師素粉，鄭端

鑄造CAE模擬技術(shù)利用計算機技術(shù)的綜合運算，優(yōu)化傳統(tǒng)鑄造工藝，降低產(chǎn)品的成本，提高鑄造企業(yè)的競爭力。本文以鑄造CAE模擬軟件ProCAST為工具，以我公司的典型熔模鑄件——襯套為實例，來介紹鑄造模擬軟件在鑄造工藝改進中的應(yīng)用。

1.襯套鑄件的工藝特點

襯套鑄件為航空產(chǎn)品，鑄件結(jié)構(gòu)及原工藝方案如圖1所示。鑄件結(jié)構(gòu)簡單，但表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量要求都較高。100%進行磁粉和X射線無損檢測，并按HB5430—1989標準Ⅲ類驗收。其工藝參數(shù)如下：

（1）材質(zhì)與特性 該襯套零件的材質(zhì)為 ZG0Cr16Ni4NbCu3，液相線溫度1456℃，固相線溫度1350℃。

（2）型殼材料 硅酸乙酯水解液(18%SiO2)+上店粉+上店砂，型殼厚度6mm左右。

（3）工藝參數(shù) 澆注溫度1580～1620℃，澆注時間在4～5s，空氣中澆注，自然冷卻。

（4）預(yù)熱溫度 模殼的預(yù)熱溫度選擇950℃。

（5）造型方式 填砂造型。

2.襯套原工藝模擬結(jié)果

襯套鑄件原工藝模擬結(jié)果如圖2所示。

圖1 襯套鑄件原工藝方案

圖2 原工藝的充型凝固過程溫度場

從圖2可以看出，澆注過程金屬液的流動規(guī)律是：金屬液先進入直澆道、橫澆道，再通過6個內(nèi)澆口自上而下進入型腔，直至充滿整個鑄型。由于上述充型特性，使內(nèi)澆口下面（藍圈標識處）成為熱量集中的地方。鑄件凝固過程主體部分溫度是自下而上依次升高，符合自下而上的順序凝固方式，但在內(nèi)澆口下部局部出現(xiàn)溫度最高處，甚至高于內(nèi)澆口的溫度，使得澆注系統(tǒng)無法對此處進行補縮，此處極易出現(xiàn)縮孔、縮松缺陷。

圖3所示黃圈標識處為ProCAST軟件預(yù)測出的縮松、縮孔發(fā)生位置，與圖2中標識處位置基本相同，也與實際生產(chǎn)結(jié)果一致。實際生產(chǎn)中，由于內(nèi)澆口下面局部縮松缺陷導致鑄件合格率僅為40%左右。

3.襯套鑄件改進后工藝模擬結(jié)果

為了改善充型凝固過程中溫度場的變化情況，使其能夠?qū)崿F(xiàn)順序凝固，改進后的工藝方案如圖4所示，內(nèi)澆口的數(shù)量由6個減少為5個，而內(nèi)澆口的截面積由270mm2增加到450mm2。

由圖5工藝改進后鑄件凝固過程中溫度場的變化情況可以看出，鑄件主體部分溫度是自下而上依次升高，溫度最高部位出現(xiàn)在澆注系統(tǒng)內(nèi)，完全符合自下而上的順序凝固方式，澆注系統(tǒng)可以對鑄件進行很好的補縮，基本上消除了可能產(chǎn)生縮孔、縮松的隱患。

圖6所示為工藝改進后ProCAST軟件預(yù)測出的縮松、縮孔發(fā)生位置，全部在澆注系統(tǒng)內(nèi)，與圖5結(jié)果一致。

4.結(jié)語

通過計算機仿真模擬技術(shù)的應(yīng)用可以直接觀察到整個充型凝固過程，從而輔助工藝人員進行工藝設(shè)計及優(yōu)化，不僅為企業(yè)解決了難題，而且與傳統(tǒng)的“試錯法”相比有效控制了生產(chǎn)成本，省去了大量的試驗和檢測，提高了鑄件質(zhì)量，為正常的生產(chǎn)提供了堅實的保證，其工藝模擬仿真技術(shù)必將成為鑄造生產(chǎn)的重要組成部分。

圖3 原工藝模擬結(jié)果

圖4 改進后工藝方案

圖5 改進后工藝溫度場

圖6 改進后工藝模擬結(jié)果