铸造CAE 技术在轴承盖类产品改进中的应用

2015-07-11李玉叶马轾福

铸造设备与工艺 2015年1期

李玉叶，马林，马轾福

（宁夏共享装备有限公司，宁夏银川 750021）

随着机械等相关行业的蓬勃发展，铸件需求量的急剧增加，对铸造技术的要求亦越来越高。计算机技术的飞速发展，使CAE技术在铸造过程中得以应用和推广[1，2]，制造技术也向着轻型化、科技化、机械化方向发展。

铸造CAE技术结合计算机辅助技术，以传统铸造理论和铸件凝固过程中的温度场变化等为基础，运用流体力学、热力学和有限元等数值分析理论[3]，对铸造过程的充型、凝固、冷却、应力分布等进行整体的仿真分析，使铸造过程变得形象化、可视化，方便工艺技术的改进和提升，对铸造工艺中新方法、新工艺的提出和应用，有着不可或缺的作用。随着技术的发展，铸造过程模拟已经成为了铸造生产的一个必要环节，得到了极大的推广，是铸造企业能力的象征，应用极为广泛，为铸造业带来了不可估量的效益[4]，是促进铸件生产技术进步的有效手段，是各国学者关注的热点[5]。

本文利用MAGAMsoft对铸造过程进行仿真模拟，对主轴承盖的工艺设计进行改进。

1 铸件介绍及原工艺方案分析

主轴承盖铸件如图1所示，铸件轮廓尺寸为380mm×81mm×240mm，铸件重量为25.4kg，最大壁厚78mm，最小壁厚30mm，材质为国标QT500-7.无损检测根据标准EN12680-3，要求侧M30螺纹孔、半圆表面及、支架接触的6个面及其它加工面均不能有任何缺陷，其他部位UT2级以上。该件初始设计采用呋喃树脂自硬砂进行生产，材料采用中频电炉熔炼，主要配料为生铁、废钢和机铁。

图1 铸件图

首先仅设计浇注系统，不放冒口和冷铁，进行初步模拟（图2）.模拟分析发现，在铸件需加工部位存在严重缩松，有加工风险，轴承盖四个小脐子上均有不同程度缩松缺陷如图2深色位置，需要进一步添加冷铁和冒口以期减小或消除缩松缺陷。

图2 初始模拟结果

接下来在铸件热节附近放直径80mm的冒口，不放冷铁，继续进行模拟，因铸件模数影响，小冒口并不能达到预期效果，冒口和铸件中的缩松缺陷仍相当严重，如图3深色位置，直至冒口直径增加到120mm（图4），铸件中缩松完全消除（图5），并实现了无冷铁工艺方案。

图3 直径80 mm 冒口模拟结果

图4 改进前最终模拟方案

图5 改进前模拟结果

按图4作为初期设计的最终方案进行实际生产和验证，NDT检测铸件无缩松缺陷，与模拟结果吻合，铸件机械性能与金相组织均符合顾客规范要求。但铸件出品率低，经济效益很小，不适合批量生产，此方案需进一步改进。

2 工艺方案改进及结果

考虑到原使用120mm冒口的工艺方案（图4）经济、工艺效益低，所以对此工艺进行重新改进设计，使用热冒口补缩，并在铸件厚大部位放置冷铁，虚拟减薄，轴承孔铸出，使用铬矿砂芯。工艺如图6所示，工艺改进后使用冷铁和热冒口，进行重新模拟，凝固顺序合理，冒口补缩效果良好，模拟结果显示，铸件中无缩松缺陷，符合顾客工艺规范要求，无加工风险。工艺改进后减掉了8个直径120mm的发热冒口，现场操作更加简便，且降低了生产成本，大幅度提高了工艺出品率，由改进前的59.8%上升到改进后的82.5%，经济效益显著增加。