铸件充型凝固过程数值模拟发展现状

铸件内在质量很大程度上取决于铸件的充型和凝固过程。将计算流体力学、计算传热传质学和计算机可视化技术应用于铸造工艺设计 ,可以使铸造技术人员更清楚地了解铸件形成过程 ,快捷地确定较为合理的铸造工艺参数。本文对铸件充型和凝固过程的数学模型、计算方法及商品化软件方面的发展现状进行了综合评述 ,并展望了该领域的发展前景。     

钛合金离心精密铸造充型过程计算机模拟

建立了离心力场下铸造充型流动的数学模型 ,在自行研制的三维铸件充型 /凝固模拟软件 (CASM 3DforWin dows)基础上 ,研制开发了相应的离心力场铸造充型的计算机模拟软件。对钛合金薄壁铸件在重力场下及不同离心精密铸造工艺条件下的充型过程进行了实例模拟计算。计算结果表明 :在离心力场下金属液的薄壁充型能力比重力浇注强得多 ,而“拐头反充”式离心浇注方式是一种合理的离心力场下的铸造工艺方案     

Computer simulation for centrifugal mold filling of precision titanium castings

Computer simulation codes were developed based on a proposed mathematical model for centrifugal mold filling processes and previous computer software for 3D mold filling and solidification of castings (CASM-3D for Windows). Sample simulations were implemented for mold filling processes of precision titanium castings under gravity and different centrifugal casting techniques. The computation results show that the alloy melt has a much stronger mold filling ability for thin section castings under a centrifugal force field than that only under the gravity. A "return back" mold filling manner is showed to be a reasonable technique for centrifugal casting processes, especially for thin section precision castings.     

车钩钩舌的铸造工艺模拟与优化

在原工艺基础上对16号车钩钩舌采用ProCAST铸造模拟软件对钩舌充型及凝固过程进行了数值模拟.预测了铸件冲砂、夹渣、缩孔疏松的可能产生部位.在此基础上,对原有工艺进行了改进和优化,改进后模拟效果良好,经生产验证,铸件质量明显提高.     

铸造合金湍流和层流充型与凝固三维数值模拟软件及基在精密铸件上的应用

建立了铸件充型过程中金属液流体湍流和层流流动及凝固冷却时三维速度场和温度场数值模拟的计算方程;介绍了这些方程的数值求解,相关边界条件及凝固潜热处理方法;以此为基础,编制了三维计算、前处理、后处理程序及相关数据库,形成了SRIFCAST软件。本软件已成功地应用于铸造生产,制定了各种铸件尤其是精密铸件的铸造工艺,获得了优质铸件。     

高锰钢组合辙叉心轨铸造工艺模拟与开发

模拟了高锰钢辙叉心轨的充型和凝固过程,确定了冒口尺寸.根据计算机模拟结果和辙叉心轨的几何形状的特殊性,确定了辙叉心轨的铸造工艺方案.采用平稳无气隙浇注系统,避免了在充型过程中气体和夹杂物的卷入.应用该工艺消除了缩孔、疏松、裂纹、晶粒粗大等铸造缺陷,成功开发了低成本高质量高锰钢辙叉心轨.     

充型过程流动及其对凝固进程影响的研究

建立了充型及凝固过程温度场和流场的耦合模型 ,研究了充型及凝固过程铸型内金属液速度场的变化情况 ,并进一步分析了三种不同条件对铸件凝固进程的影响。结果表明 :对于常规的中大型铸件 ,充型过程的流动对铸件的凝固进程的影响较小 ,可以忽略     

铸件充型凝固过程数值模拟研究

概述了铸件充型及凝固过程数值模拟研究的最新进展。采用并行计算技术，对压铸充型模拟过程数值计算方法进行了改进。提出了用动态膨胀收缩累积法来预测球墨铸铁缩孔缺陷，在球铁件上进行了缩孔形成的模拟和工艺改进。采用的有限差分与有限元相结合的方法模拟铸件应力场。实现了有限差分温度载荷到有限元模型的自动转换与传递，并采用有限元法计算出铸件应力场。     

铝合金压铸件充型和凝固过程的数值模拟

分析了压力铸造的工艺特点以及对压铸过程数值模拟软件系统的要求,利用基于有限元算法的铸造过程数值模拟软件对铝合金压铸件的充型和凝固过程的物理场进行了数值模拟,模拟结果对实际铸件的生产具有重要指导意义。     

铝合金石膏型精密铸件凝固过程数值模拟与实验验证

应用自行开发的铸件充型及凝固模拟系统,对铝合金石膏型精密铸件的凝固过程进行了数值模拟。采用自行设计制备的多通道自动测温装置,对所模拟的铸件进行现场测温。为了提高模拟精度,对铸件铸型热物性参数进行了实测,并采用最小二乘法进行拟合。通过计算机模拟预测了铸件的缩孔区,分析了铸件缺陷产生的原因,提出了合理的工艺方案,消除了铸件内缩孔的发生。实验验证的结果表明,数值模拟结果与测试值拟合较好     

铸件充型凝固过程数值模拟前后处理技术研究

本文介绍了在铸件充型凝固过程数值模拟前后处理中可能遇到的问题及其解决办法.采用Visual C 6.0编程语言开发出了基于STL文件的前后处理软件.完成了对三维实体的快速、准确的有限差分网格剖分,并利用OpenGL技术实现了对STL实体和剖分后的网格实体的正确显示和变换,以及充型凝固过程中温度场和速度场的动态显示.实际应用验证了该技术的实用性和有效性.     

