烧结台车铸造工艺的数值模拟及优化.pdf

2016年第3期铸造设备与工艺烧结台车铸造工艺的数值模拟及优化孙立军，鲍俊雄，孙 季（鞍钢重型机械有限责任公司，辽宁鞍山 114000）摘 要：利用华铸CAE铸造模拟软件，对烧结台车的充型凝固过程进行了数值模拟。 模拟结果显示在原工艺下铸件充型平稳，无卷气现象，但在凝固过程中，铸件厚大部位有热节产生，并最终形成缩孔、疏松缺陷。 为了消除热节，在铸件的厚大部位增加了冷铁，并对增加冷铁后的新工艺进行了数值模拟。 模拟结果表明铸件内的缩孔、疏松缺陷得G80了有G81的G82G83。 G84G85进后的工艺G86用G80G87G88生产中，生产G89的烧结台车无缩孔、疏松缺陷，内部G8AG8BG8CG8D，G8EG8FG90G91G92了G93G94的G95G96。关键词：烧结台车G97数值模拟G97充型凝固G97铸造工艺中图分类号：TG24， TP319 文献标识码：A 文章编号：1674-6694（2016）03-0005-03Numerical Simulation and Optimization of Casting Technique for Sintering TrolleySUN Li-jun， BAO Jun-xiong， SUN Ji（Angang Heavy Machinery CO.，LTD.， Anshan Liaoning 114000，China）Abstract：The filling and solidification processes of sintering trolley were numerically simulated by China Casting CAEsimulation software.Simulation results showed the filling process was smooth and without air entrainment phenomenon in the originalprocess， but in the solidification process of casting， hot spots， and ultimately the shrinkage and porosity defects were formed at theheavy parts.In order to eliminate hot spots， cold iron was added at the heavy parts of the casting and numerical simulation of the newplan with cold iron was performed.Ultimately， the simulation results showed that the casting shrinkage and porosity defects had beeneffectively controlled.The customers are satisfied with our production of sintering trolley for no shrinkage porosity defects and denseinternal organization under the developed technology when applied to actual production.Key words：sintering trolley， numerical simulation， filling and solidification， casting technology收稿日期：2016-03-06作者简介：孙立军（1975-），男，铸造工程师，学士学位。主要从事铸铁工艺与生产管理工作。烧结台车是烧结机上重要的部件，其长期服役于高温和高磨损的环境，所以对铸件质量和力学性能要求较高，而且球化率要求在85%以上，同时台车内部不允许出现严重的缩孔、疏松等缺陷[1]。 本文研究的台车材质为QT500-7.1 烧结台车的结构分析与技术要求烧结台车的外形轮廓尺寸为4 810 mm×1 486 mm×588 mm，最长长度为4 810 mm，最大高度为1 486 mm，铸件最小壁厚为25 mm，铸件平均壁厚为40 mm，铸件质量约为5 700 kg左右。该铸件为较大的烧结台车铸件，生产批量为大批量生产，生产成本要控制在G80G81的G82G83内[2]。 G84于对QT500-7球G85铸G86性能的G87G88和对铸件结G89的G8AG8B，G8CG8DG8EG8FG90G91铸G90G92G93，G94G95G96G97G95G98G99，外G9AG9BG9CG9D，G94G9EG9AG9BG9FGA0，GA1GA2GA3G90G91。 G97G95温度为1 340 ℃~1 360 ℃，GA3G91的GA4GA5温度为25 ℃，G97G95G98G99GA6GA7GA8为GA9∑FGAA∶∑FGAB∶∑F内=1.1∶0.9∶1，GACG8F时GAD为24 h，GAEGAFGB0G92G93G8CG8DGB1GB2力GB3GB4。 