华铸铸造工艺分析实例

Ⅰ 图十
图 十一
图 十二
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流动场：
1. 计算环境：
铸件最小壁厚：
10mm
计算网格大小：
9mm
计算网格数：
96 万
浇铸温度：
1550℃
铸件重量(包括浇冒系统)： 230Kg
2. 工艺图：
同上图八
3. 结论：
（1） 通过改进后工艺的流动场凝固模拟
计算分析。利用华铸 CAE 凝固模拟
分析软件后处理模块中的冲型速
华铸 CAE/InteCAST 铸造工艺分析软件集成系统曾作为全国唯一的一个铸造 CAD 成果参加了“首届 全国计算机应用博览会”，受到国家科委主任宋键的高度评价。另外中央电视台、“全国 CAD 应用工程通报” 都曾报道过该系统的应用情况。本系统曾作为南海中南铝合金轮毂有限公司 863/CIMS 工程的重要组成部 分，1998 年顺利通过国家科委的验收，国内外专家给予了高度赞扬。
图一 图二
Ⅰ
图三
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流动场：
1. 计算环境：
铸件最小壁厚：
22mm
计算网格大小：
12mm
计算网格数：
12.7 万
浇铸温度：
1580℃
铸件重量(包括浇冒系统)： 52.7Kg
2. 工艺图：同上图一
Ⅰ
3. 结论： (1) 通过改进后工艺的流动场凝固模拟 计算分析。利用华铸 CAE 凝固模拟分 析软件后处理模块中的冲型速度，如 图六所示此工艺方案对于流动场相对 较合理。 (2) 通过对此工艺流动场截面如图七的 分析，发现图中 I 处容易卷气、夹渣。
析软件后处理模块中的液相分布，
可以发现此工艺冒口（如图九）的
补缩通道在此时已完全中断。
（2） 为便于对图九中的问题进行分析,
进行了(如图十)所示的截面剖分。
从中可以清晰看到冒口的补缩通道
已完全中断。Ⅰ处为液相孤立区，
将出现严重的缩松、缩孔缺陷。
Ⅰ 图七
图八
图九
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（3） 过华铸 CAE 后处理模块中的缺陷判 断功能可预测此铸件缺陷最终大小 如图十一、图十二中的 7#、8#、11#、 12#所示，其中 9#、10#为冒口。
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二、典型铸件实例说明
z 实例一（普通铸钢件） 温度场： 1、计算环境： 铸件最小壁厚： 22mm 计算网格大小： 5mm 计算网格数： 352.8 万 铸件材质： C=0.29 Si=0.3 Mn=1.1 P=0.035 S=0.035 浇铸温度： 1580℃ 铸件重量（包括浇冒系统）： 52.7Kg 2、工艺图： 如图一（注：深蓝色为冷铁） 3、结论： （1）通过现行工艺温度场的凝固模拟计算 分析。利用华铸 CAE 凝固模拟分析软 件后处理模块中的液相分布，可以发 现此工艺冒口（如图二）的补缩通道 在此时已完全中断。为便于对图二中 的问题进行分析,进行了（如图三）所 示的截面剖分。从中可以清晰看到冒 口的补缩通道已完全中断。Ⅰ处为液 相孤立区，将出现严重的缩松、缩孔 缺陷。 （2）随着时间的推移,为便于进行缺陷分 析，进行了如图四、图五所示的截面 剖分。从中可明显发现Ⅰ处钢水补缩 通道在此中断，此处将出现缩松、甚 至缩孔缺陷。
华铸 CAE/InteCAST 的研制与开发过程中，先后完成了多项国家与省部级科研攻关项目，并获得多项 省部级科技进步奖，其中包括中国船舶工业总公司的“铸造工艺参数的优化”、湖北省科委的重点科技攻 关项目“球墨铸铁凝固模拟及铸造工艺 CAD”、“多材质铸件凝固模拟及铸造工艺 CAD” 及国家教委博士点 专项基金项目“气化模铸造充型过程数值模拟及其质量控制”等。上述项目均已通过省部级的专家鉴定， 鉴定认为诸多成果处于国内领先地位，达到国际先进水平。
Ⅰ 图 十六
Ⅰ
图 十七
Ⅰ
图 十八
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z 实例四（球铁件）
温度场：
1. 计算环境：
铸件材质：
QT400
铸件最小壁厚：
10mm
计算网格大小：
5mm
计算网格数：
666 万
浇铸温度：
1350℃
铸件重量(包括浇冒系统)： 415Kg
2. 工艺图：
见图十九（注：深蓝颜色处为冷铁）
3. 结论：
(1) 通过现行工艺温度场的凝固模拟计
