????????????　　摘要：利用北京北方恒利科技發(fā)展有限公司開發(fā)的鑄造模擬軟件CAStsoftCAD/CAE對煤機設(shè)備鑄件的凝固過程和充型過程進行模擬。通過對凝固過程的溫度場和鑄造缺陷的分析，依據(jù)分析結(jié)果對工藝進行改進,最后設(shè)計出合理的鑄造工藝。鑄造過程計算機模擬可以減少或取消新產(chǎn)品的工藝實驗，能夠有效地避免可能出現(xiàn)的鑄造缺陷，保證工藝的可靠性，縮短新產(chǎn)品的試制周期。　　　　傳統(tǒng)的鑄造工藝設(shè)計方法往往依賴于直覺經(jīng)驗，在鑄件結(jié)構(gòu)較為簡單和鑄造類似鑄件時，經(jīng)驗可能起到一定的作用；在澆鑄大型、復(fù)雜鑄件且無相關(guān)經(jīng)驗時，只能通過反復(fù)工藝實驗來確定工藝；當(dāng)工藝存在重大失誤時，可能使得工藝方案被徹底推翻。通過工藝反復(fù)實驗來確定工藝的方法，可能導(dǎo)致先前制作的模具報廢，對于大型鑄件來說模具費用會相當(dāng)高，這會造成重大經(jīng)濟損失，同時嚴(yán)重影響新產(chǎn)品的試制，延長新產(chǎn)品的試制周期。近年來鑄造過程計算機模擬技術(shù)得到飛速發(fā)展，使得通過鑄造模擬來確定鑄造工藝成為可能，鑄造過程計算機模擬可以減少或取消新產(chǎn)品的工藝實驗，能夠有效地避免可能出現(xiàn)的鑄造缺陷，保證工藝的可靠性，縮短新產(chǎn)品的試制周期。本次分析采用的軟件是北京北方恒利科技發(fā)展有限公司的CASTsoftCAD/CAE軟件。通過模擬分析發(fā)現(xiàn)工藝存在的問題，采取工藝改進措施后再次進行模擬，直到鑄造工藝趨向合理。　　　　1鑄造工藝方案設(shè)計　　　　1.1鑄造工藝方法的選擇：　　　　由于鏟板(材料：ZG30CrMo)屬于煤礦設(shè)備關(guān)鍵鑄鋼件，結(jié)構(gòu)雖然比較簡單，但厚薄不均，熱節(jié)位置較多，產(chǎn)品工作環(huán)境惡劣，質(zhì)量要求較高，外輪廓尺寸為1932×430×380，鑄件毛坯在機加工和去應(yīng)力處理后要進行組焊、裝機，鑄件的零件表面質(zhì)量，內(nèi)部質(zhì)量和配合尺寸要求較高。為保證順利充滿和厚大部位不產(chǎn)生疏松，特別保證在焊接處和裝配位置處的質(zhì)量和尺寸，通過澆注系統(tǒng)設(shè)計和澆注時間的控制減少和避免氣孔和渣孔產(chǎn)生，通過造型、涂料及澆注溫度等方式保證表面質(zhì)量，考慮鏟板質(zhì)量、批量的要求，結(jié)合我廠鑄造現(xiàn)場生產(chǎn)能力，最后選用砂型重力鑄造和改性水玻璃砂工藝的工藝方案。鑄型選用：改性水玻璃砂，型芯選用：水玻璃砂，澆注溫度：1600℃，冒口套：保溫材料。　　　　1.2澆注系統(tǒng)位置的選擇：　　　　鏟板(材料：ZG30CrMo)長度方向是裝配配合位置、鏟板工作位置為最長方向法向及鏟板前端和各加強筋根部組織要求高，不允許有縮松、氣孔等鑄造缺陷，為了使得鑄件實現(xiàn)順序凝固且保證工作位置的力學(xué)性能。滿足要求的工藝分型有幾種，通過鑄造工藝設(shè)計軟件及工藝模擬軟件確定。　　　　2三維建模　　　　2.1鑄件的三維建模：　　　　采用Pro-E軟件對鑄件進行三維建模，先將鑄件毛坯輸出，進行鑄造工藝設(shè)計確定分型面，鑄件擺放位置，確定工藝布置，冒口大小，澆注系統(tǒng)大小；再通過鑄造工藝模擬軟件進行鑄造過程模擬，最后確定可行澆注工藝方案。　　圖1鑄件毛坯　　　　2.2鑄件毛坯、澆注系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)、冒口套的三維建模：　　　　由于在工藝模擬時，鑄件毛坯、澆注系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)、冒口套屬于工藝裝配體部件且各部件材料及屬性都不一樣，三維建模保證建模工藝部件與實際生產(chǎn)工藝部件的位置、大小一致，要求鑄件毛坯、澆注系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)、冒口套間面貼合。由于鑄件的一些地方是不規(guī)則的曲面所以鑄件毛坯、澆注系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)、冒口套的形狀也為不規(guī)則曲面形狀即為隨形鑄件毛坯、澆注系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)、冒口套，同時由于鑄件毛坯、澆注系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)、冒口套不連續(xù)相互間孤立、分散，所以在建模時也應(yīng)分散分布，相互間不相連，而在工藝模擬時要求同種材料工藝部件組合成一個整體，生成一個STL文件。