球鐵支架的鑄造工藝設計及數值模擬

張榮芳　孟維云　李姣

[摘要]首先對右鉸鏈支架進行初步的鑄造工藝方案設計，然后運用鑄造數值模擬軟件AnyCasting對其充型和凝固過程進行模擬，預測可能產生的鑄造缺陷及部位，分析缺陷產生的原因，從而改進設計工藝。經多次模擬優化獲得最佳工藝，可減少鑄造缺陷，保證鑄件質量。

[關鍵詞]鉸鏈支架；鑄造工藝；數值模擬

引言

AnyCastmg鑄造模擬軟件系統是專門針對各種鑄造工藝過程開發的仿真系統，可以進行鑄造的充型、熱傳導和凝固過程的模擬分析。通過數值模擬可以較準確地預測鑄件可能出現的缺陷大小、部位和發生的時間，從而在實際生產前進行工藝改造以保證鑄件質量，減少鑄件缺陷，降低生產成本。

l鉸鏈支架的原始鑄造工藝方案

右鉸鏈支架材質為QT450-10，毛量約為11.676kg，輪廓尺寸為424.5mm×363mm×152.5mm。鑄件安裝部位表面需精加工且精度較高，其余為毛坯。鑄件上下部位各有兩條肋，肋與鑄件連接部位容易產生熱節。支架整體分布在兩個平面，平面連接處形成拐角，易產生應力集中。鑄件還有許多需要加工的小孔，由于孔徑較小，不直接鑄出。

該鑄件材料選用自硬呋喃樹脂砂，相同生產條件下出品率越高效益越好，但多件排布時橫澆道太長將會導致鐵液氧化、球化衰退嚴重，支架鑄件采用一箱兩件生產。為提高出品率澆注系統設置一個直澆道，直澆道設置在中間，然后分流出兩個對稱的橫澆道，在每支橫澆道上分出4個內澆道。支架壁較薄，不易安放冒口，支架壁較厚的安裝孔部位可利用冷鐵加快凝固速度，因此綜合參考可采用無冒口鑄造方案。

澆注系統設計為封閉開放式，中注式澆注系統，使用這種澆注系統金屬液進入型腔時流速大，充型平穩，另外，為了更好的撇渣，選擇帶過濾網的漏斗形澆口杯，在澆口杯處安放用油砂制成的厚為15mm的濾渣網，網孔上部直徑為Φ6mm，下部為Φ7mm，提高金屬液的質量。球墨鑄鐵澆注系統各組元的截面積雖可計算，但通常采用經驗數據更接近實際，此處取∑F_直：∑F_橫：∑F_內=0.8：1.2：1。

2.充型及凝固過程數值模擬

右鉸鏈支架在此工藝方案的色溫填充模擬結果如圖1所示，以色溫方式顯示澆注過程中液流充型流動和溫度變化，表現了流動與換熱的實時耦合效果，由此模擬結果可以看出金屬液充型過程中的溫度變化，鑄件在整個充型過程中的溫度分布基本上是縱向下部溫度低，上部溫度高，橫向則是中心溫度高，邊緣溫度低。初始澆注溫度為1300℃，充型剛結束時的最低溫度約為1210℃，說明充型過程中溫度變化較小，充型完成時溫度分布較為均勻。

從充型過程溫度分布來看，鑄件在整個充型過程中的溫度分布基本上是縱向下部溫度低，上部溫度高，橫向則是中心溫度高，邊緣溫度低。初始澆注溫度為1300℃，充型剛結束時的最低溫度約為1210℃，說明充型過程中溫度變化較小，充型完成時溫度分布較為均勻。

3結論

AnyCasting軟件中的高級鑄件分析，可以準確的預測鑄件在實際澆注過程中容易出現缺陷的部位和類型。支架鑄件關鍵部位有上部安裝孔要求組織致密：下部直徑100mm孔與周圍四個孔有較高的位置度要求側耳、四根肋與支架本體連接部位容易形成熱節，產生熱裂，這些部位是模擬結果分析的重點。根據概率缺陷分析，支架鑄件整體出現缺陷概率很小，尤其重要部分幾乎不出現缺陷。