前轴承座上半铸件铸造工艺方案设计与模拟优化.pdf

第 1 期图 1铸件三维结构示意图前轴承座是汽车前悬架系统的一个重要组成部分，通常被安装在车身底盘上方，用于支撑和固定前车轮转动的轴承。此外在航空领域，飞机的起落架上，也需要使用前轴承座来支撑和固定飞机的轮子1。前轴承座的作用是保持车轮和悬挂系统连接稳定，提供车轮支撑和运动的轴承支持，从而使车辆行驶更加平稳和舒适。前轴承座通常具有足够的强度和刚性，可以承受车辆行驶过程中的各种力和负荷2。灰口铸铁是一种常用的铸造合金材料，具有易于铸造、机械性能良好的特点，适用于承受中小负载和冲击的场合，抗震性能好、可加工性好和成本低等优点，适用于零件和模具制造、汽车零部件和机械结构等领域3。前轴承座主要起到连接的作用，受力情况复杂，为了保证该零件具有良好的综合性能，铸造时应避免缩松缩孔、气孔、夹砂等缺陷的产生4。本文将以 HT-250 灰口铸铁为铸造材料，通过分析铸件的结构特点，对轴承座前半铸件的浇注系统、冒口、冷铁等部位进行设计。利用铸造模拟软件 ProCAST 对浇注过程中的金属液充型、凝固传热以及缩松缩孔缺陷进行模拟分析。综合考虑铸件的结构特性，并对浇注系统进行多次优化。通过分析模拟结果，不断优化冒口、冷铁尺寸和位置，最终达到预防和消除缩孔缩松等铸造缺陷的目的。1零件工艺性分析前轴承座上半支撑轴承，固定轴承外圈的三维结构实体图如图 1 所示。外形尺寸为 1085 mm伊810 mm伊380 mm，最大壁厚为 150 mm，最小壁厚为 20 mm，净重 566 kg。腔体结构复杂，金属液充型较为困难，且部分结构转折处壁厚差较大，容易前轴承座上半铸件铸造工艺方案设计与模拟优化杜孙毅，高金桥，蔡嘉楠，杨弋涛（上海大学 材料科学与工程学院，上海 200444）摘要：前轴承座上半属于壳体类构件，两侧对称，但壁厚不均匀，材质为 HT250。分析铸件结构特点，制定了分别从轴承座底面和顶面浇入的两种底注式浇注方案，分型面皆在轴承座底面。通过数值模拟对两种方案的温度场、速度场、缺陷等进行分析可知，从轴承座顶面浇入的缺陷较大且不利于消除，故选择从轴承座底面浇入的方案，并对此方案进行优化处理。针对铸造过程中产生的缩凹、缩松、缩孔等缺陷，分别增设了冒口、冷铁并进行优化。最终使铸件中的缺陷几乎全部消除，较大的缺陷均集中在浇注系统中，对铸件无影响。关键词：铸造工艺；灰铁件；浇注系统；冒口；数值模拟中图分类号：TG242文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2024.01.009文章编号：1006-9658（2024）01-0035-09第 59 卷 第 1 期Vol.59 No.1CHINA FOUNDRY MACHINERY&TECHNOLOGY2024 年 1 月Jan.2024收稿日期：2023-08-28；修订日期：2023-09-29作者简介：杜孙毅（1999），男，在读硕士，主要进行外场强化锌电解液净化研究以及铸造工艺优化的机理研究。E-mail:35-第 59 卷产生热节。注油孔为细长的弧形空腔，使得砂芯在金属液充型时容易损坏。零件整体结构相对对称，上下大平面均为重要加工面。技术要求铸件不允许有影响使用性能的缩孔、缩松、气孔、夹砂等缺陷。前轴承座上半属于中型铸件，小批量生产，采用手工造型生产方式5。为确保铸件有较高的尺寸精度和表面质量，造型材料选用粘结强度大、耐热性好、发气量较小的呋喃脲醛树脂砂。根据铸造技术要求，铸造工艺的参数选择如下：尺寸公差等级为 CT13，机械加工余量为 G，铸件收缩率为 0.9%，浇冒口的切削余量选为 3 mm，依据铸件的质量和壁厚以及工艺手册，查得铸件冷却时间为 1 h6。2铸造工艺设计及分析2.1浇注位置及分型面选取根据铸件的特点，我们确定了两种浇注位置和分型面，如图 2 所示。通过分析对比以上两种方案可以了解到它们的不同特点：方案一可以很好的保证轴承槽的精度，方便合型，充型平稳，可避免浇不均的现象。缺点是轴承底座在上面，导致表面精度不高，因此需要增加加工余量最后进行加工。且底部有较多厚壁，容易形成热节。方案二将轴承座底面放置在底部，保证轴承座底面的精度，并且可以防止产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷。缺点是合型的时候需要翻转上砂箱，容易对砂型造成损坏。考虑到方案一在凝固时的型腔上窄下宽，不利于补缩，容易形成热结和缩松缩孔，且用大量外加冷铁也无法较好地消除这些缺陷，故决定选择方案二的浇注方式。2.2浇注系统设计2.2.1浇注系统类型的选择浇注系统不仅承当金属液充型通道的作用，而且要保证金属液充型时流动平稳，排气通畅，便于挡渣，并有利于调节金属液凝固的温度场，减少铸件的凝固缺陷7。结合浇注系统设计的原则，初步设计的方案如图 3 所示。