大型鋁合金前罩鑄造工藝模擬

1、大型鋁合金前罩鑄造工藝模擬作者：宋彬 陳日軍摘要：利用北京北方恒利科技發(fā)展有限公司開(kāi)發(fā)的鑄造模擬軟件CAStsoft對(duì)大型鋁合金綜合傳動(dòng)箱鑄件的凝固過(guò)程和充型過(guò)程進(jìn)行模擬。通過(guò)對(duì)凝固過(guò)程的 溫度場(chǎng)和鑄造缺陷的分析，依據(jù)分析結(jié)果對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn),最后設(shè)計(jì)出合理的鑄造工藝。鑄造過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬可以減少或取消新產(chǎn)品的工藝實(shí)驗(yàn)，能夠有效地避免可 能出現(xiàn)的鑄造缺陷，保證工藝的可靠性，縮短新產(chǎn)品的試制周期。關(guān)鍵詞：鑄造模擬凝固過(guò)程 溫度場(chǎng) 鋁合金傳動(dòng)箱鑄件Simulation of Casting Technology on langer alnico Wheel BoxNorth China Engine

2、Research Institute (037036) chengrijunBeijing North Hengli Science and Technology Co., Ltd.（100089） songbinAbstract:By using Beijing North Hengli Science and Technology Co., Ltd. cast simulation software CAStsoft simulates langer alnico Wheel Box in this text .Mainly including solidiy course and inj

3、ection course. It analyzed temperature field and defect might produce. Using analysis result improved the technology and design reasonable technology. Casting computer simulation can be reduced or canceled new products on the technology ,It can effectively avoid the possible casting error process to

4、 ensure the reliability of the new products developed to shorten the cycle.Keywords: Simulation of Casting solidiy course temperature field alnico Wheel Box中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A傳 統(tǒng)的鑄造工藝設(shè)計(jì)方法往往依賴于直覺(jué)經(jīng)驗(yàn)，在鑄件結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單和鑄造類似鑄件時(shí)，經(jīng)驗(yàn)可能起到一定的作用；在澆鑄大型、復(fù)雜鑄件且無(wú)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，只能通過(guò) 反復(fù)工藝實(shí)驗(yàn)來(lái)確定工藝；當(dāng)工藝存在重大失誤時(shí)，可能使得工藝方案被徹底推翻。通過(guò)工藝反復(fù)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定工藝的方法，可能

5、導(dǎo)致先前制作的模具報(bào)廢，對(duì)于大型 鑄件來(lái)說(shuō)模具費(fèi)用會(huì)相當(dāng)高，這會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)嚴(yán)重影響新產(chǎn)品的試制，延長(zhǎng)新產(chǎn)品的試制周期。近年來(lái)鑄造過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)得到飛速發(fā)展，使得通 過(guò)鑄造模擬來(lái)確定鑄造工藝成為可能，鑄造過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬可以減少或取消新產(chǎn)品的工藝實(shí)驗(yàn)，能夠有效地避免可能出現(xiàn)的鑄造缺陷，保證工藝的可靠性，縮短新產(chǎn) 品的試制周期。本次分析采用的軟件是北京北方恒利科技發(fā)展有限公司的CASTSOFT軟件。通過(guò)模擬分析發(fā)現(xiàn)工藝存在的問(wèn)題，采取工藝改進(jìn)措施后再次進(jìn)行 模擬，直到鑄造工藝趨向合理。1. 鑄造工藝方案設(shè)計(jì)11鑄造工藝方法的選擇：由于綜合傳動(dòng)箱屬于大 型復(fù)雜薄壁鋁合金鑄件，鑄件最薄的

6、地方為6mm,最厚大的地方為80×110×120，外輪廓尺寸為860×920×510，且最后機(jī)械加工出4個(gè)Ø12 的高壓油道，油管要進(jìn)行壓力試驗(yàn)，試驗(yàn)的壓力為2.22.5 Mpa ，5分鐘不允許滲漏。用砂型重力鑄造難以保證順利充滿和厚大部位不產(chǎn)生疏松，特別是高壓油管處質(zhì)量。低壓鑄造工藝具有金屬液充型平穩(wěn)、鑄件在壓力下結(jié)晶， 生產(chǎn)的鑄件縮松、氣孔、夾雜少的優(yōu)點(diǎn)，因此選用砂型低壓鑄造的工藝方案。在砂型、砂芯鑄件相應(yīng)厚大的地方放置冷鐵調(diào)節(jié)鑄件厚大部位的冷卻速度。12澆注系統(tǒng)位置的選擇：因傳動(dòng)箱的軸瓦處壁厚度為45mm，且軸瓦處是傳動(dòng)箱受力最大的部位，

