針對航天各型號結構用大型薄壁鋁合金鑄件的結構特點和內部質量要求,結合低壓鑄造的工藝要求和生產實踐,從加工余量和鑄造斜度、澆注系統、冷鐵結構、排氣結構和冒口的設計等方面進行了分析和總結,特別是提出了縫隙式內澆道上端設置暗冒口的工藝設計,有效地改進了鑄件的內部質量。

采用有限元模擬仿真軟件結合正交試驗方法,對鋁合金汽車座椅骨架低壓鑄造工藝進行數值模擬,研究了低壓鑄造加壓工藝參數對鑄件縮松、縮孔、充型及凝固規律的影響。結果表明,當充型時間為1.5s、增壓壓力為7kpa及保壓時間為100s時,鑄件縮孔、縮松率最小,且成形質量最佳。

以相似理論為理論基礎,對鋁液的低壓充型過程進行了模擬試驗研究,利用氣體向液面加壓的同時對模具型腔進行抽真空。實驗結果表明:上升的液面一直保持水平狀態并沿著鉛垂方向推進;當真空度為-0.02mpa、加壓氣壓為0.02mpa時為最佳的加壓工藝參數。并將模擬結果與原型的結果進行了比較,兩者具有良好的一致性。

以相似理論為理論基礎,對鋁液的低壓充型過程進行了模擬試驗研究,利用氣體向液面加壓的同時對模具型腔進行抽真空。試驗結果表明:上升的液面一直保持水平狀態并沿著鉛垂方向推進;當真空度為-0.02mpa。加壓氣壓為0.02mpa時為最佳的加壓工藝參數。并將模擬結果與原型的結果進行了比較,兩者具有良好的一致性。

以相似理論為理論基礎,對鋁液的低壓充型過程進行了模擬實驗研究,利用氣體向液面加壓的同時對模具型腔進行抽真空。實驗結果表明:上升的液面一直保持水平狀態并沿著鉛垂方向推進;當真空度為-0.02mpa、加壓氣壓為0.02mpa時,為最佳的加壓工藝參數。并將模擬結果與原型的結果進行了比較,兩者具有良好的一致性。

利用viewcast軟件對某大型薄壁鋁合金筒體鑄件差壓鑄造充型和凝固過程進行數值模擬。模擬結果表明,由于鑄件較高,縫隙式澆注系統無法實現逐層充填,金屬液在充型過程中飛濺嚴重。在改進方案中,采用環形橫澆道和環形內澆道取代縫隙式澆道,并吸取縫隙式澆注系統橫向補縮的優點,在鑄件相應部位設置工藝筋并配合使用冷鐵。再次模擬結果表明,改進后的方案是合理可行的,實現了平穩逐層充型和鑄件的順序凝固。

利用流體模擬軟件flow-3d對輪轂在低壓鑄造過程中的應力進行了模擬研究。結果表明,應力集中的位置與輪轂實際產生裂紋的位置一致。在這個基礎上,對輪轂的模具結構進行了分析,發現由于模具結構不合理導致應力集中,改進結構后消除了應力集中現象。

水冷機殼鋁合金薄壁零件低壓鑄造工藝非常復雜。為降低產品試制成本,應用anycasting軟件對充型過程中的壓力變化及充填時間進行數值模擬,以研究各種工藝因素對充型凝固過程的影響,并預測螺旋砂芯的存在引起的充填不足、縮松等低壓鑄造缺陷。結果顯示,合理調整壓力、增壓速度和模具溫度等工藝參數,可提高產品質量,穩定水冷機殼低壓鑄造生產。

針對大型鋁合金輪轂低壓鑄造過程中在熱節處產生的縮松、縮孔問題,提出改變模具溫度和模具厚度的方法消除缺陷,但對＂孤立熔池＂現象影響較小。為此在以上兩種優化工藝的基礎上,又在對應產生缺陷部位的模具上加設水冷管。結果表明,該方法不僅使輪轂實現順序凝固,消除了輪轂厚大部位的缺陷,還提高了輪轂的冷卻速度,縮短了生產周期。

鋁合金大型薄壁復雜件鑄造工藝—熔模石膏型

鋁合金大型薄壁復雜件鑄造工藝—熔模石膏型

論述了低壓鑄造充型模擬的數學模型,由于低壓鑄造充填速度較慢、充型平穩,因此充型計算采用層流模型。采用sola-vof算法對模型進行求解,其中sola法用于求解流體的速度場和壓力場,vof法用于處理自由表面。采用ug軟件進行鑄件三維造型,采用procast軟件進行網格劃分,對葉輪的充型過程進行了模擬,并通過對葉輪的澆注試驗,驗證了低壓鑄造充型的數學模型及算法在保證模擬精度、提高計算效率上的有效性。