铸铁件铜金属型的模具设计

介绍了利用Unigraphics(简称UG)软件设计铜金属型模具的方法,并对铸件的充型凝固过程进行数值模拟及理论分析,进一步完善模具设计参数,从而确定模具设计方案.     

低压铸造铝合金轮毂充型与凝固模拟

在低压铸造过程温度场及流场实验的基础上,开发了基于ＳＯＬＡＶＯＦ算法的充型与凝固过程数值模拟软件,对７２－４６轮毂铸件进行了模拟分析。结果表明,低压铸造充型过程中降温明显,准确的凝固模拟必须首先考虑充型。针对轮毂铸件的充型特点,开发了简化充型模拟软件。简化模拟得到的初始温度场与采用ＳＯＬＡＶＯＦ算法的模拟结果基本吻合,实现了为后续凝固模拟提供正确的初始温度场的设计目标。     

大型蒸汽轮机高压缸铸件的铸造工艺

介绍了蒸汽轮机高压缸铸件的结构特点和技术条件,分析了其技术难点,确定了分型面和工艺参数,设计了浇冒口系统,利用MAGMA软件对铸件的凝固及充型过程进行了模拟,优化了铸造工艺方案。工艺验证结果表明,高压缸管孔的壁厚均匀,铸件的组织致密,无缩松,性能可满足顾客要求,达到了降低生产制造成本,提高铸件质量的目的。     

Simulation of mold filling and prediction of gas entrapment on practical high pressure die castings

Element parameters including volume filled ratio, surface dimensionless distance, and surface filled ratio for DFDM (direct finite difference method) were proposed to describe shape and location of free surfaces in casting mold filling processes. A mathematical model of the filling process was proposed specially considering the mass, momentum and heat transfer in the vicinity of free surfaces. Furthermore, a method for gas entrapment was established by tracking flow of entrapped gas. The model and method were applied to practical ADC1 high pressure die castings. The gas entrapment prediction was compared with the fraction and maximum size of porosities in the different casting parts. The comparison shows validity of the proposed model and method. The study indicates that final porosities in high pressure die castings are dependent on both gas entrapment during mold filling process and pressure transfer within solidification period.     

低压铸造铝合金轮毂充型模拟实用研究

根据低压铸造圆盘类铸件的充型特点,设计开发了一套简化充型模拟软件,应用于低压铸造铝合金轮毂铸件的充型模拟。模拟结果与采用ＳＯＬＡ－ＶＯＦ算法的模拟结果进行对比表明,充型过程及铸件温度分布合理,实现了为后续凝固模拟提供准确的初始温度场的设计目标。该简化算法运算时间短,可以满足实际应用中对运算时间的要求。     

低压铸造铝合金轮毂充型模拟实用研究

根据低压铸造圆盘类铸件的充型特点 ,设计开发了一套简化充型模拟软件 ,应用于低压铸造铝合金轮毂铸件的充型模拟。模拟结果与采用SOLA VOF算法的模拟结果进行对比表明 ,充型过程及铸件温度分布合理 ,实现了为后续凝固模拟提供准确的初始温度场的设计目标。该简化算法运算时间短 ,可以满足实际应用中对运算时间的要求     

大型铸件成形过程数值模拟及工艺优化

用工程湍流模式计算大型铸件充型凝固过程三维速度场、温度场时,对提高模拟计算精度和效率进行了探讨。应用新的计算方法对大型不锈钢和合金铸铁件进行数值模拟,优化其铸造工艺。     

灰铁轴承衬体铸造工艺模拟与优化

利用ViewCast软件对灰铁轴承衬体充型和凝固过程进行了分析,通过凝固过程金属分布模拟了缩孔(松)产生的位置。采用挂砂外冷铁配合冒口使用对原方案进行了优化,最终消除了铸件中的缩孔(松)缺陷。再次模拟结果表明,改进方案合理可行,实现了平稳逐层充型和顺序凝固,从而有效地改善了铸件质量。     

球墨铸铁汽车后桥壳体的铸造工艺优化

球墨铸铁汽车后桥壳铸件在生产过程中容易产生皱皮缺陷,为查明原因,采用View Cast软件对其铸造工艺进行分析,并对充型及凝固过程进行了模拟.结果表明,由于合金充型过程不平稳造成金属液氧化严重,进而引起皱皮缺陷.根据模拟结果进行了浇注系统的改进,消除了皱皮缺陷.