ZG20SiMn铸钢摇臂壳体铸造过程数值仿真及工艺优化

摇臂壳体是采煤机的重要组成部件,具有多级壁厚、变截面等异形特征。为提高采煤机摇臂壳体铸造质量,解决因铸造工艺不成熟导致的缩松、缩孔等缺陷问题。以MG325型采煤机摇臂壳体为研究对象,设计顶注式和底注式两种铸造工艺方案,采用ProCAST软件探究不同浇注工艺方案下摇臂壳体铸件充型及凝固过程,分析铸件温度场、凝固场及缩松、缩孔铸造缺陷位置。基于Niyama判据和应力场分布对底注式铸造工艺方案进行优化。结果表明:优化后摇臂壳体铸件在凝固冷却过程中保持温度梯度递增,促进铸件实现顺序凝固,铸件缺陷率明显降低且充型效果更佳,缩孔体积仅占摇臂壳体体积的0.004 9%,电机孔薄壁端面应力优化量为38.47%,输出端孔处应力优化量达到91.08%。本文研究成果为采煤机摇臂壳体的铸造工艺提供了理论基础和数据支撑。     

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。     

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软件在铸造凝固模拟中的应用

为研究铸造工艺对铸件质量的影响,利用计算机进行了铸件的凝固模拟.介绍了有限元软件Pro-CAST的组成模块、功能以及应用,在应用实例中利用ProCAST软件模拟预测了铸件砂铸工艺中产生的宏观缩孔缺陷.研究表明:铸件中存在模拟预测的宏观缩孔缺陷;对浇注系统和冒口设置参数进行了优化,优化后的工艺提高了铸件产量,降低了成本;模拟结果表明,铸造模拟软件ProCAST能够准确地预测铸件在充型凝固过程中可能产生的缺陷.     

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。     

钛合金铸件精密成形理论与技术研究进展

由于航空、航天用零部件对材料比强度有很高的要求,因此钛合金作为一种高比强合金在航空、航天领域的应用越来越多,而且这类零部件常采用薄壁复杂结构。若采用水冷坩埚方式熔炼钛合金,会导致钛合金熔体流动性差,因此,离心铸造方法已成为钛合金薄壁复杂铸件精密成形的主要方法。介绍了离心场下钛合金铸件精密铸造成形理论及技术的发展过程,在此基础上总结了离心场下钛合金熔体的充型、凝固行为及铸件缺陷形成规律,提出了立式离心铸造技术改进方案,并对未来离心场下成型理论与技术的发展提出了展望。     

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。     

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。     

铸件热裂缺陷预测及其工艺优化

以解决铸件热裂为目的,以生产中遇到的典型铸件为例,利用ProCAST铸造模拟软件,对不同铸件结构和不同浇注工艺条件下的铸件热裂缺陷形成倾向进行了系统研究,得到了优化后的铸件结构和铸造工艺,并进行了生产验证,其结果基本吻合.     

真空增压铸造对Mg-Y-Nd-Gd-Zn-Zr合金工艺性能和力学性能的影响

目的通过真空增压工艺改善Mg-Y-Nd-Gd-Zn-Zr合金的铸造性能和力学性能。方法采用螺旋法、热裂环法、线收缩率测试方法,分别测试了不同真空度、浇注温度、凝固压力下合金的流动性、热裂倾向和收缩率。采用万能拉伸机测试合金的力学性能,采用金相显微镜观察合金的显微组织,采用截线法测量平均晶粒尺寸。结果重力下Mg-Y-Nd-Gd-Zn-Zr合金的螺旋长度为240~270 mm,裂环宽度为10~15 mm;真空下的螺旋长度为245~330 mm,裂环宽度为7.5~12.5 mm;凝固压力从0.2 MPa提升至0.8 MPa,合金的抗拉强度从320 MPa提升至335 MPa,断后伸长率从4.5%提升至6.0%。结论提高真空度、浇注温度,可显著提升合金的充型能力;提高凝固压力、降低浇注温度,可明显降低合金的热裂倾向;凝固压力越高、真空压力转换时间越短,合金的组织越致密,力学性能越高。     

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(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。     

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。     

消失模铸造AZ91镁合金的研究

研究了ZA91镁合金消失模铸造时铸件的厚度,位置和真空度对铸件质量,组织及力学性能的影响,真空度是决定铸件质量的一个关键的工艺因素,无真空时浇注铸件易产生浇不足缺陷,但真空度过大又会导致形成粘砂和气孔等缺陷,真空浇注射明显细化组织,但真空度进一步增大时细化效果野 不明显,铸件显微组织具有很大的壁厚效应,然 位置对组织的影响与是否采用抽真空措施有关,铸件壁厚较小时,铸件的力学性能总体较差,断裂源自Mg/Mg17Al12界面、且主要是以解决理形式的脆性断裂。     

基于计算机模拟的支架铸钢件铸造工艺设计及优化

目的对ZG270-500铸钢支架的铸造工艺进行优化设计,以达到工艺简单、成本低、操作简便、质量良好等要求。方法使用三维CAD软件和铸造模拟软件对相应铸造工艺方案进行了三维建模和铸造过程的模拟。针对工艺初始浇注系统设计了正放、倒放,底注式、阶梯式共4种不同组合的浇注方案。在对充型温度场进行模拟后,选择了倒放阶梯式与正放底注式浇注系统进行后续模拟。在对凝固进行模拟后,最终选择了正放底注式的方案并进行后续优化。在设计补缩系统时,通过多次调整冒口的位置与尺寸,以及冷铁的位置、尺寸与形状,达到工艺优化的效果。结果 4种初始方案中,倒放阶梯式浇注系统有利于顺序凝固,正放底注式浇注系统较为经济环保。凝固过程中,正放底注式浇注系统的疏松疏孔液相孤立区存在于铸件顶部,有利于补缩。初始补缩系统有效补缩了顶面两孔中心缺陷,优化后可使顶板和肋板的连接处,凝固最晚区域的缺陷大为改善。结论模拟表明,最终方案可基本消除铸件中的缺陷,保证铸件的质量与良好的工艺性。     

Effects of processing parameters on microstructure and mechanical properties of squeeze-cast Mg–12Zn–4Al–0.5Ca alloy

In this paper, a new magnesium alloy Mg–12Zn–4Al–0.5Ca (ZAX12405) was prepared by squeeze casting. The effects of processing parameters including applied pressure, pouring temperature and dwell time on the microstructure and mechanical properties of squeeze-cast ZAX12405 alloy were investigated. It was found that squeeze-cast ZAX12405 alloy exhibited finer microstructure and much better mechanical properties than gravity casting alloy. Increasing the applied pressure led to significant cast densification and a certain extent of grain refinement in the microstructure, along with obvious promotion in mechanical properties. Lowering the pouring temperature refined the microstructure of ZAX12405 alloy, but deteriorated the cast densification, resulting in that the mechanical properties firstly increased and then decreased. Increasing the dwell time promoted cast densification and mechanical properties just before the solidification process ended. A combination of highest applied pressure (120 MPa), medium pouring temperature (650 °C) and dwell time (30 s) brought the highest mechanical properties, under which the ultimate tensile strength (UTS), yield strength (YS) and elongation to failure (E_f) of the alloy reached 211 MPa, 113 MPa and 5.2% at room temperature. Comparing with the gravity casting ZAX12405 alloy, the UTS and E_f increased 40% and 300%, respectively. For squeeze-cast Mg–12Zn–4Al–0.5Ca alloy, cast densification was considered more important than microstructure refinement for the promotion of mechanical properties.     

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。