铝合金铸件氧化膜卷入的数值模拟

在直接有限差分法DFDM(Direct Finite Difference Method)进行铸件充型过程模拟的基础上,提出了充型过程自由表面碰撞中表面氧化膜破碎,及其后破碎氧化膜流动的计算模型.对试验铝合金铸件进行了模拟应用,使用特殊X射线装置对该铸件实际充型过程及自由表面进行了实时观察验证,通过实际铸件的气孔、收缩缺陷分布的检测,对氧化膜卷入模拟结果进行了定性验证分析.     

铝合金铸造充型过程气体和氧化膜卷入的数值模拟研究进展

铝合金铸造充型过程中,由紊态自由表面引起的气体和氧化膜卷入直接决定了铸件中气孔缺陷和氧化膜夹杂的分布,对于实际铸件的力学性能有着重要的影响,Campbell在该领域进行了系统而又深入的研究,提出了一整套相关的理论。近十年来,有关铝合金铸造充型过程气体和氧化膜卷入的数值模拟已逐步发展成为铸造缺陷数值模拟领域一个新兴的研究热点,文中简要介绍了Campbell的氧化膜卷入理论,在此基础上总结了在气体和氧化膜卷入数值模拟领域国际上的发展概况,同时指出了目前研究中仍然存在的一些问题和未来的发展趋势。     

铝合金正时罩盖压铸模浇注系统优化设计

针对铝合金正时罩盖进行铸件结构分析,设计了两种不同方向进料的浇注系统方案,运用Anycasting铸造模拟软件对两种方案的充型过程进行模拟。通过观察两种方案的充型流态、表面缺陷分布位置,预测金属液流动过程产生的气孔、氧化夹渣等缺陷。对比分析各方案中缺陷对铸件各功能区域的影响及严重程度,筛选出最优方案,并根据模拟结果优化最终浇注系统方案,满足铸件质量要求。     

ZM6镁合金大型薄壁铸件数值模拟

用MAGMASOFT专业铸造软件对ZM6镁合金砂型薄壁件铸造过程进行了数值模拟,研究了铸件在充型和凝固过程中的温度场分布,预测了铸造过程中出现的各种缺陷.结果显示在铸件内浇道部位易出现气孔和氧化夹杂,而在铸件中部与补缩冒口连接处易出现缩孔、疏松缺陷.通过对铸件进行金相、SEM、EDAX分析,得出实际浇注铸件产生的缺陷与模拟结果相符合.     

基于不规则网格模型的充型及凝固过程数值模似

采用直接差分法建立了液态金属充型过程模拟计算的数值模型。该模型对采用不规则单元剖分的网格模型进行充型及传热模拟计算具有广泛的适用性，能较好地处理具有复杂形状的铸件充型过程模拟。采用过流单元流量分配方法处理充型过程自由表面单元，并考虑了表面单元液态金属部分充填对传热计算的影响。对计算过程中速度和压力的修正、自由表面单元压力的计算及过流单元流量分配等进行了研究，应用上述模型开发了三维模拟计算程序，并成功地应用于薄壁铸件的充型过程模拟。     

基于MAGMA的汽车变速箱顶盖的压铸工艺优化

以汽车变速箱顶盖为例,运用MAGMA软件,并结合正交试验,对汽车变速箱顶盖压铸工艺的充型、凝固过程进行了数值模拟。根据模拟结果,预测铸件在实际生产中可能产生的缺陷的种类、大小、位置及发生时间,提出工艺改进方案,确定最优工艺,同时进行试制。运用X射线实时成像技术对铸件缺陷进行验证。结果表明,MAGMA软件可以较为准确地模拟铸件的充型、凝固过程,并预判铸件缺陷的发生概率。     

真空吸铸叶轮铸件水力模拟试验研究

根据相似原理设计制作了真空吸铸叶轮铸件的水力模拟模型，研究了水充填模型型腔过程中型内压力和充型速度变化规律，通过实验确定了合理的充型工艺参数，并将其应用于实际叶轮吸铸试验中，消除了铸件内的大面积气孔缺陷。     

