铸造工艺设计及模拟CASTsoftCAE技术在耐磨铸件生产中的应用

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1、铸造工艺设计及模拟CASTsoftCAE技术在耐磨铸件生产中的应用北京北方恒利科技发展有限公司（100089）宋彬摘要：利用北京北方恒利科技发展有限公司开发的铸造模拟软件CAStsoft对煤机设备铸件的凝固过程和充型过程进行模拟。通过对凝固过程的温度场和铸造缺陷的分析，依据分析结果对工艺进行改进，最后设计出合理的铸造工艺。铸造过程计算机模拟可以减少或取消新产品的工艺实验，能够有效地避免可能出现的铸造缺陷，保证工艺的可靠性，缩短新产品的试制周期。关键词：铸造模拟凝固过程温度场煤机设备铸件中图分类号：文献标识码：A传统的铸造工艺设计方法往往依赖于直觉经验

2、，在铸件结构较为简单和铸造类似铸件时，经验可能起到一定的作用；在浇铸大型、复朵铸件且无相关经验时，只能通过反复工艺实验来确定工艺；当工艺存在重大失误时，可能使得工艺方案被彻底推翻。通过工艺反复实验来确定工艺的方法，可能导致先前制作的模具报废，对于人型铸件来说模具费用会相当高,这会造成重大经济损失，同时严重影响新产品的试制，延长新产品的试制周期。近年來铸造过程计算机模拟技术得到飞速发展，使得通过铸造模拟来确定铸造工艺成为町能，铸造过程计算机模拟可以减少或取消新产品的工艺实验，能够有效地避免可能出现的铸造缺陷，保证工艺的可靠性，缩短新产品的试制周期。木次

3、分析采用的软件是北京北方恒利科技发展冇限公司的CASTSOFT/CAE软件。通过模拟分析发现工艺存在的问题，采取工艺改进措施后再次进行模拟，直到铸造工艺趋向合理。1.铸造工艺方案设计1.1铸造工艺方法的选择：由于铲板（材料：ZG30CrMo）属于煤矿设备关键铸钢件，结构虽然比较简单，但厚薄不均，热节位置较多，产品工作环境恶劣，质量要求较高，外轮绑尺寸为1932X430X380,铸件毛坯在机加工和去应力处理后耍进行组焊、装机，铸件的零件表面质量，内部质量和配合尺寸要求较高。为保证顺利充满和厚人部位不产生疏松，特别保证在焊接处和装配位置处的质虽和尺寸，通

4、过浇注系统设计和浇注时间的控制减少和避免气孔和渣孔产生，通过造型、涂料及浇注温度等方式保证表面质量,考虑铲板质量、批量的耍求，结合我厂铸造现场生产能力，最后选用砂型重力铸造和改性水玻璃砂工艺的工艺方案。铸型选用：改性水玻璃砂,型芯选丿小水玻璃砂，浇注温度:1600°C,冒口套：保温材料。1.2浇注系统位置的选择：铲板（材料：ZG30CrMo）长度方向是装配配合位置、铲板工作位置为最长方向法向及铲板前端和各加强筋根部组织耍求高，不允许有缩松、气孔等铸造缺陷，为了使得铸件实现顺序凝固R保证工作位置的力学性能。满足要求的工艺分型冇几种，通过铸造工艺设计软件

5、及工艺模拟软件确定。2.三维建模2.1铸件的三维建模：采用Pro七软件对铸件进行三维建模，先将铸件毛坏输出，进行铸造工艺设计确定分型面，铸件摆放位置，确定工艺布置，冒口人小，浇注系统人小；再通过铸造工艺模拟软件进行铸造过程模拟，最后确定可行浇注工艺方案。1.2铸件毛坯、浇注系统、冒口系统、冒口套的三维建模：由于在工艺模拟时，铸件毛坏、浇注系统、冒口系统、冒口套属于工艺装配体部件几各部件材料及属性都不一样，三维建模保证建模工艺部件与实际生产工艺部件的位置、人小一致，要求铸件毛坯、浇注系统、冒口系统、冒口套间面贴合。由于铸件的一些地方是不规则的曲面所以铸

6、件毛坯、浇注系统、冒口系统、冒口套的形状也为不规则曲面形状即为随形铸件毛坯、浇注系统、冒口系统、冒口套，同时山于铸件毛坯、浇注系统、冒口系统、冒口套不连续相互间孤立、分散，所以在建模时也应分散分布，相互间不相连，阳在工艺模拟时要求同种材料工艺部件纟R合成一个整体，生成一个STL文件。铸件毛坯三维模型如图1所视;铸件毛坯、浇注系统、冒口系统、冒口套的工艺三维模型如图2所视：图1铸件毛坯图2铸件毛坏、浇注系统、冒口系统、冒口套三维模型2.工艺模拟及工艺优化的工作流程图（图3）有限差分软件Trian^e3D铸造工艺CASTsoftCAD接口软件铸采用耦合技

7、术有限差分软件7riangle3D铸造工艺设计分析后处理—数据库铸造工艺分析后处理（OPENGL图形库）温度场计算晓生系统计算流动场计算模数计算孤立熔池计算冒口令決计算（OPENGL图形库〉图3铸件浇注工艺设计优化流程图1.1工艺确定步骤步骤1：采用CASTSOFT/CAE铸造工艺设计模块进行工艺热节计算，确定冒口位置和冒口大小，确定铸件工艺布局，确定浇注系统。步骤2：采用CASTSOFT/CAE铸造工艺模拟模块进行铸造过程模拟，通过对铸造充型过程、凝固过程进行模拟及缺陷分析，最后得到可行的铸造方案。3.1.1前处理：本次模拟时，铸件毛坏进行网格剖分

8、的网格尺寸为4mmX4mmX4mm,共剖分网格1000万单元。1.2铸造模型构建及模拟计算:按工艺要求添加砂