特种铸造 Special Casting
精铸连接体工艺模拟及改进
宋广1,接金川2,张蓬1,李廷举2
(1.大连国运兴铸造有限公司,辽宁大连116104;2.大连理工大学,辽宁大连116024
摘要:精密铸造是生产近浄成形金属零件的重要方法之一,在制造业中有着广泛应用。然而受到精铸
生产设备尺寸限制,工艺出品率低等因素的影响,其铸件重量及尺寸范围受到限制,所生产的精密铸件大多
属于小型件,重量范围从几克至几千克。本文采用 PROCAST模拟软件分析连接体精铸件(毛坯质量360kg)
铸造过程,改进铸造工艺,并最终成功制备出连接体精铸件。
关键词:精密铸造;工艺出品率; PROCAST;铸造工艺模拟
中图分类号:TG249.5;文献标识码:A;文章编号:1006-9658(2016)02-0048-04
D0I:10.3969/1.1557.1006-9658.2016.02.016
现代工业的不断发展对铸件质量也提出更高造模拟软件对其铸造过程进行数值模拟,通过对铸
要求,特别是在航空航天,车辆制造、机槭设备等领件的温度场进行仿真分析,从而协助浇注系统设计
域,其铸件结构复杂,趋向于轻量化、精密化、薄壁并消除缩孔缺陷。
化。
硅溶胶精密铸造工艺由于可有效满足上述需
求而得到广泛应用,其产品具有尺寸精度高(可达
1铸件描述及结构分析
CT4-6),表面光洁度高(可达R。1.6~3.2m)的特
该连接体铸件为化工行业用零部件,零件结构
并且铸造过程对环境污染和人体危害小。但其
工艺也存在一定的局限性,一般铸件质量只有几克如图1所示。该铸件用于高温酸性工作环境,故该
到几千克,对于尺寸较大的铸件,在压制蜡模,制売铸件采用CN7M材质,其成分如表1所示。CN7M
及脱蜡等工艺环节,都存在一定的难度。对于有优
是一种高铬镍奥氏体不锈钢,
质的内在质量,大批量生产质量稳定性高的厚大铸
对氧化性和中等还原性腐蚀
件,对铸造艺及方法提出了更高的要求。
有很好的抵抗能力,在很多化
在传统的硅溶胶铸造浇注系统设计过程中
工介质中有良好的耐腐蚀特
主要依靠工程技术人员的工作经验确定相关参数,
多/性,同时具有优异的高温力学
缺乏科学的理论依据,特別是对于厚大精铸件的热
性能,因此它既可以用于耐腐
节部位补缩、由于精铸工艺不如普通砂铸工艺灵活图1铸件3D结构图蚀部件又可以用于耐高温部
(如添加冷铁或铬矿砂),这种基于“经验+试验”的
件。同时,该铸件对精度要求
方法,在生产中往往要反复地修改流道尺寸和工艺也较高,铸件公差等级需按GBT6414-1990标准中
方案来达到质量要求,导致铸件的研制周期长,成CT7进行验收,故采用硅溶胶精密铸造工艺生产。
本高,质量不可靠,已不能适应工业发展的要求。
此外,该锛件内部质量要求也较高,需100%进
本文以连接体精铸件为例,利用 PROCASTT有限元铸行无损探伤并且符合ASME标准要求,同时还要
进行水压实验,铸件承压能力须大于4MPa,打压
过程中铸件不得有渗漏现象。其外形尺寸为650
基金项目:国家自然科学基金项目(编号:51471042)
收稿日期:2015-11-04
mmx650mmx400mm,产品中间连接部位的壁厚
稿件编号:1511~-1121
作者简介:宋广(1984-),男,硕上,程师,从事铸造工艺设计与研
为12mm,内腔结构较为复杂,其毛坯质量约为360
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GF-WT中国铸造装备与技术2/2016
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Special Casting特种铸造
表1CN7M不锈钢材质化学成分
w%mm,大小不等,具体如图3方框标注所示,可以看
元素 C Mn Si P」 Cr Ni Wo Cu Fe到铸件上部及下部均存在铸造缺陷。
含量001415045005swy190125120(30余量
为了找出缩孔缺陷的成因,对 PROCAST模拟
220~30.5~3.0~4
结果进行分析,其上部及下部缺陷部位凝固温度场
分布如图4.a、b所示,上部及下部缺陷部位凝固比
2原铸造工艺及模拟参数设置
例分数分布如图5.a、b所示。由图4.a温度分布场
该铸件采用硅溶胶中温蜡精铸工艺生产,其原
可发现在铸件上部内浇口与铸件连接处形成热节
始蜡模组工艺方案如图2.a所示,顶部中间冒口为
点,其位置恰好位于铸件边缘上;图4.b显示铸件
浇冒口,周边6个冒口除补缩6个侧直浇道还可起下部冒口颈与铸件连接处形成了孤立液相区,与铸
排气作用,侧直浇道相当于侧压冒口。根据此方案
件实际缺陷位置一致,这说明側压冒口不足以补缩
试制作1件产品,其型売如图2b所示。为了验证铸件、无法将热节点从铸件移开至冒口。图5a、b
其方案合理性,利用 PROCAST软件对该方案进行模凝固比例分数与图4a、b取自铸件相同部位,可清
拟,为了保证模拟的真实性,其参数设定完全依照晰的看到铸件上、下部的热节点周边部位的凝固速
实际生产执行,其具体数值如下。
度较快,温度场形成圆环状逐层包围铸件上的热节
(1)型売实际厚度约为30mm,共计18层,第
点,使金属液无法对铸件进行有效补缩,随着凝固
1、2层采用320目错粉,第3、4层采用120目锆时间的增加,体积收缩加大,孤立的液相区即会产
砂,第5-18层采用粒度逐渐增大的莫来秒。利用缩松、缩孔缺陷。
PROCAST软件 meshing模块进行网格剖分,铸件及
浇注系统的4面体网格数为79万;利用 shelling功
能自动生成型壳网格,其网格数为85万。
(2)铸件材质为CNM不锈钢,液相线温度为
1346℃,固相线温度为1147℃。为此,初始浇
注温度选择1420℃;型壳经焙烧后,初始温度为
800℃。
热传导率定义,根据所选型壳种类及铸件材质,
确定热导率500WhmK。
(3)根据浇包的大小及浇注条件,确定初始浇注
图3连接体原工艺缩孔缺陷分布
速度为0.7ms,浇注时间约为43s,与实际浇注情
况基本一致。
(a)上部缺陷部位
)原工艺方案31)图
b)连接体原工艺型壳
图2原工艺方案图及型売
3初始铸造工艺模拟结果分析
Iso larn
采用以上工艺参数生产连接体铸件,在切割浇
注系统时发现该产品存在缩孔缺陷,这些缺陷分布
(b)下部缺陷部位
在浇注系统与铸件连接部位,缩孔直径范围15~40
图4原工艺上部和下部缺陷部位凝固温度场分布
中国铸造装备与技术2/2016FMT
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