离心铸造复合轧辊的凝固过程模拟

摘要

离心铸造复合轧辊外层采用卧式离心铸造,芯部采用重力铸造,成品经探伤发现存在缩松。本课题运用ProCAST软件对复合轧辊铸造过程进行模拟,并进行工艺优化。
　　 ProCAST离心铸造模块是针对立式离心铸造开发的,不能直接用于卧式离心铸造。通过分析两种离心铸造的充型特点、受力情况、流场计算模型和凝固时的收缩特点,创造性地提出卧式离心铸造的模拟方法:建模时不建立浇注系统、浇口设置在轧辊外层内表面、旋转轴与重力方向垂直、关闭缩松模型。结果表明,充型及凝固过程与实际一致。芯部重力铸造过程模拟时,将外层温度场导入作为初始温度条件,实现了两种工艺在软件中的衔接。
　　 在模拟时,界面换热系数为关键参数,本文首次提出采用逆验证法确定其数值。即选用不同的界面换热系数进行模拟,将模拟得到的凝固时间、指定点温度、缩孔缩松位置和大小等与实际进行对比,当两者一致时对应的界面换热系数确定为正确值。用此方法确定了五种界面的换热系数。
　　 通过分析,选择了浇注温度、浇注速度、冒口大小及其保温措施、砂型厚度等工艺参数作为优化对象。模拟结果表明:在1270～1320℃之间适当降低浇注温度,缩松体积减小;浇注时fBJ在60～150s范围对缩松影响不明显;冒口处缩松随冒口高度的增加位置上移,上辊颈工作部分铸件致密;使用保温冒口,并减小底部砂型厚度,缩松向冒口移动,底部缩松位置下移,利于轧辊质量的提高。