本發(fā)明涉及一種cap1400核主泵泵殼的鑄造工藝，其屬于鑄造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

核電站只需要消耗很少的核燃料就可以產(chǎn)生大量的電能，每千瓦時(shí)電能成本比火電站要低20％以上。核電站還可大大減少燃料的運(yùn)輸量。此外，核電污染小，幾乎是零排放，對(duì)于環(huán)境壓力較大的中國(guó)來(lái)說(shuō)，符合能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。核電作為一種技術(shù)成熟、可大規(guī)模生產(chǎn)的安全、經(jīng)濟(jì)、清潔的能源，在我國(guó)的遠(yuǎn)景規(guī)劃中將有更大的發(fā)展空間。預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)在運(yùn)核電裝機(jī)將達(dá)到6000萬(wàn)千瓦。

核主泵是核電站關(guān)鍵系統(tǒng)的介質(zhì)輸送設(shè)備，是所有系統(tǒng)的心臟，承擔(dān)著輸送高溫高壓放射性的一回路冷卻劑或其他電站重要用戶的系統(tǒng)水或冷卻水的供應(yīng)功能，要嚴(yán)格確保設(shè)備的安全性、可靠性、抗震性和耐久性等，以確保核電站的系統(tǒng)安全，乃至核安全。隨著核電事業(yè)的發(fā)展，我國(guó)已掌握了多數(shù)關(guān)鍵核電主設(shè)備的制造能力，唯獨(dú)核主泵在我國(guó)現(xiàn)已投產(chǎn)的核電機(jī)組中仍然主要依賴國(guó)外引進(jìn)。核主泵的國(guó)產(chǎn)化，是幾代核電人追求的夢(mèng)想，實(shí)現(xiàn)核主泵的國(guó)產(chǎn)化將進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)核電事業(yè)的快速發(fā)展。核主泵一直是制約我國(guó)核電站發(fā)展的最關(guān)鍵設(shè)備，我國(guó)目前運(yùn)行的核電站中所用的主泵幾乎全部依賴進(jìn)口，其自主設(shè)計(jì)、制造及試驗(yàn)驗(yàn)證是我國(guó)推進(jìn)核電自主化的重點(diǎn)和難點(diǎn)?，F(xiàn)階段我國(guó)核電站的核泵市場(chǎng)基本依賴國(guó)外進(jìn)口，只有部分核三級(jí)泵實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。

現(xiàn)今國(guó)內(nèi)水泵企業(yè)的設(shè)計(jì)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，確有很大差距，尤其是核泵的水力模型設(shè)計(jì)、抗震分析計(jì)算、總體的部件應(yīng)力分析等方面還不能自主完成。國(guó)內(nèi)一些水泵廠家雖然與國(guó)外合資合作，但是水力模型還是完全照搬國(guó)外公司的圖紙，甚至不敢進(jìn)行微小的修改?？拐鸱治鲇?jì)算、總體的部件應(yīng)力分析等，國(guó)內(nèi)泵廠也只能委托清華大學(xué)等研究單位或國(guó)外的同行來(lái)完成。特別是60萬(wàn)以上機(jī)組的核泵設(shè)計(jì)，還只能依賴國(guó)外制造商。核泵的鑄件制造難度也顯著高于普通設(shè)備，難度主要體現(xiàn)在先進(jìn)合理的制造工藝和高精度大尺寸的加工設(shè)備。對(duì)于大型主泵的泵殼，國(guó)內(nèi)公司加工經(jīng)驗(yàn)少，且國(guó)內(nèi)的制造工藝和加工精度需進(jìn)一步提升。此外，我國(guó)還沒(méi)有60萬(wàn)千瓦及以上核電站機(jī)組的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，核工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)也只針對(duì)30萬(wàn)機(jī)組。由于核電機(jī)組引進(jìn)國(guó)家的不同，造成了國(guó)內(nèi)已建和在建核電站執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的多樣性，如廣東大亞灣、嶺澳和浙江秦山二期一直在執(zhí)行法國(guó)rcc標(biāo)準(zhǔn)，而江蘇田灣核電站執(zhí)行的是俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，還存在局部和整體標(biāo)準(zhǔn)不一致的情況，如秦山二期工程系統(tǒng)整體執(zhí)行的是rcc標(biāo)準(zhǔn)，而主泵執(zhí)行的確是美國(guó)asme標(biāo)準(zhǔn)。上述原因是我國(guó)攻克核主泵制造難關(guān)，提高核電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率的嚴(yán)重阻礙。

