1、西安航空职业学院毕业论文ProCAST 在熔模铸件产品改进上的应用姓 名： 专 业： 航空电子 班 级： 完成日期： 指导教师: 摘要：本文主要讲述利用 ProCAST 铸造模拟分析软件，对在制产品进行模拟分析，预测铸件可能出现的缩孔、缩松缺陷，从而协助生产在提高产品出品率及质量改进方面制定更优工艺。关键词：ProCAST；缩孔、缩松；出品率；质量改进；前言：传统的铸件产品改进模式都是基于理论知识结合相似铸件的生产经验再进行的改进，具有一定的局限性，需要反复试制才能确定工艺。ProCAST 是一款基于有限元的铸造仿真模拟软件，能对铸造工艺全面分析，预测铸件缩孔、缩松、卷气、冷隔等缺陷，目前已经
2、成为完整解决铸造工艺问题的最先进的工具之一，在精铸行业里应用比较广泛。我公司从 2006 年引进该软件，为铸造工程师进行批量产品工艺改进提供了新的途径。本论文主要阐述我公司运用该软件在量产零件进行工艺改进的一些案例。1、提高工艺出品率提高铸件工艺出品率是其中一项重要的工艺改进，可以帮助生产提供生产效率，节约成本。在铸造生产中，我们会发现一些产品模组件数较少，出品率比较低，生产成本较高，严重影响了生产效率。通过利用 ProCAST 铸造模拟分析软件，对工程师提供的铸件组树实体和熔炼参数进行模拟，根据预测的铸件缩孔、缩松情况和出品率的对比，选出改进的最佳方案，进行小批量试验。如下是改进的其中一个实
3、例：1.1 待改进工艺图 1 和图 2 为铸件原始批量生产的內浇口和顶注式浇注的组树工艺，6 件/串，工艺出品率25.5%；图 1 內浇口图 2 原始组树工艺1.2 改进工艺模拟1.2.1 工艺设计经研究讨论列出三种提高出品率的改进组树方案，case1 为顶注式浇注的，顶注式的便于浇道对铸件的补缩，case2 和 case3 为侧注式浇注的，每串的件数多，有利于提高生产产能，三种方案其对应的每串件数和出品率已计算出，如表 1，内浇口工艺采用原始批量的工艺；表 1 改进的组树方案1.2.2 凝固过程运用 ProCAST 铸造模拟分析软件进行模拟分析，材料为 IC 8620，钢水浇注温度 1680
4、，模壳温度 1050，通过模拟凝固过程显示，三种改进方案的凝固过程都呈完美的顺序凝固（固相率60%隐藏），铸件不存在孤立液相区，如图表 2 所示；表 2 改进的凝固过程1.2.3 模拟结果表 3 为三种模拟方案的缩松、缩孔预测结果，取孔隙率大于 2.5%显示, 三种方案的铸件都未出现缩松、缩孔缺陷，模拟结果良好。 表 3 改进的模拟结果1.2.4 综合分析：从模拟结果上，三种方案都未出现缩缩孔、缩松缺陷；从组树效率上，case1 在组树时，浇道需要拼接，没有专用成型的浇道，组树效率不高，故不采用，case2 和 case3 的浇注系统，生产上都有专用的；从工艺出品率上，case3 的工艺出品率
5、最高，每串的件数最多，有利于提高熔炼钢水利用率，降低能源消耗，而且还能提高生产产能和工人的生产效率，降低人工成本，故选用 case3 进性小批量验证。1.3 实际验证图 3 为 case3 小批量工艺验证的铸件图片，铸件无缩，并且外观良好；图 3 铸件图片图 4 为 X-ray 图片，铸件内部无缩； 图 4 X-ray 底片1.4 结论利用 ProCAST 软件模拟三种改进方案，根据模拟结果选取最优工艺作为实际生产改进工艺。实际改进结果显示产品外观及内部质量均合格，与模拟结果一致。该工艺被采纳，成为正式生产工艺。2、改善产品质量质量是企业的生命线，没有质量就没有市场，没有效益，企业就无法发展，
6、产品质量的好坏对企业生产的运行有着重要意义。随着经济及科学的发展，我们深刻感受到提高产品质量对公司发展的重要性，我们公司时刻关注着产品质量，运用模拟软件提前模拟改进的组树方案，已成我们改善产品质量的一个重要环节。如下例：2.1 原始工艺分析有一款老产品，在实际生产中存在严重的质量问题，拍片数据统计，内部缩松缺陷达 50%，图 5 为铸件实体和原内浇口工艺方案（黄色为内浇口） ，图 6 为该产品的缩松位置显示，我们先用模拟软件对原始浇口工艺进行模拟；图 7 为模拟仿真的凝固过程显示，出现孤立液相区；图 8 为模拟结果，铸件出现明显的缩松、缩孔，且缩的位置和实际相符；图 5 原铸件浇口工艺图 6
