Procast模拟软件在铸钢件上的应用

邓立新 张志强

摘 要：本文借助于Procast模拟软件对铸钢件工艺进行模拟分析，针对模拟结果进行工艺优化，最终达到对传统技术的提升和对新工艺研发采用最佳优化方案的目标，保证铸件质量，降低产品成本，促进企业发展。

关键词：Procast模拟；铸钢件；工艺优化

中图分类号：TP31 文献标识码：A

1 前言

Procast模拟软件是铸造凝固仿真软件之一，由法国ESI公司开发，已有20多年的历史，其基于强大的有限元分析，可以模拟分析铸造生产过程中可能出现的各种问题，包括缩孔、裂纹、应力、变形等，为铸造工程师提供理论科学依据。

我厂主要生产铸钢件，从引进Procast模拟软件后，首先对传统铸造工艺进行优化，降低生产成本，同时积累软件应用实践数据，为新技术的研发做好准备，提高研发产品的成功率，缩短优质铸件生产周期。

2 Procast软件推广应用实例

2.1 Procast软件优化工艺应用

锥体为结构简单的回转体铸件，最大轮廓尺寸φ1780×3280mm，种类为我厂常规铸件产品，工艺一直沿用90年代方案，即条形实样冒口2个，冒口下增设补贴作为补缩通道，铸造重量为23t，铸造钢水总量为50t。此铸造方案生产的铸件满足技术要求JB/T5000.6二级探伤等级，因此，工艺一直沿用。

锥体的工艺信息显示，其铸造工艺出品率为23/50×100%=46%，从其结构和材质等几点考虑，完全有提升的空间。以往没有进行工艺优化，是因为缺少技术支持，盲目的采用试错法会花费很长时间，也很可能导致铸件缺陷的产生，在以保证铸件质量的大前提下，只能沿用传统方案。现在引进了Procast模拟软件，可以以模拟分析的结果作为理论技术支持，在改进方案的同时，也可以为Procast软件的应用积累实践数据。

整体方案的实施步骤为，首先对传统工艺进行模拟分析，结果显示缩孔缩松有效集中在冒口位置，铸件内部无铸造缺陷；然后主要对冒口参数进行优化，采用条形冒口的目的是为了增加冒口的延续度，延长冒口补缩距离。提高冒口利用率，引进保温冒口材料，减小冒口尺寸，有效节约钢水。优化工艺方案的钢水量总量45t，节约钢水5t。优化工艺方案的缩孔缩松判据如图1所示：

2.2 Procast软件新工艺上的应用

半齿轮铸件虽然结构简单，但是壁厚差异大，因此容易在凝固收缩过程中产生铸造裂纹。齿轮类铸件都要求组织致密，保证齿轮在加工过程中无铸造缺陷。因为有procast模拟软件优化锥体工艺的经验，因此在制定半齿轮铸造工艺方案时，可以参照模拟分析结果，制定方案。

此齿轮工艺重量为12.2t，轮廓尺寸为φ3895×530mm，材质ZG34Cr2Ni2Mo 。优质铸件生产的必要条件是在工艺设计时要充分考虑补缩，控制铸件顺序凝固，创造有利的补缩条件，提高铸件补缩致密度。根据齿轮自身结构计算，可以通过在轮缘外侧放置补贴，控制齿轮铸件的顺序凝固。经过合理设计，确定冒口、补贴等参数后，总钢水量为20t，工艺出品率为61%，然后采用Procast模拟软件对工艺方案进行验证分析，如图2固相分布结果所示，铸件补缩通道畅通，顺序凝固得到控制，缩孔向冒口转移，可以认为达到了形成致密铸件的条件。

一般单幅板齿轮铸件出品率在55%左右，与经验对比，此工艺出品率偏高，通常工艺设计时为保证铸件质量，一般会采取微调冒口尺寸等，控制出品率在经验范围内，避免由于钢水补缩体积严重不足引起的铸造缺陷。因为模拟结果显示方案可行，所以暂时不对方案做调整，以此方案进行试生产。

3 Procast软件应用成果总结

两个产品工艺经过实践，生产出来的铸件均达到一次UT探伤合格。通过Procast模拟软件的应用，锥体工艺出品率提高4%；齿轮在工艺设计时以Procast软件作为技术支持，制定工艺方案，为新工艺，新产品的研发提供了参考经验，与以往的试错法相比，有效缩短了优质铸件的生产周期。

模拟软件具有广阔的应用前景，对于新的产品类型和各种异形铸件工艺的研发具有十分重要的参考价值，能为企业带来巨大的经济效益和市场竞争力。

参考文献

[1]哈尔滨工业大学.大型铸钢件生产[M].哈尔滨：黑龙江人民出版社，1979.

[2]李魁盛.铸造工艺及原理[M].北京：机械工业出版社，1987.