镁合金压力充型与凝固过程的研究

研究了镁合金ＺＡ９１ＨＰ、ＡＭ５０ＨＰ,ＡＭ２０ＨＰ和铝合金ＡｌＳｉ９Ｃｕ３在高压力下的充型与凝固过程,结果表明,镁合金的充型能力比铝合金约低２５％－５０％;随铝含量的递减,三种镁合金的充型能力依次降低。数值模拟结果显示,镁合金在凝固发生之前具有与铝合金相同的充型能力。     

浇注系统对消失模铸造充型过程的影响

采用数值模拟技术，研究了金属流充型过程，结果表明，干砂消失模铸造中，浇注系统性质显著影响金属液的充型过程。     

充型过程的数值模拟技术

铸造充型过程的数值模拟技术是铸造领域的前沿技术.采用这些技术进行充型过程的数值模拟可以帮助人们更清楚地了解充型过程中金属液流动的自由表面和速度分布.介绍了充型过程数值模拟的发展过程、数学模型,探讨了充型过程的计算方法以及自由表面的处理,并指出了当前研究中存在的问题.     

涂料对消失模铸造金属液充型过程影响的数值计算

采用数值模拟技术研究了料对消失模铸造金属液充型过程的影响，结果表明，涂料透气性与涂料最度严重影响金属液的充型速度以及金属液－模样间隙压力和间隙宽度大小。     

低压铸造充型控制的理论

本文从理论上推导出低压铸造充型过程中各种量之间的关系并根据这一理论提出了更简单更可靠的控制方式。     

充型过程的数值模拟及水力模拟实验验证

为了提高充型模拟的计算精度，改进和修正了传统的用于模拟自由表面的“施-受体”算法，针对体积函数提出了新的处理自由表面的“三维施-受体”算法，为了检验新方法，对同一方形验证铸件设计了两种不同浇注系统，并对其同时进行了水力模拟实验和数值模拟计算，数值模拟计算结果与水力模拟实验结果一致，研究表明：浇注系统几何形状对充型模式有重要影响；“三维施-受体”算法减少了计算误差，提高了计算精度，不仅能够准确地预测浇注系统对充型模式的影响，而且在评估和辅助浇注系统设计方面具有巨大潜力。     

基于分数步长法的压铸充型过程数值模拟

为了模拟型腔内流体的流动形态并预测气孔缺陷,应用充型过程数值模拟方法,采用分数步长法来求解非稳态的Navier-Stokes方程,可以在每个时间步长内仅求解一次动量和压力方程.动量方程求解中采用Adams-Bashforth方法处理对流项,采用Crank-Nicolson方法处理扩散项.搭建了压铸过程水模拟系统,设计了型腔尺寸沿充填方向逐渐递减的有机玻璃模具.通过彩色高速摄像机以500帧/秒的速度记录充填形貌.将数值模拟结果和水模拟结果相比较,两者吻合较好.同时采用SOLA-VOF法模拟了同一充型过程,结果表明,分数步长法和VOF法相结合要比SOLA-VOF法更能准确地预测压铸过程中的卷气现象.     

Ti-6Al-4V熔模精密铸造充型及凝固过程计算机模拟

应用自行开发的基于微机上运行的铸件凝固 /充型计算机模拟软件 ,对Ti-6Al-4V钛合金薄壁件精密铸造的充型及凝固传热过程进行了模拟分析 .应用自行安装的多通道钨铼热电耦温度数据计算机采集、分析系统 ,测定了该钛合金起吊接头精密铸件的凝固冷却曲线 ,获取了该合金有关的凝固参数 .对包括上述零件在内的钛合金薄壁件精密铸造的充型过程及凝固传热的温度分布进行了数值模拟 ,模拟计算与实测结果合理吻合 .基于该研究可对其精密铸造工艺进行优化设计 .     

铝合金车轮低压铸造充型工艺设计

目的运用科学计算的方法对铝合金车轮低压铸造充型工艺进行优化设计。方法通过对铸造铝合金车轮充型过程进行研究,分析在充型过程中各部位尤其是截面较小的浇冒口部位的铝液流动状态。结果运用数学计算的方法对充型工艺进行优化设计,既提高了铸造效率,又使铸造过程充型平稳,缩短了新产品的试制周期,使铸造工艺由通过试生产阶段的工艺摸索变为试生产阶段的工艺验证。结论经过科学计算可以使液态铝合金的充型按每个阶段预期效果进行,为优化铸造工艺、改进模具设计提供了有效的手段。     

垂直缝隙式浇注系统充型过程水模拟

为研究铝合金低压铸造中使用垂直缝隙式浇注系统的充型过程以及立筒与立缝尺寸变化对液体充型形态的影响,设计了透明有机玻璃模型,采用水模拟试验对其进行了研究.研究表明:在充型初期和充型后期,型腔内分别形成旋转方向相反的环流,两种环流之间的转变是通过流路外移完成的;稳定充填时,液体首先沿立筒上升一段距离,然后以一定角度和一定宽度充填进型腔;随立筒截面尺寸增大和立缝变宽变薄,液体沿立筒上升的临界高度增大.     

基于数值模拟的杆状钛合金铸件熔模铸造工艺研究

根据杆状钛合金铸件的结构特点,分别采用顺序凝固理论和均衡凝固理论设计浇注系统,并利用数值模拟方法对两种浇注系统进行了仿真,分析了杆状钛合金铸件的温度场、应力场情况,确定了利用均衡凝固理论的铸造方案适合生产该铸件,根据模拟结果,对铸造工艺方案进行优化模拟。采用优化后的铸造工艺方案生产铸件,获得了合格的符合客户需求的杆状钛合金铸件。     

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。     

Ti–43Al合金薄板连铸过程的数值模拟及微观组织预测

目的 研究真空条件下Ti–43Al合金在连铸过程中的传热特性及其微观组织特点。方法 通过ProCAST铸造仿真软件,基于非稳态连铸计算模型建立了连铸过程的温度场模型,获得了连铸板材在凝固过程中的温度场及其固相率的分布规律,并采用CAFE计算模块对连铸板材的微观组织结果进行了预测。结果 连铸坯表面与结晶器接触的位置温度下降速度较快,熔池的深度在整个连铸过程中处在较为合理的水平上;连铸板材两侧表面的细晶区非常狭窄,并形成了由板材表面向板材心部生长的柱状晶区,在靠近铸件心部的位置发生了CET转变。结论 越靠近铸坯心部,温度梯度和过冷度越小,越有利于发生CET转变,使铸坯由外生长转变为内生长。数值模拟预测所得的结果与验证实验结果吻合得较好。     

数值模拟技术及其在塑性成形缺陷预测中的应用

介绍了数值模拟技术的研究进展、优势以及其在材料塑性成形缺陷预测中的应用,分析了数值模拟技术对表面折叠、起皱、裂纹、填充不足等缺陷的预测结果,并指出了缺陷预防措施,展望了数值模拟技术在材料塑性成形缺陷预测中的发展趋势。随着数值模拟技术的快速发展,其必将成为塑性成形缺陷预测中高效实用的预测方法。     

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。     

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。     

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。