基于增材制造的复杂零件快速铸造工艺与数值模拟研究

摘要

快速铸造是现代RP技术与传统铸造在这个创新的时代相结合而孕育出的用来快速生产铸件的全新工艺.所针对的对象一般多为航空航天、汽车动力等行业中的结构复杂、制模较难的金属铸件,采用QC技术来生产研发新铸件时,相较于传统铸造可极大缩短生产周期、提高精度以及应用铸件种类广. 本文中的扩散器铸件采用ZL101铸造铝合金,通过计算机进行铸造过程的数值模拟,直观、快速地显示铸造的充型凝固过程,预测其铸造缺陷井找出最优的铸造工艺方案及参数,同时利用3D打印技术中的SL工艺制作扩散器SL原型,通过在SL原型上涂挂耐火材料、型壳干燥、脱蜡、培烧等工序制成耐热且有一定强度的型壳,在低压铸造设备中进行浇注,实现扩散器的低压熔模快速铸造,最终制得完整的扩散器铸件. 本文首先利用UG软件对扩散器初始浇注系统进行三维建模,初步制定了底注式4内浇道的初始方案,接着利用ProCAST软件进行网格划分,边界条件的设置并进行铸造充型凝固过程数值模拟,由流场、温度场以及缩松缩孔分布等因素优化浇注系统,再次通过模拟说明优化后的8内浇道方案的合理性. 其次,通过计算与选取对浇注温度、加压速度、铸型预热温度这三个因素各选取三个水平,制定三因素三水平的全面试验,并对所有的27组工艺参数进行数值模拟,通过充型、凝固、应力场模拟结果分析最终得到最优工艺参数,浇注温度720℃,加压速度0.00155MPa/s,铸型预热温度350℃. 最后,将最优工艺参数应用于扩散器快速铸造工艺,由SL工艺制成的扩散器SL原型组合蜡模浇注系统,通过型壳制备、低压浇注、脱壳清理、无损探伤等环节最终获得了无缺陷扩散器铸件,实现了此类扩散器铸件基于SL的低压熔模快速铸造工艺.

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