铸造工艺CAE技术的深入应用不仅可以高效解决实际铸造生产与工程问题袁还使铸造业的发展前景日益多元化尧绿色化遥随着我国倡导下野 一带一路冶的命运共同体在经济尧科技等领域的迎来重大发展的契机袁国内多家高等院校尧科研院所和生产企业各方面力量密切合作袁对于FT-Star尧华铸CAE等国产铸造CAE技术的研发与应用领域组织产尧学尧研联合攻关袁加大推动了CAE技术辅助国内铸造生产的研发力度袁不断探索创新制造业互联网模式的基础工作遥 本文采用Anycasting软件模拟分析球墨铸铁汽车泵体工艺系统的充型尧凝固过程袁以及观察浇注过程的温度尧速度和压力场的变化规律袁从而避免通过大量的铸造生产实验来验证设计的合理性遥1 泵体零件及其工艺系统的三维造型对零件尧 浇注系统及其补缩系统等建立三维实体造型袁是对其铸造工艺实现数值模拟的应用基础遥 本设计利用Pro/E 软件首先对该铸件渊包括铸型尧浇冒口系统冤进行三维建模遥再将铸造工艺装备的各部分及系统作为一个整体进行装配约束袁并以野 .stl冶格式文件分别输出遥2 工艺浇注的 Anycasting分析2.1 数值模拟前处理本设计基于Anycasting模拟的仿真试验可由该软件的前处理器AnyPRE模块对铸件模型进行网格划分工作以及模拟条件设定遥 具体设置如下院将建好的野 .stl冶文件全部导入到AnyPRE中袁分别定义各部分实体造型的属性袁设置铸型并确定默认求解域遥 划分网格时为保证仿真铸件不失真袁选择壁厚参数时设置为小于该铸件的最小壁厚遥 采用均匀网格划分法袁铸件结构相对比较简单袁网格数较少遥任务制定设置中袁本设计为砂型铸造袁将铸造工艺选为非金属型铸造袁分析类型选择野 充型过程和之后的传热及凝固冶遥 设置其他铸造工艺参数与边界条件袁包括院打开AnyDBASE 库袁根据不同标准选择要要要要要要要要要要要要要要作者简介院张武渊 1994-冤袁男袁福建仙游人袁本科袁研究方向为铸造工艺优化尧数值模拟遥基于Anycasting的球墨铸铁汽车泵体铸造工艺优化张武渊福州黎明职业技术学院袁福州350000冤摘要院本文基于Anycasting软件对球墨铸铁汽车泵体的浇注系统进行数值模拟袁侧重分析了铸件充型尧凝固过程中温度尧压力以及速度场的变化规律遥最后由模拟结果来预测该零件可能产生的铸造缺陷袁进一步提出改进方案袁本文的研究可为实际铸造生产中浇注系统的设计与优化提供理论依据袁有助于提高铸件的铸造质量遥关键词院Anycasting曰汽车泵体曰数值模拟段袁并在不断的应用过程中得以改善和优化袁也取得良好应用成效遥 机械加工作业中袁如果零件需要长期处在高腐蚀环境状态下袁通过喷丸技术处理袁可以大幅度提高材料的耐用性遥机械强化中常用的高压水喷丸工艺和超声喷丸工艺袁都是喷丸技术长期应用中的不断延伸和拓展袁进一步支持机械加工活动的开展遥 超声喷丸工艺应用过程中袁在真空中放置需要加工的零件袁积极借助于超声波袁促进弹瓦产生较强的机械振动袁从而强化材料袁这一方式便捷度更高袁效率也更快袁为保证应用效果袁其中需要注重保证喷丸具有较高的均匀性袁这样才能够保证零件强度的均匀性袁避免损坏零件袁减少零件损失遥3.2 滚压这一工艺同样能够支持机械强化作业袁采用滚压手段施加一定压力给材料袁促进材料产生形变袁使得材料的各项性质发生一定转变遥 滚压强化作业方式应用中袁在强化材料的同时还做好了平整工作[2]遥 在滚压强化手段的作用下袁可以处理材料表面袁内在原理是强化晶界和应力袁在滚压模具有所差异的影响下袁材料所受到的强化效果也是不同的遥 滚压作业中袁针对滚压模具的直径和力量加以适当增加袁可以促进零件强度得到增加袁但是需要注意到合理掌控好滚压力量袁如果力量超过可接受范围袁将会容易产生反面效果袁降低整个零件的强度遥3.3 