visualenvironmentZL114A铸造工艺模拟-1讲解
visual environmentZL114A铸造工艺模拟分析-1
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后处理结果分析
铸件致密度不足97%的区域：
图16 XY平面剖视图
结合不同视图确定缺陷可能存在的位置。 图15 俯视图
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图1
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网格划分
网格概要：采用Visual-Mesh，对铸 件及铸型进行面网格、体网格划分。 四面体网格数量：1161104(体网格)。
图2 总体网格 对铸件的局部进行网格 细化，保证网格更趋近几 何，获得更为精确的模拟 结果。
Copyright © ESI Group, 2014 All ri态凝固过程：
图10 凝固过程（动画） 可从动画中初步判断铸件各区域的凝固顺序。
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图6 接触界面
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前处理
通过时间控制浇注过程的压力
图7 压力-时间曲线
其他工艺参数按照提供值设置。
Simulation Parameters根据低压铸造特点和要求计算模块进行设置。
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后处理结果分析
铸件动态凝固过程：
图11 孤立熔池区域（动画） 可从动画中判断铸件各区域的凝固过程中可能出现孤立熔池的 区域和对应时间。
铸造工艺模拟设计开题报告
铸造工艺模拟设计开题报告一、研究背景与意义1.1 研究背景铸造是一种制造工艺，通过将熔化的金属或合金注入模具中并使其冷却凝固，用于制造各种形状的零部件。
铸造工艺的优化对于提高产品质量、提高生产效率以及节约资源具有重要意义。
随着计算机技术的发展，仿真软件开始在铸造工艺中得到广泛应用，通过数值模拟可以准确预测铸造工艺的各种参数以及最终产品的性能，从而指导实际生产。
1.2 研究意义本项目旨在利用现代数值模拟技术，并结合实际工艺参数和实验数据，对铸造工艺进行模拟设计。
通过对铸造过程的数值仿真，可以降低试验次数和试验成本，提高产品质量，优化工艺参数，同时减少环境污染。
二、研究目标和研究内容2.1 研究目标•建立铸造工艺的模拟设计方法；•通过数值仿真，预测铸造过程中的温度分布、相变、应力和变形等关键参数；•优化工艺参数，提高产品质量和生产效率。
2.2 研究内容1.收集和整理铸造工艺相关的文献资料；2.借助仿真软件，建立铸造工艺数值模型；3.定义模型中的物理参数，包括材料属性和工艺参数；4.进行铸造过程的数值模拟，预测温度、相变、应力和变形等参数；5.分析模拟结果，优化工艺参数；6.验证模型的准确性和可靠性。
三、研究方法和技术路线3.1 研究方法本项目主要采用以下研究方法：1.文献调研：收集和整理与铸造工艺模拟设计相关的文献资料，了解当前研究状况和存在的问题；2.数值模拟：借助专业仿真软件，建立数值模型并模拟铸造过程，预测关键参数；3.实验验证：通过对比模拟结果与实际铸造结果进行验证，评估模型的准确性和可靠性。
3.2 技术路线1.数据收集：收集铸造工艺的相关数据，包括材料性能、工艺参数等；2.建立数值模型：利用仿真软件建立铸造工艺的数值模型，并进行网格划分；3.定义物理参数：根据实际情况，设置材料属性和工艺参数；4.数值模拟：运用数值方法求解模型，并得到预期结果；5.分析优化：对模拟结果进行分析和优化，调整工艺参数；6.实验验证：与实际铸造结果进行对比，评估模型的准确性和可靠性。
航天大型铝合金壳体树脂砂铸型快速制造单元设计研究
916im FO U N D R V工艺技术Vol.68 No.8 2019航天大型铝合金壳体树脂砂铸型快速制造单元设计研究蒋清，孟祥炜，王建，高鹏程，倪江涛，齐朋(首都航天机械有限公司，北京100076 )摘要：以航天大型铝合金壳体为对象，基于自硬树脂砂低压铸造工艺特点，进行树脂砂快速造型单元设计研究。
通过将叠箱造型工艺优化为分箱底板造型工艺，实现上、中、下各箱同步造型，提升造型效率；将铸型制造工序分解为5种工位，精确设计工位布置和数量，形成高效率自循环的造型单元；通过综合造型单元构建技术研究，在同等条件下单个产品的树脂砂铸型生产效率提升3倍以上，铸型紧实度均匀性提升50%以上，铸型连续生产的效果提升更加明显。
关键词：大型铝合金铸件；树脂砂；造型单元作者简介：蒋清（1984-),男，高 级工程师，研究方向为 宅吕合金铸造。
E-mail: jq618@中图分类号：T G245;T G292 文献标识码：A文章编号：1001-4977(2019) 08-0916-05收稿曰期：2019-04-15。