华铸 CAE/InteCAST 铸造工艺分析软件集成系统已在国内众多工矿企业推广应用，其中包括中船总 宜昌四零三厂、广西玉林柴油机厂、南海中南铝合金轮毂有限公司、中国机车车辆总公司石家庄车辆厂、 宁夏吴忠仪表厂、中船总十二研究所、江汉石油四机厂、第二汽车制造厂、洛阳矿山机械厂、常州柴油机 厂、武昌造船厂、鞍山钢铁公司、航天第三研究院、兵器工业部 617 厂、兵器工业部 618 厂、江津增压器 厂、广东韶关铸锻总厂、浙江日月铸造有限公司、青岛四海电力铸造厂、山东金鼎铸造有限公司、大连重 型机床厂、山西榆次液压件厂、四川太升铸造有限公司、合肥叉车总厂、郑州铝厂、福州大学、上海柴油 机厂等。并对首都钢铁公司、柳州工程机械厂、洛阳拖拉机厂、东方汽轮机厂、沪东造船厂、江岸车辆厂、 武汉铸造厂、河北磁县汽车配件厂、山东潍坊柴油机厂、山东第一机床厂、国营山西 541 厂、兵器工业部 447 厂、铁道部山西永济机车厂、山西太原长锋耐磨件有限公司、山西临猗汽车配件厂、包头大众铸造有 限公司、河北邢台轧辊集团、河北张家口煤炭机械有限公司等企业实际铸件的铸造工艺进行了模拟分析。 实际应用表明，本系统可以很好地分析实际铸件的生产过程，预测卷气、冲砂、加渣、浇不足、冷隔、缩 孔、缩松等铸造缺陷，能够有效地优化工艺，提高产品质量，降低废品率、缩短产品试制周期，降低生产 成本，对实际生产具有重要的指导意义。对上述某四个工厂的追踪统计显示，在 1995 年至 1998 年初的两 年多时间内，运用本系统带来的直接经济效益达到 1700 多万元，效果颇为显著。
流动场 29.6 万
浇铸温度：
1550℃
铸件重量(包括浇冒系统)：250.9Kg
2. 工艺图：
见图三十一
3. 结论：
(1) 通过对端轴现行工艺温度场的凝固模拟
计算分析。利用华铸 CAE 凝固模拟分
析软件后处理模块中的液相分布，可以
发现此工艺冒口及冷铁的分布配制相
对比较合理。但Ⅰ区仍有小部分液相孤
立（如图三十二），此处将出现铸件组
12 个特殊点，包括铸件、砂芯、铸型
Ⅲ
等）的温度曲线。如图二十九所示。
(5) 利用华铸 CAE 凝固模拟分析软件后
处理模块中的梯度分布，可分析铸件
不同部位的温度传热方向、铸件热结
位置，帮助分析铸件形成缺陷的原
因。如图三十可明显的发现Ⅰ处铸件
的传热方向为砂芯，因故造成砂芯温
度超过 1000℃。
Ⅰ
图 二十五 Ⅱ Ⅳ
图 二十二
Ⅰ
● 实例六（灰铸铁件）
温度场：
1． 计算环境：
铸件材质：
HT-250
铸件最小壁厚：
8mm
计算网格大小：
3.5mm
度：
1360℃
铸件重量(包括浇冒系统)：370Kg
2. 工艺图：
见图二十四
图 二十三
图 二十四
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3．结论：
(1) 通过现行工艺温度场的凝固模拟计
算分析。利用华铸 CAE 凝固模拟分
析软件后处理模块中的液相凝固、
铸件色温，可以发现此工艺如图二
十五中铸件的整体凝固趋势以及铸
件缺陷位置。
(2) 为便于对此铸件工艺进行分析，进行
了如图二十六(液相分布)、图二十七
（铸件色温）截面剖分，从而可清晰
发现此二图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ处的缺
陷位置及大小。
(3) 利用华铸 CAE 凝固模拟分析软件后
z 预测铸件缺陷，优化铸造工艺 z 降低毛料消耗，提高工艺出品 z 增进科学决策，减少经验依赖 z 缩短试制周期，节省试制费用 z 敏捷市场反应，增强竞争优势 z 改善企业形象，促成外销订货
华中科技大学凝固模拟研究室
华铸 CAE/InteCAST 铸造工艺分析系统 实例说明
一、软件介绍
华铸 CAE/InteCAST 铸造工艺分析软件集成系统是分析和优化铸件铸造工艺的重要工具，是华中科 技大学（原华中理工大学）经十数年研究开发，并在长期的生产实践检验中不断改进、完善起来的一项软 件系列产品。它以铸件充型过程、凝固过程数值模拟技术为核心对铸件进行铸造工艺分析。可以完成多种 合金材质（包括铸钢、球铁、灰铁、铸造铝合金等）、多种铸造方法（砂型铸造，金属型铸造，压铸，低 压铸造，铁模覆砂铸造等）下铸件的凝固分析、流动分析以及流动和传热耦合计算分析。实践应用证明， 本系统在预测铸件缩孔缩松缺陷的倾向、改进和优化工艺，提高产品质量，降低废品率、减少浇冒口消耗， 提高工艺出品率、缩短产品试制周期，降低生产成本、减少工艺设计对经验对人员的依赖，保持工艺设计 水平稳定等诸多方面都有明显的效果。
算分析。利用华铸 CAE 凝固模拟分
析软件后处理模块中的铸件色温，可
以发现此工艺如图二十中的Ⅰ处(四
个冒口根部)。在此时(铸件凝固过程
中的碳化膨胀) 四个冒口根部未完全
封闭,导致铸件的铁水挤入冒口中,铸
Ⅰ
件将在这些地方出现缩松。
(2) 建议控制冒口的压边大小，使铸件凝
固过程中的碳化膨胀时四个冒口根部
度，可以发现此工艺（如图十三）
在 I、II 处冲型速度明显小于其它处，
说明此处气排不出去。
（2） 通过对此工艺流动场截面如图十四
的分析，发现图中 I 处明显卷气、夹
渣。
z 实例三（熔模铸钢件）
温度场
1. 计算环境：
铸件最小壁厚：
4mm
计算网格大小：
2mm
计算网格数:：
291 万
铸件材质：
ZG42CrMo
华铸 CAE/InteCAST 经过多年的努力，目前已成为一个比较成熟的商品化、实用化、集成化铸造工艺 CAE 系统。与国外同类软件相比，功能大体相同，但价格上要廉价得多，同时在技术服务、信息交流及后 续版本升级等方面具有国外软件不可比拟的优势；与国内同类软件对比，本软件系统，在商品化、实用化、 集成化等方面具有相当的优势。