铸造工艺及模拟CASTsoftCAD/CAE在铸铁件生产中的应用

作者：北京北方恒利 宋彬

欢迎访问e展厅 展厅 2 CAE/模拟仿真展厅 通用有限元分析软件, 结构分析软件, 动力学分析软件, 声学分析软件, 板料冲压成形模拟软件, ... 摘要： 铸造工艺及模拟CASTsoftCAD/CAE 计算机软件是基于有限差分铸造过程模拟软件，能够进行流场.温度场.应力场模拟。适用于模拟复杂铸件成型过程中出现的各种现象。能够模拟出砂型铸造，精密铸造，重力铸造，低压铸造，压力铸造，金属型铸造，消失模铸造，V法等几乎所有铸造工艺的充型和凝固过程，通过观察分析可以获得铸造过程出现的各种现象，铸造缺陷形成过程及分布位置，确定铸件最终质量和形成最佳浇注工艺，大大缩短工艺开发时间和节省开发费用。 关键词： 三维实体造型（读取STL文件） 网格剖分 模拟计算 后处理显示 0. 前言 由于国际市场的变化及国民经济发展内需的拉动导致各种原材料价格的暴涨，铸造业的原材料占铸件总成本的50—60%，铸件的价格不但不能同步增长，而且对铸件的质量要求越来越高，尤其是对铸件的外观，内在质量和性能更为突出。在目前市场形势下，铸造企业更需要充分了解分析材质的浇注凝固特性，合理调整铸造工艺，高效、低耗获得质量健全的铸件，进入高端产品市场，增大盈利空间，要不断的开发新产品，在生产和新产品试制过程中工艺要规范化和合理化（如砂箱，浇冒系统，数量和大小，浇注温度等等）。铸件工艺设计是否合适，浇冒系统设计是否合理直接影响铸件质量，生产成本和经济利益。尤其在原材料涨价和减排降耗的形势要求下，对铸造工艺的精确合理的设计尤其重要。铸造工艺问题也是企业长期发展所应该进一步重视和必须全力解决的问题。 无锡小天鹅铸造有限公司于2001年引进北京北方恒利科技发展有限公司铸造模拟CAE软件CASTSOFT。主要用于砂型重力铸造球铁、灰铸压缩机和汽车零部件的工艺设计和分析，因其需求量大，对质量要求高，尤其是内在质量的缩孔和缩松在工作造成断裂，出现设备故障，甚至伤害工作者。通过模拟选取较为经济合理，效果最好，质量最佳的工艺来生产铸件；缩短了新产品开发时间，提高了铸件质量，降低了成本。 该软件先后在350余家铸造企业使用，装机近1000套。典型灰铁、球铁、蠕墨铸铁生产企业采用软件：北京菲美特（QT/HT），慈溪汇丽（QT/HT），北京北瀛铸造（QT/HT），LG电子（QT/HT），杭州机床（QT/HT），无锡小天鹅（QT/HT），山东管件厂（QT/HT），湖南机油泵（QT/HT），陕西北人印刷（QT/HT），淄博贝尼托（QT/HT），武安市科成（QT/HT），济南玫德铸造（QT/HT）。采用此技术缩短了新产品开发时间，提高了铸件质量，降低了成本等方面效果明显。 1、铸造工艺模拟设计过程介绍 1.1、 铸造工艺模型建立 CASTsoft/CAE 计算机软件将UG、Pro/E中建立和修改好的铸件工艺装配图STL分别进行输入装配，材料属性设计。模型建立通常借助UG、Pro/E、SOLIDWORK等先进的三维设计平台来完成铸件的浇注系统设计，包括浇口、冒口、冷铁的设计，并设计出合理的补缩通道。然后将建立的三维模型保存为STL文件格式。 1.2网格剖分 将STL文件在CASTsoft/CAE 计算机软件中前处理内导入，进行网格剖分，就是将铸件分成若干细小的立方体，并转化为可以用于模拟计算的网格文件.BOX。车桥工艺分析时剖分网格数为800万单元。 1.3 模拟计算 进行模拟计算时，首先输入模拟系数。如：适当的材料.初始的温度.换热系数等。输入参数后软件会自行选择计算精度进行模拟计算，最后得出计算结果。