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。

1 工藝方案設(shè)計(jì)

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。

2 凝固模擬分析

2.1 凝固模擬方案

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)。

2.2 模擬結(jié)果和分析

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

3 工藝方案優(yōu)化

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

4 結(jié)論

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。

［1］中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì).鑄造手冊(cè)：第3卷［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

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［3］柳百成.鑄造工程的模擬仿真與質(zhì)量控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

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