【正文】 照片圖 34 為優(yōu)化后工藝的模擬結(jié)果，通過(guò)與原始工藝各個(gè)時(shí)刻的液相分布照片對(duì)比，可以明顯看出在筋板下部設(shè)置外冷鐵，相當(dāng)于在鑄件中間增加了激冷端，使冷鐵和冒口之間區(qū)域的溫度梯度、冒口補(bǔ)縮的末端區(qū)擴(kuò)大，使鑄件的凝固速度提高，大大減少了縮孔、縮松缺陷產(chǎn)生。合理選用原砂，兼顧表面輪廓光潔度與解決清砂難問(wèn)題,即與鋼液接觸面采用耐高溫砂，用薄薄一層，第二層要用天然石英砂，第三層用一種高溫下能自動(dòng)分解，易潰散的低價(jià)人工砂，即粉碎的石灰石碎粒，以便清砂工在近十米長(zhǎng)的管腔中順利清砂。上述工藝措施可以提高鋼液質(zhì)量，降低S、P 等有害元素含量，減少鋼中夾雜物與偏析，再加上包底吹氬和型腔吹氬等工藝措施，避免鋼液二次氧化，保證鋼液的流動(dòng)性良好，減少顯微縮松和裂紋缺陷 [19]。圖 44 為掛舵臂內(nèi)表面開(kāi)坡口的現(xiàn)場(chǎng)。 圖 49 掛舵臂實(shí)際生產(chǎn)照片中信重機(jī)公司鑄鍛廠在 2022 到 2022 年度先后為美國(guó)、俄羅斯、日本等國(guó)家生產(chǎn)了 3 件重 80 噸以上的大型掛舵臂，經(jīng)超聲波探傷和磁粉探傷檢驗(yàn)，全部滿足外商的質(zhì)量要求。河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)28 參考文獻(xiàn)[1] ，2022，4[2] 劉業(yè)英（廣船國(guó)際船舶設(shè)計(jì)公司）.，2022，4[3] 王愛(ài)琴，岳宗格，謝敬佩，2022，11：1308~1310[4] 王文清，：機(jī)械工業(yè)出版社，2022：267[5] . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987：208[6] ，. 北京：冶金工業(yè)出版社，1981：251~253[7] 大野篤美著，—理論、實(shí)踐與應(yīng)用. 北京：冶金工業(yè)出版社，1986[8] . 北京：冶金工業(yè)出版社，1987：25~26[9] 劉玨榮，張龍，2022，4：251~252[10] ，2022，2[11] 周建新，劉瑞祥，陳立亮，藝，2022，11：67~68[12] CAD/CAE/CAM ：機(jī)械工業(yè)出版社，2022：　　　　48[13] 周建新，劉瑞祥，陳立亮， CAE ，2022，8：616~619[14] . 北京：電子工業(yè)出版社，2022：81[15] 王向群，劉瑞祥，陳立亮， CAE 鑄造裝備與技術(shù)，2022 ，1：18~20[16] 周紅元，劉瑞祥，陳立亮， 縮松判據(jù)在華鑄CAE動(dòng)態(tài)圖形模塊 ，2022，3：245[17] 崔吉順，2022，8：5~8[18] ，河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)29 1999，4：6~10[19] (第二卷)鑄鋼. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社社，2022：51[20] ，2022，7：110[21] LIU Baicheng. 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Computers Math, 1995(9)。優(yōu)化后的工藝指導(dǎo)了實(shí)際生產(chǎn)，并生產(chǎn)出符合質(zhì)量要求的大型船用鑄鋼件。圖 46 為軸河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)25 孔外表面，圖 47 是筒體局部形貌，從圖中觀察到軸孔外表面和筒體部分組織非常致密，沒(méi)有縮孔缺陷。