減速機箱蓋的鑄造工藝及MAGMA模擬分析

周正壽，韓慶祥，孫祥廣，李松杰

(江蘇恒立液壓股份有限公司，江蘇 常州 213164)

風能是一種安全、清潔的可再生能源，利用風能發電，既環保又經濟。而減速機箱蓋鑄件為風力發電設備的重要零部件[1-2]。通常，減速機箱蓋的鑄件需要在-20～-40 ℃惡劣環境下工作，所以減速機箱蓋鑄件要有良好的力學性能和內部質量。

本文通過MAGMA模擬軟件來模擬整個鑄造生產過程，對鑄件可能出現的縮松、縮孔和沖砂位置進行分析。旨在減少制造成本，縮短開發時間，確保鑄造質量，對降低鑄造成本具有一定的實踐意義[3-5]。

1 減速機箱蓋結構特征分析

減速機箱蓋鑄件三維實體如圖1所示，鑄件結構復雜。減速機箱蓋鑄件尺寸570 mm×400 mm×192 mm，鑄件質量為65 kg，材質為QT400-18L(具體化學成分和性能見表1和表2)。

圖1 減速機箱蓋鑄件示意圖

表1 減速機箱蓋鑄件化學成分

表2 減速機箱蓋鑄件力學性能

2 鑄造工藝分析及設計

利用模擬軟件初步分析減速機箱蓋鑄件的熱節。根據鑄件模擬結果分析，初步確定鑄件的熱節比較分散，存在多處孤立熱節，如圖2所示。通過對鑄件材料、尺寸和技術要求等綜合分析，決定采用金屬模，金屬模造型差異小，工藝穩定。

圖2 減速機箱蓋鑄件的熱節

綜合考慮鑄件的結構特點和熱節分布情況，把鑄件大平面置于上箱(加工面)，這樣后續砂渣眼可以加工掉，保證鑄件有良好的外觀面。通過頂冒口方案，補縮鑄件，保證鑄件內部沒有縮松。此外根據鑄件結構特點分析，減速機箱蓋鑄件下方存在6個凸臺，熱節孤立，需要通過增加冷鐵的方式來增加冒口補縮距離。鑄件內部由一個砂芯成型，鑄件四周由于減重，需要增加4個砂芯進行成型，砂芯形狀設計如圖3所示。

圖3 減速機箱蓋鑄件的工藝設計

圖4 減速機箱蓋鑄件的工藝排版圖

一般通過設計開放型澆注系統，保證鐵水平穩進入鑄造型腔，如圖4所示，當鐵水通過直澆棒后，進入橫澆道，最后通過砂芯，從鑄件底部流入鑄件。底注澆注的優點是為了確保整個澆注沖型平穩，減少金屬液在鑄型中的卷氣、紊流及減少對型腔的沖擊，更有利于排氣和排渣，尤其對減速機箱蓋鑄件這類高度較高的鑄件更適合。具體的工藝圖如圖4所示。

3 鑄造工藝模擬分析

MAGMA模擬主要參數設置如表3。

表3 模擬參數設置

3.1 充型過程模擬

將工藝數據導入MAGMA系統里。首先對導入后的數據進行定義，然后進行網格劃分，再輸入模擬參數，最后進行整個澆注過程模擬。通過模擬看出鐵水在型腔里的流動速度。圖5是整個充型過程結果。可以看出內澆道進鐵水速度小于1 m/s，說明進鐵水速度平穩，且鐵水充滿澆口，使得外界氣體無法進入型腔，鑄件質量得到保證。

圖5 鑄造工藝充型過程模擬結果

結果可以看出該工藝基本實現了設計目標，整個內澆口在充型過程中始終處于充滿的狀態，鐵水比較平穩的進入型腔。

3.2 凝固過程模擬

凝固過程的分析是整個凝固模擬的關鍵，通過充型凝固模擬可以看出澆注過程中溫度的變化情況，此外，還可以預判出縮松位置，為工藝提供了有力保障。圖6是不同時刻凝固變化過程情況。通過模擬，我們可以看出鐵水先從底部開始凝固，最后在熱節處凝固。圖中看出冒口最后凝固，目的是使鑄件得到一定補縮。通過圖7發現，鑄件不會產生縮松。

圖6 凝固過程模擬

圖7 縮松模擬

4 鑄件實際生產結果

按照鑄造工藝方案進行實際工藝生產，生產后的鑄件解剖著色探傷后，沒有發現縮松缺陷，鑄件合格，著色圖片如圖8所示。

圖8 實際鑄件探傷示意圖

5 結束語

對減速機箱蓋鑄件的結構特點進行分析，制定合理的分型及砂芯等鑄造工藝方案，并利用MAGMA模擬對減速機箱蓋鑄件鑄造工藝的技術應用，可以縮短開發周期和獲得合格的鑄件。