升降臂的熔模铸造工艺设计与优化研究

升降臂的熔模铸造工艺设计与优化研究

王海林

泰钢合金（中山）有限公司 528400

摘要：在设计升降臂的过程中，由于其内部结构比较复杂，导致在熔模铸造的过程中，经常会出现结构方面的缩松、缩孔等方面的问题。为了保障利用一个科学合理的设计方式，提升结构稳定性，本文从仿真模型的角度进行分析，实现对升降臂的熔模铸造的工艺优化。

关键词：升降臂；熔模铸造；仿真模拟

引言：工业领域的升降臂可以模仿人体的手臂动作，以此成为了当前十分重要的一种自动化机械装置。在投入使用中，可以基于程序进行特定轨迹以及要求的捕获、运输等方面的复杂操作。在进行升降臂的初始工艺设计环节，则是要进行针对性的优化调整，以此改进熔模铸造工艺，以此降低缩孔率。

1 升降臂铸件结构

升降臂是一种在当今工艺生产当中较为常见的铸件产品，由于在使用中的稳定性较高，使得在很多领域都得到了良好的运用。在本文的分析中，将某型号不耐锈酸钢铸件为例。在生产的过程中，升降臂的铸件壁厚比较均匀，但是由于内部的结构比较复杂，使得在进行铸造的过程中，并不会允许产生对铸件整体的结构影响。整个铸件的结构比较复杂，因此使得在进行生产的过程中，铸件的结构比较复杂多样，例如通孔的链接位置比较明确。其次，在升降臂的三维建模的环节，需要进行针对性的处理[1]。

2 熔模铸造工艺设计

2.1 浇道选择

在升降臂的铸件整体结构方面，由于不规则，结构类型主要由爪形工作区、通孔螺母链接的一部分组成，让其在进行铸件的处理中，需要进行良好的凝固处理。另一方面，在进行铸件的浇铸系统设计中，要维持一个良好的结构类型，同时进行相应的系统处理[2]。

2.2 浇注模型建立

为了实现良好的分析，便需要对升降臂建立一个完善的三维模型，以此进行系统的综合性评价与分析。在进行实际分析环节，首先对网格进行划分，之后得到升降臂系统的三维有限元模型，以此实现自动化的生成效果。在网格总点数的设置环节，要符合初始有限元模型的设置效果，从而提升整体运行能力。

2.3 仿真模拟参数设置

在进行相关软件的使用中，首先要对仿真数据进行针对性分析，之后进行良好的模拟以及处理，得到数据结果之后，就可以进行后续的分析，在模拟熔模铸造的环节，会经常谁到仿真数据信息，例如涉及到初始条件、换热系数、材料参数等诸多方面的类型。通过科学合理的试验分析，才可以在保障温度并不发生变化的前提下，进行集中的处理。其次，在设置重力方向的环节，主要是设置铸件浇注方向以及加速度，这样就可以在进行制造的过程中，始终保持一个良好的参数设置，符合仿真实验的需求。

3 初始工艺数值模拟分析

3.1 浇注初速度

进行实验的分析中，基于卡尔金公式，将充型的金属液浇筑的速度为基础，在后续进行浇筑温度的分析环节，则是需要综合的考虑到计算的参数一些负面影响，以此模拟浇筑的整体速度，提升运行能力。

3.2 主要工艺参数

在经过详细试验分析之后，其中固相线的温度为1235摄氏度，这样的整个壳体的厚度为6mm，使用了石英砂耐火材料，以及与硅溶胶进行字组合，这样形成的密闭的实体。需要注意的是，在整个铸造的过程中，还要全面考量到生产的质量与周期，这样才可以让浇筑的整个过程，都符合浇筑的质量需求，同时保障铸件可以实现自然冷却的方式，以此让人们在进行试验分析中，更加清晰具体。

