铸造工艺的数值模拟优化
轮毂挤压铸造数值模拟与参数优化
C A M E O 凯模C A E 案例库w w w .c a m e o .o r g .c n《热加工工艺》2013年3月第42卷第5期轮毂属于汽车的受力件，承受着汽车的全部质量。
在汽车高速运行过程中，面临着地面的摩擦、碰撞，要求有很好的强度、抗撞击能力；同时，在运行过程中，一直暴露在露天，饱受风吹雨淋，要求有一定的气密性。
总之，服役环境复杂，对其力学性能等都有很高的要求，由此选择铸造成型方法就成了关键。
1轮毂成型工艺试验方法轮毂挤压铸造成型所涉及的工艺参数很多，而每个工艺参数又有多种选择情况，工艺参数组合不同，所铸造出来的轮毂质量也不相同，如果对每种工艺参数组合都做一次试验，则试验次数繁多，甚至试验无法完成。
本文采用正交试验设计法对参数进行试验安排，通过少量试验次数，得出所需要的数据[1]。
正交试验设计，是利用规格化的正交表，恰当的设计出试验方案和有效的分析试验结果，提出最优配方和工艺条件，并进而设计出可能更优秀的试验方案的一种科学方法。
正交表则是利用“均衡搭配”与“整齐可比”这两条基本原理，从大量的全面试验中，为挑选出少量具有代表性的试验点，所制成的排列整齐的规格化表格[2]。
2轮毂成型工艺参数方案的确立挤压铸造不同于其他铸造方式之处是液态合金一直处于压力下直至凝固结束，相对于普通压铸而言，多了一个压力下补缩的过程，挤压压力是其最显著的一个工艺参数，针对38mm 铝合金汽车轮毂，已有较为成熟的挤压力取值为110MPa 。
由于在相同铸造工艺下，镁合金的压力通道阻力比铝合金要大，对于相近形状与体积铸件来说，镁合金应采用比铝合金略高的挤压力[3]。
根据轮毂“挤压压铸”的工艺特性，模具温度和合金液温度对铸件的充型和凝固过程有较大的影响。
初始加压时间以合金液充型完成开始，通过Anycasting 软件自动计算铸件体积与内浇口充型速度的比值得到，与保压时间设定为软件凝固过程模拟结束时自动结束。
3试验过程及结果分析本文针对挤压压力，合金液浇注温度，模具初始温度3个参数，选取的因素和水平表见表1。
材料加工过程数值模拟
第一部分：铸造过程的数值模拟1.1概述铸造工艺历史悠久,但长期以来只是一种手工艺经验积累,近代逐渐成为一门工程技术,但仍缺乏完整的科学体系[1-3]。
铸件凝固及其相应的铸型充填是铸造工艺的基本技术问题,大部分铸造缺陷产生于这一过程或与之密切相关,但由于该项研究问题复杂、难度较大,在实际生产中不得不更多地依赖于经验。
液体金属进入型腔之后,流态和温度是如何变化的,凝固是如何进行的,缺陷是如何生成的,这些对铸造工作者来说还带有相当的盲目性。
如何把它们计算和描绘出来,优化出最佳方案并形成工艺文件,尽可能以较少人力、物力生产出优质铸件,这就是铸件凝固数值模拟的主要任务[2]。
该学科是材料发展的前沿领域, 是改造传统铸造产业的必由之路。
经历了数十年的努力, 铸件充型凝固过程计算机模拟仿真发展已进入工程实用化阶段, 铸造生产正在由凭经验走向科学理论指导。
铸造充型凝固过程的数值模拟, 可以帮助工作人员在实际铸造前对铸件可能出现的各种缺陷及其大小、部位和发生的时间予以有效的预测,在浇注前采取对策以确保铸件的质量, 缩短试制周期, 降低生产成本。
1962年丹麦的Forsund把有限差分法用于铸件凝固过程的传热计算，从此铸造工艺揭开了计算机优化的序幕。
电子计算机在铸造生产中得以应用，目前主要在生产管理和数据处理、生产过程自动化控制以及铸造工艺辅助设计等领域，而用计算机模拟仿真逐步代替传统的经验性研究方法，已成为21世纪铸件成形技术的发展趋势之一[3]。
数值模拟技术经过数十年的发展，已经步入工程实用化阶段。
1989年, 世界上第一个铸造CAE商品化软件在德国第7届国际铸造博览会上展出, 它以温度场分析为核心内容, 在计算机工作站上运行, 是由德国Aachen大学Sahm教授主持开发的, 被称之为MAG2MA软件。
同时展出的还有英国FOSECO公司开发的Solstar软件, 它可在微机上运行, 但对有限元分析作了极大的简化。
CAE仿真指导铸造关键工艺参数优化设计
CAE仿真指导铸造关键工艺参数优化设计CAE仿真指导铸造关键工艺参数优化设计在现代制造业中，铸造工艺在产品制造中占据了重要的地位。
为了保证产品的质量和性能，铸造过程中的关键工艺参数必须经过优化设计。
而CAE（计算机辅助工程）仿真技术则成为了铸造工艺参数优化设计中的有力工具。
本文将就CAE仿真指导铸造关键工艺参数优化设计进行探讨。
一、铸造工艺参数的重要性铸造工艺参数是指在铸造过程中需要设置和控制的各项参数。
这些参数的合理设置直接影响着铸件的质量和性能。
例如，铸造温度、注射速度、浇注时间等参数的选择会影响铸件的凝固过程，从而影响铸件的组织结构和力学性能。
因此，对于铸造工艺参数的合理设置是保证产品质量的关键。
二、CAE仿真技术在铸造工艺参数优化设计中的应用CAE仿真技术是指通过计算机辅助的方法对工程问题进行分析和解决的技术。
在铸造工艺参数优化设计中，CAE仿真技术可以帮助工程师预测和优化铸造过程中的各项参数。
具体来说，CAE仿真技术能够通过计算模型对铸造过程中的热力学、流体力学和固体力学等问题进行模拟和分析，从而得出合理的铸造工艺参数。
首先，CAE仿真技术可以模拟铸造过程中的温度变化。
通过建立热力学模型，工程师可以预测出铸造流体的温度分布以及铸件的凝固过程。
根据模拟结果，工程师可以调整铸造温度和凝固时间等参数，以实现理想的凝固结构和性能。
其次，CAE仿真技术可以模拟铸造过程中的流体流动情况。
通过建立流体力学模型，工程师可以预测出浇注过程中的金属液流动速度和压力分布。
根据模拟结果，工程师可以调整注射速度和浇注时间等参数，以优化铸造工艺，避免产生缺陷，提高铸件的质量。
此外，CAE仿真技术还可以对铸件的固态变形进行模拟和分析。
通过建立固体力学模型，工程师可以预测出铸件在凝固和冷却过程中的应力和变形情况。
根据模拟结果，工程师可以调整铸造温度和冷却速率等参数，以减少应力集中和变形产生，提高铸件的整体性能。
三、CAE仿真技术的优势和挑战CAE仿真技术在铸造工艺参数优化设计中具有许多优势。
排气阀壳体铸造工艺的数值模拟优化
李宝治 ， 杨 军 ｚ艾秀兰 ｚ ，
（． １ 沈阳铸造研究所， 辽宁 沈 阳 ｌ０２ ；． １０ Ｉ２大连交通大学 材料科学 一 程学 院， 宁 人连 １６ ２ ） ｒ 辽 １０ ８ 摘要 ： 为消除排气 阀壳体 的渗漏缺 陷 ， 利用 Ｚ Ａ Ｔ数值模拟软件对 原铸 造工艺 ‘ ＣＳ 案进ｉ． ＿ Ｊ 模拟 ， 现产牛渗漏的区域属 发
