镁合金低压铸造充型和凝固过程数值模拟

针对金属型模具的不透明性,采用Pro/E2001进行铸件的实体造型,并生成面网格文件.利用铸造模拟软件对镁合金铸件的低压铸造过程进行模拟,分析了在填充过程中温度场、流场以及凝固过程中温度、固相分数的分布情况,预测可能出现的缺陷,从而使铸造工艺和模具的设计得到了优化.     

箱体低压铸造过程的数值模拟

以计算流体力学和计算传热传质学作为理论基础,利用大型模拟软件ANSYS对箱体的低压铸造过程进行了数值模拟,分析了铝合金在低压铸造充型过程中的流场以及凝固过程中的温度、固相分数的分布情况,预测铸件可能出现的缺陷,为优化铸造工艺和模具设计提供参考。     

铝合金轮毂低压铸造凝固过程数值分析及模具优化

利用ANSYS对某铝合金轮毂工艺方案进行模拟分析,模拟结果显示,铝合金轮辋与轮辐的肋部交接位置易出现孤岛现象,为此设计了轮辐与轮辋交接处的冷却系统及相应的参数。通过对改进前后2种工艺方案模拟结果的对比分析,证明改进后的工艺方案明显减小了孤岛效应。将改进后的工艺方案投入试生产,产品抽检结果与模拟结果基本吻合。     

低压铸造铝合金轮毂充型和凝固过程模拟分析

利用ProCAST软件对某铝合金轮毂新产品的多种工艺方案进行模拟分析。模拟结果显示,铝合金,轮辋与轮辐的肋部交接位置易出现“孤立熔池”现象,为此提出降低边模温度,同时设计了轮辐与轮辋交接处的冷却系统及相应的工艺参数。通过对多种工艺方案模拟结果的对比分析,证明改进后的工艺方案几乎不出现“孤立熔池”现象,且实现了顺序凝固的要求。将改进后的工艺方案投入试生产,产品抽检结果与模拟结果基本符合。     

紫铜结晶器低压铸造充型与凝固过程的数值模拟

采用Pro/E三维软件设计了紫铜结晶器低压铸造模型,采用ProCAST软件对它进行了充型与凝固模拟。结果表明:当充型压力为0.06 MPa、充型速度为70~80 mm/s,结壳时间为25 s,增压压力为0.08 MPa,保压时间为120s,浇注温度为1150℃,铸型温度为150~200℃时,铸件质量无缩孔、缩松等铸造缺陷,数值模拟结果与实际铸件吻合,确保了紫铜结晶器在低压铸造过程中的铸件质量。     

导风叶轮低压铸造温度场有限元模拟及应用

铸件凝固过程数值模拟是提高铸件质量和铸造生产经济效益的重要方法和途径之一。以大型有限元软件ANSYS为工具，以某大型外贸件导风叶轮低压铸造为模型，在对充型完成后温度场的数学模型进行深入分析研究的基础上，成功的模拟了铝合金导风叶轮铸件低压铸造的凝固过零，并根据模拟结果对铸件可能产生的缺陷部位进行了预测，实现了工艺参数的优化和模具的合理设计。     

砂型低压铸造铸件充型及凝固过程的研究

采用低压铸造法浇注了壁厚为10mm与25mm的ZL114A平板件,通过测定其温度场研究了低压铸造条件下铸件的充型与凝固特点。结果表明,对于25mm平板件,凝固过程中板内从升液管口至铸件远端形成了较大的温度梯度,能够实现典型的顺序凝固,压力通过升液管可始终作用于凝固补缩过程;对于10mm平板件,其凝固速度较快,铸件整体倾向于同时凝固,补缩主要通过浇注系统在局部位置进行。对于10mm与25mm平板件,40mm/s的充型速度均能实现平稳充型与顺序充填。     

低压铸造汽车轮毂充型过程数值模拟研究

以低压铸造汽车轮毂为研究对象，对铸造充型过程数值模拟算法进行了研究改进。包括采用自适应压力迭代法提高了SOLA算法的迭代收敛速度；在计算中运用动态迭代搜索域减少了冗余的程序开销，提高了计算效率；采用精确算法与简化算法相结合的方法，在保证轮毂关键部位模拟精度的同时缩短了计算时间。     

基于ANSYS的低压铸造铸件有限元数值模拟

利用有限元软件ANSYS,在对低压铸造过程流场和温度场深入分析的基础上,合理地设置初始条件和边界条件,打破“瞬时充型”的假设,耦合计算了低压铸造盘体铸件充型过程中流场和温度场,并将温度场的模拟结果与实测结果进行比较。结果表明．模拟结果与实测结果相符。盘体铸件的数值模拟将为后续此类低压铸件数值模拟提供参考。     

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。     

镁合金薄板快速铸轧过程有限元仿真研究

为了研究铸轧工艺参数对AZ31镁合金薄板快速铸轧过程温度场和热应力场的影响,基于铸轧区板坯的对称性建立了纵截面1/2的二维几何模型;选择了基于热弹塑性增量理论的热应力控制方程;采用大型通用有限元分析软件ANSYS对镁合金快速铸轧过程中的铸坯温度场和热-应力场进行了仿真分析,并就不同工艺参数(浇注温度、接触界面换热系数、铸轧速度)对铸坯温度和应力的分布及其相变区的影响进行了研究。仿真结果增强了对镁合金快速铸轧过程相变区温度变化和热裂产生机制的理解,为快速铸轧工艺参数的优化提供了依据。     

Numerical simulation and analysis of mould filling process in lost foam casting

In lost foam casting （LFC） the foam pattern is the key criterion, and the filling process is crucial to ensure the high quality of the foam pattern. Filling which lacks uniformity and denseness will cause various defects and affect the surface quality of the casting. The influential factors of the filling process are realized in this research. Optimization of the filling process, enhancement of efficiency, decrease of waste, etc., are obtained by the numerical simulation of the filling process using a computer. The equations governing the dense gas-solid two-phase flow are established, and the physical significance of each equation is discussed. The Euler/Lagrange numerical model is used to simulate the fluid dynamic characteristics of the dense two-phase flow during the mould filling process in lost foam casting. The experiments and numerical results showed that this method can be a very promising tool in the mould filling simulation of beads＇ movement.     

