u型支架鑄造工藝設(shè)計(jì)及數(shù)值模擬

u型支架鑄造工藝設(shè)計(jì)及數(shù)值模擬

1u2004鑄造技術(shù)要求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.1發(fā)揮旋轉(zhuǎn)軸和初始鑄件的作用u型支架材料為zl104，是t6中的r類材料。鑄件中兩支腳軸孔處需安裝旋轉(zhuǎn)軸，為保證支架的使用壽命，所以此部位不允許存在明顯縮孔縮松等缺陷。鑄件化學(xué)成分必須滿足表1要求。鑄件力學(xué)性能必須滿足表2要求。鑄件機(jī)械加工面較多，加工面質(zhì)量需滿足Ⅱ類鑄件標(biāo)準(zhǔn)要求。1.2對稱結(jié)構(gòu)分析U型支架鑄件毛坯重量約25kg，主體壁厚11mm。鑄件整體呈對稱結(jié)構(gòu)，其下方為底座，底座為中空設(shè)計(jì)，底面設(shè)有接線孔，如圖1所示。鑄件兩支腳對稱豎直，上部有軸孔設(shè)計(jì)，內(nèi)側(cè)為凸臺，外側(cè)鏤空。壁薄鏤空會影響金屬液流動。凸臺位置相對厚重容易產(chǎn)生縮松、縮孔等缺陷。2u2004石材加工2.1鑄造砂芯設(shè)計(jì)U型支架芯盒采用拆分式的結(jié)構(gòu)。模具材質(zhì)為紅松，表面刨平，刷清漆，晾干后打磨，打磨光潔后刷清漆，再打磨。造型時(shí)冒口、澆道設(shè)置在上箱。鑄件砂芯、直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道置于中箱，中箱由各砂芯組合成整體砂芯，砂芯外使用濕型砂和砂箱緊固。下箱為基準(zhǔn)平臺，擺放砂芯前，需用水平儀校驗(yàn)下箱的平整度。鑄型、砂芯采用呋喃樹脂砂，造型時(shí)保證型砂強(qiáng)度及緊實(shí)度、砂箱剛度足夠。涂料使用醇基涂料，涂料涂抹均勻，并進(jìn)行點(diǎn)火烘干。2.2澆注及熱處理在鑄件兩支架上部中間位置設(shè)置工藝?yán)?，如圖2所示，一方面，防止鑄件兩支腳間敞口在澆注及熱處理的過程中產(chǎn)生尺寸變形；另一方面，可以加強(qiáng)澆注時(shí)兩側(cè)臂之間的鋁液流動，保證金屬液在型腔內(nèi)流動順暢。為保證鑄件的機(jī)加工藝性，在鑄件一側(cè)加設(shè)機(jī)械加工工藝臺，方便機(jī)械加工時(shí)裝卡。2.3砂芯的定位U型支架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沒有明顯的定位結(jié)構(gòu)，模具分型較困難，兩支腳和底座的定位是關(guān)鍵。綜合考慮后將砂芯分為4個(gè)芯，其中包括1個(gè)中心芯（X1),1個(gè)頂芯（X4),2個(gè)貼皮芯（X2和X3），兩支腳軸孔結(jié)構(gòu)與左右貼皮芯合為一體。頂芯依靠與貼皮芯的搭接定位，砂芯之間定位必須明確，保證位置準(zhǔn)確2.4型面選擇眼底為方便起模和降低造型難度，最終選擇底座朝上，兩支腳朝下。分型面選擇底座的上表面，如圖4所示。澆注過程中上表面為夾雜聚集處，但考慮到底座外表面為機(jī)械加工面，且為非重要面，可以通過加工的方式去除表面殘?jiān)?，所以將底座外表面設(shè)為分型面是可行的。2.5u2004鑄造工藝參數(shù)的定義底座上表面易產(chǎn)生砂眼、夾雜等缺陷，可適當(dāng)加大該面的加工余量，設(shè)置為5mm，其余加工面設(shè)置加工量為4mm。鑄件的收縮率取1.2%。2.6側(cè)注式與裂隙式復(fù)合澆注鑄件較高，兩支腳壁薄，支腳底部間僅有截面為50mm×30mm連接筋。為了快速平穩(wěn)充型，保證金屬液充型順暢，采用兩側(cè)隙縫式澆注方法，這種澆注方法的優(yōu)點(diǎn)是，液流沿鑄型高度方向自下而上順序通過縫隙澆口，一次平穩(wěn)充填鑄型，既能如底注那樣，保證液流平穩(wěn)充型，利于排氣排渣；又能如頂注那樣，具有自下而上順序凝固條件，有利于冒口補(bǔ)縮鑄件底部為圓弧形結(jié)構(gòu)，所以采用側(cè)注式與縫隙式復(fù)合澆注方法?？