MAGMA軟件在大型球鐵軸承蓋工藝優(yōu)化中的應(yīng)用

楊恒遠,畢海香,李繼超,盧彬彬,李永剛(.濰柴重機股份有限公司，山東濰坊 608; .濰柴動力股份有限公司，山東濰坊 600)

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MAGMA軟件在大型球鐵軸承蓋工藝優(yōu)化中的應(yīng)用

楊恒遠1,畢海香1,李繼超2,盧彬彬1,李永剛1
(1.濰柴重機股份有限公司，山東濰坊 261108; 2.濰柴動力股份有限公司，山東濰坊 261001)

摘要：以某大型球鐵軸承蓋為例，針對存在的問題，利用MAGMA模擬軟件，通過進行凝固過程、熱節(jié)分布、熱模數(shù)及縮松嚴重度的模擬分析，對鑄件工藝進行優(yōu)化。根據(jù)優(yōu)化后的鑄件工藝方案進行試生產(chǎn)，解剖后鑄件內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)縮松缺陷，驗證了工藝方案的可行性，縮短了鑄件的試制周期，提高驗證一次成功率。

關(guān)鍵詞：MAGMA軟件;軸承蓋;優(yōu)化

稿件編號:1512-1172

軸承蓋作為柴油機上的重要零部件之一，承載曲軸轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的交變載荷，其質(zhì)量的好壞將直接影響柴油機的使用壽命。

1 工藝方案

以大型球鐵軸承蓋為例，軸承蓋材質(zhì)為QT400-15，輪廓尺寸為645×400×135(mm)，最大壁厚為135 mm，單件毛坯質(zhì)量約160 kg。軸承蓋的原工藝方案為堿性酚醛樹脂自硬砂造型，底部放置冷鐵，頂部放置發(fā)熱保溫冒口(型號為FTA140)，見圖1。

圖1 工藝方案

采用此工藝生產(chǎn)的鑄件在冒口根部存在縮松缺陷,經(jīng)過分析認為出現(xiàn)縮松的原因是由于冒口補縮能力不足，對鑄件進行補縮的效果不好。為了解決出現(xiàn)的縮松缺陷，在現(xiàn)有生產(chǎn)條件下，擬將原生產(chǎn)使用的發(fā)熱保溫冒口規(guī)格進行優(yōu)化(由原先的FTA140更換為FTA160)，進一步提高鐵液的補縮能力。為了縮短試制周期，減少驗證次數(shù)，利用MAGMA模擬軟件對采用兩種發(fā)熱保溫冒口的工藝方案進行分析。

2 設(shè)定生產(chǎn)相關(guān)基本參數(shù)

表1 鑄件模擬主要參數(shù)

表2 鑄件化學成分

3 建模

通過三維軟件Pro/E建立相應(yīng)的實體模型，轉(zhuǎn)成*.stl文件后，導入到模擬軟件中。此模型中包含鑄件、澆冒系統(tǒng)(澆口箱、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道、溢流排氣冒口、發(fā)熱保溫冒口)、砂芯、鑄型、過濾片。劃分網(wǎng)格數(shù)量為715萬左右。

圖2 鑄造模型

4 計算及結(jié)果分析

表3為FTA140型和FTA160型發(fā)熱保溫冒口套的幾何模數(shù)、有效模數(shù)、冒口容積及尺寸結(jié)構(gòu)等參數(shù)。

表3 基本參數(shù)對比

4.1 凝固過程

圖3為不同液相百分比下鑄件凝固過程?？梢钥闯鲈谙嗤合喟俜直葪l件下，采用FTA160型發(fā)熱保溫冒口工藝，液相主要存在于發(fā)熱保溫冒口中，而采用FTA140型發(fā)熱保溫冒口工藝，液相主要存在于與冒口頸接觸的鑄件局部區(qū)域，不利于鑄件縮松的預(yù)防。

4.2 熱節(jié)分布情況

圖4為兩種工藝的鑄件熱節(jié)分布情況。可以看出：

(1)采用FTA140型發(fā)熱保溫冒口工藝，熱節(jié)集中于冒口底部、冒口頸及與之接觸的鑄件部分；

(2)采用FTA160型發(fā)熱保溫冒口工藝，熱節(jié)集中于冒口內(nèi)底部。

4.3 熱模數(shù)

