采用 Magma软件,对设计的壳体 、 流体模具 、 铸造工艺软程进行了分 析验证 ， 根据分析结果改进了浇注模具和铸造工艺规程 $研究结果表明:改进后的铸件温度分布均匀 ， 无过冷温度区 ， 铸件存在冷 隔气孔等缺陷风险小 ， 充型良好 ， 铸件收缩过程无明显孤立液相区 ， 也无明显高温热节区 。关键词 : 水泵壳体;节温器壳体;铸造工艺 ;CAE分析中图分类号 : TH122汀 G146.21 文献标识码：B 文章编号：1001 -4551（ 2020） 02 -0176 -05Integrated casting process for heavy horsepower automobile pump and tlie thermostat steliWANG Xiu-hong1，XU Zhun1，ZHANG Chao1，WANG Xin-huS2(1. ColUya of Management Enginee/ng， Zhengzhou Universitc of Aeronautics， Zhengzhou 450015， China； 2. Foundg Depaeceni， Henan Province Xixia Automobila Watar Pump Ca.， Lth. ， Xixia 474500， China)Abstract: Aiming+tthepoobeemsooc+stings+nd hoees， theseu oyeyes+nd scouodeoectsin theintegoec+stingoothew+teopump-theomostt housing， thewhoeesetooc+stingpooceses+nd mouedsweoedesigned innoe+tieeey.Fiostey， 3D modeeingtechnoeogyw+sused tobuied the structural modele of water inlet，water outlet，thermostats and vortex chambe which analyzed the key factor aUecting casting quality，deter- mined theoactaep ocess， sh inkageand machiningaeowanceoocastings， and p eeiminaydesigned an integated sheecastingsystemsas well. Secondly，the Magma software was used to verify the designed housing，casting moulds，and casting procedure. According to the analysis results，the pouring mould and casting process rules were improved. The results indicate that the temperature of the improved castings is u- niform，which has adv/ntages such as no subcooling temperature zone，little risk of defects of cold bx/er blowhole，good filling，no isolated liquid zones in the sh/nkaye processes and obvious hot spot at high temperature places.Key worls： pump she/； thermostat she/； casting process; CAE analysis0水泵和节温器是控制重马力汽车发动机温度的关 键部件 [1 -2 ]$水泵壳体是连接水泵各零部件的载体和 主要过流部件 ， 节温器壳体是固定节温器的部件 $两者通常分别采用灰铁铸造 ， 并通过连接盖板和密封圈 组合连接,密封圈易老化 ， 容易引起密封不严 ， 漏水漏 气 。 