．
ａ ｔｒｓｎ ｌ ｉ ｅ ｅ ｉ ｎ ｄ ｂ ｔ ｈｅ ｐ ｅ ｓ ｒ ｄ ａ ｄ ｎ ｎ—ｐ ｅ ｓ ｒ ｄ ｇ ｔｎｇ ｓ ｓｅ ｆｅ ｉｍ ａｔ ｎｇ ｒ ｄ ｓｇ ｅ ｏｈ ｔ ｒ ｓ ｕ ｅ ｎ ｏ ｒ ｓ ｕ ｅ ａ ｉ ｙ ｔ ｍｓ，ｈａ ｅ ｓｎ ｈ ｎ ｔ ｔｗｈ ｎ ｕ ｉｇ ｔｅ ｎｏ —ｐｒ ｓ ｅ ｙ ｔｍ ， ｅｓｕｒｄ ｓ ｓｅ ｔ ｍｏ ｄ ｉｌｎ Ｗａ ｓ ｏ ｔ ａ ｔ ｅ ｒ ｎ ｈｅ ｕｌ ｆｌｉｇ ｓ ｍ ｏｈ ｎｄ ｈ ｉｏ ｍｅｔ ｅ ｅ ｗａ ｒ ｉｉｇ ｔ ｂｙ， ｎ ｔ ｅ ｅｏ ｅ ｈ ｌａ ａ ｅ ｒ ｂ ｅ ｌ ｌｖ ｌ ｓ ａｓｎ ｓａ ｌ ａ ｄ ｈ ｒ ｆｒ ｔ ｅ ｅ ｋ ｇ ｐ ｏ ｌ ｍ ｏ ｅ ｅ ｕＭ ｎ ｉ ｇ ｎ ｈ ｄ ａ ｉ ｅ ｔＷａＳｓ ｈ＇ ．Ｔｈ ｏ ａ ｃ ｂ ｎ ｏ ｌｍ ａ ｅ ｌｏ Ｓ Ｉｅ ） ｓｎ ｈ ｏ ｉ ａ ｄ． ｒ ｕｌｃ ｌｓ ｏ ｅｄ ｙ ｅ ｌｃ ｌｓ ａ ｂｉｇ ｐｒ ｂ ｅ ｈ ｓｂｅ ｎ ａｓ Ｏｌ ｄ １ｙ ｕ ｉｇ ｃ ｒ ｍ ｔ ｓ ｎ ’ ｅ Ｋｅ ｒ ：ｎｕｎ ｒ ｌｓｍ ｕａ ｉｎ； ｘ ａ ｔｖ ｌ ｕ ｉｇ； ａ ｔｎ ｔ ｏ ｙ ｗｏ ｄｓ ｌｅ ａ ｉ ｌｔｏ ｅ ｈ ｕｓ ａ￣ｅｈｏ ｓｎ ｃ ｓｉｇ ｍｅ ｈ ｄ
CAE仿真指导优化铸造关键工艺参数设计
CAE仿真指导优化铸造关键工艺参数设计CAE仿真指导优化铸造关键工艺参数设计为了实现优化铸造关键工艺参数设计，现代工程领域广泛采用计算机辅助工程（CAE）技术。
通过CAE仿真模拟，可以快速准确地分析铸造过程，并优化关键工艺参数，从而降低生产成本、提高产品质量。
本文将介绍CAE仿真在铸造领域中的应用，以及如何通过CAE仿真指导优化铸造关键工艺参数设计。
一、CAE仿真在铸造领域的应用CAE仿真技术是一种基于计算机数值模拟的工程分析方法，常用于预测材料、零件和工艺在实际使用中的性能。
在铸造领域中，CAE仿真可以应用于以下方面：1. 铸型设计仿真铸造的第一步是铸型设计。
通过CAE仿真，可以对铸造过程进行模拟，分析铸型的填充性能、温度分布等，以确定最佳的铸型设计方案。
通过优化铸型结构，可以有效提高铸造的成形性能和零件质量。
2. 熔炼与输送仿真熔炼和输送过程是影响铸件质量的关键因素。
通过CAE仿真，可以模拟熔炼过程中的温度分布、流动情况等，以确定最佳的熔炼参数。
同时，通过仿真分析熔体在管道中输送的流动状态，可以预测铸件中的气孔、夹杂物等缺陷，并采取相应的措施加以解决。
3. 铸造工艺仿真铸造工艺参数对铸件质量起着决定性作用。
通过CAE仿真，可以模拟铸造过程中的铸件填充、凝固过程，分析温度变化、应力分布等，以指导优化铸造工艺参数的设计。
通过合理调整工艺参数，可以降低缺陷率、提高产品质量。
二、CAE仿真指导优化铸造关键工艺参数设计的方法实施CAE仿真指导优化铸造关键工艺参数设计，需要遵循以下步骤：1. 确定铸造关键工艺参数根据具体铸造工艺的特点，确定需要优化的关键工艺参数，例如铸型温度、浇注速度、浇注温度等。
2. 建立仿真模型基于CAE软件，建立铸造过程的仿真模型。
包括铸型结构、材料性质、初始条件等。
3. 设置边界条件根据实际情况，设置仿真模型的边界条件，如环境温度、初始温度、填充时间等。
4. 进行仿真分析运行仿真模型，进行铸造工艺的仿真分析。
《2024年低压铸造铝合金轮毂的数值模拟与工艺优化》范文
《低压铸造铝合金轮毂的数值模拟与工艺优化》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，铝合金轮毂因其轻量化、高强度、耐腐蚀等优点，已成为现代汽车的重要组成部分。
低压铸造作为一种先进的铸造技术，在铝合金轮毂的生产中得到了广泛应用。
然而，铸造过程中涉及到众多工艺参数，如何通过数值模拟与工艺优化来提高轮毂的质量和性能，成为当前研究的热点。
本文将针对低压铸造铝合金轮毂的数值模拟与工艺优化进行探讨。
二、低压铸造技术概述低压铸造是一种将熔融金属液在较低压力下注入铸型，并经过冷却凝固成型的铸造方法。
该方法具有工艺简单、铸件尺寸精度高、表面质量好等优点，在铝合金轮毂的生产中得到了广泛应用。
然而，铸造过程中涉及到金属液的充型、凝固、收缩等多个阶段，这些阶段受到多种工艺参数的影响，如熔炼温度、浇注温度、模具温度、压力等。
三、数值模拟方法为了更好地控制铸造过程，提高轮毂的质量和性能，数值模拟技术被广泛应用于低压铸造过程中。
数值模拟可以通过建立物理模型、数学模型和计算机模型，对铸造过程中的金属液充型、凝固、收缩等过程进行模拟，预测可能出现的缺陷和问题。
常用的数值模拟方法包括有限元法、有限差分法等。
四、工艺优化策略针对低压铸造铝合金轮毂的工艺优化，主要从以下几个方面进行：1. 优化熔炼工艺：通过调整熔炼温度、合金成分等参数，获得具有良好流动性和充型的金属液。
2. 优化浇注工艺：通过调整浇注温度、浇注速度等参数，控制金属液的充型过程，避免产生气孔、缩松等缺陷。
3. 优化模具设计：根据轮毂的结构特点和使用要求，设计合理的模具结构和尺寸，以提高轮毂的尺寸精度和表面质量。
4. 引入先进技术：如引入机器人自动化技术、在线检测技术等，实现铸造过程的自动化和智能化，提高生产效率和产品质量。
五、实例分析以某铝合金轮毂为例，通过数值模拟技术对其低压铸造过程进行模拟，分析不同工艺参数对轮毂质量和性能的影响。
在此基础上，对熔炼工艺、浇注工艺和模具设计进行优化，得到一组较佳的工艺参数。
铸造过程仿真及优化方法的研究
铸造过程仿真及优化方法的研究随着现代制造业的快速发展，金属铸造技术在各个领域得到了广泛应用。
与传统的手工制造相比，机械化铸造效率更高、成本更低、品质更稳定。
然而，在铸造过程中，往往会出现一些不可避免的问题，如气孔、缩松、翘曲等，这些问题如果不能得到及时有效的解决，将直接影响到铸件的质量和性能，甚至会造成不可挽回的损失。
为了解决这些问题，铸造企业通常需要通过实验方法进行试制，这既费时又费力，而且效果也不稳定，存在一定的风险，更何况新型产品的开发需要大量的试制。
基于此，仿真技术应运而生，铸造过程仿真成为铸造工程师们日常工作的重要工具。