現(xiàn)以全面研發(fā)cap1400核主泵技術(shù)為契機(jī)，全面掌握核一級(jí)鑄件制造技術(shù)。相比普通鑄件，cap1400核主泵泵殼在鑄件噸位、結(jié)構(gòu)、品質(zhì)等方面具有更高要求。鑄件的內(nèi)部縮松、夾雜和鑄造組織控制是主要的技術(shù)難點(diǎn)，采用數(shù)值模擬等手段，可以提高研究效率，降低研發(fā)成本，逐漸優(yōu)化鑄造工藝，掌握鑄造過(guò)程控制技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

cap1400核主泵泵殼的主體為具有較大內(nèi)腔的回旋體，一側(cè)伸出，鑄件壁厚不均勻，上下兩面與側(cè)壁相交處形成熱節(jié)，上部對(duì)稱分布著四個(gè)吊耳。鑄件外框尺寸為2817mm╳2235mm╳1870mm，使用軟件中的體測(cè)量功能，測(cè)得鑄件體積為2.756m³，取密度為7.83g/cm³，鑄件重量約為21.58t，且壁厚大于80mm，屬于厚大鑄件。由于鑄件高度大，易充型過(guò)快，導(dǎo)致充型不平穩(wěn)；壁厚尺寸大，溫度分布不均勻，易產(chǎn)生熱裂、氧化夾渣等缺陷和縮松、縮孔缺陷。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種cap1400核主泵泵殼的鑄造工藝，該工藝采用薄壁位于下部的立澆方案的底雨林式澆注系統(tǒng)，澆注液自直澆道進(jìn)入橫澆道，再通過(guò)垂直并對(duì)稱設(shè)置在橫澆道上的6個(gè)內(nèi)澆道輸入鑄型，再進(jìn)入吊耳、明頂冒口和側(cè)暗冒口，澆注溫度為1580℃，澆注時(shí)間為120s；鑄型上第一端口的處設(shè)置3塊第一端口冷鐵，第二端口的處設(shè)置1塊第二端口冷鐵；

所述澆注液的材質(zhì)為308l鑄造不銹鋼材料；所述明頂冒口為圓臺(tái)狀，小徑1400mm，大徑1500mm，高1010mm；明頂冒口設(shè)有兩個(gè)明頂冒口頸，明頂冒口頸的直徑為260mm，明頂毛口徑的長(zhǎng)度分別為22.5mm和60mm；側(cè)暗冒口的側(cè)暗冒口頸從側(cè)面伸出，側(cè)暗冒口頸的直徑240mm，伸出長(zhǎng)度為40mm；側(cè)暗冒口的主體為杯狀，最大截面直徑1000mm，頂部直徑950mm；

所述橫澆道截面積為20909mm²，每個(gè)內(nèi)澆道的截面積為4840mm²；

第一端口冷鐵的尺寸為250mm╳250mm，高200mm，側(cè)壁斜度為1/10；第二端口冷鐵的尺寸為200mm╳200mm，高150mm，側(cè)壁斜度為1/10；第二端口冷鐵與鑄件的接觸位置為內(nèi)壁，第一端口冷鐵與鑄件的接觸位置為外壁；

步驟1)研究鑄件的性能需求、材質(zhì)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)鑄件圖紙應(yīng)用三維造型軟件構(gòu)建鑄件三維模型。cap1400核主泵泵殼鑄件外框尺寸為2817mm╳2235mm╳1870mm，使用軟件測(cè)得鑄件體積為2.756m³，取密度為7.83g/cm³，鑄件重量約為21.58t，且壁厚大于80mm。采用開(kāi)放型、底注式澆注系統(tǒng)，使充型過(guò)程平穩(wěn)進(jìn)行，遵循順序凝固原則。