铝合金基座压铸工艺设计及数值模拟

根据铝合金基座铸件的结构特点,进行了压力铸造浇注系统的设计。利用Flow-3D软件对铸件工艺方案的充型过程进行了数值分析。根据获得的温度场分布来预测铸件充型过程卷气的分布和卷气量。根据模拟结果,在卷气严重的地方设置8个溢流槽。模拟结果显示,铸件表面温差减小,卷气基本分布在溢流槽内,充型过程更加平稳。实际生产的铸件表面光滑、内部缺陷减少,气密性得到提高。     

压铸ADC12转向器数值模拟及微观孔洞的研究

针对实际铝合金转向器压铸件,运用JSCAST软件对其充型及凝固过程进行模拟,采用三维X射线断层扫描技术得到了铸件中微观孔洞的形貌特征、尺寸大小及分布规律,并与模拟结果进行了对比验证与分析。结果表明,转向器铸件中主要为小体积的孔洞,其等体积球直径为0.261~0.288mm;气缩孔和缩孔尺寸较大,主要分布在铸件壁厚较大的两个安装孔和形状复杂的齿条与齿轮轴连接处。铸件中间部位由于金属液汇流,产生大量的气孔。     

一种特种汽车铰接件的铸造工艺设计及优化

铰接件是特种汽车的关键零部件，在其铸造成形过程中，铰接件根部总会出现大的缩孔缺陷，严重影响铸件质量。本文基于ProCAST软件建立铰接件铸造成形仿真模型，分析铰接件充型、凝固过程，研究不同尺寸、形状的冒口对铰接件缩孔分布的影响规律。模拟结果表明，根据铸件结构设计的随形冒口对铰接件的缩孔消除影响最大，缩孔较初始方案减小了94.8%,铸件根部的缩孔由2.11 cm³减小到0.11 cm³，缩孔近似全部消除。进行X射线探伤，探测到的缩孔缺陷与模拟结果一致，可为后续实际生产提供指导。     

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.     

Effect of pressurizing speed on filling behavior of gradual expansion structure in low pressure casting of ZL205A alloy

The mold filling behavior of gradual expansion structure in low pressure casting was studied by two phase flow model using the Volume of Fluid method, and was verified by water simulation with a Plexiglas mold. To get smooth mold filling process and provide a guide for the pressurizing speed design in the producing practice, the mathematical model with the pressurizing speed, expansion angle and height of the gradual expansion structure was established. For validation experiments, ZL205 A alloy castings were produced under two different pressurizing speeds. Weibull probability plots were used to assess the fracture mechanisms under different pressurizing speeds. Mechanical properties of ZL205 A alloy were applied to assess the entrainment of oxide film. The results show that the filling process of a gradual expansion structure in a low pressure casting can be divided into the spreading stage and filling stage by gate velocity. The gate velocity continues to increase in the gradual expansion structure, and increases with the increase of pressurizing speed or expansion angle. Under the effect of the falling fluid raised by the jet flow along the sidewall, the fluid velocity decreases in the jet zone from ingate to free surface. As such, oxide film entrainment does not occur when the gate velocity is greater than the critical velocity, andthe gate velocity no longer reflects the real state of the free surface. The scatter of the mechanical properties is strongly affected by the entrainment of oxide films.     

铸造充型过程数值模拟及实验研究的进展

铸造充型过程与铸件多种缺陷密切相关,对铸件力学性能有重要影响.对铸造充型过程的数值模拟研究进行了回顾与分析,着重探讨了近年来该方面的研究热点——气体和氧化膜卷入模拟的研究现状,及该方面研究所面临的问题;分析了铸造充型过程实验方法的现状,并展望了铸造充型过程气体和氧化膜卷入模拟的发展.     

