李海亮
(太原重工鑄鍛分公司鑄鋼廠,山西 太原 030024)
某搖臂殼體主要用于采煤機(jī)裝配部件的一個(gè)關(guān)鍵零件。該鑄件不但有鑄件致密性和氣密性要求,而且不允許有任何粘砂缺陷。搖臂殼體鑄件結(jié)構(gòu)如圖1,材料為ZG25Mn2,質(zhì)量為11.2t,基本尺寸外形為3956mm×1200mm×1734mm。
圖1 搖臂殼體實(shí)體圖
在鑄造過程中容易出現(xiàn)縮松、縮孔等缺陷,導(dǎo)致鑄件的致密度不高。如何消除縮松、縮孔等鑄造缺陷,改進(jìn)表面質(zhì)量,提高鑄件的收得率是搖臂殼體生產(chǎn)面臨的主要問題。
應(yīng)用MAGMA模擬軟件,對(duì)設(shè)計(jì)的生產(chǎn)工藝方案進(jìn)行了凝固模擬分析,并與實(shí)際出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行比較,確定了搖臂殼體鑄件生產(chǎn)的工藝方案。
鑄件采用重力鑄造,樹脂自硬砂造型,工藝圖如圖2所示。
圖2 搖臂殼體工藝圖
工藝方案采用11個(gè)小冒口,并適當(dāng)?shù)脑黾用翱谠鋈?,增?qiáng)補(bǔ)縮效果。采用兩層澆道,開放式澆注。
應(yīng)用MAGMA模擬軟件,對(duì)該方案進(jìn)行數(shù)值模擬分析。
工藝采用Solidwork軟件進(jìn)行三維造型,應(yīng)用MAGMA模擬軟件進(jìn)行前處理、網(wǎng)格劃分、模擬參數(shù)的設(shè)定、模擬過程、后處理。
首先需要在Project中新建一個(gè)文件名,在此文件名下進(jìn)入PreProcessor,設(shè)計(jì)好模型后采用有限差分法對(duì)鑄件模型進(jìn)行網(wǎng)格的劃分。網(wǎng)格劃分后的模型應(yīng)盡量與實(shí)際模型相符,以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。網(wǎng)格劃分完成后進(jìn)行模擬參數(shù)的設(shè)定,包括材料定義(需設(shè)計(jì)鑄件、冒口、澆注系統(tǒng)等各部分所用的材料、澆注溫度、液相臨界溫度、固相臨界溫度),熱物性參數(shù)。
圖3所示在不同凝固時(shí)刻t下鑄件液相分布的模擬結(jié)果。可見,隨著凝固過程的推進(jìn),鑄件下部產(chǎn)生了2處明顯的孤立液相區(qū),這些區(qū)域容易形成縮松,縮孔。鑄件出現(xiàn)縮松,縮孔無法滿足技術(shù)要求。
圖3 不同時(shí)刻的模擬結(jié)果圖
基于上述模擬結(jié)果,對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn),適當(dāng)?shù)脑黾幽承┭a(bǔ)貼的厚度,位置,并結(jié)合使用掛砂外冷鐵,加強(qiáng)底部冷卻,同時(shí)改變兩個(gè)冒口的位置和大小。
如圖4所示,相比較原方案,改進(jìn)方案的縮松,縮孔顯著減少,特別是鑄件本體中幾乎消除了縮松比例大于25%的單元,適當(dāng)?shù)母淖兠翱诘拇笮?,提高了工藝收得率。該工藝改進(jìn)措施對(duì)實(shí)際鑄件工藝設(shè)計(jì)有輔助作用。
圖4 改進(jìn)工藝后的模擬效果及實(shí)際生產(chǎn)的鑄件
1)利用MAGMA模擬軟件可預(yù)測(cè)鑄件缺陷位置,判定鑄造工藝方案的合理性和經(jīng)濟(jì)性,有效地縮短了試生產(chǎn)周期,降低了生產(chǎn)成本。
2)結(jié)合模擬結(jié)果,分析缺陷產(chǎn)生的部位和原因,優(yōu)化工藝方案并且通過凝固模擬進(jìn)行驗(yàn)證。最終的工藝方案應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中,提高了工藝收得率,對(duì)實(shí)際鑄件工藝設(shè)計(jì)有很好的輔助作用。
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