1、支架铸件概况
支架是出口美国的用于工程上的支撑零件，其铸件材料，内在质量及表面质量要求高。按照美国技术条件进行质量检查，铸件内部组织要求致密;侧面两个筋位于支撑部位，内部不允许有缩孔缩松，表面不允许有缩凹，冷隔，浇不足，凹坑，凸瘤等缺陷;材料相当于QT450-12，要求球墨铸铁球化率大于90%;铸件质量为28.4kg，铸件轮廓尺寸为543mm×355mm×152mm。采用砂型铸造的形式，其砂箱轮廓尺寸为712mm×508mmmm×356mm。
2、数值模拟过程
ProCAST是法国ESI公司开发的铸造过程仿真软件，是为评价和优化铸造产品与铸造工艺而开发的专业CAE系统。ProCAST可以模拟铸件充型，凝固和冷却过程中的流场，温度场，应力场和微观结构，同时可以对铸造过程的各个参数进行设置。.材料的热交换系数均取500w/m-2 k-1，固/液相线温度均取1163℃/1265℃。浇注温度均为1350℃。
由于该支架的材质是球墨铸铁，球铁在凝固过程中既有液态收缩，凝固收缩，又有石墨析出产生的膨胀，因此在模拟时必须考虑球铁件的石墨化膨胀问题，具体的球铁球化参数设置为：球化率90%，孕育时间400s.
3、模拟结果分析
3.1、温度场分析
在21.3s时，在铸件凝固初期，铸件表面没有筋的薄壁位置已经开始凝固。由于内浇道的厚度很薄且长度也很长，以至于中间两个内浇道已经凝固，这样内浇道的液体无法实现对铸件的补缩。考虑到小型球墨铸铁件"集中收缩，骤然膨胀"的特点，前期铸件的补缩还是需要冒口或浇注系统来完成，必须确保补缩通道的顺畅，因此在修改工艺时应当减少内浇道的长度。在28s时，铸件表面大部分已经凝固，只有两处明显的孤立的液相区，最上部分的液相区主要是内浇道过早凝固阻碍了外部液体的补缩并且自身的石墨化膨胀还不能用于凝固初期的补缩所至，而表面与侧面筋交接的位置也有一处的孤立的液相区，这些位置极有可能会因为液体的冷却收缩无法得到相应的补偿而产生缩孔，缩松等缺陷。在50.5s绝大部分位置完全凝固时，侧面筋仍有3处明显的孤立液相区，两处是最有可能产生缺陷的位置。对于最上部的液相区，在修改工艺时，主要是修正内浇道的截面积来调整。对于中间部分的液相区，可以增加冷铁或冒口的方式消除。
这和Procast中模拟分析的结果基本一致。由以上分析可以知道，产生这种缺陷的主要原因就是厚大部分冷却较慢无法补缩，因此可以在侧面筋增加冒口或从铸件结构上减小侧面筋的厚度。
3.2、流场分析
由于型腔中气体被金属液孤立而容易发生裹气。那么在生产中如果此处的型壳透气性不好，被封闭气体的内压随着流体的增多而逐渐增大，容易产生浇不足，气孔等缺陷。同时在这个方案中从内浇道中流出的液体要爬坡到达上表面，当金属液上升到该位置时，由于断面突然扩大，金属液上升速度变得非常小，灼热的金属液较长时间地近距离烘烤上表面，极易造成夹砂，浇不到，砂孔等缺陷，同时金属液的流速减慢也不利于气体的排出。为此，可以将铸件的上表面朝下仍使用原分型面重新设计浇注系统，同时在修改工艺时应该修正横浇道和内浇道的截面积以增强横浇道的挡渣作用。
4、修改工艺的生产验证
经过前面的分析，调整横浇道和内浇道的截面大小以增强横浇道的挡渣作用，同时在满足铸件质量要求的情况下为实现表面的无缺陷而减少表面筋的数量，将上表面朝下，按照均衡凝固工艺原则，冒口不要直接放到热节上，冒口不必晚于铸件凝固，冒口在铸件均衡点来临时，及时关闭补缩通道，通过铸件的石墨化膨胀实现自补缩。在改进的过程中，经过总结以前的生产经验，在支架两个侧面顶部设置压边冒口，这样可以减少冒口对铸件的热影响;在铸件液态收缩时及时提供补缩铁液，在铸件凝固石墨化膨胀时，冒口的补缩通道已经堵死，增强了铸件的自补缩能力，提高铸件的品质。按照设置压边冒口的工艺方案浇注10件，对这10件进行检验发现，除了由工人操作原因造成的1件废品外，表面存在明显缩孔，缩松的只有1件，对其余的8件产品的侧面轮子处进行解剖检验，仅有1件内部仍有较大面积的缩松，没有集中缩孔，个别件仍发现极少量缩松(没超出允许的范围)，得到了7件质量合格的产品。
5、结论
(1)对具有复杂筋结构的球墨铸铁型支架的三维实体造型，再导入Procast中进行有限元分析和参数设置，进行充型和凝固过程的模拟仿真，预测了铸件缺陷可能出现的位置，根据铸造缺陷对工艺方案和铸件结构进行了改进，达到了铸件的预期质量。
(2)对模拟仿真的缺陷和实际样品的缺陷进行对照，验证了Procast在铸造过程的模拟仿真的实用性，Procast的推广使用对减少产品的研发周期和生产成本及提高企业的竞争力具有重要的作用。
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