zl114单吸阀立浇工艺的数值模拟

zl114单吸阀立浇工艺的数值模拟

qhxf-v单吸痰阀属于壳体结构。吸痰的壳体结构相对简单，由两个旋转体和中间的杆组成。这是一个空腔结构。旋转体的厚度与法国蓝盘的厚度差异很大。因此，在法国蓝盘连接的和中间杆的底部容易产生热节、缩松和收缩孔缺陷。本文将根据吸阀结构合理设计工艺，利用ProCAST软件预先对缺陷位置进行分析，进行多次工艺优化，避免在实际铸造过程中产生的缺陷。一、零件结构特点QHXF-V单吸阀材料为ZL114，最大轮廓尺寸为714×352×352mm，零件内部为中空内腔结构，底部法兰盘有八个均布通孔，顶部法兰盘有四个均布通孔，右侧回转体上方法兰盘有十二个螺纹孔，零件最小壁厚为10mm。整体壁厚与底部法兰盘壁厚差异较大，因此可能在L型区产生热节。二、注射工艺的选择(一)灌溉根据浇注位置确定原则和零件的实际情况，考虑到铸件工作平面组织对称，重要加工面朝下的原则，选择法兰盘朝下的浇注位置。(二)中轴对称分型根据铸件对称的结构特点，满足安放嵌件及排气等成型的需要，选用了中轴对称分型。优点是砂箱不高，良好利用了铸件的对称特征，砂芯和活块数量少，下芯、起模方便。采取平坐立浇的浇注方式，需使用侧开口的特殊砂箱，可能会使铸件错边，因此需特别考虑砂箱。(三)配合卡槽设计主要采用呋喃树脂砂制芯，1#芯和3#芯位于铸件底部法兰盘，用于形成法兰盘上的铸出孔；2#芯用于形成壳体的内腔，由于内箱形状复杂，采用组芯的方式。由于浇注系统的直浇道由内腔穿过，在砂芯中预留好了直浇道及横浇道位置。1#芯和3#下芯时需定位准确，因此设计了配合的卡槽结构，如图2.1。为保证砂芯在砂型中的位置准确，在转移和合箱过程中不发生错位，采用芯头固定，芯头形状及尺寸可参考铸造工程师手册,由于采取平坐立浇工艺，芯头的尺寸较大，为保证在下芯时良好固定砂芯，不发生砂芯塌陷及错位的缺陷，在芯头中设有与砂芯一体的芯骨，以提高砂芯的强度；两个支撑芯骨，高度略超过砂芯芯头，在下芯时搭在型腔上，以便在合箱后翻转砂箱的过程中，砂芯不发生错位现象，砂芯（含芯头）及芯骨形状如图2.2。三、直浇道成孔结合铸铝件的特点和不同种浇注系统的优缺点，选用底注式浇注系统，在保证铸件内部组织均匀的同时方便造芯，选择平做立浇浇注系统。利用壳体内部的空腔，直浇道直接从腔体内部穿过而不影响铸件成型，直浇道从轴心穿过，使同一水平面上金属液到达各个位置的时间差减小。横浇道直接代替内浇道，保证金属液到达型腔时保持一个较高温度，尽量减少热量的散失，又能避免产生浇不足，冷隔等缺陷。采用开放式浇注系统，浇口比为1:1.7:2，金属液从底部进入型腔，通过计算阻流面积，及查阅铸造工程师手册中耐火管尺寸，得到各浇道尺寸如表2.1浇注时间对铸件质量有重要影响，而合适的浇注时间与铸件结构、铸型工艺条件、合金种类与选择的浇注系统有关，查阅ZL114铸铝件浇注时间一般使用公式经计算得浇注时间为13.38s，取13s。浇注温度为710±10℃。四、灌溉采用ProCAST铸件成型过程数值仿真模拟软件对砂型铸造的充型过程的速度场、凝固过程的温度场和凝固场及最终缺陷位置进行模拟。(一)计算速度及充型速度由图4.1（左）金属液进入型腔直至充满共需12.09s，与理论计算时间相一致。充型速度约为0.83m/s。整体充型平稳，未出现金属液冲击砂型；中间筋板填充完整，充型较平缓，并未产生飞溅；型腔整体形状无起伏，20.66s时整体充型完毕，总体充型效果良好。(二)浇注冷铁及冷铁厚度设计从模拟结果看，铸件缺陷分布较为均匀，因此方案可行，故进行进一步优化。其内部出现集中缩松区域，故对浇注系统添加补缩系统，提高铸件的致密性，通过模数法对冒口进行计算，在顶部大法兰盘上设置五个冒口均布，小法兰盘设置三个冒口均布，以补缩顶部塌陷部分。为了增加铸件局部冷却速度而置于铸件表面或内部的激冷，在补缩不到的位置添加冷铁，根据铝合金件的冷铁厚度经验公式:计算得冷铁厚度为20mm。根据铸件结构在φ352法兰盘侧面加四块环形冷铁，法兰盘底部加四块环形冷铁，右侧φ357法兰底部加两块环形冷铁，在中间空腔筋板处添加八块标准冷铁，均匀分布。在此基础上适当提高浇注温度，经过优化再次模拟，缩松缩孔缺陷全部补缩在冒口中，内部缺陷基本消除。五、浇注方案优化根据单吸阀工作环境对零件的性能要求，以及零件的材料和结构特征对其进行分析，采用砂型铸造，型砂和砂芯的造型材料均选用呋喃树脂自硬砂。设计平坐立浇及平坐平浇两种可行的浇注方案，采用开放式底注浇注系统。利用ProCAST软件对浇注过程进行模拟，合理设计冒口，添加冷铁和提高浇注温度，对浇注工艺进一步优化