1、引言
muqianguojishangqiumojidefazhanqushishixiangdaxinghuafazhan，qitongtiliangduandeduangaichicunyeyuelaiyueda。duangaicaizhiyibancaiyongzhuzaodihejingang，qininggutexingjuedinglezhujianyixingchengxianweishusong，cifentanshanghouchuxianchaobiaocihenxianshi，tebieshijingjiagonghoubuyijinxingfanxiuhanbuhehuihuochuli。chuantongzhujiangongyideshejifangfagenjujingyanquedingzhuzaogongyi，shijiaozhu，jianyanshiyangshifoucunzaijiaozhuquexian，ruyouzexiugaigongyifangan，ranhouzhongfushangshuguocheng，zhizhihuodehegezhujian。youyuzhezhongfangfabixuzaijiaozhujianhoucainengduizhujiangongyishifouhelijinxingpingjia，yinerqishejizhouqichang，shengchanchengbengao，xiaolvdi，erqiezuizhongdedaodewangwangbushizuizhonggongyifangan，youqiduiyudaxinghuofuzaxingzhuangdezhujiangengshiruci，qiumojiduangaiyouyuzishenjiegoutedian，zhujianbihoubianhuajiaoda，zaizhoujingheR出上述問題不易控製，成為製約生產和保證外商交貨期的最主要問題。
本文模擬美國SVEDALA公司的球磨機端蓋，鑄件最大直徑∮9000m，高897mm，鑄件毛重69.2t，端蓋淨重40.4t。如ru果guo通tong過guo計ji算suan機ji對dui鑄zhu造zao過guo程cheng進jin行xing仿fang真zhen模mo擬ni，將jiang以yi上shang過guo程cheng在zai計ji算suan機ji中zhong可ke以yi不bu經jing實shi際ji澆jiao鑄zhu即ji可ke確que定ding鑄zhu件jian中zhong可ke能neng出chu現xian的de缺que陷xian位wei置zhi，評ping價jia鑄zhu造zao工gong模mo擬ni的de合he理li性xing。結jie合he計ji算suan機ji輔fu助zhu工gong藝yi設she備bei，提ti高gao設she計ji質zhi量liang，縮suo短duan試shi製zhi周zhou期qi，降jiang低di生sheng產chan成cheng本ben，是shi先xian進jin製zhi造zao技ji術shu改gai造zao傳chuan統tong工gong業ye的de應ying用yong實shi例li之zhi一yi，富fu通tong新xin能neng源yuan銷xiao售shou球qiu磨mo機ji、雷蒙磨粉機等磨機機械設備。
2、球磨機端蓋的鑄造工藝
2.1模擬對象
模擬對象是中信重機公司生產的大型球磨機鑄鋼端蓋。鑄件根據METSO標準A06-000015鑄造，材質為ASTM A216WCA，碳含量不高於0.25，矽含量不高於0.60，錳含量不高於0.70，磷硫含量分別不高於0.040和0.045。鑄件最大直徑∮9000，高897mm，毛重69. 2t k g，鑄件淨重40. 4t。由於鑄件尺寸過大，設計為1/4方式生產，然後再用螺栓拚接成型。每次澆注兩個1/4部分（即半個），目的是防止鑄件變形。鑄型材料為水玻璃石英砂，澆注溫度1540～1560℃。技術要求：(1)鑄件根據METSO標準A06-000015鑄造，材料為ASTM A216 WCA，含碳量不高於0.25，(2)關鍵區域1，全部圓周部分100%超聲波探傷，要求達到II級標準；關鍵區域2，全部圓周部分100%超聲波探傷，要求達到III級標準。(3)經METSO書麵授權，消除應力後不得進行挖割或補焊。
2.2實體造型及鑄造工藝
(1)在鑄件的內錐麵外圈放置∮375mm冒口12個高560mm，其冒口套的尺寸為0515mm;兩端放置∮450mm冒口各一個高560mm，冒口套的尺寸為∮580mm;中間放置450mm×650mm冒口高560mm，冒口套的尺寸為580mm×780mm。
(2)鑄件的內錐麵中圈放置325mm×500mm冒口7個高480mm，冒口套的尺寸為435mm×610mm;兩端放置∮330mm冒口各一個高480mm，冒口套的尺寸為∮430mm。
