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1、基于Procast的油缸支架铸件工艺分析及优化史东丽1,2王皓1徐贵宝3(1.上海交通大学机械与动力工程学院;2.常州铁道高等职业技术学校;3.南车集团戚墅堰机车车辆工艺研究所)摘要:铸造模拟软件作为一种有效的铸造工艺设计和优化工具,在全球铸造行业中日益得到广泛的应用。针对油缸支架在样品试制过程中发现的缩孔和缩松缺陷,利用Procast软件对其凝固过程进行数值模拟运算,并根据模拟结果对原有的工艺进行了优化。通过X射线探伤和解剖证实模拟结果的准确。关键词:Procast;凝固模拟;工艺优化缩孔是由于高温金属液在型腔内热量不断散失，凝固收缩过程中液体不能有
2、效地从浇注系统和冒口得到补充，而在最后凝固的部位形成孔洞造成的。由于浇冒口补缩不足而导致了很大的内部收缩缺陷[1]。油缸支架是某铸钢厂生产的一种液压设备上零部件.该铸件不允许出现缩松、缩孔缺陷.在最初的样品试制过程中.试制出来的样品普遍存在缩松缺陷.为了节约样品试制周期和节约成本,保证下次生产出来的样品满足内部组织的要求。我们采用美国的铸造分析软件Procast对原始工艺进行了模拟分析,分析并找出了问题存在的原因,针对出现缩孔的原因，我们对原始工艺进行优化和再次模拟分析.确保改进后的工艺方案切实可行,进而达到通过模拟分析优化工艺的目的.一、油缸支架铸件
3、原始的工艺方案油缸支架的材质为低合金钢，轮廓尺寸为410mm×180mm×100mm,毛坯重约35KG。该件上下表面各有四个凹陷,头部热节比较大,内孔需要加工.考虑到这种结构,我们将冒口设置到头部,在尾部设置了冷铁.目的是让铸件从尾至头部顺序凝固,来达到组织的致密.见油缸支架原始工艺方案图1所示.按照这个思路，我们设计了铸造工艺并进行了样品试制，但经过对实际浇铸出来的样品解剖检测后,在内孔侧面和凹陷部位下面发现了缩孔,见油缸支架解剖图2所示.针对这个现象,我们运用铸造分析软件Procast对原始工艺进行了模拟分析，希望通过对浇注和凝固过程模拟的方法找到
4、问题存在的原因。二、对油缸支架原始铸造工艺的模拟分析及优化运用Procast对温度场和凝固场进行耦合运算后发现,在凝固过程中在缩孔缺陷出现的位置出现了断流,见凝固过程预测缩孔位置示意图3.这就导致冒口和浇注系统的钢水无法补缩到该位置.孤立的钢水由于液体和固态密度的不同，在凝固后出现了孔洞。出现缺陷的位置与我们实际解剖测试的结果是一致的.通过这样的分析我们得出结论,要想消除该位置的缩孔缺陷,关键在于增加冒口到该位置的补缩通道，使得钢水能够补充该位置的收缩。鉴于此,我们决定在内孔增加补贴的方法增加补缩通道,进而消除缩孔缺陷.但是补贴增加过大一方面会增加钢水
5、的浪费,另一方面还会将缩孔后移,进而影响冒口的大小。但如果补贴增加的太小,又不能足以消除缩孔.鉴于此,我们在原始工艺进行了优化，然后对优化后的铸造工艺进行了再一次的模拟运算.对优化后的铸造工艺的模拟运算为了消除上述位置的缩孔缺陷，我们在内孔设置了补贴以增加补缩通道，见优化后铸造工艺三维示意图4。考虑到内孔将来需要加工，这样既不会对后期的清理打磨产生太大影响，也不会过多的降低出品率。我们对原始工艺在三维造型中做出修改后，划分网格，对优化后的工艺进行了模拟运算，通过观察凝固的过程发现钢水按照我们的设想顺序凝固进行，原先缺陷出现的位置没有出现断流现象，冒口的
6、大小也比较合适。见示意图5。四、结论我们按照优化后的工艺对样品再次进行了试制，生产出来的铸件通过射线探伤和解剖检查均没有发现缩松、缩孔缺陷。通过对油缸支架样品的开发以及凝固模拟，我们总结出凝固模拟软件可有效地预测缩松、缩孔等缺陷，并且可以使浇注和凝固过程直观地呈现在我们眼前。通过模拟缺陷产生的位置，可有效地节约样品开发时间，节约成本。参考文献[1]齐丕骧，齐霖．铝合金挤压铸件缺陷概论[J]．特种铸造及有色合金．2001(1):104-107.
