QT450-10过桥箱铸造工艺数值模拟及其优化设计

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过桥箱是重型汽车上安装轮间差速器的部件,与主减速器壳体相连接,在汽车行驶过程中会受到很大的冲击和振动。本文的主要目的是对砂型铸造球墨铸铁过桥箱的铸造工艺进行设计和研究,采用铸造模拟软件对过桥箱的铸造充型和凝固过程进行数值模拟,分析可能产生的铸造缺陷类型及其形成原因,进而对过桥箱的铸造工艺进行优化,以消除铸造缺陷,提高产品质量。根据过桥箱的结构特点及性能要求,设计出过桥箱的顶注式初始铸造工艺方案,采用华铸CAE软件对初始方案的充型和凝固过程进行数值模拟,发现顶注式方案的铁液充型不平稳,易发生卷气、夹杂现象,而且由于过桥箱的主体薄壁处首先凝固,导致过桥箱的法兰和底部厚壁处需要使用不同的冒口进行补缩,造成铸件的工艺出品率低下,而且补缩效果不好。凝固结束时过桥箱的法兰和大轴承孔处形成了较严重的缩孔和缩松缺陷,体积为4.42cc。从加强补缩和改善铸件的剩余液相分布两个方面对过桥箱的顶注式初始铸造工艺方案进行优化,在法兰上远离补缩系统处增设暗冒口,在暗冒口上设置出气孔,以加强法兰处的补缩,并排出铁液因紊流而卷入的气体。在过桥箱的大轴承孔和大凸台处放置冷铁,加快底部厚壁处铁液的凝固速度。改变明冒口的冒口颈截面形状和面积,发现适当增大冒口颈截面积可以增强冒口的补缩能力,而且宽扁状的冒口颈截面形状更有利于补缩。最佳的冒口颈截面尺寸使铸件上的缩孔、缩松体积减小为1.41cc。由于顶注式方案不能完全消除缩孔、缩松缺陷,本文设计出过桥箱的底注式铸造工艺的初始方案。从底注式初始方案的充型模拟结果中发现铁液的充型过程快速平稳,从凝固模拟结果中发现铸件上形成了自下而上的凝固顺序,但是由于冒口补缩时间过短,使铸件上形成了体积较大的独立液相区,导致凝固结束后产生缩孔缺陷,体积为2.43cc。从改变冒口参数的方面对初始方案进行优化,发现冒口的高度过大时,不仅不能使冒口起到很好的补缩作用,反而会在冒口凝固时反吸铸件内的铁液,造成缩孔、缩松体积的增大。最佳的冒口参数使过桥箱铸件上的缩孔、缩松缺陷全部被消除。本文通过数值模拟和工艺优化得到了过桥箱的最佳铸造工艺方案,完全消除了过桥箱铸件上缩孔、缩松缺陷,工艺出品率从原来的45.9%提高到68.0%。
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