(3)在鑄件的內錐麵內圈放置∮300mm冒口8個高460mm，冒口套的尺寸為∮420mm;中間放置300mm×450mm冒口高460mm，冒口套的尺寸為435mm×585mm。
(4)錐麵下，在冒口間放冷鐵兩圈寬300mm厚150mm。目的是防止該處由於冒口難以補縮而產生縮孔、縮鬆缺陷，並劃分冒口的補縮區域，提高冒口的補縮效率。
(5)鑄件的底座處用厚150mm冷鐵一周砌滿。目的是加速此部位的凝固，以避免產生熱裂紋。
(6)鐵於鑄件間用20mm的刮沙層隔離。
(7)其加工餘量為外圓30mm，內圓30mm，內、外側為35mm，上（含內錐麵）35mm，下30mm，縮尺2.0%。鑄造工藝如圖2-1所示。
模擬計算之前，必須先生成鑄件的三維實體模型。可以使用任意成STL格式文件的應用造型軟件來完成這一工作。考慮到應用軟件的普及程度和易操作性，選用Solidworks進行造型。完成後的三維鑄件模型如圖2-2。
3、球磨機端蓋鑄造工藝計算機模擬
3.1凝固模擬
由Solidworks進行造型後，用華鑄軟件進行凝固模擬。華鑄軟件有三個相對獨立的模塊組成，即前置處理部分、計算處理部分、後置處理部分。
(1)前置處理：STL選擇一優先級別設定（鑄件、特殊材料、冷鐵、冒口套、鑄型、絕熱材料）一參數輸入（網格大小：25mm，縮尺比例：1.02）一剖分結果一顯示參數
(2)計算處理：
開kai始shi計ji算suan前qian，必bi須xu先xian確que定ding鑄zhu件jian和he鑄zhu型xing的de物wu理li性xing質zhi。模mo擬ni計ji算suan時shi必bi須xu確que定ding鑄zhu件jian和he鑄zhu型xing的de初chu始shi溫wen度du。實shi際ji澆jiao注zhu完wan成cheng後hou的de瞬shun間jian，鑄zhu件jian和he鑄zhu型xing的de溫wen度du應ying該gai是shi不bu均jun勻yun的de。因yin而er假jia設she鑄zhu件jian和he鑄zhu型xing的de初chu始shi溫wen度du分fen布bu是shi均jun勻yun的de計ji算suan。計ji算suan涉she及ji的de物wu理li性xing質zhi參can數shu如ru表biao3-1。
計算初始溫度為：鑄件溫度1540℃， 環境溫度20℃。
模擬計算根據編製程序進行計算，計算過程中，每隔一定時間(本例取60s)對鑄件各單元的溫度
分布進行存儲。計算循環直至每一單元溫度均降低至固相溫度止。結晶過程中產生的凝固潛熱用溫度
補償法和等價比熱法處理。過程為：計算選擇一文件轉換一物性參數設置一界麵導熱係數一設置溫場
基礎參數一溫度場初始化一自動存盤一顯示控製。
(3)後置處理
對計算過程中儲存的溫度場分布和缺陷位置，應用圖像處理技術生成虛擬的鑄件圖，進行BMP處理，BMP集成AVI動畫等。從而直觀地觀察到鑄件的凝固過程（圖3-la,b）與凝固結束後內部的缺陷分布狀況（圖3-lc，d）。由(you)圖(tu)中(zhong)可(ke)看(kan)出(chu)，鑄(zhu)件(jian)中(zhong)除(chu)冒(mao)口(kou)中(zhong)存(cun)在(zai)補(bu)縮(suo)形(xing)成(cheng)的(de)縮(suo)孔(kong)外(wai)，隻(zhi)在(zai)冒(mao)口(kou)中(zhong)間(jian)處(chu)有(you)少(shao)量(liang)縮(suo)孔(kong)存(cun)在(zai)。說(shuo)明(ming)此(ci)鑄(zhu)造(zao)工(gong)藝(yi)基(ji)本(ben)上(shang)是(shi)合(he)理(li)的(de)。模(mo)擬(ni)結(jie)果(guo)與(yu)工(gong)廠(chang)實(shi)際(ji)澆(jiao)鑄(zhu)的(de)結(jie)果(guo)吻(wen)合(he)。
圖中的紅色部分為液相區，綠色部分為固相區。圖3-1 (a)、(b)中的冒口中間兩部分可以看出出現的獨立液相區，於圖3-lb中可以清楚的看出，有兩圈間斷的紅色區域（即獨立液相區）這就意味著，在凝固的過程中這部分將不會被補縮，就很容易出現縮鬆、縮孔現象，使鑄件產生缺陷。圖3-1 (c)、(d)中也可以看到在鑄件的底座處也出現了獨立液相區，同樣也出現了缺陷。
冒(mao)口(kou)中(zhong)間(jian)即(ji)放(fang)冷(leng)鐵(tie)處(chu)有(you)少(shao)量(liang)縮(suo)孔(kong)存(cun)在(zai)，以(yi)至(zhi)於(yu)出(chu)現(xian)孤(gu)立(li)液(ye)相(xiang)區(qu)，所(suo)以(yi)增(zeng)厚(hou)，增(zeng)加(jia)冷(leng)鐵(tie)，以(yi)改(gai)進(jin)其(qi)激(ji)冷(leng)效(xiao)果(guo)。工(gong)藝(yi)修(xiu)改(gai)後(hou)，再(zai)進(jin)行(xing)模(mo)擬(ni)。具(ju)體(ti)改(gai)進(jin)工(gong)藝(yi)如(ru)下(xia)：(1)在外錐麵下的兩圈冷鐵加厚到250mm，並把刮沙層的尺寸由20mm減少到15mm。(2)在鑄件的內圓中加10塊弧長200mm，厚150mm，高與內圓弧麵高相等的冷鐵，冷鐵間的間隙230mm。冷鐵與鑄件間的刮沙層厚度為15mm。(3)其他部位的工藝不作改動。
