基于铸造CAE的风电轮毂的铸造工艺设计
中国船舶重工集团公司第十二研究所风电轮毂铸造工艺设计与优化新(精)
三、行业应用及开发
3.1 大型灰铁球铁件工艺优化及缺陷预测
通过对柴油机机身、缸盖、整铸活塞、风电定子轴、轮榖等大型复杂铸铁 件的工艺仿真优化，消除了缩孔缩松、气孔夹杂、冷隔、浇不足等缺陷，缩 短了产品研制周期，成品率得到了很大的提高，解决企业生产问题。
三、行业应用及开发
3.1 大型铜合金铸件工艺优化及缺陷预测
二、基础研究
2.1 理论研究 热加工行业是工业的基础，铸锻件的质量直接 决定产品的优劣；但热加工过程却因影响因素多而 难控制；在八十年代兴起的建立在金属凝固理论和 数值传热学理论基础上的数字化技术为热加工成型 技术的发展注入新的生机与活力。
二、基础研究
2.2 应用开发
1）模拟分析工艺参数的测定
不同生产条件下材料间的界面换热系数差别 很大，对模拟的准确性有较大的影响，为了准确 预测铸锻件在成形过程中产生的各种缺陷，研究 人员在生产现场对实际生产中的不同材料间的界 面换热系数进行了测定。
三、行业应用及开发
3.1 铝镁合金铸造工艺优化及缺陷预测
通过对铝镁合金铸件流场、温度场进行准确仿真，预测卷气、氧化夹杂、冷隔、浇不足 等缺陷，优化浇注系统设计，合理布置冷铁和冒口；实现了低压和差压铸造过程仿真分析， 优化加压曲线，可预测氢含量和结晶压力对铸件缩孔缩松缺陷的影响；解决了复杂薄壁铝合 金壳体、壳体锥、轮盘、航空发动机机匣等铝合金铸件的成品率低、出品率低的问题。
四、风电铸件工艺优化设计
4.3 计算分析1
a:（铸件+砂型热节计算）
18%的液相分布（铸件+砂型）
4%的液相分布（铸件+砂型）
由上图可以看出，在凝固过程中，轮毂及法兰外沿皆较厚，在结构 交接部位形成了热节，处于最后凝固位置，不易补缩，为实现均衡凝固， 应对这些位置强化补缩。
风力发电机轮毂铸造工艺流程
风力发电机轮毂铸造工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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风电轮毂铸造技术研究
风力发电是一种新兴可再生的绿色能源。在 国外风力发电得到了广泛的应用，风力发电技术 比较成熟，在国内风力发电还是一个新的领域， 目前我国风力发电正得到重视和大力发展。
风力发电项目是东汽“五电并举”项目之一。 该项目的风电轮毂是风力发电机组中的关键零部 件。东汽生产 FD70A/FD77A 型风力发电的轮毂是 1 500 kW 机组的轮毂。该轮毂工作环境恶劣，需 在 - 30℃工作，- 40℃生存，其低温冲击值要求高。 该轮毂轮廓尺寸大，壁厚厚大，重量较重。从熔 炼工艺，铸造工艺，没有经验可借鉴，其生产技 术难度很大。
个铸件内在组织致密，无缩松、夹渣等缺陷；超 声波检查按 DIN EN 12680-3（DW402A5021A-2006）
铸造超声波检测第 3 部分：球墨铸铁铸件执行；
磁 粉 检 查 按 DIN EN 1369 执 行 ； 铸 件 材 料 按
DW812A2001B-2005 的 铸 件 材 料 EN -GJS -400 -18
如表 1：
性 标能
准
б0.2 /MPa
EN1563 ≥220
厂 标 ≥220
表1 机械性能 бb /MPa δ5 /% ≥370 ≥12 ≥370 ≥12
Akv/J 3 个试样
- 20℃ - 30℃
平均值≥10 单个值≥7
平均值≥10 单个值≥7
从表 1 可知，该材料机械性能要求很高，属 于高牌号材质，还要求 - 20℃的低温冲击，其 3 个 试样 Akv 平均值要求≥10J，单个值≥7J。在低温 冲击方面，厂标要求更高，要求 - 30℃的低温冲击 值达到 EN 1563 标准的 - 20℃的值。