采用底注式浇注系统，其特点是内浇道基本上在充满状态下工作，充型平稳，可避免金属液发生激溅、氧化及由此而形成铸件缺陷6。浇注系统类型采用半封闭式浇注系统，既有一定的挡渣能力，又能保证适中的金属液流速，适用于各类灰铸铁件。对于中型灰铁件，根据 铸造工艺设计手册8各浇道的截面积比选取为 撞A直:撞A横:撞A内:=1:1.25:0.83。2.2.2阻流截面的计算根据 铸造工艺设计手册8，对于浇注重量在1000 kg 以下的中、大型铸铁件，可按式（1）计算：t=S1啄GL3姨（1）式中：t 为浇注时间，单位 s；啄 为铸件平均壁厚，单位 mm（对于结构复杂的铸件，啄 取主要部分的图 3浇注系统示意图图 2两种浇注位置和分型面分型面分型面（a）方案一（b）方案二36-第 1 期杜孙毅，等：前轴承座上半铸件铸造工艺方案设计与模拟优化壁厚）；S1为系数，一般情况下，取 S1=2，当有外、内冷铁而需快浇时，取 S1=1.71.98；GL为铁水重量，单位 kg。最终计算得出浇注时间为 43 s。直浇道要有最低高度，以形成足够的压力，使铸件轮廓清晰，避免浇不到。直浇道高度通常与上型高度相等，可用压力角来检验上型高度是否足够。参考 铸造工艺设计手册8最小剩余压头（上型高度）HM的计算：HM=Ltan琢（2）式中：L 为金属液的流程，即铸件最高最远点至直浇道中心线的水平距离，单位 mm；琢 为压力角，单位（毅）；HM为最小剩余压头（上型高度），单位mm。最终计算得出上砂箱到铸件顶面的高度应大于 170 mm，静压头 Hp为 360 mm8。使用阻流截面设计法，根据奥赞公式8计算浇道最小截面积：Ag=G籽t滋2gHp姨（3）式中：Ag为浇注系统最小断面积，单位 cm2；G 为流经阻流截面处的金属液总质量，单位 kg，取700；籽 为金属液密度，单位 g/cm3，取 7.2；t 为充型总时间，单位 s，取 43；滋 为充填全部型腔时，浇注系统阻流截面的流量系数，取 0.58；Hp为充填全部型腔时的平均计算压力头，单位 cm，取 36；g为重力加速度（981 cm/s2）。将参数带入公式可得 Ag为 17 cm2。2.2.3各浇道尺寸设计根据 铸造工艺设计手册8，各浇道的截面比分别为 撞A直:撞A横:撞A内:=1.2:1.5:1，可得直浇道的面积 20.4 cm2，小径取 50 mm，大径取 62 mm，长度约为 600 mm。横浇道的总面积为 25.5 cm2，设有两条梯形横浇道，一条的面积为 12.75 cm2。内浇道的总面积为 17 cm2，设有 4 条梯形内浇道，一条的面积为 4.25 cm2。2.2.4浇口杯设计浇口杯分为漏斗形和池型两大类，本次工艺采用池型浇口杯8，浇口杯二维图如图 4 所示。浇口杯的容量为 125 kg，相应尺寸为：A=450(mm)；B=250(mm)；I=130(mm)；H=185(mm)；H1=20(mm)；d=60(mm)；a=25(mm)；R=40(mm)；R1=25(mm)；H2=65(mm)。3铸造工艺方案的模拟及分析本次工艺采用了 UG 三维建模软件进行了实体绘制，导入 ProCAST 中进行面网格和体网格的划分，在修正无误后，铸件模型 2Delements 数为120164，3Delements 数为 2272604。浇注温度为1350 益，浇注时间为 43 s。3.1模拟结果及分析3.1.1充型过程对原始铸件进行充型过程模拟，充型速度场如图 5 所示。从图 5a 和图 5b 可以看出铁液在1.9 s 左右进入铸件，在 10 s 左右铺满铸件底部，充满整个型腔的时间为 43 s。本次设计浇注方式为双侧底注，但在最开始的时候铸件两边是分开的，在金属液进入后没有产生两边的对流。铁液在中间圆环处产生了对流，如图 5c 所示，但这时的流速相对比较稳定，液面开始平稳上升，所以不会造成很大的影响。图 5d 可以发现，气体全部集中到了铸件顶部，主要由型腔里的空气组成，后期可图 4浇口杯二维图ABald37-第 59 卷以加设冒口或者排气针予以解决9。铸件在充型过程的温度场变化如图 6 所示。图 6a 可以看出铸件在充型过程中顶部薄壁部分温度较低。因为方形孔及底座冷却效果较好，导致中心部分最后冷却，故方形孔与铸件底座的中间部分产生了过热区域。由图 6b 的温度分布可以看出，整个铸件冷却的趋势是从右到左，从下到上。可根据其凝固趋势进行最后优化。3.1.2凝固过程缺陷分析底注式浇注缺陷主要存在于四处地方，如图7 所示第一是顶部右边三块小凸台处，第二是顶部较厚凸台处，第三是铸件侧边孔和底座中间过热处，第四是浇注系统处。计算得到缩孔体积占总体积的 0.48%。铸件顶部较厚，铁液未能及时补缩，存在凹陷现象，且为最后凝固部分，存在热节，如图 8 所示。可通过增设冒口解决收缩问题，同时解决气体排出以及顶部凹陷现象10；底部两侧增设冷铁，加速冷却。