轴承座铸造工艺方案研究及模拟

轴承座 是 机 械制 造 中 的典 型 部件 ， 公 司铸 我 造 分 厂生产 该类 铸 件 已有 数 十 年 历史 ， 年 轴 承 近 座 订货 量 仍 维 持 较 大 。为 了更 好 的 生 产 该 类 铸 件， 提高 效 率 ， 低成 本 ， 现 有 工艺 以及 预 改进 降 对 工 艺进 行模 拟 比较 ， 使其 方案 达 到最佳 ， 以便进 行 最 有效 率 的生 产 。
于模 拟铸 造 充 型 凝 固过 程 的 计 算 机 数 值 仿 真 软
件 ， 为前 处 理 、 分 网格 划分 、 拟计算 、 处 理几个 模 后 模 块 。在 前 处 理 中 ， 下 拉 菜 单 “ ｉ ”中 选 择 从 Ｆｌ ｅ “ ｏｄＳ Ａ 按照 工艺 方 案 导 人 工艺 各 组 成 部 分 Ｌ ａ Ｌ ”， 的 ．ｔ格式 文件 。在 图 中建 一 个立 方 体 代 替 砂 ｓ ｌ
Ｊ ｎ ａｙ２ ２ ａ ｕ ｒ ０１
４ 结论
Ａ １Ｑ弦管 各 项 性 能 指 标 均 满 足 相 关 标 准 ５７ 和技 术协 议要 求 。
该 材料 主要 用 于 自升式 钻井 平 台桩腿 齿 条 弦 管， 以上 检测 和试 验项 目均进 行 了 Ａ Ｓ和 Ｃ Ｓ现 Ｂ Ｃ
对 弦 管 的常规 检验 和低 温 冲击性 能 检验 结果
优方案进行生产 ， 少 生产成本。 减
关键词 ： 轴承座 ； 铸造 ； 数值模拟
中 图 分 类 号 ：Ｇ ４ ０ ４ Ｔ ２ ，２２ 文 献 标 识 码 ： Ｂ
Ｒｅ ｅ ｒｈ ａ ｄ Ｓ ｍｕ ａｉｎ ｏ ｓｉ ｇ Ｐ ｏ ｅ ｓｆｒＢｅ ｒｎ ｏ ｋ ｓ ａｃ ｎ ｉ ｌｔｏ ｎ Ｃａ ｔｎ ｒ ｃ ｓ ０ ａ ｉｇ Ｃｈ ｃ
设置 的 区别 。其 冒 口设 置 方 案 主 要 有 以 下两 种 ：
１ 方 案 一 ： 浇 ， 同 一侧 的 大 热 节 上 放 置 一 个 ） 平 在
冒 口， 放置 ２个 冒 口 ， 图 ２ ） 共 如 ａ 所示 ； ） 案二 ： ２方 立浇 ， 整个铸 件所 有热 节 由一个 冒 口进行 补缩 ， 将 整个 放置 １个 大 冒 口 ， 图 ２ ） 示 。 对 这 两种 如 ｂ所
ＨＥ ＡＶＹ Ｃ Ｔ ＮＧ ＡＳ Ｉ ＡＮＤ Ｆ ＯＲＧ ＮＧ Ｉ
Ｊ ｎ ａｙ ２ １ ａ ｕ ｒ ０ ２
（ ） 案一 ａ方
（ ） 案 二 ｂ方
图 ２ 铸造方案示意 图
Ｄ ＝ （ ． ～１ ５） １３ ． ｄ
４ ｌ ×６。 ０ｍＴ ｌ
为 了保证 冒 口 的延 续 度 ， 冒 口长度 增 加 约 将
Ｇ 史际 ＝５８０ｋ ， 口可 补 缩 的铸 件 最 大 重 量 计 ０ ｇ 冒 算 值 Ｇ｜按 下式 计算 ］ ｛ 箅 ：
Ｇ 博 ＝ Ｇ冒 ‘
理 准备 完成 ， 查 无 误 后 保 存 退 出。进 入 网格 划 检
