球墨铸铁汽车后桥壳铸造工艺优化
付国朝1
欧玛（中国）汽车部件有限公司，新乡，中国，453600
1.[1**********]@163.com,
【摘 要】本文利用华铸CAE 对某球铁汽车后桥的铸造工艺进行模拟分析，通过对模拟结果的缩孔缩松分析，最后确定修改工艺方案，达到工艺优化的目的，缩短了产品开发周期。 【关键词】华铸CAE；预测缩孔缩松；优化工艺
引 言
计算机的广泛应用正从各个方面推动着铸造业的发展和变革，不仅可以提高生产效率，降低生产成本，又能促使新技术和新工艺的不断出现，使铸造生产正在从依靠经验走向科学理论指导生产的阶段。CAE 技术诞生30多年以来，近10年获得了很大的进步，在许多方面已达到实用程度，成为提高铸造业技术水平和铸件竞争能力的关键技术之一。铸造CAE 以数值模拟技术为核心，对铸件模型进行网格剖分，对铸造的充型和凝固过程进行模拟分析，动态显示铸造过程并预测其结果，从而实现对铸造工艺的优化设计。预测铸造缺陷，优化工艺设计，提高铸件的成品率[1-5]。
我厂生产的球铁汽车后桥壳铸件采用普通湿型铸造，生产中经常发现冒口颈根部出现显微缩松。所以在工艺改进时考虑设置冒口和冒口颈的大小解决缩松问题，通过对原始工艺方案和新工艺方案的模拟分析，最后确定增大冒口颈尺寸和冒口是最好的办法。
图2 铸件改进工艺方案
2 铸件工艺CAE 模拟 2.1 工艺方案模拟
本铸件采用华铸CAE 软件进行工艺模拟，首先利用前处理模块进行网格剖分并设定所需材质，包括 铸件、空气、铸型、砂芯、芯冷铁、冒口套、模具、过滤网等。剖分之后要进行剖分检查，确保个材质的连接状态，并使处于和实际浇注相同的放置位置，以保证正确浇注过程。最终生成一个sgn 剖分文件，以备计算。然后利用计算模块进行耦凝计算模拟，即对铸件的整个充型和凝固过程进行模拟，计算之前需设定合金成分和各物性参数、界面参数、流动参数、缩孔缩松计算设置以及存盘结束控制的设置等，设置无误即可进入计算过程，计算的结果以图片和动画的方式在后处理模块进行分析演示。本模拟主要考察铸件缩孔缩松的形成过程，可以预测铸件缩孔缩松大小及位置。
图3为原始方案的液相分布图，从图上可以看出，冒口颈过早断开，导致铸件出现液相孤立区域，最后形成缩松缩孔，见图4，与图5的实际结果非常一致。
1 铸件工艺 1.1 工艺三维模型
利用三维PRO/E软件设计各工艺方案的三维造
型，即分别设计铸件、浇口、冒口和冷铁芯子等，然后按照正确的浇注位置装配模型，将三维模型进行STL 格式转化，为模拟做好准备。原始方案如图1所示，改进方案如图2所示。
图1 铸件原始工艺方案
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图3 铸件原始工艺方案液相分布
图7 铸件改进工艺方案缩孔分布
图8 铸件改进工艺实际生产结果
图4 铸件原始工艺方案缩孔分布
4. 结语
(1) 通过对球墨铸铁桥壳的铸造凝固温度场模拟，可以看出，华铸CAE 凝固温度场模拟可以得出与实际相符的结果。
(2) 通过对新旧工艺方案模拟分析，知道了缺陷产生的原因，针对缺陷问题提出可行的方案。对于桥壳而言，通过凝固过程的分析，可以预测到缩松缩孔的位置倾向，为改进工艺提供了参考依据。缩短了开发周期，降低试制成本。
(3) 在桥壳的工艺改进中，设计合理的冒口径和冒口，实现铸件的顺序凝固，从而消除缩松缩孔的缺陷。
(4) 对实际生产的铸件进行解剖探伤检验表明华铸CAE 工艺优化方案效果良好。
图5 铸件原始工艺试制实际生产结果
图6为改进方案液相分布图，改进方案增大了冒口和冒口径的尺寸，从而保证冒口径通道畅通，实现了冒口径的顺序凝固，使冒口对铸件充分补充，最终确保了铸件的组织致密。图7 是铸件改进工艺方案的缩孔分布，缩孔缺陷基本消除，与图8的实际结果一致。
按改进后的工艺进行了试制和小批量的生产，通过对铸件解剖和X 光探伤，均未发现有缩松缺陷。
参考文献
[1] [2] [3] [4] [5]
周建新, 廖敦明等编着. 铸造CAD/CAE. 北京: 化学工业出版社, 2009.8
刘瑞祥，陈立亮，魏华胜，周建兴，廖敦明. 铸件凝固过程数值模拟技术的生产应用. 现代铸铁，2003(4): 34~36
刘瑞祥，周建新，廖敦明，陈立亮，魏华胜. 数值鼠标技术在凝固模拟中的应用. 铸造，2003(10): 776~778
周建新，刘瑞祥，陈立亮，林汉同. 华铸CAE 软件在生产中的应用. 机械工人，2001(8): 11-13
[6]
图6 铸件改进工艺方案液相分布
Jianxin ZHOU, Ruixiang LIU, Liliang CHEN. High pressure diecasting module of InteCAST software and its applications. Journal of Materials Processing Technology 192-193 (2007) pp 249-254
Zhou Jianxin, Liu Ruixiang, Chen Liliang, et al. Current Developments and Applications of InteCAST Software. Int. J. Cast Metals Res., 2002,15(4): 415-419
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球墨铸铁汽车后桥壳铸造工艺优化
