计算机模拟在头部链轮体铸造工艺设计中的应用
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图 ７ 工艺方案 Ⅱ 缺陷分布
ｍ ｅｔ ｒ ｉｎｇ１塑圈 ｎ 参磊 工热 工 垫 型 ｗ ｗ ｗ．重ａ｜ｗｏ ｋ箜 ０．ＣＯｒ 加 丝 堡 箜 笙 ９５
圜
属。
血
分微小的的缩松 ，同时冒 口的尺寸过大 ，浪费了大量金
４ ．工艺方案Ⅲ及模拟结果
通过 Ｖｅ ａｔ ｉ Ｃ ｓ模拟软件对工艺方案 Ⅱ进行浇注系统 ｗ 的设计 ，直浇道尺寸 ￥ ０ ｍｍ× １０ ｍ× ０ ｍ １０ ６ ３ ｍ ９ ０ ｍ；横浇
固过程 中，冒１ ５内金属 的温度始终处于铸件的最 高状态 ， 补缩通道畅通 ，冒１ ５是最后凝 固部位 ，实现 了从铸 件到
（ ）工艺方案 Ⅲ ３ 是在工艺方案 Ⅱ的基础上 ， 上浇 加 注系统 ，适当降低 冒口高度 。模拟结果显 示，工艺 Ⅲ 实
警■■■■ 得 位置凝 固时 间 ｔ ４ １Ｓ ＝ ５ １ ，取此 处体 积为 ８ ｅ ０ ｒ ，计算 ａ
出轮辐 与轮缘 连接 处 冒口模 数 Ｍ ＝ ． ｅ ６ ５ ｍ，冒口直径 ｄ ＝ ４ ｍｍ，冒口高度 ／ ＝１５ ＝ ２ ｍ ２ ３９ ４ ２ ．ｄ ５ ４ ｍ，为完成对铸 件的圆满补缩 ，铸件圆周需均 布 ４个这 样的 冒 口，工艺 方案 Ｉ 模型如图 ４所示 。
图５ 工艺方案 Ｉ 缺陷分布
３ 工艺方案 Ⅱ及模拟结果 ．
工艺方案 Ｉ 改进的要点是 ：？ 肖除相邻两 冒 Ｖ之 间轮 Ｉ
缘区域 ，以及轮毂与 冒口结合 区域 的孤 立液相 区，延长
冒口的补缩距离 ，使热节 完全转移到 冒 口内，实现铸件
２ ．工艺方案 Ｉ 及模拟结果
根据铸件凝 固结果 ，运用 Ｖｅ ａｔ ｉ Ｃ ｓ模拟软件进行 冒 ｗ 口的设计。铸件 总体积 Ｉ ９ ｅ ， ４ ｍ ，体收缩率 ５ ８ ，轮 ＝５ ．％ 毂处凝 固时间 ｔ＝８ １ｓ ７３ ，取轮毂区域体积为 １０ ｍ ，计 ０ｅ
工艺方案 Ⅲ模 拟 的缺 陷预测 如图 １ ０所示 。可 以看 出，缩孔 、缩松缺陷出现在 冒口及浇 注系统内，整 个凝
（ ）工艺方案 Ⅱ在轮 毂部位加 上适 当尺寸 的补贴 ， ２ 同时在工艺方案 Ｉ中轮缘 区域 出现缺 陷的铸件下部设置
适当尺寸 的冷铁 ，有效地延长 了冒 口的补缩距离 ，缩孔 、
件底部散热快 ，已明显凝 固；ｔ ９０ 时 ，铸 件轮缘 区 ＝１０ ｓ
图 １ 工艺方案 Ⅲ缺陷分布 ０
经机加工 ，没有发现缩孔 、缩松等缺陷 ， 铸件组织致密 ，
力学性能达到了使用要求 。
域的钢液即将分割为 ６部分 ，且 由 ６个柱形 冒口分别进 行补缩 ，浇注系统 已完全凝 固；ｔ ３ ０ ｓ ，轮辐处 的 ＝ ６０ 时
１８ ％ ，铸 型初始温度 ２ ％ 。对铸 件进行凝 固模拟 ，其 ５０ ５
结果见 图 ３ 。