铸造过程仿真技术是将数学模型应用于铸造过程中的预测和分析，通过计算机仿真模拟出铸铁、铸钢、非铁金属等不同材料在铸造过程中的温度场、应力场、变形场等物理参数，从而实现对铸造过程的模拟与可视化。
仿真技术不仅可以大大缩短铸造周期、降低成本，更可以帮助工程师在设计阶段就对铸件进行评估和优化，大幅提高产品的质量和生产效率。
铸造过程仿真的核心是计算模型，计算模型涉及到材料的力学性质、传热特性、熔体流动特性等多个方面。
通过对计算模型的准确建立和优化，可以获得更真实的计算结果。
此外，还需要对仿真软件有一定的掌握，如何进行仿真条件设定、计算参数调整、结果分析等都需要掌握。
针对铸造过程中的一些典型问题，如翘曲、缩松、未充型、气孔等，可以通过针对性的模拟，找到并改善铸造工艺，优化铸造方案。
例如，通过加入温度传感器、采集实时温度数据、进行实时温度控制，可以减少铸造过程中的变形和热应力，从而避免翘曲问题的出现。
针对气孔问题，可以通过模拟观察铸件内部气流动态，调整浇注方式和浇泼速度，从而降低气体的混入，减少气孔的产生。
除了利用仿真技术进行铸造工艺优化，还可以结合多项优化策略，如优化铸造设计、改进模具结构、采用提高材料液态流动性能的铸造材料等，综合提高铸造产品的质量和生产效率。
总之，铸造过程仿真技术的应用可以大大降低铸造过程中的损失，提高产品质量，同时节约时间和成本，是铸造生产过程中不可或缺的重要工具。
数值模拟在后桥壳体铸造工艺优化中的应用
铸
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Ｖ １５ ＮＯ １ ｏ ．９ ．
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数值 模 拟在 后 桥 壳体 铸 造 工 艺优 化 中的应用
袁 书仓 ，张佳伟 ，汤明健
（． １ 中国一拖集 团有 限公司工艺材料研 究所 ，河南洛阳 ４ １０ ；２ 沈阳铸造研 究所 ，辽宁沈阳 １０ ２ ） ７ ０４ ． １０ ２
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《2024年低压铸造铝合金轮毂的数值模拟与工艺优化》范文
《低压铸造铝合金轮毂的数值模拟与工艺优化》篇一一、引言低压铸造技术是铝合金轮毂制造过程中广泛应用的一种铸造工艺。
它结合了计算机技术和精密铸造设备，为制造业提供了更加精确、高效率的制造方式。
通过数值模拟与工艺优化的研究，我们不仅可以对生产流程进行仿真分析，还可以优化工艺参数，提高产品质量和降低生产成本。
本文将就低压铸造铝合金轮毂的数值模拟与工艺优化进行详细探讨。
二、低压铸造铝合金轮毂的数值模拟1. 模型建立在数值模拟过程中，首先需要建立铝合金轮毂的几何模型。
通过CAD软件进行建模，并导入到有限元分析软件中。
在模型中，需要考虑到轮毂的几何形状、尺寸、材料属性等因素。
2. 材料属性设定设定材料属性是数值模拟的重要环节。
根据铝合金的材料性能，设定好材料的密度、导热系数、热膨胀系数等物理参数。
这些参数将直接影响数值模拟的结果。
3. 数值模拟过程在设定好模型和材料属性后，进行数值模拟过程。
这个过程包括填充、凝固和收缩等阶段。
通过模拟填充过程，可以观察到金属液在模具中的流动情况；通过模拟凝固和收缩过程，可以预测产品的质量和可能出现的缺陷。
三、工艺优化1. 填充速度优化在低压铸造过程中，填充速度对产品的质量和性能具有重要影响。
通过数值模拟，可以分析不同填充速度下金属液的流动情况，找到最佳的填充速度，从而提高产品的质量。
2. 温度制度优化温度制度是低压铸造过程中的重要参数之一。
通过优化温度制度，可以控制金属液的凝固过程，减少产品缺陷的产生。
通过数值模拟，可以分析不同温度制度下产品的质量和性能，从而找到最佳的温度制度。
3. 模具设计优化模具设计对产品的质量和性能具有重要影响。
通过优化模具的设计，可以提高产品的质量和降低生产成本。
在模具设计中，需要考虑到模具的材质、结构、冷却系统等因素。
通过数值模拟，可以分析不同模具设计对产品的影响，从而找到最佳的设计方案。
四、结论通过数值模拟与工艺优化的研究，我们可以对低压铸造铝合金轮毂的生产过程进行仿真分析，优化工艺参数，提高产品质量和降低生产成本。
《挤压铸造过程数值模拟及工艺优化》范文
《挤压铸造过程数值模拟及工艺优化》篇一一、引言挤压铸造是一种重要的金属铸造工艺，广泛应用于各种工程领域。
为了更精确地掌握和控制挤压铸造过程，提升产品的质量、降低成本、优化工艺参数，进行数值模拟及工艺优化至关重要。
本文将对挤压铸造过程进行数值模拟，并通过分析模拟结果来探讨其工艺优化。
二、挤压铸造过程数值模拟1. 模型建立在挤压铸造过程中，模型建立是数值模拟的基础。
通过CAD 软件建立铸件、模具及挤压装置的三维模型，并导入有限元分析软件中。
在模型中考虑材料的物理性能、热传导性能、流变特性等关键因素。
2. 材料选择与参数设置根据所使用的合金材料和实际生产要求，设置合适的材料参数。
这些参数包括材料密度、比热容、热导率等，对于流动性和热物理性质的不同阶段要详细描述。
此外，挤压铸造过程中压力、温度等关键工艺参数也需根据实际进行设置。
3. 数值模拟过程利用有限元分析软件对挤压铸造过程进行数值模拟。
这一过程包括模具填充、冷却凝固、压力释放等关键阶段。
通过数值模拟可以观察材料在各个阶段的流动状态、温度分布以及应力变化等。
三、工艺优化探讨1. 填充过程优化通过数值模拟结果，可以观察到铸件在填充过程中的流动状态。
针对流动不均匀或出现涡流等问题，可以通过调整模具设计、改变浇注速度和压力等措施进行优化。
同时，合理的填充顺序和速度控制也是提高产品质量的关键因素。
2. 冷却凝固过程优化冷却凝固是决定铸件质量的重要环节。
通过数值模拟分析，可以找出温度梯度较大的区域和潜在的热应力集中点。
根据这些信息，可以调整冷却速率和模具温度分布，以改善铸件的凝固过程和力学性能。
3. 工艺参数优化工艺参数的优化包括压力、温度、时间等关键因素的调整。
通过数值模拟分析，可以确定最佳的工艺参数组合，以提高产品质量、降低成本和减少生产周期。
同时，根据生产需求和市场反馈，可以不断调整和优化这些参数，以适应市场的变化。
四、实际生产中的效果与应用通过在生产实践中应用数值模拟的结果和工艺优化的方法，可以实现更好的产品设计和制造。
铸造过程的数值模拟
