摘 要
行星架是行星齿轮机构承受较大扭矩的零件，是设计制造的重中之重。本文是对砂型铸造球墨铸铁一级行星架的铸造工艺进行设计和研究。利用铸造的专业模拟软件对一级行星架的铸造充型过程和凝固过程进行数值模拟，分析铸造过程中产生的缺陷及原因，然后进行实际工艺设计中的优化。
ProE软件创建模型。ProCAST软件对初始的方案的充型过程和凝固过程进行数值模拟，发现缺陷主要出现在上下法兰盘的厚大部位，采用顶端加放冒口和下法兰盘砂芯加放外冷铁的方案进行工艺优化。在模拟中铁液充型过程平稳，工艺方案可实施。
本文通过数值模拟和工艺优化得到了行星架的最佳铸造工艺方案，降低了缺陷发生的概率。
关键词：行星架；球墨铸铁；砂型铸造；数值模拟；
Abstruct
Planet carrier is planetary gear mechanism under high torque parts, is the key of the design and manufacture. This article is to the sand mold casting ductile iron level of planet carrier of casting process design and research .Using professional casting simulation software in primary planet carrier casting a numerical simulation of the filling process and solidification process, analysis in the process of the casting defects and causes, and then, in the actual process design optimization.
ProE software to create the model. during the filling process of the initial solution and a numerical simulation of the solidification process ,ProCAST software defects found mainly appears in the upper and lower flange thickness most, withing the top riser and lower flange put sand core and outer cold iron solutions for process optimization. The filling process in the simulation of iron liquid smoothly, process scheme can be implemented.
In this paper, the planet carrier is obtained by numerical simulation and process optimization of the best casting process, reduces the incidence of the defect, process yield improvement.
Key words: Planetary frame; ductile iron; sand casting; numerical simulation
第一章 绪论
1.1数值模拟的概述
铸造的凝固过程复杂，影响其凝固过程的因素很多，其中包括了流体的流动，流体热量的传递等众多因素。模拟这样复杂的过程，就涉及学科很多，例如，传热学，力学，材料物理化学等。也需要大量的实验作为支撑才可以准确地得到各种材料的热物性参数。实际生产过程中要求热物性参数准确。这是很难做到的。这也是近年来数值模拟的发展瓶颈之一。但是模拟软件对于铸件的温度场，流场的数值宏观模拟是成熟的，可以辅助技术人员预测缺陷的产生位置和大小，更合理改善工艺。
采用计算机对铸件进行充型和凝固的模拟计算，可视化预测结果，从而合理的改善工艺提高了生产效率。近年来，国内外均将数值模拟技术在焊接，铸造，锻压等热处理方面投入大量研究，形成了以下几个模拟方面：
（1）温度场模拟：指采用传热学知识，研究铸件的热量传递变化，分析模拟凝固过程和预测缩孔缩松。
（2）流场模拟：根据流体力学知识，研究铸件的填充型腔过程，使浇注系统得到优化，预判出裹渣等缺陷。
（3）应力场模拟：根据力学知识，分析铸件温度变化过程中应力分布，预测热裂及变形等缺陷。
（4）组织模拟：根据凝固学知识，使用一些数学模型来计算金属液态形核数，枝晶生长速度，组织转变，预测铸件性能[1-5]。
本文模拟是在温度场模拟中发现铸件的凝固缺陷。流场模拟，发现铸件充型过程的缺陷。进而改善优化铸造工艺方案。
实验采用美国ProCAST软件进行数值模拟。ProCAST软件由美UNIVERSAL ENERGY SYSTEM 公司研制的在有限元计算基础上的针对铸造过程的分析方法,对铸件充型、凝固和冷却过程提供模拟，基本满足各类铸件的数值模拟分析，利用有限元分析，可以预测出畸变和铸件的残余应力，并且也可以用于半固态成形，吹芯工艺，离心铸造，消失模铸造，连续铸造等特殊工艺[6]。
软件适用于砂型铸造，消失模铸造，高压铸造，低压铸造，重力铸造，倾斜铸造，熔模铸造，壳型铸造，挤压铸造等大部分的铸造工艺需求。由于采用了标准化，通用的用户界面，让使用者更方便的操作[7]。
