鑄造模擬軟件在醫(yī)療用鋁合金鑄造中的實際應用

周景永，楊 波，孫 鵬

（遼寧卡斯特金屬材料發(fā)展有限公司，遼寧調(diào)兵山 112700）

鑄造鋁合金由于其小密度高強度特點被廣泛地應用于航空、航天、汽車、機械等各行業(yè)。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，各行各業(yè)對鋁合金鑄件的需求量越來越大，對于鑄件質(zhì)量的要求也越來越高[1]。目前國外的鋁合金鑄造越來越多地采用高科技手段，尤其是鑄造工藝的設計都采用優(yōu)秀的鑄造模擬仿真技術[2]，可極大地提高新產(chǎn)品開發(fā)的成功率，縮短開發(fā)周期，降低試驗成本；而相比之下，我國雖然稱得上是一個鑄造生產(chǎn)大國，卻還不是一個鑄造生產(chǎn)強國[3]，尤其是在鋁合金鑄造上應用模擬技術的水平還比較差，只在少數(shù)的科研單位和大型企業(yè)中有所應用，多數(shù)用于科研和汽車鑄件的模擬。并且一些單位雖然有模擬軟件，但是只是作為“擺設”，而很少使用[4]。目前，我國大部分鋁合金鑄造單位，在鑄造工藝設計的時候往往依賴于工藝設計人員的直覺經(jīng)驗，并且工藝的驗證需要反復的實際澆鑄，這樣的話，如果工藝有錯誤，則可能造成模具報廢，從而不僅僅造成經(jīng)濟損失，還造成產(chǎn)品試制周期延長，可能導致訂單丟失，從而影響到企業(yè)的競爭力[5]。

1 鑄造模擬在澆鑄過程中的模擬實例

圖1 所示鑄件為某醫(yī)療設備上使用的鋁合金鑄件，鑄件結(jié)構比較復雜，局部地方壁厚較厚，容易產(chǎn)生縮松等鑄造缺陷，所以根據(jù)以往的經(jīng)驗鑄造工藝原始設計時在厚大部位設置較大的冒口，結(jié)果在實際生產(chǎn)中，放置冒口的厚大部位出現(xiàn)嚴重的縮松，如圖2所示。后經(jīng)過鑄造模擬，原方案在澆鑄完成后，冒口部位的鋁合金溶液溫度在580℃左右，已經(jīng)低于鑄件液相線溫度，（如圖3所示，圖中左側(cè)為鑄件溫度分布）從而導致冒口部位起不到補縮作用，反而加劇了厚大部位的縮松缺陷。后修改鑄造工藝，把厚大部位的冒口去除，更改為冷鐵，經(jīng)過工藝模擬鑄件溫度場分布情況良好，如圖4所示，經(jīng)過實際生產(chǎn)驗證，鑄件的縮松問題得到了解決。實體鑄件如圖5。

圖1 鑄件圖

圖2 原始工藝的鑄件缺陷

圖3 原始工藝的模擬結(jié)果

圖4 改進工藝的模擬結(jié)果

圖5 改進工藝后的鑄件

2 鑄造模擬在凝固過程中的模擬實例

圖6 所示鑄件為某醫(yī)療設備上使用的鋁合金鑄件，鑄件對內(nèi)在質(zhì)量要求十分嚴格，鑄件全身要X光檢測，且檢測等級是鋁合金鑄件要求的最高級別AA級。通過對原始工藝的凝固過程模擬，發(fā)現(xiàn)在凝固過程中，由于鑄件最后凝固的部位得不到鋁液的補充，可能會導致鑄件在相應位置出現(xiàn)縮松和縮孔，模擬結(jié)果如圖7所示，淺色部位為最后凝固的部位。為了解決可能出現(xiàn)的縮松，后來通過改變冷鐵的位置，對澆鑄系統(tǒng)進行了局部的修改，對修改后的工藝進行凝固過程模擬，模擬結(jié)果見圖8，從圖8可以看出最后凝固的部位都是在冒口和澆注系統(tǒng)上。后經(jīng)過實際生產(chǎn)的驗證，此工藝生產(chǎn)的鑄件能滿足質(zhì)量要求。

3 結(jié) 語

圖6 鑄件圖

使用鑄造模擬軟件可以直觀的顯示出鑄件澆鑄過程的溫度場分布和凝固過程的收縮順序，從而發(fā)現(xiàn)工藝方案中的鑄造缺陷，然后能根據(jù)模擬的結(jié)果，改進工藝，由于這些工藝設計和模擬都是通過電腦完成，所以不會產(chǎn)生很多的資金及其他方面的浪費。隨著市場上的鑄造模擬軟件越來越完善，將來鑄造模擬軟件會在越來越多的企業(yè)中起到重要的作用。

［1］熊艷才，劉伯操.鑄造鋁合金現(xiàn)狀及未來發(fā)展［J］.21世紀鑄造技術論壇，1998（4）：1.

［2］陳立亮.鑄造數(shù)值模擬技術新進展及鑄造CAE應用［J］.鑄造縱橫，2005（9）：21.

［3］虞倫.Anycasting在發(fā)動機鑄造模擬分析中的應用［C］.2007重慶鑄造年會論文集，2007，50.

［4］李日，馬軍賢.如何有效運用鑄造數(shù)值模擬軟件提高鑄件質(zhì)量［J］.鑄造論壇，2009，58（3）：253.

［5］胡紅軍.ProCAST軟件在鑄造凝固模擬中的應用［J］.材料科學與工藝.2006，14（3）：293.