3.2第一次优化3.2.1冒口初步设计与计算冒口尺寸计算公式如下：MC=VCAC（4）式中：MC为设置冒口部位的铸件的模数，VC为冒口颈处铸件体积，AC冒口颈处散热面积。dR=（1.482.5）MC（5）式中：dR为冒口颈直径，MC为设置冒口部位的铸件的模数。2.5482.3782.2082.0381.8681.6991.5291.3591.1891.0190.6490.5790.5100.3400.1700.000Fluid Velocity-Magnitudemisec3.72.5482.3782.2082.0381.8681.6991.5291.3591.1891.0190.6490.5790.5100.3400.1700.000Fluid Velocity-Magnitudemisec3.7Stop No/Time Step:710/6.027e-02Simlfated Time:21.2442 secPatcent Filed:51.2Fraction Solid:0.8zxyzxyStop No/Time Step:1110/3.027e-01Simlfated Time:42.2695 secPatcent Filed:100.0Fraction Solid:1.1ProCASTProCAST2.5482.3782.2082.0381.8681.6991.5291.3591.1891.0190.6490.5790.5100.3400.1700.0002.5482.3782.2082.0381.8681.6991.5291.3591.1891.0190.6490.5790.5100.3400.1700.000Stop No/Time Step:160/1.797e-02Simlfated Time:1.9109 secPatoent Filed:4/5Fraction Solid:0.0Stop No/Time Step:470/3.880e-02Simlfated Time:11.1437 secPatoent Filed:26.9Fraction Solid:0.3ProCASTProCASTzxyzxyFluid Velocity-Magnitudemisec3.7Fluid Velocity-Magnitudemisec3.7（a）2 s（b）25 s（c）51 s（d）100 s图 5铸造充型速度场38-第 1 期按 铸造工艺手册 的灰铁件顶明冒口设计原则，如图 9a所示，通常取 DR=（1.552.0）dR。和 HR=（24）DR作为冒口的尺寸8。如图 9b 所示，在左侧凸台处设置三个冒口，每个冒口 DR约为 60 mm，HR为 182.16 mm。在右侧凸台处设置一个冒口，冒口 DR约为 60 mm，HR为 181 mm。凝固时，物体的体积越大、散热面积越小，模数就越大，凝固时间越长。因此采用 4 个直径为60 mm，高 181 mm 的冒口，如图 9 所示。3.2.2冷铁的位置设计根据初步模拟结果的分析，冷铁设计的位置为铸件两侧方形孔与轴承底座的中心部位，此处图 8底注式浇注缩凹示意图ProCASTProCAST100.0093.3386.6780.0073.3366.6760.0053.3346.6740.0033.3326.6720.0013.336.670.00Stop No/Time Step:10240/1.000e+00Simlfated Time:9165.2842 secPatoent Filed:100.0Fraction Solid:100.0Total Shrinkage Porosity%3.7zxy100.0093.3386.6780.0073.3366.6760.0053.3346.6740.0033.3326.6720.0013.336.670.00Stop No/Time Step:7990/1.000e+00Simlfated Time:6915.2847 secPatoent Filed:100.0Fraction Solid:97.4Cutoff between:0/0.9Total Shrinkage Porosity%3.7zxy100.0093.3386.6780.0073.3366.6760.0053.3346.6740.0033.3326.6720.0013.336.670.00Stop No/Time Step:10000/1.000e+00Simlfated Time:8925.2842 secPatoent Filed:100.0Fraction Solid:99.9Cutoff above:2zxyzxyTotal Shrinkage Porosity%3.7100.0093.3386.6780.0073.3366.6760.0053.3346.6740.0033.3326.6720.0013.336.670.00Total