步驟2)根據(jù)本件特點(diǎn)，進(jìn)行初步數(shù)值模擬，選取立澆方案。立澆方案薄壁部位置于下部，滿足順序凝固原則，重要平面向下或豎立。

步驟3)在鑄件主體的中部設(shè)置直線分型，將鑄件分為兩部分，吊耳采用活塊造型。

步驟4)選擇尺寸公差等級(jí)為ct12，壁厚公差等級(jí)降低一級(jí)為ct13，鑄件重量公差等級(jí)為mt12，重量公差為5％，取該件底面的rma等級(jí)為g，確定該鑄件收縮率為1.3％，取壁厚最大增加量為4.2mm，分型負(fù)數(shù)取3mm，不設(shè)置拉肋和反變形量。

步驟5)本件砂芯為大型iv級(jí)別砂芯。芯頭有一定的斜度，芯頭與芯座之間應(yīng)有一定的間隙。

步驟6)采用開(kāi)放式的底注型澆注系統(tǒng)，以直澆道上端為阻流截面，選取澆注系統(tǒng)各部分截面比例為a阻：a橫：a內(nèi)＝1:1.8:2.5。選用底雨淋式澆注系統(tǒng)。確定澆注時(shí)間為120s。校核計(jì)算出鋼液上升速度為23.5m/s。橫澆道截面設(shè)為扁平矩形，在橫澆道上垂直并對(duì)稱設(shè)置6個(gè)內(nèi)澆道。

步驟6)在鑄件上部分別添加一明冒口與一側(cè)暗冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，確定澆注溫度為1580℃。

步驟7)為進(jìn)一步提高鑄件質(zhì)量，優(yōu)化鑄件凝固順序，在缺陷相應(yīng)部位設(shè)置外冷鐵。

cap1400核主泵的鑄造工藝采用procast進(jìn)行模擬和優(yōu)化。利用procast綜合流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)耦合進(jìn)行鑄造模擬，優(yōu)化鑄造工藝，減少鑄件缺陷。澆注時(shí)間為120s，澆注溫度為1580℃為最優(yōu)方案，此時(shí)鑄件主體部分基本無(wú)缺陷，且未出現(xiàn)熱裂傾向。

在砂芯伸出部分的端部設(shè)垂直芯頭和水平芯頭，立澆方案中砂芯的高度大于橫向尺寸，且砂芯重心靠上，因此加大下芯頭，將直徑由642mm擴(kuò)大至1000mm，穩(wěn)固砂芯。

本發(fā)明的有益效果為：該工藝采用澆注液自主澆道依次通過(guò)橫澆道和內(nèi)澆道進(jìn)入鑄型，澆注的溫度為1580℃，澆注時(shí)間為120s；鑄型上設(shè)置有明頂冒口、側(cè)暗冒口、第一端口冷鐵和第二端口冷鐵，優(yōu)化了鑄造工藝。針對(duì)cap1400核主泵，通過(guò)初步設(shè)計(jì)鑄造工藝，結(jié)合數(shù)值模擬計(jì)算，利用procast鑄造模擬軟件優(yōu)化鑄造工藝，進(jìn)行流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)耦合模擬計(jì)算。提高研究效率，降低鑄造工藝研究成本，最終實(shí)現(xiàn)cap1400核主泵的成功鑄造，并且滿足相關(guān)技術(shù)要求，確保核主泵鑄件質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

附圖說(shuō)明

圖1核主泵鑄件三維模型。

圖2澆注位置示意圖：(a)臥澆(b)立澆。

圖3臥澆方案縮松分布(a)shrinkageproperty>5％(b)shrinkageproperty>10％。

圖4立澆方案縮松分布(a)shrinkageproperty>5％(b)shrinkageproperty>10％。

圖5立澆方案分型面。

圖6立澆方案砂芯示意圖。

圖7立澆方案底雨淋式澆注系統(tǒng)。

圖8立澆方案充型過(guò)程模擬。

圖9充型過(guò)程中發(fā)生的裹氣現(xiàn)象。

圖10冒口布置示意圖。

圖中：1、薄壁，2、第一端口，3、第一端口冷鐵，4、第二端口，5、第二端口冷鐵，6、吊耳，7、明頂冒口，8、側(cè)暗冒口，9、直澆道，10、橫澆道，11、內(nèi)澆道。