铸造充型与凝固过程的变网格数值模拟研究

鉴于充型过程的模拟计算极为复杂，是铸造模拟过程中耗时最多的部分，为缩短充型过程计算时间，提高计算效率，提出了一种利用变网格进行模拟计算的新思路，即采用不同的空间步长分别模拟计算充型和凝固过程，在充型过程的模拟计算中采用比较大的网格，而在凝固过程的模拟计算中采用比较细的网格，并设计程序模块实现两种网格之间的转换和对应，使得充型过程结束时刻的大网格系统温度场能够精确完整地转换为凝固过程开始时刻的细网格系统的温度场。对这种变网格方法进行了验证，并对实际零件进行了模拟分析。结果表明，变网格方法是一种提高模拟计算效率的有效方法，这种方法能够克服充型和凝固过程采用统一的细网格进行模拟计算而产生的计算时间过长，效率低的缺点，使得铸造过程数值模拟的计算速度大大提高，而计算结果仍能满足工程实用的要求。     

模拟对比分析消失模铸造与普通铸造充型过程

利用数值模拟技术,分析对比了四种铸件消失模铸造和普通空腔铸造充型过程的差异,以及流动进程中的温度场分布的差别。结果表明,消失模充型顺序与普通空腔铸造充型顺序大为不同,消失模流动过程的热量损失较普通空腔铸造热量损失大得多。同时发现,在消失模铸件表面容易因残余泡沫而造成表面渣气孔,实际铸件的表面质量也证明了这一点。针对消失模的这些特点提供了改进工艺的实例。     

低压铸造充型和传热过程的数值模拟

采用有限差分的方法,在Windows 95/98平台上开发了三维铸造充型过程流场和温度场模拟的软件Expert,对于流场的模拟采用SOLA-VOF算法。采用压力场和速度场的全局迭代方法,有效地改善了充型状态,缩短了计算时间。应用此软件对Benchmark试块和其他的低压铸造实际零件进行了模拟分析,结果与试验比较吻合。试验表明,该系统能达到优化铸造工艺设计的目的。     

消失模铸造与普通铸造充型过程特点的数值模拟对比分析

利用数值模拟技术,分析对比了四种铸件消失模铸造和普通空腔铸造充型过程的差异,以及流动进程中的温度场分布的差别。结果表明,消失模充型顺序与普通空腔铸造充型顺序大为不同,消失模流动过程的热量损失较普通空腔铸造热量损失大得多。同时发现,在消失模铸件表面容易因残余泡沫而造成表面渣气孔,实际铸件的表面质量也证明了这一点。针对消失模的这些特点提供了改进工艺的实例。     

仿真技术在消失模铸造中的应用

随着计算机技术的发展,装备数字化、网络化、智能化是铸造技术革命的核心技术之一,仿真装备和技术作为铸造装备重要部分在铸造中逐步被应用。芜湖新兴铸管研究所通过仿真分析,为后期量化和批量化生产提供依据。消失模铸造充型仿真虚拟,实现了液态金属充型与凝固过程虚拟的可视化,为反复再现液态金属充型与凝固过程、预测铸造缺陷提供了依据,对工艺改进起到了辅助作用,减少了通过实际浇注试验来确定其铸造工艺的次数,降低了成本和对环境的污染。     

七档自动变速箱前壳体压铸工艺优化

采用铸造过程数值模拟分析技术,对七档自动变速箱前壳体的三种流道设计方案条件下流场分布进行对比分析,获得了最优浇注系统设计方案:即三个主浇道、一个辅助浇道的设计方案;并对最优浇注系统方案下铸件凝固收缩缺陷进行分析,确定模具冷却系统的最佳分布方案.通过优化工艺方案的实际产品气密性的检测和外观检测的结果表明:这种经过压铸工艺优化后的浇注系统和冷却系统设计方案较为合理,可为类似大型、复杂变速箱壳体高压铸造工艺方案的开发提供参考依据.     

薄壁件反重力充型的Simple-守恒标量法数值模拟研究

采用ＳＩＭＰＬＥ法结合Ｖａｎ－Ｌｅｅｒ格式开发了铸件三维弃数值模拟计算程序。用单相ＳＩＭＰＬＥ方程同时求解气液两相流动,用Ｖａｎ－Ｌｅｅｒ格式处理自由表面控制方程用薄壁铸件的反重力充填试验做了验证,并对立方体反重力充填进行了计算。