采用低溫快注和補(bǔ)澆冒口的方案，第一次澆注或合澆時(shí)，低溫澆注，補(bǔ)澆時(shí)，采用高溫鋼液。鑄件外型盡量用木模實(shí)樣造型代替常用的組芯造型，以減少零件的尺寸偏差或表面起伏。工藝優(yōu)化后的凝固末期照片如圖 35 所示，此時(shí)鑄件薄壁處（筒體）已經(jīng)全部凝固。 掛舵臂鑄造工藝優(yōu)化在上一章節(jié)中預(yù)測(cè)，筋板的根部相對(duì)于厚度均勻的流線型側(cè)面為熱節(jié)部位。 模擬結(jié)果顯示與分析后處理模塊通過(guò)對(duì)凝固過(guò)程液相分布的時(shí)序動(dòng)畫，可以顯現(xiàn)凝固過(guò)程相變的細(xì)節(jié)，根據(jù)相變細(xì)節(jié)及相應(yīng)的判據(jù) [18]，可以得出鑄件縮孔縮松傾向及位置的判斷，并為改進(jìn)工藝提供依據(jù)，從而達(dá)到改進(jìn)工藝優(yōu)化工藝的目的。臨界溫度指金屬液失去了流動(dòng)性時(shí)的溫度，一般取液、固相線溫度差的 65%~75%。溫度場(chǎng)初始化物性參數(shù)設(shè)置如表 32 所示，溫度場(chǎng)基礎(chǔ)參數(shù)為：鑄件材質(zhì) KSC49，潛熱，環(huán)境溫度為 25℃，液相線溫度 1509℃，固相線溫度 1461℃，合金凝固系數(shù) ，輻射系數(shù) ，粘度 [15]。為避免出現(xiàn)大量完全線接觸網(wǎng)格，掛舵臂鑄件最薄處為 56mm，取網(wǎng)格大小 28mm，網(wǎng)格剖分結(jié)果如圖 32 所示。接下來(lái)利用華鑄 CAE 對(duì)掛舵臂鑄造過(guò)程溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)其縮孔、縮松，實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化。計(jì)算分析模塊一般包括如下步驟：首先要將數(shù)學(xué)模型進(jìn)行離散，求出前處理模塊所得到的離散模型所對(duì)應(yīng)的離散格式；然后設(shè)置對(duì)應(yīng)的初始條件和邊界條件；最后進(jìn)行求解并保存各物理場(chǎng)的分布情況 [12]。表 31 國(guó)內(nèi)外商品化數(shù)值模擬軟件的簡(jiǎn)介（T 為砂型鑄造，F(xiàn) 為低壓鑄造，S 為金屬型鑄造）系統(tǒng)名稱 國(guó)別 模擬方法 功能模塊 應(yīng)用范圍MAGMA 德國(guó) FDM造型，流動(dòng)，應(yīng)力，凝固，微觀，CAD 接口各種鑄造，T，F(xiàn)，SProCast 美國(guó) FEM造型，凝固，流動(dòng)，應(yīng)力，微觀，CAD 接口各種鑄造，T，F(xiàn)，SNovacast 瑞典 FDM 流動(dòng)，凝固各種鑄造，T，F(xiàn)CastTech 芬蘭 FDM造型，凝固，流動(dòng)，微觀，CAD 接口各種鑄造，TCASTEM 日本 FDM 流動(dòng)，凝固，CAD 接口各種鑄造，T，S華鑄 CAE 中國(guó) FDM流動(dòng)，應(yīng)力，凝固，微觀，CAD 接口多種鑄造，T，F(xiàn)SIMULOR 法國(guó) FDM 流動(dòng)，凝固，CAD 接口多種鑄造，T，F(xiàn)167。液態(tài)成型 CAE 技術(shù)主要包括充型流動(dòng)過(guò)程模擬、結(jié)晶凝固過(guò)程模擬、應(yīng)力/應(yīng)變分析、微觀組織模擬等。 計(jì)算機(jī)技術(shù)在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用眾所周知材料液態(tài)成形—鑄造，就是將熔融的液態(tài)金屬注入模型，在模型中凝固、冷卻、成形，從而得到特定結(jié)構(gòu)（形狀）的產(chǎn)品。