界面热阻对镁合金砂型铸造过程温度分布的影响

采用直接差分法求解热传导方程,对AZ91镁合金砂型铸造过程进行模拟,研究了界面热阻对温度分布影响。结果表明:在AZ91镁合金砂型铸造过程中,随着铸件/铸型热阻的减小,铸件/铸型界面散热情况得到改善,拐角位置温度降低速率趋于相同,整个铸件从冒口区域和底座区域同时向内部区域凝固;随着铸件/空气热阻的增加,冒口位置温度降低速率减慢,冒口区域的优先凝固优势消失,整个铸件从冒口区域和底座区域同时向内部区域凝固。此外,铸型/空气热阻对AZ91镁合金砂型铸造过程的温度分布影响不明显。     

界面热阻对π型铸件凝固过程温度场的影响

采用直接差分法求解热传导方程,对π型镁合金铸件凝固过程温度场进行模拟,研究界面热阻对温度分布的影响。结果表明:不同铸件/铸型热阻条件下,内外拐角处的温度先快速升高到极大值,随后缓慢减小趋于稳定。随着铸件/铸型热阻的增加,冒口部分热扩散层"梯形状"向"矩形状"转变,冒口之间的"U形"低温区域逐渐增大;随着铸型/空气热阻的增大,底座部分热扩散层增厚,温度逐渐增加;随着铸件/空气热阻的增大,铸件/空气向外传输热量的能力减弱,冒口区域优先凝固的优势减弱直到最终消失。     

尺寸变化对L形镁合金铸件凝固过程中温度场的影响

采用直接差分法求解热传导方程,对L形镁合金铸造过程进行模拟,研究了铸型尺寸对温度场的影响。结果表明:在镁合金铸造过程中,热量通过铸件/空气和铸件/铸型界面向外部环境、铸型传递,铸件直边区域形成热扩散层"阶梯"温度降低,铸型内部形成温度扩散层其温度升高。在底座高度小于直边宽度时,铸件直边和底座区域温度均下降迅速,铸件从直边和底座区域向拐角区域凝固;随着底座高度和直边宽度的增加,铸件底座和直边区域的面积增加,降低相同温度所释放的热量增加,铸件拐角中心和铸型中心单元的温度均升高,铸件从直边区域向底座区域凝固,凝固时间增加。     

界面热阻对铸件凝固过程温度场的影响

采用直接差分法求解热传导方程,对T型铸件凝固过程中的温度场进行模拟,研究了界面热阻对温度场分布和凝固速率的影响。结果表明:在铸件凝固过程中,随着铸件/铸型热阻的减小和铸件/空气热阻的增加,整个铸件从冒口位置和侧面同时向内部区域凝固;随着铸型/空气热阻的减小,热量传输迅速,凝固过程加快。在实际工艺设计中,减小冒口位置附近的凝固速率,增加拐角区域和侧面凝固速率,使得冒口、拐角处和侧面凝固趋于同步,从而减少各类缺陷的形成,提高铸件的力学性能。     

铝合金压铸过程铸件/铸型界面换热行为的研究Ⅰ实验研究和界面换热系数求解

采用"阶梯"铸件,设计了压铸过程模具温度测量的实验方案并进行了压铸实验.以实验中测得的铸型内部不同位置的温度为基础,采用热传导反算法求解了压铸过程中铸件/铸型界面热流以及换热系数;分析了铸件的厚度对于界面热流以及换热系数的影响,结果表明:压铸过程铸件/铸型界面热流或是换热系数随着压射过程的进行迅速升高直至最大值,然后随着凝固过程的进行而减小;同时,铸件的不同厚度部位与铸型之间的界面热流和换热系数的变化规律也不同,随着铸件厚度的增大,铸件/铸型之间的界面热流和换热系数峰值均减小,但是界面热流和换热系数较大值保持的时间则逐渐增大.     

机械振动对AZ91充型凝固中铸件-铸型传热的影响

研究了AZ91镁合金在充型凝固过程中不同振动频率对镁合金充型过程、凝固方式和铸件-铸型间隙的影响机制,并自主设计铸件-铸型界面传热效率装置,探讨了机械振动对铸件-铸型界面传热的影响。结果表明,机械振动使充型过程中合金液流体雷诺数变大,层流边界层厚度减小;破坏凝固初期型腔壁已凝固薄层,改变镁合金的凝固方式,使合金晶粒细化、改变晶体内部相形态及分布;凝固后,使铸件-铸型间隙处于动态变化过程。进而影响了铸件-铸型界面间的传热。当振动频率分别为0,20,50 Hz时,模具所达到的最高温度值分别为365.3,372.1,377.1℃,模具温度上升至最大温度值所需的时间依次为111,100,91 s,振动频率从0Hz增大到50 Hz,模具所达到的最大温度值逐渐增加,模具温度上升至最大温度值所需的时间逐渐减少。     

铸件热节变化与冒口位置的分析

热节是铸件凝固慢的节点或区域,可分为几何热节、物理热节、接触热节和流动热节.热节的位置、大小受铸件结构、铸型材质和浇冒口系统的开设位置所影响.冒口的开设应使接触热节、流动热节与几何热节分离.     