航空航天等行业装备大量采用优质铝合金铸件，目前国内此类铸件主要采用砂 型铸造、熔模精密铸造工艺生产，其中高质量的大型优质铝合金铸件很多采用树脂 砂低压铸造工艺。
在航天装备中应用最广泛合金之一是ZL114A合金，这是一种优 质亚共晶Al-Si系铸造铝合金，此合金具有较高的强度（T6热处理的抗拉强度达到 320 MPa),同时具有很好的流动性、气密性和抗热裂性能，能够铸造出复杂形状 的高强度铸件，如飞机和导弹的壳体、仪器舱体、支撑梁等承受高载荷的零件，因此，ZL114A合金在航空、航天以及汽车等领域具有广泛的应用前景。
目前，各行业也有自动化程度非常高的自动化树脂砂铸型生产模式，比如汽车 等行业的大批量生产模式，由于每种铸件的批量较大，年产几万到几十万件[3]，因此，可以投入几千万元资金针对每项产品建设自动化的铸造生产线。
magma-压铸模拟操作实例说明 (1)
C.重复A.至B.直到所有材料组移动完毕
目录 33
步骤三：在MAGMA中绘制动，定模肉
A.选定材料， 模肉图形类别 B.在绘图窗内 确定x,y,z坐标 点，回车。
此视角确定高度
注：动定模可 以在proe下拆 开后再装载。
此 视
角
确
定
形
状
目录 34
C.重复A.到B.直到所有模肉绘制完毕
生成新版本号
目录 28
2.前处理
步骤一： A.打开precessor， 选定所需装载材 料组。 B.选定所需装载 材料。 C.在命令栏中输入 load sla ？回车。 D.点选所需装载零 件名称，按下open。
目录 29
E.按下信息栏中OK，所选材料装载完成。
目录 30
F.重复B.至E.直到所有材料组装载完毕
目录 50
H.检查单元划分质量
a.不允许有浅蓝色单元， 不允许在内浇口和其他 关键部位有深蓝色和黄 色单元。 b.Inlet划分至少保证3层。 （如未达到以上要求则 须回到enmenshment重 新输入wall thickness, element size等值） c.按下return,再按下 quit回到主菜单。
浇道 （gating）
目录 料柄 （biscuit）
Inlet(magma 软件专用)
溢流槽 （overflow02）
溢流口 （overflow01）
铸件（cast）
冷却水道 （cooling）
2
3.3D模型绘制方法
⑴为了使绘制3d模型的过程方便准确，须将2d模具图进行处 理。
1）将定模及动模图形分别另存，在保存的过程中使料嘴中心置于（0，0， 0）坐标原点，便于3d中直接装载。为了方便使用需为每个图形命名， 比如定模图可存为fixline。动模图可存为moveline。
基于虚拟现实的铸造工艺流程仿真
基于虚拟现实的铸造工艺流程仿真大部分机械工程专业的学生并没有真正意义上的进行铸造工艺实验，多数是从书上获得理论知识，或者是在金工实习时，听或观察老师的操作，使得很多学生并不熟悉真正的铸造是如何进行的。
针对这种情况，本文利用虚拟现实的技术仿真铸造工艺的流程，使得学生可以在没有现实设备的基础下，也能依靠自学或者书本的知识，自己进行虚拟的铸造实验。
铸造工艺有很多类型，本文选择了压力铸造工艺流程的仿真。
压力铸造是一种精密的铸造技术，是一种不可或缺的铸造技术，也是机械工程专业的学生必须掌握的铸造技术。
虚拟现实技术综合利用计算机仿真技术、计算机图形学等等多种技术，通过产生视觉、听觉等，使得用户产生一种身临其境的感觉。
其中很多软件能实现这种技术，本文采用了容易掌握和理解的EON Studio来实现压铸工艺的仿真。
本文首先对压力铸造作了简介，对其四种类型：热室压力铸造、冷室卧式压力铸造、冷室立式压力铸造和冷室全立式压力铸造的工艺流程进行了详细的分析，并且选择了热室压力铸造和冷室卧式压力铸造进行工艺仿真。
而后简单介绍了EON Studio的重要功能，采用多种节点的配合作用，实现了对压力铸造工艺流程的仿真。
I第一章绪论1.1 选题的背景及意义机械工程是社会发展和国民经济建设的基础学科之一。
机械类专业人才的培养在整个教育中是非常重要的一部分。
但我国机械专业的教学长期以来沿用原苏联的教学模式。
而这种教学模式存在着严重的弊端，例如专业口径较窄、专业划分过细、内容相对过深、体系过于陈旧。
随着我国的新技术的迅速发展，使机械工程、机械制造比以前的时代发生了根本性变化。
这种传统的机械类教学模式必须彻底改革，不然就不会有创新。
实验教学是一种将课本知识结合到实际的教学方式，实验教学不仅巩固了学生课本上的基础知识，而且还能够培养学生的实际操作能力和动脑能力。
由于机械专业属于工科类教学，对学生的实践动手操作能力要求极高，所以实验教学是提高机械工程专业学生实践动手操作能力的一个重要教学环节。
浅析高强度ZL114A合金舱体铸件铸造工艺优化及制造成本控制