付国朝1
欧玛（中国）汽车部件有限公司，新乡，中国，453600
1.[1**********]@163.com,
【摘 要】本文利用华铸CAE 对某球铁汽车后桥的铸造工艺进行模拟分析，通过对模拟结果的缩孔缩松分析，最后确定修改工艺方案，达到工艺优化的目的，缩短了产品开发周期。 【关键词】华铸CAE；预测缩孔缩松；优化工艺
引 言
计算机的广泛应用正从各个方面推动着铸造业的发展和变革，不仅可以提高生产效率，降低生产成本，又能促使新技术和新工艺的不断出现，使铸造生产正在从依靠经验走向科学理论指导生产的阶段。CAE 技术诞生30多年以来，近10年获得了很大的进步，在许多方面已达到实用程度，成为提高铸造业技术水平和铸件竞争能力的关键技术之一。铸造CAE 以数值模拟技术为核心，对铸件模型进行网格剖分，对铸造的充型和凝固过程进行模拟分析，动态显示铸造过程并预测其结果，从而实现对铸造工艺的优化设计。预测铸造缺陷，优化工艺设计，提高铸件的成品率[1-5]。
我厂生产的球铁汽车后桥壳铸件采用普通湿型铸造，生产中经常发现冒口颈根部出现显微缩松。所以在工艺改进时考虑设置冒口和冒口颈的大小解决缩松问题，通过对原始工艺方案和新工艺方案的模拟分析，最后确定增大冒口颈尺寸和冒口是最好的办法。
图2 铸件改进工艺方案
2 铸件工艺CAE 模拟 2.1 工艺方案模拟
本铸件采用华铸CAE 软件进行工艺模拟，首先利用前处理模块进行网格剖分并设定所需材质，包括 铸件、空气、铸型、砂芯、芯冷铁、冒口套、模具、过滤网等。剖分之后要进行剖分检查，确保个材质的连接状态，并使处于和实际浇注相同的放置位置，以保证正确浇注过程。最终生成一个sgn 剖分文件，以备计算。然后利用计算模块进行耦凝计算模拟，即对铸件的整个充型和凝固过程进行模拟，计算之前需设定合金成分和各物性参数、界面参数、流动参数、缩孔缩松计算设置以及存盘结束控制的设置等，设置无误即可进入计算过程，计算的结果以图片和动画的方式在后处理模块进行分析演示。本模拟主要考察铸件缩孔缩松的形成过程，可以预测铸件缩孔缩松大小及位置。
图3为原始方案的液相分布图，从图上可以看出，冒口颈过早断开，导致铸件出现液相孤立区域，最后形成缩松缩孔，见图4，与图5的实际结果非常一致。
1 铸件工艺 1.1 工艺三维模型
利用三维PRO/E软件设计各工艺方案的三维造
型，即分别设计铸件、浇口、冒口和冷铁芯子等，然后按照正确的浇注位置装配模型，将三维模型进行STL 格式转化，为模拟做好准备。原始方案如图1所示，改进方案如图2所示。
图1 铸件原始工艺方案
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图3 铸件原始工艺方案液相分布
图7 铸件改进工艺方案缩孔分布
图8 铸件改进工艺实际生产结果
图4 铸件原始工艺方案缩孔分布
4. 结语
(1) 通过对球墨铸铁桥壳的铸造凝固温度场模拟，可以看出，华铸CAE 凝固温度场模拟可以得出与实际相符的结果。
(2) 通过对新旧工艺方案模拟分析，知道了缺陷产生的原因，针对缺陷问题提出可行的方案。对于桥壳而言，通过凝固过程的分析，可以预测到缩松缩孔的位置倾向，为改进工艺提供了参考依据。缩短了开发周期，降低试制成本。
(3) 在桥壳的工艺改进中，设计合理的冒口径和冒口，实现铸件的顺序凝固，从而消除缩松缩孔的缺陷。
(4) 对实际生产的铸件进行解剖探伤检验表明华铸CAE 工艺优化方案效果良好。
图5 铸件原始工艺试制实际生产结果
图6为改进方案液相分布图，改进方案增大了冒口和冒口径的尺寸，从而保证冒口径通道畅通，实现了冒口径的顺序凝固，使冒口对铸件充分补充，最终确保了铸件的组织致密。图7 是铸件改进工艺方案的缩孔分布，缩孔缺陷基本消除，与图8的实际结果一致。
按改进后的工艺进行了试制和小批量的生产，通过对铸件解剖和X 光探伤，均未发现有缩松缺陷。
参考文献
[1] [2] [3] [4] [5]
周建新, 廖敦明等编着. 铸造CAD/CAE. 北京: 化学工业出版社, 2009.8
刘瑞祥，陈立亮，魏华胜，周建兴，廖敦明. 铸件凝固过程数值模拟技术的生产应用. 现代铸铁，2003(4): 34~36
刘瑞祥，周建新，廖敦明，陈立亮，魏华胜. 数值鼠标技术在凝固模拟中的应用. 铸造，2003(10): 776~778
周建新，刘瑞祥，陈立亮，林汉同. 华铸CAE 软件在生产中的应用. 机械工人，2001(8): 11-13
[6]
图6 铸件改进工艺方案液相分布
Jianxin ZHOU, Ruixiang LIU, Liliang CHEN. High pressure diecasting module of InteCAST software and its applications. Journal of Materials Processing Technology 192-193 (2007) pp 249-254
Zhou Jianxin, Liu Ruixiang, Chen Liliang, et al. Current Developments and Applications of InteCAST Software. Int. J. Cast Metals Res., 2002,15(4): 415-419
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