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    串聯澆注系統在小型鑄件上的應用


     主軸承蓋三維模型對于小型鑄件來說,一箱澆注一件的生産效率很低,因此可以采用一箱多件澆注,來提高鑄件的生産效率。對于鑄型較薄且較高的小型鑄件,如果采用立澆,則可以采用串聯澆注。串聯澆注系統就是將鑄件沿著橫澆道依次擺放,並且每個鑄件均有獨立的內澆道與橫澆道連接。鐵水會沿著橫澆道,進人內澆道並最終充滿型腔。借助數值模擬軟件,可以看出離直澆道最遠的鑄件總是最先進流並最先充滿,離直澆道越近的鑄件,越晚進流,也越晚充滿。鐵水分配不均勻導致進人每一個型腔的鐵水流速都較快。鐵水進人型腔的速度較快,會導致沖砂、夾渣、卷氣等現象,這給鑄件的質量帶來很大的問題。將鐵水平均分配到每一個型腔中,從而降低鐵水進人型腔的流速,對提高鑄件質量是非常有必要的。

      本文主要是以主軸承蓋爲例,來對其進行鑄造工藝設計,並通過數值模擬軟件來對其進行工藝優化和驗證,實現串聯澆注系統中,各個主軸承蓋能平均分配鐵水,同時進流並同時充滿。該主軸承蓋最大輪廊尺寸爲440mmX 92mm,三維模型如所示。

      鐵水剛充入內澆道時的充型流速(方案1)鐵水即將充滿整個型腔時的充型流速(方案1)變截面的橫澆道截面圖鐵水剛充入內澆道的充型流速(方案2)鑄造設備與工藝從中可以看出,當離橫澆道最遠的鑄件充型到一半時,離橫澆道最近的鑄件才開始進流,從中可以看出,當離橫澆道最遠的鑄件充滿時,離橫澆道最近的鑄件才充到一半。鐵水分配不均勻,導致進人每一個鑄件的鐵水流速都較快,因此鑄件中出現較嚴重的卷氣現象(如所示),嚴重影響鑄件質量。因此,對該工藝進行優化改進,使得鐵水能均勻分配到各個鑄件中。

      充型過程中卷氣結果(方案1)1.2使得鐵水均勻分配的工藝優化改進中所示的初始方案中,從過濾網到橫澆道集渣坑之間的橫澆道的截面積是相同的。爲了防止在充型的初始階段,鐵水率先充人遠離直澆道的鑄件型腔內,考慮可以改變不同鑄件之間的橫澆道截面積,通過控制鐵水流量來實現各鑄件的鐵水均勻分配。將過濾網到橫澆道集渣坑之間的橫澆道的分爲四段,每段的橫澆道截面積均不同。設計的變截面的橫澆道如所示。將該橫澆道分爲4段,編號爲進行模擬評估,充型過程中的流速結果截圖如、從中可以看出,橫澆道中的鐵水幾乎是同時進人各個內澆道中,並且鐵水是平均分配到各個鑄件中的。從中可以看出四個鑄件幾乎是同時充滿的。這說明改變橫澆道的截面積對串聯澆注系統中各鑄件鐵水分配有很明顯的改進作用。爲改進後的工藝在充型過程中的卷氣結果,可以看出:卷氣結果得到了很明顯的改善。

      鐵水即將充滿整個型腔的充型流速(方案2)2方案1與方案2的結果比較2.1充型過程中的流速比較對方案1和方案2中內澆道的流速進行比較(和),可以看出:方案1中鐵水進人內澆道的流速平均爲280cm/s,方案2中鐵水進人內澆道的流速平均爲220cm/s,也就是說依次減小遠離直澆道的橫澆道截面積對降低鐵水進人內澆道的流速有很大作用。

      2.2充型過程中的鐵水流量分配比較對方案1和方案2中的鐵水流量分配進行比較(、、和),可以看出:方案1中,在充型的開始階段,鐵水幾乎都進人了離直澆道最遠的鑄件型腔中,隨後鐵水才逐漸進人離直澆道較近的鑄件型腔中。在充型的中間階段,鐵水在每個鑄件型腔中均有進人,但由于在開始階段,遠離直澆充型過程中卷氣結果(方案2)道的鑄件型腔中首先充人了鐵水,因此在中間階段,每個鑄件中鐵水的液面始終呈階梯狀,並且離直澆道最遠的鑄件液面最高,離直澆道最近的液面最低。在充型的後期階段,離直澆道最遠的鑄件型腔中已經充滿了鐵水,則鐵水分配到還沒有充滿的鑄件型腔中。方案2中:鐵水從進入型腔時就平均分配到各鑄件型腔中,一直到充型結束,鐵水幾乎都是平均分配到各個鑄件型腔中,也就是說,在充型的全過程中,串聯澆注的各鑄件型腔中的鐵水液面幾乎相同。從這個結果可以看出,依次減小遠離直澆道的橫澆道的截面積可以使串聯澆注系統中各鑄件的鐵水流量進行平均分配。

      2.3充型過程中的卷氣結果比較對方案1和方案2的卷氣結果進行比較(和),可以看出:方案1中的卷氣現象較方案2中的卷氣現象嚴重的多(圖中有顔色的區域表明卷氣的傾向)。方案1中大部分型腔都有卷氣的傾向,而方案2中只有型腔上部的部分區域存在卷氣傾向。

      3結束語利用串聯澆注,可以明顯提高小型鑄件的生産效率。對于串聯澆注系統設計,將橫澆道設計爲變截面橫澆道可以明顯改善各鑄件型腔中的鐵水分配比例,從而降低了鐵水的流速,改善了卷氣、沖砂、夾渣等現象,提高了鑄件質量,也爲今後的串聯澆注系統設計提供了一種有效的新計算方法。


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