隔膜泵鑄件鑄造仿真的應(yīng)用

金鑫

摘 要：隔膜泵鑄造件因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的特殊性，必須采用鑄造件。但鑄造件的質(zhì)量控制一直是個(gè)普遍的難題。本文采用主流鑄造分析軟件對(duì)隔膜泵左腔體進(jìn)行鑄造仿真分析并進(jìn)行了實(shí)物的驗(yàn)證。結(jié)果表明仿真結(jié)果能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的鑄造缺陷。為鑄造件的質(zhì)量控制提供了可靠的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：隔膜泵；鑄造仿真；仿真計(jì)算

中圖分類(lèi)號(hào)：TH213 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隔膜泵一般由曲軸、連桿、十字頭及活塞等主要部件組成，其工作的基本原理相當(dāng)于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。在主電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，曲軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿帶動(dòng)十字頭及活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)泵閥的開(kāi)啟、關(guān)閉，完成輸送介質(zhì)的吸、排過(guò)程。隔膜泵主要分為液力端和動(dòng)力端兩大部分，液力端主要是過(guò)流部件。由于液力端很多關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)特殊，因此大多采用鑄造件。也正是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的特殊性，很多鑄件的質(zhì)量很難控制。近年來(lái)，鑄造仿真方法越來(lái)越多地被應(yīng)用到鑄造件的質(zhì)量控制中。因此將鑄造仿真方法應(yīng)用在隔膜泵鑄造件的質(zhì)量控制中顯得勢(shì)在必行。以液力端的左腔體為例，進(jìn)行鑄造仿真分析，對(duì)澆注和凝固過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，查看卷氣、溫度、粒子追蹤、微縮孔的計(jì)算結(jié)果，并將仿真發(fā)現(xiàn)的缺陷與實(shí)際生產(chǎn)的鑄件進(jìn)行驗(yàn)證。

1.左腔體的仿真計(jì)算和驗(yàn)證

1.1 鑄造建模及前處理。本文以左腔體為例，對(duì)其進(jìn)行鑄造仿真分析及實(shí)物驗(yàn)證工作。左腔體的三維模型如圖1所示。在將模型導(dǎo)入軟件前，根據(jù)實(shí)際鑄造工藝建立帶澆注系統(tǒng)及冒口三維仿真模型，如圖2所示。將鑄造模型導(dǎo)入軟件中，設(shè)置好初始條件及需要打開(kāi)的物理模型，如圖3所示。計(jì)算過(guò)程中打開(kāi)卷氣、湍流、傳熱、粒子追蹤模型，先進(jìn)行澆注過(guò)程的計(jì)算，將澆注滿(mǎn)后的結(jié)果進(jìn)行凝固的接續(xù)計(jì)算，查看凝固后縮松缺陷的情況。仿真模型處理時(shí)需要填入鑄件所用材質(zhì)的熱物性參數(shù)，由于國(guó)內(nèi)缺少此材質(zhì)的熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)，因此本研究中引用專(zhuān)業(yè)的熱物性計(jì)算軟件計(jì)算出來(lái)。

1.2 澆注仿真結(jié)果。澆注計(jì)算結(jié)果顯示在澆注過(guò)程中，左腔體大端轉(zhuǎn)彎處存在較重的卷氣情況，如圖4所示。粒子追蹤計(jì)算是模擬澆注過(guò)程中是帶入鑄件的砂子等大顆粒雜質(zhì)是否可以通過(guò)冒口排出去。圖5顯示在澆注結(jié)束后，所有小顆粒的粒子都排出到冒口中。從澆注的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，沿著澆注進(jìn)料方向的左腔體大端存在卷氣現(xiàn)象，存在凝固后鑄件有氣孔的危險(xiǎn)。粒子追蹤結(jié)果表明此澆注系統(tǒng)能夠?qū)腓T件的都少量固體小顆粒帶出鑄件，保證鑄造質(zhì)量。

1.3 凝固過(guò)程仿真。將澆注后的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行接續(xù)計(jì)算，模擬鑄件凝固過(guò)程。凝固結(jié)果顯示凝固后補(bǔ)縮集中在冒口中，如圖6所示。凝固后溫度分布顯示在左腔體大端拐角處存在熱節(jié)，此處容易產(chǎn)生縮孔、縮松的缺陷，如圖7所示。凝固后的微缺陷分析顯示在左腔體大端拐角處及鑄件壁厚中心處都存在縮孔或縮松的危險(xiǎn)，如圖8所示。

1.4 實(shí)物驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)仿真后發(fā)現(xiàn)無(wú)論是卷氣還是熱節(jié)等問(wèn)題多發(fā)于左腔體大端拐角處，對(duì)此處實(shí)物進(jìn)行射線(xiàn)探傷和解剖分析。射線(xiàn)探傷和實(shí)物分析分別在兩個(gè)左腔體上進(jìn)行。1#左腔體在大端拐角處進(jìn)行射線(xiàn)探傷，2#左腔體為事故件，在使用一段時(shí)間后，在大端拐角處出現(xiàn)了穿透性的裂紋。在裂紋處剖開(kāi)觀(guān)察斷口。1#件的射線(xiàn)探傷結(jié)果顯示在大端拐角處存在5級(jí)的縮松缺陷。2#件斷口處存在明顯的氣孔，如圖9所示。此結(jié)果與仿真結(jié)算結(jié)果比較吻合。

結(jié)論

通過(guò)對(duì)左腔體的鑄造仿真計(jì)算和實(shí)物驗(yàn)證分析可以得到以下結(jié)論：（1）仿真計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果比較吻合；（2）對(duì)于左腔體來(lái)講大端拐角處鑄造缺陷多發(fā)位置；（3）目前左腔體的鑄造工藝整體來(lái)講問(wèn)題不大，但對(duì)與大端拐角處應(yīng)作局部的調(diào)整，以到達(dá)更好的鑄造效果；（4）鑄造仿真結(jié)果對(duì)實(shí)際鑄造生產(chǎn)質(zhì)量的控制提供了一定的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)

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