基于ProCAST的襯套熔模鑄造工藝改進

師素粉，鄭端

鑄造CAE模擬技術利用計算機技術的綜合運算，優化傳統鑄造工藝，降低產品的成本，提高鑄造企業的競爭力。本文以鑄造CAE模擬軟件ProCAST為工具，以我公司的典型熔模鑄件——襯套為實例，來介紹鑄造模擬軟件在鑄造工藝改進中的應用。

1.襯套鑄件的工藝特點

襯套鑄件為航空產品，鑄件結構及原工藝方案如圖1所示。鑄件結構簡單，但表面質量和內部質量要求都較高。100%進行磁粉和X射線無損檢測，并按HB5430—1989標準Ⅲ類驗收。其工藝參數如下：

（1）材質與特性 該襯套零件的材質為 ZG0Cr16Ni4NbCu3，液相線溫度1456℃，固相線溫度1350℃。

（2）型殼材料 硅酸乙酯水解液(18%SiO2)+上店粉+上店砂，型殼厚度6mm左右。

（3）工藝參數 澆注溫度1580～1620℃，澆注時間在4～5s，空氣中澆注，自然冷卻。

（4）預熱溫度 模殼的預熱溫度選擇950℃。

（5）造型方式 填砂造型。

2.襯套原工藝模擬結果

襯套鑄件原工藝模擬結果如圖2所示。

圖1 襯套鑄件原工藝方案

圖2 原工藝的充型凝固過程溫度場

從圖2可以看出，澆注過程金屬液的流動規律是：金屬液先進入直澆道、橫澆道，再通過6個內澆口自上而下進入型腔，直至充滿整個鑄型。由于上述充型特性，使內澆口下面（藍圈標識處）成為熱量集中的地方。鑄件凝固過程主體部分溫度是自下而上依次升高，符合自下而上的順序凝固方式，但在內澆口下部局部出現溫度最高處，甚至高于內澆口的溫度，使得澆注系統無法對此處進行補縮，此處極易出現縮孔、縮松缺陷。

圖3所示黃圈標識處為ProCAST軟件預測出的縮松、縮孔發生位置，與圖2中標識處位置基本相同，也與實際生產結果一致。實際生產中，由于內澆口下面局部縮松缺陷導致鑄件合格率僅為40%左右。

3.襯套鑄件改進后工藝模擬結果

為了改善充型凝固過程中溫度場的變化情況，使其能夠實現順序凝固，改進后的工藝方案如圖4所示，內澆口的數量由6個減少為5個，而內澆口的截面積由270mm2增加到450mm2。

由圖5工藝改進后鑄件凝固過程中溫度場的變化情況可以看出，鑄件主體部分溫度是自下而上依次升高，溫度最高部位出現在澆注系統內，完全符合自下而上的順序凝固方式，澆注系統可以對鑄件進行很好的補縮，基本上消除了可能產生縮孔、縮松的隱患。

圖6所示為工藝改進后ProCAST軟件預測出的縮松、縮孔發生位置，全部在澆注系統內，與圖5結果一致。

4.結語

通過計算機仿真模擬技術的應用可以直接觀察到整個充型凝固過程，從而輔助工藝人員進行工藝設計及優化，不僅為企業解決了難題，而且與傳統的“試錯法”相比有效控制了生產成本，省去了大量的試驗和檢測，提高了鑄件質量，為正常的生產提供了堅實的保證，其工藝模擬仿真技術必將成為鑄造生產的重要組成部分。

圖3 原工藝模擬結果

圖4 改進后工藝方案

圖5 改進后工藝溫度場

圖6 改進后工藝模擬結果