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基于ProCAST的衬套熔模铸造工艺改进

2014-09-25   金属加工热加工第15期作者:师素粉,郑端

  铸造CAE模拟技术利用计算机技术的综合运算,优化传统铸造工艺,降低产品的成本,提高铸造企业的竞争力。本文以铸造CAE模拟软件ProCAST为工具,以我公司的典型熔模铸件——衬套为实例,来介绍铸造模拟软件在铸造工艺改进中的应用。
  1.衬套铸件的工艺特点
  衬套铸件为航空产品,铸件结构及原工艺方案如图1所示。铸件结构简单,但表面质量和内部质量要求都较高。100%进行磁粉和X射线无损检测,并按HB5430—1989标准Ⅲ类验收。其工艺参数如下:

图1 衬套铸件原工艺方案
  (1)材质与特性该衬套零件的材质为ZG0Cr16Ni4NbCu3,液相线温度1456℃,固相线温度1350℃。
  (2)型壳材料硅酸乙酯水解液(18%SiO2)+上店粉+上店砂,型壳厚度6mm左右。
  (3)工艺参数浇注温度1580~1620℃,浇注时间在4~5s,空气中浇注,自然冷却。
  (4)预热温度模壳的预热温度选择950℃。
  (5)造型方式填砂造型。
  2.衬套原工艺模拟结果
  衬套铸件原工艺模拟结果如图2所示。

(a)t=1.53s                            (b)t=23.80s                (c)t=100.65s
图2 原工艺的充型凝固过程温度场
  从图2可以看出,浇注过程金属液的流动规律是:金属液先进入直浇道、横浇道,再通过6个内浇口自上而下进入型腔,直至充满整个铸型。由于上述充型特性,使内浇口下面(蓝圈标识处)成为热量集中的地方。铸件凝固过程主体部分温度是自下而上依次升高,符合自下而上的顺序凝固方式,但在内浇口下部局部出现温度最高处,甚至高于内浇口的温度,使得浇注系统无法对此处进行补缩,此处极易出现缩孔、缩松缺陷。
  图3所示黄圈标识处为ProCAST软件预测出的缩松、缩孔发生位置,与图2中标识处位置基本相同,也与实际生产结果一致。实际生产中,由于内浇口下面局部缩松缺陷导致铸件合格率仅为40%左右。

图3 原工艺模拟结果
  3.衬套铸件改进后工艺模拟结果
  为了改善充型凝固过程中温度场的变化情况,使其能够实现顺序凝固,改进后的工艺方案如图4所示,内浇口的数量由6个减少为5个,而内浇口的截面积由270mm2增加到450mm2
  由图5工艺改进后铸件凝固过程中温度场的变化情况可以看出,铸件主体部分温度是自下而上依次升高,温度最高部位出现在浇注系统内,完全符合自下而上的顺序凝固方式,浇注系统可以对铸件进行很好的补缩,基本上消除了可能产生缩孔、缩松的隐患。

图4 改进后工艺方案                       (a)t=30.56s                         (b)t=50.05s
          图5  改进后工艺温度场
  图6所示为工艺改进后ProCAST软件预测出的缩松、缩孔发生位置,全部在浇注系统内,与图5结果一致。

图6 改进后工艺模拟结果
  4.结语
  通过计算机仿真模拟技术的应用可以直接观察到整个充型凝固过程,从而辅助工艺人员进行工艺设计及优化,不仅为企业解决了难题,而且与传统的“试错法”相比有效控制了生产成本,省去了大量的试验和检测,提高了铸件质量,为正常的生产提供了坚实的保证,其工艺模拟仿真技术必将成为铸造生产的重要组成部分。
  作者简介:师素粉,庆安集团有限公司,工程师,主要研究方向为铸造工艺及数字化相关技术。
  郑端,西安外事学院。

关键词:ProCAST,衬套铸件,航空, | 作者 :

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