激光冲击这是喷丸强化作业中的一种新型形式袁其中所使用到的机械设备和工艺手段与喷丸有所差别袁从而表现出较大的不同遥 激光冲击强化手段应用中袁内在原理是约束层穿过激光袁使得金属表面能量吸收层受到激光的作用袁能量吸收之后会产生汽化现象袁这其中会蒸汽爆炸袁从而约束层尧金属表面之间存在的压力会产生骤增袁这样零件内部会出现应力波袁进而产生塑性形变袁增加表面位错的密度遥激光冲击强化手段应用过程中袁可以强化整个零件的各类性质遥 这一方式强化零件拥有较高的效率袁作用也十分良好袁但是实际应用的成本也较高[3]遥4 结束语机械加工作业进行中袁要注重强化零件设备袁遵循强化原理袁通过喷丸强化工艺尧滚压强化工艺以及激光冲击强化工艺手段袁将能够取得良好应用效果袁提升机械产品的加工作业水平遥参考文献院[1]宋鹏飞袁侯海龙袁侯建国袁等.国内外流化床甲烷化技术研究进展[J].天然气化工渊 C1化学与化工冤袁2017袁42渊 6冤院113-121.[2]江晓瑜袁陈雪燕.误差在机械加工工艺技术中的分析[J].教育现代化袁2017渊 51冤院00102-00103.[3]秦翔袁杨军袁邹德宁袁等.轧辊再制造及其表面强化技术的研究进展[J].材料保护袁2019渊 2冤院119-125.窑96窑InternalCombustionEngine&Parts铸造材料曰设置初始条件和边界条件袁可对铸件尧铸型及周围的空气预热温度达到200益袁 以保持一定的干燥度袁提高铸件质量曰设置热传递率与浇口条件袁选择浇注温度为1350益袁设置浇注速度常量为0.1m/s曰激活重力设置袁选择默认参数遥 设置结束条件及输出状态袁默认充型凝固条件输出遥保存文件设置袁并运行AnySOLVER求解器袁进行计算分析袁最后生成野 .rlt冶数据文件遥2.2 数值模拟结果分析作为AnyCasting的后处理器袁AnyPOST具有强大的图像与数据分析功能遥将AnySOLVER求解生成的野 .rlt冶文件导入 AnyPOST中进行模拟分析袁通过读取经AnyPOST处理输出的图表结果袁可以使得模拟结果变得更为直观简洁[1]遥本设计回转体铸件整体体积较大袁 铸件需要的充型时间大约为173s袁 在底注式的浇注系统下袁 浇注温度为1350益的液态金属经过垂直浇口窝尧 水平横浇道的阻渣及过渡作用袁再流经内浇道袁以分散进火方式平稳浇进型腔里袁 铸型在自下而上的充型过程中袁 浇注温度逐渐降低袁充型速度逐渐减缓袁最后充型完全时铸件整体温度相差不大袁其边冒口温度略低于铸件温度袁比较符合充型顺序规律遥该回转体铸件从充型结束到完全凝固的时间较长袁多达7430s左右袁凝固过程总体趋势呈现由铸件两端边缘向中心逐渐发展遥 由于两个压边冒口的补缩距离有限袁铸件偏下的法兰盘部分凝固速度不均袁 尤其是以铸件法兰野 L冶型接头过渡处凝固过程最慢袁存在不同程度的孤立热节中心袁表面难以形成坚硬的外壳袁也不利于自补缩的进行袁预测可能会产生缩孔或缩松缺陷袁且对动平衡不利[2]遥为了更加容易观察和发现规律袁现对铸件对称结构进行剖分袁根据各点传感器在空间位置的数据采集袁由此得到铸件在铸造过程中随时间变化的温度场以及在充型过程中压力尧速度场的情况袁分析可知院淤从温度场曲线进行分析袁在铸件充型过程中袁1350益的液态金属从外浇口注入后袁 使接触到的铸型部分温度瞬间升至1300益左右袁随后进入一个漫长的凝固过程遥 而与其他点相比袁 位于铸型顶部的测量点在温度缓慢升高到1030益左右便开始凝固袁这是由于铸型顶部的壁厚最薄袁冷却速度较快袁无明显的充型与凝固的过渡过程袁容易产生质量缺陷遥随着时间的推移袁铸件金属液与周围空气的热交换慢慢达到平衡袁温度下降梯度变缓袁直至冷却结束遥于从压力场曲线进行分析袁随着充型率的增大袁接触到金属液的铸型部分所受的压力值呈指数式上升袁 