大型铸钢件铸造过程的Procast应力场模拟研究
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时间相 当长 ， 际生 产 中易产 生 缩孔 缩 松 ， 实 热裂 纹
处理工序 ， 降低 了生 产成 本 和 周期 ， 提高 了企业 生
产效益 。
上 板 梁是 由重机 公 司承 担铸 造 和加 工 任 务 的 中 国二重 项 目， 是世界 上最 大吨 位油压机 ８万 吨油 压机 的主体设备 ， 主要 起 支撑 ， 并传 递 超 大压 力 的 作用 。因此 ， 上 板梁 的铸 造 质 量要 求 高 ， 对 在实 际
等缺 陷 ， 尤其 是 在 冒 口根 部 、 向 的长 凹槽 处 以及 横
几处 大 的拐 角 处 容易 产 生 裂纹 。表 １ 出 了上 板 给 梁 的化学成 分 。
表 １ 材 料 的 化 学 成 分
生产过程 中要严格 限制夹杂物 、 Ｌ 缩孑 缩松 、 裂纹变
收稿 日期 ：ｏ０ ９ ５ ２ １ 一ｏ —２
作者简介： 胡黎辉 （９０一） 男 ， １８ ， 马钢重 机机械设计研 究所 ， 铸造工
艺员 。
・
３ ・ ２
安 徽 冶 金 科 技 职 业 学 院 学 报
２ｌ 增刊 ０Ｏ年
２ １ 有 限元分 析前处理 ．
有 限元分 析前处理 包括三维 模型 的建立 ， 网格 的剖分 以及模 拟参 数 的设 置 三 部分 。在 应 力 场模 拟计 算前首 先需 要 对整 个铸 造 系 统 （ 括铸 件 、 包 铸 型、 冷铁 、 浇道及 冒 口） 进行 三 维模 型 建 立 ， 然后 再
程进行热 应力数 值 模 拟 可 以更 好地 了解铸 件 凝 固
过程 中应 力 和变形 的动态变 化 ， 此基础 上研究 和 在
用水玻 璃 石 英 砂 ， 砂 用 铬 铁 矿 砂 ， 度 为 ３ 面 厚 Ｏ～ ５ｒ ０ ｍ。在 冒 口不易 补缩 的部 位 加设 冷 铁 以增大 冒 ａ 口补缩效 果 ， 在侧 面和底 面放 ２ 块挂 砂外 冷铁 。 共 ０ 此外 ， 预计应 力 较 大部 位 加设 拉 筋 ， 在 以减少 铸 件
第 ２ 卷 增 刊 ０
２１ ０ ０年 ｌ １月
安 徽 冶 金 科 技 职 业 学 院 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ Ｊ ｌｉ ｃ ｔ ｎ ｌＣ Ｈ ｇ ｔ ｌ ｒｙ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ｆＡ １ｕ ａ ｏ ａ ｏ ｅ ｅ ｏ Ｍｅａ ｕ ｇ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｝ Ｖｏ ｉ ｆ ｌ
１ 上板梁铸造工艺基本情况介绍
本 文 所要 进行 模 拟 的上 板梁 的基本 轮廓 尺 寸
为长 ｌ ．６米 ， ５ ８ 米 ， ０ ９ ， ２５ 宽 ．８ 厚 ．５米 毛重 ２ ５吨 ， ７ 浇 冒口重 １０吨 ， ６ 总钢 水量 ４ ５吨 。图 １ ３ 为上 板梁 铸 造工艺 简 图。 该铸件 采用 ３个 小 冒 口和一 个 大 冒 口进行 补
进行应 力场的有限元模拟分析 ， 并根 据模拟结果分析 了上板 梁在凝固冷却后各部位有效应 力的分布状况以及上板 梁最终 的
变 形趋 势 。模 拟 结 果与 实 际生 产 情 况较 为吻 合 。
关键词 ：ｒａ； Ｐｅｔ ｏｓ上板粱；Baidu Nhomakorabea应力场； 模拟分析
中 图分 类号 ：Ｇ ４ ． 文献 标识码 ： 文章 编号 ：６２—９９ （００ 增 一０ ３ — ３ Ｔ ２４ １ Ａ １７ ９ ４ ２ １ ） ０１ ０ 铸造过 程计 算 机数 值 模 拟技 术 的研 究 与 开 发 已经历 四十年发 展 历 程 ， 经过 了从 简单 到 复 杂 、 在 从 宏观到微 观 、 从实验 室到工 业实 际应用 的几个 过 形等铸 造缺 陷 。
在冷却凝 固过 程 中 的局部 位 置 发生 热 裂 和冷 裂 的
