????????????　　摘要：利用北京北方恒利科技發(fā)展有限公司開(kāi)發(fā)的鑄造模擬軟件CAStsoftCAD/CAE對(duì)煤機(jī)設(shè)備鑄件的凝固過(guò)程和充型過(guò)程進(jìn)行模擬。通過(guò)對(duì)凝固過(guò)程的溫度場(chǎng)和鑄造缺陷的分析，依據(jù)分析結(jié)果對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn),最后設(shè)計(jì)出合理的鑄造工藝。鑄造過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬可以減少或取消新產(chǎn)品的工藝實(shí)驗(yàn)，能夠有效地避免可能出現(xiàn)的鑄造缺陷，保證工藝的可靠性，縮短新產(chǎn)品的試制周期。　　　　傳統(tǒng)的鑄造工藝設(shè)計(jì)方法往往依賴于直覺(jué)經(jīng)驗(yàn)，在鑄件結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單和鑄造類似鑄件時(shí)，經(jīng)驗(yàn)可能起到一定的作用；在澆鑄大型、復(fù)雜鑄件且無(wú)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，只能通過(guò)反復(fù)工藝實(shí)驗(yàn)來(lái)確定工藝；當(dāng)工藝存在重大失誤時(shí)，可能使得工藝方案被徹底推翻。通過(guò)工藝反復(fù)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定工藝的方法，可能導(dǎo)致先前制作的模具報(bào)廢，對(duì)于大型鑄件來(lái)說(shuō)模具費(fèi)用會(huì)相當(dāng)高，這會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)嚴(yán)重影響新產(chǎn)品的試制，延長(zhǎng)新產(chǎn)品的試制周期。近年來(lái)鑄造過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)得到飛速發(fā)展，使得通過(guò)鑄造模擬來(lái)確定鑄造工藝成為可能，鑄造過(guò)程計(jì)算機(jī)模擬可以減少或取消新產(chǎn)品的工藝實(shí)驗(yàn)，能夠有效地避免可能出現(xiàn)的鑄造缺陷，保證工藝的可靠性，縮短新產(chǎn)品的試制周期。本次分析采用的軟件是北京北方恒利科技發(fā)展有限公司的CASTsoftCAD/CAE軟件。通過(guò)模擬分析發(fā)現(xiàn)工藝存在的問(wèn)題，采取工藝改進(jìn)措施后再次進(jìn)行模擬，直到鑄造工藝趨向合理。　　　　1鑄造工藝方案設(shè)計(jì)　　　　1.1鑄造工藝方法的選擇：　　　　由于鏟板(材料：ZG30CrMo)屬于煤礦設(shè)備關(guān)鍵鑄鋼件，結(jié)構(gòu)雖然比較簡(jiǎn)單，但厚薄不均，熱節(jié)位置較多，產(chǎn)品工作環(huán)境惡劣，質(zhì)量要求較高，外輪廓尺寸為1932×430×380，鑄件毛坯在機(jī)加工和去應(yīng)力處理后要進(jìn)行組焊、裝機(jī)，鑄件的零件表面質(zhì)量，內(nèi)部質(zhì)量和配合尺寸要求較高。為保證順利充滿和厚大部位不產(chǎn)生疏松，特別保證在焊接處和裝配位置處的質(zhì)量和尺寸，通過(guò)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和澆注時(shí)間的控制減少和避免氣孔和渣孔產(chǎn)生，通過(guò)造型、涂料及澆注溫度等方式保證表面質(zhì)量，考慮鏟板質(zhì)量、批量的要求，結(jié)合我廠鑄造現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)能力，最后選用砂型重力鑄造和改性水玻璃砂工藝的工藝方案。鑄型選用：改性水玻璃砂，型芯選用：水玻璃砂，澆注溫度：1600℃，冒口套：保溫材料。　　　　1.2澆注系統(tǒng)位置的選擇：　　　　鏟板(材料：ZG30CrMo)長(zhǎng)度方向是裝配配合位置、鏟板工作位置為最長(zhǎng)方向法向及鏟板前端和各加強(qiáng)筋根部組織要求高，不允許有縮松、氣孔等鑄造缺陷，為了使得鑄件實(shí)現(xiàn)順序凝固且保證工作位置的力學(xué)性能。滿足要求的工藝分型有幾種，通過(guò)鑄造工藝設(shè)計(jì)軟件及工藝模擬軟件確定。　　　　2三維建模　　　　2.1鑄件的三維建模：　　　　采用Pro-E軟件對(duì)鑄件進(jìn)行三維建模，先將鑄件毛坯輸出，進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)確定分型面，鑄件擺放位置，確定工藝布置，冒口大小，澆注系統(tǒng)大小；再通過(guò)鑄造工藝模擬軟件進(jìn)行鑄造過(guò)程模擬，最后確定可行澆注工藝方案。　　圖1鑄件毛坯　　　　2.2鑄件毛坯、澆注系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)、冒口套的三維建模：　　　　由于在工藝模擬時(shí)，鑄件毛坯、澆注系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)、冒口套屬于工藝裝配體部件且各部件材料及屬性都不一樣，三維建模保證建模工藝部件與實(shí)際生產(chǎn)工藝部件的位置、大小一致，要求鑄件毛坯、澆注系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)、冒口套間面貼合。由于鑄件的一些地方是不規(guī)則的曲面所以鑄件毛坯、澆注系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)、冒口套的形狀也為不規(guī)則曲面形狀即為隨形鑄件毛坯、澆注系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)、冒口套，同時(shí)由于鑄件毛坯、澆注系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)、冒口套不連續(xù)相互間孤立、分散，所以在建模時(shí)也應(yīng)分散分布，相互間不相連，而在工藝模擬時(shí)要求同種材料工藝部件組合成一個(gè)整體，生成一個(gè)STL文件。