行星架铸钢件阶梯式浇注系统设计与仿真

行星架铸钢件阶梯式浇注系统设计与仿真

0浇注系统设计的合理性注射系统是引导砂中金属液流入型腔的渠道。在实际生产中经常因为浇注系统设计不合理造成缩孔缩松、夹砂、粘砂、冷隔浇不足等缺陷，严重的会导致铸件报废。行星架铸钢件结构较为复杂，且铸钢铸造性能差，因此浇注系统设计的合理性对行星架铸钢件生产至关重要。根据金属液流入型腔方式的不同，将浇注系统可分为顶注式、底注式、侧注式和阶梯式4种1注射系统各部分的元结构设计ZG35GrMo材料铸造性能较差，凝固收缩率大，易产生缩孔等缺陷1.1时间间隔的确定铸件浇注时间是液态金属开始进入型腔到其完全被充满的一段时间间隔。合理的浇注时间与铸件的重量和结构、铸型工艺条件、合金种类以及所选用的浇注系统有关。其计算公式为式中，q为平均流量速度，t为浇注时间，N为钢包内漏孔数量，G1.2浇注时间的确定根据铸件的高度和浇注时间，计算钢液上升速度为v=C/t。式中，v为钢液液面在型内上升速度，C为铸件在型腔内的高度（647mm),t为浇注时间。计算得到v=29.4mm/s，查表21.3浇注系统各组元尺寸的设计浇注系统一般由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道组成。直浇道主要作用为引导浇口杯中的金属液向下流动，进入横浇道、内浇道或直接导入型腔，并提供足够的压头；横浇道的作用主要是连接直浇道和内浇道，将金属液平稳而又均匀的分配给各个内浇道；内浇道的主要作用是引导金属液平稳流入型腔，控制充型速度和方向及铸件各部分的温度场以及凝固顺序，对铸件质量有较大影响。浇注系统各组元尺寸参数如下。直浇道：最终浇注系统各组元的实际截面积比底层、第二层分别为1.4直浇道窝改造金属液对直底部有强烈的冲击作用，并产生涡流和紊流区，常引起冲砂、渣孔和大量氧化夹杂物等铸造缺陷，设直浇道窝可改善金属液的流动状况。因此，一般情况下，浇口窝直径是直浇道下端直径的1.4～2.0倍，浇口窝高度是直浇道下端直径的2倍2灌溉系统的充分温度场、速度场和压力场的模拟分析2.1u2004充型过程不同时段的温度分布浇注系统的设计要保证充型过程温度变化均匀，如果充型过程中钢液的温度梯度变化过大，则可能会引起冷隔、浇不足等缺陷。图2为铸件的充型温度场。图2(a)～(e）为铸件充型过程不同时刻的温度场。t=2.4s时钢液填满底部内浇道，t=8.1s时填满下法兰盘，t=9.2s时腿脚支撑结构被填满，t=12.3s行星架上法兰盘被填满，t=18.5s铸件填充完毕，整个过程温度变化不明显，对应温度标尺的颜色，则整个过程钢液温度区间为1502～1550℃，温度变化最大为50℃左右，且温度变化均匀。图2(f）为铸件在凝固100%时的温度分布。由图可知，铸件上半部分温度高于下半部分，说明铸件整体是自下而上的凝固顺序，底层和第二层内浇道设计合理。2.2u2004充型时间及缺陷依据托里拆利小孔出流定律，由于实际浇注时间与理论设计浇注时间之间存在偏差，很难实现“大流量、低流速、平稳洁净充型”，因此容易引起射流、结疤等缺陷由图3可知，整个铸件充型时间大概为18.5s，这与计算结果基本符合。说明采用阶梯式浇注系统，钢液在型腔内较为快速平稳充型2.3u2004压力场在浇注过程中，浇注系统中的压力若大于造型强度，则会导致造型的破坏和夹砂，从而影响铸件的质量。图4为铸件充型的压力场。由图4(a)～(f）得到，整个充型过程型腔中的压力稳定在0.167～0.251MPa，浇注系统中的压力变化区间为0.167～0.837MPa，且在t=16.9s左右达到最大压力值，均小于造型强度1.5MPa，故浇注系统压头设置合理。3浇注系统参数验证行星架铸钢件采用阶梯式浇注方案，对铸件充型过程的温度场、速度场和压力场进行仿真，并对浇注系统各参数进行验证。仿真结果表明，浇注系统对铸件有充足的充型能力，使得铸件具有较为合理的凝固顺序。钢液没有发生飞溅、卷气