分模 块 ， 根据 铸件 大 小 以及模 拟经 验 ， 定 划分 网 选 格数 为 ２ ０ ０ ， ００ ００ ０ 生成 网格 。完 成 网格 划 分 后 按 照重力 铸 造过 程对 铸件 材料 、 传导 系数 、 固 热 凝 以及执 行模 拟参 数 进 行 设 置 ， 置 完 成 后 对 凝 固 设
进 行分 析 ， 满足 自升式 钻井 平 台桩腿 用 Ａ １ Ｑ 弦 ５７
管 的订 货 要求 ， 足 Ａ Ｓ规 范要 求 。 同 时钢 水 的 满 Ｂ 纯净 度较 高 ， 害 元 素 和 Ｐ Ｓ元 素 含 量 低 ， 个 五 、 整
一
个半 径 的长 度 。即 总 长 度 为 １５ ．Ｄ。其 高 度 日
＝
２ ＭＡＧＭＡ 模 拟分 析
（． ０９ Ｄ ０ ７～ ． ）
ＭＡ ＭＡ是 一套 基 于有 限差 分原 理 编 制 的用 Ｇ
同 时 ， 了保 证 冒 口对铸 件有 良好 的补 缩 能 为
力 ， 冒 口周 围撞 一层保 温 材料 ， 冒 口上表 面要 在 在 覆盖 发热 剂 和保 温剂 。
它 重迭 的体 积 空 间。 因此 ， 导 入 的 文件 以及 砂 将 箱 按照砂 箱 、 口、 铁 、 件 的顺 序排 列 。前 处 冒 冷 铸
铸件 ， 因此 需用 铸 件所需 补 给量 法验 算 冒 口尺 寸 。
其判 断 依 据 为 Ｇ 算≥Ｇ 际； 知铸 件 的实 际 毛重 计 实 已
最 大 轮廓 尺寸 约为 １５ ０ｍｍ×９ ６ ５ｍｍ×９ ５ ｍＴ， １ ｌ ｌ 重 约 ４ ３ ４ ｋ 。 其 力 学 性 能 满 足 ： ｍ２≥ ５ ０ ７ ｇ Ｒ １ ＭＰ ， 为 （ ４ ａＲ ７ ０～８ ０ ＭＰ ， ８ ） ａ Ａ≥１ ％ ，０ 冲击 ２ ２％
Ｌａ ｉｎ ， ａ ｇＬ ， ｈ ｎ ａ ａ ｉｏ Ｑ ｏ ｇ Ｗ ｎ ｉ Ｚ ａ ｇＹ ｃｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｏ ｋ ｎ ｓｏ ａ ｔ ｇｔｃ ｎ ｑ ｅ ｐ ｏ ｒ ｍ ｏ ｅ ｔ ｇ ｃ ｏ ｋ ａ ｅｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｉ ｉ ａ ｅ ．Ｂｏｈ ｔｃ ｎ ｌｇ ｅ ｓｒ ｃ ： ｗ ｉ ｄ ｆｃ ｓｉ ｅ ｈ ｉ ｕ ｒ ｇ ａ ｆｒｂ ａ ｎ ｈ ｃ ｒ ｉｃ ｓ ｅ ｔ ｓｐ ｐ ｒ ｎ ｉ ｎｈ ｔ ｅ ｈ ｏｏ ｉ ｓ ａ ｅ ｓ ｌｔ ｄ ｂ ｈ ｏｔ ｒ ｒ ｉ ａｅ ｙ ｔ ｅｓ ｆ ｍｕ ｗａ ｅＭＡＧＭＡ．Ｃ ｍｐ ｒ ｈ ｅ ｕ ｔ ａ ｄ ｃ ｏ ｓ ｈ ｅｔ ｒ ｎ ｏ ｒ ｄ ｃ ｉｎ ｉ ｒ ｅ ｏｒ ｄ ｃ ｏ ａ ｅｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｎ ｈ ｏ ｅ ｔ ｅ ｂ ｔ ｅｆｒｐ ｏ ｕ ｔ ｏｄ ｒ ｅ ｕ ｅ ｓ ｅｏ ｏ ｎ ｔ ｔｅｐ ｏ ｕ ｔ ｎ ｃｓ． ｈ ｒｄ ｃｉ ｏｔ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ｂ ａ ｎ ｈ ｃ ｙ ｗｏ ｄ ： ｅ ｔ ｇ ｃ ｏ ｋ；ｃ ｓ ｎ ｒ ｃ ｓ ；ｓ ｌｔ ｎ ｉ ａ ｔ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ｉ ａｉ ｉ ｍｕ ｏ