圖11添加冒口后鑄件縮松缺陷分布(a)shrinkageproperty>2％(b)shrinkageproperty>5％。

圖12冷鐵設(shè)置方案一示意圖。

圖13冷鐵方案一的固相率模擬結(jié)果(顯示部分的固相率<50％)(a)time＝4994.27s(b)time＝5994.27s(c)time＝6994.27s(d)time＝7994.27s。

圖14冷鐵方案一縮松模擬結(jié)果。

圖15冷鐵布置方案二示意圖。

圖16冷鐵方案二固相率模擬結(jié)果。

圖17冷鐵布置方案三示意圖。

圖18冷鐵方案三固相率模擬結(jié)果(a)time＝4993.77s(b)time＝5993.77s(c)time＝6993.77s(d)time＝7993.77s。

圖19冷鐵方案三的縮松模擬結(jié)果(shrinkageproperty>2％)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：

結(jié)合附圖描述技術(shù)方案的確立過(guò)程，具體分為以下步驟：

(1)核主泵鑄件特點(diǎn)分析

在進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)前，充分研究鑄件的性能需求、材質(zhì)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，依據(jù)鑄件特點(diǎn)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。根據(jù)鑄件圖紙應(yīng)用三維造型軟件ug9.0構(gòu)建鑄件三維模型，如圖1所示。

cap1400核主泵泵殼，主體為具有較大內(nèi)腔的回旋體，一側(cè)伸出，鑄件壁厚不均勻，上下兩面與側(cè)壁相交處形成熱節(jié)，上部對(duì)稱分布著四個(gè)吊耳。鑄件外框尺寸為2817mm╳2235mm╳1870mm，使用軟件中的體測(cè)量功能，測(cè)得鑄件體積為2.756m³，取密度為7.83g/cm³，鑄件重量約為21.58t，且壁厚大于80mm，屬于厚大鑄件。

由于鑄件高度大，易充型過(guò)快，導(dǎo)致充型不平穩(wěn)；壁厚尺寸大，溫度分布不均勻，易產(chǎn)生熱裂、氧化夾渣等缺陷和縮松、縮孔缺陷。根據(jù)以上分析，應(yīng)采用開(kāi)放型、底注式澆注系統(tǒng)，使充型過(guò)程平穩(wěn)進(jìn)行，并合理設(shè)置冒口、冷鐵，使鑄件遵循順序凝固原則。

材質(zhì)為308l鑄造不銹鋼材料，合金含量高，在兩相區(qū)停留時(shí)間長(zhǎng)，傾向于糊狀凝固，且由于鋼液含鉻量高，在澆注過(guò)程中易生成氧化鉻夾雜使流動(dòng)性降低，薄壁部位易產(chǎn)生冷隔。此外，材料收縮率大，凝固時(shí)易產(chǎn)生縮松、縮孔、裂紋等缺陷。因此要合理選擇鋼液澆注溫度，平衡鋼液的流動(dòng)性與凝固收縮，并利用冒口、補(bǔ)貼等進(jìn)行補(bǔ)縮，防止縮松、縮孔的形成。

(2)澆注位置

澆注位置是指澆注時(shí)未來(lái)鑄件在型內(nèi)所處的狀態(tài)和位置，根據(jù)本件特點(diǎn)，提出兩種澆注位置方案，分別為臥澆和立澆，如圖2所示。臥澆方案重要加工面朝下或直立，鑄件大平面朝下，未使用吊芯、吊砂等，但上下端面與側(cè)面相交，截面尺寸快速變化，不符合順序凝固原則。立澆方案薄壁部位置于下部，基本滿足順序凝固原則，重要平面向下或豎立，主要問(wèn)題在于高度較大。

