实型铸造的模架工艺设计分析范文

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摘要：

通过综合分析模架的结构，考虑铸造工艺要求后，确定采用实型铸造工艺方案以达到降低生产成本、缩短生产周期、提高生产效率。在此基础上，确定该模架的相应铸造工艺参数、浇冒口系统等，并采用华铸CAE软件进行凝固模拟，针对铸件存在的缩孔、缩松等缺陷，通过改变冒口的参数进行工艺优化，获得符合技术要求的铸件。

关键词：

模架；铸钢；实型铸造；工艺优化

实型铸造可获得表面光洁，尺寸较精确，内部较致密，无飞边毛刺的铸件。特别适用于单件小批量生产的大型铸件，在铸造行业中得到广泛应用[1]。本文就采用实型铸造方法生产单件、小批量的模架铸件的铸造工艺设计及工艺优化作了探讨。

1模架的CAD建模

模架用于支撑模具，在结构上具有其特殊性即整体呈"U"形体且侧面有凹槽结构，零件轮廓尺寸为1920mm×1060mm×1500mm，属于大型零件，且零件存在厚大部位。选用UG软件建模[2,3]，在UG的建模环境下首先建立基准平面，根据图纸确定各个部分之间位置关系，再通过拉伸，求差及边倒圆等命令完成模架的三维实体模型。模架的形状如图1。

2铸造工艺设计

该模架的材质为ZG35CrMo，生产性质是单件小批量生产。

2.1铸造工艺方案该铸件属于大型厚壁件，根据确定的生产纲领，采用实型铸造（即普通砂型与消失模相结合的铸造方法）的工艺方案来生产。该方案选用STMMA做为模样材料，采用自硬尿烷树脂砂中的醇酸油尿烷树脂砂进行填充模型表面一定厚度的型砂使用该种型砂填充，其余部分使用干砂填充，这样可以减少自硬树脂砂的用量，降低成本[1]。通过参考资料[4]确定该铸钢件的涂料采用铝矾土70%，锆英粉30%的骨料制备的消失模铸钢涂料,进行刷涂，涂层厚度4mm左右即可。

2.2铸造工艺设计铸造工艺设计中选取浇注系统为开放中间注入式浇注系统，根据铸件材料，确定浇口杯用耐火砖砌成，浇注系统均采用陶瓷管连接。浇注系统示意图见图2。采用阻流截面设计法计算该铸件的各个浇注系统尺寸[5]，并根据算出的数据确定浇注系统中各单元耐火陶瓷管的直径，其中D直=100mm，高度为1450mm，D横=80mm，长度为1560mm，D内=50mm，长度为150mm。设置使用冒口补缩，并配合冷铁加强顺序凝固，冒口选取易割圆柱明冒口，根据铸钢件的凝固收缩率初步确定1＃、2＃、3＃、4＃冒口的尺寸为：冒口直径为300mm,高度为500mm。为保证冒口中的金属液最后凝固，在冒口的周围安放保温冒口套，保温冒口套可购专业厂商生产的，冒口套的尺寸随冒口的尺寸变化。冒口及冷铁的放置位置如图3，图4所示。该件形状为"U"形铸件，为防止出现挠曲变形问题，在制作塑料模样时，对铸件的结构进行了改进，增加了一块肋板以防止铸件在凝固过程中出现变形。如图5为肋板位置图。

3铸造凝固模拟

经过对该铸件物性参数的分析，确定了浇注温度在1570~1600℃，浇注时间为110~130s时，铸件的质量较好。铸件的凝固过程与铸件的缩孔、缩松及应力集中直接相关。对铸件进行凝固过程模拟就是为了预测缩孔及缩松的位置，同样，由凝固时间及凝固顺序也可以根据经验预测缩孔及缩松。采用华铸CAE软件得到原始方案铸件凝固缺陷分布图，如图6所示。可以看出，铸件内部存在大量的缩孔、缩松缺陷，说明冒口的补缩效果不好，冒口的尺寸需要改进。

4工艺优化

由原工艺的凝固图看出冒口的补缩效果不好，铸件内部形成大量的缩孔缩松等缺陷。为了减少缩孔缩松等缺陷需从改变冒口入手，将原工艺中的冒口直径不变，冒口高度由原来的500mm增至600mm，进行凝固模拟，结果如图7。可以看出，1＃冒口的补缩效果很好，确定1＃冒口直径为300mm,冒口高为600mm。2＃、3＃、4＃冒口的尺寸仍需改进。将2＃、3＃、4＃冒口的直径增至400mm,高度增至700mm，进行凝固模拟，模拟结果如图8。可以看出，2＃冒口的补缩效果良好，确定2＃冒口的直径为400mm,高度为700mm。3＃冒口的补缩通道凝固过早，导致铸件内部出现大量的缩孔、缩松缺陷，4＃冒口的补缩通道虽然没有过早凝固，但是冒口的补缩效果也不好，因此，3＃、4＃冒口的尺寸仍需改进。通过不断的改进，最后确定3＃、4＃冒口的尺寸均为直径500mm，高度800mm时，铸件的内部不再出现缩孔缩松等缺陷。模拟结果如图9，铸件中缺陷消除。

5结语

针对单件、小批量生产的模架采用砂型与消失模相结合的铸造方法，得到了一套生产该模架的铸造工艺方案，并运用华铸CAE软件对模架进行凝固过程模拟及工艺优化，获得无缺陷铸件。且生产铸件过程比传统的砂型铸造方法更加便捷、成本低、生产周期短，提高了生产效率。

参考文献：

[1]李思，申荣华，袁兴国．后梁支座实型铸造工艺设计及凝固模拟[J]．铸造技术，2015，36（5）：1327-1329．

[2]林益平等．UG软件在某多功能包装机三维造型设计中的应用[J]．轻工机械，2003（2）：29-31．

[3]李玉龙，刘汉成．UG下用户CAD系统的界面二次开发研究[J]．合肥学院学报(自然科学版)．2006(04)：29-31．

[4]邓宏运，阴世河编著．消失模铸造及实型铸造技术手册[M]．北京：机械工业出版社，2012．

[5]中国机械工程学会铸造分会．铸造手册．第5卷，铸造工艺[M]．北京：机械工业出版社，2003．

作者：冯涛 申荣华 李思 袁兴国 单位：贵州大学 机械工程学院