合金材料以及工艺参数对压铸过程中铸件/铸型界面换热系数的影响

采用铝合金ADC12以及镁合金AM50为铸件材料,并采用"阶梯"铸件进行了压铸实验.以压铸过程实际测得的温度作为输入参数,利用自行编制的热传导反算程序计算了压铸过程铸件/铸型间的换热系数.结果表明:不同合金材料对界面换热系数的影响主要表现在换热系数的数值以及保持较高数值所持续的时间上,而对换热系数曲线的形状影响不大;随着高速速度的增大,较薄"阶梯"与铸型之间的换热系数增大;对于较厚"阶梯",随着铸型初始温度的上升,换热系数不断减小.随着铸造压力的增大,最厚"阶梯"与铸型之间换热系数逐渐增大,但铸造压力只在镁合金AM50实验条件下表现出了明显的影响规律.     

铝合金压铸过程铸件/铸型界面换热行为的研究Ⅱ.工艺参数对界面换热的影响

基于本文第1部分的数学模型,求解了各种工艺参数下铸件/铸型间的界面热流和换热系数,重点研究不同工艺参数对于界面热流和换热系数的影响.在现有的"阶梯"块铸件的条件下,计算结果表明:压铸过程各种工艺参数对于铸件/铸型界面热流和换热系数有着不同的影响规律.铸型初始模腔表面温度对于界面热流的峰值有着很大的影响,随着铸型初始模腔表面温度的上升,热流峰值不断下降.对于较厚的"阶梯"面,铸型初始模腔表面温度对于界面换热系数的影响较大,随着该温度的上升,界面换热系数的峰值不断下降;对于较薄的"阶梯"面,各种工艺参数对于界面换热系数的影响不大.     

铸件／铸型界面温度的连续测定

本文利用露头式铠装热电偶对凝固过程中铸件/铸型界面上铸件一侧的温度随时间变化的规律进行了连续测定。通过对不同条件下的测定结果比较,分析了各种因素的影响作用,揭示了界面温度随时间变化的一般规律,为凝固传热计算提供了可靠的实验数据。     

ZL114A横梁铸造数值模拟及工艺优化

针对铝合金横梁进行结构分析,并设计了铸造工艺。利用AnyCasting软件对铸造过程进行模拟仿真,分析了冒口及冷铁位置对铸件凝固过程和缺陷产生概率的影响规律,据此对铸造工艺进行了优化。结果表明,当充型温度为710℃,充型速度为115 mm/s时,铸件内部的温度分布均匀、整体缺陷产生概率较低,但由于铸件壁厚较薄且内部结构复杂易在多个位置产生热节,特别是铸件工作表面阶梯区域以及肋板与壁面的连接位置,而这些位置在凝固过程中出现缩松缺陷的概率也较大。根据模拟结果进行了针对性的工艺优化,以冒口处引出补贴的方式消除铸件侧壁缺陷,并在底部放置冷铁。优化后的方案使缺陷产生的概率显著降低。     

不同铸型铸造凝固过程温度场的有限元模拟

利用有限元方法,采用阶梯试块,对ZL105合金的砂型铸造和金属型铸造的凝固过程中的温度场进行了有限元模拟.结果表明,砂型铸造时铸件冷却速度慢,铸件内温度梯度小,最后冷却的部位在铸件的最大尺寸处,铸型与铸件界面处的温度较高.金属型铸造时铸件冷却速度快,铸件内温度梯度大,最后冷却的部位偏离铸件的最大尺寸位置一定距离,铸型与铸件界面处的温度较低.     

Makino铣床大型床身铸造过程模拟及工艺优化

针对Makino铣床床身铸造工艺,利用Anycasting软件模拟了铸件的充型和凝固过程,分析了铸件成形过程中内部温度场、流场的变化规律。通过综合考虑浇注温度(1 280、1 320、1 360和1 400℃)和充型速度(1.0、1.2和1.4m/s)对成形的影响,得出浇注温度和充型速度对铸件品质的影响。结果表明,采用优化浇注工艺参数(浇注温度为1 320℃,充型速度为1.2m/s),在合理位置处设置冒口,把最后凝固位置控制在冒口内部,可解决气孔缺陷。以铸件内部温度场分布为依据,减小了铸件缩孔倾向,为实际生产提供参考。     

