zl114單吸閥立澆工藝的數(shù)值模擬

zl114單吸閥立澆工藝的數(shù)值模擬

qhxf-v單吸痰閥屬于殼體結(jié)構(gòu)。吸痰的殼體結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，由兩個(gè)旋轉(zhuǎn)體和中間的桿組成。這是一個(gè)空腔結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)體的厚度與法國(guó)藍(lán)盤(pán)的厚度差異很大。因此，在法國(guó)藍(lán)盤(pán)連接的和中間桿的底部容易產(chǎn)生熱節(jié)、縮松和收縮孔缺陷。本文將根據(jù)吸閥結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)工藝，利用ProCAST軟件預(yù)先對(duì)缺陷位置進(jìn)行分析，進(jìn)行多次工藝優(yōu)化，避免在實(shí)際鑄造過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷。一、零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)QHXF-V單吸閥材料為ZL114，最大輪廓尺寸為714×352×352mm，零件內(nèi)部為中空內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，底部法蘭盤(pán)有八個(gè)均布通孔，頂部法蘭盤(pán)有四個(gè)均布通孔，右側(cè)回轉(zhuǎn)體上方法蘭盤(pán)有十二個(gè)螺紋孔，零件最小壁厚為10mm。整體壁厚與底部法蘭盤(pán)壁厚差異較大，因此可能在L型區(qū)產(chǎn)生熱節(jié)。二、注射工藝的選擇(一)灌溉根據(jù)澆注位置確定原則和零件的實(shí)際情況，考慮到鑄件工作平面組織對(duì)稱(chēng)，重要加工面朝下的原則，選擇法蘭盤(pán)朝下的澆注位置。(二)中軸對(duì)稱(chēng)分型根據(jù)鑄件對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，滿足安放嵌件及排氣等成型的需要，選用了中軸對(duì)稱(chēng)分型。優(yōu)點(diǎn)是砂箱不高，良好利用了鑄件的對(duì)稱(chēng)特征，砂芯和活塊數(shù)量少，下芯、起模方便。采取平坐立澆的澆注方式，需使用側(cè)開(kāi)口的特殊砂箱，可能會(huì)使鑄件錯(cuò)邊，因此需特別考慮砂箱。(三)配合卡槽設(shè)計(jì)主要采用呋喃樹(shù)脂砂制芯，1#芯和3#芯位于鑄件底部法蘭盤(pán)，用于形成法蘭盤(pán)上的鑄出孔；2#芯用于形成殼體的內(nèi)腔，由于內(nèi)箱形狀復(fù)雜，采用組芯的方式。由于澆注系統(tǒng)的直澆道由內(nèi)腔穿過(guò)，在砂芯中預(yù)留好了直澆道及橫澆道位置。1#芯和3#下芯時(shí)需定位準(zhǔn)確，因此設(shè)計(jì)了配合的卡槽結(jié)構(gòu)，如圖2.1。為保證砂芯在砂型中的位置準(zhǔn)確，在轉(zhuǎn)移和合箱過(guò)程中不發(fā)生錯(cuò)位，采用芯頭固定，芯頭形狀及尺寸可參考鑄造工程師手冊(cè),由于采取平坐立澆工藝，芯頭的尺寸較大，為保證在下芯時(shí)良好固定砂芯，不發(fā)生砂芯塌陷及錯(cuò)位的缺陷，在芯頭中設(shè)有與砂芯一體的芯骨，以提高砂芯的強(qiáng)度；兩個(gè)支撐芯骨，高度略超過(guò)砂芯芯頭，在下芯時(shí)搭在型腔上，以便在合箱后翻轉(zhuǎn)砂箱的過(guò)程中，砂芯不發(fā)生錯(cuò)位現(xiàn)象，砂芯（含芯頭）及芯骨形狀如圖2.2。