以計算流體力學和計算傳熱傳質學作為理論基礎,利用大型模擬軟件ansys對箱體的低壓鑄造過程進行了數值模擬,分析了鋁合金在低壓鑄造充型過程中的流場以及凝固過程中的溫度、固相分數的分布情況,預測鑄件可能出現的缺陷,為優化鑄造工藝和模具設計提供參考。

磁動力真空調壓鑄造技術是在電磁充型低壓鑄造技術的基礎上發展而來的一種鑄造技術,其充型能力強,補縮能力高。通過研究磁動力真空調壓鑄造中影響金屬液充型能力的因素,如真空度和澆注系統等,得出了磁動力真空調壓鑄造法的最佳充型工藝參數。該技術尤其適合復雜薄壁鑄件的高品質鑄造,具有廣闊的發展前景。

利用鑄件凝固過程數值分析方法研究了鋁合金汽缸蓋的低壓鑄造凝固過程,預測了缸蓋鑄件內部可能產生的缺陷。模擬顯示,內澆口到零件厚壁之間的通道易形成縮孔缺陷。根據模擬結果及理論,對低壓鑄造工藝進行了優化設計,分別采用增設冷卻系統、控制模具的預熱溫度、對澆口進行保溫處理三種工藝措施。同時采用上述三種工藝措施,對消除缸蓋鑄件熱節點的縮孔、縮松缺陷效果最好。

以鋁合金汽車輪轂為研究對象,運用鑄造模擬軟件進行了低壓鑄造數值模擬計算,獲得了充型和凝固的動態過程,觀察到了低壓鑄造中金屬液流動的狀態,獲得了金屬液停止流動和凝固的時間點以及預測了存在縮松縮孔缺陷。根據模擬結果進行改進并重新進行模擬,結果表明,充型過程中金屬液流動更加平穩,凝固過程中可能產生的縮孔、縮松等缺陷得到有效的消除。

近年，隨著國防和民用領域對高品質大型復雜鋁合金鑄件，尤其是汽車行業對鋁合金輪轂日益增長的迫切需求，兼有低壓鑄造和增壓鑄造優點的差壓鑄造技術，進一步顯示出重要的使用價值和廣闊的應用前景。

鑄旋鋁合金輪轂以其高強度、輕量化的特點逐漸成為鋁合金輪轂的一個重要發展方向。通過鑄造模擬軟件magmasoft對鑄旋的壓鑄過程進行模擬，根據模擬結果優化模具結構和生產工藝，解決輪輻根部縮松問題，提高鑄造成品率，為企業帶來一定的經濟效益。

利用procast軟件對某鋁合金輪轂新產品的多種工藝方案進行模擬分析。模擬結果顯示,鋁合金,輪輞與輪輻的肋部交接位置易出現"孤立熔池"現象,為此提出降低邊模溫度,同時設計了輪輻與輪輞交接處的冷卻系統及相應的工藝參數。通過對多種工藝方案模擬結果的對比分析,證明改進后的工藝方案幾乎不出現"孤立熔池"現象,且實現了順序凝固的要求。將改進后的工藝方案投入試生產,產品抽檢結果與模擬結果基本符合。

以實際生產中的鋁合金輪轂鑄件為例,采用商用軟件anycasting和自己開發的低壓鑄造過程數值模擬軟件對其充型過程進行了模擬,并針對鋁合金輪轂件的氣孔缺陷分析提出了工藝改進方案。經過實際生產驗證,有氣孔缺陷的產品明顯減少,表明數值模擬技術在低壓鑄造領域中對于改進生產工藝、減少鑄件廢品等方面具有實際指導意義。

利用viewcast軟件對殼體鑄件石膏型低壓鑄造工藝進行充型、凝固模擬,根據模擬結果預測鑄件中可能產生缺陷的位置及大小。結果表明,鑄件側耳部位存在大面積縮松、縮孔缺陷,生產的鑄件側面組織存在不同程度縮松現象。分析缺陷產生的位置及原因,對初始工藝方案進行優化,通過在厚壁處增加冷鐵、增設內澆道等,再進行凝固模擬。最終模擬結果表明,方案優化后減少了鑄造缺陷。經實際生產的鑄件內部無缺陷,獲得了滿足生產要求的鑄件。

借助光滑粒子流體動力學（sph）方法,對所建立的低壓鑄造充型模型進行了數值模擬,并將模擬結果與win-cast軟件的模擬結果進行對比。結果表明,sph方法與win-cast軟件模擬結果基本一致,能夠較準確地模擬低壓鑄造充型過程。