基于数值仿真的铝合金压铸工艺研究

摘要

本文采用铸造商业软件ProCAST,对自行配制的新型铝合金压铸件的压铸过程进行数值仿真,模拟了不同浇注温度与压射速度条件下,铝合金的充型与凝固过程；着重分析了浇注温度和压射速度对充型过程、充型完成时刻铸件的温度场、铸件冷却凝固过程中的温度场以及缩松缩孔等缺陷形成的影响,对比分析得出最优压铸工艺,主要结论如下:
　　 (1)压射速度相同的工艺条件下,浇注温度为650-710℃时,温度主要对铸件的充型与补缩起作用,随着浇注温度的升高,铸件充型完整,缩松、缩孔减少,铸件的充型效果与力学性能越好,在710℃时达到最优。浇注温度为710-730℃时,温度主要对粗化晶粒、析氢、表面氧化以及热胀冷缩产生的缩松、缩孔起作用,随着浇注温度的升高,铸件表面氧化严重,晶粒粗大且出现树枝晶,析出氢气形成气孔和热胀冷缩后形成缩松、缩孔,铸件的充型效果与力学性能越差。因此在相同压射速度下,浇注温度为710℃时,铸件的充型效果和力学性能最好
　　 (2)浇注温度相同的工艺条件下,快压射由于压力大,合金液的流动性增强,充型快,时间短,有利于铸件的充型和凝固时补缩,缩松、缩孔减少,组织的致密度提高；慢压射由于压力小,合金液流动性差,充型慢,时间长,不利于铸件的充型和凝固过程中的补缩,缩松、缩孔增多,组织的致密度下降。因此在相同的浇注温度下,快压射时铸件的充型效果和力学性能更好。
　　 (3)在铸件的冷却凝固过程中,各部位的凝固顺序依次是:薄壁处、普通处、横浇道、直浇道。最先凝固的部位,由于冷却速度快,过冷度大,容易形成新核,抑制了晶粒的粗化和枝晶的出现,使晶粒均匀细化。因此薄壁部位的力学性能最好。
　　 依据数值仿真的工艺,通过压铸实验获得压铸件,并对照数值仿真的分析结果,对不同工艺下的压铸件进行力学性能分析和显微组织分析,其中力学性能分析包括拉伸实验和硬度、密度的分析。对比分析表明实验结果与仿真分析具有很好的一致性,充分证明了数值仿真在压铸充型与凝固过程中的准确性和在实际生产过程中的指导性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 铝合金的应用现状

1.2 铝合金压铸成型技术概述

1.2.1 压铸成型技术的现状

1.2.2 铸成型技术的发展前景

1.2.3 铝合金压铸的研究与应用

1.3 计算机模拟在铸造方面应用的概述

1.3.1 发展概况

1.3.2 铸件充型凝固过程模拟软件的发展

1.3.3 展望

1.4 课题目的及任务

1.4.1 课题目的

1.4.2 课题任务

第2章 铝合金压铸实验的仿真建模

2.1 PROCAST介绍

2.2 几何模型的建立

2.3 数学模型的建立

2.4 边界条件的设置

2.5 仿真工艺参数的设置

2.5.1 压射速度

2.5.2 浇注温度

2.5.3 模具温度

第3章 压铸过程仿真分析及工艺优化

3.1 不同浇注温度下充型状态的对比

3.2 不同压射速度下充型状态的对比

3.3 不同工艺条件下充型完成时刻温度场的对比

3.4 铸件凝固过程各种工艺下温度场的对比

3.5 不同浇注温度下缩松、缩孔的模拟预测

3.6 不同压射速度下缩松、缩孔的模拟预测

3.7 本章小结

第4章 铝合金压铸的仿真结果实验验证

4.1 铝合金的压铸实验

4.1.1 铝合金的化学成分分析

4.1.2 铝合金液的精炼除气

4.1.3 铝合金熔炼过程中涂料的选择

4.1.4 铝合金液的变质处理

4.1.5 铝合金液的细化处理

4.1.6 铝合金液的熔炼过程

4.2 实验结果与仿真结果的分析对比

4.2.1 压铸件外形尺寸的分析对比

4.2.2 压铸件力学性能分析对比

4.2.3 压铸件显微组织的分析对比

4.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录 A