隔膜泵铸件铸造仿真的应用

摘 要：隔膜泵铸造件因为结构的特殊性，必须采用铸造件。但铸造件的质量控制一直是个普遍的难题。本文采用主流铸造分析软件对隔膜泵左腔体进行铸造仿真分析并进行了实物的验证。结果表明仿真结果能够准确地预测可能出现的铸造缺陷。为铸造件的质量控制提供了可靠的依据。

关键词：隔膜泵；铸造仿真；仿真计算

中图分类号：TH213 文献标识码：A

隔膜泵一般由曲轴、连杆、十字头及活塞等主要部件组成，其工作的基本原理相当于曲柄滑块机构。在主电机的驱动下，曲轴进行旋转运动，通过连杆带动十字头及活塞做往复运动，进而实现泵阀的开启、关闭，完成输送介质的吸、排过程。隔膜泵主要分为液力端和动力端两大部分，液力端主要是过流部件。由于液力端很多关键部件结构特殊，因此大多采用铸造件。也正是因为结构的特殊性，很多铸件的质量很难控制。近年来，铸造仿真方法越来越多地被应用到铸造件的质量控制中。因此将铸造仿真方法应用在隔膜泵铸造件的质量控制中显得势在必行。以液力端的左腔体为例，进行铸造仿真分析，对浇注和凝固过程进行计算，查看卷气、温度、粒子追踪、微缩孔的计算结果，并将仿真发现的缺陷与实际生产的铸件进行验证。

1.左腔体的仿真计算和验证

1.1 铸造建模及前处理。本文以左腔体为例，对其进行铸造仿真分析及实物验证工作。左腔体的三维模型如图1所示。在将模型导入软件前，根据实际铸造工艺建立带浇注系统及冒口三维仿真模型，如图2所示。将铸造模型导入软件中，设置好初始条件及需要打开的物理模型，如图3所示。计算过程中打开卷气、湍流、传热、粒子追踪模型，先进行浇注过程的计算，将浇注满后的结果进行凝固的接续计算，查看凝固后缩松缺陷的情况。仿真模型处理时需要填入铸件所用材质的热物性参数，由于国内缺少此材质的热物性参数数据，因此本研究中引用专业的热物性计算软件计算出来。

1.2 浇注仿真结果。浇注计算结果显示在浇注过程中，左腔体大端转弯处存在较重的卷气情况，如图4所示。粒子追踪计算是模拟浇注过程中是带入铸件的砂子等大颗粒杂质是否可以通过冒口排出去。图5显示在浇注结束后，所有小颗粒的粒子都排出到冒口中。从浇注的计算结果来看，沿着浇注进料方向的左腔体大端存在卷气现象，存在凝固后铸件有气孔的危险。粒子追踪结果表明此浇注系统能够将带入铸件的都少量固体小颗粒带出铸件，保证铸造质量。

1.3 凝固过程仿真。将浇注后的计算结果进行接续计算，模拟铸件凝固过程。凝固结果显示凝固后补缩集中在冒口中，如图6所示。凝固后温度分布显示在左腔体大端拐角处存在热节，此处容易产生缩孔、缩松的缺陷，如图7所示。凝固后的微缺陷分析显示在左腔体大端拐角处及铸件壁厚中心处都存在缩孔或缩松的危险，如图8所示。

1.4 实物验证。经过仿真后发现无论是卷气还是热节等问题多发于左腔体大端拐角处，对此处实物进行射线探伤和解剖分析。射线探伤和实物分析分别在两个左腔体上进行。1#左腔体在大端拐角处进行射线探伤，2#左腔体为事故件，在使用一段时间后，在大端拐角处出现了穿透性的裂纹。在裂纹处剖开观察断口。1#件的射线探伤结果显示在大端拐角处存在5级的缩松缺陷。2#件断口处存在明显的气孔，如图9所示。此结果与仿真结算结果比较吻合。

结论

通过对左腔体的铸造仿真计算和实物验证分析可以得到以下结论：（1）仿真计算的结果与实际生产结果比较吻合；（2）对于左腔体来讲大端拐角处铸造缺陷多发位置；（3）目前左腔体的铸造工艺整体来讲问题不大，但对与大端拐角处应作局部的调整，以到达更好的铸造效果；（4）铸造仿真结果对实际铸造生产质量的控制提供了一定的指导作用。

参考文献

[1]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2]李弘英，等.铸造工艺设计[M].北京：机械工业出版社，2005.