只有在鑄件形狀簡(jiǎn)單、具有敞露的、不凝固的表面，通過(guò)這表面可以進(jìn)行補(bǔ)縮時(shí)才有可能實(shí)現(xiàn)。而筋板的根部（圖25 d)）相對(duì)于厚度均勻的側(cè)曲面為熱節(jié)部位，不易進(jìn)行順序凝固，熱節(jié)處不能得到補(bǔ)縮而形成縮松，影響掛舵臂質(zhì)量 [9]。此法應(yīng)用較普遍?！敖Y(jié)晶等溫線法”一般用于形狀較為簡(jiǎn)單的鑄鋼件。縮孔總是在鑄鋼件熱節(jié)的部位出現(xiàn)，而對(duì)熱節(jié)進(jìn)行補(bǔ)縮是唯一的方法。相反，這個(gè)區(qū)域越小，愈易形成柱狀晶，鑄件容易形成縮孔，此時(shí)鑄件易補(bǔ)縮，質(zhì)地致密。圖 22 縮松形成過(guò)程167?？s孔容積較大，多集中在鑄件上部和最后凝固的部位。而在凝固過(guò)程中所產(chǎn)生的收縮是鑄件中許多缺陷如縮孔、縮松、應(yīng)力、變形和裂紋等產(chǎn)生的基本原因。根據(jù)熱節(jié)大小及補(bǔ)縮距離計(jì)算設(shè)置冒口，如圖 15 所示，具體尺寸如下：在大頭舵軸孔上處設(shè)置 1－φ900mm 明冒口，澆高為 1600mm；在小頭軸孔處設(shè)置 1－φ900mm 的明冒口，澆高為1920mm；脊梁處冒口，沿筒體長(zhǎng)度方向，以大頭舵軸內(nèi)表面為基準(zhǔn)，設(shè)置四排暗冒口，其間距分別為：940mm、1250mm、1100mm、1910mm，大小分別為2－φ400mm、2－φ400mm、2－φ500mm、2－φ500mm，φ400mm 和φ500mm 的澆高分別為：310mm 和 440mm。中間注入式適用于高度不大、中等壁厚的鑄件。1. 澆注位置的選擇由于掛舵臂鑄件體積大，尤其是兩個(gè)曲面型側(cè)面近似于兩個(gè)大平面，為避免曲面形側(cè)面平躺時(shí)朝上的大平面產(chǎn)生夾砂結(jié)疤類缺陷，把鑄型實(shí)體從平躺狀態(tài)翻轉(zhuǎn)90176。 掛舵臂成型特點(diǎn)掛舵臂鑄件的成形過(guò)程具有如下特點(diǎn)：1. 由表11 可看出，碳量在FeC相圖中位于包晶區(qū)，凝固特性決定鑄件易形成顯微縮松，磁粉探傷后出現(xiàn)超標(biāo)磁痕顯示，特別是加工后不易進(jìn)行返修、焊補(bǔ)和回火處理 [3]。本文正是探討利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)（CAE）對(duì)大型鑄鋼件掛舵臂鑄造成形過(guò)程的溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)縮孔、縮松缺陷，進(jìn)而對(duì)鑄造工藝進(jìn)行優(yōu)化，改變傳統(tǒng)的“試制”模式，以計(jì)算機(jī)技術(shù)提高鑄造業(yè)鑄造技術(shù)水平，并為中國(guó)船舶工業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。所以船用鑄件，尤其是大型船用鑄件的生產(chǎn)技術(shù)對(duì)造船業(yè)的發(fā)展有著極大的影響。 造船業(yè)的發(fā)展與掛舵臂鑄件的介紹中國(guó)造船業(yè)經(jīng)過(guò)幾代人的努力，取得了令世人矚目的成就。 掛舵臂鑄件生產(chǎn)中縮孔的防止 .................11第三章 掛舵臂成形過(guò)程溫度場(chǎng)數(shù)值模擬及工藝優(yōu)化 .............13167。 造船業(yè)的發(fā)展與掛舵臂鑄件的介紹 ....................1167。鑄鐵平板 掛舵臂鑄造成形過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