利用数值模拟软件ViewCast对大型铸钢件磨盘的凝固过程进行了数值模拟，预测了磨盘中缩孔、缩松缺陷的位置。根据模拟结果，初步设计了磨盘进给系统的工艺方案，并对设计的工艺方案进行了进一步的模拟和优化，得出了合理的进给系统工艺方案，在实际生产中取得了良好的效果。磨机是河南焦矿集团为日本三菱公司生产的铸件。其三维结构和二维剖面图如图L所示，最大直径2700mm，高1325mm，质量13 t，属于单件小批量生产。研磨台的质量要求高，工作面和铸件内部不得有缩孔和气孔。粗加工前后，应通过磁粉探伤检查铸件是否有缺陷。为了保证生产中的铸件质量，采用了保守的生产工艺。研磨台圆柱形壁周围的所有凹陷都是通过机械加工获得的。导致生产周期长和生产成本高。相关技术人员也尝试过改进工艺。但由于这种铸件是单件小批量生产，质量较高，直接验证新提出的铸造工艺成本太高。本文利用ViewCast模拟软件对磨盘的凝固过程进行了模拟和分析。确定了缺陷的位置，并根据仿真结果设计了磨削工作台的进给系统，缩短了试制周期，降低了生产成本。图1研磨台的三维模型和二维剖面示意图。1模型的网格生成和参数设置。研磨台实体建模后，导入ViewCast生成实体网格。铸钢牌号ZG270.500，其浇注温度为1580，液相临界温度为1511.3，固相临界温度为1453.9。收缩率5%，导热系数35w/(mK)，比热容489.9j/(kgK)，浇注时间60s，砂型采用树脂砂，砂型初始温度25。2凝固过程各阶段凝固时间分布的模拟结果及分析如图2所示。深色部分表示钢水仍处于液态或半固态，没有完全凝固，浅灰色部分表示已经完全凝固。由于铸件各部分结构尺寸差异很大，当凝固时间为4000S时，磨机中部和底部先凝固，如图2 (b)所示。在8000秒时，研磨台的中部完全凝固，如图2(d)所示，在11500秒时。磨盘上部的圆台结构中有孤立的液相区，磨盘筒壁下部有凝固，如图2(e)所示。这是由于熔融金属在凝固过程中的体积收缩特性。这些区域在凝固后期必然会产生缩孔、疏松等铸造缺陷。3工艺设计与优化3.1研磨台初步工艺设计2凝固过程数值模拟结果根据图2中的模拟结果并结合传统的铸造工艺设计方法删除。在研磨台的上、中、下部安装冒口、补贴和冷铁，以消除铸造缺陷。其三维立体结构模型如图3所示。三维模型导入ViewCast软件后，进行网格生成和参数设置，对铸件的凝固过程进行数值模拟(见图4)。可以看出，当t=1800s时，冷铁部分先凝固，然后从轧机中间向两端凝固，从中间向两端凝固的顺序符合我们的设计思路。当t=5300s时，上下冒口开始给铸件补缩。t=6000s时，磨机下I=I颈先于冒口凝固，下冒口补缩通道断开，导致补缩。在铸件和下颈部之间的接合处仍然存在隔离的液体区域。由于熔融金属在凝固过程中的体积收缩特性，这些区域
当t=7500s时，磨机的下端比提升管颈更早凝固。如图6(d)和(e)所示，铸件和下冒口颈部之间连接处的原始隔离液相区已经转移到冒口颈部；当t=17500s时，出现在磨盘上部的截锥结构中的孤立液相区已转移到上部提升管的下部。即铸件上可能出现的缩孔、气孔等缺陷已经消失，满足生产要求。因此，优化的供料系统工艺方案是本次设计的最终方案。图5优化方案的三维建模示意图图6优化工艺的凝固过程数值模拟结果3.3生产验证优化后的补缩系统工艺方案应用于生产后，最终获得了合格的铸件。结论(1)利用ViewCast软件模拟了铸钢件在研磨台上的凝固过程，得到了凝固过程中各阶段的凝固时间。它可以预测铸件上可能存在的缺陷的位置。(2)根据数值模拟结果和理论分析计算。在磨盘的各个部位都布置了冒口、补贴和冷铁，大大减少了磨盘顶部和底部的缩孔和缩松。(3)在冒口颈部增加补贴，提高冒口高度，可有效消除轧机下法兰处的缩孔缺陷，将其位置移至冒口颈部。
