缝隙浇道宽度对A357铝合金铸件质量的影响

通过设计不同宽度尺寸的缝隙浇道,借助FEM仿真计算分析与力学性能测试,研究了缝隙浇道宽度对A357铝合金铸件凝固组织与力学性能的影响。结果表明,受铸件/铸型界面传热影响,凝固固相从界面尖端换热区域析出分布,并逐渐转移至心部区域;缝隙浇道宽度与铸件壁厚比例系数设置偏低时,受缝隙浇道补缩影响,易产生集中性缩松缺陷;反之,受缝隙浇道截面临界压力与凝固末期反抽影响,易产生氧化夹渣与缩松缺陷。缝隙浇道宽度与铸件壁厚的最佳比例系数为1.2,此时A357合金的抗拉强度、屈服强度与伸长率分别为342 MPa、310 MPa与9.4%,断口形貌为韧窝断裂。     

熔模铸造薄壁复杂锥形壳体的重力充型工艺

某薄壁复杂锥形壳体铸件选用ZL205A合金,结合其凝固特性与壳体铸件结构成形性分析,采用熔模铸造,底注式重力充型。借助FEM有限元仿真计算,分析了凝固充型场、温度场与固相析出分布场。结果表明,底注式重力充型工艺,锥形壳体铸件总充型时间为21s,完全凝固冷却与固相析出时间分别为374s与424s,同时实现了锥形壳体铸件自下而上的顺序凝固;铸态与T5热处理态的平均晶粒尺寸分别为112μm与94μm,中间肋板区域本体试样T5热处理态的平均抗拉强度、屈服强度、伸长率与硬度(HBS)分别为453 MPa、400 MPa、8.9%与114,满足了设计技术指标。     

ZL205A上臂铸件低压充型工艺设计

ZL205A属于高强韧铝铜系合金材料,经T6处理后可作为中等载荷承力部件用于航空航天等军工装备领域。文中针对ZL205A上臂铸件设计了四种不同的低压充型凝固成形工艺,选用1:1.8:4.4浇道截面比低压充型浇注系统,结合20 mm/s与40 mm/s的升液与充型速度、25 kPa与30 kPa的升液与充型压力,实现了ZL205A上臂铸件自下而上的平稳充型与自上而下的顺序凝固。T6态本体剖切试样的平均抗拉强度、屈服强度与伸长率分别为484 MPa、354.5 MPa与6.9%,经时效热处理后大量Al_2Cu与Al_6Mn沉淀强化相沿晶界均匀弥散析出,T6态断口以韧窝断裂为主,附带一定数量的沿晶断裂带。     

ZL205A副车架结构设计与成形工艺仿真优化

对ZL205A铝合金副车架结构与工艺设计进行分析,借助FDM与FEM模拟完成了凝固过程充型场、温度场与应力应变场的仿真计算分析。通过工艺预留孔位置、尺寸结构优化与T5热处理工艺参数优化,确定了副车架铸件的自由充型工艺方案。结果表明,副车架铸件实现了平稳充型与自内向外的顺序凝固,凝固热应力峰值为47.17 MPa,经T5热处理后本体试样的平均抗拉强度、屈服强度与伸长率分别为510 MPa、402 MPa与6.8%,满足了技术指标要求。     

粉末注射成形充模流动过程模壁凝固层增长的计算与模拟

应用微流边界层理论从微观上阐述了粉末注射成形充模过程模壁凝固层的存在性,分析了PIM模壁凝固层的结构,它包含微流边界层,其厚度远远小于L．Prandtl边界层的厚度,说明假设在PIM充模流动过程中无滑移边界条件是合理的。根据L．Prandtl边界层厚度的计算方法和微流边界层的定义,建立了计算PIM浇道模壁凝固层厚度的数学模型,数值模拟结果说明所给数学模型较好地描述浇道模壁凝固层的增长情况。利用该模型可以方便地预测浇道模壁凝固层厚度的增长,为优化影响制品质量的工艺参数提供了理论依据。     

