整体式多路阀阀体铸造过程的数值模拟研究.pdf

1 01 4 铸 造 F OUND RY Oc t ． 2 0 1 4 VO I ． 6 3 NO ． 1 O 整体式多路阀阀体铸造过程的数值模拟研究 李彬，屈盛官，赵晓华，谭四同，李小强 华南理工大学 机械与汽车工程学院，广东广州 5 1 0 6 4 0 摘 要 利用铸造模拟软件P r o C A S T 对整体式多路阀阀体在添加压边冒口前后铸造过程的温度场、流场和固相分数进 行了数值模拟，模拟结果表明，添加压边冒口能够避免多路阀阀体出现缩松缩孔等铸造缺陷。经生产验证，铸造出 的整体式多路阀阀体没有出现缩松缩孔等铸造缺陷，和模拟结果一致 ；经解剖铸件 ，铸件 内部流道光洁，流道位置 准确，表明采用整体式框架可以提高砂芯强度和保证定位精度。 关键词 整体式多路阀；数值模拟 ；缩松；整体式框架 中图分类号 T P 3 9 1 ． 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 4 9 7 7 2 0 1 4 1 0 1 0 1 4 0 5 Nu me r i c a l Si mu l a t i o n Re s e a r c h f o r Ca s t i n g Pr o c e s s o f I n t e g r a l Mu l t i - W a y Va lv e Bo d y L I B i n ， Q U S h e n g g u a n ， Z H AO Xi a o - h u a ， T AN S i t o n g ， L I X i a o q i a n g S c h o o l o f Me c h n a i c a l ＆A u t o mo t i v e E n g i n e e r i n g ， S C UT ， G u a n g z h o u 5 1 0 6 4 0 ， G u a n g d o n g ， C h i n a Ab s t r a c t W i t h s i mu l a t i o n s o , wa r e P r o C AS T 。 t e mp e r a t u r e fi e l d ， fl o w fi e l d a n d s o l i d fra c t i o n i n t h e c a s t i n g pr o c e s s o f i n t e g r a l mul t i wa y v a l v e bo d y we r e s i mul a t e d b e f o r e a nd a f t e r a d d i n g e d g e r i s e r ．S i mu l a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h e e d g e r i s e r a v o i d e d t h e f o r ma t i o n o f c a s t i n g d e f e c t s s u c h a s s h r i n k a g e p o r o s i t y a n d c a v i ty o f i n t e g r a l mul t i ． wa y v a l v e bo d y ．Th r o u g h p r o d u c t i o n v e r i fic a t i o n ．t he i nt e g r a l m u l t i wa y v a l v e b o d y c a s t i ng h a d n o s h r i n k a g e p o r o s i t y d e f e c t s ． wh i c h wa s b a s i c a l l y c o n s i s t e n t wi t h t h e s i mu l a t e d r e s u l t s ． T h e i n t e r n a l flo w c h a n n e l wa s s mo o t h a n d c l e a n ． a n d t h e o i l h o l e p o s i t i o n wa s a c c u r a t e b y d i s s e c t i n g t h e c a s t ． s h o wi n g t h a t t h e i n t e g r a 1 fla me i n c r e a s e d t h e s t r e ng t h o f s a n d c o r e a nd g u a r a n t e e d t h e p o s i t i o ni ng a c c u r a c y ． Ke y wo r d s i n t e g r a l mu l t i wa y v a l v e ； n u me r i c a l s i mu l a t i o n ； s h r i n k a g e p o r o s i t y ； i n t e gra l fra me 多路阀作为工程机械液压系统的核心元件，其性 能的好坏直接决定 了工程机械的操控性 ，并极大地推 动了工程机械的发展[1 - 2 ] 。整体式多路阀具有结构紧凑 、 重量轻 、压力损失小等优点『 3 _ ，在工作要求较高的场合 被广泛使用。但整体式多路 阀由于阀体流道结构复杂， 阀体 内有很多数量不等 、形状各异的复杂内腔及窄长 异形孔 ，在铸造时容易出现缩松 、缩孔等铸造缺陷 ， 并且阀体流道内有粘砂现象，使得阀件在使用过程 中 产生发卡现象，因此多路阀阀体铸造一直是制约我 国 多路阀发展的瓶颈。 目前 ，对于多路 阀技术的发展 ， 国外以高集成度 、高精度 、高可靠性为主 ，而国内由 于研制水平和加工能力 的限制 ，尤其是铸造技术水平 落后 ，仅对国外产品进行简单测绘和仿制 ，而对于其 关键和核心技术并未消化吸收 ，使得制造 的多路阀精 度低 、可靠性差 ，且大多数都处于低档次水平 ] ，因 此有必要对整体式多路阀阀体铸造性能开展深人研究。 传统的铸造生产主要依靠工程师的工作经验 ，对 于质量要求较高和复杂的铸件 ，需要根据最先的工艺 方案制备出样件 ，然后进行检测后再反复修改工艺 ， 最终形成合理的工艺规范，这样使得产品的开发周期 长和资源浪费量 大 ，无法满足高性能铸件生产 的需 要同 。随着现代计算机软硬件技术的发展 ，数值模拟技 术在工业领域得到了广泛的应用『 7 J 。法国E S I 公司开发 的P r o C AS T 铸造模拟软件将铸造过程可视化 ，能够仿 真缺陷形成 、微观组织和应力变形等 ，能准确预测铸 件的铸造缺陷，从而评价铸件质量『 8 1 。运用P r o C AS T 软 件优化铸造系统 ，改进铸造工艺 ，这将大大节约能源 的消耗，同时大大缩短产品的开发周期 。 目前多路阀阀体一般采用球墨铸铁材质。本文利用 P r o C AS T 软件对多路阀阀体铸造过程进行 了数值模拟 ， 预测缩松缩孔出现的位置 ，检验铸造系统设计的合理 性 ，并通过改进铸造工艺，铸造出高质量的多路 阀。 1 铸造工艺及系统建模 1 。 1 铸件简介 铸件尺寸为2 9 5 mm 1 6 0 mm 1 4 5 mm，材质为球 收稿日 期 2 0 1 4 0 4 2 5 收到初稿，2 0 1 4 - 0 6 2 6 收到修订稿。 作者简介 李彬 1 9 8 7 一 ，男 ，硕士 ，主要从事金属材料精密成形及其计算机应用方面的研 究。E ma i l f e n g l i n l b 1 6 3 ．c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m