Shrinkage Porosity%3.7Stop No/Time Step:10000/1.000e+00Simlfated Time:8925.2842 secPatoent Filed:100.0Fraction Solid:99.9Cutoff above:2ProCASTProCAST图 7底注式浇注缩松缩孔缺陷示意图1350.01261.31172.71084.0995.3906.7818.0729.3640.7562.0463.3374.7286.0197.3106.720.0Stop No/Time Step:1570/1.000e+00Simlfated Time:495.2845 secPatoent Filed:100.0Fraction Solid:39.4zxyzxyTemperature益3.7ProCASTProCASTTemperature益3.7Tliq 1220.5Tsol 1146.11350.01261.31172.71084.0995.3906.7818.0729.3640.7562.0463.3374.7286.0197.3106.720.0Tliq 1220.5Tsol 1146.1Stop No/Time Step:9300/1.000e+00Simlfated Time:8225.2842 secPatoent Filed:100.0Fraction Solid:89.4（a）495 s（b）8225 s图 6铸造充型温度场杜孙毅，等：前轴承座上半铸件铸造工艺方案设计与模拟优化39-第 59 卷设置冷铁可以改善铸件的凝固顺序，力求铸件产生一个自下而上的顺序凝固，在重力的作用下能够得到上方的金属液补缩，形成致密的组织，保证铸件探伤部位的质量11；其次，在这个部位设置冷铁，使得该处金属液受到激冷作用，减少缺陷形成，且细化该处晶粒，优化机械性能12。冷铁的尺寸计算如下式：啄=（0.250.5）T（6）式中：啄 为外冷铁厚度，T 为铸件热节圆直径。通过模拟得到冷铁放置处的热节圆直径为75 mm，计算可得外冷铁厚度为 30 mm，长度选择100 mm，冷铁的放置位置如图 10 所示。3.3第一次优化结果及分析通过增设冒口对浇注系统进行第一次优化，如图 11 所示，此时缺陷数量已经有了明显的减少。尤其是顶部最厚的地方，因为有了冒口的补缩，缩松与缩凹都消失了。但还是存在以下问题，铸件两侧（孔和底座中心部位）仍有明显缺陷；冒口分布不合理，顶部右侧小凸台凝固较慢，没有得到补缩，产生了缩松；如图 12 所示，顶部冒口数量稍多，导致这个部位的凝固较慢，产生热节，并且左边冒口的尺寸偏小。3.4铸造工艺第二次优化根据上述存在的问题，首先对冷铁的数量有了一定的调整，从原先的两个变为四个，其次在顶部的另外两个小凸台处加了两个小冒口，主要用DRdR（a）灰铁件顶明冒口示意图（b）冒口在铸件的分布示意图图 9冒口形状示意图1350.01261.31172.71084.0995.3906.7818.0729.3640.7562.0463.3374.7286.0197.3106.720.0Stop No/Time Step:0/1.000e-03Simlfated Time:0.0000 secPatoent Filed:0.0Fraction Solid:0.0zxyTemperature益3.5Tliq 1220.5Tsol 1146.1ProCAST图 10冷铁位置分布图zxyProCASTProCAST100.0093.3386.6780.0073.3366.6760.0053.3346.6740.0033.3326.6720.0013.336.670.00Stop No/Time Step:5670/1.000e+00Simlfated Time:4504.6377 secPatoent Filed:100.0Fraction Solid:89.4Cutoff above:3Total Shrinkage Porosity%3.5100.0093.3386.6780.0073.3366.6760.0053.3346.6740.0033.3326.6720.0013.336.670.00Stop No/Time Step:5670/1.000e+00Simlfated Time:4504.6377 secPatoent Filed:100.0Fraction Solid:89.4Cutoff above:3Total Shrinkage Porosity%3.5图 11初次优化缩松缩孔示意图40-第 1 期来消除缩松缩孔，最后把较大凸台处的三个冒口合并为两个冒口，并且尺寸有了一定的增大。修改过后的冷铁数量和冒口位置如图 13 所示。左侧凸台处冒口的尺寸做如下调整：在较厚凸台处设置两个冒口，每个冒口 DR约为 90 mm，HR为 270 mm。