铸挤锻复合成形对ZK60镁合金组织与性能的影响

利用OM、SEM、EDS以及XRD等手段对铸挤锻复合成形的ZK60镁合金进行组织以及性能的检测与分析。结果表明,在挤锻复合成形工艺过程中,材料组织经过变形与再结晶,平均晶粒尺寸从铸态的30.7μm细化为挤压态的2～10μm,锻压后得到明显细化并分布均匀的等轴晶,晶粒大小约为2μm。挤锻复合成形后,合金的室温UTS和YTS分别达到353 MPa、298 MPa,比铸态分别提高了55.5%和61.96%,而伸长率降低了3.1%;T5热处理最佳工艺为160℃×22 h;拉伸时效断口从铸态的准解理断裂过渡为以韧性断裂为主。     

大型环类铝合金铸件结构与工艺设计

以大型环类铝合金铸件为研究对象,通过铸件结构优化设计、合金体系选择与凝固收缩率参数优化,结合FDM/FEM数值仿真工艺,优化完成了环类铸件浇注系统的优化设计;采用分级熔炼与精炼除气工艺,氧化夹渣密度由(12~15)个/cm~2降至(2~3)个/cm~2,平均直径由2.6mm减至0.4mm;选用复合晶粒细化剂后晶粒尺寸由176μm降至68μm,合金的抗拉强度提高8%~10%,伸长率增加约60%;基于多级固溶时效热处理ZL114A合金的抗拉强度、屈服强度与伸长率分别达到了360 MPa、310 MPa与8.2%,ZL205A合金对应力学性能分别为520 MPa、460 MPa与7.4%,断口均为典型韧窝断裂。经深冷处理后,环类铸件内部残余应力峰值可由140~250 MPa降至50~105 MPa,高向与径向加工精度可提高约180%,合金T6态抗拉强度提高约20~30 MPa,伸长率提升2%~3.5%。     

白口铸铁磨球半固态挤压铸造工艺参数设计

半固态挤压铸造是集半固态加工与挤压铸造为一体 ,利用半固态浆料的流变性能进行充型并在压力作用下凝固成形的一种材料成形新技术。作者结合大量的试验研究和理论推导 ,得到半固态挤压铸造基本工艺参数挤压时间、最小挤压力、浇道直径和浇道高度的设计计算公式 ,为半固态挤压铸造设备和铸造工艺的设计及调试提供了基本的参考依据     

ZL205A铝合金乘用车转向节凝固工艺设计优化分析

近年来,随着轨道交通行业一体化轻量设计的推广,铝合金已成为首选材料。本文针对ZL205A铝合金转向节铸件设计了两种不同的凝固工艺,借助FEM数值仿真完成了不同成型工艺下充型流动场与凝固固相场的对比分析。结果表明:与自由充型相比,采用低压成型工艺合金熔体充型平稳,实现了自上而下与自内向外的顺序凝固,工艺出品率由54%增至68%;经T6热处理后铸件本体试样平均抗拉强度、屈服强度、伸长率与布氏硬度分别达到了521MPa、455 MPa、8.1%、146 HBS。     

两类制造难度大的液压铸件的工艺设计

阐述了液压铸件生产制造中制造难度大的两类铸件的工艺设计方案。多路换向阀体铸件,采用了框架式芯头的型腔工艺设计方案,浇注系统采用热冒口,按照顺序凝固的原则,液态金属由直浇道、横浇道、挡渣浇道,经冒口流入铸件型腔。柱销式叶片泵配流盘铸件,采用了一种使型腔中所有油口在一个盘式芯头上整体成形的工艺设计方案,采用压边冒口,按照同时凝固的原则设计浇注系统。     

