本文關(guān)鍵詞：圓錐破碎機(jī)傳動(dòng)軸架的鑄造工藝設(shè)計(jì)及模擬優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

圓錐破碎機(jī)傳動(dòng)軸架的鑄造工藝設(shè)計(jì)及模擬優(yōu)化

時(shí)間：2015-10-26  來(lái)源：中國(guó)聯(lián)軸器網(wǎng)  作者：[db:作者]  瀏覽次數(shù)：171

　　金屬鑄鍛焊技術(shù)。

　　鑄造模擬軟件V-Cast能夠?qū)﹁T件的充型及凝固過程進(jìn)行模擬，直觀反映出充型過程中液態(tài)金屬的流動(dòng)行為和凝固過程中溫度場(chǎng)、熱節(jié)部位，并能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出充型及凝固過程中產(chǎn)生的缺陷類型、位置及大小。把V-Cast軟件應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，可以大大縮短產(chǎn)品制作周期，確保鑄件質(zhì)量，提高工藝出品率。本文首先采用傳統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)方法確定鑄鋼傳動(dòng)軸架的初始鑄造工藝，再通過V-Cast軟件對(duì)初始工藝進(jìn)行模擬計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果提出改進(jìn)措施，優(yōu)化工藝，最終確定了合適工藝，消除了缺陷，得到了質(zhì)量合格的鑄件。

　　1鑄造工藝設(shè)計(jì)1.1澆注位置及分型面的確定根據(jù)傳動(dòng)軸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用要求，確定出其澆注位置及分型面。澆注時(shí)使傳動(dòng)軸架水平放置，分型面選在中間最大截面處；在鑄件厚大部位上部設(shè)置冒口對(duì)鑄件凝固收縮進(jìn)行補(bǔ)足，以實(shí)現(xiàn)自下而上的順序凝固；采用兩箱造型，造型材料為水玻璃砂，澆注溫度1600°C.工藝方案如所示。

　　1.2澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)鑄鋼的鑄造性能較差，澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，充型快而平穩(wěn)。采用開放中注式澆注系統(tǒng)，從鑄件中部分兩路同時(shí)引入金屬液體。選用漏包澆注，包孔直徑準(zhǔn)40mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式藝F包：藝F直：藝F橫：SF內(nèi)=1.0：（1.82.0）：（1.82.0）：2.0，確定出各澆道截面積，SF直=22.6cm2，SF橫=24.5cm2，SF內(nèi)=25.2cm2，，澆道實(shí)際形狀如所示。

　　1.3冒口設(shè)計(jì)冒口應(yīng)設(shè)在鑄件最高和最后凝固的部位。為確保鑄件凝固時(shí)有足夠的金屬液對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)縮，需在鑄件的上部設(shè)置冒口。根據(jù)模數(shù)法計(jì)算出鑄件模數(shù)，確定出熱節(jié)位置，最終確定在3個(gè)法蘭上部各采用―個(gè)腰形冒口（見），左邊冒口尺寸為127mmx254mmx 190mm，中間冒口尺寸為304mmx226mm，右邊冒口尺寸為2初始工藝模擬2.1充型過程模擬結(jié)果及分析充型過程對(duì)鑄件的最終質(zhì)量具有重要作用。許多鑄造缺陷，如澆不足、冷隔、卷氣、氧化夾渣乃至縮松、縮孔等都與鑄造的充型過程密切相關(guān)。利用V-Cast軟件能夠較為準(zhǔn)確的反映充型過程和缺陷生成過程，這對(duì)于優(yōu)化澆注系統(tǒng)，避免鑄造缺陷的形成具有重要意義。對(duì)初始工藝進(jìn)行充型模擬，其過程如所示�？梢钥闯�，直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道內(nèi)的金屬液在流動(dòng)過程中始終處于充滿狀態(tài)，防止了氣體和夾雜物的卷入。鋼液從鑄件中間兩法蘭處引入型腔，由底部逐漸上升，沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的飛濺現(xiàn)象，見（a）、（b）；隨著澆注過程的進(jìn)行，液面不斷均勻穩(wěn)定地上升，見（c）（e）；冒口為最后填充部位，整個(gè)充型過程約用時(shí)28s，見（f）。整個(gè)充型過程中，金屬液在型腔中的液面比較平穩(wěn)，有利于夾雜物和氣體的上浮，并且避免了表層氧化膜的卷入。此澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的比較合理。

