張榮芳 孟昭興 朱 英 / 山東協(xié)和學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院

D型承載鞍的工藝工裝設(shè)計(jì)及數(shù)值模擬

張榮芳 孟昭興 朱 英 / 山東協(xié)和學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院

本文主要是對(duì)材質(zhì)為ZG230-450的D型承載鞍進(jìn)行工藝工裝設(shè)計(jì)，應(yīng)用UG軟件畫出三維造型，最后應(yīng)用AnyCasting軟件進(jìn)行工藝模擬，針對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析，修改工藝，得出最合理的工藝設(shè)計(jì)方案。D型承載鞍鑄件，要求具有高強(qiáng)度，高韌性，不允許有砂眼、氣孔、夾砂等缺陷。造型采用樹脂砂，熔煉采用酸性電弧爐進(jìn)行，為保證鑄件質(zhì)量，澆注系統(tǒng)設(shè)為開放式，為保證生產(chǎn)率采用一箱十件澆注，橫澆道向兩端對(duì)稱分支，內(nèi)交道對(duì)稱安放，共十個(gè)。因鑄件的鞍面和頂部是鑄件缺陷的主要集中區(qū)，因此在鑄件頂部安放冒口，提高補(bǔ)縮效率，這樣可以大大提高鑄件出品率，提高了鑄件的質(zhì)量。

鑄造；鑄造工藝設(shè)計(jì)；數(shù)值模擬

引言

D型承載鞍是貨車轉(zhuǎn)向架中的重要鑄件，每臺(tái)車8個(gè)，鑄造公司（鑄鋼廠）的廢品率高達(dá)10～15%（廠外各生產(chǎn)廠廢品率為8～12%）。好多都需要進(jìn)行外購。這樣就大大增加了成本，為了解決D型承載鞍產(chǎn)量低的問題，對(duì)改進(jìn)承載鞍的鑄造工藝，提高其生產(chǎn)率就顯得迫在眉睫。

而此次的D型承載鞍工藝工裝設(shè)計(jì)，我們選擇了一箱十件的工藝設(shè)計(jì)，大大的提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)采取冒口進(jìn)行補(bǔ)縮大大提高了補(bǔ)縮效率，使廢品率大大降低。

1.鑄造工藝方案的設(shè)計(jì)

鑄件的輪廓尺寸為：315mmx204mmx160mm，鑄件內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的最高空腔面至導(dǎo)框底面距離為135mm。從整體來看，該產(chǎn)品的外形如馬鞍，內(nèi)部有多處凹腔， 鑄件的平均壁厚為15 mm，體積為2190110 mm3。

根據(jù)D型承載鞍鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及選擇分型面的一般原則，選定鑄件分型面為鑄件最大截面處，其分型面和澆注位置如圖1所示[1]：

圖1 鑄件分型面和澆注位置

造型時(shí)，將上砂箱放在上模底板上然后填砂壓實(shí)，成型后將模底板在砂箱上取出，即可獲得完整的零件上砂箱外形。同樣，將下砂箱放在下模底板上然后填砂壓實(shí)，待成型后將下模版取出，即可獲得完整的零件下砂箱外形。最后，將所需要的砂芯安放在下砂箱內(nèi)部，固定好之后合箱就可以等待澆注了。

根據(jù)D型承載鞍的技術(shù)要求，承載鞍的尺寸公差等級(jí)選為CT10。鑄件尺寸公差是鑄件各部分尺寸允許的極限偏差，它取決于鑄造工藝方法等多種因素。D型承載鞍鑄件的鞍面和其頂面是重要的表面，需要進(jìn)行加工，因此要預(yù)留加工余量。所謂加工余量，是指在鑄件工藝設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先增加的，而后在機(jī)械加工時(shí)又被切去的金屬厚度。須留加工余量的表面有[2]：

(1) 鑄件的鞍面部分，加工余量為3mm；

(2) 鑄件承受載荷的頂面，加工余量為3mm。

2.充型及凝固過程數(shù)值模擬

鑄件澆注充型過程中，伴隨著熱量的散失、溫度的降低。顯示溫度場(chǎng)時(shí)，采用色溫映射的方式，即利用OpenGL技術(shù)對(duì)充型過程中的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)的動(dòng)態(tài)顯示。如圖2所示為充型順序及溫度場(chǎng)分布[3]。

圖2 充型順序及溫度場(chǎng)分布

從充型過程溫度分布來看，鑄件在整個(gè)充型過程中的溫度分布基本上是縱向下部溫度低，上部溫度高，橫向則是中心溫度高，邊緣溫度低。充型過程中溫度變化較小，充型完成時(shí)溫度分布較為均勻。

3.結(jié)論

D型承載鞍的工藝與工裝設(shè)計(jì)及使用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，優(yōu)化工藝提高生產(chǎn)率，使用UG造型、應(yīng)用AnyCasting軟件進(jìn)行鑄造過程模擬分析。主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：鑄件澆注位置的確定、分型面的選擇、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)明顯地防止和消除鑄件縮孔、縮松、夾渣、裂紋及滲漏等缺陷。該工藝同時(shí)在節(jié)約原材料和能源等方面具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

[1]王新節(jié).貨車轉(zhuǎn)向架的承載鞍鑄鋼件消失模工藝.期刊（2010）1001-4977 59～63.

[2]姜彬.UG壓鑄模具設(shè)計(jì)入門與提高.北京：電子工業(yè)出版社，2008.5 ：2 ～ 5.

[3]R. Stoehr. Simulation in the Design of Sand Casting Proceedings of Modelling Casting and Welding Proceses. Rindge, Nwe Hampshire,USA,1980: 3～18.