浅析高强度ZL114A合金舱体铸件铸造工艺优化及制造成本控制作者：王昌明来源：《科学与财富》2018年第12期摘要：针对某型号ZL114A合金舱体铸件铸造工艺进行分析研究，根据ZL114A合金的组织特性，通过调整合金熔体中Mn元素、Cu元素的加入量，配合适宜的熔体变质细化处理，制定相应的热处理制度使回炉料的添加比例提升至100%，既能满足该舱体铸件高强度的指标要求，还能降低新原料的添加量，从而大幅降低生产制造成本。
关键词：ZL114A；高强度；铸造工艺；成本控制1 引言ZL114A合金为可热处理强化的A1-Si-Mg系铸造合金，该合金具有较好的充型流动性与力学性能，较高的流动性、气密性和低的热裂倾向，还具有良好的耐腐蚀性能和焊接性能，是一种应用广泛的铸造铝合金。
本文以某型号产品尾舱铸件为对象，结合该产品技术要求，在原有的工艺基础上从铸造工艺设计、ZL114A合金配制及熔体处理、热处理制度调整、成本控制等方面进行研究，取得了较好的效果，铸件质量、性能与原方案相当，但大幅降低了生产成本，该成果可广泛推广至其他ZL114A合金产品的生产中。
2 铸件研制难点分析2.1铸件变形控制难度大尾舱外形为曲线方程：R=257-107X（X-5624）2/ 8002（58192.2冶金质量和铸件力学性能控制难度大舱体铸造过程中，合金液经过浇道充型进入型腔，由于舱体内部存在各种异型结构，金属液流动极易出现紊流，导致铸造组织产生气泡等缺陷。
在厚薄交界处，由于壁厚不均，金属液补缩通道不协调，铸件容易出现疏松，缩孔等质量问题。
原有的合金配料采用70%纯新料加30%回炉料，铸造完成后，会形成较多回炉料，导致生产成本增加。
为此，此次工艺试制的目的是降低新料的添加，增加回炉料的使用，由于回炉料的增加，相应的一些杂质也增加了，要使用纯净度更低的合金材料生产出内部质量和力学性能满足要求的产品，因此，在产品生产过程中，合金液质量的控制显得更加重要，也是最大的难点。
铸造过程模拟技术
铸造过程模拟技术一、概述铸造过程模拟技术是指利用计算机模拟铸造过程中的各种物理现象和化学反应，以预测铸件质量和优化铸造工艺的一种技术。
该技术可以帮助铸造厂家减少试验成本和时间，提高生产效率和产品质量。
二、模拟方法1.有限元法有限元法是一种数值计算方法，它将连续体分割成有限个小单元，并在每个小单元内建立方程，通过求解这些方程来计算整个体系的行为。
在铸造过程中，有限元法可以用于求解熔融金属流动、温度场分布、应力应变分布等问题。
2.有限体积法有限体积法是一种数值计算方法，它将连续介质划分为离散的控制体积，并在每个控制体积内求解守恒方程。
在铸造过程中，有限体积法可以用于求解熔融金属流动、温度场分布等问题。
3.耦合方法耦合方法是指将两种或多种模拟方法结合起来进行模拟。
例如，在铸造过程中，可以将有限元法和有限体积法结合起来，同时求解熔融金属流动、温度场分布、应力应变分布等问题。
三、模拟内容1.熔融金属流动在铸造过程中，熔融金属的流动情况对铸件的质量有着重要的影响。
通过模拟熔融金属的流动情况，可以预测铸件内部的缺陷情况，并优化浇注系统设计。
2.温度场分布在铸造过程中，温度场分布对铸件的组织结构和性能有着重要的影响。
通过模拟温度场分布，可以预测铸件内部的组织结构，并优化浇注系统设计。
3.应力应变分布在铸造过程中，应力应变分布对铸件的形变和裂纹有着重要的影响。
通过模拟应力应变分布，可以预测铸件内部的形变和裂纹情况，并优化浇注系统设计。
4.气孔、缩孔等缺陷在铸造过程中，气孔、缩孔等缺陷会严重影响铸件质量。
通过模拟气孔、缩孔等缺陷的形成过程，可以预测铸件内部的缺陷情况，并优化浇注系统设计。
四、模拟软件1.PROCASTPROCAST是一款由法国ESI公司开发的铸造过程模拟软件。
它可以对各种铸造工艺进行模拟，包括重力铸造、压力铸造、低压铸造等。
2.FLOW-3D CASTFLOW-3D CAST是一款由美国FLOW-3D公司开发的铸造过程模拟软件。
浅谈铸造过程模拟仿真技术
浅谈铸造过程模拟仿真技术赵建华陈红兵【摘要】摘要：经过几十年的发展，铸造过程数值模拟技术取得了巨大进步，对实际生产产生了重要作用。
本文介绍了铸造过程数值模拟的研究方向及其基本理论，例如，充型过程数值模拟、凝固过程数值模拟、应力场数值模拟、微观组织的数值模拟和模拟技术发展趋势。
【期刊名称】大型铸锻件【年(卷),期】2007(000)004【总页数】4【关键词】铸造过程；数值模拟；发展趋势铸造过程的数值模拟技术是铸造行业的重要发展方向，包括凝固过程(温度场)数值模拟，铸件充型过程(流场)数值模拟，铸造热应力数值模拟，铸造合金的微观组织模拟，以及铸造缺陷(缩孔、缩松及热裂)的预测[1]。
研究任何一种物理现象，都可归结为确定表示这种现象特点的各物理量之间的关系。
对于复杂的物理过程，应该用数学物理方法来确定各量的关系。
数值模拟就是通过软件对铸件充型凝固过程的数值计算。
通过计算结果来分析铸造工艺参数对铸件成型的影响，从而可以优化铸造工艺参数以及改变结构设计，以便获取优质铸件。
铸造是生产机械产品毛坯的重要方法，在国民经济、国防建设中占有重要的地位。
随着激烈的市场竞争，用传统的铸造试错法进行铸件设计、生产已不能适应市场需求，唯一出路就是利用现代技术来改造传统工艺、方法。
