减速机箱盖的铸造工艺及MAGMA模拟分析

2022-07-11周正寿韩庆祥孙祥广李松杰

现代机械 2022年3期

关键词：充型型腔铁水

周正寿，韩庆祥，孙祥广，李松杰

(江苏恒立液压股份有限公司，江苏常州 213164)

风能是一种安全、清洁的可再生能源，利用风能发电，既环保又经济。而减速机箱盖铸件为风力发电设备的重要零部件[1-2]。通常，减速机箱盖的铸件需要在-20～-40 ℃恶劣环境下工作，所以减速机箱盖铸件要有良好的力学性能和内部质量。

本文通过MAGMA模拟软件来模拟整个铸造生产过程，对铸件可能出现的缩松、缩孔和冲砂位置进行分析。旨在减少制造成本，缩短开发时间，确保铸造质量，对降低铸造成本具有一定的实践意义[3-5]。

1 减速机箱盖结构特征分析

减速机箱盖铸件三维实体如图1所示，铸件结构复杂。减速机箱盖铸件尺寸570 mm×400 mm×192 mm，铸件质量为65 kg，材质为QT400-18L(具体化学成分和性能见表1和表2)。

图1 减速机箱盖铸件示意图

表1 减速机箱盖铸件化学成分

表2 减速机箱盖铸件力学性能

2 铸造工艺分析及设计

利用模拟软件初步分析减速机箱盖铸件的热节。根据铸件模拟结果分析，初步确定铸件的热节比较分散，存在多处孤立热节，如图2所示。通过对铸件材料、尺寸和技术要求等综合分析，决定采用金属模，金属模造型差异小，工艺稳定。

图2 减速机箱盖铸件的热节

综合考虑铸件的结构特点和热节分布情况，把铸件大平面置于上箱(加工面)，这样后续砂渣眼可以加工掉，保证铸件有良好的外观面。通过顶冒口方案，补缩铸件，保证铸件内部没有缩松。此外根据铸件结构特点分析，减速机箱盖铸件下方存在6个凸台，热节孤立，需要通过增加冷铁的方式来增加冒口补缩距离。铸件内部由一个砂芯成型，铸件四周由于减重，需要增加4个砂芯进行成型，砂芯形状设计如图3所示。

图3 减速机箱盖铸件的工艺设计

图4 减速机箱盖铸件的工艺排版图

一般通过设计开放型浇注系统，保证铁水平稳进入铸造型腔，如图4所示，当铁水通过直浇棒后，进入横浇道，最后通过砂芯，从铸件底部流入铸件。底注浇注的优点是为了确保整个浇注冲型平稳，减少金属液在铸型中的卷气、紊流及减少对型腔的冲击，更有利于排气和排渣，尤其对减速机箱盖铸件这类高度较高的铸件更适合。具体的工艺图如图4所示。

3 铸造工艺模拟分析

MAGMA模拟主要参数设置如表3。

表3 模拟参数设置

3.1 充型过程模拟

将工艺数据导入MAGMA系统里。首先对导入后的数据进行定义，然后进行网格划分，再输入模拟参数，最后进行整个浇注过程模拟。通过模拟看出铁水在型腔里的流动速度。图5是整个充型过程结果。可以看出内浇道进铁水速度小于1 m/s，说明进铁水速度平稳，且铁水充满浇口，使得外界气体无法进入型腔，铸件质量得到保证。

图5 铸造工艺充型过程模拟结果

结果可以看出该工艺基本实现了设计目标，整个内浇口在充型过程中始终处于充满的状态，铁水比较平稳的进入型腔。

3.2 凝固过程模拟

凝固过程的分析是整个凝固模拟的关键，通过充型凝固模拟可以看出浇注过程中温度的变化情况，此外，还可以预判出缩松位置，为工艺提供了有力保障。图6是不同时刻凝固变化过程情况。通过模拟，我们可以看出铁水先从底部开始凝固，最后在热节处凝固。图中看出冒口最后凝固，目的是使铸件得到一定补缩。通过图7发现，铸件不会产生缩松。