金属 液 （ ％）
１０ ０
与 冒口结合 区域在凝 固后 期产生 了孤立 液相 区，导致缩 孔 、缩松缺 陷，需进行工艺改进。
金属 液 （ ％）
】０ ０
图 ３ 铸件凝 固模拟结果
从 图 ３可以看 出，缩孔 、缩 松缺 陷 出现 在轮毂 、轮 辐与轮缘连接处 ，以及 两轮辐之 间的轮缘 区域。根据铸 件结构和模 拟结果 ，需在铸 件浇注位置 时的顶 面设置适 当尺寸 的冒Ｅ ，对凝 固过程 中产生 的收缩进 行补足 ，使 ｌ 缩孔 、缩松转移到冒口内。
懈
一 ■ ■ ＿
三、结语
导致缩孔 、缩松缺陷。
缩松被成功转移到 了冒 Ｌ中。 Ｉ
（ ）工艺方案 Ｉ中铸件圆周采用 ６个柱形 冒１ １ ３，轮
毂处采用一个柱形 冒 Ｅ进 行补缩 ，由于 补缩距离 过小， ｌ
补缩瓶颈断裂 ，铸件内出现 ７部分孤立液相 区，并 向冒
口根部延伸 ；ｔ ５２０ ＝１ ０ ｓ时，此 时处 于最 后凝 固 阶段 ， 铸件 已经完全凝固，冒口
金属 液 （ ％）
１０ ０
图８ 工艺方案Ⅲ三维模型
对工艺方案 Ⅲ进行 凝 固模 拟，其 过程如 图 ９所 示。 其中深色显示的部位 表示 钢液仍处于液态或半液态 ，没
有完全凝固，浅色 区域 表示 已经完 全凝 固。可 以看 出， 当凝固过程进行 到 ｔ ６０ 时 ，浇注系统开始凝 固，同 ＝０ｓ 时 由于冷铁的激冷作用 ，降低 了激冷 区的铸 件模 数 ，铸
（ ）ｔ６ Ｏ ａ ＝Ｏｓ
道对 称 分 布 ，截 面尺 寸 为 ｑ ｒｎ ￣Ｏｍ ；内浇 道 ３个 ，截 面 尺
寸为 ， Ｏ ｍ；为节 约金属 ，将 轮缘 处 的冒 Ｉ尺 寸 改为 ｋ ｍ ６ ： Ｉ
￣ ５ ｍ ３ ０ ｍ，将轮毂处 的冒口尺寸改 为 ６ ９ ｍ ｂ ０ ｍＸ ５ ｍ ３ ４０ ｍ Ｘ ６０ ｍ。工艺方案 Ⅲ模型如 图 ８ ０ｍ 所示。
算得 出轮 毂 处 冒 口模 数 Ｍ ＝９ １ｍ，冒 口直径 ｄ ．ｅ 。＝
到 冒口的顺序凝 固，为此 在相 邻两 冒口之 间的铸件底 部
各设置一块 厚度为 ９ ｒ 的冷 铁 ，在轮毂部位 添加适 当 ０ｍ ａ
尺寸的补贴，其他参数不变，工艺方案Ⅱ 模型如图６ 所示。
４ ８ ｍ，冒口高度 Ｈ ＝１５ ７ ２ ｍ。轮缘与轮辐热节 ８ｍ ．ｄ ＝ ３ｍ
图 ６ 工艺 Ⅱ 三维模型
工艺方案 Ⅱ模拟 的缺陷预测如 图 ７所示。可以看出 ，
改进工艺后 ，有效地 延长 了冒口的补缩距 离 ，工艺方案
Ｉ中出现 的缩孔 、缩 松已基本消除 ，只是在 轮缘有 两部
金属液 （ ％）
１０ ０
７ ５
图４ 工艺方案 Ｉ 三维模 型
工艺方 案 Ｉ 模拟的缺 陷预测如 图 ５所示 ，从 中可 以 看 出，缩孑 、缩松大部分 已经转移 到 了冒 口中 ，冒口有 Ｌ 足够大的补缩能力。但 是 ，由于补缩距离过 小 ，补缩通 道过早地被 阻断 ，造成两 冒 口之间 的轮缘 区域 以及 轮毂