GB5且GB6GB7GB8GB9GBAGBBGBCGBDGBEGBFGC0，铸件GAEGC1GC2GC3GB2该在台车的上部，GC4在台车上部GBFGC3G87GC5GC6尺寸为120 mm×120 mm×250 mm的GC7GC8GBDGBE，GC9GCAGCBGCCGCD铸CAEGB8GCEGCF件GBBGBCGD0G91GD1GD2GB9GD3GB8GCE， GB5GB6GB7GB8GCE的结GD4GBBGBCG92G93GD5GBB，最GD6GD7GD8GD9GB0的铸G90G92G93GDAGDB，GDCGDDG87铸件内部的缺陷，GDEGDFG87质量GD9GE0的铸件[3]。2 原工艺的充型凝固数值模拟分析GE1于GCD铸CAEGB8GCEGCF件GE2能GE3GE4STLGE0G96的文件， 所以GE5要GE6GE7GE8GB8G91GE9化为STLGE0G96的文件， GD3GDFG95GEA的是GCD铸CAEGB8GCEGCF件GE3GE4ZGEBGECGDAGED为GEEGBEGDAGED， 所以GE5要GEFGF0STL文件在GCD铸CAEGCF件GF1的GC2GC3， GF2GC2GC3不GECGF3时， GE5要GF4GE9·铸造工艺· doiGA910.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.03.002铸 造 设 备 与 工 艺FOUNDRY EQUIPMENT AND TECHNOLOGY2016年第3期2016 年 6 月 Jun.2016 №35· ·2016年第3期Jun.2016 №3 铸造设备与 工艺STL文件。 之后进行网格剖分， 网格大小选取要适当，当网格剖分过细，会导致软件计算量巨大，无法得出模拟结果，经多次尝试得出网格数为400万左右较为合适。 图1为铸件图，图2为带浇注系统和冒口的三维模型。2.1 铸件充型过程数值模拟图3为烧结台车充型过程示意图，可以看到充型不同阶段金属液体的流动状态。 金属液在重力的作G80G81，G82G83进G84G85浇G86，当G85浇G86G87金属液体G88充G89G8A进G84G8B浇G86，之后在G8B浇G86G8CG8DG8E，G8F后进G84G8C浇G86， G90G91G8C浇G86G92浇注系统G93G94G8EG8F小，G95G96G8FG97的G98分，G99G9A金属液G9B过G8C浇G86进G84型G9CG8A可G9D导致金属液体G9EG9F。 GA0G9B过充型示意图可以看到， 金属液体在充型过GA1GA2的流动以台阶GA3GA4GA5GA6，GA7GA8充型过GA1较GA9GAA，GABGACGAD出GAEG9EG9FGAEGAF。 G9B过示意图GB0可以看出在充型过GA1GA2，GB1G96GB2分GB3GADGB4不GB5GB6，台车GB7车GB8GB9GBAGA8GBBGB1G96较GBC，GA7GA8GBDGBEGB1G96GB2分GB3不GB5GB6，可G9D在GBFGC0过程GA2GACGADGC1GC2的液体为GBDGBEGC3GC4，可以大GC5GC6GC7台车GC8GC9会在GBDGBEGCAGCB，为GCBGCAGCCGCDGCEGCFGD0GD1GD2。2.2 铸件凝固过程数值模拟图4为烧结台车GBFGC0过GA1的示意图，GD3GD4GD5示为GD6GD7的液体，GD8GD4GD5示为GC4GD9，GDAGDBGDC注GBEGADGC4GDD，可以GA8GBBGDE看出，铸件GA5GA3的GDFGE0冒口GE1到GCEGE2GE3的GC3GC4作G80，GA0铸件在GBFGC0的G8F后阶段出GAEGCEGA8GBB的GE4GE5液体，GE6G98分液体GACGADGC1GC2液体为GC1GC3GC4，GE7GE8会GCAGCBGC8GC9。 G99图5G8F后的GBFGC0结果GE9可以GA8GBB看出，铸件G8C大G98分GC8GC9GEA出GAE在台车GB7车GB8GEBGECGEDGB9GBA，GE6GE9GEEG92充型过GA1GA2GB1G96分GB3不GB5GB6GCAGCB的后果。 铸件在车GB8GEBGECGEDGB9GBAGCAGCBGCEGEF较多的GC4GD9GF0GC4GDD，G9A车GB8GB9GBAGE9G92铸件的GF1GF2G98GB9。GF3GBD，要GF4铸GF5GF6GF7进行GF8进，以GF9GFAGC8GC9。图1 铸件图a）凝固30%b）凝固70%图4 铸件凝固过程示意图图2 带浇冒口的三维模型图3 铸件充型过程示意图c）充型90%a）充型30%b）充型50%135013451340133513301325132013151310℃135013451340133513301325132013151310℃135013451340133513301325132013151310℃冒口位置浇注系统位置c）凝固90%缩松剩余液体缩孔剩余液体6· ·2016年第3期铸造设备与工艺孙立军，鲍俊雄，孙 季：烧结台车铸造工艺的数值模拟及优化3 铸造工艺的优化及模拟分析3.1 铸造工艺的优化通过对台车原工艺的分析，只有改变金属液体的凝固顺序，实现铸件的顺序凝固才能有效地解决铸件出现的缺陷问题。 