右侧凸台处冒口的尺寸做如下调整：在较厚凸台处设置三个冒口，每个冒口 DR约为 41 mm，HR为 123.5 mm。3.5铸造工艺的二次优化结果分析3.5.1二次优化充型过程分析对冒口与冷铁的数量和尺寸进行优化设计后，铸件的充型速度场如图 14a 所示，铁液在 2 s左右进入铸件，在 10 s 左右铺满铸件底部。从金属液进入型腔直至充满共需 42 s。图 14b 显示，铸造过程气体主要集中在金属液上方，所设冒口正好在铸件顶部，故气体最后从冒口中排出。相应的充型温度场如图 15 所示。从图 15a 可以看出整个铸件的温度分布较为均匀，方形孔和底座之间部位因增设了冷铁，使充型过程中的温度和周围保持一致，从而很好的消除了此处的缺陷。从图 15b 中可以看出因增加了保温冒口，铸件最后凝固的部位集中在顶部凸台部位，并且这个部位得到冒口中金属液的补缩。3.5.2二次优化浇注过程缺陷分析充型结束后，铸件的凝固收缩图如图 16 所示。从图中可以看出铸件中缺陷有了很好的改善，关键部位的缺陷已经全部消除，大部分缺陷主要集中在浇注系统内，对整个铸件的质量无影响。从图 17 可以看出，因为增设的冒口是保温冒口，冒口里面的金属液未凝固，热节也集中在冒口中，铸件部分也不再有热节，总体补缩效果良好。优化后的浇注系统如图 18 所示。1350.01261.31172.71084.0995.3906.7818.0729.3640.7562.0463.3374.7286.0197.3106.720.0Temperature益3.5Tliq 1220.5Tsol 1146.1zxyzxyProCASTProCASTStop No/Time Step:5670/1.000e+0eFraction Soid3.5Simlfated Time:4504.6377 secPatoent Filed:100.0Fraction Solid:89.41.0000.9330.8670.8000.7330.6670.6000.5330.4670.4000.3330.2670.2000.1330.0670.000Stop No/Time Step:5670/1.000e+0eSimlfated Time:4504.6377 secPatoent Filed:100.0Fraction Solid:89.4图 12初次优化热节示意图杜孙毅，等：前轴承座上半铸件铸造工艺方案设计与模拟优化1350.01261.31172.71084.0995.3906.7818.0729.3640.7562.0463.3374.7286.0197.3106.720.0Stop No/Time Step:0/1.000e+03Simlfated Time:0.0000 secPatoent Filed:0.0Fraction Solid:0.0zxyTemperature益3.6Tliq 1220.5Tsol 1146.1ProCASTzxyLength Unit:mm（a）冷铁位置示意图（b）冒口位置示意图图 13二次优化改良方案示意图41-第 59 卷3.6最终铸造工艺方案经过模拟分析，最终确定最佳工艺为底注式的浇注方式，先将轴承底座面向上进行分模造型,合型后将砂箱反过来浇注，避免铸件工作部位处于铸件顶部、探伤部分整体处于铸件下部，在重力作用下首先凝固，得到致密的组织，保证质量检测结果，提高铸件的工作性能。造型方法采用的是手工造型，两箱造型；造型材料选择碱性酚醛树脂自硬砂；浇注系统为半封闭底注式，撞A直:撞A横:撞A内=1:1.25:0.83；顶部左侧凸台增设两个冒口，右侧凸台增设三个小冒口；铸件两侧过热半封闭部分各放置两块冷铁；工艺出品率为 浊=90.5%。4结语本次铸件前轴承座上半通过一系列的工艺设计及数值模拟分析，最终形成无缩凹、缺陷极少的铸件。其主要工艺有：（1）浇注方式选择底注式，浇注系统选择半封闭式浇注系统，这种浇注方法充型平稳，极大的减少了缺陷的产生；（2）通过初次数值模拟分析得到，铸件的主要缺陷集中在顶部，观察金属液最后到达的地方以及在顶部相应处增设冒口，此处的冒口有三大用途，分别是实现补缩的效果、避免顶部因凝固先后顺序不同而造成的2.0111.8771.7431.6081.4751.3411.2071.0730.9090.8040.6730.5360.4020.2680.1340.000Fluid Velocity-Magnitudemisec3.6Stop No/Time Step:140/2.260e-02Simlfated Time:2.0115 secPatcent Filed:4.9Fraction Solid:0.0zxyProCASTProCASTzxy2.0111.8771.7431.6081.4751.3411.2071.0730.9090.8040.6730.5360.4020.2680.1340.000Fluid