并在充型完全后达到峰值遥其中铸型底部测量点的压力峰值最大袁说明该处容易形成致密的金相组织袁铸件铸造质量较好遥盂从速度场曲线进行分析袁在充型过程中自下而上的各测量点的充型速度变化规律总体一致袁由最初的波动后逐渐趋于稳定袁这是由于金属液从浇注口刚进入铸型时前期充型速度较大袁对铸件底部型腔造成冲砂尧紊流现象而引起的遥随着型腔的金属液面升高袁压力增大袁使得浇注后期速率逐渐放缓袁充型过程相对平稳遥 但在浇注至铸件顶部时由于壁厚差较大袁而又引起一定的速度波动幅度遥综上所述袁基于Anycasting模拟过程分析袁根据缺陷预测判据分析缺陷分布袁以及对于随机设置测量点进行宏观观察袁结果表明院本铸件在充型过程的主要缺陷出现在浇注系统上的概率高曰而在凝固过程中袁铸件的主要缺陷均有存在于浇注系统上和铸件顶部上表面的可能袁可认为本设计的浇注系统基本符合生产要求[3]遥3 工艺改进与优化基于上述结论袁为进一步降低本铸件局部结构存在的质量缺陷倾向袁可在原铸造工艺基础作出如下方案优化院新工艺现采用在铸件底部法兰边缘处合理设置较大暗边冒口方式袁在热节外侧放置冷铁袁并在铸件中上部凸缘处设置出气孔袁同时增加内浇道的长度遥 将新工艺的铸造浇冒口系统三维建模模型导进AnyPRE袁其数值模拟过程与原工艺过程的设置原理基本相似袁通过设置实体造型类型袁材料选择袁合理划分有限元网格袁设置相同的浇注条件和工艺参数袁进行后处理计算与仿真遥观察上述铸件充凝状态下的温度变化和所用时间袁结果表明院与原铸造工艺设计相比袁新工艺的浇冒口系统结构和布局更为完善袁通过确定合理的浇注速度袁使得充型过渡平稳袁大大减少了发生在充型前期的金属液激溅和紊流现象曰根据凝固模拟结果可知袁新工艺设计的边冒口所用的凝固时间大于铸件凝固时间袁 说明其冒口设置合理袁能够极大地缩短了铸件的凝固时间袁避免了局部热节的产生遥 观察铸件充型时间概率缺陷图可以得出袁充型过程中缺陷发生在浇注系统上的概率远远高于发生在铸件上的概率袁整体铸件铸造质量良好曰而凝固时间发生的概率缺陷主要集中于铸件顶部表面存在的质量缺陷与原工艺方案对比也有了明显的改善袁 铸造时可通过留出足够的毛坯余量加以补偿遥综上分析袁说明新工艺的浇冒口系统设计合理袁 基本上能够消除原工艺中铸件上表面存在的渣孔缺陷遥4 结语淤本汽车泵体铸件属于中大型厚壁类球墨铸铁件袁宜采用开放式底注式浇冒口系统设计袁 确定合适的浇道尧砂芯的结构尺寸及布局袁 且在铸件主要热节处设置冒口尧冷铁等工艺袁有助于充分保证产品铸造质量遥于基于Anycasting软件模拟仿真铸造工艺的浇注实验,通过设定工艺参数袁进行有限元网格剖分袁模拟分析原浇冒口系统的充型凝固过程袁观察其中温度尧压力和速度场的变化规律袁分析原铸造工艺的存在缺陷袁从而对原铸造工艺的合理性进行科学性求证袁并高效地总结出一套较为合理的浇注系统优化方案袁消除铸件可能产生的质量缺陷袁降低试铸成本袁提升企业发展实力遥参考文献院[1]MFlemings.etal.AdvancedCastingTechnologiesinJapanandEuropeEB/OL[J].AmericanFoundrymen'sSociety,Inc.I937-03/1998-05-28.8-11.[2]金胜灿袁王晗袁王建东.球铁飞轮浇冒口系统的优化[J].汽车工艺与材料袁2005渊 6冤院10-13.[3]王喜玉.基于ViewCast的砂型铸造工艺设计及优化[D].兰州理工大学袁2013.窑97窑
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