铝合金复杂箱体熔模铸造数值模拟研究

摘要

铝合金熔模精密铸造具有尺寸精度高和表面粗糙度小等特点,且可生产形状复杂、超薄壁的铸件。作为材料精确成型的一种重要方法,铝合金熔模铸造技术得到了广泛的应用。但又由于熔模铸件一般形状复杂且生产工艺繁多等原因,废品率和生产成本一直比较高。
　　 本课题研究的零件是飞机上某控制设备的箱体,由于其特殊的工作环境,技术要求严格,成型后的铸件不能有任何缩松缩孔等缺陷,表面质量要求也较高。在铸造过程中,由于箱体壁厚不均匀,壁厚在4mm～20mm,在比较厚的侧壁位置容易出现缩孔缩松等缺陷。通过运用数值模拟技术对零件进行模拟分析,可以预测缺陷的情况,为浇注工艺的改进提供了可靠的依据。
　　 通过对箱体的结构分析,设计出两种浇注方案分别为侧面浇注方案和底面与侧面结合的浇注方案。运用ProCAST软件对这两种浇注方案进行数值模拟,通过对两种浇注方案的充型过程、凝固过程和缺陷的分析,结果表明第二种浇注方案比第一种浇注方案好。
　　 采用正交试验方法对铸造工艺参数进行优化,通过模拟得出最佳方案组合即浇注温度750℃,浇注速度0.08m/s,模壳初始温度300℃。分析了这组方案的模拟结果,得出缩孔的最大尺寸为0.685cm,箱体上没有宏观缺陷,铸造最大有效应力为221.5Mpa,整个铸件铸造变形量为0.125～0.377mm。
　　 通过实验验证数值模拟得出的工艺参数。整个实验主要包括蜡模的制备、模壳的制备和铝合金的熔炼与浇注等工艺过程。铸造出的箱体经检测没有缺陷,铸件表面粗糙度小,符合相关的技术要求。模拟结果与实验结果吻合,为ProCAST数值模拟在铸造缺陷控制和工艺参数优化方面的工程应用提供了可靠的案例。