铸造过程的数值模拟1零件分析本次铸造过程的数值模拟所用的零件为方向盘，该零件结构复杂，并且在实际使用过程中，需要承受较大的扭转力，因此选用镁合金并采用压铸工艺。
此项工作需要在方向盘上建立合适的浇注系统和溢流槽，进行充型模拟，得到合理的压铸方案。
在建立浇注系统之前，需要合理选择分型面，然后选择浇注系统的内浇口位置，待浇注系统建立好之后，进行一次预模拟，从而确定溢流槽的数量和位置。
2工艺设计2.1浇注系统该铸件的分型面为铸件的最大截面，选定的浇注系统在铸件上的位置如下图所示。
rr 口斗+带〒 *”斗-T已知数据有：压室直径60mm，压室速度0.1m/s-3m/s，铸件材料AM50A，方向盘质量595g，压射温度685C。
查表取值：AM50A 镁合金密度1.75g/cm3;充填时间t= 0.05s;内浇口厚度b=2.5mm ;取充填速度v仁50m/s。
铸件的体积v= — = —95 =340000mm 3; P 1.75根据经验，可以取溢流槽的体积为铸件体积的10%，则溢流槽的体积v^ 34000mm3。
计算内浇口面积（V铸件+ V溢流槽）vt 二340 34-50 0.05二149.62mm内浇口宽度s c2 b冲头速度4v 1s 4x 50 x149.6 “ , V222.65 m / snd兀汽60横浇道选用等宽横浇道厚度 bh=10mm ，斜度10°，宽度B=（ 1.25-3）An/bh ;圆角半径 r=2mm ,横浇道宽2度为 30mm 。
增压时间 k=1.5s ，:=0.005 t = k ： b 1.5 0.005 9 = 0.0675s 直浇道的设计因为压室直径为60mm ，因此可以将直浇道与压室相连处的直径设计为 60mm ，直浇道的高度为40mm ，拔模斜度为5 °。
2.2排溢系统根据前面所述，溢流槽的总体积设计为铸件总体积的10%,则v^ 34000mm 3。
基于数值模拟的铝合金差压铸造过程工艺优化
图R为增设冷却管道后铸件凝固过程温度 场模拟结果%由图R可知#在"#'',时#铸件薄 壁位置最先开始凝固#"#''",时铸件薄壁位置 基本上完全凝固#"#'*&,#铸件取出时整个铸 件已经完全凝固%从铸件凝固过程可以看出#
A@A冷却管道的优化设计
增设冷却管道后优化了热节部位的凝固顺序# 铸件的凝固过程可以做到自铸件到浇冒系统的
缩松缩孔大幅度提升了铸件的冶金质量
关键词;+&Q铝合金差压铸造数值模拟顺序凝固缺陷预测
中图分类号 文献标识码 E]!)*#!E]'&Q#+L)QQ
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本研究主要针对实际生产用 铝 ;+&Q 合金 材料热物性参数包括热膨胀系数密度比热 热扩散系数热导率及固相分数固液相线温 度结晶潜热进行了采集具体的测试过程参 见文献 仿 '" 真过程中用到的 ;+&Q铝合金的 部分热物性参数如图!所示其中'热膨胀 系数利用耐驰 SD:)"!9d 热膨胀仪配合熔融金
?@A材料热物性参数的确定
本研究中用 ;+&Q铝合金的化学成分如
则如下模型中的排气孔分流锥等部位采用长 表'所示
主要元素
表?6BDG铝合金化学成分质量分数_ 杂质元素
铝合金变速箱下壳低压铸造工艺数值模拟与优化
铝合金变速箱下壳低压铸造工艺数值模拟与优化嘿，朋友！今天咱来聊聊铝合金变速箱下壳低压铸造工艺这回事儿。
您知道吗，这铝合金变速箱下壳就像是汽车的“心脏保护壳”，得结实、得精密，才能让汽车跑得又稳又快。
那怎么才能做出这么个好壳子呢？这就得靠低压铸造工艺啦！想象一下，金属液在压力的作用下，缓缓地流进模具，就像小河慢慢灌满池塘。
可这过程可不简单，稍微有点不对，出来的壳子就可能有气孔、有裂缝，那可就麻烦大了！所以呢，咱们得用上数值模拟这个厉害的工具。
这数值模拟就好比是给铸造过程拍了一部“电影”，能让咱们提前看到可能出现的问题。
比如说，金属液流动的速度是不是太快了，温度分布是不是不均匀啦。
这就像是我们看天气预报，提前知道哪里会下雨，哪里会出太阳。
那怎么优化这个工艺呢？这可得好好琢磨琢磨。
咱得调整压力参数，就像调整水龙头的水流大小一样，压力大了，金属液冲得太猛；压力小了，又流得太慢。
还有模具的温度也很关键，太热了，金属液凝固得慢，形状不好控制；太冷了，又容易出现冷隔缺陷。
这就跟做饭火候掌握不好，饭就不好吃一个道理！再说说浇注系统的设计，这可像是给金属液修了一条专用的“高速公路”，路修得好，金属液就能顺畅地流到该去的地方，壳子的质量也就有保障啦。
要是设计得不好，金属液在里面乱撞，出来的壳子能好吗？还有啊，铝合金的成分也不能马虎。
不同的成分比例，就像不同的调料搭配，稍有差错，味道就不对啦。
合适的成分能让壳子更坚固、更耐用。
您想想，如果因为铸造工艺没做好，变速箱下壳出了问题，那车开起来得多吓人！所以这数值模拟和优化可太重要啦，这是在给汽车的安全和性能上保险呢！总之，铝合金变速箱下壳低压铸造工艺的数值模拟与优化，那可是一项精细又关键的工作，容不得半点马虎，得用心琢磨，才能做出高质量的下壳，让汽车跑得稳稳当当！。
《低压铸造铝合金轮毂的数值模拟与工艺优化》范文
《低压铸造铝合金轮毂的数值模拟与工艺优化》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，铝合金轮毂因其轻量化、高强度、耐腐蚀等优点，已成为现代汽车的重要组成部分。
低压铸造作为一种先进的铸造工艺，以其低成本、高精度、复杂结构铸造等优势，广泛应用于铝合金轮毂的生产。
本文通过数值模拟的方法对低压铸造铝合金轮毂的过程进行模拟，并对工艺进行优化，以提高产品质量和生产效率。
二、数值模拟1. 模型建立首先，根据铝合金轮毂的设计图纸，在专业软件中建立三维模型。
考虑到铸造过程中的热传导、流体流动等物理现象，建立包括模具、合金液、气体等在内的多物理场耦合模型。
2. 材料属性设定设定铝合金的材料属性，如密度、热传导率、流动性等。
同时，设定模具的材料属性及初始温度等。
3. 模拟过程根据低压铸造的工艺过程，设置模拟的边界条件和初始条件。
通过求解多物理场耦合方程，模拟铝合金液在模具中的充型过程、凝固过程及气体的排出过程。
三、工艺优化1. 充型速度优化通过数值模拟，分析不同充型速度对轮毂内部组织结构和外观质量的影响。
通过优化充型速度，可以有效减少气孔、缩孔等缺陷的产生，提高轮毂的质量。
2. 模具温度优化模具温度对铝合金轮毂的凝固过程和尺寸精度有重要影响。
通过数值模拟，分析模具温度对轮毂性能的影响，并优化模具温度，以提高轮毂的尺寸精度和力学性能。