铸造CAE技术及其在铸造工艺设计中的应用for 百铸网
铸造CAE技术及其在铸造工艺设计中的应用报告人：廖敦明教授、博士生导师栾添舒，满文胜，冯海波，周建新华中科技大学材料学院华铸软件中心材料成形与模具技术国家重点实验室华铸软件—21世纪铸造数字化解决方案华中科技大学简介1国家教育部直属的全国重点大学。
首批列入国家“211工程”、“985工程”重点建设的大学。
各项排名位于全国前列。
各项排名位于全国前列1953年华中工学院建校，1988年更名华中理工大学。
1953年华中工学院建校1988年更名华中理工大学000年与原同济医科大学、武汉城市建设学院合并2000年与原同济医科大学、武汉城市建设学院合并成立华中科技大学。
在校全日制本科生3.5万、硕士生万硕士生1.5万、博士生5000多。
主校区面积7000亩。
华铸软件—21世纪铸造数字化解决方案CAE 铸造技术2铸造CAE技术简介概述CAE 技术又称数值模拟仿真技术技术又称数值模拟仿真技术，是对研究对象（过程）进行数值建模、分析求解、预测趋势。
铸造CAEz 针对铸造过程，建立数学模型，采用科学合的求解方式来描述铸件的科学合理的求解方式，来描述铸件的生产过程预测缺陷优化工艺生产过程，预测缺陷、优化工艺。
数值模拟的作用在实际浇注前对铸造工艺方在实际浇注前，对铸造工艺方案进行计算机模拟分析。
预测各种铸造缺陷，在较短的时间内得到最佳工艺方案从而时间内得到最佳工艺方案，从而大大减少试制成本，缩短开发周期提高产品质量期，提高产品质量。
在现代化铸造生产中铸造凝在现代化铸造生产中，铸造凝固数值模拟已成为不可或缺的关键技术和手段键技术和手段。
铸造CAE技术简介数值模拟技术已成为人们研究开发铸造技z 数值模拟技术已成为人们研究、开发铸造技术的重要工具。
z 使“睁眼造型、闭眼浇注”转变为“睁眼造型、睁眼浇注”华铸软件—21世纪铸造数字化解决方案某公司铸件铸造工艺方案模拟实例铸造CAE技术简介铸造CAE技术基础数学模型三维CAD 造型网格剖分模型离散数值求解数值求解边界条件缺陷预测初始条件物性参数可视化显示铸造CAE技术基础以温度场为例铸造CAE技术基础以温度场为例t LT ∂+⎟⎟⎞∂∂+22z ∂⎠以差分代替微分，以差商代替导数铸造CAE技术基础以温度场为例L t Δ∂+Δ1tc ∂ρ铸造CAE技术基础铸件温度场显示（不同的颜色对应不同的温度值）大型风电轮毂球铁件凝固液相前沿变化凝固模拟—缩松缩孔图片(紫色为缩松，黑色为缩孔）缩松位体积³置（cm )111.771580215.803 6.91429.44528.16..........2134165华铸软件—21世纪铸造数字化解决方案铸造模拟内容及能预测的缺陷种类3铸造模拟内容充型流动过程模拟流动与传热的耦合模拟结晶凝固过程模拟应力/应变模拟微观组织模拟缺陷分析与预测(缩孔、缩松、卷气、夹杂、浇不足、冷隔、冲砂)模拟预测的铸造缺陷种类：模拟预测的铸造缺陷种类缩孔、缩松卷气夹杂卷气、夹杂浇不足冷隔浇不足、冷隔裂纹、变形组织、性能……减少浇冒口消耗，提高工艺出品率、缩短产品减少浇冒口消耗提高工艺出品率试制周期，降低生产成本、减少工艺设计对经验、对人员的依赖。
轮毂压铸模三维CAD设计及CAE成型仿真(概要)--陈雅德
轮毂压铸模三维CAD设计及CAE成型仿真摘要：首先分析铝合金汽车轮毂压铸件的结构工艺，通过对不同的压铸工艺方案分析,以及浇注系统、充填速度、温度、压力等工艺参数计算，进行压铸模结构设计分析；通过Pro/e三维软件，对该零件进行三维造型，解决模具的结构设计，确定模具分型面。