不同铸型下Al-6.5Mg-0.14Ti-0.12Zr合金的微观组织与力学性能

采用熔模铸造、树脂砂铸造和石膏型铸造等方式成形Al-6.5Mg-0.14Ti-0.12Zr合金,由凝固冷却曲线可知合金凝固温度区间为111.4℃,其中熔模铸造凝固冷速最高,树脂砂铸造次之,石膏型铸造最低。Al-6.5Mg-0.14Ti-0.12Zr合金流动性较佳,可实现不同铸型的完整充型,凝固过程未观察到明显的铸件/铸型界面反应。合金铸态组织主要由α-Al相与Al_3Mg_2相组成,Al_3Mg_2相沿晶界均匀分布,与石膏型铸造相比,树脂砂铸造试样中α-Al相平均尺寸由324μm降至132μm;熔模铸造试样抗拉强度、屈服强度、伸长率与硬度(HV)分别为274.7MPa、136MPa、14.9%与60,经400℃×12h固溶后,本体试样抗拉强度、屈服强度、伸长率与硬度(HV)分别增至322.7MPa、144MPa、31.9%与68.3。铸态断口以沿晶断裂为主,可见少量微观韧窝;经固溶处理后断裂方式以韧性断裂为主,韧窝内可见少量的Al_3Mg_2相、Al_3Ti相与Al_3Zr相颗粒。     

ZL205A铝合金斜楔铸件凝固工艺研究

在某型号运载机车斜楔件研制中选用ZL205A铝合金。根据铸件结构特征与ZL205A合金工艺性能分析,实验选用了重力浇注工艺。借助华铸CAE有限差分软件完成了充型流动场与凝固温度场的仿真与分析,优化了工艺设计参数,实现了斜楔铸件自下而上与自外向内的顺序凝固,提高了凝固的冶金质量,研制出了满足技术指标的ZL205A斜楔铸件。经T6热处理后ZL205A斜楔铸件本体试样平均抗拉强度、屈服强度与伸长率分别为542 MPa、455 MPa与7.2%,断裂机制为典型的韧窝断裂。     

汽车控制臂挤压铸造工艺研究

以汽车控制臂为研究对象，探讨了挤压铸造成形工艺的模具设计和工艺参数设计对产品性能的影响。着重对内浇道截面宽度、合金成分、压力等工艺参数进行了优化试验。结果表明，在采用截面宽度为10mm的浇道、挤压铸造比压为50MPa、A356成分中的w（Fe）≤0．1％的试验条件下，铸件组织致密，晶粒细化，力学性能达到进口同种合金锻件的水平（σb≥280MPa，δ≥6％）.     

ZL114A基座铸件铸造工艺设计与力学性能研究

应用于某战术导弹构件的ZL114A基座铸件选用开放式浇注系统与米字型横浇道结构设计,在低压充型下通过增设冷铁实现了自下而上的平稳充型与自上而下的顺序凝固,选择14 h的落砂开箱时间,基座铸件最大尺寸正偏差仅为0.7 mm,最大尺寸负偏差仅为-0.8 mm。经二次固溶T6热处理与低温稳定化后,合金材料的抗拉强度、屈服强度、伸长率与布氏硬度分别为340.7 MPa、265.7 MPa、7.8%与HBS94,晶界处的Mg_2Si强化相与球状Si相平均尺寸更加细小,分布更为均匀弥散,断裂机制为韧窝断裂与沿晶断裂。     

AZ61镁合金挤锻复合成形组织与力学性能

采用铸坯挤压制备具有最终试样二维几何特征的AZ61镁合金预成形坯材,经过一次纵向模压制备了近终成形的拉伸试样,对试样进行了组织和拉伸性能检测。实验结果表明:在挤锻复合成形工艺过程中,材料组织经过变形与再结晶,晶粒尺寸从铸态的121μm细化为挤压态的8~15μm,锻压后进一步细化到2~5μm。经历了挤锻复合成形后,材料的室温抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度分别达到315.2MPa2、27.4MPa和20.5%,比铸态分别提高了42.4%、76%和71%;拉伸失效断口也从铸态的准解理断裂过渡为模压后以韧性断裂为主的特征。     