對(duì)兩種澆注位置分別進(jìn)行模擬，臥澆和立澆兩方案得到的縮松結(jié)果分別如圖3、圖4所示。圖3、圖4中的(a)、(b)分別是縮松指標(biāo)在5％和10％時(shí)縮松的分布情況。由圖可以看出，兩種方案缺陷分布的位置基本一致，主要是端面與側(cè)壁相交形成的熱節(jié)處，同時(shí)側(cè)壁上有零星分布。通過(guò)(b)圖的對(duì)比，可知臥澆方案中的缺陷多且更為嚴(yán)重。通過(guò)以上對(duì)兩種澆注位置方案優(yōu)劣以及初步數(shù)值模擬結(jié)果的分析，選取立澆方案。

(3)分型面

分型面方案如圖5所示，在鑄件主體的中部設(shè)置直線分型，將鑄件分為兩部分，未置于同一半鑄型；分型面是拔模方向上的最大截面，起模方便；經(jīng)過(guò)殼體中部的曲面，產(chǎn)生飛翅后較難清理，但本方案分型面對(duì)鑄件的截面小，清理量相對(duì)較少，吊耳6采用活塊造型。

(4)鑄件尺寸公差及鑄件重量公差

本件現(xiàn)要進(jìn)行單件試制，且為大型鑄鋼件，根據(jù)gb/t6414-1999，選擇尺寸公差等級(jí)為ct12,，壁厚公差等級(jí)降低一級(jí)為ct13。鑄件中主要尺寸的公差數(shù)值如表1表所示。

表1主要尺寸公差數(shù)值

根據(jù)gb/t11351-1989，鑄件重量公差等級(jí)與尺寸公差等級(jí)相對(duì)應(yīng)，為mt12，本件重量大于20000kg，取重量公差為5％。

(5)機(jī)械加工余量

根據(jù)gb/t6414-1999中的規(guī)定，取該件底面的rma等級(jí)為g，最大輪廓尺寸為2235mm，各部位的加工余量數(shù)值如表2所示。

表2鑄件機(jī)械加工余量

(6)鑄造收縮率

模樣線收縮率是鑄件從線收縮開(kāi)始到溫度冷卻至室溫時(shí)的相對(duì)收縮量，以模樣與鑄件的長(zhǎng)度差除以模樣長(zhǎng)度的百分比表示：

線收縮率k＝(l模樣-l鑄件)/l鑄件×100％

本件為鑄鋼件，屬于含鉻的高合金不銹鋼，受阻收縮，收縮率取1.0％～1.4％。綜合考慮鑄造的條件及工藝確定該鑄件收縮率為1.3％。

(7)起模斜度

為了造型和制芯時(shí)便于起模而不致于損壞砂型或砂芯，在垂直于分型面的直壁需要設(shè)置拔模斜度。本件與底部平面相鄰的側(cè)面需要設(shè)置拔模斜度，采用增加鑄件壁厚的方法，根據(jù)jb/t5015-1991中的規(guī)定取壁厚最大增加量為4.2mm。

(8)分型負(fù)數(shù)

本件極大，分型面很難平整，為使上下接觸面嚴(yán)密接觸，防止跑火，須在分型面間墊以石棉繩、泥條等。為保證鑄件尺寸精確，抵消鑄件在分型面部位的增厚，在模樣上減上相應(yīng)的尺寸，即分型負(fù)數(shù)，本件分型負(fù)數(shù)取3mm。

鑄件伸出部分與底部的螺紋孔不鑄出。考慮到本件壁厚較大而比較均勻，不設(shè)置拉肋和反變形量。

(9)砂芯

砂芯用于形成鑄件的內(nèi)腔、孔和鑄件外形不能出砂的部分。根據(jù)砂芯的復(fù)雜程度，砂芯可分為5級(jí)。本件為大型鑄鋼件，內(nèi)腔結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但內(nèi)腔表面仍需機(jī)械加工，即本件砂芯為大型iv級(jí)別砂芯，即形狀不復(fù)雜，在鑄件中構(gòu)成還需機(jī)械加工的內(nèi)腔。