鑄件毛坯三維模型如圖1所視；鑄件毛坯、澆注系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)、冒口套的工藝三維模型如圖2所視：　　　　3工藝模擬及工藝優(yōu)化的工作流程圖(圖3)圖3鑄件澆注工藝設(shè)計優(yōu)化流程圖　　　　3.1工藝確定步驟　　　　步驟1：采用CASTSOFT/CAD鑄造工藝設(shè)計模塊進行工藝熱節(jié)計算，確定冒口位置和冒口大小，確定鑄件工藝布局，確定澆注系統(tǒng)。　　　　步驟2：采用CASTSOFT/CAE鑄造工藝模擬模塊進行鑄造過程模擬，通過對鑄造充型過程、凝固過程進行模擬及缺陷分析，最后得到可行的鑄造方案。　　　　3.1.1前處理：　　　　本次模擬時，鑄件毛坯進行網(wǎng)格剖分的網(wǎng)格尺寸為4mm×4mm×4mm，共剖分網(wǎng)格1000萬單元。　　　　3.2鑄造模型構(gòu)建及模擬計算：　　　　按工藝要求添加砂型重力鑄造相應(yīng)的工藝參數(shù)。參數(shù)設(shè)置如下：鑄件材料：ZG30CrMo，鑄型材料：改性水玻璃砂，型芯選用：水玻璃砂，澆注溫度：1600℃，冒口套：保溫棉。　　　　3.3鑄造工藝設(shè)計及鑄造工藝方案初定　　　　通過對鑄件毛坯不同布局工藝熱節(jié)位置的確定，分析選擇便于實際生產(chǎn)的方案進行工藝設(shè)計，確定冒口位置和大小，確定澆注系統(tǒng)。　　　　通過CASTSOFT/CAE鑄造工藝設(shè)計模塊進行不同工藝布局的鑄件毛坯工藝熱節(jié)位置計算和現(xiàn)場生產(chǎn)條件分析，最后選擇左邊工藝布局位置并進行了工藝冒口設(shè)計，澆注系統(tǒng)設(shè)計，待采用CASTSOFT/CAE鑄造工藝模擬模塊進行鑄造過程模擬驗證和工藝調(diào)整。　　　　3.3鑄造工藝結(jié)果顯示及工藝合理評定：　　　　采用CASTSOFT/CAE鑄造工藝模擬模塊進行鑄造過程模擬驗證，通過凝固過程、溫度場及縮孔、縮松的判定可以看到左圖工藝冒口尺寸偏小，為節(jié)省鋼水，采用不加大冒口而引入冒口套工藝消除缺陷，通過模擬鑄件補縮工藝比較合理，存在嚴(yán)重縮孔缺陷位置消除。　　圖6鑄造工藝裝配圖　　圖7鑄件缺陷位置圖　　　　圖8左圖中所示冒口根位置形成收縮缺陷，通過右圖加冒口套工藝缺陷消除。　　圖8　　　　4實際生產(chǎn)和現(xiàn)場加工　　　　通過CASTSOFT/CAE鑄造工藝設(shè)計和工藝模擬，并進行試澆注，檢驗、探傷，鑄件毛坯滿足質(zhì)量要求，進入批量生產(chǎn)，情況如圖所示。　　圖9　　　　5結(jié)果與分析：　　　　使用CASTSOFT軟件可以有效地預(yù)測出工藝設(shè)計中存在的問題，能夠預(yù)測出鑄件可能存在的鑄造缺陷，并根據(jù)此模擬結(jié)果改進、優(yōu)化鑄造工藝。利用三維建模軟件可以很方便地進行鑄件毛坯、澆注系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)、冒口套等改進，同時利用CASTSOFT軟件可以對鑄造工藝參數(shù)如：澆注溫度、充型時間、鑄型材料、冒口套、冷鐵等的改進，改進后再次進行模擬，經(jīng)過多次改進直到消除鑄造缺陷。這對于大型復(fù)雜鑄件有很重要的意義，它可以減少工藝試驗的次數(shù)，甚至可以取消工藝試驗，保證鑄件一次試制成功。從而大大縮短新產(chǎn)品的試制周期，提高企業(yè)的競爭力。依據(jù)此次模擬結(jié)果制定的工藝用于生產(chǎn)后，效果良好，前后共鑄造200套鏟板，鑄件在機械加工后沒有發(fā)現(xiàn)鑄造缺陷，組焊時未發(fā)生缺陷現(xiàn)象。能夠滿足設(shè)計要求，從而也驗證工藝模擬的有效性。　　　　6結(jié)語：　　　　通過此次模擬可以總結(jié)出以下幾點經(jīng)驗①采用計算機進行鑄造工藝設(shè)計直觀且速度快，有利于新產(chǎn)品工藝開發(fā)和工藝優(yōu)化。②組合使用CASTSOFTCAD/CAE鑄造工藝設(shè)計模塊和模擬模塊可大大節(jié)省工藝設(shè)計和模擬的時間和次數(shù)，模擬結(jié)果與實際相符。③采用冒口套可節(jié)省鋼水，減小冒口尺寸。④砂型重力鑄造改性水玻璃砂工藝適合鑄鋼件生產(chǎn)，鑄件應(yīng)力小，表面比較光滑。??????????????