基于MAGMASOFT模擬的高壓內(nèi)缸鑄造工藝優(yōu)化

顧峰

摘 要：高壓內(nèi)缸系列產(chǎn)品的質(zhì)量要求非常嚴(yán)格，通過(guò)MAGMA模擬優(yōu)化鑄造工藝，不僅能夠減少零件的內(nèi)部缺陷，使零件力學(xué)性能達(dá)到要求，還能顯著提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞： 高壓內(nèi)缸；MAGMA模擬；工藝優(yōu)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.028

0 引言

高壓內(nèi)缸是電力機(jī)組的重要部件，是機(jī)組核心轉(zhuǎn)子的首層防護(hù)。超聲波UT探傷不允許存在φ3mm以上的缺陷，還需要具有較好韌性。鑒于高壓內(nèi)缸的特點(diǎn)，我們需要利用MAGNA鑄造模擬軟件進(jìn)行模擬分析，優(yōu)化鑄造工藝。

1 高壓內(nèi)缸特點(diǎn)及鑄造性分析

高壓內(nèi)缸輪廓尺寸2050×1585×1090mm，最大壁厚425mm，最小壁厚120mm，力學(xué)性能Rp0.2大于500Mpa，Rm大于670Mpa，A4大于18%，Z大于40%。缸體壁厚適中，合理放置冒口和補(bǔ)貼，可以構(gòu)建順序凝固的補(bǔ)縮通道，防止產(chǎn)生缺陷，材料屬于寬凝固范圍合金，對(duì)冒口產(chǎn)生的溫度梯度敏感，應(yīng)盡可能減小冒口。缸體的力學(xué)性能要求高，要在合適的地方放置冷鐵形成激冷區(qū)來(lái)保證晶粒細(xì)化，得到致密組織，最終符合要求的韌性。

2 利用MAGMA模擬確定工藝方案

2.1 冒口選定

該零件的分型面在水平中分面上。明冒口可以選擇圈冒口（隨形冒口）或獨(dú)立冒口，但應(yīng)盡量減小冒口，所以選獨(dú)立冒口。冒口的尺寸利用模數(shù)法和鑄鋼比例法確定，比例系數(shù)為1.6。為了容納更多補(bǔ)縮鋼水量和保證冒口延續(xù)度，這里選用長(zhǎng)腰型暗冒口。在暗冒口和零件之間用補(bǔ)貼相連，形成順暢補(bǔ)縮通道，讓缸體端部得到暗冒口的補(bǔ)縮。具體見圖1。

2.2 冷鐵選定

零件冷鐵分布遵守三個(gè)原則：第一，在氣柱和凸臺(tái)等質(zhì)量要求高的末端放置冷鐵；第二，在熱節(jié)厚大處放置冷鐵保證順序凝固通道的暢通；第三，在冒口邊緣放置擴(kuò)大冒口補(bǔ)縮范圍。冷鐵的厚度選擇為冷鐵覆蓋處熱節(jié)元直徑的50%～60%。具體見圖1。

2.3 補(bǔ)貼選定

補(bǔ)縮通道應(yīng)該是從冒口開始，熱節(jié)元直徑逐漸變小，形成溫度梯度。增加補(bǔ)貼，改變鑄件固有的結(jié)構(gòu)，可以得到缺陷相對(duì)較少的鑄件。具體見圖1。

2.4 澆注系統(tǒng)選定

鋼液流動(dòng)性差，易氧化，因而選用開放式澆注系統(tǒng)。底返澆注，這樣可以保證鋼水可以平穩(wěn)充滿整個(gè)型腔。

2.5 MAGMA模擬鑄件凝固過(guò)程

利用MAGMA軟件模擬，選Porosity和Niyama作判據(jù)。如圖1（c）所示為φ2mm縮孔產(chǎn)生的判斷依據(jù)，只有零星存在點(diǎn)狀缺陷，較大缺陷都集中在人為構(gòu)建的補(bǔ)貼中；如圖1（d）所示為縮松產(chǎn)生判據(jù)，從圖中可以看到幾處縮松缺陷出現(xiàn)在冒口附近，這和暗冒口附近被烘烤溫度梯度較小有關(guān)，但總體質(zhì)量較好。

3 高壓內(nèi)缸性能檢驗(yàn)

鑄件并沒有出現(xiàn)夾砂問(wèn)題，冒口下未出現(xiàn)縮孔，鑄件整體表面質(zhì)量良好。對(duì)缸體進(jìn)行UT的探傷，未發(fā)現(xiàn)φ3mm以上缺陷，內(nèi)部質(zhì)量良好；缸體力學(xué)性能的測(cè)試情況是Rp0.2為626Mpa，Rm為755Mpa，A4為22.5%，Z為64%，力學(xué)性能符合要求。

運(yùn)用MAGMA soft軟件對(duì)高壓內(nèi)缸鑄造工藝進(jìn)行模擬，能夠預(yù)測(cè)缺陷分布位置。對(duì)冒口，冷鐵，補(bǔ)貼等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，讓零件能夠滿足客戶的要求。采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)輔助工藝設(shè)計(jì)，可以提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量。