砂芯在砂芯中的位置一般是靠芯頭來(lái)固定的。為了下芯和合型方便，芯頭應(yīng)有一定的斜度，芯頭與芯座之間應(yīng)有一定的間隙。砂芯形狀及芯頭設(shè)計(jì)如圖6所示，在砂芯下部伸出部分的端部設(shè)垂直芯頭(1#)，2#、3#位置為水平芯頭，芯頭尺寸如表3所示。

表3立澆方案芯頭尺寸

立澆方案中砂芯的高度大于橫向尺寸，且砂芯重心靠上，不易穩(wěn)固，因此加大下芯頭，將直徑由642mm擴(kuò)大至1000mm。

(10)澆注系統(tǒng)

采用開(kāi)放式的底注型澆注系統(tǒng)，以直澆道9上端為阻流截面，選取澆注系統(tǒng)各部分截面比例為a阻：a橫：a內(nèi)＝1:1.8:2.5。根據(jù)立澆方案砂型高度大，底面呈環(huán)形等特點(diǎn)，選用底雨淋式澆注系統(tǒng)(圖7)，充型平穩(wěn)，且金屬液在型腔中不旋轉(zhuǎn)，可避免熔渣黏附在砂芯壁上，提高鑄件表面質(zhì)量。

根據(jù)手冊(cè)中的經(jīng)驗(yàn)值，提高澆注時(shí)間至120s。校核計(jì)算計(jì)算出鋼液上升速度為23.5m/s，大于要求的最小上升速度。根據(jù)阻流截面法算得阻流截面積為11616mm²，橫澆道截面設(shè)為扁平矩形，有利于阻渣，并在橫澆道上垂直并對(duì)稱設(shè)置6個(gè)內(nèi)澆道，將金屬液輸入鑄型。其中，橫澆道截面積為20909mm²，每個(gè)內(nèi)澆道的截面積為4840mm²。

本方案充型過(guò)程模擬如圖8所示。從模擬結(jié)果中可以看到液流速度基本在10m/s以上，充型較為平穩(wěn)，內(nèi)澆道口也未發(fā)生噴射現(xiàn)象，但由于未設(shè)排氣口，充型過(guò)程最后發(fā)生裹氣(圖9)，導(dǎo)致鑄型未充滿。

(11)冒口

根據(jù)前文鑄件縮松缺陷分布的模擬結(jié)果，在鑄件上部分別添加一明冒口與一側(cè)暗冒口，如圖10所示。

使用補(bǔ)縮液量法設(shè)計(jì)冒口尺寸，結(jié)合數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果，對(duì)冒口形狀和尺寸以及冒口頸長(zhǎng)度等多方面進(jìn)行多次修改，最終尺寸如下所述。

明頂冒口7為圓臺(tái)狀，小徑1400mm，大徑1500mm，高1010mm。有兩冒口頸，冒口頸直徑為260mm，長(zhǎng)度分別為22.5mm和60mm，上圖中左側(cè)冒口頸主要補(bǔ)縮左側(cè)端面與側(cè)壁相交形成的環(huán)狀熱節(jié)，右側(cè)冒口頸主要補(bǔ)縮頂部的金屬液收縮，同時(shí)明冒口7起到排氣作用，防止出現(xiàn)裹氣，金屬液與鑄型中的夾雜也進(jìn)入冒口頂端，進(jìn)而從鑄件中除去。

側(cè)暗冒口8的冒口頸從側(cè)面伸出，冒口頸直徑240mm，伸出長(zhǎng)度為40mm左右。冒口主體為杯狀，最大截面直徑1000mm，頂部直徑950mm。該冒口主要補(bǔ)縮右側(cè)端面與側(cè)壁相交形成的熱節(jié)。