在此基础上，应用ProCAST软件仿真铝合金汽车轮毂半固态压铸充填、凝固过程，优化压铸模具结构设计。
然后绘制模具装配图、零件工程图，同时校核模具关键零件的强度。
进一步利用Pro/E的数控加工模块对模具中分流锥进行数控编程和模拟加工。
最后进行毕业设计论文的撰写，验算表明该模具结构制造工艺良好、动作可靠，表明该模具结构合理，制造工艺良好，工作可靠。
关键词：半固态；轮毂；压铸模；数值模拟；浇注系统Wheel Die Casting Mold CAD/CAEAbstract：In this theise, the structure process of Aluminum alloy wheel die-casting were analyzed. The structure of pressure die-casting mould was designed through the analysis of various processplanning and the calculations of technological parameters of filling system, speed,temperature, pressure, etc. By using 3D Pro/E software, the die-casting model and the mouldstructure had been drawed when mould surface was designed. On the basis, the design ofdie-casting mould structure was optimized through the application of ProCAST simulating thesemi-solid Aluminum alloy wheel die-casting filling and solidification course. Then, themould assembly, parts were drawed and the intensity of the key parts was checked.Furthermore, the NC machining module of Pro/E mold were employed to make spreadercomponents for NC programming and simulation of processing. Finally, we write thegraduation dissertation, the checking calculations indicate that the mold structure manufacturetechnology is correct, the movement is reliable.Keywoed: Semi-solid; wheel; die-casting mould; numerical simulation; gating system.1 引言CAD(Computer Aided Design)技术是利用计算机强大的计算功能和高效率的图形处理能力，辅助知识型劳动者进行工程和产品的设计与分析，以达到预期的设计目标。
基于CADCAE的壳体铸件低压铸造工艺设计
3．3 结壳时间t3的确定 一般地说，采用金属型时结壳 时间比较短，有时可以取消结 壳时间，直接增压，但考虑到 该壳体有厚大部位，结壳时间 选择5 s。
3．4 增压压力只及增压速度的确定