式 中 Ｇ — — 冒 口的重量 ；
— —
冒 口的补 缩效 率 ；
ｓ —— 钢 液 的凝 固收缩 值 。
过 程进行 计 算 。运 算 结 束 后 进 入 后 处 理 模 块 ， 对
模 拟结 果进 行分 析 和输 出 。
其 中 Ｇ冒 ＝４２０ ｋ ， Ｉ＝３５ ０ｋ ， ＝ ０ ｇ Ｇ冒 】 ０ ｇ 叼
用ＣＸ Ａ Ａ软 件 对铸 件 进 行 建模 ， 在 相 应 位 并
置 添加 冒 口与冷 铁 ， 别 见 两 个方 案 的三 维 模 型 分 示意 图 ， 图 ２所 示 。然 后 将 铸件 、 口、 铁 分 如 冒 冷
功
≥２ 。铸 造 技 术 条 件 按 通 用 技 术 条 件 ７Ｊ
Ｄ Ｎ Ｎ１ ５ ． ， Ｉ Ｅ ５ ９ １ 内部 状 况 按 Ｓ ２ ０ ２， 验 等 级 Ｎ０． 检
图 １ 轴承座结构示意图
Ｆ ｇ ｒ Ｂ ａ ｉｇ ｃ ｏ ｋ ｄ ａ ｒｍｍａｉ ｒ ｗｉｇ ｉｕ ｅ １ ｅ ｒｎ ｈ ｃ ｉ ｇ ａ ｔ ｄａ ｎ ｃ
方案 进行 模拟 计算 ， 比较 铸件 内部 质量 及 收得率 ，
选取 最优 方案 。
收 稿 日期 ：０ １ ５ １ ２ １ —Ｏ — ６
在满 足 冒 口最 终凝 固条 件 的 同时 ， 应 保 证 还 冒口有 足够 的钢 水量对 铸 件进行 补 缩 。用热 节 圆
法 计算 的 冒 口尺 寸 只说 明 冒 口晚 于铸 件 凝 固 、 冒 口下没 有 缩孔 ， 能 说 明 冒 口是 否 足够 补 缩 整 个 不
箱， 对于 每个 部分 选 择相 应 类别 （ ａｔｆｅｅ、ｈｌ ｃｓ、 ｄｒｃｉ ｅ ｌ 等） 以便 以不 同颜 色 区分 各 部 分 。根 据 “ 迭 原 重 则 ” 最后 建 的 体 积 有 最 高 的优 先 度 可 以 占据 与 ，
的缩孔 疏松 等缺 陷 。 方 案一 ： Ｉ Ａ Ｎ Ｙ ＭＡ 判 据 ， 示 结 果 如 图 ３所 显
示。
浇 注系统 的设 置应 以使钢 液在 较短 的时间 内 平 稳 、 速地 流入 型腔 为原 则 ， 快 同时 还要 采取 必要 措 施来 防止氧 化 和减少 收缩 。因而 整个 浇注 系统 按 照开 放 的原 则来 确定 各部 分 的尺 寸和数 量 。包 孑 直径 ６ Ｌ ０ｍｍ， 使钢水 流 动平 稳 、 为 畅通 、 快速 ， 需 保 证一 定 的 比例 关 系 ， 定 的 各 部数 量 和 尺寸 如 确
数 ：
铸 件孔 径 向线收 缩率 ：．％ ； １７ 机 械加工 余量 ： 面和 孔面 为 １ 上 ６ｍｍ， 下面 和
