大型型材的轧制技术是一个国家重工业发展的标志,作为大型轧机的主要构件机架铸件,在轧机装备中占有重要的位置,直接影响到轧机的质量及轧钢生产的稳定性,因此,研究开发复杂形状机架的铸造工艺对于提高我国轧钢技术及轧钢装备制造具有重要的理论价值和实际应用价值。本文采用数值模拟技术及实验技术相结合的方法,通过对机架铸件结构的分析找到机架铸件发生铸造缺陷的特征、原因及位置,并针对上述分析结果,制定了研究方案,采用数值模拟获得铸件的凝固特征、缺陷形成特征,并讨论了铸造工艺方案及铸造工艺参数对机架铸造缺陷的影响,获得了优化的铸造工艺方案及工艺参数,根据这一参数实际浇注了机架铸件,并获得成功。通过上述研究表明:机架的变形主要分为两个部分,一个为铸件整体向对称面收缩的X方向的变形;另一个为铸件以轴孔为中心向内收缩的Y方向的变形;由于温度在X方向上的明显差异,造成铸件在Y方向上收缩的差异,同时产生了向外弯曲的变形。这两种变形均对U型开口的底部产生了拉应力,两种不同原因的拉应力叠加造成该处产生严重的应力集中,极易产生热裂;采用冒口方案,和冷铁方案与拉筋方案都能一定程度的控制铸件的应力和应变,其中采用拉筋方案可以有效地控制铸件的裂纹,并且获得最小的铸件残余应力;采用较低的浇注温度,对于控制铸件的残余应力有益;控制保温时间可以很好地降低表面残余应力,机架铸件的保温时间设置在144小时比较合理。采用优化的机架铸件铸造工艺,实际浇注了机架铸件,并经过超声检验铸件内部无铸造缺陷,经磁粉和着色检验,未发现机架铸件表面有裂纹缺陷,表明采用优化铸造工艺可以生产出符合设计要求的机架铸件。