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摘要：

通過(guò)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(shí)型鑄造工藝方案以達(dá)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(jìn)行凝固模擬，針對(duì)鑄件存在的縮孔、縮松等缺陷，通過(guò)改變冒口的參數(shù)進(jìn)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(shí)型鑄造；工藝優(yōu)化

實(shí)型鑄造可獲得表面光潔，尺寸較精確，內(nèi)部較致密，無(wú)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(shí)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(jì)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(gè)部分之間位置關(guān)系，再通過(guò)拉伸，求差及邊倒圓等命令完成模架的三維實(shí)體模型。模架的形狀如圖1。

2鑄造工藝設(shè)計(jì)

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(shí)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(lái)生產(chǎn)。該方案選用STMMA做為模樣材料，采用自硬尿烷樹(shù)脂砂中的醇酸油尿烷樹(shù)脂砂進(jìn)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(shù)脂砂的用量，降低成本[1]。通過(guò)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(jìn)行刷涂，涂層厚度4mm左右即可。

2.2鑄造工藝設(shè)計(jì)鑄造工藝設(shè)計(jì)中選取澆注系統(tǒng)為開(kāi)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(jiàn)圖2。采用阻流截面設(shè)計(jì)法計(jì)算該鑄件的各個(gè)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(zhǎng)度為1560mm，D內(nèi)=50mm，長(zhǎng)度為150mm。設(shè)置使用冒口補(bǔ)縮，并配合冷鐵加強(qiáng)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?chē)卜疟孛翱谔祝孛翱谔卓少?gòu)專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)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(wèn)題，在制作塑料模樣時(shí)，對(duì)鑄件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，增加了一塊肋板以防止鑄件在凝固過(guò)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(guò)對(duì)該鑄件物性參數(shù)的分析，確定了澆注溫度在1570~1600℃，澆注時(shí)間為110~130s時(shí)，鑄件的質(zhì)量較好。鑄件的凝固過(guò)程與鑄件的縮孔、縮松及應(yīng)力集中直接相關(guān)。對(duì)鑄件進(jìn)行凝固過(guò)程模擬就是為了預(yù)測(cè)縮孔及縮松的位置，同樣，由凝固時(shí)間及凝固順序也可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)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(shuō)明冒口的補(bǔ)縮效果不好，冒口的尺寸需要改進(jìn)。

4工藝優(yōu)化

由原工藝的凝固圖看出冒口的補(bǔ)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(lái)的500mm增至600mm，進(jìn)行凝固模擬，結(jié)果如圖7。可以看出，1＃冒口的補(bǔ)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(jìn)。將2＃、3＃、4＃冒口的直徑增至400mm,高度增至700mm，進(jìn)行凝固模擬，模擬結(jié)果如圖8。可以看出，2＃冒口的補(bǔ)縮效果良好，確定2＃冒口的直徑為400mm,高度為700mm。3＃冒口的補(bǔ)縮通道凝固過(guò)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(bǔ)縮通道雖然沒(méi)有過(guò)早凝固，但是冒口的補(bǔ)縮效果也不好，因此，3＃、4＃冒口的尺寸仍需改進(jìn)。通過(guò)不斷的改進(jìn)，最后確定3＃、4＃冒口的尺寸均為直徑500mm，高度800mm時(shí)，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(yǔ)

針對(duì)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(yùn)用華鑄CAE軟件對(duì)模架進(jìn)行凝固過(guò)程模擬及工藝優(yōu)化，獲得無(wú)缺陷鑄件。且生產(chǎn)鑄件過(guò)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(xiàn)：

[1]李思，申榮華，袁興國(guó)．后梁支座實(shí)型鑄造工藝設(shè)計(jì)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(jī)三維造型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]．輕工機(jī)械，2003（2）：29-31．

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

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

[5]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì)．鑄造手冊(cè)．第5卷，鑄造工藝[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003．

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