液态金属在一定压力下进行结晶，是低压 铸造的特点之一，因此增压压力也称为结 晶压力，即充型结束后，在充型压力的基 础上，再使压力增加一定数值，有利于铸 件补缩，可有效地消除缩孔、缩松，提高 组织的致密度，但由于铸型及设备条件等 因素的限制，增压压力也不能太高。
2．2浇口设计 一般来说，低压铸件的加工余量为1—2 mm，为增加补缩通道，在浇道处中心 孔内圆加工余量为10 mm，由枷O mm 变成弘0 mm，在浇道起始平面加工余量 为8mm，浇道大端直径为拍5 mm，起 模斜度为5。。在分型面设置随形集渣包， 使得最先流人的冷金属积聚到集
渣包，该处开10 mm×0．15 mm的排 气道，初始工艺模型示意图见图2。
5．3 设定收缩率(AppIy Shrinkage)
不同的材料有不同的收缩率，
为了补正体积收缩上的误差，必须 将参照模型放大。Pro／E针对这 个需要提供了一套设定收缩率的工 具，根据该件的材料及低压铸造特 征选用1％的收缩率。
5．4 建立分型面(Parting Surface) 建立分型面时首先定义各型芯分型面，最后定 义主分型面。一般都是先用增加(Add)一复制 (C叩y)一选择(select)一单独曲面(Indiv Su以) 复制模型外表面，以生成初步的分型面，再用 Modify—Add／Flat及Modify-Add／Extlllde来 建立破孔面，形成不带破孔的分型面，最后将 所有曲面合并(Merge)在一起。在所有分型面 都做完后，需要延拓到工件表面。该壳体铸件 模型共6个分型面，5个圆柱芯在复制完模型表 面后，均再做一个封闭旋转曲面合并后生成。 主分型面比较难做的是左侧法兰分型面的分割， 要用到曲线和侧像投影，然后 做一个平整面合并而成，见图8。
基于铸造CAE的风电轮毂的铸造工艺设计
基于铸造CAE的风电轮毂的铸造工艺设计作者：于赟李小平臧金平徐贵宝摘要：本文在对1.5MW风电轮毂铸件的结构和要求进行分析的系础上，应用铸造模拟软件Magmasoft进行了凝固模拟分析，根据铸件的热节和绘松预测结果设计冷铁位置和冒口位置以及浇注系统，并进行流动模拟，优化工艺方案。
经生产验证，铸件内部无缩松，与模拟结果一致，完全满足客户要求。
随着新型能源工业的快速发展，国内风电铸件的需求持续增加。
风电铸件的质最要求很高，不仅要求低温性能，而且对铸造缺陷和外观质量都有严格规定。
采用超声波探伤和磁粉探伤，不允许存在超过标准规定的缩孔、缩松、气孔、夹杂物以及表面微裂纹等铸造缺陷，铸件不允许进行焊补，铸造缺陷超标，铸件只能报废；铸件的尺寸公差为CT11或CT12级，重量公差为MT12级。
因而风电铸件的铸造工艺开发及工装设计成为研制合格风电铸件的关键技术之一，很多企业在进行风电铸件的开发研制时，由于铸造工艺设计不合理而导致研发费用大，废品率高。
计算机模拟凝固技术为铸造工艺的合理设计提供了理论基础和实施依据，商用化的模拟凝固软件提供了对铸件温度场、凝固和缺陷预测的动态模拟，依据凝固模拟结果，优化铸造工艺。
常州精棱铸锻有限公司从2007年开始研制1.5MW风电轮毅铸件，在工艺设计时，采用Magma模拟软件对该铸件进行了不同工艺条件下的凝固和流动动态分析并预测缺陷，优化铸造工艺，成功生产了轮毂类铸件，经超声波探伤检查，铸件致密，力学性能和金相组织都符合要求，现已批量生产。
1 铸件分析和工艺设计思路1.5MW风电轮级如图1所示，铸件重约9t，最大壁厚为115mm，高度为2230mm，材料为GGG35.5，要求附铸试块-40℃低温冲击试验，附铸试块放置在铸件上壁最厚的部位。
采用中频感应炉熔炼，材料全部采用优质低硫废钢和优质增碳剂，保证了铸件性能满足GGG35.5要求。
此外，设计了全套工装，使得工装的刚性满足无冒口浇注的工艺要求。
CAE-轮毂成形工艺CAE解决方案
