大型薄壁复杂铝合金油底壳低压铸造过程数值模拟

针对航天各型号结构用大型薄壁铝合金铸件的结构特点和内部质量要求,结合低压铸造的工艺要求和生产实践,从加工余量和铸造斜度、浇注系统、冷铁结构、排气结构和冒口的设计等方面进行了分析和总结,特别是提出了缝隙式内浇道上端设置暗冒口的工艺设计,有效地改进了铸件的内部质量。

采用有限元模拟仿真软件结合正交试验方法,对铝合金汽车座椅骨架低压铸造工艺进行数值模拟,研究了低压铸造加压工艺参数对铸件缩松、缩孔、充型及凝固规律的影响。结果表明,当充型时间为1.5s、增压压力为7kpa及保压时间为100s时,铸件缩孔、缩松率最小,且成形质量最佳。

以相似理论为理论基础,对铝液的低压充型过程进行了模拟试验研究,利用气体向液面加压的同时对模具型腔进行抽真空。实验结果表明:上升的液面一直保持水平状态并沿着铅垂方向推进;当真空度为-0.02mpa、加压气压为0.02mpa时为最佳的加压工艺参数。并将模拟结果与原型的结果进行了比较,两者具有良好的一致性。

以相似理论为理论基础,对铝液的低压充型过程进行了模拟试验研究,利用气体向液面加压的同时对模具型腔进行抽真空。试验结果表明:上升的液面一直保持水平状态并沿着铅垂方向推进;当真空度为-0.02mpa。加压气压为0.02mpa时为最佳的加压工艺参数。并将模拟结果与原型的结果进行了比较,两者具有良好的一致性。

以相似理论为理论基础,对铝液的低压充型过程进行了模拟实验研究,利用气体向液面加压的同时对模具型腔进行抽真空。实验结果表明:上升的液面一直保持水平状态并沿着铅垂方向推进;当真空度为-0.02mpa、加压气压为0.02mpa时,为最佳的加压工艺参数。并将模拟结果与原型的结果进行了比较,两者具有良好的一致性。

利用viewcast软件对某大型薄壁铝合金筒体铸件差压铸造充型和凝固过程进行数值模拟。模拟结果表明,由于铸件较高,缝隙式浇注系统无法实现逐层充填,金属液在充型过程中飞溅严重。在改进方案中,采用环形横浇道和环形内浇道取代缝隙式浇道,并吸取缝隙式浇注系统横向补缩的优点,在铸件相应部位设置工艺筋并配合使用冷铁。再次模拟结果表明,改进后的方案是合理可行的,实现了平稳逐层充型和铸件的顺序凝固。

利用流体模拟软件flow-3d对轮毂在低压铸造过程中的应力进行了模拟研究。结果表明,应力集中的位置与轮毂实际产生裂纹的位置一致。在这个基础上,对轮毂的模具结构进行了分析,发现由于模具结构不合理导致应力集中,改进结构后消除了应力集中现象。

水冷机壳铝合金薄壁零件低压铸造工艺非常复杂。为降低产品试制成本,应用anycasting软件对充型过程中的压力变化及充填时间进行数值模拟,以研究各种工艺因素对充型凝固过程的影响,并预测螺旋砂芯的存在引起的充填不足、缩松等低压铸造缺陷。结果显示,合理调整压力、增压速度和模具温度等工艺参数,可提高产品质量,稳定水冷机壳低压铸造生产。

针对大型铝合金轮毂低压铸造过程中在热节处产生的缩松、缩孔问题,提出改变模具温度和模具厚度的方法消除缺陷,但对＂孤立熔池＂现象影响较小。为此在以上两种优化工艺的基础上,又在对应产生缺陷部位的模具上加设水冷管。结果表明,该方法不仅使轮毂实现顺序凝固,消除了轮毂厚大部位的缺陷,还提高了轮毂的冷却速度,缩短了生产周期。

铝合金大型薄壁复杂件铸造工艺—熔模石膏型

铝合金大型薄壁复杂件铸造工艺—熔模石膏型

论述了低压铸造充型模拟的数学模型,由于低压铸造充填速度较慢、充型平稳,因此充型计算采用层流模型。采用sola-vof算法对模型进行求解,其中sola法用于求解流体的速度场和压力场,vof法用于处理自由表面。采用ug软件进行铸件三维造型,采用procast软件进行网格划分,对叶轮的充型过程进行了模拟,并通过对叶轮的浇注试验,验证了低压铸造充型的数学模型及算法在保证模拟精度、提高计算效率上的有效性。