而改变铸件凝固顺序最有效的方式就是在热节处放置冷铁，使铸件在局部位置产生激冷的作用， 从而达到消除铸件内缺陷的目的。 图6为新工艺下冷铁的位置，可以看出在台车车轮的加强筋前后左右都加上了冷铁，这些冷铁基G80上可以解决G81G82台车车轮加强筋上出现的G83G84缺陷问题。3.2 新工艺的模拟分析为了G85G86改G87后工艺的可G88G89，对新工艺G87G88了G8AG8BG8CG8D。 图7为新工艺下铸件凝固G8EG8F图，可以看到铸件的凝固顺序G90生了改G91，铸件G92凝固的位置为台车车轮加强筋的位置，这是G93G94放置冷铁G95G96了激冷的作用，使G97G98下方的液体G99G9A的G9BG9C加强筋位置。 G9DG9E可以看G96G97G98的G9BG9C对铸件顺序凝固G9FG95G96了GA0GA1的作用，在冷铁GA2G97G98的GA3G9D作用下，实现了G81G82台车GA4下而上的顺序凝固[4]。 新工艺下G81G82台车铸件缺陷GA5GA6图GA7图8GA8G8E，铸件的GA9部分缺陷都在G97G98GAA， 只有GAB部分缺陷在G81G82台车的内部，G9CGACGADGAEGAF的GA9GB0G9F在GB1GB2的GB3GB4内[5]。4 新工艺的生产应用GB5改G87后的工艺GB6生产，生产出的铸件GB7GB8GB9G9A，GBAGBBGBCGBDGBEG85，G90现铸件内部GBFGC0位置G9CGAC缺陷GC1GBA消除，GC2GC3部分有GC4GC5的G9CGAF，GC6GC7在GC8GC5GC9GCA的GB3GB4内，图9为生产出GCB的GC8GC5GB1GCC的G81G82台车。 新工艺投入生产的几个月以来，共生产一百多台烧结台车几乎没有出现内部缺陷问题，不仅满足了客户的要求，也大大地降低了废品率。a）冷铁一位置示意图 b）冷铁二位置示意图图6 铸件新工艺冷铁的位置a）凝固40% b）凝固60%c）凝固80%图5 凝固模拟结果图7新工艺下铸件凝固示意图图9 新工艺下生产出来合格的烧结台车（下转第10页）冷铁冷铁缩孔缩松缩松缩孔图8 新工艺下铸造缺陷预测图缩松7· ·2016年第3期Jun.2016 №3 铸造设备与 工艺（上接第7页）4 结 论本文通过对铸件原有工艺的模拟分析，找到产生缺陷的来源， 并根据模拟结果改善了铸造工艺。经模拟验证， 实现了铸件自下而上的凝固顺序，消除了缩孔、疏松缺陷，生产出了合格的烧结台车铸件，不仅满足了客户对铸件的质量要求，而且大大提高了工艺出品率，为企业降低了生产成本。参考文献：［1］ G80G81G82，G83G84G85，G86G87G88.G89G8A铸G8B台G8C车G8D的铸造工艺G8EG8FG90G91G92模拟［J］.G93G94铸G95G96G97G98，2011，40G995G9AG9B85-87.G9C2G9D 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论GC1GC2G92G93G8DG8EG91流GC3GB1GA4铸锭的冒口深GB1GC4G9AG9B端面Sn、Fe元素化GB2GB3分的分析对GC5，可GB9出GA2GA4GC6GC7GC81GC9G8DG8EGCAGCBG91流GA4GCCGC2GCD，G92GCE于熔池中GCF体的GD0出，按GD1GD2中的G8DG8EG91流GC3GB1进行G8DG8E，5 kA~4 kAG91流G96G97时间G92GD3GC2GBA， 以GD4于熔池中GCF体的GD0G8F，有GCE于GD5小铸锭冒口深GB1GD62GC9在GD7G93GD8GD9GDAGDBGDCG8DG8EG91流GC3GB1GA4，G8DG8E前的熔GDDG91流G98GA1，熔池G98深，铸锭冒口GA5G98深。 当GBE这G92是GDEGDF冒口深GB1的GE0GE1GE2因素GD63GC9对于Zr4GE3GA7铸锭在整个G8DG8EGC2GB0中小G91流G96G97时间G92GE4GE5G99，G8DG8EG91流GA5G92GD3GE5小，这样GE6GE7加G90铸锭端面熔池的G96G97时间GE8进G90Sn、Fe 元素的G88析G9FGA0，GA5GCCGE9G90G83G82GEAGEB，GEC高G90GEDGEEGEFGB1GD64GC9在GF0GF1铸锭G8DG8EGA3流GC3GB1时GF2GBCGF3GF4冒口深GB1、化GB2GB3分的G88析GDCG83G82GEAGEBGF5因素，GC3GE1出GF6GE3GF7GF8GF2GF9的G8DG8E工艺。参考文献：［1］ GFAGFB有GFCGA7GA8GFDGFEGFF，GBB编.稀有GA7GA8材料加工手册［M］.GFB京GC8冶GA7工业出版社，1984．［2］ 马开道，鲁毅，马琨．稀有GA7GA8真空熔铸技术GDC其设备设计［M］.GFB京GC8冶GA7工业出版社，1984．［3］ 赵小花，李GA7山，杨冶军，GF5.钛GE3GA7真空自耗GA3弧熔GDDGC2GB0中磁场的数值模拟［J］.特G8C铸造GDC有GFCGE3GA7，2010，30（11GC9GC81004.［4］ 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