凝固模拟技术应用于PUMA主盖的铸造工艺设计
凝固模拟技术应用于PUMA主盖的铸造工艺设计
摘要：应用华中科技大学开发的InteCast铸造凝固模拟软件，对PUMA发动机的主轴承盖工艺进行了模拟，比较了两种工艺的铸造缺陷，并以此作为模具设计的参考依据，开发了适合生产的工艺和模具。
关键词：凝固模拟；铸造工艺；模具设计
引言：
江铃铸造厂正在试制的PUMA主轴承盖，是福特PUMA发动机上的重要部件之一。该件为连体主盖，尺寸：182.3 mm×129.8 mm×61.0 mm，壁厚10~27 mm，材质要求为QT550-7。这决定了该铸件容易产生缩孔、缩松。经过访问国内其他铸造厂，发现类似的连体球
铁主盖铸件都不同程度地存在这种缺陷。通过凝固模拟技术，我们比较了两种不同的工艺方案，确定了适合我厂的生产工艺，比较好地解决了缩孔、缩松问题。
一．模拟方案
方案1是DISA线顶冒口工艺，工艺布置图见图1a；方案2是Z148线工艺，见图1b。对这两种方案分别三维造型，并应用华铸CAE/InteCast凝固模拟集成系统软件进行网格剖分、计算分析和后置处理。两种方案都采用2 mm大小的网格剖分，并且都进行凝固模拟计算中的藕凝计算（考虑了充型和凝固过程中散热的计算）
图1两方案的工艺布置图
二、模拟结果及分析
2.1液相分布
对比两种方案液相分布的孤立区，发现单个铸件上出现的孤立液相区数量是不一样的。方案1中单个铸件最多出现了4个孤立液相区，见图2a，而方案2中单个铸件最多出现了3个孤立液相区，见图2b。出现孤立液相区的时间也不同。方案1在凝固287 s时出现了4个
孤立区，方案2是在293 s的时候出现。一般来说，对同样部位的孤立区，其体积小比大好，出现的时间晚比早好。可见，方案1出现缩孔、松的倾向比方案2要大。而观察凝固过程动态AVI也发现，方案1中冒口与铸件的液相区在凝固到159 s时就分离了，而方案2的冒口与铸件液相区分离时间是197 s，这说明方案1的冒口相对来说补缩效果不及方案2的冒口。
图2两方案的孤立液相区分布及出现时间
2.2定量缩孔分析
两种方案的形成的定量缩孔见图3。从图中可以看出，两种方案最后都形成了缩孔、缩松。方案1中，第一盖上靠近冒口处有缩孔，第二盖上远离冒口方向有缩松（见图3a）；方案2中，缩孔、缩松都集中在第三盖上，靠近冒口为缩孔，远离冒口方向及主盖弧背部产生了缩松（见图3b）。
图3两方案的定量缩孔
三．结果验证
通过分析比较两种方案的凝固模拟结果，我们认为方案2相对比较好。对两种方案进行试制，试制结果与凝固模拟结果基本一致。方案1出现的缩孔缩松较多，方案2出现的缩孔大多都集中在第三盖上，如图4a，其分布也与定量缩孔分析吻合。最后，根据模拟和试制结果，以及我厂实际情况，采用了方案2即Z148工艺。根据试制情况，通过加大冒口及窝座，消除了铸件上的缩孔、缩松。
图4 Z148方案改进前后的产品对比
四.结论
通过凝固模拟分析比较，确定了PUMA主轴承盖的生产工艺方案，根据试制生产情况，调整冒口和窝座后，完全消除了缩孔、缩松缺陷。凝固模拟技术提供了多种可供选择的工作方案，对降低工艺设计风险、改进工艺方案、节约成本、提高效率都有很大的价值
参考文献：
[1]陈立亮，刘瑞祥，廖敦明，等.华铸CAE/InteCast集成系统使用
册[M].9.0版.武汉：华中科技大学出版社，2006：84-86.
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