紤]到砂型鑄造易產(chǎn)生夾雜，且鑄件毛坯重量不是很大，所以采用半封閉式澆注系統(tǒng)，設(shè)置專用澆注系統(tǒng)，直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道總截面積比為∑A2.7冷鐵設(shè)置及形狀采用熱節(jié)圓法設(shè)置6個(gè)補(bǔ)縮冒口，分別分布在鑄件頂部，如圖4所示。全部采用明冒口，有利于金屬液在充型過程中的排渣、排氣及液態(tài)補(bǔ)縮。在鑄件圓弧內(nèi)側(cè)凸臺處放置冷鐵，一方面保證由下向上的順序凝固方式；另一方面為了加強(qiáng)軸孔處的補(bǔ)縮，避免該處出現(xiàn)縮孔縮松等缺陷。冷鐵選擇與鑄件同材質(zhì)，冷鐵形狀根據(jù)冷鐵安放位置鑄件形狀確定。冷鐵分布如圖4所示。3數(shù)值模擬設(shè)置運(yùn)用ProCAST鑄造模擬仿真軟件對鑄件進(jìn)行數(shù)值模擬，設(shè)置材料為ZL104，造型用呋喃樹脂砂，澆注溫度為700℃，砂型溫度20℃，砂芯溫度20℃。冷卻方式為空冷。3.1充型過程平穩(wěn)U型支架的充型過程如圖5所示。液流沿鑄型高度方向自下而上順序通過縫隙澆口，經(jīng)過隙縫澆口的緩沖，進(jìn)入鑄型的液流更加平穩(wěn)，避免了紊流的產(chǎn)生。整個(gè)充型過程由下至上層次分明，充型過程平穩(wěn)。鑄件充型完畢后，金屬液最后進(jìn)入冒口位置，溫度由下向上呈上升趨勢，冒口位置溫度較高，在放置了冷鐵的位置溫度較低。3.2冒口凝固順序由鑄件凝固順序圖（圖6）可以看出，整個(gè)U型支架實(shí)現(xiàn)了由下向上的順序凝固。冒口為最后凝固位置，凝固過程中不存在明顯局部熱節(jié)，補(bǔ)縮良好，有效防止出現(xiàn)縮孔縮松缺陷。鑄造工藝筋早于鑄件凝固，能有效起到防止鑄件變形的作用。3.3鑄造孔縮松缺陷圖7為鑄件縮孔、縮松分布模擬圖，從圖中可以看出，縮孔縮松主要分布于澆注系統(tǒng)、冒口及工藝筋處。底座處存在個(gè)別幾處縮孔、縮松缺陷，但滿足Ⅱ類鑄件非重要面的質(zhì)量要求。重要面兩支腳軸孔處未出現(xiàn)縮孔、縮松等缺陷。4鋁合金鑄件的制備按照工藝設(shè)計(jì)方案進(jìn)行一型一件的工藝布局。模具設(shè)計(jì)與制作中對模具結(jié)構(gòu)、尺寸及配合性進(jìn)行檢查，確定無誤后投入造型生產(chǎn)。造型操作前對模具涂抹脫模劑，涂抹要適量、均勻，待晾干后進(jìn)行造型、制芯。采用中頻感應(yīng)電爐對鋁合金進(jìn)行熔煉，并于電阻保溫爐內(nèi)進(jìn)行精煉、變質(zhì)處理，爐前制作試塊，冷卻凝固后進(jìn)行光譜檢測，確定化學(xué)成分合格后以備澆注。采用澆包澆注，控制澆注溫度于700～710℃范圍內(nèi)，澆注速度控制在11～13s內(nèi)。澆注結(jié)束6h后進(jìn)行開箱震動清砂，切除掉澆注系統(tǒng)和冒口。清理完成后對鑄件毛坯及隨爐試樣進(jìn)行T6處理，即淬火+人工時(shí)效熱處理操作。淬火溫度為（535±5）℃，冷卻介質(zhì)為60℃溫水；時(shí)效溫度為（175±5）℃，隨爐冷卻。熱處理完成后對鑄件毛坯尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)，并進(jìn)行校形。鑄件冷卻清理后，進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)。5鑄造缺陷檢驗(yàn)經(jīng)檢驗(yàn)鑄件毛坯整體質(zhì)量良好，輪廓清晰，內(nèi)外表面平整，未發(fā)現(xiàn)裂紋、縮孔、縮松、冷隔等鑄造缺陷。局部出現(xiàn)少量飛邊，打磨清理即可，如圖8所示。對隨爐試樣進(jìn)行檢驗(yàn)，鑄件化學(xué)成分檢測結(jié)果符合技術(shù)條件要求；力學(xué)性能檢測結(jié)果符合技術(shù)條件要求。通過后期機(jī)械加工檢驗(yàn)，鑄件尺寸合格，且加工面無目視缺陷，已經(jīng)通過客戶聯(lián)合驗(yàn)收檢查。6系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)采用ProCAST數(shù)值模擬仿真軟