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        基于CAE模擬柴油機飛輪鑄件分割設(shè)計相結(jié)合的鑄造工藝研究

        2018-10-20 02:50:24劉延坪嚴(yán)江波趙小華
        中國鑄造裝備與技術(shù) 2018年5期
        關(guān)鍵詞:充型冒口鐵水

        李 磊 ,劉延坪,王 斌 ,嚴(yán)江波,趙小華 ,田 英

        (1.陜西柴油機重工有限公司,陜西興平 713105 2.中船重工第12研究所,陜西興平 713105)

        近年來,國內(nèi)各大鑄造企業(yè)廣泛采用數(shù)值分析模擬鑄件充型和凝固過程,不僅可提高企業(yè)生產(chǎn)效率,縮短調(diào)試生產(chǎn)周期,更能為獲得高質(zhì)量合格鑄件提供參考依據(jù)。朱勇等[1]利用數(shù)值模擬分析軟件對進氣管砂型鑄造工藝進行了分析,并結(jié)合結(jié)果給出了優(yōu)化及預(yù)防措施。

        本研究以本單位生產(chǎn)的飛輪低沖球鐵鑄件為依托,以ProCAST[2,3]仿真軟件為工具,采用分割鑄件的設(shè)計思路進行鑄造工藝的設(shè)計。

        1 鑄件結(jié)構(gòu)分析及鑄造工藝參數(shù)設(shè)計方案

        圖1 鑄件結(jié)構(gòu)示意圖

        圖2 鑄件工藝設(shè)計分割示意圖

        如圖1所示,鑄件材質(zhì)為QT450-12,最大輪廓尺寸R473mm。從圖中可分析:鑄件可分割為3個單元:外圈、內(nèi)圈和筋板,因筋板的壁厚尺寸較內(nèi)外圈薄,所以在工藝設(shè)計中可考慮為激冷筋,因此鑄件主要組成部分為外圈和內(nèi)圈兩個單元。根據(jù)鑄件的結(jié)構(gòu)特點分析采用底注式澆注系統(tǒng),鑄件澆道各部分比例按照∑F直:∑F橫:∑F內(nèi)=4:8:3半封閉式設(shè)計[4];根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點分割形式如圖2所示,被分割后的各部分鑄件采用冒口與冷鐵相配合的方式可實現(xiàn)順序凝固。

        2 鑄件數(shù)值模擬分析

        2.1 充型-流場分析

        圖3是鑄件的充型示意圖。如圖3a所示,當(dāng)充型率10%,充型時間1.2s時,在充型初期,直澆道和橫澆道快速被充滿,這種狀態(tài)下可避免外部氣體的侵入,防止產(chǎn)生氣體類缺陷,證明澆注系統(tǒng)比例設(shè)計合理;如圖3b所示,當(dāng)充型率40%,充型時間4.3s時,鐵水均勻上升,經(jīng)計算鐵水液面上升流速≤0.46m/s,說明整個型腔鐵水充填過程平穩(wěn),避免紊流等現(xiàn)象發(fā)生。

        2.2 凝固-溫度場分析

        圖3 鑄件充型圖

        圖4 鑄件凝固過程示意圖

        圖5 鑄件縮松預(yù)測圖和解剖圖

        如圖4所示,當(dāng)鑄件的固相率為40%時,很清楚的看到凝固順序向冒口處集中,各單元凝固及補縮按順序進行;隨著固相率為80%時,鑄件已經(jīng)凝固到接近全固態(tài),冒口處于最終凝固階段,實現(xiàn)了鑄件的順序凝固。

        2.3 鑄件縮松預(yù)測及生產(chǎn)驗證

        圖5中顯示了鑄件的模擬預(yù)測缺陷分布,從圖中可以看出:澆注系統(tǒng)及冒口與冷鐵的合理布置,使縮松缺陷最終集中到冒口與澆道中,鑄件本身得到了合理的補縮,鑄件的致密度達到了99%以上。按照上述工藝設(shè)計方案進行實際生產(chǎn),并進行實物解剖驗證,如圖5所示,最終確定:本澆注工藝設(shè)計合理,參數(shù)設(shè)計準(zhǔn)確,能夠獲得高質(zhì)量鑄件。

        3 總結(jié)

        運用ProCAST軟件分析鑄件的流場及溫度場,可快速預(yù)測工藝設(shè)計的合理性與準(zhǔn)確性;通過合理的分割鑄件設(shè)計澆注工藝,采取各部分單元進行參數(shù)設(shè)計的思路可以得到致密度合格的鑄件,極大提高了企業(yè)生產(chǎn)效率。

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