铸造CAE技术在铝合金前罩工艺设计及优化中的应用

铸造CAE技术在铝合金前罩工艺设计及优化中的应用

新东北电气（沈阳）高压开关有限公司（110025）  单爱峰

北京北方恒利科技发展有限公司（100089） 宋彬

摘要：利用北京北方恒利科技发展有限公司开发的铸造模拟软件CAStsoft/CAE对铝合金前罩铸件的凝固过程和充型过程进行模拟。通过对凝固过程的温度场和铸造缺陷的分析，依据分析结果对工艺进行改进,最后设计出合理的铸造工艺。铸造过程计算机模拟可以减少或取消新产品的工艺实验，能够有效地避免可能出现的铸造缺陷，保证工艺的可靠性，缩短新产品的试制周期。

关键词：铸造模拟    凝固过程   温度场   铝合金前罩铸件

中图分类号：            文献标识码：A

传统的铸造工艺设计方法往往依赖于直觉经验，在铸件结构较为简单和铸造类似铸件时，经验可能起到一定的作用；在浇铸大型、复杂铸件且无相关经验时，只能通过反复工艺实验来确定工艺；当工艺存在重大失误时，可能使得工艺方案被彻底推翻。通过工艺反复实验来确定工艺的方法，可能导致先前制作的模具报废，对于大型铸件来说模具费用会相当高，这会造成重大经济损失，同时严重影响新产品的试制，延长新产品的试制周期。近年来铸造过程计算机模拟技术得到飞速发展，使得通过铸造模拟来确定铸造工艺成为可能，铸造过程计算机模拟可以减少或取消新产品的工艺实验，能够有效地避免可能出现的铸造缺陷，保证工艺的可靠性，缩短新产品的试制周期。本次分析采用的软件是北京北方恒利科技发展有限公司的CASTSOFT/CAE软件。通过模拟分析发现工艺存在的问题，采取工艺改进措施后再次进行模拟，直到铸造工艺趋向合理。

铸造工艺方案设计

1．1铸造工艺方法的选择：

由于前罩（材料：ALSi10Mg）属于中大型薄壁铝合金铸件，结构虽然比较简单，但厚薄不均，热节位置较多，铸件最薄的地方为4mm,最厚大的地方为80×110×120，外轮廓尺寸为618×346×618，此零件表面质量和内部质量要求比较高。用砂型重力铸造难以保证顺利充满和厚大部位不产生疏松，特别是法兰处的质量，同时可能形成气孔和渣孔，表面质量较差，难以通过压力测试和质量要求；考虑前罩质量、批量的要求和低压铸造工艺具有金属液充型平稳、铸件在压力下结晶，生产的铸件缩松、气孔、夹杂少的优点，结合我厂铸造现场生产能力，最后选用金属型低压铸造的工艺方案。模具选用：QT60-2，型芯选用：45#钢，模具温度：300℃，型芯温度：300℃，浇注温度：720℃。

1．2浇注系统位置的选择：

前罩（材料：ALSi10Mg）前罩法兰较小一端径向和法向都比较厚和方便开模，且整体组织要求高，不允许有缩松、气孔等铸造缺陷，为了使得铸件实现顺序凝固且保证法兰处的力学性能，在法兰较小一端开设入流内浇口和横浇口，在法兰处共开设6道内浇口，保证快速入浇不冷隔和充型平稳，通过厚大内浇口在压力下对其进行补缩。

三维建模

2．1铸件的三维建模：

采用Pro-E软件对铸件进行三维建模，并在铸件的基础上加浇注系统，保温棉，模具，型芯,且保温棉，模具，型芯为装配体。

2．2保温棉、模具、型芯的三维建模：

由于在工艺模拟时，保温棉、模具、型芯属于工艺装配体部件且各部件材料及属性都不一样，三维建模保证建模工艺部件与实际生产工艺部件的位置、大小一致，要求保温棉、模具、型芯与铸件间面贴合。由于铸件的一些地方是不规则的曲面所以保温棉、模具、型芯的形状也为不规则曲面形状即为随形保温棉、模具、型芯，同时由于保温棉、模具、型芯不连续相互间孤立、分散，所以在建模时也应分散分布，相互间不相连，而在工艺模拟时要求同种材料工艺部件组合成一个整体，生