ZL201合金半固态压铸成形过程数值模拟

为了解半固态压铸过程中浆料充型规律及其流动特点，本文采用AnyCasting铸造仿真软件特有的半固态触变功能模块(Bingham粘度模型)对半固态ZL201铝合金的触变充型过程进行数值模拟，研究慢、快压射速度及切换时间对半固态触变压铸充型过程的影响，对最优充型条件下的铸件微观组织及力学性能进行模拟研究，并进行试验对比.数值模拟结果显示，ZL201合金半固态触变压铸成形在浆料温度600 ℃、模具温度240 ℃时、低速压射速度0.1 m/s、且在1.5 s后进行速度切换、高速压射速度为1 m/s时，所得铸件维氏硬度最大可达72HV，平均抗拉强度为208 MPa.按照该工艺条件成型的成形件显微组织致密，测得其平均抗拉强度为212.5 MPa、平均硬度值为70.8HV, 性能较高，与模拟结果符合较好.     

工艺参数对压铸AM60B合金微观组织的影响

采用液态压铸技术,研究了压铸工艺参数对AM60B合金显微组织的影响.试验结果表明,当浇注温度为680℃、模具温度为180℃、压射速度为3.0m/s、压射比压为75MPa时,压铸镁合金AM60B可以获得组织均匀细小、表面光滑、缺陷极少的铸件.     

压铸模温度场与铸件质量关系的研究与应用

运用有限元分析软件ANSYS对薄壁铝合金压铸件的压铸过程进行温度场数值模拟分析,研究了浇注温度、模具预热温度对温度场分布的影响,分析了热应力集中的位置,从而有效控制了铸件因热应力引起的体积收缩,保证了铸件质量及其精度,优化了压铸工艺参数,为压铸模具的热应力分析奠定了基础。     

铝合金壳体件压铸工艺的数值模拟

基于UG平台设计了铝合金壳体压铸件的浇注系统和排溢系统,并运用铸造模拟软件Anycasting进行了数值模拟。通过分析铸件的充型及凝固过程,判断设计的合理性。模拟结果表明,在压射速度为2m/s,浇注温度为670℃,模具预热温度为180℃的条件下,铸件充型平稳,无明显缺陷。     

铝合金端盖件压铸工艺的数值模拟

运用铸造模拟软件Procast对一模四腔的A356铝合金压铸零件进行数值模拟,分析铸件的充型凝固过程,预测缺陷。结果显示：在压射速度为2．5m／s,浇注温度为650℃,模具温度为240℃的条件下四腔同时充填,充型平稳,排气良好,得到充型完整、无缩松缩孔、气孔倾向小的铸件。     

复杂结构ADC12铝合金汽车支架挤压铸造工艺参数优化

目的 解决ADC12铝合金汽车发动机支架在挤压铸造成形工艺下的缺陷问题。方法 利用ProCAST模拟软件对该汽车发动机支架的挤压铸造充型和凝固过程进行模拟,对挤压铸造工艺参数进行正交试验设计并模拟得到最佳工艺参数,对铸件浇注远端厚壁部位采取局部加压优化措施,并对厚壁部位进行X-Ray探伤,观察铸件的缺陷情况。结果 对挤压铸造的工艺参数进行正交试验极差分析后,发现各工艺参数按对铸件凝固后质量的影响程度从大到小的顺序依次为挤压比压、浇注温度、模具温度。通过正交试验得到优化后的工艺参数为浇注温度730 ℃、模具温度300 ℃、挤压比压150 MPa。局部加压时挤压销的最佳激活时间为4 s,此时可以完全消除铸件内部的缩孔缩松缺陷。选择优化后的工艺参数生产该汽车发动机支架,产品外观完整,没有出现表面裂纹等缺陷。在X-Ray探伤下无明显缺陷,内部质量良好。结论 选择合理的浇注温度、模具温度和挤压比压可以有效减少铸件内部的缩孔缩松缺陷,采用局部加压并合理控制挤压销的激活时间可以完全消除缩孔缩松缺陷。     