3.3 结果与分析

升降臂的初始工艺处理当中，往往有着不同类型的充型状态， 以此初始工艺的分析环节，则是需要从工艺的角度进行分析，保障整个充型的过程，都可以比较平稳，同时加强对不同浇筑速度方面的针对性分析，从而了解到浇注过程中，对铸件所带来的负面影响。在1s前金属液我完全进入掉浇注环节，整个充型较为平稳，之后载进行充型会出现一定的问题。

需要注意的是，整个浇筑的过程中，铸件的凝固过程比较明显，加上对于铸件凝固情况的集中分析，便要对铸件进行针对性的分析，同时强化初始工艺的分析，以此提升仿真分析的效果。下图1为升降臂三维模型。

图1 升降臂三维模型

在进行实际的试验分析环节，发现浇注系统的开始凝固之后，整个凝固流程都是铸件从工件下，改浇道进行的顺序凝固处理。其次，这样的凝固顺序也相应的可以促进铸件的凝固成形，同时对于提升铸件的工艺质量有着较高的推动作用。在5.6s的时候，铸件完成了充型。升降臂外部开始凝固，凝固分数在接近1的时候，就可以标识工件可以完全凝固。整个浇注的系统在完成凝固之后，并自然冷却到室温，就是未完成处理。升降臂的初始工艺使用，通过从数值模拟技术的预测方式，让体积分数在大于1的缩孔分布情况下，可以实现较为支管的分析效果。其次，对于零件轴以及链接位置的缩松以及缩孔的问题比较严重，因此就要对于产品的缺陷进行集中分析，同时验证仿真分析能力，强化整体的系统运行效果。

4 优化方案数值模拟结果

铸件的链接位置，在中阶段的位置首先凝固，以此会导致出现补缩通道的阻塞问题，以及在铸件的处理当中，经常会带来一定的缩孔权限。因此，就要在进行逐渐的冷凝过程中， 始终保持一个良好的浇注系数，通过对各种不合理因素以及参数的调整，才可以实现铸件工艺的全面优化，以及未来进行铸件工艺的参数优化处理中，保持铸件的整体质量，强化运行能力。

在初始工艺的选择上，往往要对浇注的系统进行全面改进，以及未来进行提升浇注系统的补缩性能，则是从参数的角度出发，对采用的方案进行集中的优化处理，从而满足人们对于系统运行的各方面需求。在这样的系统运行方式下，强化对不同位置的链接安排，以及强化金属液的凝固能力，降低缩松的整体比例关系。

5 铸造工艺优化参数

对于当下铸件会带来质量影响的参数比较复杂，例如金属的液浇温度、金属液浇速度以及温度等，都会带来一定的负面影响。在实际的分析环节，则是需要对升降臂进行针对性的分析，同时保障熔模的铸造环节，可以避免对铸件质量带来严重的影响。

未来进行熔模铸造的过程中，浇筑温度的选择合理性，成为了直接影响建筑质量的关键环节。一旦浇筑的温度比较高，就会导致型腔内部以及金属液的空气含量增加，因此导致在铸钢件的内部，出现一定程度的气孔问题。一旦在进行浇注环节，无法实现对温度的集中化处理，便会导致出现冷隔的现象，这对于系统运行会带来不良影响。以此，为了保障整个升降臂的质量，便需要在制造的过程中，结合实际的工艺参数，进行科学合理的调整与处理，同时稳定浇筑的速度以及浇筑的整体质量，这样才可以提升浇注的时间，以及后续进行速度的合理把控中，提升稳定性。

总结：综上所述，在进行升降臂的熔模铸造的工艺使用中，需要利用一个完善的工艺类型，以及强化对不同铸造工艺的优化处理方式，才可以很好的提升升降臂的熔模铸造效果，特别是在进行锻造的过程中，提升优化能力，及时调整参数设置。

参考文献：

[1]孙晓林,沈宏亮,杨立奎,等.基于混合插值的机械升降臂控制系统设计[J].电子设计工程,2021,29(24):98-101+106.

[2]刘志双,李科军,施发永,等.核岛支架安装车升降臂机液耦合动力学建模[J].液压与气动,2020(12):37-43.