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拋丸機配件拋丸葉片工藝影響了使用壽命

文章出處:www.onenonly.com.cn人氣:75發表時間:2018-11-25

  摘要:采用Anycasting軟件對拋丸機葉片的充型及凝固過程進行數值模擬, 預測其缺陷產生的部位並分析缺陷產生的原因。在此基礎上對生產拋丸機葉片的工藝進行了優化, 有效地減少了缺陷在葉片重要部位產生的概率。

    Optimized Research on Casting Technique of Blade on Shot Blasting Machine

  Ma Yaxin Men Zhengxing Yue Taiwen Liu Ruilin Wang Xiaoxia

  Abstract:

  Numerical simulate the processes of mold filling and solidification on the blade of shot blasting machine by using Anycasting software to predict the locations where the defects appear and analyze the causes. On this basis, optimize the technique of balde production thus effectively reducing the incidence of defects at certain key locationss.

  Keyword:

  shot blasting machine; Anycasting; process optimization;

  1、拋丸機葉片的鑄造工藝分析:

  拋丸機鑄造葉片是拋丸機中的核心關鍵部件, 它在一定程度上代表了拋丸機的水平, 要求其具有良好的耐磨性和強韌性。選用中碳高鉻鑄鐵作為拋丸機葉片的材料, 要求鑄件表麵應光滑, 去除毛刺和銳邊, 不允許有砂眼、氣孔、夾雜等明顯缺陷。鑄件的整體尺寸為150 mm×105 mm×25mm, 重量約為1.5 kg。鑄件整體輪廓相對簡單, 沒有複雜曲麵輪廓, 如圖1所示。采用粘土砂造型, 一箱4件, 選取葉片上表麵為分型麵, 采用底注式澆注係統。各阻流截麵∑S內∶∑S橫∶∑S直=1∶1.1∶1.15, 其中S內≈0.615 cm2。為了加強補縮, 可設立暗冒口, 建立如圖2所示的澆注係統模型。

  2、拋丸機葉片數值模擬及分析:

  2.1、前處理:

  (1) 三維建模及網格劃分。采用CATIA軟件對拋丸機葉片及其鑄造工藝進行實體三維建模。將三維模型導出為*.stl格式的文件, 將其導入模擬分析軟件Anycasting中進行網格劃分, 共劃分了130 872個單元。

  圖1 零件實體模型Figure 2 Solid model of part

  圖1 零件實體模型Figure 2 Solid model of part

  圖2 澆注係統模型Figure 2 Pouring system model

  圖2 澆注係統模型Figure 2 Pouring system model

  (2) 界麵換熱係數及熱物性參數的確定。Anycasting軟件自帶各種材料之間的傳熱係數, 隻需要根據實際的情況選擇即可。設置鑄件和砂模之間的傳熱係數為41.868 W/ (m2·K) 。砂型采用Anycasting自帶的Green Sand。

  (3) 澆注工藝參數的確定。砂型的初始溫度設為20℃, 澆注溫度設為1420℃, 充型速度為0.472 m/s。

  2.2、充型過程模擬:

  模擬鑄造過程中金屬液在型腔中的充型過程, 可以得到澆注過程中是否有紊流、澆不足等現象, 預判充型不良區域等, 從而判斷澆注係統設計是否合理[1,2,3,4]。充型過程如圖3所示。從充型順序來看, 正對著橫澆道的兩個型腔最先開始充型而且充型也不是很平穩, 這種情況可能導致鑄件產生氣泡、夾渣等缺陷。

  圖3 充型過程模擬Figure 3 Simulation of mold filling process

  圖3 充型過程模擬Figure 3 Simulation of mold filling process

  2.3、凝固模擬:

  凝固過程及缺陷模擬如圖4所示。可以看出, 凝固後鑄件中心部位出現缺陷的概率接近0.9, 而且缺陷的分布不均勻。另外, 從鑄件凝固時間可以看出, 內澆道先於鑄件凝固, 即鑄件的補縮通道被阻斷, 說明鑄件中心區域極有可能存在由於補縮不足導致的縮孔、縮鬆等缺陷。由於拋丸機葉片工作時與鋼砂發生摩擦, 因此對葉片表麵的耐磨性能有一定要求, 如果在鑄件中心區域有這種缺陷存在, 則其使用壽命會大幅下降。

  圖4 凝固過程及缺陷模擬Figure 4 Solidification process and defect simulation

  圖4 凝固過程及缺陷模擬Figure 4 Solidification process and defect simulation

  3、工藝方案的改進:

  由原始方案模擬結果可知:型腔的充型過程及其不平穩;內澆道補縮通道先於鑄件凝固, 鑄件未補縮到位;鑄件中心區域出現大量缺陷。基於上述原因, 對冒口進行了加大處理, 對內澆道做了縮短處理, 同時把橫澆道放在了冒口的下方。改進後模擬結果如圖5所示。改進後充型過程變得更平穩, 同時鑄件缺陷由中心區域轉移到鑄件側耳且相對分散, 但缺陷仍然存在。

  結合工藝方案二, 將暗冒口與直澆道結合作進一步優化, 如圖6所示, 凝固後缺陷概率基本為0。

  4、結語:

  采用Anycasting軟件對鑄造拋丸機葉片的充型及凝固過程進行數值模擬, 預測其缺陷產生的部位並分析缺陷產生的原因。在此基礎上對生產拋丸機葉片的工藝進行了優化, 結果表明:對冒口進行加大處理, 對內澆道進行縮短處理, 同時把橫澆道放在冒口的下方, 改進後充型過程變得更平穩, 同時鑄件缺陷由中心區域轉移到鑄件側耳且相對分散, 但缺陷仍然存在。將暗冒口與直澆道結合進一步優化, 可有效消除缺陷, 減少在鑄造拋丸機葉片重要部位產生缺陷的概率, 對相關企業生產具有一定的指導意義。

  圖5 工藝方案二及充型凝固模擬Figure 5 Process plan II and simulation of mold filling and solidification

  圖5 工藝方案二及充型凝固模擬Figure 5 Process plan II and simulation of mold filling and solidification

  圖6 工藝方案三及凝固模擬Figure 6 Process plan III and solidification simulation

  圖6 工藝方案三及凝固模擬Figure 6 Process plan III and solidification simulation