铸钢件的铸造工艺及热处理工艺数值模拟

铸钢件是本公司所提供的多项业务之一，经过多年经验的积累以及相关数据、文献的研读，在这一方面有了十分深刻的工作理解，下面是参考相关文献进行的一篇铸造工艺的细致描述。
销孔座铸件,  该铸件是液压油缸上的重要零部件, 其材料牌号为8630,该铸件的毛坯重约35 kg。销孔座铸件, 一箱8件, 直浇道和横浇道采用直径准60 mm的耐火管铺设。在冒口的设置上, 为了满足补缩的需要, 使用准160 mm×200 mm×300 mm的腰圆保温冒口。上箱设置排气。使用底注包浇注。浇包在使用前预热, 出钢温度1 580~1 600℃。浇注温度1 560~1 580℃。出钢和浇注前测温, 到达浇注温度后进行浇注。浇注要平稳, 保证不断流, 点浇冒口进行补缩, 之后在冒口撒保温剂覆盖。
由于型腔内的8件产品几何对称, 为了节约模拟时间, 截取了2件进行凝固模拟分析。几何造型采用三维造型软件Pro/E。凝固模拟分析采用铸造仿真软件Pro CAST, 2种软件的接口采用*.ans格式。在Pro/E中造型并划分好*.ans格式的面网格之后, 导入Pro CAST软件中的Mesh CAST模块进行体网格划分。材料的热物性参数可由Pro CAST软件根据成分计算生成。浇注温度, 浇注速度和浇口位置等按照工艺设计方案的内容输入软件。铸件与砂型, 浇道与砂型, 浇口与空气, 保温冒口与砂型需要设置不同的界面换热系数。参数设置好之后, 运行Data CAST和Pro CAST模拟结束后, 通过View CAST观察和分析结果。分别运用直接分析法和凝固分数法对凝固过程进行分析, 没有发现缩孔、缩松的问题。 缩孔全部集中在冒口位置, 发热冒口作用明显, 能够满足补缩需要。
该铸件的热处理工艺为调质, 本文仅对淬火过程进行模拟分析。铸件清理打磨后先进行淬火分析, 然后进行高温回火。淬火介质为水。根据销孔座铸件的热处理工艺, 首先将模型导入Pro CAST软件中, 划分网格后选取合理的材料参数、初始条件和边界条件。材料的热物性参数从热处理模块中自带的材料数据库中选取。铸件与炉体, 铸件与空气,铸件与淬火介质的换热系数采取相关资料中的经验数值设定。本次模拟中, 铸件加热过程中与炉体的换热系数设为125 W/ (m2·K) , 铸件从炉体转移到淬火介质过程中与空气的换热系数设为15 W/ (m2·K) , 淬火过程中与水的换热系数设为5 000 W/ (m2·K) 。通过对销孔座铸件淬火过程的模拟分析, 组织了铸件的温度场、金相组织和淬透层数据。分别在铸件不同位置选取了7个点。在整个热处理过程中, 这7个点的温度场随时间变化的曲线。然而这些点的位置不同, 但是在整个淬火过程中, 温度场随时间变化基本一致。与设计的热处理工艺曲线基本一致。按照计算机模拟的铸造工艺方案进行了实际的样品浇铸, 并对实际浇注出来的样品进行了解剖检测和RT射线探伤检测样品结果无缩孔问题。铸件样品经过调质处理以后, 在铸件本体取样, 进行了力学性能测试。本体力学性能满足相关的的性能要求。
通过对铸件的铸造工艺模拟分析, 可以验证铸件的浇注系统, 进而观察铸件本体是否有收缩类问题。通过对铸件的热处理工艺模拟, 可以对预测本体的基体组织, 进而预测本体性能是否满足要求。热处理模拟软件中自带材料数据库有限, 与实际产品数据有出入, 一定程度上影响了模拟结果。热处理模拟过程中无法设计淬火介质的流动, 也影响了模拟结果。