数值模拟在铸造中的应用

第一节 凝固过程的模拟
• 最一般的目的是推测,预防和消除铸造收缩(缩孔)缺陷, 为确定合理冒口工艺提供科学的依据。
未凝固部分可被补缩
随着凝固的进行,无法补缩
凝固结束留下缩孔
凝固模式图
缩孔的推断方法
等温曲线法
计算预测和实验的比较
温度梯度法 G=max{(Tj-Ts)／Δl} (Tj为未凝固要素的温度, Δl为要素间的 距离,TS为固相线温度。) 流动传导法 Kd=max{K／(μf1Δl)} (K是平均透过率, f1是平均液相率)
求解温度分布(压力铸造)
(a)表面温度分布
பைடு நூலகம்
(b)设置冷却管
冷却方案的改进 (该处放冷铁)
通过凝固模拟进行确认
因为缩孔泄漏产生的位置 改良后封闭环发生移动并变小
第二节 流动过程的模拟
• 流动充型过程的数值解析可以得到瞬间的速度 变化,压力变化,以及充填状况,若结合传热凝 固过程实施连动解析,还可获得温度,固相率的 变化,利用这些结果可为铸造生产过程提供极 有价值的参考。比如流动解析可以预测充型过 程的冷隔,浇不足,卷气倾向。最终充填位置的 预测对设计最佳的内浇口,排气口有指导性的 意义。
压铸充型方案的改进
解析形状 初 始 方 案 流动模拟的结果
改 进 方 案
充 压形 的 压形 充
压铸过程的浇不足问题
缺陷产生的位置
充填顺序 的改进
浇不足的克服
浇口 铸孔
产生浇不足缺陷处
过渡结构
铸筋
冷隔的消除
浇注系统中考虑 过滤器的流场
在过滤器的内部 (厄冈方程 )
浇注初期
数值模拟在材料加工中的应用
• 自编软件 （步骤 ）： (1)明确模拟的目的, (2)建立数学模 型, (3)将模型进行差分处理, (4)确定物性值和边界条件, (5) 编写计算流程和程序, (6)调试程序,实施计算,分析处 理结果, (7)试验验证,调整物性值,再计算。循环至理想 的结果 • 应用专业软件（步骤 ）: (1)理解相应软件的内部数学模 型, (2)确立模拟的目的, (3)三维图形的建立, (4)模拟的 实施, (5)试验验证,调整物性值,再计算, (6)后处理。 本课程的中心: 铸造过程
稳定期
过滤器内部流量分布与夹杂物分布的比较
第三节 应力解析初步
弹塑性转变温度
铸件形状
冷却曲线
变形
思考题,习题
• 学会分析和理解凝固,流动过程模拟的结果 • 理解并会推导应力解析模型
Al-Si-Mg合金砂型铸造的工艺方案
Al-Si-Mg合金砂型铸造的凝固解析的结果
实际浇铸的结果
低压铸造镁合金铸件的铸造缺陷
固相率梯度分布图
压力铸造的缩孔对策例 (此处内部有缺陷)
凝固时间分布图
封闭环
断面扫描结果和等凝固时间线的比较
现行方案厚壁处的集中缩孔被改善以后,呈明显减少分散的趋势。 这与模拟结果非常一致。