曹菊艷，李志翔

高錳鋼鑄件的致密性是影響其耐磨性和使用壽命的重要因素，因此鑄造工藝的設(shè)計(jì)應(yīng)力求保證鑄件無縮孔、縮松，特別是鑄件磨損部位更為重要。針對我廠高錳鋼生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)，與西安理工大學(xué)共同開發(fā)了高錳鋼凝固模擬軟件，通過凝固模擬來指導(dǎo)高錳鋼的鑄造工藝設(shè)計(jì)。

一、控制過程

1.軟件開發(fā)

模擬軟件主要包括三個模塊：前處理、模擬計(jì)算、后處理。其中，前處理模塊要實(shí)現(xiàn)的主要功能有對鑄件三維形狀的顯示、旋轉(zhuǎn)、縮放、平移、材質(zhì)選擇和光照渲染，并用基于STL實(shí)體模型的網(wǎng)格自動剖分方法對鑄件模型進(jìn)行網(wǎng)格自動剖分；模擬計(jì)算模塊主要功能是在前處理的基礎(chǔ)上通過各種參數(shù)的輸入對鑄件凝固過程的溫度場進(jìn)行模擬計(jì)算；后處理模塊的主要功能是將模擬計(jì)算的結(jié)果直觀地顯示出來，主要是鑄件在不同凝固時刻溫度場的顯示。

2.對軋臼壁鑄件的凝固溫度場模擬及分析

（1）高錳鋼熱物性參數(shù)的處理 該軋臼壁用材質(zhì)為高錳鋼ZGMn13－1，其常溫密度為7.930g/cm3，在1460℃時的密度為7.050g/cm3，液相線溫度為1400℃，固相線溫度為1350℃，凝固潛熱為277J/g，其比熱和熱導(dǎo)率在各個溫度范圍值分別見表1、表2。

(2)硅砂熱物性參數(shù)的處理 該鑄件現(xiàn)在采用消失模鑄造工藝鑄造，所采用的干砂種類為硅砂，其密度為1.73g/cm3，其比熱容隨溫度的變化規(guī)律為：

T≤846K時

其熱導(dǎo)率隨溫度的變化規(guī)律為

（3）水玻璃砂熱物性參數(shù)的處理 該鑄件原采用傳統(tǒng)的砂型鑄造工藝，型砂種類為鎂橄欖石砂，其密度為1.83g/cm3，比熱容隨溫度的變化規(guī)律為

其熱導(dǎo)率隨溫度的變化規(guī)律為

（4）冷鐵熱物性參數(shù)的處理 該鑄件采用的冷鐵為灰鑄鐵，密度為7.0g/cm3，其比熱容和熱導(dǎo)率在各個溫度范圍值見表3。

3.軋臼壁溫度場及分析

以上述數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，用開發(fā)的軟件對不考慮澆注系統(tǒng)熱影響的軋臼壁進(jìn)行了模擬。圖1為用SolidWorks2005三維造型軟件為軋臼壁造好的三維模型。

造好型后另存為STL文件。不同凝固時間下的溫度場模擬如圖2所示。

通過上述溫度場模擬可以看出，在不考慮澆注系統(tǒng)熱影響時，先凝固的部分基本上都是靠近型腔外壁的部分，而最后凝固的部位也基本上處于壁厚的部分，特別是耳朵靠近內(nèi)壁處。

二、應(yīng)用效果

先進(jìn)的控制方法，為我們制訂生產(chǎn)高錳鋼產(chǎn)品鑄造工藝提供了最可靠技術(shù)支撐，利用該方法指導(dǎo)生產(chǎn)的高錳鋼產(chǎn)品，在實(shí)際工況條件下獲得了良好的應(yīng)用效果。

圖1 軋臼壁的三維模型

圖2 溫度場凝固模擬

表1 ZGMn13－1比熱容在各溫度范圍的值

表2 ZGMn13－1熱導(dǎo)率在各溫度范圍的值

表3 灰鑄鐵比熱容和熱導(dǎo)率在各溫度范圍的值