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前言：

針對大型球墨鑄鐵加工中心滑枕鑄造難度大，易出現(xiàn)缺陷的問題，以某大型加工中心滑枕為研究對象，對滑枕鑄件的鑄造工藝及實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的缺陷問題進(jìn)行了分析，使用數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行工藝優(yōu)化，重點(diǎn)解決鑄件實(shí)際鑄造生產(chǎn)中出現(xiàn)的縮松、縮孔缺陷問題，

為大型復(fù)雜球墨鑄鐵件的鑄造工藝優(yōu)化提供參考。

1滑枕結(jié)構(gòu)與鑄造工藝設(shè)計(jì)

1.1滑枕結(jié)構(gòu)

某型加工中心滑枕材料為QT600-3,外部輪廓尺寸為 3937mmx540mmx490mm,平均壁厚 90mm。滑枕鑄件為箱體式結(jié)構(gòu)，中間具有多道筋板，厚度不一，且外壁有多個(gè)窗口，鑄件尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜'滑枕鑄件剖面圖如圖1所示。

1.2鑄造原工藝方案

針對滑枕的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行鑄造工藝方案設(shè)計(jì)，鑄造工藝方案如圖2所示。采用雙排內(nèi)澆道立澆底注澆注方式，并設(shè)計(jì)楔形明冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，冒口頸尺寸較小，并放置冷鐵提高冒口頸的凝固速度，以達(dá)到通過石墨膨脹補(bǔ)縮的目的。澆注系統(tǒng)采用開放-封閉形式，內(nèi)、橫、直燒道橫截面積比為1.3:1.57:1,內(nèi)澆道截面為長方形，尺寸為23mmx50mm〇1.3鑄件缺陷分析在實(shí)際生產(chǎn)中，加工中心滑枕經(jīng)過磨削加工后，在鑄件表面出現(xiàn)較多孔洞缺陷，孔洞外形不規(guī)則，內(nèi)部呈灰色，顯然這種孔洞并非氣孔。根據(jù)縮孔缺陷的宏觀形貌可以確定，鑄件表面出現(xiàn)的孔洞為縮孔缺陷。對孔洞內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)成分分析，其內(nèi)部氧、硅含量較高，應(yīng)該含有硅類夾雜物。硅類夾雜物本身輕于鐵水，在球化過程中上浮不及時(shí)的硅類夾雜物將直接影響最后的石墨形成，同時(shí)硅化物也會(huì)阻礙鐵水的流動(dòng)與補(bǔ)縮效果，致使出現(xiàn)縮松、縮孔缺陷^P]。因此，現(xiàn)有鑄造工藝存在問題，對其進(jìn)行優(yōu)化十分必要。

2鑄造工藝數(shù)值模擬

建立滑枕鑄件的鑄造工藝方案有限元模型，使用ProCAST數(shù)值模擬軟件對鑄造工藝進(jìn)行模擬。ProCAST軟件可以模擬鑄件在鑄造過程中的溫度場、流場、應(yīng)力場等，進(jìn)行鑄件缺陷預(yù)測，輔助完成鑄造工藝和鑄造設(shè)備參數(shù)的優(yōu)化'通過ProCAST軟件對鑄件原工藝進(jìn)行模擬，其縮松模擬結(jié)果如圖3所示。

從模擬結(jié)果(見圖3)分析，該工藝設(shè)計(jì)的鑄件壁與筋板的交接處出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的縮松缺陷，實(shí)際生產(chǎn)也驗(yàn)證了模擬結(jié)果出現(xiàn)的問題。根據(jù)分析，該球墨鑄鐵滑枕鑄件依靠石墨化膨脹作用抵消液態(tài)與凝固的收縮效果甚微^[+5]。由于鑄件尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,鑄件的溫度梯度較大，同時(shí)凝固無法實(shí)現(xiàn)，因此內(nèi)澆道口與冒口的補(bǔ)縮作用尤為重要。

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結(jié)束語：

使用ProCAST數(shù)值模擬軟件對球墨鑄鐵大型加工中心滑枕的原鑄造工藝進(jìn)行了計(jì)算，根據(jù)模擬結(jié)果對原工藝進(jìn)行了優(yōu)化，得出如下結(jié)論：(1) 對尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空腔型球墨鑄件實(shí)現(xiàn)同時(shí)凝固較為困難，自身補(bǔ)縮效果有限，難以消除縮松縮孔缺陷。應(yīng)采用適當(dāng)?shù)睦滂F布置，提高冒口的補(bǔ)縮能力。(2) 經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，數(shù)值模擬軟件在大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)鑄件的鑄造工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)中起到了良好的指導(dǎo)作用。

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基于數(shù)值模擬技術(shù)的加工中心滑枕鑄造工藝優(yōu)化

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