大型远洋货轮挂舵臂铸造工艺计算机模拟

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1、大型远洋货轮挂舵臂铸造工艺计算机模拟张慧敏，谢敬佩，王爱琴，王文焱，李洛利(河南科技大学材料科学与工程学院，洛阳471003)摘要：利用三维绘图软件solidworks对大型挂舵臂铸钢件做实体造型,应用华铸CAE软件完成铸造过程温度场的数值模拟,预测铸件产生缩松、缩孔的部位和形成原因,在此基础上对其铸造工艺进行优化。结果表明：利用华铸CAE技术有助于缩短产品试制周期，减少试制损耗，提高企业经济效益和竞争能力。关键词：挂舵臂华铸CAE软件工艺优化凝固模拟ThecomputersolidificationsimulationofLarg

2、e-ScalePelagicShipRudderHornZHANGHui-min,XIEJing-pei,WANGAi-qin,WANGWen-yan,LILuo-li(InstituteofMaterialScienceandEngineering,HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyang,Henan471003)Abstract:Usingthreedimensionaldrawingsoftwaresolidworkstomakethesolidmassmodeloflarge

3、-scalerudderhornsteelcasting.ThetemperaturefieldnumericalhasbeenmadewithHUAZHUCAEsoftware,thelocationandthecauseofshrinkareforecasted,andoptimizingtechnological.Theresultshowsthatitcanshortenpre-periodictimeandreducepre-loss,andincreaseeconomicbenefitsandcompetitivestr

4、engthofenterprisebyHUAZHUCAEtechnology.Keywords:rudderhorn;HUAZHUCAEsoftware;processoptimization;solidificationsimulation1引言在铸造生产中，液态金属的充型和凝固过程是铸件形成的重要阶段。许多铸造缺陷（如卷气、夹杂、浇不足、冷隔、缩松、缩孔、裂纹等缺陷）都是在充型不利的条件下及凝固过[1]程中产生的。中信公司出口丹麦、韩国的大型远洋货轮挂舵臂铸钢件非常大(单件重量80-157吨)，对铸件质量要求极高，一般采用铸造低

5、碳钢，铸造工艺复杂，铸件凝固过程很难控制，经常由于铸件内部缺陷多，超声波探伤和磁粉探伤不合格，从而造成巨大的经济浪费。利用华铸CAE对其凝固过程进行模拟，可以预测缺陷形成的位置和大小，通过分析论证及对工艺方案修订，优化铸造工艺。铸造CAE是利用计算机技术来改造和提升传统铸造技术，对降低产品成本、提高铸造企业竞争力有着不可替代的作用，它的应用和推广必将为铸造行[2，3]业带来很大的经济和社会效益。2挂舵臂的特点船舶挂舵臂是吊挂舵结构的关键件，挂舵臂的性能和质量在船舶使用中起着非常重要的作用，关系到船舶的安全。挂舵臂生产的技术要求如下（

6、1）制造、试验和检验的要求均按NK规范2002版第k篇5.1进行。（2）铸件将按NK规范进行超声波和磁粉探伤，并提交检验纪录。基金项目：河南省杰出人才资助项目(0621000600)。作者简介：张慧敏（1982－），女，河南驻马店人，在读硕士。导师：谢敬佩（1957－），男，河南安阳人，河南科技大学教授，博士生导师；（3）化学成分和机械性能：C≤0.23;Si≤0.60;Mn≤0.80;P≤0.04;S≤0.04残余元素Cu≤0.30;Ni≤0.50;Mo≤0.20;Cr≤0.2022抗拉强度≥480N/mm屈服点≥240N/mm伸

7、长率≥20.0℅断面收缩率≥27.0℅（4）铸件表面应整洁，不应有气孔，裂缝，缩孔，冷隔，结疤等缺陷。（5）铸件内部不应有不利于使用的缺陷。3挂舵臂凝固过程数值模拟铸造CAE技术是在利用其他CAD软件系统生成三维造型实体的基础上展开数值模拟应用的。华铸CAE软件由三大模块组成：前置处理、计算分析、后置处理。以下是对挂舵臂不同工艺进行铸造过程数值模拟的对比论述。3.1挂舵臂的三维造型利用CAD建立三维造型实体，我们采用的是solidworks软件。利用该软件对挂舵臂铸件进行三维实体造型。如图1所示。图1实体造型图2工艺模型Fig1so

8、lidmassmodelFig2Technicalmodel3.2生产工艺方案冒口设置的基本原则：（1）、冒口应设置在铸件最后凝固的部位，即铸件最厚最热的部位。（2）、冒口应设置在铸件的最高处（次高处设置暗冒口），必要时通过使用冷铁或