鄧立新 張志強(qiáng)

摘 要：本文借助于Procast模擬軟件對(duì)鑄鋼件工藝進(jìn)行模擬分析，針對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行工藝優(yōu)化，最終達(dá)到對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的提升和對(duì)新工藝研發(fā)采用最佳優(yōu)化方案的目標(biāo)，保證鑄件質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本，促進(jìn)企業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：Procast模擬；鑄鋼件；工藝優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 前言

Procast模擬軟件是鑄造凝固仿真軟件之一，由法國(guó)ESI公司開(kāi)發(fā)，已有20多年的歷史，其基于強(qiáng)大的有限元分析，可以模擬分析鑄造生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題，包括縮孔、裂紋、應(yīng)力、變形等，為鑄造工程師提供理論科學(xué)依據(jù)。

我廠主要生產(chǎn)鑄鋼件，從引進(jìn)Procast模擬軟件后，首先對(duì)傳統(tǒng)鑄造工藝進(jìn)行優(yōu)化，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)積累軟件應(yīng)用實(shí)踐數(shù)據(jù)，為新技術(shù)的研發(fā)做好準(zhǔn)備，提高研發(fā)產(chǎn)品的成功率，縮短優(yōu)質(zhì)鑄件生產(chǎn)周期。

2 Procast軟件推廣應(yīng)用實(shí)例

2.1 Procast軟件優(yōu)化工藝應(yīng)用

錐體為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的回轉(zhuǎn)體鑄件，最大輪廓尺寸φ1780×3280mm，種類為我廠常規(guī)鑄件產(chǎn)品，工藝一直沿用90年代方案，即條形實(shí)樣冒口2個(gè)，冒口下增設(shè)補(bǔ)貼作為補(bǔ)縮通道，鑄造重量為23t，鑄造鋼水總量為50t。此鑄造方案生產(chǎn)的鑄件滿足技術(shù)要求JB/T5000.6二級(jí)探傷等級(jí)，因此，工藝一直沿用。

錐體的工藝信息顯示，其鑄造工藝出品率為23/50×100%=46%，從其結(jié)構(gòu)和材質(zhì)等幾點(diǎn)考慮，完全有提升的空間。以往沒(méi)有進(jìn)行工藝優(yōu)化，是因?yàn)槿鄙偌夹g(shù)支持，盲目的采用試錯(cuò)法會(huì)花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，也很可能導(dǎo)致鑄件缺陷的產(chǎn)生，在以保證鑄件質(zhì)量的大前提下，只能沿用傳統(tǒng)方案?，F(xiàn)在引進(jìn)了Procast模擬軟件，可以以模擬分析的結(jié)果作為理論技術(shù)支持，在改進(jìn)方案的同時(shí)，也可以為Procast軟件的應(yīng)用積累實(shí)踐數(shù)據(jù)。

整體方案的實(shí)施步驟為，首先對(duì)傳統(tǒng)工藝進(jìn)行模擬分析，結(jié)果顯示縮孔縮松有效集中在冒口位置，鑄件內(nèi)部無(wú)鑄造缺陷；然后主要對(duì)冒口參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，采用條形冒口的目的是為了增加冒口的延續(xù)度，延長(zhǎng)冒口補(bǔ)縮距離。提高冒口利用率，引進(jìn)保溫冒口材料，減小冒口尺寸，有效節(jié)約鋼水。優(yōu)化工藝方案的鋼水量總量45t，節(jié)約鋼水5t。優(yōu)化工藝方案的縮孔縮松判據(jù)如圖1所示：

2.2 Procast軟件新工藝上的應(yīng)用

半齒輪鑄件雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是壁厚差異大，因此容易在凝固收縮過(guò)程中產(chǎn)生鑄造裂紋。齒輪類鑄件都要求組織致密，保證齒輪在加工過(guò)程中無(wú)鑄造缺陷。因?yàn)橛衟rocast模擬軟件優(yōu)化錐體工藝的經(jīng)驗(yàn)，因此在制定半齒輪鑄造工藝方案時(shí)，可以參照模擬分析結(jié)果，制定方案。

此齒輪工藝重量為12.2t，輪廓尺寸為φ3895×530mm，材質(zhì)ZG34Cr2Ni2Mo 。優(yōu)質(zhì)鑄件生產(chǎn)的必要條件是在工藝設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮補(bǔ)縮，控制鑄件順序凝固，創(chuàng)造有利的補(bǔ)縮條件，提高鑄件補(bǔ)縮致密度。根據(jù)齒輪自身結(jié)構(gòu)計(jì)算，可以通過(guò)在輪緣外側(cè)放置補(bǔ)貼，控制齒輪鑄件的順序凝固。經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)，確定冒口、補(bǔ)貼等參數(shù)后，總鋼水量為20t，工藝出品率為61%，然后采用Procast模擬軟件對(duì)工藝方案進(jìn)行驗(yàn)證分析，如圖2固相分布結(jié)果所示，鑄件補(bǔ)縮通道暢通，順序凝固得到控制，縮孔向冒口轉(zhuǎn)移，可以認(rèn)為達(dá)到了形成致密鑄件的條件。

一般單幅板齒輪鑄件出品率在55%左右，與經(jīng)驗(yàn)對(duì)比，此工藝出品率偏高，通常工藝設(shè)計(jì)時(shí)為保證鑄件質(zhì)量，一般會(huì)采取微調(diào)冒口尺寸等，控制出品率在經(jīng)驗(yàn)范圍內(nèi)，避免由于鋼水補(bǔ)縮體積嚴(yán)重不足引起的鑄造缺陷。因?yàn)槟M結(jié)果顯示方案可行，所以暫時(shí)不對(duì)方案做調(diào)整，以此方案進(jìn)行試生產(chǎn)。

3 Procast軟件應(yīng)用成果總結(jié)

兩個(gè)產(chǎn)品工藝經(jīng)過(guò)實(shí)踐，生產(chǎn)出來(lái)的鑄件均達(dá)到一次UT探傷合格。通過(guò)Procast模擬軟件的應(yīng)用，錐體工藝出品率提高4%；齒輪在工藝設(shè)計(jì)時(shí)以Procast軟件作為技術(shù)支持，制定工藝方案，為新工藝，新產(chǎn)品的研發(fā)提供了參考經(jīng)驗(yàn)，與以往的試錯(cuò)法相比，有效縮短了優(yōu)質(zhì)鑄件的生產(chǎn)周期。

模擬軟件具有廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)于新的產(chǎn)品類型和各種異形鑄件工藝的研發(fā)具有十分重要的參考價(jià)值，能為企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

[1]哈爾濱工業(yè)大學(xué).大型鑄鋼件生產(chǎn)[M].哈爾濱：黑龍江人民出版社，1979.

[2]李魁盛.鑄造工藝及原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.