柴油机铝合金活塞铸造工艺数值模拟研究

目的优化柴油机铝合金活塞的砂型重力铸造工艺。方法采用MAGMASOFT铸造仿真软件对ZL109铝合金活塞铸造工艺进行了仿真预测,分析了铸件充型凝固过程的速度场和温度场,并预测了缩孔、缩松等铸造缺陷,在此基础上优化了浇注系统和铸造工艺参数。结果铸件充型过程中内浇道金属液流速最高,液面沿铸件外壁平稳上升,整体充型过程平稳有序,铸件整体温度分布为从下到上依次降低;凝固过程铸件自下而上顺序凝固,但冒口部分凝固速度过快,导致铸件顶部和右上部出现缩松、缩孔缺陷;通过增设冒口、降低浇注速度等工艺措施后,实现了铸件的顺序凝固,补缩效果明显,铸件可能发生缩孔、缩松缺陷的位置已由顶部转至顶冒口和侧冒口等区域。结论利用铸造仿真软件预测铸件工艺上的缺陷,对铸造工艺进行优化及改进,能有效预防铸件缺陷的产生,提高铸件的工艺出品率,降低生产成本。     

执手多型腔压铸工艺优化

目的 研究适用于执手产品稳定生产的浇注方案及其工艺参数。方法 采用控制变量法,以模具型腔表面热集中区域的等效应力为指标,分别分析两种浇注方案在不同压射比压、压射速度和浇注温度下的型腔表面稳定性,通过正交试验优化工艺参数,并对执手产品进行生产验证。结果 当模具达到热平衡状态后,阶梯式浇注方案在各组工艺参数下的等效应力均小于分散式浇注,对阶梯式浇注方案的工艺参数进行正交试验优化,发现工艺参数对型腔表面稳定性的影响程度从大到小依次是压射比压、浇注温度、压射速度。正交试验优化后的结果为A1B1C1,即压射比压10 MPa、压射速度5 m/s、浇注温度640 ℃。选择优化后的工艺参数进行执手生产,得到的执手产品外形轮廓清晰,且无缩孔缺陷。结论 执手产品阶梯式浇注在各组工艺参数下的型腔表面稳定性均优于分散式浇注。阶梯式浇注工艺参数优化后试生产得到的产品质量良好,确定为执手产品最终的生产方案。     

差压铸造薄壁铝硅合金铸件的位置效应

采用差压铸造工艺,研究垂直缝隙式浇注系统浇注的铝合金硅铸件不同位置的组织和力学性能变化.采用石英砂型、SiC砂型和冷铁,浇口处铸件的晶粒最细小,致密度高、力学性能最好;铸件冷端的组织和性能次之;位于两者之间的铸件的组织和性能最差.分析表明对于具有垂直缝隙式浇注系统,差压铸造凝固压力对金属的凝固作用具有位置效应,浇口处液态金属温度高,凝固时间长,凝固压力对浇口处金属的凝固作用显著;铸件冷端金属凝固时间短,凝固压力对该处金属的凝固作用不显著,铸型的冷却速度对铸件组织和性能的影响起显著作用.浇口处与冷端之间的金属液体的凝固受压力和冷却速度的影响小,铸件的晶粒尺寸最大、密度最小、性能最低.冷却速度提高,铸件的任意位置的组织和性能都相应得到提高.     

低压铸铝件缩孔缺陷数值模拟与工艺改进

目的 为了避免铝合金盖板低压铸造过程产生的缩孔缺陷,对盖板结构进行分析。方法 采用数值分析技术,对盖板低压铸造过程进行数值模拟,将模拟结果与实际铸件缺陷进行对比,分析缩孔缺陷的产生原因。为消除铸件缩孔缺陷,在模具内增设冷却水道,并对该工艺进行模拟分析。结果 铸件凝固过程中,当合金固相率达到75%时,铸件特征位置处的补缩通道开始陆续关闭,形成了孤立液相区,导致凝固结束时形成缩孔缺陷。当模具内增设冷却水道后,铸件的缩孔体积分数由3.5%下降到0.8%。结论 通过在模具内增设合理的冷却水道,能加快铸件厚大部位的凝固速度,有利于实现顺序凝固,从而避免缩孔缺陷,提高铸件质量。     

