基于SINOVATION软件的磁轭铸造工艺设计

摘要：借助SINOVATION软件对磁轭进行三维实体建模及铸造工艺设计，采用MAGMA软件对磁轭铸造工艺进行模拟分析，并对该工艺方案下的铸件进行了实体浇注及质量检测。结果表明：在合理设计浇注系统和冷铁等工艺参数条件下，采用SINOVATION软件计算的模数大小和冒口尺寸能满足铸造工艺要求，为实际生产提供指导。
关键词：SINOVATION软件；铸造工艺；磁轭；模拟分析

1 磁轭铸造工艺分析

磁轭是机车牵引电机中关键部件，是典型的筒形回转体零件，壁厚不均，薄壁部位厚度为16mm，厚壁部位厚度为58.5mm。铸件的技术要求较高，整个零件所有表面均需加工，加工过程中不允许有缩孔、缩松及裂纹等缺陷产生。磁轭材质为ZG230-450，体收缩大，为使铸件致密，可通过使铸件实现顺序凝固，将缩孔集中在冒口内来保证其质量。结合零件的结构特点，如采用卧浇方案，内浇口布置在法兰面上或底端，顶端布置冒口，则难以较好实现顺序凝固。为此，本文采用立浇方案来对磁轭进行铸造工艺设计。此方案中如将大端法兰面朝上，大端法兰面的砂芯部位和小端法兰面的砂芯部位重量将相差较大，难以保证垂直砂芯的定位尺寸。为避免出现尺寸偏移等现象，将大端法兰面朝下，且通过适当增加工艺补贴，将冒口布置在顶端法兰面上，底端布置冷铁来延长冒口补缩距离，可较好实现顺序凝固。此外，由于铸件高度为1100mm，选用阶梯式浇注系统利于充型平稳和实现铸件的顺序凝固，进而促使铸件组织致密。

2 磁轭铸造工艺设计

2.1 铸件的三维建模

SINOVATION软件的铸造工艺CAD模块主要功能包括：孔检查和填充、模样放大、加工余量设置、拔模斜度设置、模数计算和浇冒系统设计。对磁轭进行铸造工艺分析后，采用上述功能构建铸件的三维模型见图1。

图1 磁轭铸件的三维实体

2.2 浇冒系统设计及建模

浇冒系统设计是按照CAD模块计算模数，再结合数据库中的冒口尺寸进行设计。本文拟在铸件顶端的法兰面上均匀布置3个腰圆形保温冒口，具体尺寸以软件计算的模数来进行选定。为能精确的计算冒口尺寸，采用将图1中的铸件在纵向上均匀分成3等份来计算各等份区域的模数，以确定腰圆形保温冒口的尺寸。软件中计算的补缩区域模数和体积等信息如图2所示。由于采用保温冒口，和普通冒口相比，保温冒口的模数可适当减少，在此采用0.9的比例系数来进行缩放，即图3中的冒口最小模数3.320cm是图2中的补缩区域模数的缩放后数据。软件系统中自动列出了手册中标准腰形明冒口的尺寸信息。为验证其数据的准确性，选用图3中的模数3.36cm的冒口尺寸进行设计，冒口尺寸大小为150mm×225mm×225mm。

图2 模数大小及冒口类型选用

图3 标准腰形明冒口的尺寸表

由于采用阶梯式浇注系统，为保证铸件质量将内浇口分别设置在顶端和底端，具体的浇注系统参数如表1所示。

在SINOVATION平台下对浇注系统进行建模只需预先对浇冒系统进行引线设定，然后设定浇道的截面尺寸，即可生成所需的浇注系统三维实体，如图4所示。冷铁设计过程中，根据铸件底部结构布置6个尺寸大小相同的随形冷铁，冷铁厚度为40mm，冷铁之间的距离为30mm，具体布置见图5。

3 磁轭铸造工艺验证

为验证SINOVATION软件计算的模数大小及冒口尺寸大小能否满足磁轭铸件的工艺要求，本文采用MAGMA软件对上述工艺方案下铸件产生的缩孔和缩松倾向进行模拟，并对该工艺方案进行了现场浇注。由于软件中设置冒口时未充分考虑到冷铁的因素，因此对不加冷铁的工艺方案也进行模拟，将2种工艺方案进行对比以进行优化分析，其缩孔和缩松倾向预测如图6所示。从图6(a)中可看出，缩孔和缩松主要集中在铸件底部、冒口和浇注系统中，底部缺陷离冒口距离较远；从图6(b)中可看出，在铸件区域未出现任何缩孔和缩松缺陷，缺陷被引入到冒口和浇注系统中，铸件本体区域的缺陷得到全部消除。模拟方案充分证明通过在合理布置冷铁条件下，该尺寸的冒口能满足对铸件热节部位进行补缩的要求。

图6 2种工艺方案下的缩孔、缩松倾向预测结果

对上述添加冷铁的铸造工艺方案采用水玻璃砂造型并进行实体浇注后，通过对铸件整个区域采用T23000高能射线工业CT系统进行射线探伤，未发现影响铸件质量的缩孔、缩松及裂纹等缺陷，满足工艺技术要求，保证了铸件的质量。

参考文献
[1]黑玉龙，陈日军，宋彬 CAD/CAE技术在铸造工艺设计及优化中的应用[J].特种铸造及有色合金，2011，,319（10）：921-923