重型轮式汽车支架铸造工艺的数值模拟
重型装载车辆的车架安装在车辆的两侧，在整个车辆的中起着支撑作用。它是重型装载汽车的重要部件。它在工作中受到影响和影响，受很大的负荷。此外，重要部件中的焊接体没有必要减少松树和孔的缺点。通过铸造模拟技术, 对设计的铸造工艺进行模拟, 为改进浇注系统、排气系统等提出一些意见和建议, 从而提高了工艺设计水平, 减少了铸造缺陷的产生。
1. 辅助支撑作用
支架铸件三维实体如图1所示, 铸件为中心对称, 大平面 (a处) 与中间圆环孔由筋板 (c处) 连接, 加强筋 (b) 起辅助支撑作用, 两φ60m m圆棒 (d处) 由相交的筋板与中间圆环孔连接, 中间圆环孔下端小孔位置为筋板围成的空腔, 起减重作用。铸件结构简单, 但局部壁厚较厚, 最厚处 (e处) 为72m m, 最大外形尺寸770mm×435mm×300mm, 铸件重117kg, 材质为ZG310-570。
2. 浇注系统设计
由于铸钢熔点高, 流动性差, 收缩大, 易氧化, 而且夹杂物对铸件力学性能影响严重, 多采用底注浇包, 浇注的铸钢件宜采用开放式浇注系统。
由于中注式浇注系统具有充型平稳, 抗气孔、夹渣能力强, 以及抗缩松、缩孔、渗漏能力强的特点, 根据我公司生产装备状况, 采用中注式浇注系统, 一箱两件, 钢液由侧冒口直接进入铸型。
为保证对铸件的充分补缩, 采用三个侧冒口及一个顶冒口对不同热节部位进行补缩。
采用酚醛树脂砂制芯, 由于树脂砂发气量较大, 因此将形成中间圆环孔位置的砂芯中间进行掏空, 上芯头顶端放置一出气孔, 顶冒口上端扎透, 便于及时排出铸型中的气体。
根据经验, 为防止在最大热节位置 (e处) 出现缩松、缩孔缺陷, 在该位置放置4块外冷铁激冷。
3. 铸造凝固过程分析
我们采用C a t i a三维设计软件对原铸造工艺方案实体建模, 然后转化为STL格式文件导入到铸造工艺设计及工艺模拟软件CASTsoft中, 利用处理模块对工艺方案进行凝固过程模拟, 并对模拟结果进行比较分析, 预测缺陷存在的大小及位置。
从图2中可以看出, 当铸件凝固进程为52.44%时, 铸件内部出现5个独立液相区:三个侧冒口位置出现最大一处、4个外冷铁位置两处、顶冒口一处及远离顶冒口φ60mm圆棒中间热节较大处。
三个侧冒口附近的独立液相区体积较大, 连成一片, 未断开, 说明此时单个冒口的有效补缩距离大于两个冒口之间的距离。从凝固结果看, 大平面位置的缩松、缩孔都出现在冒口内, 铸件内部无缩松、缩孔现象发生。
外冷铁附近的两个独立液相区, 并未与中间侧冒口形成的独立液相区完全分开, 说明此时中间冒口对该位置仍有一定的补缩作用。随着钢液的进一步凝固, 当凝固进程为66%左右时, 外冷铁附近才真正存在独立液相区, 不过独立液相区体积较小, 说明外冷铁对该位置激冷效果明显。
顶冒口位置的独立液相区, 缩松、缩孔出现在冒口内, 铸件内部无缩松、缩孔现象发生。
观看整个凝固过程可以发现, 当凝固进程为25%左右时, 上下两个φ60mm圆棒中间的筋板已经部分凝固, 顶冒口向远离顶冒口的φ60mm圆棒补缩的通道中断, 无法对其进行补缩。远离顶冒口的φ60mm圆棒处的独立液相区体积较大, 既无冒口补缩又无冷铁激冷, 最终将形成缩松、缩孔缺陷。
4. 中间冒口对铸造缺陷的控制
通过对原始工艺方案的凝固过程模拟分析, 可以看出三个侧冒口、外冷铁及顶冒口部位铸件无缩松、缩孔缺陷, 但在远离顶冒口的φ60mm圆棒处中间部位出现了大的缩孔缺陷。为消除铸件的缩孔缺陷, 可以尝试在φ60mm圆棒中心及独立液相区最终消失位置放置两块内冷铁;同时三个侧冒口距离较近, 无法充分发挥单个冒口有效补缩距离的补缩作用, 又中间冒口对外冷铁处的独立液相区有一定的补缩作用, 可以尝试去除两端对称的侧冒口, 只保留中间侧冒口, 必要时适当加大中间侧冒口尺寸, 增加冒口的有效补缩距离。
对工艺方案进行改进, 在远离顶冒口的φ60mm圆棒处增加两个内冷铁, 去除对称的两侧冒口。更改后的工艺方案凝固模拟结果如图3所示。
从图3可以看出, 在凝固进程为45.06%时, 中间侧冒口在其有效补缩距离内对大平面一直起补缩作用, 同时对外冷铁位置附近的独立液相区也有一定的补缩作用。从凝固结果看, 大平面位置的缩松、缩孔都出现在冒口内, 铸件内部无缩松、缩孔现象发生。在两个内冷铁的共同激冷作用下, 凝固进程还未到50%时, 附近的钢液已经完全凝固。
5. 缩孔缺陷缺陷
通过实际工艺验证, 在凝固模拟中出现的5个独立液相区部位, 均未发现缩松、缩孔缺陷。铸造工艺凝固过程模拟对新产品设计有很强的指导作用, 通过对原始铸造工艺方案的凝固过程模拟, 找出缺陷的大小及位置, 进而制订相应的工艺措施, 提高了铸