水泵壳体和节温器壳体一体化铸造 ， 能解决上述 问题 ， 但一体化铸造受力复杂 ， 铸件砂眼 、 浆眼及冲刷 缺陷等问题严重 $如何在满足 HT200材料固有力学收稿日期：2019 - 04 - 29基金项目 ： 国家自然科学基金资助项目 （ 61203179 ）; 河南省科技计划项目 （ 182102310951 ）作者简介 : 王秀红 （ 1974 -）, 女, 河 北承德人 ， 硕 士 ， 教授 ， 主要从事工业技术创新方面的研究 $ E-mail： 2248562793@ qq. com第 2 期 王秀红 ， 等:重马力汽车水泵-节温器壳体一体铸造工艺设计 ・177 ・性能和金相组织的前提下 ， 设计出合理的浇注模具和 铸造工艺规程是 迫 要解决的问题 。吴杰等 '3 (运 —FD技术对汽车水 了研究 ,主要对象只是叶轮 ； 等 '4 (研究了水铸造问题 ， 但针对的 合金 ； 赵竞翔等 '5 (研究了 HT200灰铁的精密铸造,但其主要针对高速列 系统油泵叶轮的铸造工艺 了研究;胡号等⑹基于 FLOW-3D,进行了 ES6W水泵壳体压铸工艺设计 及优化 ； ⑺等利用 FUw-3D软 拟了铸 的充程 ,准确显示了卷气缺陷的分布情况 ,对其工艺进 行了改进 ， 减少了卷气 的产生; 湛 学勇等⑻对 .水泵总成进行了研究 ， 但未设计生产工艺 。本文将对水泵壳体和节温器壳体进行一体化设 计 ， CAE软件对 设计方 拟分析 $1 压铸工 艺 设计1.1铸件材料 及 结构初始设计本文设计一体化铸件壳体材质为灰铸铁 HT200 (GB/T9438 )'“门 。 HT200的总体性能 ， 包括化学成 分 、 力学性能 、 抗拉强度 、 硬度等 ， 适合 铸造一$铸 水 集成为一体 ,其铸 如图 1 所示 。节温器室TT进水口岀水口涡流室(C)出水口结构 (d)涡流室结构(a)进水口结构 (b)节温器结构图 1 铸件结构图图 1 中 ， 其结构由进水管 、 吸水 、 涡流室 、 出水流 道 、 及 渡连接室等组成 。 根据汽车水泵工作原理及 部 寸 ， 铸件最大轮廓尺寸470 x236 X 165 mm,基本壁厚 5 mm,未注拔模斜度 1 -3° ,未注圆角 R2〜 R5 ,铸 寸 符合( GB/T6414 - 1999 ) —T9,其余非主要表面允许有直径不大 于 2 mm,深 0. 5 mm,间距不小于 20 mm的气孔和砂 ， 但总数不得超过 5 个 $1.2初始铸件 分型工 艺选择 及 浇筑 系 统设计根据产品结构 ， 以铸件最大轮廓线作为主分型面 位置 ， 可 具 简单 ， 面不 芯 ， 可直 接 $考虑到铸件内腔 4 芯的气 要及时 、速排出 ， 流面朝上工艺 。 根据铸件结设备精度 ， 泵体大面 、 切水面为 2.5 mm〜 3. 5 mm,进 水管口 、 装 2 mm - 3 mm,戈 !］ 面及 面 为 1.5 mm〜 2. 5 mm$其余加工面 ((100 mm2区域为 3 mm, < 100 mm2 区域为 2. 5 mm) $在制作模具时加上了相应的线性收缩率 。 灰 铸铁 件的铸 率取 0.8% 〜 1.0% ,该铸件长 、 宽 、 之2.8 : 1.4 : 1 $同时 ， 进水 ， 时自由收缩 ， 因此 ， 在 x、 a Z方向上设置不同的收缩比: 1.009 5 、 1.008 5 、 1.008 $铸 分 工艺如图 2 所示$图 2 铸件 分 型工艺• 178 - 机 电 工 程 第 37 卷图 2 中 ， 设计铸件浇口比为封闭型 ， 浇注系统各截 面比为 -直 ： -黄 ： -内 =1 .2 : 1 .7 : 1 。 1.2 棒的截面积 。 1.7 的截面积 ， 浇注过程 :水流 时 生阻流 ， 液面在横浇， 铁水中的杂质可以阻流在顶部 ， 起到 少 的渣 及浆孔的作用; 1 是内浇口的横截面积 ， 根据 -直 :-黄二 1.2： 1.7 ， 根据 ________ 调整尺寸 。(a)开始模拟充型2初始万案模拟本文 CAE软件 '12-3以寸 设计方拟分析 ， 模拟对 补贴 ， 即对原始 3D内腔补贴 0. 3 mm 。模拟结果如图 3 所示 。(b)模拟充型过程 I(c)模拟充型过程 U (①模拟充型完成图 3 初始方案 CAE分析图 3 中冲间过程有 50 ~ 100 个图 ， 因此本研究只 选取代表性的 2 个图 。 