激光焊接温度场数值模拟

深入分析了激光焊接小孔传热模型的特点，在此基础上选取合适的热源形式，研究了移动线热源和高斯分布热源作用下，准稳态与瞬态激光焊接温度场。利用MAT—LAB软件及ANSYS有限元分析程序对激光焊接温度场地分别进行了计算及模拟，并且将两种分析结果进行了比较。最后还将有限元的模拟值与实测值进行了对比分析，进一步验证了小孔模型与高斯热源在激光焊接温度场模拟中的适用性。     

微尺度铸件充型过程的数值模拟

修正了传统Navier-Stoke方程,并利用该方程和Fluent软件对Zn-4Al合金充填微齿轮铸件的充型过程进行数值模拟.结果表明:在运动惯性的作用下,Zn-4Al合金在进入微齿轮型腔后途径齿轮盘部位时,合金并未横向扩展,而是保持入射状态首先填充对面的齿轮轴,撞击型腔壁后,产生二次压头,然后再向齿轮外围的各齿部位反充;型腔内气体被高速运动的金属液搅拌和切割,形成许多微气泡,然后被带入主流区,从排气道排除.     

Mold-filling characteristics of AZ91 magnesium alloy in the low-pressure expendable pattern casting process

The magnesium (Mg) alloy low-pressure expendable pattern casting (EPC) process is a newly developed casting technique combining the advantages of both EPC and low-pressure casting. In this article, metal filling and the effect of the flow quantity of inert gas on the filling rate in the low-pressure EPC process are investigated. The results showed that the molten Mg alloy filled the mold cavity with a convex front laminar flow and the metal-filling rate increased significantly with increasing flow quantity when flow quantity was below a critical value. However, once the flow quantity exceeded a critical value, the filling rate increased slightly. The influence of the flow quantity of inert gas on melt-filling rate reveals that the mold fill is controlled by flow quantity for a lower filling rate, and, subsequently, controlled by the evaporation of polystyrene and the evaporation products for higher metal velocity. Meanwhile, the experimental results showed that the melt-filling rate significantly affected the flow profile, and the filling procedure for the Mg alloy in the low-pressure EPC process. A slower melt-filling rate could lead to misrun defects, whereas a higher filling rate results in folds, blisters, and porosity. The optimized filling rate with Mg alloy casting is 140 to 170 mm/s in low-pressure EPC.     

热送热装工艺的数值模拟

为了研究热送热装工艺过程中铸坯的温度变化和热量得失,优化现场生产制度,以某钢厂的热送热装工艺为依据,利用有限元法建立了倒角坯冷却凝固、辊道运输和在炉加热的二维传热模型,并结合现场测温验证了模型的正确性。结果表明,铸坯在热送过程中会形成角部温度最低、窄面次之、芯部温度最高的类椭圆形温度分布;在炉加热过程中低温区域会由角部逐渐向芯部移动,会逐渐形成角部温度最高、芯部温度最低的类椭圆形分布。在炉加热时,铸坯在加热一段吸热量最大,约占总吸热量的52.01%,对加热影响最大;其次为加热二段,所占比例为35.26%,预热段和均热段吸热量较小。通过对热送热装工艺的数值模拟研究,发现现有工艺存在铸坯在炉加热时间过长的问题,现有工艺下铸坯进入均热段368 s即可出炉,可以通过调节生产节奏或降低炉温的方式,提高产量或降低加热炉能耗。     

铝合金压铸件凝固过程中的瞬态温度场分析

建立了铝合金压铸件的有限元模型,确定了温度场模拟的初始条件和边界条件;结合材料的热物性,利用AN-SYS软件对A380.0铝合金压铸件凝固过程中的温度场进行了模拟,得到了铸件各点温度随时间变化的规律,模拟结果反映了铸造系统温度的变化过程。结果表明：利用ANSYS模拟温度场运算速度快、结果比较准确,为热应力分析提供了温度场条件,并给压铸优化设计提供了依据。     

Numerical simulation for thermal flow filling process of casting

The solution algorithm （SOLA） method was used to solve the velocity and pressure field of the thermal flow filling process, and the volume of fluid （VOF） method for the flee surface problem. Since the ＂donor-acceptor＂ rule often results in the free interface vague, the explicit difference method was adopted, and a method describing the flee surface state at 0〈F〈 1 was proposed to deal with this problem. In order to raise the computation efficiency, such algorithms were investigated and invalidated as： 1） internal and external area separation simplification algorithm; 2） the reducing necessary search area method. With the improved algorithms, the filling processes of the valve cover castings with gravity cast and an up cylinder block casting with low-pressure cast were simulated, the simulation results are believable and the computation efficiency is greatly improved. The SOLA-VOF model and its difference method for thermal fluid flow filling process were introduced.