铸造过程的数值模拟及优化技术CAE(computer aided engineering)是铸造技术发展的必然趋势。
铸造CAE技术是获取优质铸件的必要手段，可以提高产品的竞争力，缩短产品的开发周期，降低成本，可以为企业和社会带来巨大的经济效益。
铸造过程的数值模拟技术包括以下几个方面，现分别进行介绍。
1 铸件充型过程数值模拟铸件充型过程中会产生氧化、传热、热损失、冲击破坏等一系列化学和物理变化，因此，充型过程与铸件质量密切相关[1，4]。
采用数值计算方法，不仅可以模拟出液态金属在铸型中的流动状态，而且可以根据模拟得到的液态金属流动速度、压力变化规律来优化浇注系统的设计，防止浇道中吸气，消除流股分离以避免氧化，减轻对铸型的冲蚀等。
铸造过程模拟技术
铸造过程模拟技术1. 导言铸造是一项重要的生产工艺，用于制造各种金属制品。
然而，传统的铸造过程耗时、成本高且存在质量控制难题。
为了解决这些问题，研究人员开发了铸造过程模拟技术，它利用计算机模拟和仿真来预测铸造过程中的温度变化、凝固行为和内部缺陷等问题。
本文将深入探讨铸造过程模拟技术以及其在现代制造业中的应用。
2. 铸造过程模拟技术的原理2.1 铸造过程模拟软件铸造过程模拟软件是铸造过程模拟技术的核心工具。
它基于数学模型和物理规律，通过对铸造过程的各个环节进行建模和仿真，预测铸件在凝固、收缩和残余应力等方面的行为。
常用的铸造过程模拟软件有ProCAST、SIMULIA等。
2.2 数值方法数值方法是铸造过程模拟技术的基础。
它将铸造过程划分为一系列离散的时间和空间步骤，并使用数值算法求解模型方程。
常用的数值方法包括有限差分法、有限元法和体积法等。
3. 铸造过程模拟技术的应用铸造过程模拟技术在现代制造业中有广泛的应用。
以下是几个典型的应用领域。
3.1 设计优化通过铸造过程模拟技术，可以在设计阶段预测铸件的凝固行为和缺陷形成情况，从而指导设计优化。
例如，可以根据模拟结果调整铸件的结构和形状，以提高凝固过程中的热流平衡和凝固收缩的均匀性。
3.2 工艺制定铸造过程模拟技术可以帮助制定合理的工艺参数。
通过模拟铸造过程中的温度和凝固行为，可以确定最佳的浇铸温度、浇注速度和冷却方式等工艺参数，以确保铸件质量和生产效率。
3.3 缺陷预测铸造过程模拟技术可以预测铸件中的缺陷形成情况，如气孔、疏松和应力集中等。
这可以帮助制造商及时调整工艺参数，避免缺陷的产生，提高产品质量。
3.4 资源节约铸造过程模拟技术可以降低铸造实验的成本和时间开销。
通过模拟铸造过程，可以预测铸件的性能和质量，减少试验阶段的尝试次数，提高资源利用效率。
4. 铸造过程模拟技术的挑战与展望铸造过程模拟技术虽然取得了不少进展，但仍面临一些挑战。
以下是几个主要的挑战。
ZL114A支架铸件铸造工艺设计研究
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工业与信息化
TECHNOLOGY AND INFORMATION
图3 缝隙式浇注系统界面示意图 （1）
（2）
（3） 式中，n为缝隙数量，S为铸件外形的周长，δ为缝隙内浇 道的厚度，δ铸件为与缝隙内浇道相连处铸件的壁厚，d为缝隙 立筒的直径。因此，缝隙浇注系统设计参数为：缝隙内浇道的 厚度δ=15mm；缝隙立筒直径d=60mm；缝隙数量n=9。根据经 验，缝隙内浇道的宽度b设为15～35mm。 根据已有浇注系统，试验分别设计了4种不同的低压浇注 工艺参数，并对铸件实物冶金质量进行检测，测试结果见表2所 示。由表2中的结果可知：选用试验1#低压浇注工艺参数时，由 于升液压力与升液速度较慢，且充型压力与充型速度较慢，在 凝固过程中补缩能力不足，尤其对于厚壁部位，无法实现顺序 凝固，因此出现疏松超标，甚至出现欠铸现象。选用4#浇注工 艺时，由于升液速度与充型速度过快，充型过程不平稳，进入 型腔后极易出现“卷气”、“紊流”等情况，造成夹杂、气孔 缺陷。同时由于充型压力较大，树脂砂铸型受热分解，干强度 降低继而发生溃散，在较高压力下会出现机械粘砂。当升液与 充型压力为40kPa，升液速度与充型速度为60mm•s-1，浇注温 度为710℃时，凝固后期合金熔体在保压压力作用下对凝固区域 进行良好的补缩填充，凝固组织较为致密。如图4所示，对铸件 实物进行X光检测，其冶金质量满足要求。
TECHNOLOGY AND INFORMATION
工业与信息化
ZL114A支架铸件铸造Байду номын сангаас艺设计研究
李大奎1,2 刘闪光1,2 杜旭初1,2 陈明伟1 郝慧林1,2 1. 北京航空材料研究院 北京 100095； 2. 北京市先进铝合金材料及应用工程技术研究中心 北京 100095
铸造模拟
三个基本问题1）什么是金属材料制备工艺？通过一定的生产流程，获得可以作为工业或工程中使用的金属材料或者构件，这个过程称之为金属材料制备与加工。
