????????????　　摘要：利用北京北方恒利科技發(fā)展有限公司開(kāi)發(fā)的鑄造模擬軟件CAStsoftCAD/CAE對煤機設備鑄件的凝固過(guò)程和充型過(guò)程進(jìn)行模擬。通過(guò)對凝固過(guò)程的溫度場(chǎng)和鑄造缺陷的分析，依據分析結果對工藝進(jìn)行改進(jìn),最后設計出合理的鑄造工藝。鑄造過(guò)程計算機模擬可以減少或取消新產(chǎn)品的工藝實(shí)驗，能夠有效地避免可能出現的鑄造缺陷，保證工藝的可靠性，縮短新產(chǎn)品的試制周期?！　　　鹘y的鑄造工藝設計方法往往依賴(lài)于直覺(jué)經(jīng)驗，在鑄件結構較為簡(jiǎn)單和鑄造類(lèi)似鑄件時(shí)，經(jīng)驗可能起到一定的作用；在澆鑄大型、復雜鑄件且無(wú)相關(guān)經(jīng)驗時(shí)，只能通過(guò)反復工藝實(shí)驗來(lái)確定工藝；當工藝存在重大失誤時(shí)，可能使得工藝方案被徹底推翻。通過(guò)工藝反復實(shí)驗來(lái)確定工藝的方法，可能導致先前制作的模具報廢，對于大型鑄件來(lái)說(shuō)模具費用會(huì )相當高，這會(huì )造成重大經(jīng)濟損失，同時(shí)嚴重影響新產(chǎn)品的試制，延長(cháng)新產(chǎn)品的試制周期。近年來(lái)鑄造過(guò)程計算機模擬技術(shù)得到飛速發(fā)展，使得通過(guò)鑄造模擬來(lái)確定鑄造工藝成為可能，鑄造過(guò)程計算機模擬可以減少或取消新產(chǎn)品的工藝實(shí)驗，能夠有效地避免可能出現的鑄造缺陷，保證工藝的可靠性，縮短新產(chǎn)品的試制周期。本次分析采用的軟件是北京北方恒利科技發(fā)展有限公司的CASTsoftCAD/CAE軟件。通過(guò)模擬分析發(fā)現工藝存在的問(wèn)題，采取工藝改進(jìn)措施后再次進(jìn)行模擬，直到鑄造工藝趨向合理?！　　　?鑄造工藝方案設計　　　　1.1鑄造工藝方法的選擇：　　　　由于鏟板(材料：ZG30CrMo)屬于煤礦設備關(guān)鍵鑄鋼件，結構雖然比較簡(jiǎn)單，但厚薄不均，熱節位置較多，產(chǎn)品工作環(huán)境惡劣，質(zhì)量要求較高，外輪廓尺寸為1932×430×380，鑄件毛坯在機加工和去應力處理后要進(jìn)行組焊、裝機，鑄件的零件表面質(zhì)量，內部質(zhì)量和配合尺寸要求較高。為保證順利充滿(mǎn)和厚大部位不產(chǎn)生疏松，特別保證在焊接處和裝配位置處的質(zhì)量和尺寸，通過(guò)澆注系統設計和澆注時(shí)間的控制減少和避免氣孔和渣孔產(chǎn)生，通過(guò)造型、涂料及澆注溫度等方式保證表面質(zhì)量，考慮鏟板質(zhì)量、批量的要求，結合我廠(chǎng)鑄造現場(chǎng)生產(chǎn)能力，最后選用砂型重力鑄造和改性水玻璃砂工藝的工藝方案。鑄型選用：改性水玻璃砂，型芯選用：水玻璃砂，澆注溫度：1600℃，冒口套：保溫材料?！　　　?.2澆注系統位置的選擇：　　　　鏟板(材料：ZG30CrMo)長(cháng)度方向是裝配配合位置、鏟板工作位置為最長(cháng)方向法向及鏟板前端和各加強筋根部組織要求高，不允許有縮松、氣孔等鑄造缺陷，為了使得鑄件實(shí)現順序凝固且保證工作位置的力學(xué)性能。滿(mǎn)足要求的工藝分型有幾種，通過(guò)鑄造工藝設計軟件及工藝模擬軟件確定?！　　　?三維建?！　　　?.1鑄件的三維建模：　　　　采用Pro-E軟件對鑄件進(jìn)行三維建模，先將鑄件毛坯輸出，進(jìn)行鑄造工藝設計確定分型面，鑄件擺放位置，確定工藝布置，冒口大小，澆注系統大??；再通過(guò)鑄造工藝模擬軟件進(jìn)行鑄造過(guò)程模擬，最后確定可行澆注工藝方案?！　D1鑄件毛坯　　　　2.2鑄件毛坯、澆注系統、冒口系統、冒口套的三維建模：　　　　由于在工藝模擬時(shí)，鑄件毛坯、澆注系統、冒口系統、冒口套屬于工藝裝配體部件且各部件材料及屬性都不一樣，三維建模保證建模工藝部件與實(shí)際生產(chǎn)工藝部件的位置、大小一致，要求鑄件毛坯、澆注系統、冒口系統、冒口套間面貼合。由于鑄件的一些地方是不規則的曲面所以鑄件毛坯、澆注系統、冒口系統、冒口套的形狀也為不規則曲面形狀即為隨形鑄件毛坯、澆注系統、冒口系統、冒口套，同時(shí)由于鑄件毛坯、澆注系統、冒口系統、冒口套不連續相互間孤立、分散，所以在建模時(shí)也應分散分布，相互間不相連，而在工藝模擬時(shí)要求同種材料工藝部件組合成一個(gè)整體，生成一個(gè)STL文件。