基于ProCAST的铜斜楔铸件的铸造工艺优化.pdf

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1、生产技术ProductionTechniques基于ProCAST的铜斜楔铸件的铸造工艺优化范晓明1，袁德裕1，杨彦芳2，熊映1，程小奇1(1．武汉理工大学，湖北武汉430070：2．武汉钢铁重工集团有限公司，湖北武汉430083)摘要：在分析铜斜楔铸件的原砂型铸造工艺的基础上，根据铜斜楔铸件的结构特点，提出了改进工艺方案，并采用ProCAST凝固模拟软件进行了分析。模拟结果及试生产表明，采用一型两件无冷铁工艺生产铜斜楔铸件的工艺简单，成品率高，铸件质量优良。关键词：铜斜楔；ProCAST模拟软件；工艺设计中图分类号：T

2、G244；文献标识码：A；文章编号：1006—9658(2016)03—0048—04DOI：10．3969，1．1ssn．1006—9658．2016．03．015某公司在生产铜斜楔铸件时经常出现铸件缩孑L缺陷，需要大量焊补工作，不仅严重影响了铸件质量，而且增加了生产成本和交货周期。根据该铸件的特点，拟通过改进工艺方案并采用ProCAST凝固模拟软件进行工艺优化¨'21，为生产实践提供参考。1铜斜楔铸件的结构特点和技术要求图1是铜斜楔的三维模型图。其形状扁长，厚度不均匀。最大长度为2280mm，宽度为120mm，高度最

3、大值为90mm，最小值为15mm，中间凸起的部分距边22．5mm。凸起的形状如楔形，凸起上有孔。化学成分要求为8．O％～11．0％Al、4．0％～6．0％Fe、4．0％一6．0％Ni、其他合金元素1．2％，余为cu。技术要求斜楔件表面平整，整体没有弯曲，外部无明显缺陷。铸件内部无收缩大于10％的孔洞，质地致密。崎≮艇迪哒邋鞑崴2铜斜楔铸件的铸造工艺方案模拟分析及优化2．1原铸造工艺方案分析收稿日期：2016一01—23稿件编号：160l一1234作者简介：范晓明(1963一)，男，副教授，主要从事铸造合金与1j艺的开发研

4、究．由于铜斜楔是扁长状的铸件，若每箱生产一件，铸件的凝固收缩将使斜楔容易发生弯曲变形，从而让最大面变成曲面，导致铸件报废，而且工艺出品率也较低。基于厂方生产条件，原砂型铸造工艺方案中采用了一型三件，然后锯切机加工。由于斜楔处较厚，造型时在一面安放冷铁。对于铜斜楔结构中的20个直径小于40mm的圆孔均不铸出【3】。铜斜楔铸件的材质为cuAll0Fe5Ni5，属于结构简单的中小型铸件，其铸造收缩率定为2％。加工面留有一定机械加工余量。根据铜合金铸件生产要求及特点，原始工艺中采用了底部注入开放式浇注系统，即，盲

5、，直=15cm‘，，横=18cm2，，内=22cm2。浇注系统设置6个内浇道，每个内浇道与铸件的凸起部分接触，保证铸件每个凸起部分充型时的温度接近，金属液流动平稳，有利于型腔内气体的排出，为了造型简单，采用上部一个整体顶冒口，如图2示。幽2腺力‘集三维图由于该厂采用中频炉熔炼，车间配有真空除气罐，按技术要求使用优质原材料，故铜斜楔铸件生产中材质基本得到保证，铸件所存在的主要问题是缩孑L，有时一型三件仅仅底部的一件稍好，需要大量焊补。显然，原始铸造工艺的基本思路是正确的，不妥之处主要在于冒口设计和设置不太合理，导致48oF

6、MT中国铸造装备与技术3／2016ProduclIonTechniques生产技术铸件补缩不到位；冷铁的材质和大小的选择也可能存在问题。2．2改进铸造工艺方案及模拟分析2．2．1改进铸造工艺方案由于该铜斜楔件斜楔部分较厚，而平板部分较薄，一型多件上部整体冒口不利斜楔部分的补缩。因此，确定只在斜楔部分设置分散冒口，且适当加厚，以实现对斜楔部位的有效补缩。通过丁艺分析，按冒口设计原则重新设计了一型两件(方案I)和一型i件(方案Ⅱ)两种铸造工艺方案，并对每种方案加冷铁或不加冷铁的凝固效果进行了对比模拟分析。方案I。斜楔竖直放置

7、，采用原方案的底注式浇注系统，一型两件，斜楔的凸起放置在远离浇注系统的一侧(见图3．a)。铸件中凸起的部分连接在一起，在其上方放置冒口【4】，在斜楔凸起处再往外延伸，高度100mm(见图3．b)。冷铁放置在斜楔凸起部位，扁平处不加冷铁。方案Ⅱ。基本同方案I，差别只是一型三件(见图4)。剽3厅案图4方案Ⅱ2．2．2砂型铸造铜斜楔铸件模拟的前处理首先，进行j维实体造型及网格划分。即在Pro／E中完成铜斜楔铸件、浇注系统和铸型的三维立体模型建模，装配以及进行三角形面网格划分，导出+．ans文件。运行MeshCAST，设置1一作

8、目录，在MeshcAST中载人上述文件。然后，设定模拟参数，确定初始条件及边界条件。在ProcAST中，可以直接在软件的热力学数据库中读取合金在不同温度下对应的热物性参数值。铜斜楔采用的是重力铸造，设定其浇注温度为1180cc；砂型初始温度为室温；浇注的重力方向根据三维造型时所选取的基准面而定，与速度方向一致。浇口的