　　2.2凝固過程模擬結(jié)果及分析對(duì)初始工藝進(jìn)行凝固模擬，其結(jié)果如所示。

　　圖中深色表示液態(tài)或半固態(tài)，說明液態(tài)金屬未凝固；淺色表示固態(tài)，說明液態(tài)金屬已凝固。可以看出，當(dāng)凝固時(shí)間進(jìn)行到t=620s時(shí)，傳動(dòng)軸架法蘭外側(cè)、加強(qiáng)筋和澆注系統(tǒng)開始凝固，見（a）；當(dāng)t=800s時(shí)，澆注系統(tǒng)、加強(qiáng)筋結(jié)束凝固，鑄件內(nèi)的鋼液即將分割為兩部分，見（b）；當(dāng)t=960s時(shí)，連接筒體結(jié)束凝固，3個(gè)冒口對(duì)鑄件進(jìn)行補(bǔ)縮，凝固過程進(jìn)一步進(jìn)行，見（c）；當(dāng)t=1120s時(shí)，鑄件內(nèi)出現(xiàn)3部分液相區(qū)，分別由3個(gè)冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，見（d）；當(dāng)t= 1342s時(shí)，左側(cè)冒口對(duì)下部微量液態(tài)金屬的收縮失去了補(bǔ)縮能力，有可能產(chǎn)生微量顯微縮松，右側(cè)冒口下部出現(xiàn)補(bǔ)縮瓶頸，補(bǔ)縮通道即將斷開，見（e）；當(dāng)t=1380s時(shí)，右側(cè)冒口下部出現(xiàn)孤立液相區(qū)，失去了對(duì)其補(bǔ)縮能力，凝固后期必然會(huì)出現(xiàn)縮孔、縮松缺陷，見（f）；當(dāng)t=1900s時(shí)，左側(cè)冒口即將結(jié)束補(bǔ)縮，右側(cè)冒口完全已凝固，見（g）；當(dāng)t=2800s時(shí)，中間冒口對(duì)鑄件的補(bǔ)縮通道斷開，出現(xiàn)孤立液相區(qū)，在凝固最后階段，孤立液相區(qū)部位由于鋼液的體收縮，此處會(huì)出現(xiàn)縮孔、縮松缺陷，見（h）。

　　初始工藝缺陷分布如所示�？梢钥闯觯s金屬鑄鍛焊技術(shù)丨Casting孔、縮松出現(xiàn)在冒口、澆注系統(tǒng)以及法蘭和筒體的結(jié)合處，將縮孔、縮松轉(zhuǎn)移至冒口、澆注系統(tǒng)是符合設(shè)計(jì)思路的，但出現(xiàn)在法蘭和筒體結(jié)合部位的縮孔、縮松嚴(yán)重影響了鑄件的使用性能，有可能造成鑄件報(bào)廢，必須進(jìn)行工藝改進(jìn)。

　　3鑄造工藝優(yōu)化及模擬3.1工藝優(yōu)化根據(jù)模擬結(jié)果分析，鑄件實(shí)現(xiàn)了自下而上的順序凝固，左側(cè)冒口起到了充分補(bǔ)縮，中間和右側(cè)冒口也均起到了補(bǔ)縮作用，均有足夠大的補(bǔ)縮能力，只是由于法蘭與筒體交界處的模數(shù)大于冒口和交界處之間鑄件的模數(shù)，導(dǎo)致補(bǔ)縮通道過早的阻斷，影響了冒口補(bǔ)縮能力的發(fā)揮，造成縮孔、縮松缺陷的發(fā)生。該傳動(dòng)軸架鑄造工藝改進(jìn)的要點(diǎn)是消除凝固過程中出現(xiàn)的孤立液相區(qū)，保證補(bǔ)縮通道始終暢通，實(shí)現(xiàn)鑄件到冒口的順序凝固。根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)和缺陷分布狀況，可以考慮增設(shè)冷鐵，降低法蘭與筒體交界處的模數(shù)，改變溫度梯度，使交界部位先于上部凝固，延長(zhǎng)冒口的有效補(bǔ)縮距離，實(shí)現(xiàn)冒口的圓滿補(bǔ)縮。在出現(xiàn)缺陷的部位各設(shè)置一塊環(huán)形冷鐵，中間冷鐵厚度為20mm，右側(cè)冷鐵厚度為15mm，形狀和鑄件輪廓相應(yīng)，材質(zhì)和鑄件致。優(yōu)化工藝如所示，冷鐵實(shí)體模型如所示。

　　冷鐵的實(shí)體模型3.2優(yōu)化工藝模擬結(jié)果及分析將優(yōu)化工藝的三維模型轉(zhuǎn)化為STL格式文件，導(dǎo)入ViewCast軟件，對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格剖分和參數(shù)設(shè)置，對(duì)優(yōu)化工藝的凝固過程進(jìn)行模擬，結(jié)果見。