由图 3 可 出 ， 工艺卷气风 大 ， 卷气风险大的部位气流紊 乱 ， 成铁水在腔体内局部紊流 ， 对 部位的 动 ， 轻地造成 、 气 ； 的憋气 成 水质聚集形成 。 在 皮 、 气 问题 ， 需要工艺 ， 调整进火量及增加排气 。3 工艺改进及模具设计3.1工艺改进及模拟结果分析针对上述问题 ， 本文改进铸件浇口比为半封闭型 ，有利于横浇道平稳流动 ， 档渣效果好 。 即: — :-黄:-内二 1.2 : (1.5 〜 1.8) : 1本文改进了设计浇注系统 ， 内浇道放置在分型面 处 ， 4 口分 。 浇注系统各截面 ：-直 ： -黄 ： -内二 12 ： 17 ： 1 。 为降低铸件砂眼 、 浆眼 及冲 刷 的产生 ， 本研究在 窝放置陶瓷过$工艺设计完成后 ， 本研究用 Magma软件进行 CAE 分 ， 对 点部位放置 ， 对憋气部位设置了排气针 。仿真结果如图 4 所示 。图 4 改进方案 CAE分析第 2 期 王秀红 ， 等:重马力汽车水泵-节温器壳体一体铸造工艺设计 • 179 •从 图 4 可以看出 ： 模拟浇铸温度 1 420 O ,铸件 的冲 程 出 度在液相线 (1180 0 “以. ， 表示改 铸 度分 布均 匀 ， 无度区 ,铸 在 气孔等 风 ， 好 ；气场 显示 冲 程中 ,气在 腔形 成 气流流动 ， 紊 乱气流 气针全部排出 ， 卷气场好 ;当度从 1 420 0 降低到 0 0 ， 铸 程显 液相区 ， 显 ， 铸内部质量较好 。3.2模 具设计根据铸造工艺设计及 CAE分析结果 ， 确 定模具 工 艺方案如下 ：(1 “外模 。 采用 HWS静压线潮模砂造型(砂箱尺 寸 1 000 X 800 X 350/350 mm)， 每模 2 型 ， 工艺出品率 75% ；(2 )内腔需 4 个泥芯成型 ， 其组 合结 构如图 5 所示图 5 模具设计图由于铸件内腔尺寸精度及表面质量要求较高 ， 本 文确定砂 芯全部 芯 盒制 芯工艺 。 其 ， 1#砂芯 芯工 艺 ， 既可 芯重量 ， 又可减少砂芯发气 。 3# 、 4# 芯放 置 在 1 付芯 内 ， 共需 3 付芯 $4 铸造工艺规程设计触 WP12水泵壳体主要工序有制芯 、 修芯 、 型砂混 制 、 造型 、 熔 炼 、 炉 理 、 浇 注 等 ， 其工艺过程如图 6 所示 。图 6 过程流程图图 6 中 ， 对工艺 20 、 30A/30B、 80A、 90B分 别制定 的 《 原材料技术条件 》 、 《 制 芯作业指导 书 》 、 《 铸 导 书 》 和 《 铸 清理指导 书 》 ， 100A 100B的工艺控 制 也参照 《 铸 导 书 》 。 工艺 30C特 征 芯表面质量 ， 工艺 40 混 制后要注 放 时间不 宜过长 。 工艺 50 進水分检查 ， 质量控制 。 工艺 60A制作过程中要严格监测原铁水化学 成 分及光谱记录 ， 工艺 60C的浇注 度 、 浇注时间 、 浇注 度 质量点 。 80A的 末 箱试棒金相组织 ， 石墨 ， 单铸试棒延 伸 率严格参照 《 铸 导 书 》 。5 结束语本研究设计的 WP12水泵壳体 ， 将水泵壳体和节 温器壳体作为一个零件铸造 ， 利用 3D建模和 Mama 软 CAE分 ， 显示,铸件内 :面 疏松 、 气孔 、 裂纹等 ， 过渡表面 ， 无粘砂 、 结疤 、 气孔 、 砂眼等缺陷 ， 铸件在 (0.3 MPa压力 ， 历 时 3 min， 渗漏 ， 满足水泵壳体质量要 求 。参考文献 (Referencre)::1 ]孙 博 ， 袁 森,袁东洲•优化汽车冷却水泵壳体铸造工 艺 [J].现代零部件 ,2018 (12 ) ： 74-75.:2 ]熊博文 ， 万 红•铝合金 铸工 艺 数值模拟与优化 'J ] •特种铸造及有色合金 ,2017 ,37 (8 “: 869-872.:3 ]吴 杰 ， 唐 倩,张元勋 ， 等•基于 CFD的汽车冷却系统 水泵叶轮设计与实验: J] •机械研究与应用 ， 2013 ,26 (2 ) ： 89-91.:4 ] 翔 ， 郑小秋,周燕辉 ,等•水泵壳体零件的低压铸造:J].