D型承載鞍的工藝工裝設計及數值模擬

張榮芳 孟昭興 朱 英 / 山東協和學院機電工程學院

D型承載鞍的工藝工裝設計及數值模擬

張榮芳 孟昭興 朱 英 / 山東協和學院機電工程學院

本文主要是對材質為ZG230-450的D型承載鞍進行工藝工裝設計，應用UG軟件畫出三維造型，最后應用AnyCasting軟件進行工藝模擬，針對模擬結果進行分析，修改工藝，得出最合理的工藝設計方案。D型承載鞍鑄件，要求具有高強度，高韌性，不允許有砂眼、氣孔、夾砂等缺陷。造型采用樹脂砂，熔煉采用酸性電弧爐進行，為保證鑄件質量，澆注系統設為開放式，為保證生產率采用一箱十件澆注，橫澆道向兩端對稱分支，內交道對稱安放，共十個。因鑄件的鞍面和頂部是鑄件缺陷的主要集中區，因此在鑄件頂部安放冒口，提高補縮效率，這樣可以大大提高鑄件出品率，提高了鑄件的質量。

鑄造；鑄造工藝設計；數值模擬

引言

D型承載鞍是貨車轉向架中的重要鑄件，每臺車8個，鑄造公司（鑄鋼廠）的廢品率高達10～15%（廠外各生產廠廢品率為8～12%）。好多都需要進行外購。這樣就大大增加了成本，為了解決D型承載鞍產量低的問題，對改進承載鞍的鑄造工藝，提高其生產率就顯得迫在眉睫。

而此次的D型承載鞍工藝工裝設計，我們選擇了一箱十件的工藝設計，大大的提高了生產效率，同時采取冒口進行補縮大大提高了補縮效率，使廢品率大大降低。

1.鑄造工藝方案的設計

鑄件的輪廓尺寸為：315mmx204mmx160mm，鑄件內腔結構的最高空腔面至導框底面距離為135mm。從整體來看，該產品的外形如馬鞍，內部有多處凹腔， 鑄件的平均壁厚為15 mm，體積為2190110 mm3。

根據D型承載鞍鑄件的結構特點及選擇分型面的一般原則，選定鑄件分型面為鑄件最大截面處，其分型面和澆注位置如圖1所示[1]：

圖1 鑄件分型面和澆注位置

造型時，將上砂箱放在上模底板上然后填砂壓實，成型后將模底板在砂箱上取出，即可獲得完整的零件上砂箱外形。同樣，將下砂箱放在下模底板上然后填砂壓實，待成型后將下模版取出，即可獲得完整的零件下砂箱外形。最后，將所需要的砂芯安放在下砂箱內部，固定好之后合箱就可以等待澆注了。

根據D型承載鞍的技術要求，承載鞍的尺寸公差等級選為CT10。鑄件尺寸公差是鑄件各部分尺寸允許的極限偏差，它取決于鑄造工藝方法等多種因素。D型承載鞍鑄件的鞍面和其頂面是重要的表面，需要進行加工，因此要預留加工余量。所謂加工余量，是指在鑄件工藝設計時預先增加的，而后在機械加工時又被切去的金屬厚度。須留加工余量的表面有[2]：

(1) 鑄件的鞍面部分，加工余量為3mm；

(2) 鑄件承受載荷的頂面，加工余量為3mm。

2.充型及凝固過程數值模擬

鑄件澆注充型過程中，伴隨著熱量的散失、溫度的降低。顯示溫度場時，采用色溫映射的方式，即利用OpenGL技術對充型過程中的速度場、溫度場及壓力場的動態顯示。如圖2所示為充型順序及溫度場分布[3]。

圖2 充型順序及溫度場分布

從充型過程溫度分布來看，鑄件在整個充型過程中的溫度分布基本上是縱向下部溫度低，上部溫度高，橫向則是中心溫度高，邊緣溫度低。充型過程中溫度變化較小，充型完成時溫度分布較為均勻。

3.結論

D型承載鞍的工藝與工裝設計及使用現代計算機技術，優化工藝提高生產率，使用UG造型、應用AnyCasting軟件進行鑄造過程模擬分析。主要的設計內容包括：鑄件澆注位置的確定、分型面的選擇、澆注系統的設計、工藝參數的設計明顯地防止和消除鑄件縮孔、縮松、夾渣、裂紋及滲漏等缺陷。該工藝同時在節約原材料和能源等方面具有明顯的技術經濟效益。

[1]王新節.貨車轉向架的承載鞍鑄鋼件消失模工藝.期刊（2010）1001-4977 59～63.

[2]姜彬.UG壓鑄模具設計入門與提高.北京：電子工業出版社，2008.5 ：2 ～ 5.

[3]R. Stoehr. Simulation in the Design of Sand Casting Proceedings of Modelling Casting and Welding Proceses. Rindge, Nwe Hampshire,USA,1980: 3～18.