3. 铸造压力优化铸造压力是低压铸造过程中的关键参数之一。
通过数值模拟，分析不同铸造压力对轮毂充型过程和凝固过程的影响。
通过优化铸造压力，可以提高轮毂的充型能力和凝固均匀性，进一步提高轮毂的质量。
四、实验验证为了验证数值模拟结果的准确性，进行了一系列的实验。
将优化后的工艺参数应用于实际生产中，对比优化前后的轮毂质量、尺寸精度和力学性能。
实验结果表明，经过数值模拟与工艺优化，铝合金轮毂的质量和性能得到了显著提高。
五、结论本文通过数值模拟的方法对低压铸造铝合金轮毂的过程进行了模拟，并对工艺进行了优化。
数值模拟在铸钢壳体铸件工艺优化中的应用
陷 ，按 比例 作 图法设 计 出 冒 口尺 寸 ， 过 利 用 通 浇 注系 统来 对铸 件进 行
一
该铸件为铸钢件 ， 铸造收缩率为 ２ 加工余量 ％， ４ｍｍ， 水平 分 型 ， 工水 玻 璃 砂 造 型 ， 箱 一 型 ， 手 一 铸 造工 艺 示意 见 图 ２ 。
收 稿 日期 ：０ ０ ０ — ０ ２１～４２
由于 华铸 Ｃ Ｅ分 析 系统 是 一 套基 于有 限 差分 Ａ
原理编制的用 于模拟铸造充型凝 固过程的计算机 数值仿真软件 ， 分为前置处理 、 计算处理和后 置处 理 三个 相对 独立 的模块 Ｅ。 前置处 理模 块 ， 照不 在 按 同 的工 艺 方 案导 人 所 需 的组 成部 分 的 Ｓ Ｌ格式 文 Ｔ
定 的补 缩 。远 离浇 注
图 ４ 原始铸造 工艺 方案
系统 的部 位 用 ２个 冒口 来 补 缩 ， 寸 １０１Ｉ ｘ ０ ｌ 尺 ２ Ｉ ２０ｌｍ。见 图 ４ ＴＴ Ｉ ｌ 。
１ ． 熔 化 工 艺 设 计 ４
作者简 介 ： 袁书仓 （９ ２ ）男 ， １７ 一 ， 河南宜 阳人 ， 工程 师 ， 主要 从事铸 造 工艺设计和铸造凝固模拟应用 。
和发 生 的 时 间予 以有 效 的预 测 ， 而优 化 铸 造 工 艺 从
１ ． 浇 注 系统 设 计 ２
根 据 铸 造 工 程
师手册 ［， 结合现 场 生 产 经验 ， 定 其 浇 确
注 系 统 尺 寸 ，直 浇 道 、 浇道 和 内 浇 口 横
设 计 ， 保 铸件 质 量 ｌ。 确 ｌ ｌ 本 设计 通 过采 用 ＰｏＥ三维 造 型 软件 对 铸 钢壳 ｒ／
２铸 件 的凝 固过程数 值模 拟
２１ 产 品 实体 建模 ．
铸造工艺的数值模拟优化
ｗ ｒ ｉｅｅｔ ｅｈ ｏ ｇ ｒｖｍｅｔ ａ ｄｓｌ ｔ ｎｏ ｔ ｌ ｒｊ ｔ ｓｄｉ ａ ｈｐｏ ｕｔ ｎ Ｒ ｓａｃ ｓｌ ｈｗ ｔａ ｎ． ａｄｄ ｒｎ ｃｎｌｙ ｉ ｏ ｅ ｎｓ ｎ ｅ ｃ ａ ｐｉ ｏ ｃ ｕｅ ｂ ｔ ｒｄ ｃｉ ． ｅｅｒｈｒ ｕｔ ｓｏ ｔ ｏ ｆ ｔ ｏ ｍｐ ｅ ｍａ ｐ ｅ ｎ ｃ ｏ ｅ ｓ ｈ ３
维普资讯
第２ ９卷 ２０ ０ ６年
第 ６ 期 １ １月
兵 器 材 料 科 学 与 工 程
０ＲＤＮＡＮＣ Ｅ ＭＡＴ ＲＩ Ｃ Ｅ Ｅ ＡＬ Ｓ Ｉ ＮＣＥ ＡＮＤ Ｅ ＮＧＩ ＮＥＥ ＮＧ ＲＩ
Ｖｏ ．９ Ｎｏ６ １ ２ ． Ｎｏ ． ２ ０ ｖ， ０ ６
ｉ ａｉ ｒ ｃ ｓ ｅ ｎｄ ｉ ｓｒ ｔｔｅ ｐｒ ｄ ｔｏ ｆｃ ｔｎ ｆｃ ｔ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｓａ ｎ ｔ ｃ ｈ ｏ ｕｃｉ ｎ ｏ ａｓｉ ｇ． ｏ ｕ
铸 造工艺 的数值模 拟优化 米
胡红 军 ，杨 明波 ，龚喜兵 ，李 国瑞
（ 庆 ｌ学 院 材 料 科 学 与 工 程 学 院 ， 庆 ４ ０ ５ ） 重 Ｔ 重 ０ ０ ０ 摘 要 ： 了研 究 和 预测 铸 造 工 艺对 铸 件 质 量 的影 响 ， 置 合 理 的军 用 汽 车 转 向臂 的 铸 造 浇 冒 １ 系 统 和 工 艺 参 数 。 为 设 ３ 应用 铸 造 模 拟 软 件 对 转 向 臂 的 三 种 不 同 工 艺 方 案 进 行 凝 固 模 拟 ， 据 凝 固模 拟 结 果 显 示 的 缺 陷 及 内部 缩 松 情 况 ， 出 改 进 工 艺 根 提 方 案 并 对 其 进 行 凝 固模 拟 ， 择 最 佳 方 案 应 用 于 生 产 。研 究 表 明 ， 最 合 理 的 浇 冒 １ 置方 式 ， 优 的 浇 注 温度 ８ ５ ｏ 选 ３是 ３布 最 ２ Ｃ， 浇 注 时 间 １ ， 用 水 平 分 型 。应 用 表 明 ， 造 模 拟 软 件 能 够 准 确地 预测 充 型 凝 固 过 程 中可 能 产 生 的 缺 陷 ， 而 辅 助 工 艺 ５Ｓ 采 铸 从
金属铸造成形过程的数值模拟
金属铸造成形过程的数值模拟金属铸造是一种复杂的成形工艺，在这个过程中，金属经历了从液态到固态的转变。
为了了解金属铸造过程中的物理和化学变化，生产厂家通常会使用数值模拟技术来模拟这个过程。
数值模拟技术是一种预测性技术，它可以模拟金属铸造的温度场、压力等参数，甚至可以预测颗粒的行为。
在这篇文章中，我们将深入探究金属铸造成形过程的数值模拟技术。
首先，让我们简要介绍金属铸造成形的过程。
通常，金属铸造分为砂型铸造、金属型铸造和压铸等几种类型。
每种类型的铸造工艺都有其独特的特点，但它们的基本处理程序是相似的。
在标准的金属铸造过程中，首先熔化金属，随后将熔化的金属倒入模具或模型中，然后等待金属冷却成形。
数值模拟是一种可以预测金属铸造成形的过程，可帮助制造商优化成形过程并减少生产成本。
铸造数值模拟的过程包括数学描述、数值方法、计算机仿真等几个步骤。
数学描述是指将铸造过程中涉及到的物理各参数用数学公式表示出来，包括温度、流体力学、热力学和相变等。
数值方法是指使用计算机模拟数学公式，对金属铸造过程进行数值计算。
这个过程中，需要选取合适的数值方法、计算模型和模拟系统。
最后，计算机仿真帮助生产厂商检查结果并进行模拟验证。
在金属铸造成形的数值模拟过程中，最重要的功能之一是热仿真模块。
这个模块使用计算机模拟成形过程中金属的温度场变化。
不同铸造过程中的有不同的需求——砂型铸造需要精确地控制铸型的壁厚和冷却速度，而金属熔模铸造需要保证金属的温度始终保持在一定范围内。
在这个过程中，需要研究的一些关键问题是：铸造过程中温度场的分布情况，铸件表面和内部的固相发展、应力态、收缩和裂缝分布、铸件质量等。
通过数值模拟技术，生产厂商可以对这些问题进行系统的研究并改进生产工艺，以提高金属铸造的质量和效率。
