Procast模擬軟件在鑄鋼件上的應用

鄧立新 張志強

摘 要：本文借助于Procast模擬軟件對鑄鋼件工藝進行模擬分析，針對模擬結果進行工藝優化，最終達到對傳統技術的提升和對新工藝研發采用最佳優化方案的目標，保證鑄件質量，降低產品成本，促進企業發展。

關鍵詞：Procast模擬；鑄鋼件；工藝優化

中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A

1 前言

Procast模擬軟件是鑄造凝固仿真軟件之一，由法國ESI公司開發，已有20多年的歷史，其基于強大的有限元分析，可以模擬分析鑄造生產過程中可能出現的各種問題，包括縮孔、裂紋、應力、變形等，為鑄造工程師提供理論科學依據。

我廠主要生產鑄鋼件，從引進Procast模擬軟件后，首先對傳統鑄造工藝進行優化，降低生產成本，同時積累軟件應用實踐數據，為新技術的研發做好準備，提高研發產品的成功率，縮短優質鑄件生產周期。

2 Procast軟件推廣應用實例

2.1 Procast軟件優化工藝應用

錐體為結構簡單的回轉體鑄件，最大輪廓尺寸φ1780×3280mm，種類為我廠常規鑄件產品，工藝一直沿用90年代方案，即條形實樣冒口2個，冒口下增設補貼作為補縮通道，鑄造重量為23t，鑄造鋼水總量為50t。此鑄造方案生產的鑄件滿足技術要求JB/T5000.6二級探傷等級，因此，工藝一直沿用。

錐體的工藝信息顯示，其鑄造工藝出品率為23/50×100%=46%，從其結構和材質等幾點考慮，完全有提升的空間。以往沒有進行工藝優化，是因為缺少技術支持，盲目的采用試錯法會花費很長時間，也很可能導致鑄件缺陷的產生，在以保證鑄件質量的大前提下，只能沿用傳統方案。現在引進了Procast模擬軟件，可以以模擬分析的結果作為理論技術支持，在改進方案的同時，也可以為Procast軟件的應用積累實踐數據。

整體方案的實施步驟為，首先對傳統工藝進行模擬分析，結果顯示縮孔縮松有效集中在冒口位置，鑄件內部無鑄造缺陷；然后主要對冒口參數進行優化，采用條形冒口的目的是為了增加冒口的延續度，延長冒口補縮距離。提高冒口利用率，引進保溫冒口材料，減小冒口尺寸，有效節約鋼水。優化工藝方案的鋼水量總量45t，節約鋼水5t。優化工藝方案的縮孔縮松判據如圖1所示：

2.2 Procast軟件新工藝上的應用

半齒輪鑄件雖然結構簡單，但是壁厚差異大，因此容易在凝固收縮過程中產生鑄造裂紋。齒輪類鑄件都要求組織致密，保證齒輪在加工過程中無鑄造缺陷。因為有procast模擬軟件優化錐體工藝的經驗，因此在制定半齒輪鑄造工藝方案時，可以參照模擬分析結果，制定方案。

此齒輪工藝重量為12.2t，輪廓尺寸為φ3895×530mm，材質ZG34Cr2Ni2Mo 。優質鑄件生產的必要條件是在工藝設計時要充分考慮補縮，控制鑄件順序凝固，創造有利的補縮條件，提高鑄件補縮致密度。根據齒輪自身結構計算，可以通過在輪緣外側放置補貼，控制齒輪鑄件的順序凝固。經過合理設計，確定冒口、補貼等參數后，總鋼水量為20t，工藝出品率為61%，然后采用Procast模擬軟件對工藝方案進行驗證分析，如圖2固相分布結果所示，鑄件補縮通道暢通，順序凝固得到控制，縮孔向冒口轉移，可以認為達到了形成致密鑄件的條件。

一般單幅板齒輪鑄件出品率在55%左右，與經驗對比，此工藝出品率偏高，通常工藝設計時為保證鑄件質量，一般會采取微調冒口尺寸等，控制出品率在經驗范圍內，避免由于鋼水補縮體積嚴重不足引起的鑄造缺陷。因為模擬結果顯示方案可行，所以暫時不對方案做調整，以此方案進行試生產。

3 Procast軟件應用成果總結

兩個產品工藝經過實踐，生產出來的鑄件均達到一次UT探傷合格。通過Procast模擬軟件的應用，錐體工藝出品率提高4%；齒輪在工藝設計時以Procast軟件作為技術支持，制定工藝方案，為新工藝，新產品的研發提供了參考經驗，與以往的試錯法相比，有效縮短了優質鑄件的生產周期。

模擬軟件具有廣闊的應用前景，對于新的產品類型和各種異形鑄件工藝的研發具有十分重要的參考價值，能為企業帶來巨大的經濟效益和市場競爭力。

參考文獻

[1]哈爾濱工業大學.大型鑄鋼件生產[M].哈爾濱：黑龍江人民出版社，1979.

[2]李魁盛.鑄造工藝及原理[M].北京：機械工業出版社，1987.