鑄件毛坯三維模型如圖1所視；鑄件毛坯、澆注系統、冒口系統、冒口套的工藝三維模型如圖2所視：　　　　3工藝模擬及工藝優(yōu)化的工作流程圖(圖3)圖3鑄件澆注工藝設計優(yōu)化流程圖　　　　3.1工藝確定步驟　　　　步驟1：采用CASTSOFT/CAD鑄造工藝設計模塊進(jìn)行工藝熱節計算，確定冒口位置和冒口大小，確定鑄件工藝布局，確定澆注系統?！　　　〔襟E2：采用CASTSOFT/CAE鑄造工藝模擬模塊進(jìn)行鑄造過(guò)程模擬，通過(guò)對鑄造充型過(guò)程、凝固過(guò)程進(jìn)行模擬及缺陷分析，最后得到可行的鑄造方案?！　　　?.1.1前處理：　　　　本次模擬時(shí)，鑄件毛坯進(jìn)行網(wǎng)格剖分的網(wǎng)格尺寸為4mm×4mm×4mm，共剖分網(wǎng)格1000萬(wàn)單元?！　　　?.2鑄造模型構建及模擬計算：　　　　按工藝要求添加砂型重力鑄造相應的工藝參數。參數設置如下：鑄件材料：ZG30CrMo，鑄型材料：改性水玻璃砂，型芯選用：水玻璃砂，澆注溫度：1600℃，冒口套：保溫棉?！　　　?.3鑄造工藝設計及鑄造工藝方案初定　　　　通過(guò)對鑄件毛坯不同布局工藝熱節位置的確定，分析選擇便于實(shí)際生產(chǎn)的方案進(jìn)行工藝設計，確定冒口位置和大小，確定澆注系統?！　　　⊥ㄟ^(guò)CASTSOFT/CAE鑄造工藝設計模塊進(jìn)行不同工藝布局的鑄件毛坯工藝熱節位置計算和現場(chǎng)生產(chǎn)條件分析，最后選擇左邊工藝布局位置并進(jìn)行了工藝冒口設計，澆注系統設計，待采用CASTSOFT/CAE鑄造工藝模擬模塊進(jìn)行鑄造過(guò)程模擬驗證和工藝調整?！　　　?.3鑄造工藝結果顯示及工藝合理評定：　　　　采用CASTSOFT/CAE鑄造工藝模擬模塊進(jìn)行鑄造過(guò)程模擬驗證，通過(guò)凝固過(guò)程、溫度場(chǎng)及縮孔、縮松的判定可以看到左圖工藝冒口尺寸偏小，為節省鋼水，采用不加大冒口而引入冒口套工藝消除缺陷，通過(guò)模擬鑄件補縮工藝比較合理，存在嚴重縮孔缺陷位置消除?！　D6鑄造工藝裝配圖　　圖7鑄件缺陷位置圖　　　　圖8左圖中所示冒口根位置形成收縮缺陷，通過(guò)右圖加冒口套工藝缺陷消除?！　D8　　　　4實(shí)際生產(chǎn)和現場(chǎng)加工　　　　通過(guò)CASTSOFT/CAE鑄造工藝設計和工藝模擬，并進(jìn)行試澆注，檢驗、探傷，鑄件毛坯滿(mǎn)足質(zhì)量要求，進(jìn)入批量生產(chǎn)，情況如圖所示?！　D9　　　　5結果與分析：　　　　使用CASTSOFT軟件可以有效地預測出工藝設計中存在的問(wèn)題，能夠預測出鑄件可能存在的鑄造缺陷，并根據此模擬結果改進(jìn)、優(yōu)化鑄造工藝。利用三維建模軟件可以很方便地進(jìn)行鑄件毛坯、澆注系統、冒口系統、冒口套等改進(jìn)，同時(shí)利用CASTSOFT軟件可以對鑄造工藝參數如：澆注溫度、充型時(shí)間、鑄型材料、冒口套、冷鐵等的改進(jìn)，改進(jìn)后再次進(jìn)行模擬，經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)直到消除鑄造缺陷。這對于大型復雜鑄件有很重要的意義，它可以減少工藝試驗的次數，甚至可以取消工藝試驗，保證鑄件一次試制成功。從而大大縮短新產(chǎn)品的試制周期，提高企業(yè)的競爭力。依據此次模擬結果制定的工藝用于生產(chǎn)后，效果良好，前后共鑄造200套鏟板，鑄件在機械加工后沒(méi)有發(fā)現鑄造缺陷，組焊時(shí)未發(fā)生缺陷現象。能夠滿(mǎn)足設計要求，從而也驗證工藝模擬的有效性?！　　　?結語(yǔ)：　　　　通過(guò)此次模擬可以總結出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗①采用計算機進(jìn)行鑄造工藝設計直觀(guān)且速度快，有利于新產(chǎn)品工藝開(kāi)發(fā)和工藝優(yōu)化。②組合使用CASTSOFTCAD/CAE鑄造工藝設計模塊和模擬模塊可大大節省工藝設計和模擬的時(shí)間和次數，模擬結果與實(shí)際相符。③采用冒口套可節省鋼水，減小冒口尺寸。④砂型重力鑄造改性水玻璃砂工藝適合鑄鋼件生產(chǎn)，鑄件應力小，表面比較光滑。??????????????