ｍ ｅｔ ｒ ｉｎｇ１塑圈 ｎ 参磊 工热 工 垫 型 ｗ ｗ ｗ．重ａ｜ｗｏ ｋ箜 ０．ＣＯｒ 加 丝 堡 箜 笙 ９５
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血
分微小的的缩松 ，同时冒 口的尺寸过大 ，浪费了大量金
４ ．工艺方案Ⅲ及模拟结果
通过 Ｖｅ ａｔ ｉ Ｃ ｓ模拟软件对工艺方案 Ⅱ进行浇注系统 ｗ 的设计 ，直浇道尺寸 ￥ ０ ｍｍ× １０ ｍ× ０ ｍ １０ ６ ３ ｍ ９ ０ ｍ；横浇
固过程 中，冒１ ５内金属 的温度始终处于铸件的最 高状态 ， 补缩通道畅通 ，冒１ ５是最后凝 固部位 ，实现 了从铸 件到
（ ）工艺方案 Ⅲ ３ 是在工艺方案 Ⅱ的基础上 ， 上浇 加 注系统 ，适当降低 冒口高度 。模拟结果显 示，工艺 Ⅲ 实
警■■■■ 得 位置凝 固时 间 ｔ ４ １Ｓ ＝ ５ １ ，取此 处体 积为 ８ ｅ ０ ｒ ，计算 ａ
出轮辐 与轮缘 连接 处 冒口模 数 Ｍ ＝ ． ｅ ６ ５ ｍ，冒口直径 ｄ ＝ ４ ｍｍ，冒口高度 ／ ＝１５ ＝ ２ ｍ ２ ３９ ４ ２ ．ｄ ５ ４ ｍ，为完成对铸 件的圆满补缩 ，铸件圆周需均 布 ４个这 样的 冒 口，工艺 方案 Ｉ 模型如图 ４所示 。
图５ 工艺方案 Ｉ 缺陷分布
３ 工艺方案 Ⅱ及模拟结果 ．
工艺方案 Ｉ 改进的要点是 ：？ 肖除相邻两 冒 Ｖ之 间轮 Ｉ
缘区域 ，以及轮毂与 冒口结合 区域 的孤 立液相 区，延长
冒口的补缩距离 ，使热节 完全转移到 冒 口内，实现铸件
２ ．工艺方案 Ｉ 及模拟结果
根据铸件凝 固结果 ，运用 Ｖｅ ａｔ ｉ Ｃ ｓ模拟软件进行 冒 ｗ 口的设计。铸件 总体积 Ｉ ９ ｅ ， ４ ｍ ，体收缩率 ５ ８ ，轮 ＝５ ．％ 毂处凝 固时间 ｔ＝８ １ｓ ７３ ，取轮毂区域体积为 １０ ｍ ，计 ０ｅ
工艺方案 Ⅲ模 拟 的缺 陷预测 如图 １ ０所示 。可 以看 出，缩孔 、缩松缺陷出现在 冒口及浇 注系统内，整 个凝
（ ）工艺方案 Ⅱ在轮 毂部位加 上适 当尺寸 的补贴 ， ２ 同时在工艺方案 Ｉ中轮缘 区域 出现缺 陷的铸件下部设置
适当尺寸 的冷铁 ，有效地延长 了冒 口的补缩距离 ，缩孔 、
件底部散热快 ，已明显凝 固；ｔ ９０ 时 ，铸 件轮缘 区 ＝１０ ｓ
图 １ 工艺方案 Ⅲ缺陷分布 ０
经机加工 ，没有发现缩孔 、缩松等缺陷 ， 铸件组织致密 ，
力学性能达到了使用要求 。
域的钢液即将分割为 ６部分 ，且 由 ６个柱形 冒口分别进 行补缩 ，浇注系统 已完全凝 固；ｔ ３ ０ ｓ ，轮辐处 的 ＝ ６０ 时
１８ ％ ，铸 型初始温度 ２ ％ 。对铸 件进行凝 固模拟 ，其 ５０ ５
结果见 图 ３ 。
金属 液 （ ％）
１０ ０
与 冒口结合 区域在凝 固后 期产生 了孤立 液相 区，导致缩 孔 、缩松缺 陷，需进行工艺改进。
