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基于CREO铸钢排气歧管模具设计

2017/12/19    来源:互联网    作者:史玉锋  刘阳  章通  王艳柳  李锋      
关键字:铸铜排气管  铸造工艺  参数化设计  CAE分析  
采用参数化设计,运用CREO、华铸CAE、Cimatron设计了铸钢排气管的图形、铸造浇注工艺和方法及流程。给出了设计图形及浇冒口截面积和尺寸计算方法。介绍了铸铜排气管的铸造设计流程和如何运用现代计算机辅助设计软件结合设计流程,分析运算,优化设计参数等,以确定最终模型方案的合理性。

1 引言

    33排气歧管,材料为奥氏体耐热铸钢;奥氏体耐热铸钢具有钢液流动性差,凝固收缩大.浇注温度高等特点,表面缺陷、热裂、缩孔倾向大,铸造工艺复杂:2013年接到客户订单.公司成立攻关小组,致力于奥氏体耐热铸钢排气管铸造工艺研究。这也是国内奥氏体耐热铸钢在发动机排气歧管上的首次应用,通过该项目的研究成功填补了国内空白。

2 模型设计

    运用CREO软件进行参数化设计,通过CREO软件的拉伸、曲线、混合、扫描、修剪、曲面、融合、倒圆角、拔模、阵列等功能按键和键盘的结合运用。参数化设计出铸钢排气管的初始模型,特别要注意的是,各管道的夹角及相互结合部位不能出现尖角,一定要圆滑过渡,圆角尽可能大(它取决于铸钢材料的铁液流动性及表面张力特性),用于减少铸件的开裂倾向。然后通过特征参数的变更,获得想要的最终33排气歧管图形,如图l所示。

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    图1 33排气歧管图形

3 砂芯设计

    砂芯是形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位。砂型局部要求特殊形状的部分,有时也用砂芯。对砂芯的要求:砂芯的形状、尺寸以及在砂型中的位置应符合铸件要求;具有足够的强度和刚度,在铸件形成过程中砂芯所产生的气体能及时排出型外,铸件收缩时阻力小和容易清砂;要操作方便、便于制造和获得。根据铸件结构设计出如图2所示的芯盒。在芯盒的设计时,给出合理的芯头长度,以便有足够空间用于设置防压环和压环(防压环:下芯、合箱时,它可防止此处砂型被压塌,因而可防止掉砂缺陷;压环(压紧环):避免液体金属沿间隙钻入芯头,堵塞通气道),芯盒、防压环及压环如图2所示。要特别注意的是,由于耐热铸钢的熔炼温度高于其它常规材料的熔炼温度,浇注时的温度也高于其它常规材料,因此砂芯的强度及高温强度要达到一定要求,要采用高强度覆膜砂,且发气量要小。即覆膜砂发气量≤12ml/g,灼烧碱量≤3.0%,熔点96 ~110 ,(热态抗拉强度:1.5~2.4MPa,常温抗拉强度:3.6~5.0MPa,热态抗弯强度≥3.6MPa,常温抗弯强度≥8.0MPa)。

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    图2 芯盒及防压环

    芯头的承压面积应足够大,以保证在金属液的最大浮力作用下不超过铸型的许用压应力。即:

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    因此,根据铸件的结构及相关要求设计气道芯的芯盒如图3所示(上、下芯盒)。

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    图3 上、下芯盒三维网

    a——上芯盒  b——下芯盒

4 铸造工艺设计

    铸造工艺参数设计。铸造收缩率(缩尺)、机械工余量、起模斜度、最小铸出孔的尺寸、工艺补正量、分型负数、反变形量、非加工壁厚的负余量、砂芯负数(砂芯减量)及分芯负数等。这些参数的选取与铸件尺寸、重量、验收条件有关,取得准确、合适,才能保证铸件尺寸(形状)精确,使造型、制芯、下芯、合箱方便,提高生产率,确保铸件质量,降低成本。

    (1)铸造收缩率确定

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    通过铸造收缩率K来确定模样和芯盒的工作尺寸(在试生产过程中,对铸件多次划线,测定铸件各部位的实际收缩率,依实际铸造收缩率设计制造金属模),通过验证根据不同铸件取1.8%~1.9%。

    (2)起模斜度

    增加铸件尺寸法;增加和减少铸件尺寸法;减少铸件尺寸法;根据铸件的结构,这里选择增加和减少铸件尺寸法,在进气法兰(宽大)处选择增加铸件方法,在管身凸台部位选择减少铸件方法,起模斜度1.5°。

    (3)根据模拟分析及铸件的公差要求+1/--0.5,存进气法兰背面采用工艺补正的方法,增加0.5mm贴补,以增加进气法兰的强度,确保铸件在使用中不会漏气。

    (4)为了防止浇注时跑火及分型线毛刺大,在两半模上各留0.25mm的分型负数。

5 浇注系统设计

    根据铸件结构及材料的要求,铸钢的特点是熔点高,流动性差,收缩大,易氧化,而且夹杂物对铸件力学性能影响严重,使用底注浇包,俗称漏包、柱塞包。

    铸钢材料浇注系统没计,结构简单、截面积大,使充型快而平稳,流股不宜分散,有利于铸件的顺序凝固和冒口的补缩,不应阻碍铸件的收缩。底注浇包原理(图4);浇注速度、包孔、包容量关系如表l所示:

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    各个特征参数的获得,由横浇道的阻渣原埋知,如果渣团能上浮到横浇道顶部且超过内浇道吸动区(见图5),就不致进入型腔;因此,内浇道的位置关系要正确:① 内浇道距直浇道应足够远;②有正确的横浇道末端延长段;③ 开放式浇注系统需把内浇道重迭在横浇道上方,用横浇道的顶面及末端延长段粘附和储留渣滓。

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    图5 内浇道位置

    为了减少浇注时液流在型腔中产生漩涡形成低压涡流而造成的铸件质量问题,在直浇道下方设置了窝座;通过窝座的设计.减少了浇注缓冲、缩短直--横拐弯处的高度紊流区、改善内浇道的流量分布、减小直--横浇道拐弯处的局部阻力系数和压头损失、有利浮出金属液中的气泡,窝座设计如图6所示:

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    图6 窝座位置

    a——无直浇道窝  b——有直浇道窝

责任编辑:张纯子
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