响应面法在大锻件微观组织质量控制中的应用

以某T型截面大锻件分段多道次成形工艺为研究对象,引入数学统计工具-响应面法(RSM)对该分段、不连续变形下的组织均匀性控制问题进行了研究。将工艺条件-道次进行参数表征,采用有限元方法 (FEM)和响应面法相结合,建立了以改善锻件微观组织质量为评价目标,以坯料温度、压力机速度、上模斜角角度和道次表征量为设计变量的二阶响应模型。研究了设计变量与评价目标之间的作用规律,通过Matlab软件得到了最优锻造工艺和工艺参数组合,即采用3道次成形工艺,坯料温度为440℃,压力机速度为8 mm·s-1,上模斜角角度为160°。采用优化结果进行大锻件的生产试制验证,金像分析显示所成形锻件内部组织均匀,表明了应用RSM和FEM可以有效地对分段多道次成形工艺下的锻件组织均匀性进行控制。     

球铁油缸浇注系统补缩无冒口工艺设计

球铁油缸,材质QT500-7,铸件重101 kg,外径φ270 mm,内径φ220 mm,壁厚25 mm,高750 mm,一端球面封口。采用立浇工艺,封口向上。原工艺为阶梯浇注系统,在铸件上部安放1个φ120 mm×200 mm冒口,因冒口下缩孔、浇口引入处缩松,缸壁气孔、夹渣,渗漏废品率54%。为了消除铸造缺陷,新工艺根据均衡凝固原理,采用以顶注为主的浇注系统补缩无冒口工艺,用收缩模数法设计直浇道、横浇道、内浇道尺寸,经批量生产验证,消除了缩孔、缩松、气孔、夹渣缺陷。机加工后经250 MPa×5 min水压试验无渗漏。工艺出品率从77%提高到88%。表明采用收缩模数法计算浇注系统尺寸,用浇注系统补缩的无冒口工艺是可靠的。     

铝合金铸造凝固过程有限元模拟的神经网络优化

应用神经网络优化了铝合金铸造凝固有限元模拟(FEM)过程,使得CPU时间最小化.在优化中,通过粗化FEM网格减少CPU时间.模拟精度降低的代价通过神经网络拟合机制来补偿.拟合机制由自适应学习率-动量因子的误差反向传播改进算法来实现.FEM模拟的控制方程是基于焓变的Fourier导热方程.模拟结果为开模循环周期20 s的温度场,几何中心与浇道等铸件特定部位的温度-时间曲线.本工作证实了对凝固FEM技术实施神经网络优化的可行性.     

灰铸铁飞轮壳体消失模铸造工艺

以灰铸铁飞轮壳体为例,系统的阐述了消失模铸造的工艺过程和工艺参数.采用阶梯式浇注系统,雨淋式加沙法,浇道比为F内∶F横∶F直=1.0∶1.2:1.4,浇注时负压为0.040～0.055 MPa.浇注温度控制在1 470～1 480℃.生产出的飞轮壳体铸件,石墨分布较均匀,基体组织为珠光体加铁素体,抗拉强度达200 MPa以上.     

镁合金摩托车轮毂浇注系统的设计优化

以镁合金摩托车轮毂为例,设计了双向断环形横浇道和单向断环形横浇道两种浇注系统.在浇注温度680℃,模具预热温度250℃,压射速度3.0m/s,保压压力60 MPa的工艺条件下,用数值模拟软件对该轮毂的铸造工艺过程进行了仿真分析.结果表明:采用单向断环形横浇道的浇注系统比双向断环形横浇道浇注系统充型合理,能明显减少轮毂的卷气、夹杂等缺陷,且模具型腔加工更简单.