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图 ３ 铸件凝 固模拟结果
从 图 ３可以看 出，缩孔 、缩 松缺 陷 出现 在轮毂 、轮 辐与轮缘连接处 ，以及 两轮辐之 间的轮缘 区域。根据铸 件结构和模 拟结果 ，需在铸 件浇注位置 时的顶 面设置适 当尺寸 的冒Ｅ ，对凝 固过程 中产生 的收缩进 行补足 ，使 ｌ 缩孔 、缩松转移到冒口内。
懈
一 ■ ■ ＿
三、结语
导致缩孔 、缩松缺陷。
缩松被成功转移到 了冒 Ｌ中。 Ｉ
（ ）工艺方案 Ｉ中铸件圆周采用 ６个柱形 冒１ １ ３，轮
毂处采用一个柱形 冒 Ｅ进 行补缩 ，由于 补缩距离 过小， ｌ
补缩瓶颈断裂 ，铸件内出现 ７部分孤立液相 区，并 向冒
口根部延伸 ；ｔ ５２０ ＝１ ０ ｓ时，此 时处 于最 后凝 固 阶段 ， 铸件 已经完全凝固，冒口
金属 液 （ ％）
１０ ０
图８ 工艺方案Ⅲ三维模型
对工艺方案 Ⅲ进行 凝 固模 拟，其 过程如 图 ９所 示。 其中深色显示的部位 表示 钢液仍处于液态或半液态 ，没
有完全凝固，浅色 区域 表示 已经完 全凝 固。可 以看 出， 当凝固过程进行 到 ｔ ６０ 时 ，浇注系统开始凝 固，同 ＝０ｓ 时 由于冷铁的激冷作用 ，降低 了激冷 区的铸 件模 数 ，铸
（ ）ｔ６ Ｏ ａ ＝Ｏｓ
道对 称 分 布 ，截 面尺 寸 为 ｑ ｒｎ ￣Ｏｍ ；内浇 道 ３个 ，截 面 尺
寸为 ， Ｏ ｍ；为节 约金属 ，将 轮缘 处 的冒 Ｉ尺 寸 改为 ｋ ｍ ６ ： Ｉ
￣ ５ ｍ ３ ０ ｍ，将轮毂处 的冒口尺寸改 为 ６ ９ ｍ ｂ ０ ｍＸ ５ ｍ ３ ４０ ｍ Ｘ ６０ ｍ。工艺方案 Ⅲ模型如 图 ８ ０ｍ 所示。
算得 出轮 毂 处 冒 口模 数 Ｍ ＝９ １ｍ，冒 口直径 ｄ ．ｅ 。＝
到 冒口的顺序凝 固，为此 在相 邻两 冒口之 间的铸件底 部
各设置一块 厚度为 ９ ｒ 的冷 铁 ，在轮毂部位 添加适 当 ０ｍ ａ
尺寸的补贴，其他参数不变，工艺方案Ⅱ 模型如图６ 所示。
４ ８ ｍ，冒口高度 Ｈ ＝１５ ７ ２ ｍ。轮缘与轮辐热节 ８ｍ ．ｄ ＝ ３ｍ
图 ６ 工艺 Ⅱ 三维模型
工艺方案 Ⅱ模拟 的缺陷预测如 图 ７所示。可以看出 ，
改进工艺后 ，有效地 延长 了冒口的补缩距 离 ，工艺方案
Ｉ中出现 的缩孔 、缩 松已基本消除 ，只是在 轮缘有 两部
金属液 （ ％）
１０ ０
７ ５
图４ 工艺方案 Ｉ 三维模 型
工艺方 案 Ｉ 模拟的缺 陷预测如 图 ５所示 ，从 中可 以 看 出，缩孑 、缩松大部分 已经转移 到 了冒 口中 ，冒口有 Ｌ 足够大的补缩能力。但 是 ，由于补缩距离过 小 ，补缩通 道过早地被 阻断 ，造成两 冒 口之间 的轮缘 区域 以及 轮毂