采用铸造 CAE数值模拟软件 AnyCasting对低压铸造中金属液的流动 、 凝固进行模拟仿 真 ， 分析了铸造过程中泵轮出现的铸造缺陷 。 分别研究了阀体铸造过程中不同的工艺方案对 产品质量的影响 ， 并将模拟结果与实际情况进行对比 ， 较好地指导了生产 。关键词 ： 铸造 CAE； AnyCasting；模拟 ； LPDC铸造 CAE技术是利用计算机技术来优化和改善传统的铸造技术 ， 对新产品方案 的成本管理优化和工艺设计改善 、 缩短试制周期 、 提高铸件质量有着重要的作用 。低压铸造过程中材料的成分 、 浇注温度 、 铸件结构 、 保压压力和时间 、 模具温 度等 ， 均对浇注过程金属液的凝固温度场产生影响 。 铸造型腔内的金属液凝固速率 不同 ， 凝固过程中容易产生孤立液相区 ， 每个孤立的液相区在凝固完成后最终产生 — 个或者多个缩孔 。 有些工程师在实际生产过程中 ， 考虑缩松的缺陷 ， 只考察其中 的某一个影响因素 。 然而通过铸造 CAE - AnyCasting软件模拟 ， 可以直观地看到铸造 过程中形成缩松的原因 ， 以便采取对应的解决措施 。1试验的参数设计企业接到一个新产品 （ 图 I ）,首先进行产品技术标准分析 ， 找到易产生铸造缺 陷的区域 ， 然后制定初步的工艺方案 （ 图 2 ） ,并且制定冷却水管 （ 图 3 ） 。作者简介 ：游寿松 （ 1984-）， 男 ， 工 学学士 ， 副总经理 ， 主要 从事铸造模拟仿真技术与 铸造工艺设计工作 。 电话 ： 0531-88259975, E-mail: s.you@a ny casting.com.cn中图分类号 ： TG249.2文献标识码 ： B文章编号: 1001-4977（2020）02-0183-04收稿日期 ：2019-08-21收到初稿 ，2019-11-12收到修订稿 。1.1工艺参数1.1.1组织结构材料及初始温度设定上模 、 分流锥材料为模具钢 （ H13）,初始温度 320七 ； 下模 、 流道材料为模 具钢 （ H13）,初始温度为 350 t；砂芯为树脂砂 ， 初始温度 100 钢套 25号钢 ， 初始温度 100 T；铸件 、 浇道材料为 ZL104,初始温度为 25 T；陶瓷套及升液管材 料均为陶瓷 ， 陶瓷套初始温度 400七 ， 升液管初始温度为 500 t；下模冷却管材料为 Q235 ,初始温度为 25 T。1.1.2冷却水管参数的设定在低压铸造中 ， 冷却水管起到改变凝固顺序 ， 避免铸件出现缺陷的作用 。 本次 试验中 ， 将上模冷却管的通水时间设定为 HOs,持续时间为 80s, 流量 3 L/min,进 口温度 15 r,岀口温度 75 T：；下模冷却管的通水时间设定为 120s,持续时间 70s, 流量 4L/min,进口温度 15 T,出口温度 78 T：。1.1.3升液曲线参数的设定升液阶段时间为 8s,压力 1.2 1 3 25 x 105 Pa；充型阶段时间为 7s,压力 1.253 25 x 10' Pa；结壳阶段时间为 3s,压力 1.273 25 x 105 Pa；增压阶段时间为 2s,压力 1.293 25 x 10'Pa；保压阶段 B寸间为 200s, J±tJ1.323 25x ltfPa；卸压阶段 60s, 压力 1.013 25 x 10 ’Pa。迈 I猜造 FOUNDRY压力铸造 Vol.69 No.2 20202试验结果的分析2.1孤立液相区通过 AnyCasting软件的模拟仿真，首先通过凝固顺 序 （ 图 4 ） 的结果 ， 发现孤立的液相区 （ 图 5 ） 。 孤立 液相区在凝固过程中得不到其他区域金属液的补充 ， 最后形成缩松缺陷 。 对其他未出现孤立液相区的部分 也进行了检查 ， 未发现缩松缺陷 。通过剖分铸件 ， 发现图 5b中的孤立液相区有 8处 。 图 5c中显示泵轮底部法兰处有 4处孤立液相区 。 通过图 6的残余熔体分析 ， 在孤立液相区区域都出现了缩松缺 陷 ， 其他区域未发现缩松缺陷 。2.2残余熔体模数残余熔体模数是当金属液达到临界固相率时残余 熔体体积与表面积的比值 。 利用残余熔体模数预测铸 件容易产生收缩缺陷的位置 ， 由图 6可见 ， 图示剖面的 4处缩松与孤立液相区位置一致 。3优化设计方案3.1试验结果的原因分析图 7所示 ， 砂芯和铸件在此处形成了较厚的区域 ， 由于砂芯处于铸件内腔区域 ， 散热较慢 ， 在金属液冷 却过程中成为了 ” 热源“ ； 图 8显示此处的铸件温度场较 高 ， 形成了热节 。 通过模拟软件的分析 ， 砂芯散热较 慢 ， 局部温度高达 548 V, 超过了材料固相温度 ， 使得 铸件在此区域最后凝固 。3.2解决铸件缺陷的优化方案图 9原方案 A处铸件壁较厚 ， 易形成大热节 ， 产生 缩松 。 在图 10新方案中 ， 铸件结构和芯头结构都得到 优化 ， 改善了传热 ； 其次减少铸件加工余量 ， 减小热 节 ， 所以产生缩松的概率降低了 。图 9b原方案的内浇道的补缩能力不足 ， 导致铸件 此处有缩松缺陷 ； 图 10b在原方案基础上 ， 增加了内浇 道的厚度 ， 所以提高了补缩能力 。 