铸造CAE技术在小型薄壁球铁件工艺中的应用.pdf

第59 卷第2 期Vol.59No.2中国铸造装备与技术CHINA FOUNDRY MACHINERY&TECHNOLOGY2024年3 月Mar.2024铸造CAE技术在小型薄壁球铁件工艺中的应用姚红汝，鲍文（共享装备股份有限公司，宁夏银川7 50 0 2 1）摘要：介绍了CAE模拟软件在小型薄壁球铁铸件工艺设计中的改进实例，应用该软件能够较为准确的预测出铸件缩松等多种铸造缺陷，找出解决此类问题的方法，从而优化铸造工艺，提高铸件质量。关键词：CAE技术；模拟；铸造缺陷；铸造工艺中图分类号：TG24D01:10.3969/j.issn.1006-9658.2024.02.0090引言随着铸造技术模拟软件的普及和深人发展，传统的铸造业已不是单纯的凭借经验生产，而是越来越多的依赖CAE模拟软件的分析。铸造工艺模拟软件在各铸造公司的应用越来越普遍，应用这些软件可以较为准确的预测出各种铸造缺陷，优化浇注系统、冷铁、冒口等工艺设计内容。我公司应用的CAE模拟分析软件主要是MAGMA模拟软件，此软件能对铸造过程进行辅助模拟分析，通过充型、凝固过程的模拟，并结合以往类似铸件生产的经验，成功设计出符合客户要求的工艺方案。此软件减轻了设计强度,提高了工作效率,缩短了试制周期，降低了生产成本，从而提高了企业的经济效益，增强了企业的竞争能力,2 1。1电机座的铸件结构及技术要求1.1铸件结构如图1所示为电机座铸件示意图，轮廓尺寸为2 9 8 mm298mm122mm，质量为2 2 kg,最大壁厚48 mm，最小壁厚12 mm，材质为收稿日期：2 0 2 3-10-2 3；修订日期：2 0 2 3-11-0 5作者简介：姚红汝（19 9 0 一），女，现主要从事铸造过程虚拟模拟工作。E-mail:文献标识码：A文章编号：10 0 6-9 6 58(2 0 2 4)0 2-0 0 3 7-0 5-37图1电机座铸件示意图GB600-3。无损检测根据标注EN12680-3,要求顶面法兰面、底面法兰面、中间内圆筒不得有任何缺陷,其他部位均为UT二级。根据工艺经验,此铸件使用重力铸造方式,型砂为呋喃树脂自硬砂,金属材料用中频电炉熔炼，主要配料是生铁、废钢和机铁。1.2裸模模拟首先仅设计浇注系统，不设置冒口和冷铁，进行初步模拟（见图2、图3）。由模拟结果发现，在铸件顶部出现一圈缩沉，需加工部位存在严重缩松，有加工外漏风险，电机座上、下法兰根部，内圆筒外侧筋板根部均有不同程度的缩松，如图2 深色部位显示。此铸件的工艺难度在于内圆筒壁薄，而上、下法面及内侧面均需加工，内部空间小，无法设计发热冒口实现顺序凝固补缩，仅能设计几个小的鸭嘴冒口进行液态补缩。同时，内圆筒中心区域放置第59 卷隔砂冷铁，减小缩松体积，从凝固液相可以看到（图3），鸭嘴冒口仅提供初期的液态补缩量，内外圆筒间的筋板先凝固，外圆筒冒口在后期无法对内圆筒进行补缩，无论是从增加发热冒口或者冷铁都无法实现内圆筒的顺序凝固，只有近一步调节内圆筒顶部鸭嘴冒口和冷铁，以期减小或者转移缩松缺陷。1.3增加冒口、冷铁模拟接下来在铸件外圆筒顶面法兰面分别放两中国铸造装备与技术个g60mm90mm的发热冒口、内圈放2 个2 0mm的鸭嘴冒口模拟,适当的增加冷铁(如图4所示），因鸭嘴在凝固过程的前期就已经凝固，起不到长期的补缩作用（如图5所示），缩松缺陷得不到改善，如图6 中深色部位。外圆筒上下法兰等关键区缩松缺陷已消除，但是内圆筒靠近筋板根部缩松缺陷严重，需要近一步的改进。图2 裸模缩松缺陷结果图1.4内圆筒调整冷铁模拟为改善内圆筒的缩松缺陷，在内外圈的筋板上增加冷铁进行模拟（图7 所示），模拟结果显示（图8、图9），筋板根部缩松缺陷体积变小，根据加工图，此处缩松到内圈加工面的距离大于加工余量，模拟合格，投入现场生产验证。1.5现场生产结果根据模拟结果，将模拟合格的工艺下发到生产现场首次生产两件，图10 为生产铸件UT结果，两件缩松位置均在内外圆筒之间的筋板根部，一图3 裸模液相凝固过程图4初步增加冒口、冷铁工艺方案-38一姚红汝，等：铸造CAE技术在小型薄壁球铁件工艺中的应用第2 期图5初步增加冒口、冷铁液相凝固过程间的筋板增加补贴,此补贴尺寸由Magma软件模拟多次,反复调整确定，目的是通过筋板将内外筒连通，同时内圆筒上下法兰增加冷铁，加速内圆筒的凝固速度。为了保证补缩量,内圆筒冒口调整为侧冒口，如图11所示，最终模拟显示，内圆筒无缩松，缩松转移至筋板根部靠外圆筒位置，保证加工位置无缩松外漏风险，如图12、图13 所示。图6 初步增加冒口、冷铁缩松结果图7 筋板增加冷铁工艺示意图件体积较小，一件体积较大。经分析是因为球铁件受熔炼铁水等因素影响较大，当铁水孕育较好，原材料纯度等较好时，缩松体积较小，反之，缩松体积较大，此方案铸件质量不稳定，需要近一步的优化工艺方案。