實型鑄造的模架工藝設(shè)計分析范文

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摘要：

通過綜合分析模架的結(jié)構(gòu)，考慮鑄造工藝要求后，確定采用實型鑄造工藝方案以達到降低生產(chǎn)成本、縮短生產(chǎn)周期、提高生產(chǎn)效率。在此基礎(chǔ)上，確定該模架的相應(yīng)鑄造工藝參數(shù)、澆冒口系統(tǒng)等，并采用華鑄CAE軟件進行凝固模擬，針對鑄件存在的縮孔、縮松等缺陷，通過改變冒口的參數(shù)進行工藝優(yōu)化，獲得符合技術(shù)要求的鑄件。

關(guān)鍵詞：

模架；鑄鋼；實型鑄造；工藝優(yōu)化

實型鑄造可獲得表面光潔，尺寸較精確，內(nèi)部較致密，無飛邊毛刺的鑄件。特別適用于單件小批量生產(chǎn)的大型鑄件，在鑄造行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用[1]。本文就采用實型鑄造方法生產(chǎn)單件、小批量的模架鑄件的鑄造工藝設(shè)計及工藝優(yōu)化作了探討。

1模架的CAD建模

模架用于支撐模具，在結(jié)構(gòu)上具有其特殊性即整體呈"U"形體且側(cè)面有凹槽結(jié)構(gòu)，零件輪廓尺寸為1920mm×1060mm×1500mm，屬于大型零件，且零件存在厚大部位。選用UG軟件建模[2,3]，在UG的建模環(huán)境下首先建立基準(zhǔn)平面，根據(jù)圖紙確定各個部分之間位置關(guān)系，再通過拉伸，求差及邊倒圓等命令完成模架的三維實體模型。模架的形狀如圖1。

2鑄造工藝設(shè)計

該模架的材質(zhì)為ZG35CrMo，生產(chǎn)性質(zhì)是單件小批量生產(chǎn)。

2.1鑄造工藝方案該鑄件屬于大型厚壁件，根據(jù)確定的生產(chǎn)綱領(lǐng)，采用實型鑄造（即普通砂型與消失模相結(jié)合的鑄造方法）的工藝方案來生產(chǎn)。該方案選用STMMA做為模樣材料，采用自硬尿烷樹脂砂中的醇酸油尿烷樹脂砂進行填充模型表面一定厚度的型砂使用該種型砂填充，其余部分使用干砂填充，這樣可以減少自硬樹脂砂的用量，降低成本[1]。通過參考資料[4]確定該鑄鋼件的涂料采用鋁礬土70%，鋯英粉30%的骨料制備的消失模鑄鋼涂料,進行刷涂，涂層厚度4mm左右即可。

2.2鑄造工藝設(shè)計鑄造工藝設(shè)計中選取澆注系統(tǒng)為開放中間注入式澆注系統(tǒng)，根據(jù)鑄件材料，確定澆口杯用耐火磚砌成，澆注系統(tǒng)均采用陶瓷管連接。澆注系統(tǒng)示意圖見圖2。采用阻流截面設(shè)計法計算該鑄件的各個澆注系統(tǒng)尺寸[5]，并根據(jù)算出的數(shù)據(jù)確定澆注系統(tǒng)中各單元耐火陶瓷管的直徑，其中D直=100mm，高度為1450mm，D橫=80mm，長度為1560mm，D內(nèi)=50mm，長度為150mm。設(shè)置使用冒口補縮，并配合冷鐵加強順序凝固，冒口選取易割圓柱明冒口，根據(jù)鑄鋼件的凝固收縮率初步確定1＃、2＃、3＃、4＃冒口的尺寸為：冒口直徑為300mm,高度為500mm。為保證冒口中的金屬液最后凝固，在冒口的周圍安放保溫冒口套，保溫冒口套可購專業(yè)廠商生產(chǎn)的，冒口套的尺寸隨冒口的尺寸變化。冒口及冷鐵的放置位置如圖3，圖4所示。該件形狀為"U"形鑄件，為防止出現(xiàn)撓曲變形問題，在制作塑料模樣時，對鑄件的結(jié)構(gòu)進行了改進，增加了一塊肋板以防止鑄件在凝固過程中出現(xiàn)變形。如圖5為肋板位置圖。