铝合金汽车转向节精密铸造工艺研究

目的 对某铝合金汽车转向节的精密铸造工艺进行设计与优化研究,以得到合格的铝合金汽车转向节的精密铸造工艺方案。方法 结合铝合金转向节铸件的结构特征、铸件材料特性和铸造经验,在转向节铸件主体部和鹅颈部各开设一个内浇口,设计了铝合金转向节初始浇注方案;通过在初始工艺方案中铸件缺陷较严重的区域设置补缩冒口、在铸件顶部增设排气道等措施给出了铝合金汽车转向节的优化浇注方案,基于ProCAST软件建立了铝合金转向节精密铸造2种浇注方案的有限元模型,对铝合金转向节精密铸造的充型过程、凝固过程及缩孔缩松特性进行了数值模拟与分析。结果 铝合金转向节铸件初始浇注方案的充型过程相对稳定流畅,铸件在凝固过程中有孤立液相区的形成,完全凝固后铸件中间部位存在大面积缩松缩孔缺陷;优化浇注方案能够控制金属液的流动、充型顺序及凝固特性,铸件的整个凝固过程基本呈中间对称分布,最后凝固区域位于补缩冒口内部,最大缩孔缩松率控制在2%以下。结论 优化浇注方案的设计合理且有效,能够有效地消除铝合金转向节铸件的缺陷。     

ProCAST软件在熔模铸造工艺优化中的应用

为解决企业生产中某精铸件存在的缺陷问题,利用数值模拟软件ProCAST对其充型过程和凝固过程进行模拟,并预测缩孔和缩松的存在情况.根据数值模拟的结果对该铸件工艺方案进行相应的改进,显著降低了缩孔和缩松缺陷,并提高了产品的合格率.应用表明:铸造模拟软件能够准确地预测充型凝固过程中可能产生的缺陷,从而辅助工艺人员进行工艺优化.     

核级蝶阀阀体铸造工艺数值模拟

蝶阀阀体是蝶阀上的核心零部件,服役时承受高温高压,因而要求其组织致密,不允许有缩孔、缩松和气孔等缺陷.本文先用SolidWorks软件对蝶阀体进行实体造型,然后利用JSCAST软件对铸件进行充型和凝固过程模拟,预测铸件充型过程中可能产生的充填不良、裹气现象及凝固过程中可能发生缩孔、缩松缺陷的位置,然后对模拟结果进行工艺优化.模拟结果表明,改进后的铸造工艺能够实现平稳的充型,充型结束后铸件各部位温差较小;铸件能够顺序凝固,有害热节全部消失,缩孔或缩松缺陷也相应的消除.实际生产对模拟结果进行了有效的验证.     

基于遗传算法的低压铸造铝合金车轮工艺优化

为解决低压铸造铝合金车轮质量控制难度大的问题,采用遗传算法对工艺参数进行优化.基于铸造数值模拟结果,利用BP人工神经网络建立了铸造工艺参数与质量控制目标缩松缺陷和凝固时间的非线性关系,采用遗传算法实现了铸造工艺参数的优化.以某型低压铸造A356铝合金车轮为例,对浇注温度、上模温度、下模温度、侧模温度、模芯温度5个参数进行优化,得到的最佳工艺组合,可有效控制缩松缺陷和凝固时间.利用数值模拟结果、建立神经网络模型,采用遗传算法优化的方法,获得近似最优解,有助于优化低压铸造工艺.     

两种铸造模拟软件在钛合金铸件研制中的应用对比

目的 研究分析两种铸造模拟软件在钛合金铸件模拟方面的差异及准确性。方法 利用华铸CAE和ProCast软件对某钛合金铸件的温度场、流场和缩孔缺陷进行数值模拟。为了验证模拟结果的准确性,进行实际浇注验证实验,并通过X射线探伤,检测缩孔缺陷的位置。结果 华铸CAE网格剖分简单、计算时间快,但是模型边界拟合较差,ProCast软件网格划分复杂、计算时间较长,但是网格可以较好地反映模型形状,模型边界拟合较高。结论 两种软件对温度场的模拟差异不大,凝固顺序基本一致,两种模拟软件的缩孔预测结果和实际缩孔位置吻合性都较好,说明两种数值模拟软件可以很好地预测钛合金铸件内缩孔分布。     