预测热裂 ， 并且 对铸件 进行 残余应 力 和残余 变形 分 析 ， 以 为 实 际 生 产 提 供 科 学 指 导 。而 Ｐｏａｔ 可 ｒ ｓ ｃ 有 限元 模拟 软件 能 预先 对 大 型铸 钢 件 的铸 造 过 程
状 、 寸精度 和使 用 性 能有 很 大 的影 响 ， 至 给企 尺 甚 业造成 巨大损 失 。这 两 种铸 造 缺 陷 都直 接 和凝 固 过程 中热 应力 的产生 与 发展 有 关 。对 铸件 凝 固过
计 中使 用 过 的 最 大 冒 口， 是 整 个 铸 件 冷 却 最 缓 它 慢， 偏析 最 大 的部 位 。生产 中采 用 地坑 造 型 ， 砂 背
对 三维模 型进 行有 限元 网格 剖分 。 网格 剖 分是 有 限元 分析 中一个 非常重要 的环节 ， 它直接 影 响到计
进行 流场 、 温度场 和应力 场进 行较好 的耦合 计算模 拟 ， 以很好 预测 应力 、 可 裂纹 和变形 情况 ， 因此 改 并 进工艺 以尽 量减少 甚至 消除缺 陷 ， 而减少 了后续 从
可能性 。铸件 浇注温 度为 １６ ￣ ５０Ｃ， ５０Ｃ一１７ ｏ 在地 坑 ． 中保 温大 约 ２ 一 件最 高 温 度 小 于 ３０ ８天 铸 ５ ℃打箱 起 坑 。由于铸件 凝 固 、 冷却过 程 中与型腔 的热作用
缩 ， 中的大 冒 口是重 机公 司迄 今为止 铸造 工艺设 其
程 之后 。数 值模 拟仿 真 技 术 已逐 步 走 向成 熟 应用 并 已成为多 数铸造 企业不 可缺 少 的技 术手段 【。 】 』 在铸造 生产 中 ， 裂纹 和变形 是铸 钢件尤其 是大 型铸钢 件 中普 遍 存 在 的铸 造 缺 陷 ， 对 铸 件 的形 这
－
Ｖ０ ．０ １２
Ｎｏ ｖ．２ ０ Ｏ１
大 型 铸 钢 件 铸 造 过 程 的 Ｐｏａｔ 力 场 模 拟 研 究 ｒｃｓ应
胡黎 辉
（ － 股份 公 司重 型 机械 设备 制 造 公 司 安 徽 马 鞍 山 ２ ３０ ） ６钢 ４００
摘 要 ： 通过对二重 上板梁 的凝固 模拟来具体阐述了 过程 如何应用ｌｃ ｔ 元模拟软件对大型 ￣ ａ 有限 ｏｓ 铸钢件的 铸造成形 过程
处理工序 ， 降低 了生 产成 本 和 周期 ， 提高 了企业 生
产效益 。
上 板 梁是 由重机 公 司承 担铸 造 和加 工 任 务 的 中 国二重 项 目， 是世界 上最 大吨 位油压机 ８万 吨油 压机 的主体设备 ， 主要 起 支撑 ， 并传 递 超 大压 力 的 作用 。因此 ， 上 板梁 的铸 造 质 量要 求 高 ， 对 在实 际
等缺 陷 ， 尤其 是 在 冒 口根 部 、 向 的长 凹槽 处 以及 横
几处 大 的拐 角 处 容易 产 生 裂纹 。表 １ 出 了上 板 给 梁 的化学成 分 。
表 １ 材 料 的 化 学 成 分
生产过程 中要严格 限制夹杂物 、 Ｌ 缩孑 缩松 、 裂纹变
收稿 日期 ：ｏ０ ９ ５ ２ １ 一ｏ —２
作者简介： 胡黎辉 （９０一） 男 ， １８ ， 马钢重 机机械设计研 究所 ， 铸造工
艺员 。
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安 徽 冶 金 科 技 职 业 学 院 学 报
２ｌ 增刊 ０Ｏ年
２ １ 有 限元分 析前处理 ．
有 限元分 析前处理 包括三维 模型 的建立 ， 网格 的剖分 以及模 拟参 数 的设 置 三 部分 。在 应 力 场模 拟计 算前首 先需 要 对整 个铸 造 系 统 （ 括铸 件 、 包 铸 型、 冷铁 、 浇道及 冒 口） 进行 三 维模 型 建 立 ， 然后 再
程进行热 应力数 值 模 拟 可 以更 好地 了解铸 件 凝 固
过程 中应 力 和变形 的动态变 化 ， 此基础 上研究 和 在
用水玻 璃 石 英 砂 ， 砂 用 铬 铁 矿 砂 ， 度 为 ３ 面 厚 Ｏ～ ５ｒ ０ ｍ。在 冒 口不易 补缩 的部 位 加设 冷 铁 以增大 冒 ａ 口补缩效 果 ， 在侧 面和底 面放 ２ 块挂 砂外 冷铁 。 共 ０ 此外 ， 预计应 力 较 大部 位 加设 拉 筋 ， 在 以减少 铸 件
第 ２ 卷 增 刊 ０
２１ ０ ０年 ｌ １月