7、所以對(duì)此處的組織要求高，不允許有縮松、氣孔等鑄造缺陷，為了使得鑄件實(shí)現(xiàn)順序凝固且保證軸瓦處的力學(xué)性能，在幾處軸瓦處共設(shè)6道內(nèi)澆口，通過(guò)厚大內(nèi)澆口在壓力下對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)縮。2. 三維建模21鑄件的三維建模：采用Pro-E軟件對(duì)鑄件進(jìn)行三維建模，并在鑄件的基礎(chǔ)上加澆注系統(tǒng)。圖1 加澆注系統(tǒng)鑄件三維模型22冷鐵的三維建模：由 于在工藝模擬時(shí)冷鐵屬于另外的實(shí)體附在鑄件上，要求冷鐵與鑄件間面貼合。由于鑄件的一些地方是不規(guī)則的曲面所以冷鐵的形狀也為不規(guī)則曲面形狀即為隨形冷 鐵，同時(shí)由于鑄件的熱節(jié)不連續(xù)相互間孤立、分散，所以冷鐵也分散分布，相互間不相連，而在工藝模擬時(shí)要求同種材料的冷鐵組合成一個(gè)整體，生成一個(gè)S

8、TL文 件。加澆注系統(tǒng)鑄件三維模型如圖1所視；加澆注系統(tǒng)、冷鐵的鑄件三維模型如圖2所視：圖2 加澆注系統(tǒng)、冷鐵的鑄件三維模型3. 工藝模擬及工藝優(yōu)化的工作流程圖（圖3）圖3 鑄件澆注工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化流程圖31前處理：本次模擬時(shí)，鑄件、鑄型及冷鐵網(wǎng)格剖分的網(wǎng)格尺寸為5mm×5mm×5mm，共剖分網(wǎng)格6351545個(gè)。32凝固過(guò)程模擬：按工藝要求添加低壓鑄造相應(yīng)的工藝參數(shù)。參數(shù)設(shè)置如下： 鑄件材料為ZL101A.砂型為樹(shù)脂砂。冷鐵的材料為HT250。澆注溫度為700。保壓壓力為0.065MPa，保壓時(shí)間1500秒。通過(guò)凝 固過(guò)程、溫度場(chǎng)及縮孔、縮松的判定可以看到鑄件有8處存在縮孔，

9、其中在80×110×220處存在嚴(yán)重縮孔缺陷。從溫度場(chǎng)、凝固過(guò)程及冷卻速度的分析可以 清晰看到熱節(jié)周?chē)臏囟冗h(yuǎn)低于熱節(jié)區(qū)的溫度（在溫度場(chǎng)狀態(tài)圖中標(biāo)示位置），早于熱節(jié)凝固，使得熱節(jié)最后凝固形成縮孔。如下圖4-9所示。通過(guò)此次模擬可以 看出先前制定的工藝存在問(wèn)題。圖4 凝固分?jǐn)?shù)為30%時(shí)的溫度情況圖圖5 凝固分?jǐn)?shù)為60%時(shí)的溫度情況圖圖6 凝固分?jǐn)?shù)為85%時(shí)的溫度情況圖圖7 凝固分?jǐn)?shù)為100%時(shí)的溫度情況圖圖8 凝固過(guò)程狀態(tài)結(jié)果圖圖9 鑄件縮孔位置圖4. 鑄造工藝的改進(jìn)：針 對(duì)工藝模擬結(jié)果，對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn)，具體改進(jìn)如下：在80×110×220處放置大的暗冒口