2工艺方案改进及结果2.1工艺优化考虑到原方案内圆筒采用两个鸭嘴冒口，铸件质量生产不稳定等因素，现考虑在内外圆筒之图8 缩松模拟结果示意图-39一第59 卷中国铸造装备与技术图9 液相模拟结果示意图图10 现场生产铸件UT结果图11改进后的铸件结构、冷铁及冒口将此改进后的工艺重新下发，再次生产此铸件。2.2改进后方案现场生产结果按照改进后的工艺进行试生产，生产结果为关键区域UT无缩松显示，铸件表面干净无夹渣夹砂等缺陷，已批量生产，铸件质量稳定并符合顾客要求（见图14、图15），工艺改进成功。3结束语通过使用CAE辅助技术对新产品的工艺方案进行指导改进，缩短了工艺设计和现场生产周期,降低了生产研发成本,极大的提高了铸造经济效益，铸件经生产验证合格，满足顾客要求，实现了供应商和顾客双赢的结果。40一姚红汝，等：铸造CAE技术在小型薄壁球铁件工艺中的应用第2 期图12 改进后的缩松模拟结果图13 改进后的液相模拟结果图14铸件现场生产UT检测照片图15铸件现场生产照片参考文献：1张龙江，姚红汝.铸造CAE技术在大型球铁件中压外缸产品工艺设计中的应用 J.中国铸造装备与技术,2 0 19(0 1):45-49.2】马敏团,郝伟.CAE分析技术在铸造生产中的应用：首届中国CAE工程分析技术年会暨2 0 0 5全国计算机辅助工程（CAE）技术与应用高级研讨会论文集 C.北京，2 0 0 5.41第59 卷第2 期Vol.59No.2中国铸造装备与技术CHINAFOUNDRY MACHINERY&TECHNOLOGY2024年3 月Mar.2024道作清筛机铸钢件质量改进贾旭，吕昌略12,于小康？,李富强1（1中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司，江苏常州2 13 0 2 52.江苏朗锐茂达铸造有限公司，江苏江阴2 14445）摘要：介绍了道清筛机挖掘链铸钢件的失效情况，重点分析了失效件的断口形貌、力学性能、金相组织等，并通过对铸造生产过程进行调查分析，确定了失效的具体原因。制定了工艺改进方案，并对试验结果进行验证，各项技术指标均优于技术要求，有效提升了产品质量。关键词：铸钢件；失效分析；工艺改进中图分类号：TG247D0I:10.3969/j.issn.1006-9658.2024.02.0100引言近年来随着铁路装备技术的快速发展，线路大修和中修的道碴清筛作业实现了机械化和自动化，全断面道碴清筛机是机械化线路设备之一，挖掘链是其主要装置。挖掘链是由装有耙齿的铸钢件、中间体和链销组成，工作条件较为恶劣。某型号挖掘链在交付客户使用过程中，在运用里程未达到客户要求的情况下发生断裂故障，断裂部位位于某铸造厂生产的铸钢件上。为查找原因,对故收稿日期：2 0 2 3-10-0 7；修订日期：2 0 2 3-11-11作者简介：贾旭（19 8 3 一），男，高级工程师，研究方向为铸钢件材料研究及工艺设计，主要从事铸造技术与质量管理工作。E-mail:Application of casting CAE technology in theprocess of small thin-walled ductile iron parts(Kocel Machinery Limited,Yin Chuan 750021,Ningxia China)Abstract:This paper introduces the improvement example of CAE simulation software in the process de-sign of small thin-walled ductile iron castings,which can accurately predict various casting defects suchas shrinkage and porosity of castings,and find out the ways to solve such problems,so as to optimizethe casting process and improve the quality of castings.Key words:CAE Technology;Simulation;Casting Defects;Casting Process-42-文献标识码：A文章编号：10 0 6-9 6 58(2 0 2 4)0 2-0 0 42-0 4断口形貌分析观察断口宏观形貌，发现断面呈灰色，无氧化腐蚀等情况，由裂纹扩展纹路的收敛方向可判断，裂纹源位于断裂面断口边缘，由图1可见，裂纹源附近未发现肉眼可见的夹渣、疏松、孔洞等缺陷，裂源附近的边缘区域存在磨损和挤压变形痕迹。断口清洗后观察微观形貌（见图2），断口形貌大体以韧窝+准解理为主，存在多处小面积的骨骼状形貌；同时，断口上还可见铸造疏松，局部YAO Hongru,BAO Wen障铸钢件断口形貌、力学性能、金相组织等进行分析,并结合铸造过程进行分析，确定断裂的根本原因，并采取措施进行改进。1失效分析1.1