　　可以看出，當(dāng)凝固時(shí)間進(jìn)行到t=1200s時(shí)，傳動(dòng)軸架法蘭底部、側(cè)壁、加強(qiáng)筋和澆注系統(tǒng)首先凝固，凝固過程依次向上擴(kuò)展，見（a）；當(dāng)t=1240s時(shí)，鑄件長(zhǎng)圓筒和加強(qiáng)筋部分的圓筒已結(jié)束凝固，鑄件內(nèi)出現(xiàn)3部分孤立液相區(qū)，由3個(gè)冒口分別進(jìn)行補(bǔ)縮，見（b）；當(dāng)t=1330s時(shí)，凝固過程進(jìn)一步進(jìn)行，孤立液相區(qū)逐步向上延伸，右側(cè)孤立液相區(qū)已延伸到冒口根部，補(bǔ)縮通道通暢，初始工藝中右側(cè)出現(xiàn)的孤立液相區(qū)已經(jīng)移到冒口中，見（c）；當(dāng)t=1460s時(shí)，m8優(yōu)化TE模擬結(jié)采右側(cè)冒口圓滿完成對(duì)右側(cè)法蘭區(qū)域鑄件的補(bǔ)縮，左側(cè)冒口補(bǔ)縮通道也始終通暢，即將結(jié)束對(duì)鑄件的補(bǔ)縮，見（d）；當(dāng)t=2590s時(shí)，兩側(cè)孤立液相區(qū)結(jié)束凝固，大冒口繼續(xù)對(duì)中間孤立液相區(qū)進(jìn)行補(bǔ)縮，沒有出現(xiàn)補(bǔ)縮瓶頸，孤立液相區(qū)繼續(xù)向上延伸，見（e）；當(dāng)t=3358s時(shí)，凝固已經(jīng)接近結(jié)束，孤立液相區(qū)出現(xiàn)在冒口中，能夠有效的補(bǔ)縮鑄件，見（f）。

　　優(yōu)化工藝模擬的缺陷預(yù)測(cè)如所示，鑄件內(nèi)部沒有發(fā)現(xiàn)縮孔、縮松缺陷，縮孔、縮松已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了冒口和澆注系統(tǒng)中，冒口使得整個(gè)鑄件形成一個(gè)正的溫度梯度，實(shí)現(xiàn)了從鑄件到冒口的順序凝固，保證了鑄件質(zhì)量。

　　優(yōu)化T.藝縮孔、縮松分布4實(shí)際應(yīng)用效果由于以上設(shè)計(jì)的環(huán)形冷鐵，在實(shí)際生產(chǎn)中操作比較復(fù)雜，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)可補(bǔ)以設(shè)置蓄熱系數(shù)大、易導(dǎo)熱的鉻鐵礦砂，其功效相當(dāng)于冷鐵。一年來(lái)，按照新工藝鑄造生產(chǎn)了100多個(gè)傳動(dòng)軸架，對(duì)生產(chǎn)的鑄件進(jìn)行了超聲檢測(cè)，沒有發(fā)現(xiàn)縮松、縮孔等缺陷，得到了優(yōu)質(zhì)鑄件。實(shí)際生產(chǎn)的鑄件如0所示。

　　1采用優(yōu)化工藝生產(chǎn)的傳動(dòng)軸架5結(jié)論對(duì)傳動(dòng)軸架采用水平澆注、中間分型的工藝方案，方便了造型，保證了充型的平穩(wěn)，避免了澆注過程中沖刷、飛引起的鑄造缺陷。

　　初始工藝中產(chǎn)生的縮孔、縮松缺陷是由于冒口的補(bǔ)縮通道不暢造成的。

　　運(yùn)用V-Cast軟件進(jìn)行鑄造工藝優(yōu)化，將熱節(jié)部位加上相應(yīng)的冷鐵，有效延長(zhǎng)了冒口的補(bǔ)縮距離，實(shí)現(xiàn)了預(yù)先設(shè)計(jì)了凝固順序，消除了初始工藝中產(chǎn)生的缺陷。

　　生產(chǎn)實(shí)踐表明，優(yōu)化工藝生產(chǎn)的傳動(dòng)軸架內(nèi)部組織致密，質(zhì)量完好，符合技術(shù)要求。

  本文關(guān)鍵詞：圓錐破碎機(jī)傳動(dòng)軸架的鑄造工藝設(shè)計(jì)及模擬優(yōu)化，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。