鋼液含鉻量高，在澆注過(guò)程中易生成氧化鉻夾雜使流動(dòng)性降低，薄壁部位易產(chǎn)生冷隔。此外，材料收縮率大，凝固時(shí)易產(chǎn)生縮松、縮松、裂紋等缺陷。澆注時(shí)應(yīng)選擇較高的澆注溫度，材料液相線溫度為1466℃，根據(jù)資料，在模擬時(shí)初選澆注溫度為1580℃。圖11為添加冒口后鑄件凝固過(guò)程的縮松缺陷分布。圖(a)顯示shrinkageproperty>2％的情況，圖(b)顯示shrinkageproperty>5％時(shí)的情況。由圖11可見(jiàn)，冒口的設(shè)置已基本完成對(duì)鑄件的補(bǔ)縮，shrinkageproperty>5％條件下，鑄件內(nèi)部不存在縮松缺陷。shrinkageproperty>2％的結(jié)果顯示，鑄件端部與側(cè)壁相交的部位可能產(chǎn)生輕微缺陷。為進(jìn)一步提高鑄件質(zhì)量，優(yōu)化鑄件凝固順序，在缺陷相應(yīng)部位設(shè)置外冷鐵。

(12)冷鐵

冷鐵是在型腔內(nèi)部及工作表面安放的金屬塊，可以增加鑄件局部冷卻速度，改變鑄件的凝固順序。本工藝中的冷鐵主要作用是在冒口難于補(bǔ)縮的部位防止縮孔、縮松，并與冒口配合，加強(qiáng)鑄件的順序凝固條件。

最初冷鐵布置方案如圖12所示。在縮松缺陷出現(xiàn)部位的附近(圖中1、2所示的兩處位置)分別對(duì)稱布置三個(gè)冷鐵，冷鐵尺寸為250mm╳250mm，高200mm，側(cè)壁斜度為1/10。圖13為按照方案一設(shè)置冷鐵后鑄件凝固過(guò)程中固相率變化情況。由圖可以看出，1號(hào)位置設(shè)置冷鐵后，該處冷卻速度明顯快于下部，過(guò)快凝固，阻礙了下部鑄件壁的補(bǔ)縮，形成熱節(jié)(圖中圈出部分)；2號(hào)位置通過(guò)布置冷鐵創(chuàng)造了良好的順序凝固條件。圖13冷鐵方案一的固相率模擬結(jié)果(顯示部分的固相率<50％)(a)time＝4994.27s(b)time＝5994.27s(c)time＝6994.27s(d)time＝7994.27s。如圖14是方案一得到的縮松缺陷模擬結(jié)果，可見(jiàn)鑄件內(nèi)缺陷主要分布在圈內(nèi)區(qū)域，與對(duì)固相率的分析結(jié)果相符。

冷鐵方案一的模擬結(jié)果不理想，1號(hào)位置處冷鐵激冷作用過(guò)強(qiáng)，導(dǎo)致下部區(qū)域補(bǔ)縮不良，且冷鐵與鑄件接觸面為曲面，不易布置。提出方案二，更改了1號(hào)冷鐵的位置和尺寸，2號(hào)冷鐵不作更改，如圖15所示。將1號(hào)冷鐵與鑄件的接觸位置由外壁改為內(nèi)壁，且尺寸更改為200mm╳200mm，高150mm。

對(duì)方案二的凝固過(guò)程進(jìn)行模擬，與方案一出現(xiàn)問(wèn)題基本相同，固相率模擬結(jié)果如圖16所示。對(duì)方案進(jìn)一步優(yōu)化，減少1號(hào)位置放置冷鐵的數(shù)量，改為只放一塊，得到方案三(圖17)，冷鐵尺寸保持不變。

圖18是方案三的固相率模擬結(jié)果，可見(jiàn)兩處冷鐵均較好地起到了優(yōu)化鑄件順序凝固條件的作用。冷鐵方案三固相率模擬結(jié)果：(a)time＝4993.77s(b)time＝5993.77s(c)time＝6993.77s(d)time＝7993.77s。圖19是方案三條件下的縮松缺陷模擬結(jié)果，可見(jiàn)冷鐵達(dá)到了減少缺陷的預(yù)期效果。

根據(jù)以上模擬結(jié)果及分析，確定冷鐵的布置為方案三的形式。

通過(guò)procast模擬，綜合流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)耦合計(jì)算，確定澆注時(shí)間為120s，澆注溫度為1580℃為最優(yōu)方案時(shí)，鑄件主體部分基本無(wú)缺陷，且未出現(xiàn)熱裂傾向。

對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬范圍。