2）什么是金属材料制备工艺的计算机模拟？根据用户要求，基于一定的判据设计的制备与加工工艺过程，建立起数学物理模型，在计算机上进行造型、运算，并将得到的成千上万的数据综合在一起逼近研究对象的全貌，表达出成分工艺组织性能的演变规律，用形象的图形或者动画形式，显示出这些过程的直观画面称之为计算机模拟。
3）为什么进行金属材料制备工艺的计算机模拟？基本的加工工艺1）铸造，凝固成形，液固相变。
2）焊接，凝固成形，液固相变，热影响区晶粒长大。
3）压力加工，固态成形，固态相变。
4）热处理，固态相变。
5）冷成形模拟模拟的框架1）前处理，造型，数据输入等2）计算，算法的优化3）后处理，模拟结果输出，判据函数4）数据库模拟具有实时性，模拟的准确性取决于模型的精度。
开展工艺模拟的目的1）优化现有工艺2）进行模具与新工艺设计3）缩短设计、试制和生产周期，降低成本4）工艺的可视化，工程师和模拟工作者之间能够共同分析出达到最佳工艺的判据标准5）机理性分析热加工过程的结果成型和改性：使材料的成分、组织、性能最后处于最佳状态热加工工艺设计根据所要求的组织和性能，制定合理的热加工工艺，指导材料的热加工过程热加工工艺设计存在的问题复杂的高温、动态、瞬时过程：难以直接观察，间接测试也十分困难建立在“经验”、“技艺”基础上解决方法热加工工艺模拟技术：在材料热加工理论指导下，通过数值模拟和物理模拟，在实验室动态仿真材料的热加工过程，预测实际工艺条件下的材料的最后组织、性能和质量，进而实现热加工工艺的优化设计热加工过程模拟的意义认识过程或工艺的本质，预测并优化过程和工艺的结果（组织和性能）与制造过程结合，实现快速设计和制造热加工过程模拟的部分商业软件铸造PROCAST, SIMULOR锻压DEFORM, AUTOFORGE, SUPERFORGE通用MARC, ABAQUS, ADINA, ANSYS三种传热方式：热对流，热传导，热辐射。
上倾倒框铸铝件铸造工艺设计及模拟优化
上倾倒框铸铝件铸造工艺设计及模拟优化王嘉诚;曲元哲;沈楚伦;杨弋涛【摘要】目的 c消除ZL114A铝合金上倾倒框铸件的铸造缺陷,获得优质铸件,对该铸件的铸造工艺进行优化设计.方法使用Unigraphics NX软件进行三维建模,利用ADSTEFAN软件对铸造过程进行模拟.对模拟的充型过程、凝固过程及相关缺陷进行分析.结果将铸件倒放不利于实现铸件顺序凝固,4个顶冒口的补缩效果不理想,故调整了浇注系统的位置及比例、冒口的位置及大小.最终选取了正放底注式的浇注系统,双侧冒口与单个顶冒口的补缩系统,可获得理想的充型及凝固顺序,有望基本消除铸造缺陷.结论所采用的计算机模拟方法可以为铸造工艺设计及优化提供指导,为尽可能减少铸造缺陷,保证铸件质量和工艺性奠定了良好的技术基础.【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2018(010)006【总页数】7页(P88-94)【关键词】上倾倒框;铸铝件;计算机模拟;方案优化【作者】王嘉诚;曲元哲;沈楚伦;杨弋涛【作者单位】上海大学材料科学与工程学院,上海200444;上海大学材料科学与工程学院,上海200444;上海大学材料科学与工程学院,上海200444;上海大学材料科学与工程学院,上海200444【正文语种】中文【中图分类】TG242.3上倾倒框是倾倒机构的重要组成部分，一般安装在基座上，并由轴带动其工作，是机构中主要的受力零件，其结构设计和制造对整个倾倒机构的承载能力有很大影响，所以要求上倾倒框的重量轻、强度高，同时铸件整体无裂纹、冷隔及浇不足等穿透类缺陷，缩松及针孔缺陷不得超过4级。
铸件的壁厚小、尺寸大，金属液的充型阻力大；铸件结构复杂，为框架结构，浇注时金属液流程长，热量散失快；铸件浇注成形存在一定难度[1—3]。
数值模拟技术是一种有效节约试制成本、缩短试制周期的工具，可避免传统的依靠经验进行试错的盲目性[4—6]。
文中借助计算机模拟技术，对上倾倒框铸件的铸造工艺方案进行优化设计，以确保铸件具有良好的质量与工艺性。
铸造新技术简介
（二）半固态金属的触变成形
半固态金属的触变成
形是利用剧烈搅拌等方法
制备出球状晶的半固态金
属浆料，将该浆料进一步
凝固成坯料，并根据需要 （a）半固态坯料制造装置 （b）半固态坯料 （c）半固态坯料下料
将固态坯料切分成一定尺
寸，再将这些切分后的坯
料重新加热至固液两相区，
然后利用机械搬运设备将 该半固态坯料送往成形设 备进行铸造或锻造成形。
➢ 组织模拟：分为宏观、中观及微观组织模拟，指利用一些数学模型来计算形 核数、枝晶生长速度、组织转变，预测铸件性能，以优化变质处理和冷却条 件等。
二、消失模铸造技术
消失模铸造技术又称负压实型铸造技术。
1—干砂；2—塑料薄膜；3—冒口；4—模样；5—抽气室；6—抽气管；7—外浇口； 8—直浇口；9—横浇口；10—有底砂箱；11—多孔隔板；12—金属丝网；13—连接真空室
工程材料及成形工艺
铸造新技术简介
一、铸造过程数值模拟技术
➢ 温度场模拟：指利用传热学原理，分析铸件的传热过程，模拟铸件的冷却凝 固进程，以预测缩孔、缩松等缺陷，以优化浇注位置、补缩冒口和冷铁的设 计。
