基于MAGMAsoft的CAE技术在铸钢件中的应用

1、第二届中国C A E 工程分析技术年会基于M A G M A s o f t 的C A E 技术在铸钢件中的应用刁松涛，王智平，肖荣振，付金良，冯力( 兰州理工大学甘肃有色金属及复合材料工程技术研究中心，甘肃兰州7 3 0 0 5 0 )羹：介绍了铸造C A E 技术的基本思路和原理 煅M A G M A s o f t 的基本情况和应用实例，本文以铸钢件为例，模拟结果表明现阶段的铸造C A E 软件能够很准确地预测铸钢件在充型凝固过程中可能产生的缺陷，从而达到了辅助工艺人员进行工艺设计和优化，为铸铜件的实际生产服务的目的关键词：M A G M A s o f t ；铸造C A E ；铸造缺陷；铸钢中圈分类号：T G 2 4 8 ，T G 2 4 4支棘标识碍：A p p l i c a t i o no fC A Et e c h n i q u eb a s e do nM A G M A S O F Ti ns t e e lc a s t i n gD i a oS o n g - t a o ，W a n gZ h i p i n g ，X i a oR o n g - z

2、h e n ，F uJ i n l i a n g ，F e n gL i( R e s e a r c hC e n t r eo f G a a s uN o n f e r r o u sM e t a la n dC o m p o s i t eM a t e r i a l s ，L a n z h o u7 3 0 0 5 0 ，C h i n a )A b s t r a c t ：7 F h eb a s i cp r i n c i p l e so ff o u n d r yC A Et e c h n o l o g y ，M A G M A s o f ta n ds o m ea p p l i c a t i o n so ft h i ss o f t w a r ew e r ei n t r o d u c e dT h es t e e lc a s t i n gi ss i m u l a t e di nt h i sp a p e r , t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a

3、tt h es o f t w a r ec a na i dt e c h n o l o g i s t st oo p t i m i z ee a s tp r o c e s sb yf o r e c a s t i n gc a s t i n gd e f e c t sa r i s i n gd u r i n gm o l df i l l i n ga n ds o l i d i f i c a t i o np r o c e s s c s -K e y w o r d s ：M A G M A s o f l ；f o u n d r yC A E ；c a s t i n gd e f e c t s ；s t e e lc a s t i n g铸造C A E 技术是利用计算机技术来改造和提升传统铸造技术，对降低产品成本、提高铸造企业竞争力有着不可替代的作用，它的应用和推广必将为铸造行业带来板大的经济和社会效益。随着计算机及其相关技术的发展，国际上也相应出现了一批商品化软件，其中M A G M A s o f t 软件是德I 司M A G M A 公

4、司专门为铸造开发的过程仿真分析软件，针对铸造过程进行流动传热应力耦台分析，采用基于有限元( F D M ) 的数值计算方法，适用于模拟复杂铸件成形过程中的各种物理现象J 。1 铸造c A E 技术软件简介1 1C A E 技术的基本流程铸造C A E ( C o m p u t e rA i d e dE n g i n e e r i n g ) 技术是以传统的铸造工艺理论为基础，运用传热学、流体学和数值分析理论，结合计算机软、硬件技术，对铸造工艺进行辅助设计”I 。利用C A E 技术确定其工艺的流程如图1 所示。首先，根据传统铸造工艺进行三维造型，然后把加入原铸造工艺铸件的三维图形化成s t i ，文件，导入M A M G s o f f 并进行网格剖分，根据需要进第二届中国C A E 工程分析技术年会彳亍计算分析( 温度场、流动场、应力场) ，根据计算结果分析原铸造工艺的合理性。并进一步优化，如此反复进行，直至铸造工艺达至最优确定最后工艺。1 2M A G M A s o f t 软件的介绍M A G M A s o f l 通过模拟传热和流体流动，以及凝过程中的应力及应变和微

5、观组织的形成，得以准确地预测铸造缺陷，提高铸件质量。适用于所有铸造合金材料的铸造生产，范围白灰铁铸造，铝合金砂型铸造，到人型铸钢件铸造。主要由8 个模块组成：工程管理模块：前处理模块：网格剖分模块；充型、凝固及应力计算模块：结果输出模块：后处理模块；热物性数据库模块；信息分析模块。具有以下特点：( 1 ) M A G M A s o f t 作为针对铸造过程进行流动、传热、应力耦合求解的软件包，能够模拟铸造过程中许多物理现象，包括铸造缺陷形成及分布，铸件的最终质鼙预测。图l 铸造过程数值模拟技术工艺流程 ( 2 ) M A G M A s o f l 的前、后处理模块基于全菜单F i g IP m c e s so f n u m e r i c a ls i m u l a t i o n化的用户界面，提供交互菜单、数据库和多种对话d u d n g f o 。n d r vl c c h n i a 。e 框完成用户信息的输入，具有在线帮助功能。M A G M A s o f t 三维后处理器允许用户在真实几何模型上从任意方向查看摸拟结果，并且可以对几何模型进行剖分查看断面模拟结果