基于数值模拟缸体浇注系统的设计与优化

针对镁合金发动机缸体的结构特点设计了浇注系统,并用铸造分析软件对其充型和凝固过程进行了模拟。通过观察分析模拟结果,预测了充型时间、凝固时间以及铸件中可能存在的缩孔缩松缺陷的分布与尺寸,并设计了优化浇注系统。     

铝合金风扇叶片压铸模具设计

目的采用铝合金代替传统塑料风扇叶片,适应节能减排、绿色铸造发展的趋势。方法采用UG建模和Anycasting软件,对铝合金风扇叶片的压铸模具进行设计,包括分型面设计、型芯型腔结构设计、浇注系统设计、溢流槽设计、排气系统设计、推出机构设计、冷却系统设计等,并对其压铸成形过程进行了数值模拟。结果风扇扇叶部分最后凝固且容易产生缩松和气孔,将溢流槽向扇叶方向移动,收集扇叶和扇叶之间的气体和夹杂,加强对缺陷处的排气,缺陷基本消失。结论设计的压铸模具满足铝合金风扇叶片的生产要求,符合节能减排、绿色铸造发展的趋势。     

Replication casting of open-cell AlSi7Mg0.3 foams

A typical aluminum alloy for casting (AlSi7Mg0.3) was used to produce open-cell foams by replication of a salt precursor. The process was set to minimize complexity and costs of the casting operations: the preform sintering was avoided and mold temperature lower than the eutectic temperature of the alloy was used. Open-cell foams with a relative density about 35% and high compressive strength resulted. Material analyses showed that, in replication casting, the material response to the process is optimal and a homogeneous and fine grain size distribution is visible in the foams.     

铝合金曲轴后端盖压铸模浇注与排溢系统优化设计

为满足某发动机曲轴后端盖铸件高质量的外观与密封要求,针对该铝合金零件进行了高压铸造模具的浇注与排溢系统优化设计。首先根据铸件形貌和尺寸特征进行浇道、内浇口和排溢槽的理论设计,随后采用ProCAST软件模拟高压铸造充型、凝固过程,对铸件的卷气、缩松、缩孔及组织进行预测分析。研究发现,方案1的平直型横浇道浇注方案,金属液冲击型芯容易产生紊流和飞溅,且设置在铸件中间和下部的排溢系统不能减少紊流,易形成裹气和大的缩孔缺陷;而方案2为钳形浇道,去除方案1铸件中部的溢流槽并将下部连通溢流槽改为两个,明显改善铸件内裹气和缩孔现象,确定方案2为最终方案。试模铸件外观质量良好,经X射线探伤发现铸件无裂纹,厚大缩孔位置与缺陷仿真预测良好吻合;金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)观察组织发现,铸件晶粒细小、组织致密,晶粒取向差小,内部应力小,与组织和应力仿真结果一致;能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)分析表明,铸件成分均匀,组织内部无杂质。本研究可为端盖类铝合金压铸件模具及工艺开发提供参考。     

Numerical study of porosity in titanium dental castings

A commercial software package, MAGMASOFT (MAGMA Giessereitechnologie GmbH, Aachen, Germany), was used to study shrinkage and gas porosity in titanium dental castings. A geometrical model for two simplified tooth crowns connected by a connector bar was created. Both mold filling and solidification of this casting model were numerically simulated. Shrinkage porosity was quantitatively predicted by means of a built-in feeding criterion. The risk of gas pore formation was investigated using the numerical filling and solidification results. The results of the numerical simulations were compared with experiments, which were carried out on a centrifugal casting machine with an investment block mold. The block mold was made of SiO₂ based slurry with a 1 mm thick Zr₂ face coat to reduce metal–mold reactions. Both melting and casting were carried out under protective argon (40 kPa). The finished castings were sectioned and the shrinkage porosity determined. The experimentally determined shrinkage porosity coincided with the predicted numerical simulation results. No apparent gas porosity was found in these model castings. Several running and gating systems for the above model casting were numerically simulated. An optimized running and gating system design was then experimentally cast, which resulted in porosity-free castings. © 1999 Kluwer Academic Publishers