D型承载鞍的工艺工装设计及数值模拟

张荣芳　孟昭兴　朱英

【摘 要】本文主要是对材质为ZG230-450的D型承载鞍进行工艺工装设计，应用UG软件画出三维造型，最后应用AnyCasting软件进行工艺模拟，针对模拟结果进行分析，修改工艺，得出最合理的工艺设计方案。D型承载鞍铸件，要求具有高强度，高韧性，不允许有砂眼、气孔、夹砂等缺陷。造型采用树脂砂，熔炼采用酸性电弧炉进行，为保证铸件质量，浇注系统设为开放式，为保证生产率采用一箱十件浇注，横浇道向两端对称分支，内交道对称安放，共十个。因铸件的鞍面和顶部是铸件缺陷的主要集中区，因此在铸件顶部安放冒口，提高补缩效率，这样可以大大提高铸件出品率，提高了铸件的质量。

【关键词】铸造；铸造工艺设计；数值模拟

引言

D型承载鞍是货车转向架中的重要铸件，每台车8个，铸造公司（铸钢厂）的废品率高达10～15%（厂外各生产厂废品率为8～12%）。好多都需要进行外购。这样就大大增加了成本，为了解决D型承载鞍产量低的问题，对改进承载鞍的铸造工艺，提高其生产率就显得迫在眉睫。

而此次的D型承载鞍工艺工装设计，我们选择了一箱十件的工艺设计，大大的提高了生产效率，同时采取冒口进行补缩大大提高了补缩效率，使废品率大大降低。

1.铸造工艺方案的设计

铸件的轮廓尺寸为：315mmx204mmx160mm，铸件内腔结构的最高空腔面至导框底面距离为135mm。从整体来看，该产品的外形如马鞍，内部有多处凹腔， 铸件的平均壁厚为15 mm，体积为2190110 mm 3。

根据D型承载鞍铸件的结构特点及选择分型面的一般原则，选定铸件分型面为铸件最大截面处，其分型面和浇注位置如图1所示[1]：

造型時，将上砂箱放在上模底板上然后填砂压实，成型后将模底板在砂箱上取出，即可获得完整的零件上砂箱外形。同样，将下砂箱放在下模底板上然后填砂压实，待成型后将下模版取出，即可获得完整的零件下砂箱外形。最后，将所需要的砂芯安放在下砂箱内部，固定好之后合箱就可以等待浇注了。

根据D型承载鞍的技术要求，承载鞍的尺寸公差等级选为CT10。铸件尺寸公差是铸件各部分尺寸允许的极限偏差，它取决于铸造工艺方法等多种因素。D型承载鞍铸件的鞍面和其顶面是重要的表面，需要进行加工，因此要预留加工余量。所谓加工余量，是指在铸件工艺设计时预先增加的，而后在机械加工时又被切去的金属厚度。须留加工余量的表面有[2]：

（1） 铸件的鞍面部分，加工余量为3mm；

（2） 铸件承受载荷的顶面，加工余量为3mm。

2.充型及凝固过程数值模拟

铸件浇注充型过程中，伴随着热量的散失、温度的降低。显示温度场时，采用色温映射的方式，即利用OpenGL技术对充型过程中的速度场、温度场及压力场的动态显示。如图2所示为充型顺序及温度场分布[3]。

从充型过程温度分布来看，铸件在整个充型过程中的温度分布基本上是纵向下部温度低，上部温度高，横向则是中心温度高，边缘温度低。充型过程中温度变化较小，充型完成时温度分布较为均匀。

3.结论

D型承载鞍的工艺与工装设计及使用现代计算机技术，优化工艺提高生产率，使用UG造型、应用AnyCasting软件进行铸造过程模拟分析。主要的设计内容包括：铸件浇注位置的确定、分型面的选择、浇注系统的设计、工艺参数的设计明显地防止和消除铸件缩孔、缩松、夹渣、裂纹及渗漏等缺陷。该工艺同时在节约原材料和能源等方面具有明显的技术经济效益。

参考文献：

[1]王新节.货车转向架的承载鞍铸钢件消失模工艺.期刊（2010）1001-4977 59～63.

[2]姜彬.UG压铸模具设计入门与提高.北京：电子工业出版社，2008.5 ：2～5.

[3]R. Stoehr. Simulation in the Design of Sand Casting Proceedings of Modelling Casting and Welding Proceses. Rindge， Nwe Hampshire， USA，1980： 3～18.