➢ 流动场模拟：指利用流体力学原理，分析铸件的充型过程，预测卷气、夹渣、 冲砂等缺陷，以优化浇注系统的设计。
➢ 流动与传热耦合计算：指利用流体力学和传热学原理，在模拟充型过程的同 时计算传热过程，预测浇不足、冷隔等缺陷，以优化铸件的浇注位置、浇注 温度等设计。同时还可以得到充型结束时的温度分布，为后续的凝固模拟提 供准确的初始条件。
➢ 应力场模拟：指利用力学原理，分析铸件的应力分布，预测热裂、冷裂、变 形等缺陷，以优化合金熔炼，并采取必要措施减少或消除铸造应力。
三、半固态成形技术
铸造工艺数值模拟
铸造工艺数值模拟
铸造工艺过程复杂，涉及合金熔化、液态合金流动、热I交换、传质传热、合金凝固、固态收缩、砂型相容等多方面问题。
传统铸造工艺研究只能以试验为主，不断摸索，总结经验。
随粉计算机数值模拟技术的发展，铸造工艺研究也引人了计算机数值模拟技术。
主要体现在以下儿个方面。
1.徽观组织模拟从液态金属凝固开始，模拟结晶中的自发成核、非自发成核、晶体生长、晶界形成、结品取向、结品千涉等过程，探求这些过程中的必然性和概率模型，逐步建立起铸造凝固的数值模型，为研究分析铸造成型理论奠定荃础。
2.铸件凝因模拟铸件凝固受到铸型外部冷却作用.可以利用界面热平衡来模拟铸件和铸型之间的传热关系，分析铸件冷却过程的时城效应。
同时，还可以根据外部冷却条件。
分析模拟铸件内部冷却凝固动态过程.从而认识铸造应力场分布状态。
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ZL114A铝合金砂型铸件强度和塑性协同提升
管理及其他M anagement and otherZL114A铝合金砂型铸件强度和塑性协同提升何凯城，杨明军，林 翰，邵 军，熬四海，李翔光摘要：ZL114A强度和塑性难以协同提升在很大程度上限制了其应用范围。
本文基于生产实际，对经Sr变质的ZL114A 砂型铸件的微观结构和力学性能进行综合分析，通过合金成分和熔铸工艺优化等手段调控ZL114A合金的微观结构，进而改善合金的综合力学性能。
研究表明：ZL114A合金中添加过量的Sr元素会形成富Sr颗粒，并且由于熔铸过程中Sr的吸气造成合金中形成微观孔洞，而通过对Sr含量、浇注温度以及凝固速率的调控，可以使得铸件的抗拉强度达和断后延伸率分别达到351.7MPa和6.8%，实现强度和塑性的协同提升。
关键词：砂型铸造；热处理；微结构；力学性能；扫描电镜Al-Si系铸造铝合金由于其具有高的比强度、高的比刚度、优异的铸造性能、良好的耐腐蚀性和可焊接性已被广泛应用于航天航空领域以及交通运输领域。
然而Al-Si铸造铝合金缺乏可热处理强化能力，为了改善该系合金的这一性能，通常向合金中添加Mg、Cu等合金化元素。
其中，ZL114A作为一种非常典型的可固溶时效热处理强化Al-Si-Mg合金，其时效析出序列为：过饱和固溶体（Supersaturated Solid Solution, SSSS）→原子团簇（Clusters）→G.P.区→β″（Mg5Al2Si4）→β′（Mg9Si5），U1（Type A，MgAl2Si2），U2（Type B，MgAlSi），B′（Type C，Mg9Al3Si8）→β（Mg2Si）。
该合金通过合适的固溶和时效处理后，会析出数密度很高的纳米尺度β″/β′/Mg2Si析出相，从而使得合金的强度得到了大幅度提升。
但随着产品性能指标的提高，要求ZL114A合金的综合性能特别是塑性达到更高的水准。
通常可通过添加变质剂、调控浇注温度和凝固速率等手段来改善ZL114A合金的综合性能。
薄壁ZL114A铝合金锥件的铸造工艺改进
薄壁ZL114A铝合金锥件的铸造工艺改进聂小武【摘要】ZL114A铝合金材质的锥件属于细长型薄壁铸件,采用熔模铸造工艺生产.针对原铸造工艺方案容易出现缩松和夹渣问题,进行了工艺改进,通过浇注系统凝固顺序模拟及采用真空浇注等措施,找到了一种可行的铸造工艺方案.生产结果表明,该工艺方案解决了铸造中出现的缩松、夹渣缺陷,生产出优质的薄壁ZL114A铝合金锥件.【期刊名称】《中国铸造装备与技术》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】3页(P17-19)【关键词】熔模铸造;缩松;夹渣;解决措施【作者】聂小武【作者单位】湖南铁路科技职业技术学院,湖南株洲412000;中南大学粉末冶金研究院,湖南长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TG249.5稿件编号:1508W001近年来随着科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金精铸件的需求日益增多，对铝合金铸造性能研究也随之深入。
铝合金的广泛应用促进了铝合金铸造技术的发展，同时铸造技术的发展又拓展了铝合金的应用领域。
某ZL114A材质的锥件采用熔模铸造工艺生产，该零件属于细长型铸件。
