拉杆座为机车构架焊接关键件，材质为B⁺级钢，铸件毛坯重量为30 kg，产品结构相对简单（见图1），但对铸件内部质量要求比较严格，铸件由底部焊接法兰板和拉杆组成，壁厚差异较大，在连接部位存在圆角热节。铸件焊接于构架上后需要做二次整体加工，铸件还需要具备补偿构架整体焊接变形的功能。

图1 产品3D数模

初始铸造工艺设置拉杆座大平面为工艺分型面，拉杆位置采用16 mm冷铁板激冷，顶面2个方形保温冒口，生产的毛坯在拉杆孔部位存在缩松、砂眼等铸造缺陷，内部质量不能满足超声波探伤要求，探伤合格率不足20%；同时，构架焊接后加工存在尺寸不合格现象，毛坯尺寸不能满足构架整体加工尺寸要求。

为保证铸件探伤与尺寸合格，满足生产需要，通过对拉杆座铸造工艺改进提高铸件一次合格率。一是通过分析铸件收缩变形情况以及构架焊接后对铸件尺寸关联影响，调整铸件毛坯加工量及部分尺寸的工艺补正量；二是针对探伤位置要求及探伤等级调整工艺方案，核算浇冒口位置及尺寸，通过凝固模拟分析与生产验证，保证改进工艺的可行性。

拉杆座铸件探伤要求高，产品壁厚相差较大，存在多处厚大位置及大圆角过渡等孤立热节，很难实现顺序凝固；产品尺寸要求严格，铸件在充型凝固、正火预处理、调质处理、焊接、转运等过程中易变形，同时还需考虑构架变形对相关尺寸的影响。

综上分析得出拉杆座工艺改进的技术难点有：

（1）考虑探伤位置满足探伤要求，同时需兼顾其余热节位置铸件内在密实度。

（2）铸件加工余量及反变形要考虑构架变形的影响。

（3）铸件内档尺寸公差为-2～+1 mm，工艺设计时需要考虑多方面对尺寸影响，保证焊接后尺寸满足要求。

3.1 铸造工艺优化设计

图2 拉杆座探伤区域

3.2 改进前后工艺凝固模拟分析

对原工艺方式进行凝固模拟，从模拟结果可以看出，原工艺虽然能保证底板及圆角部位的密实度，但要求探伤的位置却存在缩松缺陷，模拟结果与铸件实际探伤结果的位置、大小相符合，图3为原工艺方案及凝固模拟结果。

（a）原始浇注系统

（b）凝固模拟分析

图3 原始工艺及凝固模拟结果

对优化后的工艺方案进行凝固模拟分析，对温度场及缩松模拟结果如图4所示，可以看出铸件从薄壁向厚壁、从铸件向冒口依次顺序凝固，基本实现了预期设计的温度梯度场，从凝固模拟结果缺陷预判显示，铸件要求探伤的位置缩孔、缩松缺陷已经消除。

（a）优化后浇注系统

（b）凝固模拟分析

图4 优化后工艺及凝固模拟结果

3.3 新工艺生产验证

用优化后的工艺进行生产，试验产品进行超声波探伤检测，铸件内部未发现超标缺陷，实际生产的铸件与模拟分析预测结果相吻合，缩孔、缩松铸造缺陷得到了解决，铸件质量得到很大改善。对生产的毛坯进行三坐标尺寸检测，铸件所有尺寸符合图纸要求，对原工艺存在问题的尺寸进行重点测量，尤其是120 mm档距在热处理后，调质切除拉筋后进行测量，转向架焊接后划线加工结果未出现尺寸及质量问题。

机车拉杆座铸造工艺改进，通过理论计算、生产实际与数值模拟相结合，对铸造质量进行预先评估，不仅节约了产品试制开发时间，也提高了产品开发质量。铸件工艺改进过程充分考虑后续环节质量隐患，能够有效预防不合格品流入下工序，提高了生产效率、降低了制造成本。

（1）通过对改进前后工艺方案进行凝固模拟分析，并与实际生产探伤结果对比，很好地解决了拉杆座生产过程中出现的缩松、缩孔铸造缺陷。

（2）通过工艺尺寸控制，补正量及拉筋设置，有效地保证了铸件尺寸，防止了生产过程变形。

（3）工艺设计时充分考虑产品使用要求及探伤要求，避免了工艺设计中避重就轻的缺点。

（4）数值模拟对铸件工艺的优化比传统设计方法周期短，节约制造成本。