MAGMA模拟软件在摇臂壳体铸件工艺优化中的应用

李海亮

（太原重工铸锻分公司铸钢厂，山西 太原 030024）

某摇臂壳体主要用于采煤机装配部件的一个关键零件。该铸件不但有铸件致密性和气密性要求，而且不允许有任何粘砂缺陷。摇臂壳体铸件结构如图1，材料为ZG25Mn2，质量为11.2t，基本尺寸外形为3956mm×1200mm×1734mm。

图1 摇臂壳体实体图

在铸造过程中容易出现缩松、缩孔等缺陷，导致铸件的致密度不高。如何消除缩松、缩孔等铸造缺陷，改进表面质量，提高铸件的收得率是摇臂壳体生产面临的主要问题。

应用MAGMA模拟软件，对设计的生产工艺方案进行了凝固模拟分析，并与实际出现的缺陷进行比较，确定了摇臂壳体铸件生产的工艺方案。

1 工艺方案设计

铸件采用重力铸造，树脂自硬砂造型，工艺图如图2所示。

图2 摇臂壳体工艺图

工艺方案采用11个小冒口，并适当的增加冒口增肉，增强补缩效果。采用两层浇道，开放式浇注。

2 凝固模拟分析

2.1 凝固模拟方案

应用MAGMA模拟软件，对该方案进行数值模拟分析。

工艺采用Solidwork软件进行三维造型，应用MAGMA模拟软件进行前处理、网格划分、模拟参数的设定、模拟过程、后处理。

首先需要在Project中新建一个文件名，在此文件名下进入PreProcessor，设计好模型后采用有限差分法对铸件模型进行网格的划分。网格划分后的模型应尽量与实际模型相符，以确保实验结果的准确性。网格划分完成后进行模拟参数的设定，包括材料定义（需设计铸件、冒口、浇注系统等各部分所用的材料、浇注温度、液相临界温度、固相临界温度），热物性参数。

2.2 模拟结果和分析

图3所示在不同凝固时刻t下铸件液相分布的模拟结果。可见，随着凝固过程的推进，铸件下部产生了2处明显的孤立液相区，这些区域容易形成缩松，缩孔。铸件出现缩松，缩孔无法满足技术要求。

图3 不同时刻的模拟结果图

3 工艺方案优化

基于上述模拟结果，对工艺进行改进，适当的增加某些补贴的厚度，位置，并结合使用挂砂外冷铁，加强底部冷却，同时改变两个冒口的位置和大小。

如图4所示，相比较原方案，改进方案的缩松，缩孔显著减少，特别是铸件本体中几乎消除了缩松比例大于25%的单元，适当的改变冒口的大小，提高了工艺收得率。该工艺改进措施对实际铸件工艺设计有辅助作用。

图4 改进工艺后的模拟效果及实际生产的铸件

4 结论

1）利用MAGMA模拟软件可预测铸件缺陷位置，判定铸造工艺方案的合理性和经济性，有效地缩短了试生产周期，降低了生产成本。

2）结合模拟结果，分析缺陷产生的部位和原因，优化工艺方案并且通过凝固模拟进行验证。最终的工艺方案应用到实际生产中，提高了工艺收得率，对实际铸件工艺设计有很好的辅助作用。

［1］中国机械工程学会铸造分会.铸造手册：第3卷［M］.北京：机械工业出版社，2002.

［2］李弘英，赵成志.铸造工艺设计 [M].北京：机械工业出版社,2006.

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