由于该零件的最小壁厚仅1.5 mm，在熔模铸造时常出现缩松、夹渣等缺陷，该铸件因相对厚大部位的表面缩孔造成的报废常常达到50%以上，由于该零件的尺寸精度及内部质量要求高，因此出优质铸件有一定的难度。
结合多年的铸造生产经验以及金属液凝固模拟计算，对该零件的铸造工艺进行了改进，最终有效解决了原铸造工艺的缺陷问题，提高了铸件的合格率。
该锥件零件的三维效果图如图1所示，其轮廓尺寸为160 mm×φ40 mm，圆锥角度为15°，铸造尺寸公差按HB6103-86的CT7级验收，内部缺陷采用X射线100%检查，按HB5430-89Ⅱ类验收。
2.1 原铸造工艺方案图2为接头原铸造工艺方案，采用熔模铸造，冒口位于顶部，浇注时立浇。
该方案的优点是能确切地保证接头圆柱凸台的内部质量。
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
铸造过程模拟仿真
铸造过程模拟仿真1、概述在铸造生产中，铸件凝固过程是最重要的过程之一，大部分铸造缺陷产生于这一过程。
凝固过程的数值模拟对优化铸造工艺，预测和控制铸件质量和各种铸造缺陷以及提高生产效率都非常重要。
凝固过程数值模拟可以实现下述目的：1）预知凝固时间以便预测生产率。
2）预知开箱时间。
3）预测缩孔和缩松。
4）预知铸型的表面温度以及内部的温度分布，以便预测金属型表面熔接情况，方便金属型设计。
5）控制凝固条件⑴。
为预测铸应力，微观及宏观偏析，铸件性能等提供必要的依据和分析计算的基础数据。
作为铸造工艺过程计算机数值模拟的基础，温度场模拟技术的发展历程最长，技术也最成熟。
温度场模拟是建立在不稳定导热偏微分方程的基础上进行的。
考虑了传热过程的热传导、对流、辐射、结晶潜热等热行为。
所采用的计算方法主要有：有限差分法、有限元法、边界元法等；所采用的边界条件处理方法有N方程法、温度函数法、点热流法、综合热阻法和动态边界条件法；潜热处理方法有：温度回升法、热函法和固相率法。
自丹麦Forsound于1962年第一次采用电子计算机模拟铸件凝固过程以来，为铸造工作者科学地掌握与分析铸造工艺过程提出了新的方法与思路，在全世界范围内产生了积极的影响，许多国家的专家与学者陆续开展此项研究工作。
在铸造工艺过程中，铸件凝固过程温度场的数值模拟计算相对简单，因此，各国的专家与学者们均以铸件凝固过程的温度场数值模拟为研究起点。
继丹麦人之后，美国在60年代中期开始进行大型铸钢件温度场的计算机数值模拟计算研究，且模拟计算的结果与实测温度场吻合良好；进入70年代后，更多的国家加入了铸件凝固过程数值模拟的研究行列中，相继开展了有关研究与应用，理论研究与实际应用各具特色。
其中有代表性的研究人员有美国芝加哥大学的R.D.Pehlke教授、佐治亚工学院的J.Berry教授、日本日立研究所的新山英辅教授、大阪大学的大中逸雄教授、德国亚探工业大学的P.Sham教授和丹麦科技大学的P.N.Hansen教授等。
2.5t电阻炉熔炼铸造铝合金ZL114A
2.5t电阻炉熔炼铸造铝合金ZL114A
李德成;张照文
【期刊名称】《铸造》
【年(卷),期】1995(000)001
【摘要】介绍了２．５ｔ大型电阻坩埚式熔铝炉，提出了适于这种炉子熔炼的Ｚ
Ｌ１１４Ａ铸造铝合工艺方法，分析检测结果表明，用该熔炉及工艺一次熔铸１～１０ｔＺＬ１１４Ａ合金，其变质效率良好，化学成分及力学性能均满足设计要求。
【总页数】4页(P28-31)
【作者】李德成;张照文
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TG232.3
【相关文献】
1.熔炼工艺对ZL114A铝合金铸件焊接性能的影响 [J], 侯继伟;魏芳;朱克宁;侯敏;
周耀忠
2.铸造铝合金ZL114A的热处理工艺 [J], 贺晓军;何智勇;刘洋;尤逢海;吴凯
3.薄壁ZL114A铝合金锥件的铸造工艺改进 [J], 聂小武
4.铸造铝合金ZL114A的切削加工仿真及试验研究 [J], 胡敏敏;张宇;李照山;袁胜万;刘杨
5.低压铸造ZL114A铝合金微观组织模拟 [J], 李斌;许庆彦;潘冬;柳百成;熊艳才;周永江;洪润洲
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前处理
图7 压力-时间曲线 其他工艺参数按照提供值设置。 Simulation Parameters根据低压铸造特点和要求计算模块进行设置。
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8
流动分析：
后处理结果分析
图8 金属液流动过程（动画） 观察图8，充型过程中液面上升较为平稳。
5
铸造工艺参数如下：
铸件材料为ZL114A，浇注温度为715℃。 铸型为树脂砂，初始温度为20℃。（室温） 冷铁采用Q235,初始温度为20℃。（室温） 外部冷却采用空冷。
前处理
图4 材料设置
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6