轮毂成形工艺CAE解决方案目录1 轮毂概述 (1)1.1 轮毂简介 (1)1.2 轮毂结构特点 (1)1.3 轮毂材料选择 (2)2 轮毂制造工艺及工艺仿真需求分析 (4)2.1 轮毂制造工艺分析 (4)2.2 轮毂工艺仿真需求分析 (5)3 轮毂制造工艺CAE解决方案 (6)3.1 轮毂铸造工艺分析 (7)3.2 轮毂锻造工艺分析 (8)3.3 轮毂旋压工艺分析 (10)3.4 轮毂冲压工艺分析 (11)3.5 轮毂热处理工艺分析 (13)1轮毂概述1.1轮毂简介轮毂是汽车上最重要的安全零件之一，轮毂承受着复杂的载荷，包括汽车和载物质量作用的压力，车辆在启动、制动时动态扭矩的作用以及汽车在行驶过程中转弯、凹凸路面、路面障碍物冲击等来自不同方向动态载荷产生的不规则交变受力。
而轮毂的质量和可靠性不但关系到车辆和物资的安全性，还影响到车辆在行驶中的平稳性、操纵性、舒适性等性能，这就要求轮毂动平衡好、疲劳强度高、有好的刚度和弹性、尺寸和形状精度高、质量轻等。
因此，也给轮毂的制造工艺提出了巨大的挑战。
1.2轮毂结构特点轮毂主要是由轮辐和轮辋两大部分构成。
轮辐是介于轮胎与车轴之间的起支撑作用的重要部件。
轮毂按轮辐的构造可分为辐条式轮毂和辐板式轮毂两种。
辐条式轮毂的轮辐是由许多钢丝辐条组成的，这种钢丝辐条能起到很好通风散热的作用，但要求数量多、价格贵，且不便于安装及维修，仅适用于高级轿车和高档赛车上。
辐板式轮毂通常由辐板、轮辋、挡圈及气门嘴孔组成，其中辐板就是用以连接轮辋和安装凸台的支架或圆盘，也称轮辐，其数量和形式多种多样，常见的有五辐，六辐，七辐等。
轮辋是在轮毂上安装和支撑轮胎的部件，轮辋的外部是轮缘，与轮胎相配合。
轮缘的外沿部分易遭受外力载荷的冲击，且在冲击后常产生变形，甚至形成裂纹导致汽车轮胎胎压的泄漏。
轮辋常见结构形式主要有深槽式，对开式，平底式，深槽宽式，半深槽式，全斜底式，平底宽式，整体式，可拆卸式等。
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基于铸造CAE的风电轮毂的铸造工艺设计
作者：于赟李小平臧金平徐贵宝
摘要：本文在对1.5MW风电轮毂铸件的结构和要求进行分析的系础上，应用铸造模拟软件Magmasoft进行了凝固模拟分析，根据铸件的热节和绘松预测结果设计冷铁位置和冒口位置以及浇注系统，并进行流动模拟，优化工艺方案。
经生产验证，铸件内部无缩松，与模拟结果一致，完全满足客户要求。
随着新型能源工业的快速发展，国内风电铸件的需求持续增加。
风电铸件的质最要求很高，不仅要求低温性能，而且对铸造缺陷和外观质量都有严格规定。
采用超声波探伤和磁粉探伤，不允许存在超过标准规定的缩孔、缩松、气孔、夹杂物以及表面微裂纹等铸造缺陷，铸件不允许进行焊补，铸造缺陷超标，铸件只能报废；铸件的尺寸公差为CT11或CT12级，重量公差为MT12级。
因而风电铸件的铸造工艺开发及工装设计成为研制合格风电铸件的关键技术之一，很多企业在进行风电铸件的开发研制时，由于铸造工艺设计不合理而导致研发费用大，废品率高。
计算机模拟凝固技术为铸造工艺的合理设计提供了理论基础和实施依据，商用化的模拟凝固软件提供了对铸件温度场、凝固和缺陷预测的动态模拟，依据凝固模拟结果，优化铸造工艺。
常州精棱铸锻有限公司从2007年开始研制1.5MW风电轮毅铸件，在工艺设计时，采用Magma模拟软件对该铸件进行了不同工艺条件下的凝固和流动动态分析并预测缺陷，优化铸造工艺，成功生产了轮毂类铸件，经超声波探伤检查，铸件致密，力学性能和金相组织都符合要求，现已批量生产。
1 铸件分析和工艺设计思路
