铸造工艺设计及模拟castsoft技术在大型采矿设备铸件生产中的应用

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1、铸造工艺设计及模拟CASTsoftCAD/CAE技术在大型采矿设备铸件生产中的应用北京北方恒利科技发展有限公司（100089）宋彬摘要：利用北京北方恒利科技发展有限公司开发的铸造模拟软件CAStsoftCAD/CAE对煤机设备铸件的凝固过程和充型过程进行模拟。通过对凝固过程的温度场和铸造缺陷的分析，依据分析结果对工艺进行改进,最后设计出合理的铸造工艺。铸造过程计算机模拟可以减少或取消新产品的工艺实验，能够有效地避免可能出现的铸造缺陷，保证工艺的可靠性，缩短新产品的试制周期。关键词：铸造模拟凝固过程温度场煤机设备铸件中图分类号：文献标识码：A传统的铸造工艺设计方法往往依赖于直觉经验，在铸

2、件结构较为简单和铸造类似铸件时，经验可能起到一定的作用；在浇铸大型、复杂铸件且无相关经验时，只能通过反复工艺实验来确定工艺；当工艺存在重大失误时，可能使得工艺方案被彻底推翻。通过工艺反复实验来确定工艺的方法，可能导致先前制作的模具报废，对于大型铸件来说模具费用会相当高，这会造成重大经济损失，同时严重影响新产品的试制，延长新产品的试制周期。近年来铸造过程计算机模拟技术得到飞速发展，使得通过铸造模拟来确定铸造工艺成为可能，铸造过程计算机模拟可以减少或取消新产品的工艺实验，能够有效地避免可能出现的铸造缺陷，保证工艺的可靠性，缩短新产品的试制周期。本次分析采用的软件是北京北方恒利科技发展有限公

3、司的CASTsoftCAD/CAE软件。通过模拟分析发现工艺存在的问题，采取工艺改进措施后再次进行模拟，直到铸造工艺趋向合理。1.铸造工艺方案设计1．1铸造工艺方法的选择：由于铲板（材料：ZG30CrMo）属于煤矿设备关键铸钢件，结构虽然比较简单，但厚薄不均，热节位置较多，产品工作环境恶劣，质量要求较高，外轮廓尺寸为1932×430×380，铸件毛坯在机加工和去应力处理后要进行组焊、装机，铸件的零件表面质量，内部质量和配合尺寸要求较高。为保证顺利充满和厚大部位不产生疏松，特别保证在焊接处和装配位置处的质量和尺寸，通过浇注系统设计和浇注时间的控制减少和避免气孔和渣孔产生，通过造型、涂料及

4、浇注温度等方式保证表面质量，考虑铲板质量、批量的要求，结合我厂铸造现场生产能力，最后选用砂型重力铸造和改性水玻璃砂工艺的工艺方案。铸型选用：改性水玻璃砂，型芯选用：水玻璃砂，浇注温度：1600℃，冒口套：保温材料。1．2浇注系统位置的选择：铲板（材料：ZG30CrMo）长度方向是装配配合位置、铲板工作位置为最长方向法向及铲板前端和各加强筋根部组织要求高，不允许有缩松、气孔等铸造缺陷，为了使得铸件实现顺序凝固且保证工作位置的力学性能。满足要求的工艺分型有几种，通过铸造工艺设计软件及工艺模拟软件确定。2.三维建模2．1铸件的三维建模：采用Pro-E软件对铸件进行三维建模，先将铸件毛坯输出，

5、进行铸造工艺设计确定分型面，铸件摆放位置，确定工艺布置，冒口大小，浇注系统大小；再通过铸造工艺模拟软件进行铸造过程模拟，最后确定可行浇注工艺方案。2．2铸件毛坯、浇注系统、冒口系统、冒口套的三维建模：由于在工艺模拟时，铸件毛坯、浇注系统、冒口系统、冒口套属于工艺装配体部件且各部件材料及属性都不一样，三维建模保证建模工艺部件与实际生产工艺部件的位置、大小一致，要求铸件毛坯、浇注系统、冒口系统、冒口套间面贴合。由于铸件的一些地方是不规则的曲面所以铸件毛坯、浇注系统、冒口系统、冒口套的形状也为不规则曲面形状即为随形铸件毛坯、浇注系统、冒口系统、冒口套，同时由于铸件毛坯、浇注系统、冒口系统、冒

6、口套不连续相互间孤立、分散，所以在建模时也应分散分布，相互间不相连，而在工艺模拟时要求同种材料工艺部件组合成一个整体，生成一个STL文件。铸件毛坯三维模型如图1所视；铸件毛坯、浇注系统、冒口系统、冒口套的工艺三维模型如图2所视：图2铸件毛坯、浇注系统、冒口系统、冒口套三维模型图1铸件毛坯3.工艺模拟及工艺优化的工作流程图（图3）图3铸件浇注工艺设计优化流程图3．1工艺确定步骤步骤1：采用CASTsoftCAD铸造工艺设计模块进行工艺热节计算，确定冒口位置和冒口大小，确定铸件工艺布局，确定浇注系统。步骤2：采用CASTsoftCAE铸造工艺模拟模块进行铸造过程模拟，通过对铸造充型过程、凝

7、固过程进行模拟及缺陷分析，最后得到可行的铸造方案。3.1.1前处理：本次模拟时，铸件毛坯进行网格剖分的网格尺寸为4mm×4mm×4mm，共剖分网格1000万单元。3．2铸造模型构建及模拟计算：按工艺要求添加砂型重力铸造相应的工艺参数。参数设置如下：铸件材料：ZG30CrMo，铸型材料：改性水玻璃砂，型芯选用：水玻璃砂，浇注温度：1600℃，冒口套：保温棉。3．3铸造工艺设计及铸造工艺方案初定通过对铸件毛坯不同布局工艺热节位置的确定，分析选择便于