以计算流体力学和计算传热传质学作为理论基础,利用大型模拟软件ansys对箱体的低压铸造过程进行了数值模拟,分析了铝合金在低压铸造充型过程中的流场以及凝固过程中的温度、固相分数的分布情况,预测铸件可能出现的缺陷,为优化铸造工艺和模具设计提供参考。

磁动力真空调压铸造技术是在电磁充型低压铸造技术的基础上发展而来的一种铸造技术,其充型能力强,补缩能力高。通过研究磁动力真空调压铸造中影响金属液充型能力的因素,如真空度和浇注系统等,得出了磁动力真空调压铸造法的最佳充型工艺参数。该技术尤其适合复杂薄壁铸件的高品质铸造,具有广阔的发展前景。

利用铸件凝固过程数值分析方法研究了铝合金汽缸盖的低压铸造凝固过程,预测了缸盖铸件内部可能产生的缺陷。模拟显示,内浇口到零件厚壁之间的通道易形成缩孔缺陷。根据模拟结果及理论,对低压铸造工艺进行了优化设计,分别采用增设冷却系统、控制模具的预热温度、对浇口进行保温处理三种工艺措施。同时采用上述三种工艺措施,对消除缸盖铸件热节点的缩孔、缩松缺陷效果最好。

以铝合金汽车轮毂为研究对象,运用铸造模拟软件进行了低压铸造数值模拟计算,获得了充型和凝固的动态过程,观察到了低压铸造中金属液流动的状态,获得了金属液停止流动和凝固的时间点以及预测了存在缩松缩孔缺陷。根据模拟结果进行改进并重新进行模拟,结果表明,充型过程中金属液流动更加平稳,凝固过程中可能产生的缩孔、缩松等缺陷得到有效的消除。

近年，随着国防和民用领域对高品质大型复杂铝合金铸件，尤其是汽车行业对铝合金轮毂日益增长的迫切需求，兼有低压铸造和增压铸造优点的差压铸造技术，进一步显示出重要的使用价值和广阔的应用前景。

铸旋铝合金轮毂以其高强度、轻量化的特点逐渐成为铝合金轮毂的一个重要发展方向。通过铸造模拟软件magmasoft对铸旋的压铸过程进行模拟，根据模拟结果优化模具结构和生产工艺，解决轮辐根部缩松问题，提高铸造成品率，为企业带来一定的经济效益。

利用procast软件对某铝合金轮毂新产品的多种工艺方案进行模拟分析。模拟结果显示,铝合金,轮辋与轮辐的肋部交接位置易出现"孤立熔池"现象,为此提出降低边模温度,同时设计了轮辐与轮辋交接处的冷却系统及相应的工艺参数。通过对多种工艺方案模拟结果的对比分析,证明改进后的工艺方案几乎不出现"孤立熔池"现象,且实现了顺序凝固的要求。将改进后的工艺方案投入试生产,产品抽检结果与模拟结果基本符合。

以实际生产中的铝合金轮毂铸件为例,采用商用软件anycasting和自己开发的低压铸造过程数值模拟软件对其充型过程进行了模拟,并针对铝合金轮毂件的气孔缺陷分析提出了工艺改进方案。经过实际生产验证,有气孔缺陷的产品明显减少,表明数值模拟技术在低压铸造领域中对于改进生产工艺、减少铸件废品等方面具有实际指导意义。

利用viewcast软件对壳体铸件石膏型低压铸造工艺进行充型、凝固模拟,根据模拟结果预测铸件中可能产生缺陷的位置及大小。结果表明,铸件侧耳部位存在大面积缩松、缩孔缺陷,生产的铸件侧面组织存在不同程度缩松现象。分析缺陷产生的位置及原因,对初始工艺方案进行优化,通过在厚壁处增加冷铁、增设内浇道等,再进行凝固模拟。最终模拟结果表明,方案优化后减少了铸造缺陷。经实际生产的铸件内部无缺陷,获得了满足生产要求的铸件。

借助光滑粒子流体动力学（sph）方法,对所建立的低压铸造充型模型进行了数值模拟,并将模拟结果与win-cast软件的模拟结果进行对比。结果表明,sph方法与win-cast软件模拟结果基本一致,能够较准确地模拟低压铸造充型过程。