ZL104鋁合金刀盤體的鑄造工藝優(yōu)化

貝偉明

摘要：公司生產(chǎn)的ZL104鋁合金刀盤體鑄件厚壁處常出現(xiàn)縮松縮孔缺陷。使用蕓峰CAE軟件對(duì)此盤體原有的鑄造工藝進(jìn)行凝固過(guò)程模擬仿真，預(yù)測(cè)縮松縮孔缺陷位置與實(shí)際生產(chǎn)相吻合。優(yōu)化工藝后，再次用CAE軟件進(jìn)行模擬仿真，得到合理的方案后，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用，毛坯加工后該區(qū)域的縮松縮孔完全消除，獲得了合格零件。

Abstract： The ZL104 aluminum alloy cutterhead castings produced by our company often appear shrinkage holes in the thick wall. Using Yunfeng CAE software to simulate the solidification process of the original casting process of this castings， the position of shrinkage porosity defect predicted is consistent with the actual production. After optimizing the process， simulate again. And a reasonable process was obtained， it was applied in actual production. Finally， the shrinkage cavity in this area was completely eliminated， and qualified parts were obtained.

關(guān)鍵詞：ZL104鋁合金;縮松縮孔缺陷;鑄造工藝優(yōu)化

Key words： ZL104 aluminum alloy;shrinkage defect;optimization of casting process

中圖分類號(hào)：TG2;TP3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）06-0085-02

0? 引言

公司生產(chǎn)的刀盤體采用的是ZL104材料，刀盤體用于安裝切割煙支的刀片，要求沒(méi)有縮孔縮松、裂紋等鑄造缺陷。此鑄件進(jìn)行精加工后發(fā)現(xiàn)中間較厚區(qū)域常出現(xiàn)縮松缺陷（圖1），產(chǎn)生批量報(bào)廢。為此采用鑄造CAE模擬仿真技術(shù)并結(jié)合鑄造理論基礎(chǔ)尋求解決措施[1-5]。

1? 刀盤結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

刀盤最大輪廓尺寸為460mm，高度為57mm，最大壁厚為20mm，最小壁厚為4mm，重7.6kg，采用粘土砂造型小批量生產(chǎn)，鑄件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2? 原鑄造工藝

2.1 澆注系統(tǒng)

原鑄造工藝如圖2 所示，刀盤平面朝下，采用頂注開放式澆注系統(tǒng)，內(nèi)澆口通過(guò)暗冒口引入鑄型，澆注溫度為730℃。

2.2 凝固過(guò)程仿真分析

通過(guò)使用蕓峰CAE軟件對(duì)刀盤的凝固過(guò)程進(jìn)行模擬仿真分析。

圖3（a）為t=82.88s時(shí)的凝固狀態(tài)，此時(shí)刀盤四周的壁已經(jīng)凝固，底部平面大部分仍處于液相狀態(tài);圖3（b）顯示t=95.55s時(shí)底部平面外圈基本凝固完成，而中間較厚部位形成了孤立液相區(qū)，冒口的補(bǔ)縮通道也消失;圖3（c）為t=431.85s時(shí)凝固狀態(tài)，此時(shí)整個(gè)鑄件與澆冒口凝固完成。從圖3（c）右上方顯示文字看出，鑄件孔松總體積為，孔5.00cc，松46.12cc，表明原始工藝易產(chǎn)生縮孔縮松缺陷，其位置也與加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的位置相符。從模擬仿真分析中可以看出，刀盤出現(xiàn)縮孔縮松缺陷是因?yàn)榈撞科矫嬷虚g的區(qū)域壁厚較大（20mm），而底部平面外圈壁厚為10mm，凝固過(guò)程中薄壁處先于厚壁處凝固，此后設(shè)置在內(nèi)澆口處的暗冒口對(duì)厚壁處起不到補(bǔ)縮作用，最終厚壁處產(chǎn)生縮松縮孔缺陷。

3? 優(yōu)化工藝及仿真分析

針對(duì)出現(xiàn)縮松缺陷的厚壁區(qū)域，設(shè)計(jì)環(huán)形冷鐵，冷鐵厚度為15mm[6]，間隔為15mm，并在上方安放兩個(gè)圓弧腰形壓邊冒口，壓邊10mm，結(jié)構(gòu)如圖4所示。

對(duì)優(yōu)化后的方案進(jìn)行模擬仿真分析，圖5（a）為t=79.09s時(shí)顯示刀盤四周已開始凝固;圖5（b）為t=97.12s時(shí)，刀盤底部較薄部分凝固，此時(shí)內(nèi)澆口處的暗冒口對(duì)刀盤底部較厚區(qū)域失去補(bǔ)縮作用，而腰型冒口仍處于液相狀態(tài)，能對(duì)厚壁處進(jìn)行補(bǔ)縮;圖5（c）為t=427.34s時(shí)，鑄件完全凝固，上方顯示鑄件孔松總體積為縮松2.08cc，較原始方案有明顯改善。

4? 生產(chǎn)驗(yàn)證新方案

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采用改進(jìn)措施的方案，首次生產(chǎn)刀盤17件，精加工后發(fā)現(xiàn)所有刀盤厚壁處均未發(fā)現(xiàn)縮松縮孔缺陷（圖6），獲得了合格零件。

5? 結(jié)語(yǔ)

①刀盤產(chǎn)生縮松縮孔的原因是中間厚壁處在凝固過(guò)程中形成孤立液相區(qū)，得不到補(bǔ)縮;

②在厚壁處增設(shè)環(huán)形冷鐵并在其上方設(shè)置壓邊冒口能有效解決厚壁處的縮孔縮松缺陷;

③鑄造CAE技術(shù)可以將復(fù)雜的鑄造生產(chǎn)過(guò)程可視化，便于工藝人員進(jìn)行工藝分析及優(yōu)化工藝方案，從而減少試驗(yàn)成本，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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