Velocity-Magnitudemisec3.6Stop No/Time Step:1150/4613e-01Simlfated Time:42.9329 secPatcent Filed:100.0Fraction Solid:2.1（a）51 s（b）100 s图 14二次优化铸造充型速度场Stop No/Time Step:1970/1.000e+00Simlfated Time:857.5057 secPatoent Filed:100.0Fraction Solid:56.0zxyTemperature益3.6Temperature益3.61350.01261.31172.71084.0995.3906.7818.0729.3640.7562.0463.3374.7286.0197.3106.720.0Tliq 1220.5Tsol 1146.11350.01261.31172.71084.0995.3906.7818.0729.3640.7562.0463.3374.7286.0197.3106.720.0Tliq 1220.5Tsol 1146.1ProCASTProCASTzxyStop No/Time Step:9570/1.000e+00Simlfated Time:8457.5059 secPatoent Filed:100.0Fraction Solid:95.0（a）857 s（b）8457 s图 15二次优化充型温度场zxy100.0093.3386.6780.0073.3366.6760.0053.3346.6740.0033.3326.6720.0013.336.670.00Total Shrinkage Porosity%3.6Stop No/Time Step:14940/1.000e+00Simlfated Time:13827.5058 secPatoent Filed:100.0Fraction Solid:97.5Cutoff above:3ProCAST图 16二次优化缩松缩孔示意图42-第 1 期缩孔、排气的效果；（3）本次设计冷铁添加的原则为按需增设、精准添加、能少则少，故我们只在铸件两侧分别添加了两块冷铁，完美的消除了此处的缺陷。参考文献：1周丹，李婉，郭霜，等.电主轴前轴承座精加工工艺研究J.现代制造技术与装备，2020，56(09):61-63.圆丁怀高.前轴承座偏移引起前轴封套磨损原因分析J.设备管理与维修，2014(11):32-33.猿高永江.汽轮机前轴承座滑销系统销孔加工方案解析J.新技术新工艺，2014(10):9-11.源韩景伟，吴成武，张晓强，等.灰口铸铁表面镍基喷焊层的组织和性能研究J.材料保护，2019，52(10):46-49.缘陈宗民,盛文斌,谷建利.一种床头箱的封砂铸造工艺实践J.铸造，2018，67（2）:189-191.6李新亚.铸造手册第 5 卷：铸造工艺M.北京：机械工业出版社，2003:116-123.7李谟康援 平做立浇、倾斜浇注工艺在铸钢生产中的应用J援铸造技术，2003（6）:559-560.8李弘英，赵志成.铸造工艺设计 M.北京：机械工业出版社，2005（2）:11-62.9袁艳欣.徐君东,李志博援 平做立浇生产球墨铸铁主轴铸件J.现代铸铁，2007（4）:34-35.10蔡虎，王嘉诚，付文笙，等.基于计算机模拟的支架铸钢件铸造工艺设计及优化J.精密成形工程，2019，11(4):153-161.1员殷子豪，林增煌，杨弋涛.基于数值模拟的横梁铝合金铸件铸造工艺方案的优化设计 J.中国铸造装备与技术，2019，54(6):5-11.1圆陈鹏飞，米国发，王建军，等.ZL101 齿轮箱箱体砂型铸造工艺优化J.铸造，2018，67（12）:1090-1094.Fraction Solid3.6zxyzxyStop No/Time Step:14940/1.000e+00Simlfated Time:13827.5059 secPatoent Filed:100.0Fraction Solid:97.5Cutoff between:0/1Stop No/Time Step:10000/1.000e+00Simlfated Time:8887.5059 secPatoent Filed:100.0Fraction Solid:95.51.0000.9330.8670.8000.7330.6670.6000.5330.4670.4000.3330.2670.2000.1330.0670.0001.0000.9330.8670.8000.7330.6670.6000.5330.4670.4000.3330.2670.2000.1330.0670.000Fraction Solid3.6ProCAST图 17二次优化热节示意图图 18优化后的浇注系统杜孙毅，等：前轴承座上半铸件铸造工艺方案设计与模拟优化43-第 59 卷卧加床身是大型机床的重要部件，它承载着机床其他部件的载荷，也是机床的核心骨架，其质量对机床的精度、性能及使用寿命有直接的影响1，2。