会员中心

首页

技术交流

求供信息

企业风采

热门产品

知识篇：考虑铸型强度的球墨铸铁件冒口计算方法

目前应用于球墨铸铁件的冒口设计方法主要有收缩模数法、实用冒口法和通用冒口法。基于几何的冒口优化方法，虽然能对冒口大小设计进行优化，但没有考虑合金材质，球墨铸铁糊状凝固及石墨化膨胀特性，因此对球墨铸铁件冒口设计不一定适用，同时都有一些自身无法克服的缺陷，为此，急需提出一种考虑铸型强度的球墨铸铁件冒口计算方法，并应用于实际球墨铸铁件冒口设计中。

球墨铸铁件在凝固过程中的共晶石墨析出会产生膨胀力，又因为糊状凝固特性导致铸件在凝固初期难以形成坚硬外壳，此时凝固产生的膨胀压力便会作用于铸型，当铸型强度不够好时，会产生胀型，使铸件收缩增大，当铸型强度比较好时，膨胀压力作用于铸件本身实现自补缩，收缩量减小，因此球墨铸铁件的冒口设计不同于铸钢件，需要综合考虑铸型强度、铸件结构等多种复杂因素。笔者以某球铁铸件为例，在华铸CAE平台进行凝固过程模拟。

工艺介绍

选择QT400-18合金，合金成分为C 3.5%、Si 2.6%，浇注温度为1 400 ℃，铸型温度为20 ℃，铸型类型为砂型，铸型强度依次选择好、中等、差，不考虑充型铸型流动的影响，假设瞬间充型，只计算纯凝固过程。

案例介绍

以收缩模数法为基础，首先根据铸件模数计算冒口模数MR，随后在三维造型软件中进行铸造工艺设计，然后进行凝固过程数值模拟，根据模拟结果分析铸件的缩孔缩松分布情况。如果在冒口附近的铸件区域有缩孔缩松，说明冒口设计不合理，进而修改冒口尺寸，继续进行数值模拟，直至铸件被补缩区域无缩孔缩松，此时的冒口定义为优化冒口，其模数表示为M'R。将优化冒口模数与原冒口模数的比值定义为铸型强度系数f，f=M'R/MR，获得铸型强度系数的流程如图1所示。

图1 获得铸型强度系数的流程

影响球墨铸铁冒口设计的因素主要有铸件结构、铸型强度、合金成分、孕育条件和浇注条件，笔者控制浇注条件和孕育条件不变，研究铸型强度在不同合金、不同铸件结构条件下对冒口设计的影响，得到相应的铸型强度系数。

由于铸件的结构有简单和复杂之分，复杂铸件也是由简单几何体构成，笔者选择几种经典简单几何体作为研究对象，包括T型杆、L型杆、十型杆、立方体、和平板件；常用球墨铸铁合金有QT400-18、QT450-10和QT500-7；用于球墨铸铁的铸型种类主要有湿型、较干型、干型和树脂砂型，铸型强度可以定性为差、中等、好，常用球墨铸铁件冒口类型有顶缩颈冒口和侧冒口，其铸件模数编号见表1。

表1 铸件模数编号

以T型杆件为例说明数值模拟过程，见表2。冒口类型“1”代表顶缩颈冒口，“2”代表侧冒口。首先控制合金为QT400-18，冒口类型为侧冒口，选择铸型强度为好，改变铸件模数，进行数值模拟得到对应的铸型强度系数；然后继续保持合金和冒口类型不变，选择铸型强度为中，改变铸件模数进行数值模拟得到对应的铸型强度系数；接着选择铸型强度为差，改变铸件模数进行数值模拟得到对应的铸型强度系数。改变合金，冒口类型依旧是侧冒口，重复以上操作，得到不同合金对应的铸型强度系数。最后改变冒口为顶缩颈冒口，重复以上所有数值模拟过程，得到不同冒口对应的铸型强度系数。

表2 数值模拟方案