1.5MW风电轮级如图1所示，铸件重约9t，最大壁厚为115mm，高度为2230mm，材料为GGG35.5，要求附铸试块-40℃低温冲击试验，附铸试块放置在铸件上壁最厚的部位。
采用中频感应炉熔炼，材料全部采用优质低硫废钢和优质增碳剂，保证了铸件性能满足GGG35.5要求。
此外，设计了全套工装，使得工装的刚性满足无冒口浇注的工艺要求。
采用呋喃树脂砂手工造型。
轮毅的轴孔朝上，从轮毅叶片孔的中心位置分型，两箱造型。
在确定以上工艺原则后，进行铸造工艺设计，工艺设计包括：冷铁的大小和分布、出气冒口的设计以及浇注系统的设计。
2 冷铁和冒口的模拟计算
在浇注温度为1350℃时，在瞬间充型的情况下，对铸件进行凝固模拟，铸件的热节大小和分布如图2所示，在铸件三个叶片安装孔处形成三条连续的热节，热节凝固时间为14187s。
由于热节部位容易形成缩孔和组织粗大，因此，可通过放置冷铁来消除热节。
根据图2，先在铸件用1中A部位所示的三个侧加工端面放置一圈冷铁(HT200)，冷铁的厚度为100mm，模拟后，铸件的热节大小和分布如图3所示，与图2对比，在三个大端面安放冷铁后，铸件热节由三个整体热节变成了六个三角形热节，热节处凝固时间由原来的15116s减少到14386s。
为进一步减少热节，继续在如图1中B所示的外侧面六个凸台放置冷铁，冷铁的厚度为100mm，铸件热节变化如图4所示。
与图3对比，在三个大端面安放冷铁后，铸件的热节变得分散，热节的总面积进一步缩小。
铸件的下部，热节凝固时间由原来的14386s减少到12716s。
在热节处仍可预测到缩松，如图5所示。
根据以上分析结果，在图4所示的凸台上方，即图1中C部位放置随形冷铁，进行凝固模拟计算，分析其热节变化和缩松预测，铸件的热节进一步分散，如图6所示，只有铸件顶面有缩松缺陷，图7所示，因此，在铸件的顶部即图1中D部位采用冷铁和压边冒口，模拟显示无缩松。
此外，改变冷铁的厚度，反复进行凝固计算和分析，优化冷铁和冒口设计。
3 充型分析
3.1 浇注系统的设计计算
根据铸件的重量，确定浇注时间，根据经验公式，确定浇注时间为60s，内浇道总面积为104cm2，采用12道内浇道，由耐火砖管排出。
为了挡渣，浇注系统设计成半开放半封闭的系统，直浇道、横浇道和内浇道的比例为1.1：1.5：1，由内浇道面积分别计算出横浇道和直浇道的面积。
采用底注的方式。
3.2 流动模拟
根据设计好的浇注系统，进行铸件浇注过程的流动分析。
图8a，b分别为浇注时间为2s，15s的速度场。
根据图8a，在铸件充型开始，金属液在浇注系统和铸件内最大的流动速度在内浇道，进入铸件的金属液流动速度为57cm/s左右，内浇道与铸件接触处金属液流动速度波动很小，横浇道远端的金属液流动速度为28cm/s以下，可充分挡渣，而内浇道的材料为陶瓷管，无外来渣。
从图8b可见，当浇注时间为15s时，铸件的充型更平稳，金属液的流动速度为30cm/s左右。
根据以上模拟结果，更改了浇注系统设计，在保证金属液收得率的条件下，把浇注时间减少到50s，进行快速浇注。
4 结果分析
根据凝固和流动模拟分析，设计了1.5MW风电轮载铸造工艺，如图9所示。
按图9工艺进行了工艺和工装设计，由于大量使用冷铁，使得铸件各部位基本同时凝固，只有上端面采用三个压边冒口兼排气口，金属液的理论收得率为95%。
经清理抛丸后，目测表面无缺陷，受载区域UT检测未发现超过客户规定的夹杂和缩松缺陷，在此基础上，按上述工艺生产了3件，无损检测合格，尺寸准确，轮廓清晰、完全满足客户的要求。
5 结束语
采用铸造模拟软件Magmasoft成功设计了1.5MW风电轮毂铸件的铸造工艺，一次浇注成功。
不仅减轻了工艺人员的设计工作量，提高了工作效率，而且降低了产品的研发成本，缩短了研发周期。
(end)。