铸造 ,2015 ,64 (7 ) ： 689-692.:5 ]赵竞翔 ， 李 桐 ， 王 拓 ， 等 .HT200灰铁叶轮的精密铸造 :J] •特种铸造及有色合金 ,2015 ,35 (2 ) ： 174-175.:6 ]胡 号 ， 许 磊 ， 王 凯 ， 等.基于 FLOW-3D的 ES6W水 铸 工 艺 设计及 [J] •特种铸造及 合金,2018 ,38 (6 ) ： 619-622.-180 - 机 电 工 程 第 37 卷[7] 王亚松 ， 许磊,康人木 ， 等.某汽车水泵壳体压铸工艺设 计及优化 [J].热加工工艺 ,2019 ,48 (3 ) ： 130W33.[8] 湛学勇 ， 王琪 ， 刘慧 ， 等.一种集成节温器的水泵总成 [P].中国: CN206988164U， 2018 -02-09.[9] 石广丰 ， 邢 云 飞 ,沉 栋平.某 型汽车 水泵 流体动力学 仿真 与试验 [J].流体机械 ， 2017 ,45 (3 ) % 11-14,20.[10] 张启华 ， 杨 欣 叶 ,徐 媛晖 ， 等.不同 叶 轮形式对 汽 车冷却水泵性能的影响 [J].流体机械 ,2018,46(7):27 -31.[11] 陈 灵 ， 梁思祖.水泵壳压铸模开裂原因分析 [J].金属 热处理 ,2006 ,31 (11 ) ： 99-101.[12] 朱云,王建民.基于数值模拟技术的球铁壳体消失模 铸造工艺优化' J].铸造 ,2013 ,62 (8 ) :748-751.[13] 张 杰 ， 赵 波,李金国.基于 CFD的汽车水泵数值模 拟与试验验证' J].流体机械 ,2016,44(11):6-10.[编辑濯 浩 ]本文引用格式：王秀红 ， 许准 ， 张 O,等.重马力汽车水泵-节温器壳体一体铸造工艺设计' O].机电工程, 2020 ,37 (2 ) ： 176 -180.WANG Xiu-hong, XU Zhun, ZHANG —hao, et al. Inteyrated casting process for heave horsepowes automobile pump and the thermostat shell[ O] • Journal of Mechanical & EUct/cal Engineering, 2020,37(2) ： 176 - 180. 《 机电工程 》 杂志 ： http：///ww. meem. wm. w(上接第 158页 )本文首先采用有限元数值分析法 ， 建立了多楔皮带轮 旋压工艺的几何模型和材料刚塑性本构模型,对提出 的皮带轮成型工艺方案进行了数值模拟 ， 通过分析各 道旋压工序的实时动态应力应变状态及成型缺陷 ， 对 多楔皮带轮的成型质量进行了判断 。通过模具试制和实际加工结果表明 ， 本文所提出 的多楔皮带轮成型工艺方案是可行的,该结果为该方 案进一步优化工艺参数奠定了基础 $参考文献(References):[1 ]陈芳雷 ， 张治民 ， 腾焕波.旋压技术在皮带轮中的应用 [O].工艺与检测 ,2007 (8 ) ： 94-96.[2] WONG C C,DEAN T A,LIN J. A review of spinning,shear forming and flow forming processes [ J ]. Internahonal Journal of Machine Tools & Manufacthre, 2003,43 (14): 1419-1435.[3 ] WONG C C, DEAN T A,LIN J. Incremental forming of solid cylindrical components using flow forming principles [ J ].Journal of Materials Processing Technology, 2004(153) ： 60-66.[4] MUSIC O, ALL WOOD J M, KA WAI K. A review of the mechanics of metal spinning [ J ]. 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