改進後用華鑄軟件進行工藝模擬，結果如圖3-2所示，圖中的藍色部位為冷鐵。
然後應用圖像處理技術生成虛擬的鑄件圖，進行BMP處理，BMP集成AVI動畫。模擬鑄件凝固過程如圖3-3。從圖3-3 (a)、(b)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，鑄(zhu)件(jian)凝(ning)固(gu)過(guo)程(cheng)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)此(ci)次(ci)鑄(zhu)件(jian)的(de)凝(ning)固(gu)模(mo)擬(ni)結(jie)果(guo)比(bi)改(gai)進(jin)工(gong)藝(yi)前(qian)有(you)很(hen)大(da)的(de)改(gai)觀(guan)。鑄(zhu)件(jian)的(de)凝(ning)固(gu)過(guo)程(cheng)中(zhong)孤(gu)立(li)的(de)液(ye)相(xiang)區(qu)已(yi)經(jing)明(ming)顯(xian)減(jian)少(shao)到(dao)幾(ji)乎(hu)沒(mei)有(you)。說(shuo)明(ming)此(ci)次(ci)的(de)鑄(zhu)造(zao)工(gong)藝(yi)比(bi)較(jiao)合(he)理(li)，已(yi)經(jing)避(bi)免(mian)了(le)鑄(zhu)件(jian)的(de)縮(suo)鬆(song)和(he)縮(suo)孔(kong)缺(que)陷(xian)的(de)產(chan)生(sheng)，達(da)到(dao)了(le)鑄(zhu)件(jian)的(de)技(ji)術(shu)要(yao)求(qiu)。
從(cong)上(shang)述(shu)模(mo)擬(ni)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)鑄(zhu)造(zao)過(guo)程(cheng)模(mo)擬(ni)仿(fang)真(zhen)在(zai)鑄(zhu)造(zao)工(gong)藝(yi)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)優(you)越(yue)性(xing)。這(zhe)一(yi)技(ji)術(shu)結(jie)合(he)計(ji)算(suan)機(ji)輔(fu)助(zhu)工(gong)藝(yi)技(ji)術(shu)的(de)應(ying)用(yong)，可(ke)以(yi)徹(che)底(di)改(gai)變(bian)傳(chuan)統(tong)設(she)計(ji)方(fang)法(fa)的(de)落(luo)後(hou)狀(zhuang)況(kuang)，提(ti)高(gao)鑄(zhu)件(jian)生(sheng)產(chan)的(de)質(zhi)量(liang)和(he)效(xiao)率(lv)。
4、結論
(1)利用華鑄CAEruanjian，tongguoduiqiumojiduangaizhuzaogongyijisuanjimoni，yuceleqiumojiduangaizailiangquanmaokouzhongjianbufenjizhoujingchuchuxianlexianweishusong，yuanyinshilengtiejilengdubugou，zaiyouhuazhuzaogongyicanshu，baozhengzhujiandeshunxuninggujimaokoujinshudeyouxiaobusuo，huodegaozhiliangdezhujian。
(2)利li用yong計ji算suan機ji對dui鑄zhu造zao凝ning固gu過guo程cheng進jin行xing數shu值zhi模mo擬ni，為wei優you化hua鑄zhu造zao工gong藝yi提ti供gong了le有you力li的de分fen析xi依yi據ju，提ti高gao了le設she計ji質zhi量liang，縮suo短duan了le生sheng產chan周zhou期qi，同tong時shi節jie約yue了le大da量liang的de試shi驗yan費fei用yong，降jiang低di生sheng產chan成cheng本ben，是shi輔fu助zhu定ding製zhi鑄zhu造zao工gong藝yi的de強qiang有you力li手shou段duan。
