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。     

基于数值模拟的K418B高温合金精密铸件组织与性能研究

目的 探究高温合金调压铸造的充型凝固过程,研究调压铸造工艺对铸件组织缺陷和力学性能的影响规律,并验证数值模拟对实际生产指导的可靠性。方法 以某精密构件为研究对象,借助ProCAST数值模拟软件模拟了铸件的调压铸造充型凝固过程并对组织缺陷的形成进行了预测。对成形铸件的特征关键部位进行了取样,通过金相显微镜和扫描电子显微镜对铸态试样的微观组织进行了观察,借助准静态万能拉伸试验机测试了特征试样的室温和高温(750 ℃)拉伸性能,并对断口形貌进行了观察和分析。结果 数值模拟结果表明,金属液充型平稳,凝固过程基本符合自上而下的顺序凝固,铸件缺陷较少,缩孔体积分数仅为0.22%。实验结果表明,铸件的铸态组织为典型的树枝晶组织,晶粒尺寸细小均匀;二次枝晶间距较小,组织致密,缩松缩孔缺陷较少,这与数值模拟的结果吻合较好;铸件的平均抗拉强度超过900 MPa,最大伸长率为15%,该铸件具备较好的综合力学性能。结论 通过数值模拟方法指导铸造生产具有一定的可靠性,同时,通过调压铸造工艺可以生产出具有较好组织和力学性能的高温合金薄壁铸件。     

复杂不锈钢叶轮熔模铸造工艺的优化

不锈钢叶轮的形状复杂且壁薄,使熔模铸造不锈钢叶轮铸件出现缩孔缩松及浇不足等缺陷。这些缺陷与铸件的充型和凝固过程密切相关。本文使用ProCast软件数值模拟研究叶轮的充型及凝固过程,并将结果与实验进行了比较。结果表明:浇注温度为1550℃、浇注速度为0.75 m/s有利于叶轮铸件的充填,可避免浇不足缺陷。适当的铸造温度和铸造速度仍无法避免在叶轮铸件内产生缩孔缩松缺陷。根据叶轮铸件的结构特点,采用在叶轮铸件中空处施加冷铁的方式可以消除铸件中的缩孔缩松缺陷,当冷铁高度为叶轮铸件内部高度的1/3时,去除缩松缩孔缺陷的效果最明显。     

发动机活塞裙铸造过程模拟及工艺优化

目的优化发动机活塞裙铸件铸造工艺。方法采用UG等软件设计活塞裙铸件浇注系统以及采用MAGMA铸造仿真软件对铸造工艺进行仿真预测,分析铸件凝固温度场,预测缩孔、疏松等铸造缺陷,进一步优化铸造工艺。结果铸件整体上实现了自下而上的顺序凝固,虽然通过冒口获得了一定程度的补缩,但凝固温度梯度不明显,冒口疏松缺陷依然延伸至铸件上端面。通过合理设置冷铁,增加冒口和内浇口数量,从而实现铸件顺序凝固,使补缩效果更为明显,可有效降低缩孔、疏松缺陷。结论采用MAGMA铸造仿真软件分析凝固过程并预测缺陷,通过改进和优化工艺,可以有效预防活塞裙铸件缺陷的产生,提高铸件合格率。     

铸造Al-Cu合金凝固缺陷研究现状

铸造Al-Cu合金的凝固缺陷严重影响了铸件的性能,控制或消除凝固缺陷对提高铸件成品率有重大意义。综述了铸造Al-Cu合金在工程中出现的常见凝固缺陷,如偏析、热裂、显微疏松、缩孔等。重点分析了各类缺陷的形成机理与特点,从合金化、熔铸工艺、热处理工艺、数值模拟等角度提出了减少铸造Al-Cu合金凝固缺陷的方法。     

镁合金挤压铸造凝固过程数值模拟

利用有限元法对镁合金挤压铸造凝固过程进行数值模拟,分析了铸件的凝固收缩和凝固时间,预测铸件可能发生缺陷的位置,对比挤压压力对铸件缺陷的影响。 结果发现,与重力铸造相比,挤压铸造的凝固收缩小,铸件在挤压铸造的压力作用下可缩短凝固时间;缺陷模拟结果与实验相符,加大挤压铸造压力有助于减少缺陷的产生。     

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。     

Ti-3Al-2.5V钛合金精密铸造浇注系统优化研究

利用数值模拟方法,研究了重力场和立式离心场下,不同浇注系统（顶-底、螺旋、径向和树形系统）Ti-3Al-2.5V钛合金铸件的充型和凝固过程及缩孔缺陷分布规律,并通过实际铸造实验,对铸件的机械性能及缩孔缺陷进行了检测。结果表明,重力场下的顶-底浇注系统氧含量波动范围大,不同浇注系统对合金力学性能影响不大,缩孔的模拟结果与实际铸造情况都吻合较好。相比而言,重力场下由于金属液的紊流更容易形成夹杂、钛豆、缩孔等缺陷,而离心场下由于离心力的作用,形成缩孔等缺陷的数量相对较少。     

Die Casting Mold Design of the Thin-walled Aluminum Case by Computational Solidification Simulation

Recently, demand for the lightweight alloy in electric/electronic housings has been greatly increased. However, among the lightweight alloys, aluminum alloy thin-walled die casting is problematic because it is quite difficult to achieve sufficient fluidity and feedability to fill the thin cavity as the wall thickness becomes less than 1mm. Therefore, in this study, thin-walled die casting of aluminum （Al-Si-Cu alloy： ALDC 12） in size of notebook computer housing and thickness of 0.8 mm was investigated by solidification simulation （MAGMA soft） and actual casting experiment （Buhler Evolution B 53D）. Three different types of gating design, finger, tangential and split type with 6 vertical runners, were simulated and the results showed that sound thin-walled die casting was possible with tangential and split type gating design because those gates allowed aluminum melt to flow into the thin cavity uniformly and split type gating system was preferable gating design comparing to tangential type gating system at the point of view of soundness of casting and distortion generated after solidification. Also, the solidification simulation agreed well with the actual die-casting and the casting showed no casting defects and distortion.     

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。     

Study on Numerical Simulation of Mold Filling and Solidification Processes under Pressure Conditions

The mold filling and solidification simulation for the high pressure die casting (HPDC) and low pressure die casting (LPDC) processes were studied.A mathematical model considering the turbulent flow and heat transfer phenomenon during the HPDC process has been established and paralled computation technique was used for the mold filling simulation of the process.The laminar flow characteristics of the LPDC process were studied and a simplified model for the mold filling process of wheel castings has been developed.For the solidification simulation under pressure conditions,the cyclic characteristics and the complicated boundary conditions were considered and techniques to improve the computational efficiency are discussed.A new criterion for predicting shrinkage porosity of Al alloy under low pressure condition has been developed in the solidification simulation process.     

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.     

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.     

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(镁)合金消失模铸造近净成形技术研究进展

阐述了铝(镁)合金消失模铸造技术的研究现状,着重介绍了铝(镁)合金消失模铸造在金属液充型、振动凝固、压力凝固以及消失模壳型铸造等技术方面的最新研究进展。研究表明,铝(镁)合金在消失模铸造过程中,需重点解决针孔、缩松等缺陷,提高液态合金的充型能力和铸件的力学性能;通过采用振动凝固和压力凝固的手段,可以提高金属液充型能力、细化组织、提高组织致密性,明显提高铸件力学性能。真空低压消失模壳型铸造技术,可以解决普通消失模铸造易于出现的孔洞和夹杂等缺陷以及浇不足和浇注温度高等问题,是一种生产复杂薄壁高质量铝、镁合金精密铸件的新方法。