1、西安航空职业学院毕业论文ProCAST 软件对薄壁支架类零件铸造工艺研发及优化的应用姓 名： 专 业： 航空电子 班 级： 完成日期： 指导教师: 摘要：ProCAST 是一个基于有限元技术分析的铸造过程模拟分析软件，适用于各种铸造工艺的模拟，可以模拟分析模组熔液的填充、凝固和应力应变等计算，显示铸件的冷隔、裹气和氧化夹杂的位置，预测铸件缩松、缩孔，应力与应变等缺陷。运用 ProCAST 模拟预测铸件的缩松、缩孔位置，是我们产品研发的内容之一。关键词：ProCAST；模拟；凝固；缩孔、缩松；研发；优化；1 前言：在熔模铸造样品工艺研发阶段， 通常我们的相关产品工程师会以会议或小组讨论的方式，召
2、集相关铸造工程师根据铸件的要求和结构进行分析，制定几种铸造工艺生产方案，进行 3D 制图，并由相关模拟工程师运用 ProCAST 仿真模拟软件对其模拟分析和优化，已成为我公司进行铸造工艺研发生产中的一项重要环节。如下为我公司利用模拟软件对一种只有 2mm 厚薄壁支架铸熔模造工艺研发和优化过程的案例。2 铸造工艺制定：2.1 几何模型铸件几何模型（如图 1）：图 1 几何模型2.2 冒口设计根据冒口理论设计要求，即冒口应设在补缩通道上，设计合理的斜度，加大补缩扩张角，有利于实现冒口的补缩和增加冒口的补缩距离。根据铸件质量要求、结构特点并结合实际生产，内浇口位置选择在铸件的平面处，同时，在铸件的相
3、关部位增加工艺补贴，有利于铸件通过冒口进行顺序凝固，减少热节的产生。冒口设计（如图 2） ；图 2 冒口2.3 浇注系统设计根据浇注系统设计原理，该支架属于薄壁类铸件，浇注系统设计需要保证金属液充型速度快、平稳、不断流，避免铸件产生冷隔、浇补足缺陷。 浇注系统设计采用了开放式浇注本系统，F 内F 横F 直。对于本产品的浇注系统，我们设计了两种方案进行 ProCAST 仿真模拟计算分析，即 case1 侧注式浇注系统（如图 3）和 case2 顶注式浇注系统（如图 4） 。侧注式浇注系统的优势金属液由铸型型腔侧面水平或倾斜浇注，熔模焊接、熔失比较方便，铸件补缩良好，金属液对铸型型壁冲击较小，排气
4、性能优良 1；顶注式浇注系统的优势是金属液由开在铸件顶部的内浇道注入型腔，有利于形成自下而上的顺序凝固和冒口补缩 2。图 3 侧注式浇注系统图 4 顶注式浇注系统3、软件模拟分析3.1 模拟参数运用 ProCAST 铸造模拟分析软件进行模拟分析，材料为低碳合金钢，钢水浇注温度1680，模壳温度 1150。4、方案一、二模拟4.1 凝固过程通过模拟凝固过程（固相率60%隐藏，如图 5）显示，两种方案在凝固初期，铸件表面固相率值不均匀，并且后面都出现了如图红色圈出所示的趋为孤立液相区的部位。4.2 缩孔、缩松从缩孔、缩松（如图 6）上看，两种方案在铸件多处部位都出现相似的缩孔、缩松缺陷，模拟结果不
5、理想；图 5 case1 和 case2 凝固过程图 6 case1 和 case2 缩孔、缩松预测4.3 小结此产品为薄壁铸件，根据铸件性能要求，铸件不允许出现缩孔、缩松缺陷，此产品工艺需要继续研发。5.方案三模拟5.1 方案三模拟思路继续用 case2 顶注式浇注系统组树方案，通过提高模壳温度改善铸件凝固初期凝固不均的问题；通过改进铸件结构，改善铸件补缩系统，提高浇道对铸件的补缩能力。5.2 方案三模拟结果5.2.1 凝固过程从本次凝固过程结果（固相率60%隐藏，如图 7）来看，凝固初期，铸件表面固相率值基本均匀，未出现孤立液相区趋势，凝固过程得到改善。图 7 case3 凝固过程5.2.
6、2 缩孔、缩松从本次缩孔、缩松（如图 8、图 9）看，铸件出现的缩孔、缩松缺陷明显减少，但现在铸件远平面端有集中的缩孔、缩松缺陷，二次研发模拟结果仍不理想。图 8 case3 缩孔、缩松预测图 9 case3 缩孔、缩松预测5.3 小结：同产品研发初期的模拟结果（如图 6）相比，本次改进效果显著，但未彻底解决铸件缩孔、缩松问题，产品工艺需要继续改进。6. 方案四模拟6.1 方案四模拟思路在二次研发的思路上，再次提高模壳温度，并在铸件远端平面处增加一个冒口，通过冒口补缩改善铸件远端平面的缩孔、缩松问题。6.2 方案四模拟结果6.2.1 凝固过程从本次凝固过程结果（如图 10）来看，铸件整体呈顺序
7、凝固，没有出现孤立液相区（固相率60%隐藏） ；图 10 case4 凝固过程6.2.2 缩孔、缩松从本次缩孔、缩松上（如图 11、图 12）看，铸件未出现缩松、缩孔缺陷，模拟结果良好，本次改进效果显著。 图 11 case4 缩孔、缩松预测 1图 12 case4 缩孔、缩松预测 26.3 小结模拟结果方案凝固过程 缩孔、缩松case1 有趋为孤立液相区部位 有case2 有趋为孤立液相区部位 有case3 基本顺序凝固 有case4 顺序凝固 无从以上表格可以看出，方案四是顺序凝固，无缩孔、缩松，模拟结果最好。方案四改进效果显著，最终解决了铸件缩孔、缩松问题，符合铸件工艺要求，可按此工艺方
8、案提交客户认证，根据样品订单数量需求，进行试制生产。7、总结7.1 在熔模铸造样品研发过程中，利用 ProCAST 模拟软件仿真可以较快的进行产品工艺模拟验证，确定满足客户要求的工艺方案；7.2 利用 ProCAST 软件模拟并优化样品工艺，预测铸件缺陷，可减少产品试制周期及试验次数，降低试制风险，减少生产浪费；参考文献：1、 中国铸造协会，熔模铸造手册，北京，机械工业出版社 2000 年：93 页。2、 李弘英 赵成志，铸造工艺设计，北京：机械工业出版社 2005 年：57 页。致 谢感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我很多素材，还在论文的撰写和排版过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正!
