吕云琪，马运安，何亚峰

(1.溧阳市万盛铸造有限公司，江苏 溧阳 213353)

(2.常州工学院航空与机械工程学院，江苏 常州 213032)



摘要：复杂腔体铸造性能直接影响着高铁列车制动系统的安全性。以复杂腔体为研究对象，采用Anycasting软件对普通冒口和保温冒口的复杂腔体铸造成形过程进行数值模拟，得到复杂腔体缩松和缩孔分布，并对无冷铁和有冷铁时复杂腔体铸件金相组织展开研究，对铸件工艺进行改进。研究结果表明，保温冒口和外冷铁有利于消除或避免复杂腔体铸件缺陷，综合考虑球化率和白口倾向的影响，外冷铁厚度以10 mm为宜。

关键词：复杂腔体；铸造；成形预测；数值模拟

中图分类号：TG25   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)05-0117-04

近年来，随着高铁技术的发展，薄壁、复杂、整体、精密铸件制造已成为高铁制动系统零部件制造技术的发展趋势，这类铸件结构性好、可靠性高、质量小、加工成本低，但是铸件的质量要求高，不能有夹渣、气孔、缩松、裂纹等铸造缺陷。传统观念认为铸钢件更能满足高铁系统中复杂的受力环境对机械性能的要求，而随着球墨铸铁技术的发展与成熟，球墨铸铁的机械性能完全可以承受这种复杂受力环境。球墨铸铁在成本和生产工艺上比铸钢件具有更加可观的经济性，因此工程机械上球墨铸铁件的应用越来越多，其在高铁制动系统零部件上的应用前景也越来越广泛。卫东海等开展了轨道交通用QT400—18LT球墨铸铁件性能研究，结果表明采用小颈保温冒口和保温覆盖剂可加强补缩效果，有效消除了铸件的缩孔、缩松缺陷。王金国等采用有限元分析法模拟了碳当量元素对亚共晶球墨铸铁流动性的影响，结果表明对亚共晶球墨铸铁试样进行增碳或增硅处理后，螺旋试样流股末端的晶粒得到细化，试样流动性得到提高。然而，由于受到各种因素的影响，采用球墨铸铁铸造时仍会产生一些缺陷，研究者通过数值模拟或者工艺措施及时发现了这些问题，提高了铸件的合格率。梁作俭等建立了模拟铁型覆砂球墨铸铁件铸造凝固过程的数学模型，采用动态膨胀收缩法预测球墨铸铁件的收缩缺陷，对球墨铸铁四缸曲轴新产品进行了模拟计算,结果表明：数值模拟和工艺优化有助于提高铁型覆砂球墨铸铁件质量，并降低成本。胡波等采用EKK CAPCAST数值模拟软件对球墨铸铁曲轴铸造过程进行了计算，预测了曲轴铸造充型与凝固过程中可能产生的缺陷，结果发现在第四主轴颈内出现裂缝，这主要是由于凝固时间不同步造成的。

本文以高铁制动系统复杂腔体为研究对象，采用Anycasting软件对复杂腔体铸造冒口设计进行分析，对复杂腔体铸造成形过程进行预测，并根据预测结果对复杂腔体工艺进行改进，得到了质量较好的复杂腔体铸造件。

1 复杂腔体模型

复杂腔体为高铁制动系统重要的壳体零件，如图1所示，轮廓尺寸为380 mm×378 mm×220 mm，最小壁厚4.5 mm，最大壁厚53.8 mm，铸件质量25.2 kg。复杂腔体铸件主体结构较为复杂，方形腔室和L形筋板存在多处30.0～53.8 mm的厚大热节，且各热节部位互相分割，给设置和清理补缩冒口增加了很大的难度。因而，采用覆膜砂壳型工艺制作生产壳芯，并用树脂砂将合好的砂壳进行包裹，以保证尺寸的稳定。