目前减速器箱体成型方式多采用重力浇铸, 由重力浇铸成型的铸件易形成缩孔、缩松等铸造缺陷;而金属熔液的液态收缩率对铸件缩孔、缩松的形成有重要影响。随着CAE技术的快速发展, 数值模拟仿真技术在预测铸造缺陷上得到了普遍应用。本文利用华铸CAE铸造工艺分析系统软件对减速器箱体的铸造过程进行了数值模拟仿真, 在该系统中通过设定金属熔液不同的液态收缩率, 探究缩孔、缩松产生的规律。最后根据该模拟结果优化减速器箱体的铸造工艺, 从而缩短设计周期、提高铸件质量、降低生产成本。
1 减速器箱体概况
某减速器箱体轮廓尺寸为135mm×55mm×83mm。采用顶注式浇注系统, 铸件质量为2kg, 铸件材质为HT200。该箱体毛坯件形状较复杂, 在成型过程中易产生缩孔、缩松等缺陷。
2 减速器箱体铸造过程数值模拟分析
2.1 华铸CAE软件
华铸CAE是一款国产铸造分析软件, 其功能强大、分析结果准确。华铸CAE包括两个模块, 分别是华铸CAE铸造工艺分析系统软件和Inte CAST-华铸CAE可视化后处理系统。其中华铸CAE铸造工艺分析系统软件可以对研究对象进行纯凝固传热计算、纯充型流动计算、充型与传热耦合计算、基于耦合凝固计算, 其操作界面如图1。Inte CAST-华铸CAE可视化后处理系统可对网格化计算后的铸件模型进行体积填充、色温填充、充型速度、压力分布、缩孔形成、Nyma缩孔等分析。
2.2 金属熔液凝固传热过程的数值模拟
利用solidworks软件完成该铸件及其浇铸系统的三维造型和装配工作并生成stl文件, 为后续有限元分析做好准备。有限元分析采用华铸CAE提供的自动均匀网格划分, 划分结果如图2。浇铸系统自动均匀网格划分边长为0.8mm, 剖分完成后网格总数为8794500个。上述剖分过程满足了温度场计算时最薄处有两个以上的网格, 流动场计算时网格间无点、线连接, 因此可以较为准确地进行数值模拟。凝固传热过程数值模拟时通过改变液态收缩率来研究铸件缩孔、缩松的形成规律;因研究对象材料牌号为HT200固相收缩为0.001, 其它元素含量分别为ωc=3.6%、ωsi=2.0%、ωp=0.09%、ωs=0.07%, 所以液态收缩率变化范围取3×10-5~8×10-5。该铸件的缺陷预测需多次在华铸CAE中进行充型与传热耦合计算, 每次计算的液态收缩率均不相同。上述计算完成后利用Inte CAST-华铸CAE可视化处理系统进行缩孔形成计算分析。由可视化功能可得到图3的实验结果, 从图3可直出看出铸件缩孔、缩松的体积和数目随液态收缩率变化的规律, 能清晰地判别缺陷产生的位置。
2.3 金属熔液凝固传热过程的数值模拟结果分析
由华铸CAE凝固传热过程的数值模拟结果, 可得到图4液态收缩率大小与减速器箱体铸件缩孔、缩松关系曲线。该曲线直观的反映了研究对象缩孔、缩松缺陷随液态收缩率变化的趋势, 实际生产时可根据技术要求查询该曲线选取最佳生产条件。分析液态收缩率与缩孔、缩松关系图可知当液态收缩率为5×10-5时该减速器箱体缩孔体积最小为2.25cm3。液态收缩率由3×10-5过渡到4×10-5时将导致缩孔体积突变, 由2.22cm3增加至3.25cm3。不管液态收缩率为何值时, 缩孔数目在0s~60s比较稳定, 60s到90s迅速增加, 90s之后趋于稳定。在其他铸造条件相同, 液态收缩率为8×10-5时, 缩孔数目最多约63个。利用该曲线可以为实际生产提供最佳铸造条件参考, 当液态收缩率为5×10-5时缩孔体积最小为1.75cm3, 缩孔数目为54个, 选择此铸造条件减速器箱体质量较高。当液态收缩率为4×10-5时缩孔数目最少为50个, 缩孔体积为2.22cm3, 在此条件下浇铸成型的减速器箱体亦可获得较高的质量。基于以上分析, 在实际生产时, 金属熔液的液态收缩率选取4×10-5到5×10-5减速器箱体铸件质量较高。
3 结束语
利用华铸CAE模拟铸造过程对实际生产有重要意义, 其模拟结果对预测铸件缺陷、优化铸造工艺有很好的参考价值。使用华铸CAE软件模拟结果与实践经验相结合可极大地缩短试制周期, 降低生产成本, 从而获得最高的经济效益。
摘要：采用华铸CAE铸造分析软件对减速器箱体的铸造过程进行数值模拟仿真, 探究金属熔液液态收缩率的变化对缩孔、缩松产生的影响, 并绘制液态收缩率与铸件缩孔、缩松关系曲线。利用此结论为优化铸造方案提供参考。
关键词：华铸CAE,液态收缩率,缩孔,缩松,箱体
参考文献
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