周運洪，趙海斌，宋虎，涂遠洋

圓柱錠的鑄造工藝如圖1所示，生產中常發(fā)現有鑄造缺陷。隨著計算機軟硬件技術的快速 發(fā)展，使用計算機模擬仿真技術來改造傳統鑄造產業(yè)已成為當前鑄造學科的一個重要發(fā)展方向。將計算機數值模擬技術應用于鑄件的生產，分析缺陷產生的原因，可以降低試制費用，優(yōu)化現有產品的工藝，減少廢品率，縮短產品的研制和生產周期。本文總結了合格爐次各個工藝環(huán)節(jié)中的共性，同時結合數值模擬技術分析了缺陷產生的原因，進而對操作和工藝參數進行改進和調整，從而提高產品合格率，提高生產能力，減少材料損失。

1. 數值模擬技術的應用

由于使用的材料易氧化，所以需要在真空條件下，將金屬液澆注于具有一定溫度梯度的石墨鑄型內，使鑄件自下而上順序凝固。鑄造模擬過程包括三維實體建模，網格劃分，設定材料屬性，設定初始條件和邊界條件，數值計算和模擬結果顯示等步驟。本文以鈦合金圓柱錠鑄件（①②③段鑄后鋸切）作為研究對象，采用ProCAST鑄造模擬軟件模擬鑄件的凝固過程。圖2為鑄件網格剖分結果，圖3和圖4分別為凝固時間4094s時鑄件溫度場以及固相分數的模擬結果?？梢钥闯觯詈蟮哪涛恢迷谥虚g部位，由于不易補縮，所以在該位置會產生縮孔、縮松及夾雜等缺陷，該種工藝未能很好地實現從下到上的順序凝固。產生這種結果的原因可能是因為鑄型的初始溫度較低，金屬液與鑄型的換熱較為劇烈，造成澆注后冷卻過程中鑄件上下兩端同時凝固。

圖1 圓柱錠鑄造示意

2. 鑄件合格率影響因素

（1）坩堝升溫速率對鑄件合格率的影響 坩堝升溫較快，在高溫停留的時間較長，坩堝內的金屬液溫度更均勻，金屬液中夾雜物和氣體聚集長大快，上浮時間長，除氣、除渣更充分。

（2）鑄型溫度對鑄件合格率的影響 鑄型上部在高溫停留時間較長和澆注時保持較高溫度，確保鑄型同一水平面溫度差異較小，保證金屬液的流動性和充型能力。

（3）鑄型溫度梯度對鑄件合格率的影響 鑄型上部較高的溫度梯度有助于鑄件順序凝固。鑄型下部保持較小的溫度梯度有助于鑄件的同時凝固。澆注后較高的溫度梯度變化幅度較大的鑄件容易產生缺陷，這反映鑄件靠近模具的凝固速度較快，從而阻礙上部金屬液對下部凝固收縮的補縮，易形成縮孔。

3. 工藝改進措施

為了實現順序凝固，使最后凝固的位置在冒口位置，生產中根據模擬結果對鑄造工藝進行改進，降低了材料損失，提高了生產效率。

4. 結語

分析了影響鑄件合格率的因素，結合數值模擬技術分析了缺陷產生的可能原因，進而對操作和工藝參數進行改進和調整，從而提高產品合格率，提高生產能力，減少材料損失。