三、直澆道成孔結(jié)合鑄鋁件的特點(diǎn)和不同種澆注系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，選用底注式澆注系統(tǒng)，在保證鑄件內(nèi)部組織均勻的同時(shí)方便造芯，選擇平做立澆澆注系統(tǒng)。利用殼體內(nèi)部的空腔，直澆道直接從腔體內(nèi)部穿過(guò)而不影響鑄件成型，直澆道從軸心穿過(guò)，使同一水平面上金屬液到達(dá)各個(gè)位置的時(shí)間差減小。橫澆道直接代替內(nèi)澆道，保證金屬液到達(dá)型腔時(shí)保持一個(gè)較高溫度，盡量減少熱量的散失，又能避免產(chǎn)生澆不足，冷隔等缺陷。采用開(kāi)放式澆注系統(tǒng)，澆口比為1:1.7:2，金屬液從底部進(jìn)入型腔，通過(guò)計(jì)算阻流面積，及查閱鑄造工程師手冊(cè)中耐火管尺寸，得到各澆道尺寸如表2.1澆注時(shí)間對(duì)鑄件質(zhì)量有重要影響，而合適的澆注時(shí)間與鑄件結(jié)構(gòu)、鑄型工藝條件、合金種類(lèi)與選擇的澆注系統(tǒng)有關(guān)，查閱ZL114鑄鋁件澆注時(shí)間一般使用公式經(jīng)計(jì)算得澆注時(shí)間為13.38s，取13s。澆注溫度為710±10℃。四、灌溉采用ProCAST鑄件成型過(guò)程數(shù)值仿真模擬軟件對(duì)砂型鑄造的充型過(guò)程的速度場(chǎng)、凝固過(guò)程的溫度場(chǎng)和凝固場(chǎng)及最終缺陷位置進(jìn)行模擬。(一)計(jì)算速度及充型速度由圖4.1（左）金屬液進(jìn)入型腔直至充滿共需12.09s，與理論計(jì)算時(shí)間相一致。充型速度約為0.83m/s。整體充型平穩(wěn)，未出現(xiàn)金屬液沖擊砂型；中間筋板填充完整，充型較平緩，并未產(chǎn)生飛濺；型腔整體形狀無(wú)起伏，20.66s時(shí)整體充型完畢，總體充型效果良好。(二)澆注冷鐵及冷鐵厚度設(shè)計(jì)從模擬結(jié)果看，鑄件缺陷分布較為均勻，因此方案可行，故進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。其內(nèi)部出現(xiàn)集中縮松區(qū)域，故對(duì)澆注系統(tǒng)添加補(bǔ)縮系統(tǒng)，提高鑄件的致密性，通過(guò)模數(shù)法對(duì)冒口進(jìn)行計(jì)算，在頂部大法蘭盤(pán)上設(shè)置五個(gè)冒口均布，小法蘭盤(pán)設(shè)置三個(gè)冒口均布，以補(bǔ)縮頂部塌陷部分。為了增加鑄件局部冷卻速度而置于鑄件表面或內(nèi)部的激冷，在補(bǔ)縮不到的位置添加冷鐵，根據(jù)鋁合金件的冷鐵厚度經(jīng)驗(yàn)公式:計(jì)算得冷鐵厚度為20mm。根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)在φ352法蘭盤(pán)側(cè)面加四塊環(huán)形冷鐵，法蘭盤(pán)底部加四塊環(huán)形冷鐵，右側(cè)φ357法蘭底部加兩塊環(huán)形冷鐵，在中間空腔筋板處添加八塊標(biāo)準(zhǔn)冷鐵，均勻分布。在此基礎(chǔ)上適當(dāng)提高澆注溫度，經(jīng)過(guò)優(yōu)化再次模擬，縮松縮孔缺陷全部補(bǔ)縮在冒口中，內(nèi)部缺陷基本消除。五、澆注方案優(yōu)化根據(jù)單吸閥工作環(huán)境對(duì)零件的性能要求，以及零件的材料和結(jié)構(gòu)特征對(duì)其進(jìn)行分析，采用砂型鑄造，型砂和砂芯的造型材料均選用呋喃樹(shù)脂自硬砂。設(shè)計(jì)平坐立澆及平坐平澆兩種可行的澆注方案，采用開(kāi)放式底注澆注系統(tǒng)。利用ProCAST軟件對(duì)澆注過(guò)程進(jìn)行模擬，合理設(shè)計(jì)冒口，添加冷鐵和提高澆注溫度，對(duì)澆注工藝進(jìn)一步優(yōu)化