薄壁件真空差压铸造充型流场的数值模拟

摘要

目前，由于计算机技术、数值模拟技术、计算流体力学和计算传热传质学的迅速发展，流场温度场数值模拟，尤其是充型过程数值模拟已成为铸造研究的前沿课题。充型过程与铸件质量密切相关，了解并控制充型过程是获得优质铸件的重要条件。通过充型凝固过程模拟，人们可以掌握主要铸造缺陷的形成机理，优化铸造工艺参数，改进铸件质量，缩短试制周期，降低生产成本。本研究成功地将商用流体软件ANSYS CFX应用于铸造充型过程的数值模拟，并对铝合金薄壁件的真空差压反重力铸造的充型进行了理论研究。 本文使用流体软件ANSYS CFX并进行二次开发，建立了铝合金铸造充型的模型，用以模拟真空差压反重力铸造的充型。并分别对不同压差下2mm、4mm和6mm薄板铸件的充型进行了模拟，同时对真空差压反重力铸造充型的入口速度进行了理论分析，建立了充型速度和压差之间的数学关系式。 系统研究了真空差压铸造工艺的充型理论，采用电极触点法对薄板铸件的充型进行了试验，测试了不同壁厚、压差等因素对充填形态的影响。经验证，同条件下电极触电法测得的充填形态与使用ANSYS CFX模拟的结果相近，证明了使用该软件对铝合金真空差压反重力铸造充型模拟的可行性。并且探讨了真空差压铸造铝合金薄壁铸件的充填规律，建立了真空差压铸造工艺的“正向充填”和“反向充填”理论。 建立了真空差压工艺参数的确定原则，并对试制铸件的真空差压反重力铸造进行了充型模拟，确定了各工艺参数，改进了浇注系统，解决了铸件试制中出现的浇不足、汇流等缺陷，说明了开发的ANSYS CFX的铝合金真空差压反重力铸造的充型模拟的适用性，对工艺参数的确定和铸件质量的改进具有良好的应用前景。