铸造抬箱锁箱点分析及反抬箱措施

李晓符

广西玉林达业机械配件有限公司 广西玉林 537000

铸造是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯的方法。在铸件生产过程中可能都会遇到铸件抬箱问题，一旦遭遇这种问题，会使得铸件发生尺寸、形状乃至重量上的变化，导致铸件出现严重缺陷，甚至报废。 本文总结近年铸件生产经验，分析铁型箱扣位置对铸件抬箱量的影响，并提出相对应的解决措施。

1 铸件抬箱的机理

铸件抬箱的过程是指金属液在充型后期，由于金属液的动压力和静压力过大，上、下箱紧固不当或压铁重量不足或不平衡，使上砂箱被顶起，或金属液由分型面流出 。

2 目前采用的应对措施

（1）使用压铁：根据铸件结构、大小和重量，确定压铁重量；一般压铁重量比例为1： 3～1： 4 左右，如铸件毛重为100kg，则压铁重量为300～400kg。

（2）采用螺栓紧固：螺栓紧固力求平衡，切勿单方面紧固，以防型箱翘起；螺栓紧固后应再次检查，以防漏紧松紧[1]。

（3）采用卡具卡紧：卡具要有一定的强度，使用时，卡具要平衡卡紧铁型，不能单方面卡紧，以防铁型翘起。

以上措施在一定程度上减少铸件的抬箱量，铸造公差基本在CT10 级，如进一步提高铸件精度则需要分析铸造过程中铸件变形、抬箱的变化规律。

2.1 有限元分析技术

有限元分析（FEA）利用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟，是对于结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。利用简单而又相互作用的单元，用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。有限元方法已经应用于机械、航空、桥梁等，几乎所有的科学研究和工程技术领域。

目前较流行的有限元分析软件有：ABAQUS、ANSYS、ADINA，本研究采用Solidworks 的内置插件Simulation 功能来进行FEA 分析；Simulation 体现设计仿真一体化的解决方案，在无缝集成界面做了创造性的改变，将仿真界面，仿真流程无缝融入到SolidWorks 的设计过程中[2]。

2.2 分析方案

分析对象为用于生产轴盖铸件的铁型，铁型长1400mm，宽660mm，厚120mm，相比轴盖较大，采用一箱多件工艺，每个铁型生产24 件轴盖，对零件同一位置进行测量，便于得出抬箱的分布情况。

对铁型应用静态有限元分析，可分析其的应变、位移、应力、及安全系数，铁型材料为HT250，箱扣材料为Q235 碳钢板；铸造过程的工矿为：铁型受到铁水对其的浮力，箱扣对铁型的锁紧力，上下铁型的重力； 在静压状况下，铁水对铁型的浮力即抬箱力=铸件的最大水平投影面积×液态金属密度×上箱高度×重力加速度。对整个部件进行网格划分，采用自由划分网格[3]。

2.3 分析结果

在相同作用力下，不同的箱扣位置对铁型浇注涨箱间隙分析如图1—图3 所示：箱扣距离为560mm ，中间变形量少，两端变形量大，涨箱间隙1．3mm；距离为800mm 时，铁型中部间隙开始加大，涨箱间隙0．98mm；从560 到800，最大间隙位置从两端移到了中间，在它们之间有一个变形的过渡位置，通过卡扣在680 的位置的有限元分析， 铁型两端和中间的变形量较均匀，涨箱间隙也减少为0．9mm 如图3 所示。

3 实验方法

为了验证有限元模拟的准确性，本研究用塞规对浇注前后的上下铁型合模间隙进行测量，取周边6 个点如图4 所示， 测量前后间隙差值即为该点的抬箱量，分别对锁扣距离为560mm、680mm、800mm 的铁型进行测量，得到三组数据如图5 所示。从曲线变化可以看出，实际数据和模拟数据基本吻合 故本研究认为采用Simulation 模拟的数据是值得信任的， 这就为应用于实际产品铸件的模拟提供了很好的帮助。

通过上面的有限元分析和实际测量数据可以看出，由于铁型中间没有锁紧力，加上充型压的作用，抬箱没有消除；从模拟分析得出铁型和箱扣都产生了变形， 抬箱表现为由于铁型变形所产生的局部变形。 为了进一步获取铁型的变形数据，给每件产品铸上编号，并对每一个产品的厚度进行测量，如图6 所示，从数据可以看出，部分产品厚度变化不大， 部分产品增厚超过1mm，超出了要求的公差范围，证实了抬箱由铁型变形所致； 从厚度分布情况看，与锁扣距离为680mm 的模拟数据较吻合，再一次证实了数据模拟的正确性。

4 变形抬箱的解决措施

在掌握铁型在铸造过程中的变形规律后，可以通过反抬箱法生产出合格的铸件产品。所谓反抬箱，即在制造模具时就按照铸件可能抬箱增厚量，先给以反方向的减少量，待铸件冷却完毕后，模具的减低量能够低消铸件的增厚量，从而获得厚度尺寸合格的铸件产品。经过多组数据测量分析，箱扣距离一定情况下，产品厚度增量相对稳定，找出增厚对应模号，根据厚度值，减低对应模号的模具厚度；通过测量调整厚度后的产品，厚度都在26～26．5 范围内[4]。

5 结语

本研究采用Solidworks 的FEA 功能对铁型在铸造过程中的变形情况进行了模拟分析，讨论了锁扣距离对铁型变形量的影响，箱扣距离在某一数值时铁型变形最小，小于此数值时，两端变形较大；大于则中间变形较大；本研究还结合了实际生产验证计算机模拟数据，验证数据的可信性。并得出结论：铁型变形会导致部分产品或产品的某部分抬箱或变形，并提出通过反抬箱获得尺寸合格的铸件产品。