7、原铸件缩松位置图 7 原始方案图 8 缩松、缩孔预测结果原始工艺出现缺陷主要是內浇口较小，补缩不足导致的； 2.2 改进方案 case1 模拟2.2.1 工艺设计根据原始工艺分析结果，本次改进在原工艺基础上增加一个內浇口和加大內浇口截面积（如图 9） 。2.2.2 凝固过程图 10 和图 11 为改进后的模拟仿真凝固过程，整体呈顺序凝固，没有出现孤立液相区（固相率60%隐藏） ；2.2.3 模拟结果图 12 为改进后的模拟结果，铸件缩松面积比原始工艺减少许多，改进有效果，但不理想；图 9 改进方案 case1图 10 case1 凝固过程图 11 case1 凝固过程图 12 case1 模拟
8、结果两个內浇口的工艺仍然不能解决铸件缺陷问题，主要是铸件厚大部分在凝固过程中不能通过浇口顺序凝固导致。2.3 改进方案 case2 模拟2.3.1 工艺设计根据分析，本次改进改变了內浇口放置的位置，以实现铸件冷却过程的顺序凝固，如图 132.3.2 凝固过程图 14 和 15 为改进方案 case2 的模拟凝固过程，整体呈顺序凝固，没有出现孤立液相区（固相率60%隐藏） ；2.3.3 模拟结果图 16 为再次改进后的模拟结果，铸件未出现缩松、缩孔缺陷，模拟结果良好，再次改进的效果显著，可以进行小批量试验验证；图 13 case2 浇口工艺图 14 case2 凝固过程图 15 case2 凝固
9、过程图 16 case2 模拟结果2.4 实际验证采用改进方案 case2 进行小批量验证。图 17 为试验后的铸件，可以发现铸件外观质量良好，无缩孔、缩松缺陷；图 17 case2 试验的铸件图 18 为 X-ray 图片，铸件内部无缩；图 18 case2 拍片结果 OK2.5 结论利用 ProCAST 软件模拟改进方案，并根据模拟结果调整改进工艺，得到模拟结果良好的工艺方案。实际改进结果显示产品外观质量得到显著改善，无缩孔、缩松缺陷，同时铸件内部质量良好，与模拟结果一致。改进工艺 case2 被采纳，成为正式生产工艺。3、总结3.1 熔模铸造产品可利用模拟软件仿真模拟代替试验验证，缩短验
10、证周期，降低试制成本；3.2 利用软件模拟实际铸造工艺，预测缺陷，减少对工程师经验的依赖，可降低生产风险；参考文献1 陈宗民, 于文强. 铸造金属凝固原理M. 北京: 北京大学出版社, 2014. 1.2 V. E. Bazhenov, A. V. Koltygin, A. V. Fadeev. The use of the ProCast software to simulate the process of investment casting of alloy based on titanium aluminide TNM-B1 into ceramic moldsJ. Russian
11、Journal of Non-Ferrous Metals, 2013, (6): 551-555.3 徐尊平，强华. 不同铸型铸造凝固过程温度场的有限元模拟J. 热加工工艺, 2008, 37(17): 13-15.4 侯起飞, 杨娟, 王刘利. 石墨形态和氧化夹杂对灰铸铁力学性能的影响J. 铸造技术, 2010, 31(05): 302-304.5 杨永录, 张绪国, 宋岩等. 灰铸铁组织中不良石墨形态的金相分析及质量改进J. 金属加工(热加工), 2012, (01): 71-74.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!
