，以铸件充型过程、固过程数值模它凝拟技术为核心对铸件进行铸造工艺分析，预测铸件在缩孔缩松缺陷、改进和优化工艺、短产品试制周期、缩

柱台时，内孔出现裂纹缩松缺陷，成批量废品；加造②

￣0n n 8 L柱台 ' r

降低废品率、保持工艺设计水平稳定等诸多方面都有明显的效果。运用华铸 C E It a铸造工艺分析软 A/ e s nC t件近 4年的时间，两百余种不同的铸件做过六百多对

收稿日期：081.0修回日期：081.0 20 .01; 20.02

作者简介：霄 (95 )女，南临沧人，级工程师。刘 16一，云高

图 1原工艺图

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工 8 m柱台时， 0m内孔出现气孔，面有裂纹；铣端③ 15m 3 m圆筒外侧 5 mx8 I平台矩形槽时出现 5m 01Y TI I缩孔；④悬臂拐角处缩松。12原工艺模拟 .

对缩孔缩松作直观的定量描述。可分两个步骤进行模拟。

第一步为液相分布，通过液相分布情况及孤立液相区，可判断补缩通道是否畅通，测缩孔、预缩松可能

模拟分三个模块：前置处理：①赋予 S L文件材质 T属性及优先级别选择，置网格剖分参数，行网格剖设进分。②计算分析：由于杠杆体属于中等壁厚小型铸钢件，因此选择速度较快的纯凝固计算方式。③后置处理：计算结束后，涉及到缩孔、缩松的原始数据主要是*.

出现的区域。杠杆体凝固过

程共产生 16帧图，当系 0统计算至第 6帧、 4第 1帧、 6第 5帧图时分别在￣o 5m m柱台、臂拐角和 8 m柱台出现孤立液相。图悬 0m 2的孤立液相区显示，口的补缩通道先于 5 m、冒 0m 声 0mT柱台和悬臂拐角凝固， 8 l l补缩通道被隔断，导致各孤立液相区最终产生缺陷。

t和 *.f两类文件，者是温度文件，显示不 e m d c前可

同时刻的液相分布情况，后者是重力补缩缺陷文件，可

毗

蝴

凝固 1 0 0 e 06t 0 m

凝固 1 0 4 e . 0 1t 0 m

凝固 1 0 6 e . 06t 0 m

图 2凝固过程中产生的孤立液相

第二步为缩孑形成。图 3是最后一帧 *.f缩孔 L dc形成图，中浅色为缩松区，色为缩孔区。该图显图黑

示，立液相区最终形成了较大面积的缩松，孤与实际生产中缺陷出现的部位相吻合。

图 3凝固过程缩孔形成图

13原工艺评价 .

1 )原工艺内冷铁未能消除两柱台热节部位的缩松，反而因内冷铁设计处理不当或与铸件熔合不良、导致内冷铁周围产生气孔、缩松和微裂纹。

2 )原工艺在悬臂拐角处未有补缩措施，使拐角致处产生孤立液相形成缩松。 14优化后的铸造工艺 .经过对多个方案的模拟对比，出最终的优化方得案，图 4如。 1取消两柱台内冷铁。 )图 4改进工艺

2 )在 15圆筒外侧 5 m×8 m平台处增设 3 5m 0m一

与声 0柱台问的补缩通道。 5 3 )将声 0台顶冒口改为侧冒口，免因补缩通 8柱避

个侧冒口，在圆筒内孔增加补贴，并以打开矩形凸台

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为孤立热节，导致根部缩松，使其在液压试验中漏油。22工艺改进措施 .

2 )由于两个冒口可同时补缩三个轴孔及两侧安装臂，四个冒口的补缩方式相比，与既节约金属又易于冒口的去除，于是将上型四只腰圆冒口改为两只圆柱

1 )取消下型轴孔外侧冷铁，外侧轴孔铸成盲两

孔，采用两只保温冒口并置于盲孔中心，持轴台与安保装臂补缩通道畅通，并在安装臂端头放冷铁，经模拟，该补缩方式可行。

形明冒口

,轴孔的处理与下型相同，效提高了铸件的有工艺出品率。图 8为改进前后的工艺。

此处缩外冷铁

( a )原工艺

() b优化工艺

图 8改进前后工艺对比

23两种工艺模拟对比与实际效果 .

