基于MAGMASOFT模拟的高压内缸铸造工艺优化

顾峰

摘 要：高压内缸系列产品的质量要求非常严格，通过MAGMA模拟优化铸造工艺，不仅能够减少零件的内部缺陷，使零件力学性能达到要求，还能显著提高生产效率，降低生产成本。

关键词： 高压内缸；MAGMA模拟；工艺优化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.028

0 引言

高压内缸是电力机组的重要部件，是机组核心转子的首层防护。超声波UT探伤不允许存在φ3mm以上的缺陷，还需要具有较好韧性。鉴于高压内缸的特点，我们需要利用MAGNA铸造模拟软件进行模拟分析，优化铸造工艺。

1 高压内缸特点及铸造性分析

高压内缸轮廓尺寸2050×1585×1090mm，最大壁厚425mm，最小壁厚120mm，力学性能Rp0.2大于500Mpa，Rm大于670Mpa，A4大于18%，Z大于40%。缸体壁厚适中，合理放置冒口和补贴，可以构建顺序凝固的补缩通道，防止产生缺陷，材料属于宽凝固范围合金，对冒口产生的温度梯度敏感，应尽可能减小冒口。缸体的力学性能要求高，要在合适的地方放置冷铁形成激冷区来保证晶粒细化，得到致密组织，最终符合要求的韧性。

2 利用MAGMA模拟确定工艺方案

2.1 冒口选定

该零件的分型面在水平中分面上。明冒口可以选择圈冒口（随形冒口）或独立冒口，但应尽量减小冒口，所以选独立冒口。冒口的尺寸利用模数法和铸钢比例法确定，比例系数为1.6。为了容纳更多补缩钢水量和保证冒口延续度，这里选用长腰型暗冒口。在暗冒口和零件之间用补贴相连，形成顺畅补缩通道，让缸体端部得到暗冒口的补缩。具体见图1。

2.2 冷铁选定

零件冷铁分布遵守三个原则：第一，在气柱和凸台等质量要求高的末端放置冷铁；第二，在热节厚大处放置冷铁保证顺序凝固通道的畅通；第三，在冒口边缘放置扩大冒口补缩范围。冷铁的厚度选择为冷铁覆盖处热节元直径的50%～60%。具体见图1。

2.3 补贴选定

补缩通道应该是从冒口开始，热节元直径逐渐变小，形成温度梯度。增加补贴，改变铸件固有的结构，可以得到缺陷相对较少的铸件。具体见图1。

2.4 浇注系统选定

钢液流动性差，易氧化，因而选用开放式浇注系统。底返浇注，这样可以保证钢水可以平稳充满整个型腔。

2.5 MAGMA模拟铸件凝固过程

利用MAGMA软件模拟，选Porosity和Niyama作判据。如图1（c）所示为φ2mm缩孔产生的判断依据，只有零星存在点状缺陷，较大缺陷都集中在人为构建的补贴中；如图1（d）所示为缩松产生判据，从图中可以看到几处缩松缺陷出现在冒口附近，这和暗冒口附近被烘烤温度梯度较小有关，但总体质量较好。

3 高压内缸性能检验

铸件并没有出现夹砂问题，冒口下未出现缩孔，铸件整体表面质量良好。对缸体进行UT的探伤，未发现φ3mm以上缺陷，内部质量良好；缸体力学性能的测试情况是Rp0.2为626Mpa，Rm为755Mpa，A4为22.5%，Z为64%，力学性能符合要求。

运用MAGMA soft软件对高压内缸铸造工艺进行模拟，能够预测缺陷分布位置。对冒口，冷铁，补贴等进行优化设计，让零件能够满足客户的要求。采用计算机模拟技术辅助工艺设计，可以提高工作效率，降低生产成本，保证产品质量。