安 徽 冶 金 科 技 职 业 学 院 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ Ｊ ｌｉ ｃ ｔ ｎ ｌＣ Ｈ ｇ ｔ ｌ ｒｙ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ｆＡ １ｕ ａ ｏ ａ ｏ ｅ ｅ ｏ Ｍｅａ ｕ ｇ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｝ Ｖｏ ｉ ｆ ｌ
１ 上板梁铸造工艺基本情况介绍
本 文 所要 进行 模 拟 的上 板梁 的基本 轮廓 尺 寸
为长 ｌ ．６米 ， ５ ８ 米 ， ０ ９ ， ２５ 宽 ．８ 厚 ．５米 毛重 ２ ５吨 ， ７ 浇 冒口重 １０吨 ， ６ 总钢 水量 ４ ５吨 。图 １ ３ 为上 板梁 铸 造工艺 简 图。 该铸件 采用 ３个 小 冒 口和一 个 大 冒 口进行 补
进行应 力场的有限元模拟分析 ， 并根 据模拟结果分析 了上板 梁在凝固冷却后各部位有效应 力的分布状况以及上板 梁最终 的
变 形趋 势 。模 拟 结 果与 实 际生 产 情 况较 为吻 合 。
关键词 ：ｒａ； Ｐｅｔ ｏｓ上板粱；Baidu Nhomakorabea应力场； 模拟分析
中 图分 类号 ：Ｇ ４ ． 文献 标识码 ： 文章 编号 ：６２—９９ （００ 增 一０ ３ — ３ Ｔ ２４ １ Ａ １７ ９ ４ ２ １ ） ０１ ０ 铸造过 程计 算 机数 值 模 拟技 术 的研 究 与 开 发 已经历 四十年发 展 历 程 ， 经过 了从 简单 到 复 杂 、 在 从 宏观到微 观 、 从实验 室到工 业实 际应用 的几个 过 形等铸 造缺 陷 。
在冷却凝 固过 程 中 的局部 位 置 发生 热 裂 和冷 裂 的
预测热裂 ， 并且 对铸件 进行 残余应 力 和残余 变形 分 析 ， 以 为 实 际 生 产 提 供 科 学 指 导 。而 Ｐｏａｔ 可 ｒ ｓ ｃ 有 限元 模拟 软件 能 预先 对 大 型铸 钢 件 的铸 造 过 程
状 、 寸精度 和使 用 性 能有 很 大 的影 响 ， 至 给企 尺 甚 业造成 巨大损 失 。这 两 种铸 造 缺 陷 都直 接 和凝 固 过程 中热 应力 的产生 与 发展 有 关 。对 铸件 凝 固过
计 中使 用 过 的 最 大 冒 口， 是 整 个 铸 件 冷 却 最 缓 它 慢， 偏析 最 大 的部 位 。生产 中采 用 地坑 造 型 ， 砂 背
对 三维模 型进 行有 限元 网格 剖分 。 网格 剖 分是 有 限元 分析 中一个 非常重要 的环节 ， 它直接 影 响到计
进行 流场 、 温度场 和应力 场进 行较好 的耦合 计算模 拟 ， 以很好 预测 应力 、 可 裂纹 和变形 情况 ， 因此 改 并 进工艺 以尽 量减少 甚至 消除缺 陷 ， 而减少 了后续 从
可能性 。铸件 浇注温 度为 １６ ￣ ５０Ｃ， ５０Ｃ一１７ ｏ 在地 坑 ． 中保 温大 约 ２ 一 件最 高 温 度 小 于 ３０ ８天 铸 ５ ℃打箱 起 坑 。由于铸件 凝 固 、 冷却过 程 中与型腔 的热作用
缩 ， 中的大 冒 口是重 机公 司迄 今为止 铸造 工艺设 其
程 之后 。数 值模 拟仿 真 技 术 已逐 步 走 向成 熟 应用 并 已成为多 数铸造 企业不 可缺 少 的技 术手段 【。 】 』 在铸造 生产 中 ， 裂纹 和变形 是铸 钢件尤其 是大 型铸钢 件 中普 遍 存 在 的铸 造 缺 陷 ， 对 铸 件 的形 这
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Ｖ０ ．０ １２
Ｎｏ ｖ．２ ０ Ｏ１
大 型 铸 钢 件 铸 造 过 程 的 Ｐｏａｔ 力 场 模 拟 研 究 ｒｃｓ应
胡黎 辉
（ － 股份 公 司重 型 机械 设备 制 造 公 司 安 徽 马 鞍 山 ２ ３０ ） ６钢 ４００
摘 要 ： 通过对二重 上板梁 的凝固 模拟来具体阐述了 过程 如何应用ｌｃ ｔ 元模拟软件对大型 ￣ ａ 有限 ｏｓ 铸钢件的 铸造成形 过程