圖5為兩種工藝的鑄件熱模數(shù)分布情況?？梢钥闯觯捎肍TA140型發(fā)熱保溫冒口生產(chǎn)的鑄件冒口頸處熱模數(shù)3.997 cm、4.000 cm、4.022 cm，高于采用FTA160型發(fā)熱保溫冒口生產(chǎn)的鑄件冒口頸處熱模數(shù)3.546 cm、3.518 cm、3.511 cm。

圖3 不同液相百分比下的凝固過程

圖4 熱節(jié)分布

圖5 熱模數(shù)分布

4.4 鑄件縮松情況

圖6為不同工藝條件下鑄件縮松情況?？煽闯觯?/p>

(1)采用FTA140型發(fā)熱保溫冒口生產(chǎn)的鑄件冒口頸及與冒口頸接觸的15~20 mm深度的鑄件內(nèi)均有縮松缺陷，這與實際情況是相符的；

(2)采用FTA160型發(fā)熱保溫冒口生產(chǎn)的鑄件冒口頸及與冒口頸接觸的鑄件局部區(qū)域無縮松缺陷。

圖6 鑄件縮松嚴重度

圖7為采用FTA140型發(fā)熱保溫冒口的冒口頸和鑄件內(nèi)縮松情況。可以看出，冒口頸處縮松嚴重度為96.394%、95.983%，與冒口頸接觸的鑄件局部區(qū)域內(nèi)縮松嚴重度為14.967%、25.413%。

圖7 鑄件縮松嚴重度(FTA140型發(fā)熱保溫冒口)

4.5 模擬結(jié)果分析

采用FTA140型發(fā)熱保溫冒口工藝方案生產(chǎn)的鑄件，冒口頸處及與之接觸的鑄件15~20 mm深度都存在縮松缺陷，這證明MAGMA模擬軟件針對該球鐵軸承蓋的模擬是完全與實際相符的，能夠有效的預(yù)測出工藝方案中存在的問題。而采用FTA160型發(fā)熱保溫冒口的工藝方案，模擬后無論是冒口頸處還是與之接觸的鑄件都沒有發(fā)現(xiàn)縮松缺陷，這說明改進方案對解決縮松缺陷是有效的。

5 生產(chǎn)驗證

采用FTA160型發(fā)熱保溫冒口，生產(chǎn)鑄件20件，冒口根部未發(fā)現(xiàn)縮松，解剖其中1件，內(nèi)部也未發(fā)現(xiàn)縮松，見圖8。

圖8 鑄件解剖

6 結(jié)論

采用MAGMA模擬軟件不僅可以模擬鑄件可能出現(xiàn)的缺陷，為工藝人員提供數(shù)據(jù)，根據(jù)模擬結(jié)果改進、優(yōu)化鑄造工藝，更為重要的是可以改變傳統(tǒng)的工藝改進方法，有效的減少工藝試驗次數(shù)甚至取消工藝試驗，保證鑄件一次試制成功，從而大大縮短試制周期并降低試制成本，提高企業(yè)的競爭力。

參考文獻

[1] 宋彬，崔聿辰，崔明理.采用鑄造工藝設(shè)計軟件模擬鑄鋼汽車橋缺陷分析和應(yīng)對策略[J].中國鑄造裝備與技術(shù) ,2012(4).

Application about magma software in the the process optimization of large ductile iron bearing cap

YANG HengYuan1,BI HaiXiang1,LI JiChao2,LU BinBin1,LI YongGang1
(1.Weichai heavy machinery Co.Ltd., Weichai Group,Weifang 261108,Shandong,China; 2.Weichai Power Co.Ltd., Weichai Group,Weifang 261001,Shandong,China)

Abstract:In view of the problems existing in the production process of a large Nodular iron bearing cap, the solidification process, heat distribution, thermal modulus and shrinkage severity were simulated by means of MAGMA software for the original and the improved casting process, and the casting process was optimized.Castings internal found no shrinkage defects after dissection, that made according to the optimized casting process.So the feasibility of process was verifi ed, trial production cycle was shorten, and the probability of success at a time was improved.

Keywords:MAGMA software; bearing cap;optimize

中圖分類號：TG244；

文獻標識碼：A；

文章編號:1006-9658（2016）03-0052-03

DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2016.03.016

收稿日期:2015-12-25

作者簡介：楊恒遠（1982—），男，工程師,主要從事鑄造工藝開發(fā)及現(xiàn)場管理.