侧 面为 １ ｍ； ３ｍ 工 艺补 正量 ： ５ｍ ＋ ｍ； 浇 注温 度 ： ５ ５～１５ ５Ｃ。 １５ ６ ｏ
轴承 座结 构 如 图 １所 示 ， 质 为 Ｚ ３ ＣＭｏ 材 Ｇ５ｒ ，
冒 口的设 计 是 按 照 冒 口宽 度 Ｄ 与该 处 最 大 热节 圆直径 ｄ的关 系来 确 定 的 ， 其公 式为 ：
１ ９
作者简介 ： 廖琼 （９ ５ ） 女 ， 理工程 师 ， １８ 一 ， 助 主要从 事大型铸件 铸 造工艺研究及数值模拟研究。
Ｎｏ ．１
《 大型铸锻件》
１ 工 艺方 案
１质 量 等 级 Ｖ ， 部 状 况 按 ＤＮ Ｅ ３９ ＤＮ ， ３外 Ｉ Ｎ １ ６ ／ Ｉ Ｅ ３ １１ 质 量 等级 Ｓ 。 Ｎ １７ —， ３
根据我厂厂标 《 钢件 工艺设 计规范》 铸 有关
内容 ， 结 合 轴 承 座 的 生 产 经 验 来 设 计 工 艺 参 并
别保 存 为 ．ｔ格 式文 件 。 ｓ ｌ
１ １ 冒 口设计 ．
铸件 冒 口的设 计 是 保 证 铸 件 质量 的关 键 ， 冒 口的参数 应 以保证 铸件 浇注后 能 使铸件 获 得充分 的补缩 为前 提 ， 口内钢水 的补缩 效 率越 高越好 。 冒 对 于此轴 承 座的铸 造工 艺方 案 主要考 虑铸 件 冒 口
生 缺陷 的可 能性 较大 ， 且从 图 ４ ｄ 对 应 的截 面 为 （） 孔下 部 支撑 部位 ， 以看 出多 处有 可能 产 生缺 陷 。 可
直 浇 道 １０ｍｍ、 浇 道 １０ｍｍ、 ０ 横 ０ 内浇 道
２０
Ｎｏ． １
《 大型铸锻件》
ＨＥＡＶＹ ＣＡＳ ＮＧ ＴＩ ＡＮＤ ＦＯＲＧＩ ＮＧ
１％ ， ４ ｓ＝５ ， 计 算 Ｇ 算 ％ 经 计 ＝７ ５ ０ ｋ ， 计 ｂ： ６ ｇ Ｇ 算 ６３ ０ｋ 。因此满 足 判据 Ｇ 算≥Ｇ 际， 明 冒 口足 ０ ｇ 计 实 说 以补缩 整 个铸 件 。
１２ 浇注 系统 设 计 ．
根据 ＮＹ Ｍ Ｉ Ａ Ａ判据 分析该铸件可 能存 在
《 大型铸锻件》
Ｈ ＥＡＶＹ ＣＡＳ ＮＧ ＴＩ ＡＮＤ Ｆ０ＲＧＩ ＮＧ
Ｎｏ ．１
Ｊ ｎ ａｙ２ １ ａ ｕ ｒ ０ ２
轴 承座 铸 造 工 艺 方 案研 究及 模 拟
廖 琼 王 莉 张 亚 才
（ 津重型装备工程研究有限公 司， 津 ３０５ ） 天 天 ０４ ７
摘要： 探讨 了两种轴承座铸造工 艺方案。采用 ＭＡ ＭＡ软件 对两种 方案进行 模拟 ， 比模 拟结果 ， Ｇ 对 选择 较
下：
从 图 ３中可 以看 出 ， ３ ｃ 所 示 为 去 除 冒 口 图 （） 后从 浇 注方 向俯 视 图 ， 口下 以及 轴 承座 孔 中心 冒
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部位铸件表面质量均较好 ， 基本不会产生缺陷。
方案 二 ： ＩＡ ＮＹ ＭＡ 判 据 ， 示 结 果 如 图 ４所 显
示。
从 图 ４中可 以看 出 ， 轴 承 座 孔 中心 底 部 产 在