箱式床身作为大型铸件，其油箱部位是此产品的命脉，在薄壁油箱部位容易出现芯撑融合不良、呛气孔等缺陷，产品进行试漏后出现漏油情况，缺陷严重时可致使铸件报废3。本文以公司生产的某种床身为研究对象，针对前期出现的质量问题，通过工艺改进，确定出合理的铸造工艺。收稿日期：2023-08-14；修订日期：2023-09-11作者简介：郭新光（1976），男，高级工程师，现主要从事铸造生产和管理工作。E-mail:一种箱式床身铸件的工艺改进郭新光，豆建民（共享装备股份有限公司，宁夏银川 750021）摘要：简述公司生产的一种箱式床身铸件，在生产过程中，铸件上箱面容易出现夹渣、呛气泡、芯撑融合不良等铸造缺陷，导致铸件不良率居高不下。针对这些质量问题，从铸件工艺改进、熔炼浇注系统、参数等方面进行了优化，成功解决了薄壁油箱部位缺陷，保证了产品交付。关键词：箱式床身；工艺改进；浇注系统中图分类号：TG24文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2024.01.010文章编号：1006-9658（2024）01-0044-05第 59 卷 第 1 期Vol.59 No.1CHINA FOUNDRY MACHINERY&TECHNOLOGY2024 年 1 月Jan.2024Design and simulation optimization of casting processscheme for upper half casting of front bearing seatDU Sunyi，GAO Jinqiao，CAI Jianan，YANG Yitao（School of Materials Science and Engineering，Shanghai University，Shanghai 200444，China）Abstract:The upper half of the front bearing seat belongs to the shell class member,the two sides aresymmetrical,but the wall thickness is uneven,and the material is HT250.The structural characteristicsof the casting were analyzed,and two bottom-injection pouring schemes were formulated from the bottomsurface and the top surface of the bearing seat respectively,and the parting surface was on the bottomsurface of the bearing seat.Through the analysis of the temperature field,velocity field and defects ofthe two schemes,it can be seen that the defects poured from the top surface of the bearing seat arelarge and not conducive to elimination,so the scheme poured from the bottom surface of the bearingseat is selected and optimized.In view of the defects such as concave,porosity,and porosity generatedduring the casting process,risers and cold iron were added and optimized.In the end,almost all thedefects in the casting are eliminated,and the larger defects are concentrated in the gating system,whichhas no impact on the casting.Key words:Casting process;Gray iron parts;Pouring system;Riser;Numerical simulation44-