用户可根所需要的结果进行模拟铸造浇注过程，铸造凝固过程，铸造温度变化过程，铸造应力场形成过程。 1.4后处理 后处理是显示计算结果的一个重要模块，通过该模块可将网格划分结果，温度场计算结果，流场计算结果以及缺陷位置预测结果，凝固状态结果等明确地在屏幕上显示出来，可以通过切割.旋转.分层.放大.动画等来显示铸件的计算结果。 在铸造生产中应用CASTsoft/CAE对车桥两种工艺模拟结果图片： 通过观察分析车桥铸件两种工艺方案，得出：1、工艺方案一在画圈四个缺陷处加外冷铁可解缺陷问题，其他缺陷不影响铸件组织的致密性。2、工艺方案二画圈两个缺陷处铸件关键位置，此处已经加了冷铁，只能通过加冒口来解决。3、通过两种工艺的结果分析，最后采用在工艺方案一画圈四个缺陷处加外冷铁的工艺进行实际生产，生产解剖和探伤均满足实际要求。 2、铸造工艺模拟设计和实际生产结果对比 2.1、绍兴万龙提供砂型重力铸造铸钢件模拟对比 从工艺模拟结果可以看出，此工艺有两个需要修改：1）内浇口开的位置不好，可以开在冒口根部；2）冒口颈太小，可以加大冒口颈，加大冒口解决。 2.2、莱恩电泵提供砂型重力QT450阀门铸件模拟对比 莱恩电泵公司采用CASTSOFT软件对现有阀门工艺进行了模拟，结果与实际解剖结果一致。经过工艺修改和模拟，目前已确定合理工艺并进行了实际浇注，经解剖和探伤质量合格。由于保密原因未能将成功工艺也展示给大家，请谅解。 3、 无锡小天鹅铸造有限公司的产品不断的增加，品种繁多，质量要求也比国内产品要求严格，为了生产出用户更满意的产品。在工艺制定上精益求精，80%的新产品都要应用CASTsoft/CAE 计算机软件进行模拟，取得最佳的工艺方案。绍兴万龙精密铸造有限公司主要以生产各种铸钢阀体，产品全部出品，要求质量高，国外客户和公司要求每个产品都要通过铸造工艺模拟。 4、总结论述 通过实例以及实际生产应用，CASTsoft/CAE 计算机软件给铸造工艺设计提供了有力的数据参考。计算更为接近合理，减少试验时间.可同时对几个不同的方案进行比较分析，找出较为可行的铸造工艺方案。实现铸造工艺设计—校核—再设计—优化设计的全过程。最终提高铸件质量，缩短铸件的试制的周期，降低生产成本，提高产品的竞争力。在铸造上应用CASTsoft/CAE 计算机软件具有一定的经济效益和社会效益。 作者： 宋彬：出生于1978年7月，材料成型及控制铸造专业，工程师，现在北京北方恒利科技发展有限公司工作，从事铸造数值化模拟技术相关工作。电话：13810507162，010-88820213-8009，E-mail:sb1486@126.com,hlbj@hlzz.com。 参考文献： [1] 李庆春 铸件形成理论基础 机械工业出版社 1982年1月 [2] 李魁盛 铸造工艺及原理 机械工业出版社 1988年 [3] 范英俊 铸造手册之特种铸造 机械工业出版社 2003年2月 [4] 王智平 底杯铸件铸造工艺模拟 铸造 2006（2）149-151 [5] 胡汉起 金属凝固原理 机械工业出版社 1997年8月 [6] 靳玉春，侯华，赵宇宏等材料成型过程数值模拟 兵器工业出版社1997年8月 [7] 柳百成 等 铸造工程的模拟仿真 与质量控制 机械工业出版社， 2001年6月 [8] 王友诚 原材料价格爆涨中小铸造厂路在何方今日铸造 27期 121---124 [9] 黄天佑等 建立铸造行业的“准入制度”势在必行今日铸造 27期109---114(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/24/2012)