界面换热系数： 铸件-铸型：如图5
后处理结果分析
图18 热裂敏感区域分布
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铸件变形分析
后处理结果分析
变形量分 析放大倍数： 10倍。
图19 变形区域分布
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图16 Macro Porosity分布
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应力分析
后处理结果分析
图17 有效应力分布
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17
热裂倾向 敏感区域2Βιβλιοθήκη 项目介绍分析介绍：
本次计算以模具、铸件、浇注系统为对象，首先模拟型腔充型时的流场及温度 场情况，得到相应的温度、速度等模拟结果。
结果分析主要有以下方面： 1、流场结果分析 2、凝固分析 3、高级缩松模块分析 4、应力分析 5、变形分析
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3
铸件材料：ZL114A，重量38.4kg
差压浇注工艺参数：
压力值/Kpa 时间/s
升液 15.5
9
充型 24.5
9
增压 10 5
报压 20 360
采用全树脂砂 冷铁材质：Q235A
模型
冷铁
铸件
浇注系统 图1
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12
孤立熔池：
后处理结果分析
此区域为铸件 上表面两块小冷 铁中间正下方。
图12 孤立熔池
此区域为铸件 筋与中心区域连 接处，共出现三 个孤立熔池区域。
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4
网格概要：采用Visual-Mesh，对铸 件及铸型进行面网格、体网格划分。 四面体网格数量：1161104(体网格)。
网格划分
图3 网格剖面图
图2 总体网格
对铸件的局部进行网格 细化，保证网格更趋近几 何，获得更为精确的模拟 结果。
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ZL114A铸造模拟结果
2015.09.08
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1
项目介绍
模型介绍
网格划分
前处理设置
后处理结果分析
流动分析 缩孔缩松 应力分析 变形分析
目录
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9
流动分析：
后处理结果分析
图9 凝固过程（动画）
动画中紫色画面为在充型过程中，金属液流速超过2m/s所分布 的时间范围和区域分布。
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19
2015.09.08
谢谢
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20
10
铸件动态凝固过程：
后处理结果分析
图10 凝固过程（动画） 可从动画中初步判断铸件各区域的凝固顺序。
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铸件动态凝固过程：
后处理结果分析
图11 孤立熔池区域（动画）
可从动画中判断铸件各区域的凝固过程中可能出现孤立熔池的 区域和对应时间。
后处理结果分析
图15 俯视图
图16 XY平面剖视图 结合不同视图确定缺陷可能存在的位置。
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15
APM分析
后处理结果分析
图16 高级缩松缩孔分析， 图中紫色红色位置为易出现 缩孔、气孔的区域。
其中红色区域主要以气 孔缺陷为主；紫色区域易出 现缩孔等缺陷。
铸件-冷铁： 2000W/m^2-K 铸型-冷铁： 500W/m^2-K 铸型-空气： 10W/m^2-K
前处理
图5 换热系数曲线
图中红色面为铸件 与铸型的接触面。
图6 接触界面
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通过时间控制浇注过程的压力
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温度场分析
后处理结果分析
凝固分数分析
图13 温度场分布
通过对比铸件凝固过程 中的温度场分布和凝固 分数，图10和图11中圆 圈所示位置为孤立熔池， 此区域易出现缩松等缺 陷。
图14 凝固分数
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铸件致密度不足97%的区域：