10、，對(duì)此處進(jìn)行補(bǔ)縮。80×110×220處的Ø60孔處放置 內(nèi)冷鐵。在其它7處有縮孔處放置相應(yīng)冷鐵，并調(diào)整附近其它冷鐵的布置。工藝改進(jìn)后再次進(jìn)行模擬。通過(guò)模擬結(jié)果的溫度場(chǎng)、凝固過(guò)程及縮孔、縮松的判定可以 看出鑄件在80×110×220處得到了冒口有效的補(bǔ)縮，縮孔明顯移入冒口內(nèi)。其它幾處有缺陷的地方，也可以看出通過(guò)冷鐵的添加與調(diào)整大大地減小了縮孔、 縮松現(xiàn)象。達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。如圖10-13所示：圖10 改進(jìn)工藝后加澆注系統(tǒng)與冷鐵的三維模型圖11 凝固過(guò)程溫度情況狀態(tài)圖圖12 改進(jìn)工藝后凝固過(guò)程狀態(tài)圖圖13 改進(jìn)工藝后縮孔位置圖5. 結(jié)果與分析：使

11、用CASTSOFT軟件可以有效地預(yù)測(cè)出工藝設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，能夠預(yù)測(cè)出鑄件可能存在的鑄造缺陷，并根據(jù)此模擬結(jié)果改進(jìn)、優(yōu)化鑄造工藝。利用三維建模軟 件可以很方便地進(jìn)行澆注系統(tǒng)、冷鐵等改進(jìn)，同時(shí)利用CASTSOFT軟件可以對(duì)鑄造工藝參數(shù)如：澆注溫度、充型時(shí)間、保壓壓力、保壓時(shí)間等的改進(jìn)，改進(jìn)后 再次進(jìn)行模擬，經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)直到消除鑄造缺陷。這對(duì)于大型復(fù)雜鑄件有很重要的意義，它可以減少工藝試驗(yàn)的次數(shù)，甚至可以取消工藝試驗(yàn)，保證鑄件一次試制成 功。從而大大縮短新產(chǎn)品的試制周期，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。依據(jù)此次模擬結(jié)果制定的工藝用于生產(chǎn)后，效果良好，前后共鑄造10臺(tái)份傳動(dòng)箱，鑄件在機(jī)械加工后沒(méi) 有發(fā)現(xiàn)鑄造缺陷，

12、加工后的高壓油道在進(jìn)行2.5MPa的高壓試驗(yàn)時(shí)未發(fā)生滲漏現(xiàn)象。能夠滿足設(shè)計(jì)要求，從而也驗(yàn)證工藝模擬的有效性。6結(jié)語(yǔ)：通 過(guò)此次模擬可以總結(jié)出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)低壓鑄造很適合大型復(fù)雜薄壁鑄件的鑄造，它不但可以保證薄壁處的順利充型，也可以通過(guò)內(nèi)澆口在壓力下對(duì)鑄件厚大部位進(jìn) 行補(bǔ)縮。同時(shí)鑄件是至下而上充型，所以充型平穩(wěn)，不會(huì)產(chǎn)生二次造渣現(xiàn)象使用砂型、砂芯內(nèi)附冷鐵的工藝可以有效消除鋁合金鑄件的縮松現(xiàn)象，同時(shí)可以大大提 高厚大部位處的力學(xué)性能。對(duì)于特別厚大的地方，由于條件所限不能通過(guò)澆注系統(tǒng)補(bǔ)縮，采用冷鐵也不能徹底消除鑄造缺陷時(shí)，必須采用暗冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，因低壓 鑄造所用的冒口為暗冒口，所以冒口的尺寸要適當(dāng)加大。作者：陳日軍:男,1973年生,山西省大同縣人,1996年畢業(yè) 于華北工學(xué)院鑄造工藝與設(shè)備專業(yè),并獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位,同年7月分配到中國(guó)北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所從事鑄造工藝設(shè)計(jì)與研究，近幾年主要從事大型鋁合金鑄件的低壓鑄 造工藝設(shè)計(jì)與研究如發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱體缸蓋及大型傳動(dòng)箱箱體等鋁合金鑄件的低壓鑄造工藝設(shè)計(jì)工程師宋彬：北京北方恒利科技發(fā)展有限公司工作，從事鑄造數(shù)值化模擬技術(shù)相關(guān)工作。電話E-mail:hlbj。參考文獻(xiàn)1 李慶春 鑄件形成理論基礎(chǔ) 機(jī)械工業(yè)出版社 1982年1月