除了热仿真模块以外，金属铸造成形过程中的还需要进行液态流体力学模块的建模。
这个模块可以模拟固液相态变化以及流体动力学等过程。
在这个模块中，铸造中的流体力学问题涉及到：流动场、流体力学性质、子集模型的分析等等。
铸造成形工艺过程的数值模拟仿真及其应用
铸造仿真模拟优化软件是为评价 和优化铸 造产品 与
铸造工艺而开发 的，借助于铸造仿 真模拟优化 软件系统 平 台，铸造工程师在完成铸造『 艺 编制之前 ，就能够对 ［
铸 件 在 形 成 过 程 中 的流 场 、温 度 场 和应 力 场 进 行 仿 真 分
通过模拟金属铸造 过程 中的流动过程 ，精确显 示充填不 足 、冷隔 、裹气和热节 的位置 ，以及 残余 应力 与变 形 ， 准确地预测缩孑 、缩松 和铸造过程 中微观组织的变化 。 Ｌ
陷进行 预测 。数 据 库材 料 铸锌等各 类铸造 合金 ；可 针对 砂 型 、金属 型、熔模 、低压 、压力 、倾 斜铸造 及钢锭 模 铸 造等各种铸造方式进行真实 的模拟仿真分析 。 Ｈ Ｃ Ｅ系统 的前 置 处理 是 模 拟 过 程 的 准备 工作 ， ＺＡ 它实现 了 Ｃ Ｄ模 型 的导人 ，利 用 Ｓ Ｌ预览 检查 三维 造 Ａ Ｔ 型是 否正确 ，进行有 限差分 网格的划分 。另外 ，还 可以 通过 Ｈ Ｃ Ｅ提供 的 Ｃ Ｄ功 能对 实体 造 型进 行 简 单 修 ＺＡ Ａ 改 。三维造型平 台用户可任选 ，绝大部 分三维造 型系 统
造行 业的 产 品设计 师 模 具设 计 师 、铸造 工 艺师提 供 一定 的参 考 借 鉴作 用 ，从 而为提 高 企 业 的铸 造 工 艺水平
搭建 一个更好 的优 化设计 ， 以及 成形 工艺 的数 字化工 艺优 化设 计 、制 造 、仿 真集 成 的先进 平 台。
一
、
概述
析并预测铸件 的质量 、优化 铸造设 备参 数 和工艺方 案。
界面及模拟分析实例。
分布图及充型温度分 布图等。颜 色随意 调整 ，画面直接
毒 华 ｜ ＾
Ｌ 盈霉 ＿。 铸． 曩 曩 蓬
铸造工艺中流动现象的模拟与优化
铸造工艺中流动现象的模拟与优化铸造工艺是金属加工的重要环节之一，通过将熔融金属倒入模具中，形成所需的零件或产品。
在铸造过程中，流动现象的模拟与优化是关键步骤，它直接影响到产品质量和生产效率。
流动现象模拟是指通过数值模拟方法，对金属熔融态在铸型内的流动行为进行模拟计算。
这种计算包括流速、流动方向、温度分布以及铸件填充时间等参数的预测和优化。
通过模拟，我们可以更好地理解熔融金属在铸型中的流动规律，为工程师提供有价值的数据，辅助工艺设计和铸造过程的优化。
在铸造过程中，流动现象的模拟与优化有以下几个关键方面：1. 流动行为表征：铸造过程中熔融金属的流动行为可以通过速度矢量图、温度分布图和流动均匀度等方式进行表征。
通过计算模拟，可以了解熔融金属在铸型中的流动速度快慢、流动方向以及是否存在漏口、气孔等缺陷，进而预测铸件的成型质量。
2. 充型优化：通过模拟计算，可以预测铸件在铸型中的填充时间和填充方式，为工程师提供参考意见。
在铸造过程中，充型优化可以帮助工程师预测熔融金属的填充速度和填充方向，以及可能出现的缺陷和变形情况。
通过调整模具结构设计和工艺参数，可以优化铸件充型过程，确保铸件形状的准确性和充分性。
3. 温度场分析：流动现象模拟与优化还包括对铸造过程中温度场的分析。
通过数值模拟，可以预测熔融金属在铸型中的温度分布情况，以及不同区域的温度变化趋势。
这对于铸件的冷却过程、凝固过程和热处理等后续工艺的优化至关重要。
4. 缺陷预测与消除：铸造过程中可能会出现一些缺陷，如气孔、缩孔、错位等。
通过流动现象的模拟与优化，可以预测并定位潜在的缺陷，同时优化铸造工艺，消除或减少缺陷的发生。
这对于提高铸件质量、减少废品率和生产成本具有重要意义。
总的来说，铸造工艺中流动现象的模拟与优化是提高产品质量、降低生产成本和提高生产效率的关键步骤。
通过数值模拟方法，工程师可以模拟铸造过程中的流动行为，预测填充时间和方式，分析温度场，预测和消除缺陷。
《挤压铸造过程数值模拟及工艺优化》范文
《挤压铸造过程数值模拟及工艺优化》篇一一、引言挤压铸造是一种重要的金属铸造工艺，它通过高压力将熔融金属挤压入模具中，以获得所需的形状和尺寸。
随着计算机技术的发展，数值模拟技术在挤压铸造过程中得到了广泛应用。
本文旨在探讨挤压铸造过程的数值模拟方法及工艺优化策略，以提高产品质量、降低生产成本。
二、挤压铸造过程数值模拟1. 模型建立数值模拟的第一步是建立准确的物理模型。
这包括确定铸件、模具和压铸机的几何尺寸、材料属性以及它们之间的相互作用。
此外，还需要考虑热传导、流体流动、压力传递等物理现象。
2. 数值方法在模型建立的基础上，采用合适的数值方法进行求解。
常用的方法包括有限元法、有限差分法和边界元法等。
这些方法可以有效地解决复杂的物理问题，并得到较为准确的结果。
3. 模拟过程模拟过程主要包括熔融金属的填充、保压和冷却三个阶段。
通过模拟这些过程，可以预测铸件的质量、尺寸精度以及可能出现的缺陷。
三、工艺优化策略1. 模具设计优化模具设计是挤压铸造过程中的关键因素。
通过优化模具的结构、材料和热处理工艺，可以提高铸件的成型质量和生产效率。
例如，采用合理的冷却系统可以降低铸件的温度梯度，减少热应力，从而降低裂纹和变形的风险。
2. 工艺参数优化工艺参数包括压铸速度、压力、温度等。
通过优化这些参数，可以获得更好的铸件质量。
例如，适当的压铸速度和压力可以确保熔融金属充分填充模具，避免气孔和缩孔等缺陷。
而合适的温度则可以保证金属的流动性和与模具的热传递效率。
3. 数值模拟与实际生产的结合数值模拟结果可以为实际生产提供指导。
通过将模拟结果与实际生产数据进行对比，可以验证模拟的准确性，并进一步优化工艺参数。
此外，还可以通过模拟预测可能出现的问题，以便提前采取措施进行预防。
四、实例分析以某铝合金铸件为例，通过数值模拟技术对其挤压铸造过程进行模拟。
首先建立物理模型，确定铸件、模具和压铸机的几何尺寸和材料属性。
然后采用有限元法进行求解，得到铸件的填充、保压和冷却过程。
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两端的冒口
图５ ３＃浇注系统模型 Ｆｉｇ．５ Ｎｏ．３ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｐｏｕｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
