铝合金压铸件压力铸造成形数值模拟研究

摘要

压铸铝合金有良好的使用性能和工艺性能，因此铝合金的压铸发展极为迅速，在各个工业部门中得到广泛的应用。采用数值模拟方法研究铝合金铸件压铸成形工艺的充型凝固过程，对提高工艺设计水平、保证压铸件的质量及提高生产率都具有重要意义。 本文利用铸造数值模拟软件ProCAST，结合压铸充型凝固过程数值模拟基本理论，分析铝合金压铸件充型凝固过程数值模拟结果，预测压铸件中出现的气孔、缩孔缺陷，从而进一步优化压铸工艺参数，建立合理的工艺方案，满足企业实际生产的需求。本文主要在以下几个方面做了研究： 1.ProCAST软件没有CAD造型系统，使用UG NX4.0软件进行三维实体建模。分析UG NX4.0与ProCAST软件的两种接口方式，通过数据交换的对比实验，确定采用PARASOLIDS格式文件进行数据传输。建立合理的压力铸造数值模拟程序流程。 2.根据圆盘压铸件的特点，利用ProCAST软件进行试浇注数值模拟结合经验数据，建立合适的浇注系统。结合实际情况建立模拟所需要的材料热物性参数和压铸工艺参数，完成模拟的前处理。由模拟结果分析铸件流场、温度场、凝固情况，预测压铸件气孔、缩孔等缺陷的形成部位。 3.进行多组工艺参数的压铸成形数值模拟，分析充型凝固过程的流场、温度场，缺陷预测等结果，得到最佳压铸工艺参数。 4.通过对不均匀壁厚圆筒压铸件的充型凝固过程数值模拟，预测充型凝固过程中产生缺陷的部位。实际浇注与模拟基本吻合，说明在ProCAST中进行数值模拟的可靠性，为工艺设计和各项压铸参数的确定提供了科学的指导。 5.本文对压铸充型凝固过程的流场-温度场进行耦合分析，而没有进行应力场的耦合。后续工作可以进行流场-温度场-应力场的耦合计算，进一步提高数值模拟的精确性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1压力铸造概述

1.1.1压力铸造的特点

1.1.2压力铸造的分类

1.1.3国内外压力铸造研究现状

1.1.4压力铸造的发展趋势

1.2铝合金压铸的发展

1.2.1压铸铝合金的分类及特点

1.2.2铝合金压铸件的气孔缺陷

1.2.3铝合金压铸件技术的新发展

1.3选题的背景与意义

1.4压力铸造成形过程模拟仿真研究现状

1.4.1压铸充型凝固过程数值模拟发展现状

1.4.2压铸充型凝固过程数值模拟发展趋势

1.5本论文的研究内容

第2章压力铸造充型凝固过程数值模拟理论

2.1 压力铸造充型过程数值模拟

2.1.1压铸充型过程数学模型

2.1.2初始条件和边界条件处理

2.1.3数值稳定性条件

2.1.4压铸充型过程数值模拟计算方法

2.2压力铸造凝固过程温度场模拟

2.2.1传热问题的基本方程

2.2.2凝固过程的初始条件和边界条件

2.2.3非均匀计算网格

2.3 压力条件下铸件缩孔缩松形成预测

2.4本章小结

第3章ProCAST的图形数据交换实验和模拟流程

3.1 ProCAST软件简介

3.1.1 ProCAST的适用范围

3.1.2 ProCAST的组成模块

3.2 ProCAST与UG NX4.0的图形数据交换实验

3.2.1 两种接口的图形数据交换

3.2.2两种数据交换方式的实验对比

3.3数值模拟的程序流程

3.4本章小结

第4章 圆盘压铸件充型凝固过程数值模拟

4.1 圆盘压铸件的特点及工艺

4.1.1圆盘压铸件的特点

4.1.2压铸件的浇注系统设计

4.1.3溢流、捧气系统

4.2压力铸造数值模拟前处理

4.2.1三维建模与网格划分

4.2.2热物性参数的设置

4.3充型凝固过程数值模拟

4.3.1 充型过程数值模拟及结果分析

4.3.2凝固过程数值模拟及结果分析

4.3.3压铸件缺陷预测及分析

4.4本章小结

第5章压铸工艺参数优化

5.1压铸数值模拟前处理

5.2压力铸造工艺参数的选取

5.3压铸充型凝固过程数值模拟

5.3.1充型过程流场分析

5.3.2凝固过程温度场结果及分析

5.3.3各试验下气孔缺陷的预测及分析

5.4最佳压铸工艺参数

5.5本章小结

第6章 圆筒压铸件的数值模拟

6.1 圆筒压铸件的特点

6.2数值模拟的前处理

6.3充型凝固过程数值模拟

6.3.1充型过程数值模拟及分析

6.3.2凝固过程数值模拟及缺陷预测分析

6.4实际生产件状况

6.5本章小结

第7章结论与展望

7.1 结论

7.2展望

参考文献

致谢

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