凝固模擬技術在軸承座鑄造中的應用

郭 林，紀云玲，李寶偉

（濟鋼集團重工機械有限公司，濟南 250101）

凝固模擬技術在軸承座鑄造中的應用

郭 林，紀云玲，李寶偉

（濟鋼集團重工機械有限公司，濟南 250101）

采用solidworks三維軟件對生產(chǎn)的軋鋼機軸承座及工藝方案進行三維實體造型,用華鑄軟件進行凝固模擬,通過比較不同冒口尺寸及放置方式,預測了形成縮孔缺陷的不同傾向,并對比了不同工藝方案下鑄件的縮孔分布及工藝出品率,優(yōu)化冒口工藝設計,最終確定出最佳工藝方案，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鑄件。

軸承座；凝固過程；數(shù)值模擬；鑄造工藝

1 鑄件結構特點及技術要求

該件為軋鋼機用軸承座，材質(zhì)為ZG270-500,要求不得有縮孔、縮松等影響強度及性能的缺陷，鑄件要求磁粉和超聲波探傷，達到JB/T5000.14—1998二級以上。鑄件結構如圖1所示。

圖1 鑄件結構圖

2 工藝方案模擬優(yōu)化

根據(jù)鑄件結構特點，我們設計出多種冒口方案，并利用凝固模擬軟件進行模擬。下面介紹原方案及最終確定的方案。

2.1 方案一

按常規(guī)操作方法設置圓形冒口4個，其中圓形冒口?500mm×600mm二個，圓形冒口?350mm×600mm二個，如圖2所示。按此冒口放置方案對進行純凝固數(shù)值模擬，模擬結果如圖3所示：在?500mm×600mm冒口底部有大量縮孔、縮松，深度達300mm左右；在?350mm×600mm冒口底部有較多縮松。可見，?350mm×600mm冒口明顯偏高、偏大，并且補縮距離不夠，?500mm×600mm冒口縮孔縮進鑄件內(nèi)，說明此冒口高度不夠高，冒口內(nèi)金屬液不能滿足對鑄件凝固時的補縮。此冒口方案不可行。

2.2 最終方案

針對前面方案存在的問題，又設計了多種方案，其中第三套冒口放置方案為：采用圓形冒口?520mm×1000mm二個，16＃腰形暗冒口280mm×420mm×365mm二個，在每個冒口下都設置冒口補貼，補貼高度為300mm。工藝出品率為61.2%。按此冒口設置方案，對上支承軸承座進行純凝固數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)在?520mm冒口下仍然有二次縮松，16＃腰形暗冒口下也有一些縮松。方案四改用?650mm×1100mm冒口一個，18＃腰形暗冒口（高450mm）兩個，所有冒口底部加補貼，工藝出品率為68.48%，冒口放置如圖4所示。按此冒口設置方案，對上支承軸承座進行純凝固數(shù)值模擬，模擬結果如圖5所示。從模擬結果可以看出：縮孔縮松都在冒口內(nèi)，鑄件內(nèi)部無縮孔、縮松缺陷，鑄件組織致密，能夠滿足技術要求?？梢娫撁翱谠O置方案可行。由于?650mm圓形冒口內(nèi)縮孔剛剛在鑄件上表面，為確保鑄件質(zhì)量，將此冒口高度再增加100mm。

圖2 方案一冒口放置圖

圖3 方案一鑄件凝固模擬圖

圖4 方案四冒口及補貼設置圖

3 生產(chǎn)過程控制

模板制作 由于該件為我公司常用件，數(shù)量較多，模板采用整體木模；為保證吊運、起模方便，在模板的上下部位都要做出起模吊鼻；為防止偏芯，將芯頭高度設計為150mm。

圖5 方案四模擬凝固結果

造型 由于鑄件熱節(jié)較大，為防止鑄件粘砂，也便于鑄件好清砂，將芯子表面采用10mm厚的鉻鐵礦砂，芯子內(nèi)部采用水玻璃七零砂。外型采用水玻璃硅砂，砂型烘干后，涂刷醇基鋯英粉涂料兩遍。

合箱澆注 合箱時要檢查鑄型是否完好、吹凈鑄型內(nèi)及澆道內(nèi)散砂，對正箱泥號后合箱，打緊卡子，最后再將箱縫抹嚴。澆注溫度控制在1535～1550℃（用熱電偶測溫）。

4 生產(chǎn)驗證

按上述工藝試生產(chǎn)2件，鑄件質(zhì)量很好，沒有縮孔縮松缺陷發(fā)生，與CAE模擬結果基本一致，加工后檢查，鑄件完全達到圖紙技術質(zhì)量要求。

Application of Solidafication Simulation Technology on Casting of Bearing Seat

GUO Lin,JI YunLing,LI BaoWei
（Heavy Industrial Machinery Co.Ltd.Jinan Iron&Steel Works Group，Jinan 250101，Shandong China）

3D software Solidworks and Chinese Casting software has been used for 3D real solid molding and solidification respectively.Variety of tendency to form contraction cavity has been forcast with comparison with risers of different size and arrangement while distribution of contraction cavity and technology yield under different technologies has been compared with so as to optimize technology design of riser to final decision of optimal technology for premium quality castings.

Bearing Seat；Solidafication process；Numerical simulation；Casting technology

TP391.9；

B

1006-9658（2011）01-2

2010－08－29

2010－126

郭林（1970－），男，工程師，長期從事鑄造生產(chǎn)工藝技術工作