用新工艺所生产的铸件，量稳定，质无气孔、松，到缩达模拟预期的效果。

图 9为两种工艺模拟的缩孔形成图，图中显示，改进前安装臂根部确有大面积缩松，改进后则致密。采

致密

()优化工艺 b

图 9改进前后模拟结果

根据传统经验，冒口应放在铸件的几何热节上，才符合

3一次性浇铸成功的 D 93 0 .X捣固车轴承箱体轴承箱体是捣固系列产品中的 A B类件，同样是重点控制件。D 83 0—2和 D 93型中的轴承箱体， 0—2机采取卧式分型、肩部热节处放冒口，属液由冒口引两金 入，在浇口远端设置外冷铁和排渣溢流冒口工艺，由于

由远及近的顺序凝固原则，因此形成较大的接触热但节，致使凝固时间延长，口根部铸件常发生缩孑、冒 L缩松、热裂、晶粒粗大及偏析等缺陷。而冒口放在离开几何热节的次热节处，能实现一种动态顺序凝固，既减少了冒口数量又减小其尺寸，大大提高工艺出品率，见图 1。 0

采用转包浇铸，上端面加工后有不同程度的气渣孔缺陷，经过多次调整，终无法克服夹渣问题。始 为了避免上述缺陷，0。X机型的轴承箱体采用 D 93立式分型、铸式浇铸系统，口置于铸件高点的工底冒艺，该工艺的优点在于：

对 D 93 0 X机型轴承箱体工艺进行模拟， 1图 1显示，铸件充型平稳，气排渣顺畅，型后温度场的温出充度较均匀，个凝固过程无孤立液相，看最后一帧整查

d文件，件无缩孔缩松。将工艺交造型浇铸，经 f c铸并机械加工后的磁粉和超声波探伤检验，件致密无缺铸陷，工艺出品率高达 7%,老机型仅有 5%, 2而 0实现了多快好省的目的。D 93 0—X机型的轴承箱体一次性浇铸成功，模拟计算达到了预期效果。使

1 )立式分型，重要的加工面位于侧面，加之金属液由底部引入，可平稳地将气渣推至冒口，确保轴孔端面质量。

2 )非经验性冒口设计提高了铸件的工艺出品率。

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20 09年第 1期

运用华铸 C EIt at艺分析软件优化铸钢件补缩系统 A/ e s工 nC

2 l

D 83 0— 2捣固车轴承箱体

D93 0— X捣固车轴承箱体

图 1两种机型工艺对比 0

色温填充图

缩孔形成图

图 1 D 93 1 O—X轴承箱体模拟结果图

利于实现一个冒 L同时补缩两个甚至多个热节， I可有

4结论 使用华铸 C E工艺分析软件，准确、象地描 A能形述铸造凝固过程，预测凝固缺陷，而为判断工艺方案从

效提高工艺出品率。 华铸 C E工艺分析软件在本企业的成功应用， A提高了工艺人员的设计水平，时借助计算机技术的最同新成果，提升了企业形象，强了市场竞争力，企业增使面对各种市场信息，能够作出灵敏、时、确的反应。及准

的可行性提供科学依据，达到快速高效之目的。模拟过程可总结出以下几点经验：

目前公司的铸件产品已广泛渗透到机床、工、电、军机钢铁等行业，得业界的一致好评。获参考文献

1 )凝固模拟有助于对铸件结构进行定量分析，利于判别补缩通道和非补缩通道，定冒口的最佳作用确位置，只要冒口设在补缩通道上，就能有效地对铸件进行补缩。

[]弘英，成志 .造工艺设计[ .京：械工业出版 1李赵铸 M]北机社，0 5 20 .

2 )可准确显示两热节之间连接通道断流的位置， 便于在断流处合理设置补贴，而延续补缩通道的凝从固时间，只要该通道不断流，可避免另设冒口补缩前就一

[]百成，涛 .造工程模拟仿真与质量控制[ .北京： 2柳荆铸 M]机械工业出版社，0 2 20 .

个热节。

[]兵，森，卫华 .件均衡凝固技术及其应用[ .京： 3魏袁张铸 M]北机械工业出版社，9 8 19 .

3 )模拟证明，钢件冒口可放置在离开几何热节铸的位置，通过模拟可定量描述冒口中心可偏离的安且

全距离，冒口离开热节但仍能对热节起补缩作用，使有

(任审编王红)责

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