重型載貨汽車支架安裝在車前橋兩端，對整車起支撐作用，是重型載貨汽車底盤件的重要部件，在工作中受振動及沖擊，承受較大的載荷，要求鑄件在重要部位不得有縮松、縮、孔缺陷。通過鑄造模擬技術，對設計出來的鑄造工藝進行模擬，為改進澆注系統、排氣系統等提出一些意見和建議，從而提高工藝設計水平，盡量減少鑄造缺陷的產生。
　　1．支架的結構特點
　　支架鑄件三維實體如圖1所示，鑄件為中心對稱，大平面（a處）與中間圓環孔由筋板（c處）連接，加強筋（b）起輔助支撐作用，兩φ60mm圓棒（d處）由相交的筋板與中間圓環孔連接，中間圓環孔下端小孔位置為筋板圍城的空腔，起減重作用。鑄件結構簡單，但局部壁厚較厚，最厚處（e處）為72mm，最大外形尺寸770mm×435mm×300mm，鑄件重117kg，材質為ZG310-570。

　　2．支架原始鑄造工藝方案設計
　　（1）由于鑄鋼熔點高，流動性差，收縮大，易氧化，而且夾雜物對鑄件力學性能影響嚴重，多采用底注澆包，澆注的鑄鋼件宜采用開放式澆注系統 。
　　（2）由于中注式澆注系統具有充型平穩，抗氣孔、夾渣能力強，抗縮松、縮孔、滲漏能力強的特點，根據我公司生產裝備狀況，采用中注式澆注系統，一箱兩件，鋼液由側冒口直接進入鑄型。
　　（3）為保證對鑄件的充分補縮，采用三個側冒口及一個頂冒口對不同熱節部位進行補縮。
　　（4）采用酚醛樹脂砂制芯，由于樹脂砂發氣量較大，因此將形成中間圓環孔位置的砂芯中間進行掏空，上芯頭頂端放置一出氣孔，頂冒口上端扎透，以及時排出鑄型中的氣體。
　　（5）根據經驗，為防止在最大熱節位置（e處）出現縮松、縮孔缺陷，在該位置放置4塊外冷鐵激冷。
　　3．支架的充型及凝固過程模擬
　　我們采用Catia三維設計軟件對原鑄造工藝方案實體建模，然后轉化為STL格式文件導入到鑄造工藝設計及工藝模擬軟件CAStsoft中，利用處理模塊對工藝方案進行凝固過程模擬，并對模擬結果進行比較分析，預測缺陷存在的大小及位置。

 
　　圖2 冷卻時間t=180.68s 凝固進程為52.44%

　　從圖2中可以看出，當鑄件凝固進程為52.44%時，鑄件內部出現5個獨立液相區：三個側冒口位置出現最大一處、4個外冷鐵位置兩處、頂冒口一處及遠離頂冒口φ60mm圓棒中間熱節較大處。
　　三個側冒口附近的獨立液相區體積較大，連成一片，未斷開，說明此時單個冒口的有效補縮距離大于兩個冒口之間的距離。從凝固結果看，大平面位置的縮松、縮孔都出現在冒口內，鑄件內部無縮松、縮孔現象發生。
　　外冷鐵附近的兩個獨立液相區，并未與中間側冒口形成的獨立液相區完全分開，說明此時中間冒口對該位置仍有一定的補縮作用。隨著鋼液的進一步凝固，當凝固進程為66%左右時，外冷鐵附近才真正存在獨立液相區，不過獨立液相區體積較小，說明外冷鐵對該位置激冷效果明顯。
　　頂冒口位置的獨立液相區，縮松、縮孔出現在冒口內，鑄件內部無縮松、縮孔現象發生。
　　觀看整個凝固過程可以發現，當凝固進程為25%左右時，上下兩個φ60mm圓棒中間的筋板已經部分凝固，頂冒口向遠離頂冒口的φ60mm圓棒補縮的通道中斷，無法對其進行補縮。遠離頂冒口的φ60mm圓棒處的獨立液相區體積較大，既無冒口補縮又無冷鐵激冷，最終將形成縮松、縮孔缺陷。
　　4．支架的工藝方案改進及模擬
　　通過對原始工藝方案的凝固過程模擬分析，可以看出三個側冒口、外冷鐵及頂冒口部位鑄件無縮松、縮孔缺陷，但在遠離頂冒口的φ60mm圓棒處中間部位將出現大的縮孔缺陷，為消除鑄件的縮孔缺陷，可以嘗試在φ60mm圓棒中心及獨立液相區最終消失位置放置兩塊內冷鐵；同時三個側冒口距離較近，無法充分發揮單個冒口有效補縮距離的補縮作用，又中間冒口對外冷鐵處的獨立液相區有一定的補縮作用，可以嘗試去除兩端對稱的側冒口，只保留中間側冒口，必要時適當增加中間側冒口尺寸，增加冒口的有效補縮距離。
　　對工藝方案進行改進，在遠離頂冒口的φ60mm圓棒處增加兩個內冷鐵，去除對稱的兩側冒口。更改后的工藝方案凝固模擬結果如圖3所示。

　　圖3 冷卻時間t=154.94s 凝固進程為45.06%

　　從圖3可以看出，在凝固進程為45.06%時，中間側冒口在其有效補縮距離內對大平面一直起補縮作用，同時對外冷鐵位置附近的獨立液相區也有一定的補縮作用。從凝固結果看，大平面位置的縮松、縮孔都出現在冒口內，鑄件內部無縮松、縮孔現象發生。在兩個內冷鐵的共同激冷作用下，凝固進程還未到50%時，附近的鋼液已經完全凝固。
　　結語
　　通過實際工藝驗證，在凝固模擬中出現的5個獨立液相區部位，均未發現縮松、縮孔缺陷。鑄造工藝凝固過程模擬對新產品設計有很強的指導作用，通過對原始鑄造工藝方案的凝固過程模擬，找出缺陷的大小及位置，進而制訂相應的工藝措施，提高了鑄造工藝設計的一次成功率，縮短了工藝開發時間，提高了生產率。