作者：张毅
应用ProCAST软件可直观地显示出铸件充型阶段的金属液流动行为，凝固阶段的温度场分布及预测铸件中可能存在的缩孔、缩松等缺陷[5]。本课题运用ProCAST软件对其铸造的过程进行模拟，通过对铸件成形过程中的温度场仿真分析，有效地预测出缩松、缩孔等缺陷的位置，通过调整工艺参数，确定了最佳工艺方案，提高了产品的品质和合格率。
1 数值模拟前期处理
1.1 铸件特点及工艺
铸件结构见图1，材质为A356，外形尺寸为蛆98．mm×140 mm。要求其组织致密性好，不能有缩孔、缩松、变形等缺陷。采用顶注式浇注系统，并合理布局浇口、冒口位置。
1.2 几何模型建立与材料参数
运用三维建模软件UG对铸件进行三维实体造型，并运用UG与ProCAST之间的通用接口进行数据转化。在网格划分中，选取的铸件和浇注系统网格长度均为5mm，实体模型有限元体网格总数为1973 358，节点总数为348 456，铸件及型壳的三维有限元网格剖分见图2。
ProCAST材料库中提供了完整的A356铝合金热物性参数，其固相线温度为546℃，液相线温度为598℃，导热系数、比热容见表1。
1.3试验参数设置
运用ProCAST软件的PreCast模块设置模拟运行的参数。为增加型壳的保温性，延缓薄壁部分的凝固，预热型壳温度为400℃。在保证充型效果的基础上减缓了液态合金的收缩程度，浇注温度为750℃。浇注系统要控制内浇道的充型速度小于0.5 m/s[4]，同时根据铸件体积、浇口面积及充型时长之间的关系，取浇注速度为0.3m／s。
2模拟试验过程及结果
2.1 温度场模拟及缩孔、缩松缺陷的预测
模拟终止温度设定为合金固相线以下200℃[7，8]，此时，常见铸造缺陷如缩孔、缩松及热裂等已经形成。图3为铸件冷却不同时刻的温度场分布。可以看出，冷却前期铸件薄壁处冷却速度较快，此时铸件从该处向两边冷却，在300 s左右铸件底部冷却速度加快，冷却后
期铸件由下而上依次冷却。
图4为不同时刻铸件凝固情况。可以看处，铸件薄壁处凝固最快，铸件壁厚较大的地方容易产生热节，凝固的稍慢一些。凝固最慢的是冒口部位，可以起到补缩的作用。图5为铸件凝固温度场。
图6为铸件缺陷位置预测。从图6可以看出，由于铸件的薄壁部分先凝固，铸件底部无法及时补缩，因此铸件底部可能出现较多缩孔、缩松，浇口与冒口部分也会出现较多的缩孔、缩松。
2.2工艺优化及模拟结果
凝固时间场显示，由于铸件薄壁部分存在，铸件不能实现自下而上的顺序凝固，不能充分发挥冒口的补缩作用。因此，在铸件底部增加紫铜管水循环系统，使铸件凝固顺序更加合理。
经工艺改进后，对新的铸造工艺方案进行数值模拟分析，其缺陷预测见图7，可以看出，铸件基本不会出现缩孔缩松的缺陷，可能发生的位置也主要集中在浇口冒口位置，对产品的品质无影响。工艺优化后铸件见图8。
3 结 论
(1)对铸件凝固过程温度场进行模拟，铸件中薄壁部分冷却最快，冷却后期，铸件由下而上依次冷却。
(2)铸件底部凝固较晚，补缩效果不明显，可能出现缩孔、缩松。
(3)浇注过程中，通过对铸件底部增加水冷床，有效保证铸件顺序凝固，大幅减少铸件底部缩孔、缩松缺陷产生。实际生产表明，改进方案能够消除铸件底部缺陷，提高了产品合格率。 4摘要为了实现某铝合金零件的整体熔模铸造并获得高质量的铸件，运用ProCAST软件对其铸造过程进行数值模拟。通过对充型、凝固过程的分析，预测出缩孔、缩松形成区域。经过优化设计，在铸件底部进行增加水冷床装置，使原铸件缺陷位置发生改变，提高了产品的品质和合格率。
下一篇:返回列表
