鑄造抬箱鎖箱點分析及反抬箱措施

李曉符

廣西玉林達業機械配件有限公司 廣西玉林 537000

鑄造是將液體金屬澆鑄到與零件形狀相適應的鑄造空腔中，待其冷卻凝固后，以獲得零件或毛坯的方法。在鑄件生產過程中可能都會遇到鑄件抬箱問題，一旦遭遇這種問題，會使得鑄件發生尺寸、形狀乃至重量上的變化，導致鑄件出現嚴重缺陷，甚至報廢。 本文總結近年鑄件生產經驗，分析鐵型箱扣位置對鑄件抬箱量的影響，并提出相對應的解決措施。

1 鑄件抬箱的機理

鑄件抬箱的過程是指金屬液在充型后期，由于金屬液的動壓力和靜壓力過大，上、下箱緊固不當或壓鐵重量不足或不平衡，使上砂箱被頂起，或金屬液由分型面流出 。

2 目前采用的應對措施

（1）使用壓鐵：根據鑄件結構、大小和重量，確定壓鐵重量；一般壓鐵重量比例為1： 3～1： 4 左右，如鑄件毛重為100kg，則壓鐵重量為300～400kg。

（2）采用螺栓緊固：螺栓緊固力求平衡，切勿單方面緊固，以防型箱翹起；螺栓緊固后應再次檢查，以防漏緊松緊[1]。

（3）采用卡具卡緊：卡具要有一定的強度，使用時，卡具要平衡卡緊鐵型，不能單方面卡緊，以防鐵型翹起。

以上措施在一定程度上減少鑄件的抬箱量，鑄造公差基本在CT10 級，如進一步提高鑄件精度則需要分析鑄造過程中鑄件變形、抬箱的變化規律。

2.1 有限元分析技術

有限元分析（FEA）利用數學近似的方法對真實物理系統進行模擬，是對于結構力學分析迅速發展起來的一種現代計算方法。利用簡單而又相互作用的單元，用有限數量的未知量去逼近無限未知量的真實系統。有限元方法已經應用于機械、航空、橋梁等，幾乎所有的科學研究和工程技術領域。

目前較流行的有限元分析軟件有：ABAQUS、ANSYS、ADINA，本研究采用Solidworks 的內置插件Simulation 功能來進行FEA 分析；Simulation 體現設計仿真一體化的解決方案，在無縫集成界面做了創造性的改變，將仿真界面，仿真流程無縫融入到SolidWorks 的設計過程中[2]。

2.2 分析方案

分析對象為用于生產軸蓋鑄件的鐵型，鐵型長1400mm，寬660mm，厚120mm，相比軸蓋較大，采用一箱多件工藝，每個鐵型生產24 件軸蓋，對零件同一位置進行測量，便于得出抬箱的分布情況。

對鐵型應用靜態有限元分析，可分析其的應變、位移、應力、及安全系數，鐵型材料為HT250，箱扣材料為Q235 碳鋼板；鑄造過程的工礦為：鐵型受到鐵水對其的浮力，箱扣對鐵型的鎖緊力，上下鐵型的重力； 在靜壓狀況下，鐵水對鐵型的浮力即抬箱力=鑄件的最大水平投影面積×液態金屬密度×上箱高度×重力加速度。對整個部件進行網格劃分，采用自由劃分網格[3]。

2.3 分析結果

在相同作用力下，不同的箱扣位置對鐵型澆注漲箱間隙分析如圖1—圖3 所示：箱扣距離為560mm ，中間變形量少，兩端變形量大，漲箱間隙1．3mm；距離為800mm 時，鐵型中部間隙開始加大，漲箱間隙0．98mm；從560 到800，最大間隙位置從兩端移到了中間，在它們之間有一個變形的過渡位置，通過卡扣在680 的位置的有限元分析， 鐵型兩端和中間的變形量較均勻，漲箱間隙也減少為0．9mm 如圖3 所示。

3 實驗方法

為了驗證有限元模擬的準確性，本研究用塞規對澆注前后的上下鐵型合模間隙進行測量，取周邊6 個點如圖4 所示， 測量前后間隙差值即為該點的抬箱量，分別對鎖扣距離為560mm、680mm、800mm 的鐵型進行測量，得到三組數據如圖5 所示。從曲線變化可以看出，實際數據和模擬數據基本吻合 故本研究認為采用Simulation 模擬的數據是值得信任的， 這就為應用于實際產品鑄件的模擬提供了很好的幫助。

通過上面的有限元分析和實際測量數據可以看出，由于鐵型中間沒有鎖緊力，加上充型壓的作用，抬箱沒有消除；從模擬分析得出鐵型和箱扣都產生了變形， 抬箱表現為由于鐵型變形所產生的局部變形。 為了進一步獲取鐵型的變形數據，給每件產品鑄上編號，并對每一個產品的厚度進行測量，如圖6 所示，從數據可以看出，部分產品厚度變化不大， 部分產品增厚超過1mm，超出了要求的公差范圍，證實了抬箱由鐵型變形所致； 從厚度分布情況看，與鎖扣距離為680mm 的模擬數據較吻合，再一次證實了數據模擬的正確性。

4 變形抬箱的解決措施

在掌握鐵型在鑄造過程中的變形規律后，可以通過反抬箱法生產出合格的鑄件產品。所謂反抬箱，即在制造模具時就按照鑄件可能抬箱增厚量，先給以反方向的減少量，待鑄件冷卻完畢后，模具的減低量能夠低消鑄件的增厚量，從而獲得厚度尺寸合格的鑄件產品。經過多組數據測量分析，箱扣距離一定情況下，產品厚度增量相對穩定，找出增厚對應模號，根據厚度值，減低對應模號的模具厚度；通過測量調整厚度后的產品，厚度都在26～26．5 范圍內[4]。

5 結語

本研究采用Solidworks 的FEA 功能對鐵型在鑄造過程中的變形情況進行了模擬分析，討論了鎖扣距離對鐵型變形量的影響，箱扣距離在某一數值時鐵型變形最小，小于此數值時，兩端變形較大；大于則中間變形較大；本研究還結合了實際生產驗證計算機模擬數據，驗證數據的可信性。并得出結論：鐵型變形會導致部分產品或產品的某部分抬箱或變形，并提出通過反抬箱獲得尺寸合格的鑄件產品。