6、。并且可以查看工艺过程中任意时刻铸件和铸型的温度场分布状态。铸件的缩孔缩松水平，金属液的充型方式和传热历史都能准确的描述，并以X 射线透视的方式动画显示模拟结果。各种判据有助于用户将充型和凝固的综合信息归纳到一张图片内。l 够显示任何位置的冷却曲线、速度或压力曲线并且能够对分析结果进行自动评价“ I 。( 3 ) 而且所有C A D 系列与M A G M A S O F T 软件之间都具有快速、方便的几何数据转换接E l 。例如I G E S ，S T L ，D X F 等不同的档案格式。P r o E ，E u c l i d ，C A D D S 直接档案读取，并且与C A D C A M C A E 系统相集成，实现数据共享，提高铸造生产率【3 1 。( 4 ) 适台的操作系统包括U N I X 、L i n u x 和W i n d o w s 2 0 0 0 X P ，可以在安装有两个或多个处理器的计算机上运行，也可在大型的并行计算机上运行。2 铸钢阀盖件的工艺方案实例2 1 工艺方案分析铸钢件实体模型如图2 所示。两端大小法兰各一个，大法兰尺寸为2 2 5 0 x 8 6

7、0 11 0 m m ，小法兰尺寸为8 0 0 x 6 0 0 6 0 m m 两法兰中间的阀体壁厚6 0 m m 纵向、横向均存在四条筋板f 两面) ，在铸造过程中，由于冷却收缩作用，大、小法兰处产生了大量的缩松缩孔，晟后凝固 区域出现在火小法兰处。第二届中国C A E 工程分析技术年会图2 铸件实体模型图3 铸造工艺系统简图F i g2T h ee n t i t ym o d e lo f c a s t i n gF i g3T h es k e t c ho f c a s t i n gt e c h n o l o g ys y s t e m( 1 ) 顺序凝固的选择由于该铸件对法兰的质量要求较高，而在两端法兰与壳体相连处，易 形成热节，并成为壤后凝固区域，易形成缩松缩孔。采用顺序凝固原则，在大小法兰处分别 安置冒口。浇注后。由于金属液的静压力，会使铸件的中间部位充型致密，法兰周围的热节、 最后凝固区域，会上移到冒口内，其他缺陷也会得以消除。 ( 2 ) 浇注工艺的添加采用图3 所示的浇注方案，在大法兰底部，正对四条筋板设置四个内 浇道，在小法兰下部设置一道内浇道。 2

8、 2 基于M A G M A s o f t 的模报分析图4 图6 分别为三个不同的固相分数时的固液分布情况的模拟结果。可以看出，在固相图4 凝固7 0 7 0 时的固液分布情况F i g4D i s t r i b u t i o no f s o l i dp h a s ea t7 07 0 s o l i d i f i e dc a s t i n g图5 凝固8 2 7 4 时的固渡分布情况F i g 5D i 女f i b u f i o no fs o l i dp h a s ea t8 27 4 s o l i d i f i e dc a s t i n g圈6 撮固9 7 6 l 薯时的固液分布情况F i g6D i s l r i b u t i o no f s o l i dp h a s ea t9 7 6 1 s o l i d i f i e dc a s t i n g第二届中国C A E 工程分析技术年会分数增加的整个过程中，凝固顺序从铸件的中间和底部向冒口的中心推移，即最后凝固部位在冒口中，因此，法兰和壳体之间的热节及最后凝固区域被推移到冒口中

9、，有效避免铸件中缩孔缩松的产生，这从热节和最后凝固区域方面验证了上述工艺的可行性。4 结束语与展望( 1 ) 采用M A G M A s o f l 的铸造C A E 技术对铸钢阀盖工艺方案进行了模拟分析，验证了铸造：1 二艺方案的合理性。通过对阁盖铸件数值模拟。直观地反映出充型凝固的温度场分布、温度梯度、金属液流动行为、补缩能力、缩松缩孔等。( 2 ) 基于M A G M A s o f l 的C A E 技术可以快速有效的检测充型凝固过程。最关键的是能够 降低成本并且保证获得合格铸件。参考文献：I 周建新，刘瑞祥，陈立亮等铸造C A E 技术在铸钢件中的应用【J 1 热加工工艺2 0 0 4 ，1 I ：6 71 2 】王延露基于M A G M A S O F T 的铸造充型凝固过程分析与研究 0 1 【硕士学位论文】甘肃，兰州理丁大学2 0 0 6 41 3 】M A G M A S O F T 4 2 使用说明书M A G M A 公司，2 0 0 2【4 】朱昌盛，壬智平，朱昌锋基于P r o C A S T 的铸钢大齿轮的热节分析l J l 铸造技术2 0 0 4 ，2 ：9 71 5 】刘致远利用计算机模拟对Z G l C r l S N i 9 阎体铸造工艺的攻关p J ，中国铸造与装配技术2 0 0 5 ，5 ：2 6作者简介t刁橙* ，男，1 9 8 0 出生兰州理工大学0 4 级硕士研究生，主要从事铸造C A E 方面的研究联系方式：0 9 3 l2 9 7 3 9 3 31 3 9 1 9 3 0 8 0 0 7E m a l l ：d i a o s o n g t a 0 0 t o a i l 2 1 u t c 1

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