3鑄造凝固模擬

經(jīng)過對該鑄件物性參數(shù)的分析，確定了澆注溫度在1570~1600℃，澆注時間為110~130s時，鑄件的質(zhì)量較好。鑄件的凝固過程與鑄件的縮孔、縮松及應(yīng)力集中直接相關(guān)。對鑄件進行凝固過程模擬就是為了預(yù)測縮孔及縮松的位置，同樣，由凝固時間及凝固順序也可以根據(jù)經(jīng)驗預(yù)測縮孔及縮松。采用華鑄CAE軟件得到原始方案鑄件凝固缺陷分布圖，如圖6所示。可以看出，鑄件內(nèi)部存在大量的縮孔、縮松缺陷，說明冒口的補縮效果不好，冒口的尺寸需要改進。

4工藝優(yōu)化

由原工藝的凝固圖看出冒口的補縮效果不好，鑄件內(nèi)部形成大量的縮孔縮松等缺陷。為了減少縮孔縮松等缺陷需從改變冒口入手，將原工藝中的冒口直徑不變，冒口高度由原來的500mm增至600mm，進行凝固模擬，結(jié)果如圖7。可以看出，1＃冒口的補縮效果很好，確定1＃冒口直徑為300mm,冒口高為600mm。2＃、3＃、4＃冒口的尺寸仍需改進。將2＃、3＃、4＃冒口的直徑增至400mm,高度增至700mm，進行凝固模擬，模擬結(jié)果如圖8。可以看出，2＃冒口的補縮效果良好，確定2＃冒口的直徑為400mm,高度為700mm。3＃冒口的補縮通道凝固過早，導(dǎo)致鑄件內(nèi)部出現(xiàn)大量的縮孔、縮松缺陷，4＃冒口的補縮通道雖然沒有過早凝固，但是冒口的補縮效果也不好，因此，3＃、4＃冒口的尺寸仍需改進。通過不斷的改進，最后確定3＃、4＃冒口的尺寸均為直徑500mm，高度800mm時，鑄件的內(nèi)部不再出現(xiàn)縮孔縮松等缺陷。模擬結(jié)果如圖9，鑄件中缺陷消除。

5結(jié)語

針對單件、小批量生產(chǎn)的模架采用砂型與消失模相結(jié)合的鑄造方法，得到了一套生產(chǎn)該模架的鑄造工藝方案，并運用華鑄CAE軟件對模架進行凝固過程模擬及工藝優(yōu)化，獲得無缺陷鑄件。且生產(chǎn)鑄件過程比傳統(tǒng)的砂型鑄造方法更加便捷、成本低、生產(chǎn)周期短，提高了生產(chǎn)效率。

參考文獻：

[1]李思，申榮華，袁興國．后梁支座實型鑄造工藝設(shè)計及凝固模擬[J]．鑄造技術(shù)，2015，36（5）：1327-1329．

[2]林益平等．UG軟件在某多功能包裝機三維造型設(shè)計中的應(yīng)用[J]．輕工機械，2003（2）：29-31．

[3]李玉龍，劉漢成．UG下用戶CAD系統(tǒng)的界面二次開發(fā)研究[J]．合肥學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)．2006(04)：29-31．

[4]鄧宏運，陰世河編著．消失模鑄造及實型鑄造技術(shù)手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2012．

[5]中國機械工程學(xué)會鑄造分會．鑄造手冊．第5卷，鑄造工藝[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2003．

作者：馮濤 申榮華 李思 袁興國 單位：貴州大學(xué) 機械工程學(xué)院