鑄件毛坯三維模型如圖1所視；鑄件毛坯、澆注系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)、冒口套的工藝三維模型如圖2所視：　　　　3工藝模擬及工藝優(yōu)化的工作流程圖(圖3)圖3鑄件澆注工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化流程圖　　　　3.1工藝確定步驟　　　　步驟1：采用CASTSOFT/CAD鑄造工藝設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行工藝熱節(jié)計(jì)算，確定冒口位置和冒口大小，確定鑄件工藝布局，確定澆注系統(tǒng)。　　　　步驟2：采用CASTSOFT/CAE鑄造工藝模擬模塊進(jìn)行鑄造過(guò)程模擬，通過(guò)對(duì)鑄造充型過(guò)程、凝固過(guò)程進(jìn)行模擬及缺陷分析，最后得到可行的鑄造方案。　　　　3.1.1前處理：　　　　本次模擬時(shí)，鑄件毛坯進(jìn)行網(wǎng)格剖分的網(wǎng)格尺寸為4mm×4mm×4mm，共剖分網(wǎng)格1000萬(wàn)單元。　　　　3.2鑄造模型構(gòu)建及模擬計(jì)算：　　　　按工藝要求添加砂型重力鑄造相應(yīng)的工藝參數(shù)。參數(shù)設(shè)置如下：鑄件材料：ZG30CrMo，鑄型材料：改性水玻璃砂，型芯選用：水玻璃砂，澆注溫度：1600℃，冒口套：保溫棉。　　　　3.3鑄造工藝設(shè)計(jì)及鑄造工藝方案初定　　　　通過(guò)對(duì)鑄件毛坯不同布局工藝熱節(jié)位置的確定，分析選擇便于實(shí)際生產(chǎn)的方案進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，確定冒口位置和大小，確定澆注系統(tǒng)。　　　　通過(guò)CASTSOFT/CAE鑄造工藝設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行不同工藝布局的鑄件毛坯工藝熱節(jié)位置計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件分析，最后選擇左邊工藝布局位置并進(jìn)行了工藝冒口設(shè)計(jì)，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，待采用CASTSOFT/CAE鑄造工藝模擬模塊進(jìn)行鑄造過(guò)程模擬驗(yàn)證和工藝調(diào)整。　　　　3.3鑄造工藝結(jié)果顯示及工藝合理評(píng)定：　　　　采用CASTSOFT/CAE鑄造工藝模擬模塊進(jìn)行鑄造過(guò)程模擬驗(yàn)證，通過(guò)凝固過(guò)程、溫度場(chǎng)及縮孔、縮松的判定可以看到左圖工藝冒口尺寸偏小，為節(jié)省鋼水，采用不加大冒口而引入冒口套工藝消除缺陷，通過(guò)模擬鑄件補(bǔ)縮工藝比較合理，存在嚴(yán)重縮孔缺陷位置消除。　　圖6鑄造工藝裝配圖　　圖7鑄件缺陷位置圖　　　　圖8左圖中所示冒口根位置形成收縮缺陷，通過(guò)右圖加冒口套工藝缺陷消除。　　圖8　　　　4實(shí)際生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)加工　　　　通過(guò)CASTSOFT/CAE鑄造工藝設(shè)計(jì)和工藝模擬，并進(jìn)行試澆注，檢驗(yàn)、探傷，鑄件毛坯滿足質(zhì)量要求，進(jìn)入批量生產(chǎn)，情況如圖所示。　　圖9　　　　5結(jié)果與分析：　　　　使用CASTSOFT軟件可以有效地預(yù)測(cè)出工藝設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，能夠預(yù)測(cè)出鑄件可能存在的鑄造缺陷，并根據(jù)此模擬結(jié)果改進(jìn)、優(yōu)化鑄造工藝。利用三維建模軟件可以很方便地進(jìn)行鑄件毛坯、澆注系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)、冒口套等改進(jìn)，同時(shí)利用CASTSOFT軟件可以對(duì)鑄造工藝參數(shù)如：澆注溫度、充型時(shí)間、鑄型材料、冒口套、冷鐵等的改進(jìn)，改進(jìn)后再次進(jìn)行模擬，經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)直到消除鑄造缺陷。這對(duì)于大型復(fù)雜鑄件有很重要的意義，它可以減少工藝試驗(yàn)的次數(shù)，甚至可以取消工藝試驗(yàn)，保證鑄件一次試制成功。從而大大縮短新產(chǎn)品的試制周期，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。依據(jù)此次模擬結(jié)果制定的工藝用于生產(chǎn)后，效果良好，前后共鑄造200套鏟板，鑄件在機(jī)械加工后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)鑄造缺陷，組焊時(shí)未發(fā)生缺陷現(xiàn)象。能夠滿足設(shè)計(jì)要求，從而也驗(yàn)證工藝模擬的有效性。　　　　6結(jié)語(yǔ)：　　　　通過(guò)此次模擬可以總結(jié)出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)①采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)直觀且速度快，有利于新產(chǎn)品工藝開(kāi)發(fā)和工藝優(yōu)化。②組合使用CASTSOFTCAD/CAE鑄造工藝設(shè)計(jì)模塊和模擬模塊可大大節(jié)省工藝設(shè)計(jì)和模擬的時(shí)間和次數(shù)，模擬結(jié)果與實(shí)際相符。③采用冒口套可節(jié)省鋼水，減小冒口尺寸。④砂型重力鑄造改性水玻璃砂工藝適合鑄鋼件生產(chǎn)，鑄件應(yīng)力小，表面比較光滑。??????????????