采用Pro-E軟件對鑄件進(jìn)行三維建模，并在鑄件的基礎(chǔ)上加澆注系統(tǒng)。
2.2冷鐵的三維建模：
由于在工藝模擬時(shí)冷鐵屬于另外的實(shí)體附在鑄件上，要求冷鐵與鑄件間面貼合。由于鑄件的一些地方是不規(guī)則的曲面所以冷鐵的形狀也為不規(guī)則曲面形狀即為隨形冷鐵，同時(shí)由于鑄件的熱節(jié)不連續(xù)相互間孤立、分散，所以冷鐵也分散分布，相互間不相連，而在工藝模擬時(shí)要求同種材料的冷鐵組合成一個(gè)整體，生成一個(gè)STL文件。加澆注系統(tǒng)鑄件三維模型如圖1所視;加澆注系統(tǒng)、冷鐵的鑄件三維模型如圖2所視：
3. 工藝模擬及工藝優(yōu)化的工作流程圖(圖3)
3.1前處理：
本次模擬時(shí)，鑄件、鑄型及冷鐵網(wǎng)格剖分的網(wǎng)格尺寸為5mm×5mm×5mm，共剖分網(wǎng)格6351545個(gè)。
3.2凝固過程模擬：
按工藝要求添加低壓鑄造相應(yīng)的工藝參數(shù)。參數(shù)設(shè)置如下：①鑄件材料為ZL101A. ②砂型為樹脂砂。③冷鐵的材料為HT250。④澆注溫度為700℃。⑤保壓壓力為0.065MPa ，保壓時(shí)間1500秒。通過凝固過程、溫度場及縮孔、縮松的判定可以看到鑄件有8處存在縮孔，其中在80×110×220處存在嚴(yán)重縮孔缺陷。從溫度場、凝固過程及冷卻速度的分析可以清晰看到熱節(jié)周圍的溫度遠(yuǎn)低于熱節(jié)區(qū)的溫度(在溫度場狀態(tài)圖中標(biāo)示位置)，早于熱節(jié)凝固，使得熱節(jié)最后凝固形成縮孔。如下圖4-9所示。通過此次模擬可以看出先前制定的工藝存在問題。
4. 鑄造工藝的改進(jìn)：
針對工藝模擬結(jié)果，對工藝進(jìn)行改進(jìn)，具體改進(jìn)如下：①在80×110×220處放置大的暗冒口，對此處進(jìn)行補(bǔ)縮。②80×110×220處的?60孔處放置內(nèi)冷鐵。③在其它7處有縮孔處放置相應(yīng)冷鐵，并調(diào)整附近其它冷鐵的布置。工藝改進(jìn)后再次進(jìn)行模擬。通過模擬結(jié)果的溫度場、凝固過程及縮孔、縮松的判定可以看出鑄件在80×110×220處得到了冒口有效的補(bǔ)縮，縮孔明顯移入冒口內(nèi)。其它幾處有缺陷的地方，也可以看出通過冷鐵的添加與調(diào)整大大地減小了縮孔、縮松現(xiàn)象。達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。如圖10-13所示：
5. 結(jié)果與分析：
使用CASTSOFT軟件可以有效地預(yù)測出工藝設(shè)計(jì)中存在的問題，能夠預(yù)測出鑄件可能存在的鑄造缺陷，并根據(jù)此模擬結(jié)果改進(jìn)、優(yōu)化鑄造工藝。利用三維建模軟件可以很方便地進(jìn)行澆注系統(tǒng)、冷鐵等改進(jìn)，同時(shí)利用CASTSOFT軟件可以對鑄造工藝參數(shù)如：澆注溫度、充型時(shí)間、保壓壓力、保壓時(shí)間等的改進(jìn)，改進(jìn)后再次進(jìn)行模擬，經(jīng)過多次改進(jìn)直到消除鑄造缺陷。這對于大型復(fù)雜鑄件有很重要的意義，它可以減少工藝試驗(yàn)的次數(shù)，甚至可以取消工藝試驗(yàn)，保證鑄件一次試制成功。從而大大縮短新產(chǎn)品的試制周期，提高企業(yè)的競爭力。依據(jù)此次模擬結(jié)果制定的工藝用于生產(chǎn)后，效果良好，前后共鑄造10臺(tái)份傳動(dòng)箱，鑄件在機(jī)械加工后沒有發(fā)現(xiàn)鑄造缺陷，加工后的高壓油道在進(jìn)行2.5MPa的高壓試驗(yàn)時(shí)未發(fā)生滲漏現(xiàn)象。能夠滿足設(shè)計(jì)要求，從而也驗(yàn)證工藝模擬的有效性。
6.結(jié)語：
通過此次模擬可以總結(jié)出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)①低壓鑄造很適合大型復(fù)雜薄壁鑄件的鑄造，它不但可以保證薄壁處的順利充型，也可以通過內(nèi)澆口在壓力下對鑄件厚大部位進(jìn)行補(bǔ)縮。同時(shí)鑄件是至下而上充型，所以充型平穩(wěn)，不會(huì)產(chǎn)生二次造渣現(xiàn)象②使用砂型、砂芯內(nèi)附冷鐵的工藝可以有效消除鋁合金鑄件的縮松現(xiàn)象，同時(shí)可以大大提高厚大部位處的力學(xué)性能。③對于特別厚大的地方，由于條件所限不能通過澆注系統(tǒng)補(bǔ)縮，采用冷鐵也不能徹底消除鑄造缺陷時(shí)，必須采用暗冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，因低壓鑄造所用的冒口為暗冒口，所以冒口的尺寸要適當(dāng)加大。
作者：
宋彬：北京北方恒利科技發(fā)展有限公司工作，從事鑄造數(shù)值化模擬技術(shù)相關(guān)工作。電話：010-88820223，E-mail:hlbj@hlzz.com。
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