图 9c原方案冷却管较 少 ， 导致铸件散热较慢 ， 铸件厚大部位形成热节 ； 图 10c 在铸件厚大部位 （A处 ） 采取强制冷却措施如风冷 、 水 冷 ， 在泵轮上模增加了风冷 ， 在泵轮外模增加了水冷 。4优化方案的试验结果4.1孤立液相区和残余熔体模数通过 AnyCasting软件的模拟仿真 ， 使用优化方案的 三维模型进行仿真分析 。 在凝固的过程中 ， 铸件实现 了顺序凝固 。 图 11显示在铸件内部没有形成孤立的液 相区 ， 在铸件关键区域 ， 消除了缩松缺陷 （ 图 12）。4.2实际生产的铸件在图 13铸件解剖图中 ， 没有发现缩松缺陷 ， 加工 的批量铸件合格 （ 图 14）o图 1铸件工艺方案图Fig. 1 Design drawing of casting process图 2铸件三维图Fig. 2 3D drawing of casting11 型冷却管图 3冷却水管设计三维图Fig. 3 3D drawing of cooling channel图 4凝固顺序Fig. 4 Solidification sequence2020年第 2期 /第 69卷 压力铸造 FOUNDRY< th /(a) (b)图 5孤立液相区Fig. 5 Isolated liquid regions图 6残余熔体模数Fig. 6 Modulus of retained melt图 7砂芯与铸件剖视图Fig. 7 Sectional view of sand core and casting图 8铸件温度场Fig. 8 Temperature field of casting(a )餉 『 儿' 1(b )图 9原方案的工艺图Fig. 9 Design drawing of original casting process(c)图 10新方案的工艺图Fig. 10 Design drawing of improved casting processFOUNDRY压力铸造 Vol.69 No.2 2020(a) (b )图 II新方案的孤立液相区Fig. 11 Isolated liquid region in improved casting process图 12新方案的残余熔体模数Fig. 12 Modulus of retained melt in improved casting process图 13铸件解剖图Fig. 13 Sectional view of casting5结论(I )通过 AnyCasting模拟分析 ， 能预先得到铸件 缺陷的有效数据 ， 从而指导模具设计 ， 有利于在模具 设计阶段把铸件缺陷发生率降到最低 ， 避免反复不增 值的模具修改 ， 提高试模的一次成功率 ， 大大缩短新图 14机加工后铸件Fig. 14 Machined castings品开发周期 ， 降低试模费用 。(2)将优化后的模具系统与工艺方案应用到实际 的生产中 ， 经过多次的试模验证 ， 将低压铸造的理论 与生产的实践结合起来 ， 摸索出一套较为完善的低压 铸造铝合金泵轮的制造工艺方案 ， 对其他类似产品的 开发具有借鉴和指导意义 。参考文献 ：[1] 王文清 ， 李魁盛.铸造工艺学 [M].北京 ： 机械工业岀版社 .199 2. Jinan Shengquan Group Co., Ltd., Jinan 250200, Shandong, China; 3. Liugong Machinery Co., Ltd., Liuzhou 545007, Guangxi, China)Abstract:In the study, the flow and the solidification of molten metal in low pressure die casting (LPDC) were simulated by using the fbundiy CAE software AnyCasting, and the dispersed shrinkage defect in pump impeller during the casting process was analyzed. Furthermore, the study also investigated the effects of original and improved casting processes on the quality of valve body castings, and the simulation results were compared with the practical situation, which will give some good guidance in the practical production.Key words:foundry CAE; Any Casting; simulatio n; low pressure die casting(编辑 ： 张允华 ， zyh@tbundryworld.coni)
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