图６ ３＃浇注系统缩孔缺陷预测 Ｆｉｇ．６ Ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｈｏｌｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｏ．３
艺 参 数 ： 浇 注 温 度 为８２５ ℃， 浇 注 时 间 为１５ ｓ， 水 平 分 型。
浇注时间１５ ｓ， 采用水平分型 。应用表明， 铸造模拟软件能够准确地预测充型凝固过程中可能产生的缺陷， 从而辅助 工艺
人员进行工艺优化。
关键词： 凝固模拟； 军用汽车转向臂； 铸造工艺优化； 浇冒口系统； 缩孔； 铸造模拟软件
中图分类号： ＴＧ２５０．６
文献标识码： Ａ
文章编号： １００４－ ２４４Ｘ（ ２００６） ０６－ ００５１－ ０３
度 ； ｔ为 时 间 ； Ｐ为 金 属 液 体 内 压 力 ； μ为 金 属 液 动 力 粘
度； ｇｘ、ｇｙ、ｇｚ为ｘ、ｙ、ｚ方向重力加速度。 铸造充型模拟计算的过程实质上是求解式２、式３的
过程， 模拟计算可分为以下几个步骤。几何数据文件读
入， 利用ＭＡＧＭＡ软件中的预处理模块， 将有ＵＧ制作的三
维造型的几何数据文件读入， 生成用于ＭＡＧＭＡ软件计算
经过数值模拟显示， 在凝固后期１＃浇注系统有宏观 缩孔出现， ２＃和３＃ 浇注系统纠正了宏观收缩， ３＃浇注系 统进一步改善了铸件端部质量， 并且不需要横浇道。２＃ 浇 注 系 统 工 艺 出 品 率 大 约７１％， ３＃浇 注 系 统 工 艺 出 品 率大约７７％， 因此， ３＃浇注系统是比较经济的设计方法。
１ 铸造过程充型数值模拟方法
军 用 汽 车 转 向 臂 的 几 何 实 体 造 型 采 用 ＵＧ软 件 建 立， 在得到三维几何数据后， 利用ＵＧ软件的反向出模模 块， 通过设定铝合金收缩率、铸件起模斜度、浇注系统的 位置和分型面等， 作为凝固模拟的几何模型。由于金属 液充型过程数值模拟技术所涉及的控制方程多而复 杂， 需要根据连续性方程、动量方程及能量方程， 并进
直浇道 横浇道
图１ １＃浇注系统模型 Ｆｉｇ．１ Ｎｏ．１ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｐｏｕｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
图２ １＃浇注系统缩孔缺陷预测 Ｆｉｇ．２ Ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｈｏｌｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｏ．１
加冒口
图３ ２＃浇注系统模型 Ｆｉｇ．３ Ｎｏ．２ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｐｏｕｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
铸造数值模拟是要通过对铸件充型凝固过程的数 值计算， 分析工艺参数对工艺实施结果的影响， 便于技 术人员对所设计的铸造工艺进行验证和优化， 以及寻 求工艺问题的尽快解决办法。为技术人员设计较合理 的铸件结构和确定合理的工艺方案提供了有效的依 据， 从而避免传统的依靠经验进行结构设计和工艺制 定的盲目性， 节约试制成本［１－４］。
用砂型铸造工艺热处理后进行机加工。
２ 充型模拟与结果分析
转向臂是军用汽车上重要部件， 材料是Ａ３５４铝合 金， 由于该铸件壁较厚， 且壁厚差很大， 对铸件内在质量 要求极高， 如果铸造工艺不合理往往会在厚大部位产生 集中缩孔和分散缩松。因此对于壁很厚且壁厚差大的铸 件， 同时又是承受载荷的关键部件， 如何避免壁厚部位 的内部缩孔， 就成了制定铸造工艺的关键。下面对转向 臂的三种不同浇注系统工艺方案进行凝固模拟， 根据 凝固模拟结果显示的缺陷及内部缩松情况， 为了表述 方便将三种浇注系统分别命名为１＃、２＃、３＃工艺模型。
根据国内外的生产经验， １＃浇注系统 采 用 底 注 式
（ 如图１所示） ， 水平分型， 一般认为这样将避免卷气且 充型平稳， 有利于杂质上浮， 从而减少内部缺陷。传统 的观点认为， 这种方案会导致充型紊流， 甚至卷气且不 利于氧化皮等杂质的上浮， 有可能增加其他部位的缺 陷 。 在 此 模 型 的 基 础 上 利 用 ＭＡＧＭＡ软 件 进 行 模 拟 仿 真， 判定该方案的优劣， 模拟计算结果如图２所示。从图 ２中可以直观地看出产生缩孔的位置， 红颜色表示在铸 件凝固后期， 由于热节部位无法得到足够补缩， 导致产 品存在较严重的缩孔缺陷倾向， 而且缩孔处于转向臂 承受载荷的厚大部位， 很容易在交变载荷作用下断裂。
兵器材料科学与工程
第 ２９ 卷
量热容， ｑｖ为内热源项。 熔融金属充型与凝固过程为高温流体于复杂几何
型腔内作有阻碍和带有自由表面的流动及向铸型和空
气的传热过程。该物理过程遵循质量守恒、动量守恒
和能量守恒定律， 假设液态金属为常密度不可压缩的
粘性流体， 并忽略湍流作用， 则可以采用连续、动量、体
积函数和能量方程组描述这一过程， 式（ ３） 是三维方向
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ａｎｄ ｐｒｅｄｉｃｔ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃａｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｎ ｃａｓｔｉｎｇｓ ｑｕａｌｉｔｙ， ｔｈｅ ｒａｔｉｏｎａｌ ｐｏｕｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｐｒｏ ｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ｓｅｔ． Ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｈｅｌｐ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ． Ｒｅ－ ｓｕｌｔｓ ａｎｄ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ ｄｅｆｅｃｔｓ ａｎｄ ｉｎｎｅｒ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇｓ ｉｎ ｔｒｉａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｂａｓｅｄ ｕｐｏｎ ｔｏ ｂｒｉｎｇ ｆｏｒ－ ｗａｒｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｓｅｌｅｃｔ ａｎ ｏｐｔｉｍａｌ ｐｒｏｊｅｃｔ ｕｓｅｄ ｉｎ ｂａｔｃｈ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｎｏ．３ ｃａｓｔｉｎｇｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ， ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｐｏｕｒｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ ８２５ ℃， ｐｏｕｒｉｎｇ ｔｉｍｅ ｉｓ １５ ｓ． Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｃａｎ ｈｅｌｐ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｓｔｓ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｂｙ ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ ｃａｓｔｉｎｇ ｄｅｆｅｃｔｓ ｄｕｒｉｎｇ ｍｏｌｄ ｆｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｏｌｉｄｉ－ ｆｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ａｎｄ ｉｎｓｔｒｕｃｔ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｓｔｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ； ｓｔｅｅｒｉｎｇ ａｒｍ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｕｓｅｄ ｉｎ ｈｅａｖｙ ｍｉｌｉｔａｒｙ ｔｒｕｃｋ； ｃａｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ； ｐｏｕｒ－ ｉｎｇ ａｎｄ ｒｉｓｅｒ ｓｙｓｔｅｍ； ｓｈｒｉｎｋａｇｅ； ｃａｓｔｉｎｇ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ
Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｓｔｉｎｇ ｐｒ ｏｃｅｓｓｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｎｕｍｅｒ ｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ＨＵ Ｈｏｎｇ－ ｊｕｎ， ＹＡＮＧ Ｍｉｎｇ－ ｂｏ， ＧＯＮＧ Ｘｉ－ ｂｉｎｇ， ＬＩ Ｇｕｏ－ ｒｕｉ
（ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００５０， Ｃｈｉｎａ）
第 ２９ 卷 第 ６ 期 ２００６年 １１ 月
兵器材料科学与工程 ＯＲＤＮＡＮＣＥ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏｌ．２９ Ｎｏ．６ Ｎｏｖ．， ２００６
铸造工艺的数值模拟优化!
胡红军， 杨明波， 龚喜兵， 李国瑞
（ 重庆工学院 材料科学与工程学院， 重庆 ４０００５０）
摘 要： 为了研究和预测铸造工艺对铸件质量的影响， 设置合理的军用汽车转向臂的铸造浇冒口系统和工艺参数。应用铸
造模拟软件对转向臂的三种不同工艺方案进行凝固模拟， 根据凝固模拟结果显示的缺陷及内部缩松情况， 提出改进工艺
方案并对其进行凝固模拟， 选择最佳方案应用于生产。研究表明， ３＃是最合理的浇冒口布置方式， 最优的浇注温度８２５ ℃，
行速度场、压力场的反复迭代， 计算量大而且迭代容易
发散， 致使其难度很大。通过不断完善数值计算方法，
如有限差分法和ＳＯＬＡ－ ＶＯＦ 体积函数法， 开发出一些
实用软件。该产品的凝固模拟就是采用ＭＡＧＭＡ软件。
作为整个模拟的核心部分， ＣＡＥ的数值模拟效果最终
将影响模拟的真实与否。在液态金属浇注过程中， 热
传导过程计算是数值模拟的主要内容。处理热传导问
题采用傅里叶定律（ 式１） ， 式２是根据能量守恒定律推
导的方程［５－ ８］ 。
ｑ＝－ λ!ｔ
（ １）
!ｎ
ρｃ !ｔ ＝ !τ
! !ｘ
（
λ!ｔ !ｘ
）
＋
! !ｙ
（
λ!ｔ !ｙ
）
＋
! !ｚ
（
λ!ｔ !ｚ
）
＋ｑｖ
（ ２）
其中ｑ为热流密度， λ为导热系数， ｔ为温度（ 函数） ，
的几何图形。然后加上ＩＮＬＥＴ（ ＭＡＧＭＡ软件计算的入口
点） ， 调整各部分的材质， 调整相对顺序， 将全部数据保
存在１个文件中。进行网格剖分， 选择ＥＮＭＥＳＨＭＥＮＴ，
进入网格剖分。确定模拟边界参数， 该类参数主要根
据工厂实际生产同类工艺的参数来初步确定。材料选
择， 汽车转向臂要求没有气孔， 材料为铝合金Ａ３５４， 使
为了消除缩松， ３＃浇注系统采用顶注 式 浇 注 系 统 （ 图５） ， 直浇道在铸件最厚处的中心， 并且在容易产生分 散式缩松的位置增加２个冒口。图６是流场和温度场的模 拟状况， 原来发生集中缩孔缺陷的部位是铝液的最后流 经的部位， 但现在是最后凝固的部位， 因此得以补缩。冒 口距离直浇道短， 铝液温度降低不大， 因而补缩效果将 得到极大地提高， 缩松严重程度得到较好的改善。在实 际生产中， 还可以借助保温涂料的作用， 在冒口和铸件 顶部涂上保温涂料， 从而进一步提高冒口的补缩效果， 因而实际采用顶注式是最好的浇注系统。主要铸造工