球墨铸铁/金型界面热交换条件的研究

铸造工作者普遍认为铸件的凝固速度是同铸件的内部质量紧密相关的.而铸件/铸型界面热交换行为又是决定铸件凝固速度的控制因素.目前尚未出现一种实用性强、便于灵活掌握的处理铸件/铸型界面热交换问题的方法,它已被公认为实现铸造CAD(电子计算机辅助设计)的一大障碍. 本文首次在国内开发和应用了一种能正确求解铸件/铸型界面热交换问题的新方法——热传导反算法.编制了两部程序HIP及HIC,分别用于计算平面及圆柱形的一维热传导反算问题.它们不仅能求出界面热交换系数随时间变化曲线(H-τ曲线),而且能同时计算出使用该H-τ曲线作为铸件/铸型界面热交换条件后所计算出的铸件、铸型温度场.通过采用试验数据及有关文献的试验数据进行计算,结果表明热传导反算法的应用是成功的. 试验和计算发现,圆柱形球铁件在凝固期间,由于石墨化膨胀的影响,在铸件-铸型之间不会形成气隙,其H值是随时间增长而逐步上升的.这同有色及钢铸件的情况刚好相反. 从试验和计算分析中,可看出铸件/铸型界面间的接触情况决定着界面热交换情况. 本文最后比较和分析了几种主要因素对界面热交换行为的影响,对铸件/铸型界面热交换机理进行了初步的探讨.     

压铸模的热流量与温度梯度

提出用型壁和界面层的温度梯度度量压铸模热流量的观点和方法。通过实测和计算 ,研究不同冷却条件对型壁温度、合金释放的热量、型壁增加的热量的影响。计算机凝固过程数值模拟 ,得到试验的系统热阻为 2 .6cm2 ·K·s/J。     

基于ProCAST有限元模拟对衬板铸造工艺参数的优化

选取衬板铸件及铸型方案作为研究对象,结合衬板铸件的结构和高铬白口铸铁的特性,对4种不同充型速度下的温度场和流场进行了有限元数值模拟。结果表明,衬板铸件的温度变化不是沿着从浇口到冒口方向梯度变化的。当充型速度20 kg/s时,衬板铸件中心区域可见"隔断式"温度变化,充型金属液保持规则的层状流动。当充型速度30 kg/s时,充型的金属液具有湍流的特征。     

亚共晶Al-7Si-0.6Mg合金凝固过程变形规律研究

本研究以一维长杆铸件为对象,采用K型热电偶与数据分析软件研究了亚共晶Al-7Si-0.6Mg合金的凝固变形规律。结果表明:固定体积下,随着铸件模数与长宽比的增加,初晶析出温度与二元共晶反应温度随之上升,第一冷却速度、第二冷却速度与整体凝固冷却速度连续下降;受铸件/铸型界面换热影响,起始凝固部位体积收缩产生气隙并沿边线逐渐向心部区域扩展,凝固温差诱发产生的热应力受铸型刚性约束作用,铸件产生挠曲变形,宽度方向凝固尺寸变形量符合Lorentz数学函数分布,且随铸件长宽比降低逐渐下降,高度方向符合Extreme数学函数分布,随铸件长度增加连续上升;凝固总尺寸变形量随着铸件模数、凝固枝晶搭接温度与时间的增加而连续上升,随着凝固冷却速度与二元共晶反应温度的增加而不断降低。     

压铸模的热流量与温度梯度

提出用型壁和界面层的温度梯度度量压铸模热流量的观点和方法。通过实测和计算，研究不同冷却条件对型壁温度、合金释放的热量、型壁增加的热量的影响。计算机凝固过程数值模拟，得到试验的系统热阻为２．６ｃｍ２·Ｋ·ｓ／Ｊ。     

基于AnyCasting的镁合金缸盖结构设计与工艺参数优化

在实际压铸试验的基础上,提出了合理的铸件结构和压铸工艺参数。利用AnyCasting软件求解了不同工艺参数和铸件结构对铸件充型、凝固过程的影响规律。在现有的镁合金汽车缸盖铸件条件下,根据凝固规律重点研究了铸件中可能存在的缩松、缩孔分布与尺寸。结果表明:优化的铸件结构以及优化的压铸工艺参数(浇注温度680℃,模具温度190℃,冲头低速速度0.2 m/s,高速压射速度为6 m/s,真空度30 kPa)能够明显降低铸件凝固时间以及减少铸件内部缩松、缩孔数量;同时在优化设计的基础上,结合阿基米德原理和力学性能测试验证了工艺参数和铸件结构的合理性,生产出了具有致密微观组织的镁合金零件。     

CAE技术在大型铸钢件铸造缺陷预测和控制中的应用

针对大型铸钢件冷型,运用Flow 3D软件辅助进行铸造工艺设计,通过数值模拟分析了金属液的充填过程、加冷铁前后的凝固过程,预测可能产生的缺陷。结果表明,采用三层式横浇道的开放式浇注系统可以保证金属液充型过程平稳,氧化物分布在明冒口处,不会在铸件内部产生氧化物夹杂;没有加冷铁时,整个铸件基本同时凝固,在铸件内部存在比较严重的疏松,而缩孔则集中在明冒口处;在铸型底部放置外冷铁,可以有效促进铸件底部的冷却,形成一个自下而上的温度差,实现铸件的顺序凝固,消除了疏松缺陷。