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裝配部件的一個關鍵零件。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。搖臂殼體鑄件結構如圖1,材料為ZG25Mn2,質量為11.2t,基本尺寸外形為3956mm×1200mm×1734mm。
圖1 搖臂殼體實體圖
在鑄造過程中容易出現(xiàn)縮松、縮孔等缺陷,導致鑄件的致密度不高。如何消除縮松、縮孔等鑄造缺陷,改進表面質量,提高鑄件的收得率是搖臂殼體生產(chǎn)面臨的主要問題。
應用MAGMA模擬軟件,對設計的生產(chǎn)工藝方案進行了凝固模擬分析,并與實際出現(xiàn)的缺陷進行比較,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個小冒口,并適當?shù)脑黾用翱谠鋈?,增強補縮效果。采用兩層澆道,開放式澆注。
應用MAGMA模擬軟件,對該方案進行數(shù)值模擬分析。
工藝采用Solidwork軟件進行三維造型,應用MAGMA模擬軟件進行前處理、網(wǎng)格劃分、模擬參數(shù)的設定、模擬過程、后處理。
首先需要在Project中新建一個文件名,在此文件名下進入PreProcessor,設計好模型后采用有限差分法對鑄件模型進行網(wǎng)格的劃分。網(wǎng)格劃分后的模型應盡量與實際模型相符,以確保實驗結果的準確性。網(wǎng)格劃分完成后進行模擬參數(shù)的設定,包括材料定義(需設計鑄件、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所示在不同凝固時刻t下鑄件液相分布的模擬結果??梢?,隨著凝固過程的推進,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,縮孔無法滿足技術要求。
圖3 不同時刻的模擬結果圖
基于上述模擬結果,對工藝進行改進,適當?shù)脑黾幽承┭a貼的厚度,位置,并結合使用掛砂外冷鐵,加強底部冷卻,同時改變兩個冒口的位置和大小。
如圖4所示,相比較原方案,改進方案的縮松,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?shù)母淖兠翱诘拇笮?,提高了工藝收得率。該工藝改進措施對實際鑄件工藝設計有輔助作用。
圖4 改進工藝后的模擬效果及實際生產(chǎn)的鑄件
1)利用MAGMA模擬軟件可預測鑄件缺陷位置,判定鑄造工藝方案的合理性和經(jīng)濟性,有效地縮短了試生產(chǎn)周期,降低了生產(chǎn)成本。
2)結合模擬結果,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行驗證。最終的工藝方案應用到實際生產(chǎn)中,提高了工藝收得率,對實際鑄件工藝設計有很好的輔助作用。
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