基于数值模拟技术的加工中心滑枕铸造工艺优化


伯特利数控 加工中心  钻攻中心  

 前言:

 

针对大型球墨铸铁加工中心滑枕铸造难度大,易出现缺陷的问题,以某大型加工中心滑枕为研究对象,对滑枕铸件的铸造工艺及实际生产中出现的缺陷问题进行了分析,使用数值模拟技术进行工艺优化,重点解决铸件实际铸造生产中出现的缩松、缩孔缺陷问题,

为大型复杂球墨铸铁件的铸造工艺优化提供参考。

1滑枕结构与铸造工艺设计

1.1滑枕结构

某型加工中心滑枕材料为QT600-3,外部轮廓尺寸为 3937mmx540mmx490mm,平均壁厚 90mm滑枕铸件为箱体式结构,中间具有多道筋板,厚度不一,且外壁有多个窗口,铸件尺寸大、结构复杂'滑枕铸件剖面图如图1所示。

1.2铸造原工艺方案

针对滑枕的结构特点,根据实际经验进行铸造工艺方案设计,铸造工艺方案如图2所示。采用双排内浇道立浇底注浇注方式,并设计楔形明冒口进行补缩,冒口颈尺寸较小,并放置冷铁提高冒口颈的凝固速度,以达到通过石墨膨胀补缩的目的。浇注系统采用开放-封闭形式,内、横、直烧道横截面积比为1.3:1.57:1,内浇道截面为长方形,尺寸为23mmx50mm〇1.3铸件缺陷分析在实际生产中,加工中心滑枕经过磨削加工后,在铸件表面出现较多孔洞缺陷,孔洞外形不规则,内部呈灰色,显然这种孔洞并非气孔。根据缩孔缺陷的宏观形貌可以确定,铸件表面出现的孔洞为缩孔缺陷。对孔洞内部进行化学成分分析,其内部氧、硅含量较高,应该含有硅类夹杂物。硅类夹杂物本身轻于铁水,在球化过程中上浮不及时的硅类夹杂物将直接影响最后的石墨形成,同时硅化物也会阻碍铁水的流动与补缩效果,致使出现缩松、缩孔缺陷P]。因此,现有铸造工艺存在问题,对其进行优化十分必要。

2铸造工艺数值模拟

建立滑枕铸件的铸造工艺方案有限元模型,使用ProCAST数值模拟软件对铸造工艺进行模拟。ProCAST软件可以模拟铸件在铸造过程中的温度场、流场、应力场等,进行铸件缺陷预测,辅助完成铸造工艺和铸造设备参数的优化'通过ProCAST软件对铸件原工艺进行模拟,其缩松模拟结果如图3所示。

从模拟结果(见图3)分析,该工艺设计的铸件壁与筋板的交接处出现了比较严重的缩松缺陷,实际生产也验证了模拟结果出现的问题。根据分析,该球墨铸铁滑枕铸件依靠石墨化膨胀作用抵消液态与凝固的收缩效果甚微[+5]。由于铸件尺寸大、结构复杂,铸件的温度梯度较大,同时凝固无法实现,因此内浇道口与冒口的补缩作用尤为重要。

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结束语:

 使用ProCAST数值模拟软件对球墨铸铁大型加工中心滑枕的原铸造工艺进行了计算,根据模拟结果对原工艺进行了优化,得出如下结论:(1) 对尺寸大、结构复杂的空腔型球墨铸件实现同时凝固较为困难,自身补缩效果有限,难以消除缩松缩孔缺陷。应采用适当的冷铁布置,提高冒口的补缩能力。(2) 经过实际生产验证,数值模拟软件在大型复杂结构铸件的铸造工艺优化设计中起到了良好的指导作用。

 

 

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